Устройство контроля отношения сигнал-помеха

 

Изобретение может быть использовано в радиолиниях при приеме дискретных сигналов. Цель изобретения - повышение точности достигается за счет моделирования канала связи и введении характеризующих его помех в канал связи при контроле отношения сигнал-шум. В устройстве с помощью последовательно соединенных приемника, блока 3 измерения уровня сигнала, блока 4 генераторов помех, блока 2 демодуляторов, блока 6 обработки сигналов ошибки, блока 7 функционального преобразования, к третьему входу которого подключен блок 8 опорного напряжения, аналогового вычислительного блока 9 и блока 10 вычитания, принятый сигнал в смеси с помехой после преобразования по частоте и демодуляции обрабатывают путем осуществления оценки уровня принимаемой смеси, изменения отношения сигнал-помеха за счет двухкратного добавления к этой смеси помех известного уровня, а после демодуляции определяют приращения ошибок, возникающие при соответствующих изменениях отношения сигнал-помеха и вычисляют исходное отношение сигнал-помеха. Управление устройством осуществляется блоком 5 управлений. 1 с., 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 R 29/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4333019/24-21 (22) 09.10.87 (46) 23.09.89, Вюл. У 35 (72) В.Ф.Комарович, В.А.Липатников, В.И.Арцибасов, О.Г.Никифоров и С.А.Свистиль (53) 621.317.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 993163, кл. G 01 R 29/26, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 571918, кл. Н 04 В 3/46, 1976. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ОТНОШЕНИЯ

СИГНАЛ-ПОМЕХА (57) Изобретение может быть использовано в радиолиниях при приеме дискретных сигналов. Цель иэобретенияповьппение точности — достигается эа. U 1071 А1

2 . счет моделирования канала связи и введения характеризующих его помех в канал связи при контроле отношения сигнал - myM. В устройстве с помощью последовательно соединенных приемника, блока 3 измерения уровня сигнала, блока 4 генераторов помех, блока 2 демодуляторов, блока 6 обработки сйгналов ошибки, блока 7 функционального преобразования, к третьему входу которого подключен блок 8 опорного напряжения, аналогового вычислительного блока 9 и блока 10 вычитания, принятый сигнал в смеси с помехой после преобразования по частоте и демодуляции обрабатывают путем осуществления оценки уровня принимаемой смеси, 3 1509761 изменения отношения сигнал — помеха за счет двухкратного добавления к этой смеси помех известного уровня, а после демодуляции определяют при- 5 ращения ошибок, возникающие при соответствующих изменениях отношения сигнал — помеха и вычисляют исходное отношение сигнал †поме, Управление устройством осуществляется блоком 5 управлений. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано в радиолиниях при приеме дискрет-15 ных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности контроля путем моделирования канала связи и введения характеризующих его помех в канал связи при конт- 20 роле отношения сигнал — шум.

На фиг.1 представлейа блок-схема устройства, на фиг.2 — структурные схемы блока измерения уровня сигнала и блока генераторов помех; на фиг.3структурная схема блока обработки сигналов ошибки; на фиг.4 — структурная схема блока управления; на фиг.5 структурная схема блока функционального преобразования, на фиг.б — струк-30 турная схема блока опорных напряжений; на фиг.7 — структурная схема вычислительного блока; на фиг.8 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит приемник 1, блок 2 демодуляторов, блок 3 измерения уровня сигнала, блок 4 генераторов помех, а также последовательно соединенные блок 5 управления, блок

6 обработки сигналов ошибки, блок 7 40 функционального преобразования, к третьему входу которого подключен блок 8 опорного напряжения, аналоговый вычислительный блок 9 и блок 10 сравнения, при этом выход приемника 45

1 через последовательно соединенные блок 3 измерения уровня сигнала, блок

4 генераторов помех и блок 2 демодуляторов подключен к соответствующим входам. блока обработки сигналов ошибки.

Блок 3 измерения уровня сигнала содержит детектор 11, к выходу которого подключен аттенюатор 12.

Блок 4 генерач оров помех содержит последовательно соединенные первый генератор 13 помехи и первый сумматор

14, а также второй генератор 15 помехи и второй сумматор 16.

Блок 6 обработки сигнала ошибки содержит последовательно соединенные первые сумматор 17 по модулю два, электронный ключ 18, интегратор 19, пороговый блок 20, накопитель 21 и цифроаналоговый преобразователь 22, а также последовательно соединенные вторые сумматор 23 по модулю два, электронный ключ 24, интегратор 25, пороговый блок 26, накопитель 27 и цифроаналоговый преобразователь 28.

Блок 5 управления содержит последовательно соединенные тактовый генератор 29, первый элемент И 30, счет-чик 31, ждущий мультивибратор 32 и элемент НЕ 33, при этом выход ждущего мультивибратора 32. подключен к входу второго элемента И 34, к второму входу которого подключен генератор 35 считывания.

Блок 7 функционального преобразования содержит последовательно соединенные первые аналоговый сумматор 35, функциональный усилитель 36 и блок

37 вычитания, а также последовательно соединенные вторые аналоговый сумматор 38, функциональный усилитель

39 и блок 40 вычитания, при этом к вторым входам первого 37 и второго 40 блоков вычитания подключен выход третьего функционального усилителя

41.

Блок 8 опорного напряжения содержит последовательно соединенные генератор 42 пилообразного напряжения, первый электронный ключ 43 и второй электронный ключ 44, параллельно которому подключен конденсатор 45 памяти.

Аналоговый вычислительный блок 9 содержит последовательно соединенные первый умножитель на два 46, первый блок 47 вычитания, первый аналоговый делитель 48, первый аналоговый умно-. житель 49 и второй блок 50 вычитания, к второму входу первого аналогового делителя 48 подключены последователь5 15097 но соединенные третий блок 51 вычитания и второй умножитель 52 на два, к второму входу второго блока 50 вычитания подключен выход четвертого

5 блока 53 вычитания, к входам которого подключены соответственно второй 54 и третий 55 аналоговые делители.

Работа устройства основана на наличии нелинейной зависимости между вероятностью ошибки и отношением сигнал †поме h = P /Р„ при приеме

2 дискретного сигнала.

Так, при нормальном распределении отношения мощностей сигнала и помехи в канале связи h = -2 1п(2Р ) для и

«Ы сигналов частотной телеграфии (ЧТ) и

h = -1n(2P ) для сигналов ОФТ для о«< У радиоканала с замираниями при релеевском распределении амплитуд 20

2 1

h = --— — — 2 для сигналов ЧТ, P oL«

При измерении исходное отношение сигнал — помеха h и вероятность ошибки

2. о в канале Р, неизвестны. Создадим 25, модель канала связи, в которой принимаемая смесь сигнала и помехи Р

= P + P дополняется искусственной с и

<<помехой с мощностью P „, которая имеет те же статистические характерис-30 тики, что и помеха в канале связи.

Статистические характеристики помехи определяются до начала передачи и считаются неизменяющимися в течение времени передачи. Эти характеристики сохраняются практически неизменными длительное время (десятки минут и выше) относительно передачи коротких сообщений, например в сетях передачи данных. В результате отношения сигналпомеха на выходе смоделированных каналов связи будут равны:

Рс

h (1)

Р + Р и и

12 Рс

Ь и вероятности ошибки при приеме сигнала связи

Рс Р— Р„ о и (8)

Ри

Подставив (7 ) в (8 ), получаем

P . 2д и, — 1ih

1< = -- — — — — — 1. (9) и Ри 2 (gh Я )

Таким образом, измерив изменение отношения сигнал — помеха при добавле4В нии дополнительной помехи, можно однозначно определить отношение сигналпомеха в канале связи.

Изменение отношения сигнал †поме можно определить по изменению вероят(2) ности ошибки в модели канала

Po + 1<< P«

Ро +6Р

hP<

f(h< ) — f(h .) = f(h,,+Ь1,) — f(h.)

f(h i) - f(ho) = f(ho +, ) f(h ), Р<

2 — P о

P о (10) 55 сигнала и помехи в канале связи, кого. 1 h да Р = f(h ) = — ехр (- и-) получао<,< 2 ем где величина 1".о выражается согласно (9) через Lh и h .

Так, например, при нормальном распределении вероятностей мощностей

61 6

Дополнительные ошибки, вносимые моделью канала, выделяются при поэлементном сложении по модулю два демодулированного сигнала (фиг.8 диаграмма 1) и демодулированных сигналов с дополнительной помехой (фиг.8 диаграммы 2 и 3).

Отношение числа дополнительных ошибок (n, и n<) к общему числу посылок за время цикла измерения (N) при достаточно большом N равно дополнительным значениям вероятности ошибки

Таким образом, изменение вероятностей ошибки в модели канала связи может быть измерено.

Изменение отношения сигнал - помеха определяется как к

2 Рс Pc P«

ph, Pи +P„Pl< P« "<< .«и " (4)

Р„+Р»

Ф

Рс Pc Pc 2Ри

P„P„+ и P„P„+ и

=ho Р+ ° ° (5) и Ри

Откуда

Ф г Рп+Р д P+2Pn -" У = —.- -,— .Ь1 (6)

2Ри

2 (Ь1, — ah,) к и 2 1 т 1 1 и

Отношение сигнал †поме в канале!

509761

1 о (о) 1 — ехр

2 (1 о) 1 — ехр

1 г величины отношения сигнал — помеха hр и вероятности ошибки Р = f(h ) в ка1О нале связи, 2

Так как зависимость P = f(h ) однозначна, то существует и обратная зависимость h2= <.!<(Р) и можно записать

q (P,)

y(P, ), 20 (25

6h, = — 21n(2(Є+ !<

gh2 = - 2ln(2(P, + ЬР2 )j + 21n(gPо ) . (12) В устройстве решение данной системы уравнений осуществляется аналоговым вычислительным блоком 9 на основе измеренных значений Р, и d Pz, из ко- 35 торых формируются значения величин

2 z

bh< и bh с помощью подставляемого блоком 8 опорного напряжения значения

P и согласно формулы (9) производито

2 ся вычисление величины h которая сравнивается с величиной h > получено < z ной из опорного значения. P = f (h ).

Равенство этих величин эквивалентно одновременному обращению обоих уравнений системы в тождества, т;е. реше- 45 нию системы. Значение опорного напря.жения в этот момент определяет вероятность ошибки в канале связи.

Вводимые блоки имеют следующее назначение, 50

Блок 3 измерения уровня сигнала (фиг.2) предназначен для формирования напряжения, пропорционального действующему значению величины смеси сигнала и помехи, принимаемой приемником Р Р + Р

Блок 4 генераторов помех (фиг.2) . предназначен для формирования помех, имеющих статистические характеристики

1 hî Р = — ехр (- -- - ——

1 ао Па2.

bP = — exp (2

Таким образом, имеем систему иэ двух уравнений, в которых величины

ЬР< и 6 Р2 измеряются, а значения

bh2 и bh являются неизвестными, т ° е. возможно однозначное решение системы уравнений относительно bh H

bhz> вычисление по этим значениям

bh, = 1, — 1 . = q (P. + Ь Р, bh2 = hz hz = q (P + при этом принимаем, что вероятность искажения одной и той же посылки в канале связи и в модели канала равна нулю, поскольку требования к вероятности ошибки в канале достаточно велики и вероятность двухкратного искажения посыпки достаточно мала. Так

° у для приводимого примера h -21п (2 Р ), и получаем помех конкретного канала связи и величину, определяемую значением измеренного уровня сигнала Р /P„ = const а также для сложения вырабатываемых помех с принимаемым сигналом в сумматорах, образующих модель канала свя- . зи.

Блок 5 управления (фиг.4) предназначен для формирования сигналов, управляющих работой устройства. С по.— . мощью тактового генератора 29, синхронизируемого принимаемым сигналом, формируется последовательность импульсов (фиг.8 диаграмма б), число которых подсчитывается счетчиком 31 (фиг.8 диаграмма 7), объем которого определяет число посылок в цикле измерения (объем выборки), По заполнении счетчика 31 на его выходе формируется одиночный импульс (фиг ° 8 диаграмма 8), которым запускается ждущий мультивибратор 32, формирующий управляющий импульс (фиг.8 диаграмма 9), который используется для приведения в исходное состояние и запуска отдельных блоков устройства в новом цикле измерения, а также разрешает выдачу на выход блока импульсов

1509761

10 считывания (фиг.8 диаграмма 10) на время действия управляющего импульса.

Блок 6 обработки сигналов ошибки (фиг.3) предназначен для выделения искаженных посылок, возникающих в модели канала связи путем сложения по модулю два демодулированного сигнала, принимаемого приемником (фиг.8 диаграмма 1),и демодулированных сигналов, полученных в модели канала связи (фиг.8 диаграммы 2 и 3), формирования импульсов, соответствующих искаженным посылкам (фиг.8 диаграммы

4 и 5) и записи этих импульсов в како-15 пители 21 и 27, Для исключения коротких импульсов, возникающих при краевых искажениях посылок и не являющихся ошибками, применены интеграторы 19 и 25 и поро- 20 говые блоки 20 и 26. Импульсы, записанные в накопители 21 и 27, считываются в цифроаналоговые преобразователи 22 и 28 (фиг.8 диаграммы 11 и

12) импульсами считывания из блока 5 управления по окончании цикла счета (фиг.8 диаграмма 10).

На выходах преобразователей 22 и

28 формируются напряжения, пропорциональные числу импульсов, поступивших 30 на их входы, т.е. числу ошибок за время цикла измерения, т.е. дополнительным изменениям вероятности ошибки (фиг.8 диаграммы 13 и 14) °

Блок 7 функционального преобразования (фиг.5) предназначен для выполнения операций сложения напряжений с выхода блока 7 обработки сигналов ошибки и опорного напряжения (т,е. формирования напряжения, пропорцио- 40 нального вероятностям ошибки P

= P + Ь.Р, и Р = P + 6.P ) и для пре образования этих напряжений в напряжения, пропорциональные отношениям сигнал †поме h =q(PО ), h — q(P1 )р 45

h = q (P ) с помощью усилителей, имею2. г щих характеристику вида (например, 0g>iy, = -21п(2Бвх) )

Вычислительный блок 9 (фиг,7) предназначен .цля формирования напряжения пропорционального отношению сигнал †поме в канале связи (h ), из напряжений, вырабатываемых блоком 7 функционального преобразования и блоком 3 измерения уровня сигнала, путем решения в аналоговом виде уравнения (9).

Блок 8 опорного напряжения (фиг.6) предназначен для формирования плавно возрастающего за время цикла измере-- :ния напряжения (фиг.8 диаграмма 15), которое принимается пропорциональным вероятности ошибки в канале связи (Р ).

Рост опорного напряжения прекращается при поступлении управляющего напряжения от блока 10 сравнения. По окончании цикла измерения производит-. ся приведение схемы в исходное состояние.

Блок 10 сравнения вырабатывает управляющее напряжение (фиг.8 диаграмма 16) при достижении равенства напряжений на его входах.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода промежуточной частоты приемника 1 поступает на блок 3 измерения уровня сигнала, выходное напряжение которого поступает на аналоговый вычислительный блок 9, а также управляет величиной напряжения помехи блока 4 генераторов помех.

Сигналы, вырабатываемые генераторами 13 и 15 помехи, складывается с при-. нимаемыми приемником сигналом в сумматорах 14 и 16 (причем генераторы помех не должны быть коррелированы), с выходов которых сигналы с измененным отношением сигнал — помеха подаются на демодуляторы, на выходах которых выделяются дискретные сигналы (фиг,8 диаграммы 2 и 3), которые сравниваются в сумматорах 17 и 23 по модулю два с демодулированным сигналом, принимаемым приемником 1 . (фиг,8 диаграмма 1), в результате чего выделяются ошибки, возникающие в сигнале при изменении отношения сигнал †поме (фиг.3. диаграмма 4 и 5).

Сигналы ошибок накапливаются в накопителях 21 и 27 и по окончании цикла измерения списываются из них цифроаналоговые преобразователи 22 и

28 (фиг.8 диаграммы 11 и 12).

На выходах преобразователей 22 и

28 формируются напряжения, пропорциональные вероятностям ошибки dP< и hP (фиг,8 диаграммы 13 и 14), иэ которых с помощью блока 7 функционального преобразования, блока 8 опорного напряжения и аналогового вычислительного блока 9 производится формирование напряжения, пропорционального отношению гФ сигнал †поме h, которое сравнивается с напряжением, пропорциональным от. г ношению сигнал †поме пс,формируемым

1509761

12 непосредственно из опорного напряжения. При их совпадении, т.е. блок 10 сравнения вырабатывает управляющее напряжение (фиг.8 диаграмма 16) 5 которым прекращается дальнейшее увеличение опорного напряжения (т.е. уменьшение напряжения, пропорционального h ) и его запоминание на конденсаторе 45 памяти блока 8 опорного . 10 напряжения до окончания цикла измерения. При этом опорное напряжение оказывается, как было показано, пропорциональным вероятности ошибки в канале связи и может быть непосредственно измерено.

Формула изобретения

l.Óñòðoéñòâî контроля отношения 20 сигнал †поме, содержащее последовательно .соединенные приемник и блок измерений уровня сигнала, а также блок демодуляторов и блок сравнения, отличающееся тем, что, с 25 целью повышения точности контроля отношения сигнал — помеха при приеме дискретного сигнала, введены последовательно соединенные блок управления, блок обработки сигналов ошибки, блок 30 функционального преобразования и аналоговый вычислительный блок, а также блок генераторов помехи и блок опорного напряжения, выход которого подключен к соответствующему входу блока функционального преобразования, первый вход — к выходу блока управле:ния, второй вход — к выходу блока сравнения, второй вход которого подключен к третьему выходу блока функ- :4p ционального преобразования, при этом выход блока измерения уровня сигнала подключен к третьему входу аналогового вычислительного блока и первому входу блока генераторов помех, второй 45 вход которого подключен к выходу приемника, а выходы — к соответствующим входам блока демодуляторов, первый вы" ход которого подключен к входу блока управления и третьему управляющему входу блока обработки сигнала ошибки, сигнальные входы которого подключены к соответствующим сигнальным выходам блока демодуляторов.

2.Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок генераторов помех содержит последовательно соединенные первый генератор помехи и первый сумматор, выход которого подключен к входу второго сумматора, к второму входу которого подключен выход второго генератора помехи, при этом входы генераторов помехи объединены и являются первым входом блока, вторым входом которого является второй вход первого сумматора, а выходами — выходы сумматоров.

З.Устройство по п.l о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок обработки сигналов ошибки содержит последовательно соединенные первые сумматор по модулю два, электронный ключ, интегратор, пороговый блок, накопитель и цифроаналоговый преобразователь, а также последовательно соединенные вторые сумматор по модулю два, электронный ключ, интегратор, пороговый блок, накопитель и цифроаналоговый преобразователь, при этом входы сумматоров по модулю два являются сигнальными входами блока, а выходы цифроаналоговых преобразователей — выходами блока, управляющие входы накопителей объединены и являются первым управляющим входом блока, управляющие входы электронных ключей и цифроаналоговых преобразователей объединены и являются вторым управляющим входом блока, а управляющие входы сумматоров по модулю два объединены и являются третьим управляющим входом блока.

4,Устройство по п,l-, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные тактовый генератор, вход которого является входом блока, первый элемент И, счетчик, ждущий мультивибратор, выход которого является первым выходом блока, и элемент НЕ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, при этом выход ждущего мультивибратора подключен к первому входу второго элемента И, выход которого является вторым вь|ходом блока, а к второму входу — генератор считывания, 5,Устроиство IIQ II 1, o T JI H ч а ю щ е е с я тем, что блок функционального преобразования содержит последовательно соединенные первые аналоговый сумматор, функциональный усилитель и блок вычитания, последовательно соединенные вторые аналоговый сумматор, функциональный усилитель и блок вычитания, а также третий функциональный усилитель, вход

1509761

14 которого объединен с вторыми входами

* аналоговых сумматоров и является входом опорного напряжения блока, а выход подключен к вторым входам блоков вычитания, выходы которых являются выходами блока, и является третьим выходом блока, при этом сигнальными входами блоков являются входы аналоговых сумматоров. 10

6.устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок опорного напряжения содержит последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения, первый электрон- 15 ный ключ и второй электронный ключ, параллельно которому подключен конденсатор памяти, один вывод которого подключен к общей шине, а другой является выходом блока, при этом управ- 2О ляющие входы генератора пилообразного напряжения и второго. электронного ключа объединены и являются первым входом блока, вторым входом которого является управляющий вход второго 25 ключа.

7.Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что аналоговый вычислительный блок содержит последовательно соединенные первый умножитель на два, первый блок вычитания, первый аналоговый делитель, к второму входу которого подключены второй умножитель на два, аналоговый умножитель и первый блок вычитания, выход которого является выходом блока, а к второму входу подключен выход вто-. рого блока вычитания, к входам которого подключены соответственно второй и. третий аналоговые делители, первые входы которых объединены с входом второго умножителя на два и подключены к выходу четвертого блока вычитания, первый вход которого объединен с вторыми входами первого блока вычитания и второго аналогового делителя и является вторым входом аналогового вычислительного блока, первым входом которого являются объединенные вход первого умножителя на два, вторые входы четвертого блока вычитания и третьего аналогового делителя, при этом третьим входом аналогового вычислительного блока является второй вход аналогового умножителя.

)509761

1509761

1509761

Редактор Н.Яцола

Заказ 5802/40 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

2

1

5 б

Составитель Н. Михалев

Техред Л.Олийнык Корректор А.Обручар