Устройство для измерения отношения сигнал/шум

 

Изобретение относится к радиотехнике и повышает достоверность измерения за счет использования всего массива поступающей цифровой информации . Из соотношения распределений 1 и 2 видно, что кол-во рангов характеризует величину отношения сигнал/шум, т.к. распределения для искаженной и неискаженной шумами информации характеризуются различным числом рангов блоков L.. Подсчет кол-ва рангов, для к-рых частота появления соответствующих блоков оказалась в пределах верхней и нижней границ распределения, осуществляется через 1-й эл-т ИЛИ 1-м счетчиком, на выходе к-рого и появляется фактич. величина отношения сигнал/шум.1 табл., 3 ил. 575 234567 (Л оо 4 СП 4 СП Г Т I и-г г--., В 9 10 II 12 13 W 15 16 фиг.Ъ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„1345145 (51) 4 С 01 R 29/26//Í 04 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ пю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

° (21) 4004813/24-09 (22) 08.01.86 (46) 15.10.87. Бюл. Ф 38 (72) С.С.Кукушкин, В.П.Баранов и В.И.Колесников (53) 62 1.317.362(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 808995, кл. G 01 R 29/26, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ (57) Изобретение относится к радиотехнике и повышает достоверность измерения за счет использования всего массива поступающей цифровой информации. Из соотношения распределений 1 и 2 видно, что кол-во рангов характеризует величину отношения сигнал/шум, т.к. распределения для искаженной и неискаженной шумами информации характеризуются различным числом рангов блоков L.. Подсчет

1 кол-ва рангов, для к-рых частота появления соответствующих блоков оказалась в пределах верхней и нижней границ распределения, осуществляется через 1-й эл-т ИЛИ 1-м счетчиком, на выходе к-рого и появляется фактич. величина отношения сигнал/шум.1 табл., 3 ил.

13! 5145

Изобретение относится к радиотехнике и может использон: ться в цифровых системах передачи данных для измерения отношения сигнал/шум.

Цель изобретения — повьццение достоверности измерения за счет использования всего массива поступаняцей цифровой информации.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие его работу; на фиг. 3 — функции распределения информации„поступающей на вход устройства.

Устройство для измерения отношения сигнал/шум содержит многовходовый элемент И 1, первый счетчик 2, первый, второй, третий и четвертый элементы И 3„, 3, 3, 3, первьгй, второй, третий и четвертый элементы

НЕ 4, 4, 4, 4,„, первый, второй, 1 третий и четвертый элементы 5„, 5, 5 задержки, первый элемент

ИЛИ 6, К блоков 7„ -7 обработки сигнала, каждый из которых содержит первый элемент И 8, первый элемент

9 задержки, инвертор 10, элемент ИЛИ

11, счетчик 12, второй элемент И 13, второй элемент 14 задержки и второй инвертор 15, второй элемент ИЛИ 16, ! второй счетчик 17 I< + 1 блоков

Э

18, — 18„„„памяти верхней границы распределения, К + 1 блоков 19,—

19,, сравнения, I< + 1 блоков 20Ä

20,,„памяти нижней границы распределения.

Устройство работает следующим образом.

Основу работы устройства составляет деление всего массива восстановленных с ошибками данных, представленных в двоичном коде, на блоки

"нулей" и "единиц" различной длины, где под длиной блока L. понимается

1 число рядов стоящих одноименных символов, подсчет количества и, блоков определенной длины в выбранном массиве данных (статистической выборке), построение в частотной форме эмпирического закона распределения длин блоков и подсчет количества рангов функции плотности распределения в предположении, что это же распределение построено в ранговой форме.

Основные операции, выполняемые устройством, о"»овное их содерясание, очередность вьнго:пгения, а также сведения об их технн l(. ской реализации приведены в табл. 1.

Сообщения, предстанленггые в двоичном коде и искаженные шумами и по5 мехами, интенсивность которых необходимо оценить,и имеюшиеся вследствие этого ошибки поступают на вход устройства и на выходах первого и второго элементов И 3,, 3 формируются сигналы,представляняцие собой признаки одиночных блоков 0 и 1 соответственно. Связано это с тем, что задержка во всех элементах 9 и

14 задержки всех блоков 7, — 7,„ обработки сигнала и, в частности, в элементах 5,, 5, 5„, 5< задержки выбрана равной периоду следования

Одиегочных Двоичных симВОлОВ. ПозтОму при поступлении на вход устройства кодовой комбинации "01", что соответствует случаю одиночно стоящего

"О", первый символ "О" будет инвертирован первым элементом НЕ 4,, затем задержан первым элементом задержки 5, и поступит на второй вход первого элемента И 3, одновременно со вторым символом "1", пришедшим на его первый:вход. В результате на выходе первого элемента И 3, будет сформирован признак блока, При кодовой комбинации "10", определяющей одиночно стоящусю "1", признак

L, будет сформирован на выходе второ35 го элемента И 3 „ Последовательносг" ти сформированных сигналов Ь объе1 диняются в единый поток вторым элементов ИЛИ 16 и подсчитьгваются вторым счетчиком 17., При кодовых комби40 гнациях "11" и "00" признаки будут сформированы на выходах третьего и четвертого элементов И 3 и 3,1 соответственно. Поскольку признак

1Ф2. 1 где i = 1,2,..., включает в себя как составную часть1., (L;» l: 1.. ) то сформированные на выходах третьего и четвертого элементов И 3 и 3 сиг4 налы поступят на выход счетчика 12 первого блока 7г обработки сигнала только после того, как будет установлено, что анализируемые кодовые комбинации "11" и "ОО" не имеют продолжения в виде следующей "1" или

"О" (не являются частью более длин55 ных комбинаций "i11 л "СОО"). Поэтому признак 1. будет считаться окончатепьно сфс рмированньгм только после задержки сигнала в элементах 9, 14 задержки первого блока 7Г и в случае

1О

1 !3 отсутствия запрещающих сигналов, I3 качестве которых в устройстве используются сигналы очередного признака формируемые на выходах первого и второго элементов И 8, 13 первого блока 7 . Следующий признак Ь посту1 з пит на вход счетчика 12 второго блока 7 обработки сигнала только пос2 ле того, как будет установлено, что кодовые комбинации "111" и "ООО" не являются частью более длинных блоков;

Формирование последующих признаков аналогично рассмотренному.

Последовательность результатов счета, зарегистрированных в счетчике

17 и счетчиках блоков 7, — 7 обработки сигнала, представляет собой эмпирическое распределение в частотной форме, Оценка отношения сигнал/ шум информации производится путем сравнения в К + 1 блоках 19„ — 19 сравнения полученного эмпирического распределения с установленными в

K + 1 блоках 18 — 18,„и в блоках

20, — 20, нижней и верхней границами распределений, полученных на этапе обучения и соответствующих определенной оценке (диапазону оценок сигнал/шум).

Суть различий между распределениями, соответствующими оценкам "информация не искажена шумами и подавлена шумами", состоит в том, что всякая искусственно организованная человеком структура передачи данных для того, чтобы противостоять шуму, должна отличаться асимметрией функции плотности распределения вероятностей появления блоков различной длины. Чем больше степень асимметрии распределений блоков "единиц" и "нулей", тем в большей степени система передачи информации помехоустойчива, т.е. тем в.большей мере она противостоит тому, что создается приро1дой и отличается симметрией. По этой причине нормальный закон распределения, как один из симметричных законов, является универсальным захоном распределения ошибок. Если структура передаваемых данных не разрушена шумами и помехами, то вероятность появления в принятом сигнале длинных блоков не будет такой маленькой, как в случае ее подавления.

Проявляется это еще и в том, что в массиве данных с неразрушенной структурой нет такого хаоса в чередовании "единиц" и "нулей", как в случае 5!45

4 недостоверной информации (преобладающего вклада не информационного сигнала, а шумов). Таким образом, функция плотности в случае достоверной информации (не искаженной шумами) будет близкой к гиперболическим распределениям с тяжелыми хвостами (количество рангов, подсчитанное первым счетчиком 2, будет достаточно велико). Количество рангов в случае полного разрушения шумами структуры будет примерно в 2 раза меньшим. Приведенные соотношения справедливы для структуры сигнала, рассмотренной в качестве примера. Для других структур отношения r /r " могут быть иными и могут служить оценками помехоустойчивости различных систем передачи данных.Между числом рангов r (r " r; (r ), ! находящимся внутри интервала г",r, границы которого характеризуются двумя крайними случаями: полностью подавленный шумами сигнал и сигнал неискаженный", и оценкой отношения сигнал/шум могут быть установлены взаимнооднозначные соответствия.

Таким образом, количество рангов может быть использовано как оценка отношения сигнал/шум. !

На входы первого и третьего элементов И 3„ 3з, первого, второго, третьего и четвертого элементов НЕ

4„, 4 <, 4, 4 и второго и третьего элемейтов 5, 5> задержки поступают сообщения, представленные в виде кодово-импульсной модуляции (фиг. 2а).

В первом, втором, третьем и четвертом элементах HE 4,, 4, 4, 4! эти кодово-импульсные сигналы инвертируются (фиг. 26). После задержки импульсов в первом, втором, третьем и четвертом элементах 5„, 5>, 5 >, 5 . задержки (фиг.2 в, г) на выходах первого и второго элементов И 3,, 3 формируются сигналы, представляющие собой признаки одиночных блоков "О" и " I соответственно, которые затем поступают на вход второго счетчика

17, с выхода которого (фиг. 2 д) игналы поступают на вход первого лемента 19„ сравнения. При кодовых комбинациях, содержащих более чем один элемент в блоке L. сигнал фор1 мируется на выходе третьего и четвертого элементов И 3>, 3+ (фиг.2 з,е) причем на выходе третьего элемента И

Зз формируются признаки для блоков, состоящих из "1", а на выходе чет1345145 вертого элемента И 3 — из 0". После задержки в первом и втором элементах задержки 9, 14 первого блока

7, (фиг. 2 ж, и) признаки блоков

"00" и "11" поступят на вход счетчика 12 первого блока 7. (фиг. 2 о)

1 только в случае отсутствия запрещающих сигналов для первого и второго инверторов 10, 15 первого блока

7, в качестве которых в устройстве

1 используются сигналы очередного признака L формированные на выходах первого и второго элементов И 8, 13 . первого блока 7, (фиг.2 к, м). После задержки в первом и втором элементах задержки 9,14 (фиг.2 л.н) второго блока

7>. и при отсутствии запрещающих сигналов 10, 15 (фиг. 2 п,о) второго блока 72 на вход счетчика 12 второго 20 блока 7 поступают признаки блоков

"111" и "000". Аналогично поступают сигналы с выходов первого и второго элементов 9 и 14 задержки третьего блока 7> (фиг. 2 р,с,т). Так как 25 блок L., i = 1,2,..., К состоит из г блоков меньшей длины, то он включает в себя как составную часть признак блока Ь „ (фиг. 2 ж, и), так как признаки блоков L имеют ширину, сос- gp тоящую из двух имйульсов (фиг, 2 у).

Определение величины отношения сигнал/шум на выходе многовходового элемента И 1 и выходе первого счетчика 2 базируется на свойстве функции

35 плотности распределения длин блоков

"нулей" и "единиц" массива цифровой информации. Использование данных распределений для массивов текстовой информации позволяет определить структурные закономерности текстов, в частности получить характеристики оценки смысловой информации, неискаженной шумами и помехами, и инфор4 мации, подавленной шумами, позволяют выявить закономерности для оценки цифровой информации.

На фиг. 3 представлено 1-е среднее распределение для неискаженной информации, 2-е среднее распределение для информации, искаженной шумами и помехами, пунктиром обозначены верхняя и нижняя границы распределения 1, r — - ранг блока информации

f — частота его появления в мас; У 55 сиве. Данные распределения получены путем анализа информации на 3ВМ. Устойчивый характер распределений для соответствующего вида информации позволяет использовать нх для оценки величины отношения сигнал/шум. Эта оценка производится н К + 1 блоках

19 — 19 „. Причем блоки 18, — 18 „ содержат величины верхней границы, а блоки 20, — 20„., — величины нижней границы распределения 1, полученные путем предварительного статистического анализа информации. Оценка отношения сигнал/шум по результатам сравнения в К + 1 блоках 19, — 19 ц„ появляется на выходе многовходового элемента И 1. Под рангом распределения понимается номер соответствующего блока информации L . Из соотношения распределений 1 и 2 (фиг. 3) видно, что количество рангов характеризует величину отношения сигнал/ шум, так как распределения для искаженной и неискаженной шумами информации будет характеризоваться различным числом рангов блоков L,. Подсчет

1 количества рангов, для которых частота появления соответствующих блоков оказалась в пределах верхней и нижней границ распределения, осуществля ется через первый элемент ИЛИ 6 первым счетчиком 2, на выходе которого и появляется фактическая величина отношения сигнал/шум.

Формула изобретения

Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее первый элемент ИЛИ.„ (К+1) блоков сравнения, где К вЂ” число каналов, четыре элемента задержки и четыре элемента И, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности измерения, введены К-й и (К + 1)-й блоки сравнения, первый счетчик, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход является первым выходом устройства, многовходовый элемент И, входы которого соединены с выходами всех блоков сравнения, а выход является вторым выходом устройства, последовательно соединенные второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, и второй счетчик, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, а второй вход является тактовым входом устройства, первый элемент НЕ, вход и выход которого соединены соответст1345145

Очередность выполнения

Операция идентификации функций плот-. ности распределения и оценки отношения сигнал/шум

Операция определения частоты встречаемости и функции плотности распределения

Операция выделения блоков различной длины

Принятие решений

Частота Функция встреча- плотности емости распределения

Обозначе- Вид ние блока блоков

1 — при По статис- По колиподав-тической честву лении близости рангов

2 — при не«О«

«1»

n„

«00»

»11" п2

Венно с первым входом первого элемента Ии с входом первого элемента задержки выход которого подключен к второму входу первого элемента И второй эле9

5 чент НЕ, вход и выход которого соединены соответственно с входом второго элемента задержки и первым входом второго элемента И, второй вход .которого соединен с выходом второго элемента задержки, выход третьего элемента задержки соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего элемента задержки и являет- 15 ся входом устройства, третий элемент

НЕ, выход которого подключен к входу четвертого элемента задержки, четвертый элемент НЕ, вход и выход которого соединены соответственно с входом третьего элемента НЕ и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента задержки (К + 1) блоков памяти верхней границы распре- 2В деления, выходы которых подключены к вторым входам соответствующих блоков сравнения,(К + 1) блоков памяти нижних границ распределения, выходы кото= рых подключены к третьим входам соответствующих блоков сравнения, и К последовательно соединенных блоков обработки сигнала, каждый из которых содержит первый и второй элементы И, входы которых являются соответственно первым и вторым входами блоков обработки сигнала, последовательно соединенные первый элемент задержки, вход которого соединен с первым входом первого элемента И, первый инвертор, информационный выход которого подключен к выходу первого элемента И и является первым выходом блоков обработки сигнала, элемент ИЛИ и счетчик, выход первого элемента задержки подключен к второму входу первого элемента И, последовательно соединенные второй элемент задержки, вход которого соединен с первым входом второго элемента И, и второй инвертор, неинвертирующий и инвертирующий выходы которого соединены соответственно с вторым входом элемента

ИЛИ и выходом второго элемента И, выход которого является вторым выходом блока обработки сигнала, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента И, первый и второй входы первого блока обработки сигнала соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, выходы счетчиков являются третьими выходами блоков обработки сигнала и подключены к первым входам соответствующих блоков сравнения,.выходы которых являются соответствующими выходами устройства, тактовый вход которого соединен с тактовыми входами счетчиков всех блоков обработки сигнала, входы первого, второго и четвертого элементов HE и второй вход третьего элемента

И объединены и являются входами устройства.

1345145

Продолжение таблицы

Очередность выполнения

Операция определения частоты встречаемости и функции пЛотности распределения

Функция плотности

Обозначение блока

Частота встречаемости распределения искажен"000"

"111" ном приеме п

G — область частичного подавления

Операция выделения блоков раз° личной длины

Вид блоков

Операция идентификации функций плотности распределения и оценки отношения сигнал/шум

Принятие решений

t 3 <5145

0f 001101000 717 0li ÏÐ 11710 f

Фью 2

Составитель Е.Голуб

Редактор А.Долинич Техред М.Ходанич Корректор A.Âîðoâè÷

Заказ 491б/45 Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4