Устройство для измерения отношения сигнал/помеха

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU,»16 5263

А1 (51)5 Н 04 В 3/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЖРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4674032/09 (22) 04.04.89 (46) 15.03.91, Вюл. h" 10 (72) Н.И.Лукин, Л.У,.Кении, А.В,Харин, В.В.Кузнецов и К).A.Распопов (53) 621.395,664(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1123108, кл. Н 04 В 3/46, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И311ЕРЕНИЯ OTHOLlIF.—

НИЯ СИГНАЛ/ПОКЕХА (57) Изобретение относится к технике радиосвязи. Цель изобретения — повышение точности при частотной не2 стабильности радиоканала. Устройство содержит приемник 1 радиосигналов, демодулятор 2, блок 3 выделения фрон-тов, генератор 4 пачек импульсов, три ключа 5, 6 и 10, счетчик 7, элемент задержки 8, реверсивный счетчик 9, блок 11 индикации. Сигнал с выхода блока 3 поступает на входы счетчика 7, генератора 4 и ключей 5 и 6. Путем подсчета импульсов в реверсивном счетчике 9 осуществляется повышение точности измерения при любых частотных расстройках и нестабильностях радиоканала. 3 ил.

1635263

Изобретение ATHOcHTcR к технике радиосвяэи и может использоваться для контроля качества радиоканалов по величине отношения сигнял/помеха.

Цель изобретения — повьппение точ5 ности при частотной нестабильности радиоканала.

Иа фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложеннот о устройства, на фиг. 2 и 3 — эпюры, поясняющие его ралоту.

Устройство для измерения отношения сигнал/помеха содержит приемник 1 радиосигналов, демодулятор 2, блок 3 выделения фронтов, генераторы 4 пачек импульсон, пернь1й 5 и второй 6 ключи, счетчик 7, элемент 8 задержки, ренерсивный счетчик 9, третий ключ 10, б.г ок 11 1;ндикяцип.

Устройс гно работает следующим об(1 1р1 .о . 1",1гй игнал (фиг. 1) через пр11.1 п1к 1 радиосигнала (фиг. 2а) и демодулятор 2, в котором осуще ..твляет- 5 ся демо дуляция полезного сигналя, поступае I 1а вход блока 3 выде 1ения фро11тон, где формируются кор ткпе импульсы (фиг. 2б) н мс менты перехода сигнала через нулевой уровень (фиг.2я,д). С выходя блока 3 вь1леления фронтон короткие импульсы поступают ня входы счетчика 7, генератора 4 пачек импулъсон, первого и второго ключей 5, б, 1!ри появлении на входе генератора 4 импульсов короткого импульса, на первом выходе генератора 4 пачек импульсов появляется последовательность импульсов, представленная на фиг.2в, я на вто40 ром выходе генератора 4 пачек импульсон — последовательность, представленная на фиг.2г.Обе эти последовательности прекращают генерироваться в момент времени, соответствующий заднему фронту следующего импульса, поступающего с блока 3 выделения фронтов, в то время как передний фронт этого импульса служит для повторного запуска пачек им50 пульсов (фиг. 2в, r) . Середина импульсов, изображенных на фиг.2г, соответствуют целокрятным значениям нремени ь, 2 ь, Зь ...Мьд, где c11 - длил тельность элементарной посылки двоичной информации, à M о определяетh 55 ся структурой бинарйого сигнала, т.е. максимальной длительностью либо О,,либо 1. A середина импульсов, изображенных на фиг. 2н, соответствует полукратным значениям времени 0 5 g и л о

1,5 гп, 2,5ьп и т.д.

С первого выхода генератора 4 пачек импульсов пачки импульсов поступают на вход первого ключа 5, а с второго выхода генератора 4 пачки импульсов поступают на управляющий вход второго ключа 6, Импульсы с блока 3 выделения фронтов, проходящие через первый ключ 5, подаются на вычитающий вход реверсивного счетчика

9, а импульсы, проходящие через второй ключ 6, — на суммирующий вход реверсивного счетчика 9. Емкость реверсивного счетчика 9 равна И = 2 к где k — число его разрядов, и выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к точности и времени оценки отношения сигнал/помеха.

Счетчик 7 ведет подсчет импульсов, поступающих с блока 3 выделения фронтов, до числя N/2, после чего он выдает сигна.1 ня упря11ляюп1ий вхо1. третьего ключа 10 и через элемент 8 задержки на вход установки реверсивного счетчика 9 в начальное состояние, при этом счетчик 7 устанавливается в нулевое состояние. Начальным состоянием для реверсивного счетчика 9 является число 11/2. Элемент 8 задержки введен для того, чтобы информация с выхода реверсивного с 1етчика 9 через открытьп1 третий ключ

10 могла быть воспринята блоком 11 информации до установки реверсивного счетчика 9 в начальное состояние.

Результаты измерений, полученные ня выходе реверсивного счетчика 9 используются в блоке 11 индикации для определения отношения сигнал/помеха.

Рассмотрим процесс измерения при большом отношении сигнал/помеха. В этом случае на выходе блока 3 выделения фронтон будут формироваться короткие импульсы (фиг.2е) н моменты перехода полезного сигнала через нулевое значение (фиг.2д), и эти короткие импульсы будут совпадать по времени с импульсами, генерируемыми на втором выходе генератора 4 пачек импульсов (фиг.2ж), а на первом выходе генератора 4 пачек импульсов будет генерироваться последоватецьность импульсов (фиг.2з). При длительности между переходами через нуль, равной 1,д, на выходах генераи тора 4 пачек импульсов будут сгене163526 рироваиы последовательности фиг.2ж,з, а при длительности между соседними переходами через нуль, равной 2(1,, и последо(зательиости д)иг. 2и,к.

IIГ)и большОм птцОшc!!ии сиг(lэ(1/ПО—

М Е Х сl И «1 П Л Ь С Ы С б Л О К сз 3 Н ЫГ(J T e I f I r ST фР Ои Г ое3 6УДУт с ОВГ(с)цаl ь с (IИИУльсси (31 поспедо»а (ег(ьц<. стей (фцг. 2ж,!3), поступаю((и«(и I

Времеци, когда счетчик 7 Вы<(аст сигцап, открь(вающий тре1»цй Krfrî÷ 10, для

Ц f P« 1«и 13)1((ОР«(са ЦИЦ С 13< i Р(< З P (»ej> с

1!, !»l l iC 1< (ji (»C11) СГ(» (1«(<> « . (1 T

)< «,>1 з<1,.<ц ксир о <3 i l< Г (l!< ::!

>1 Гo 6,.>)с 1 < | "I (<-»< i! !, ci cciб

p;l>f< e

Iij)ir I . (.р (li(< o! I! :1!< „(>l (fit !(A<(< (1 1< lc <за счет !

)(lу к f у=(J(1 1 (3>р < ц <-,li i (" fi :if (с (i» !(

С(! 1(апсl ПОЗ»< l (<: (. Biff l Ц >МС Х !(а (3 С Е if M It V l,< .Ы С 1

10!

25

lilt;i

1 с-1<(i ðàò Р!>а 4 !! (i 1r;iу1 чер((з рой к(зюч 6 ц fi» по;<а,<ут 1(а суммц (((ий Вх(д ренерси<ц!Ого (<(тчцка

5> i ) Ь (Ь!

СО»(. 1

i31 A р <(<)9, ЧТО HP(ff

«brio;;e ренерси((цого с <ст (;(ка cr !3 .,nM e1t1 »Реме it!1 > еог;< l l(;l 131 (х ), < г с е1 (IH- 40 ка 7 Г)ояни Гся с),г((ал, ol 1,р!.,»а: ill(it третий кп(нч 10, с T,ñ 1) l<) и< р(.:r;1:lll цц<Рор«(()лиц с»c»!".»el T!! t с." o (ч(1)ftf

i(1 9 иа Вх.>д б"!c) iа 1 1, !Испо ца 131!хо де ре»ерсинцогo cire I<:.3((<» 9 буцет бпцз- 45

lin к 3/4«1, что будет "Оо<1<етс < »О»а l ь опрецелеццой оценке n1finfte»rrя сигнал/

/помеха 61)око. 11

В том случае. когда Гтиоп(ение сигнал/помеха будет -)пач(.т<;ьf(o

50 меньше едциицы> устройст»n будет работа I l> слегуюцим Образом.

Здесь помеха зиа (цтельi!o ripe»blпает сигиал и флуктуации фронтов импульсов полезиогс сигнала будут значительны. Кмцу с блока 3 выделения фронтон могут совпадать с цм(!ульсами последо»ательностей, генерируемых с первого и второго Вы3 6 ходов генератора 4 пачек импульсов, практически с ра»вой вероятностью.

Вследствие этого количество импульсов, прошедших через первьп(ключ 5 и попавших на вычитаюг(ий вход реверсивного счетчика 9, будет пр:<близительно равно копичестгу импульсов, прошед!пих через второй ключ 6 и попавших T(a cyMI((fpylntt(rii гхоц реверсивного счетчика 9. Г1оэтому в момент времени, когда иа выходе счетчика 7 появится сиг цал, открывающий третий ключ 10> для передачи информации с выхоца реверсивного счетчика 9 на вход блока 11, иа выходе реГ<ерсивиого счетчика 9 будет число, близкое к Ij/2, что бу((ет отражено

» пГ)каэаццлх блока 11 как отношение сиг(!Вл/пом(ха, близкое к Нулю.

Cy(ttI! Остl 1)Р Ц ; е, и»терна Ibl нре.(сцц «(()к((у ((о«(е)(та«(ц пересечения цу rsr сигналом г !и!хnjtа демодулятора 2. На фи(. 1а показан

»ид напряжеция с Выхода демоду.(я-<Ора 2 при наличии по1!е 3!((<го сцгць.<(а (фц) . За слева) ц,. (сутстr3((tf его (фиг.3а справа) . !!рц ца (и ц!ц сцг"

I1fiTTa н виде дГ<си >1(c);" rtoc л(ц<)»а Ге(i!

Iic)c TH 1 (f 0 fl<31(p s(же lllf e 1! l нl!х<)цс > (о моцуля1 ор. 1 им<зет )<((ра(«тор регуTp! In!3 цос:(ецо 31 el(»lfnc1(t цмп . Льсов с 3(1(цтельиостью („,, -„, 3-а и т.ц., (!>роцты которых "размыты" шумовой комil <1 поцентой. Степень размытости оГ(ределяется цисперсцей Временных фпук" туаций фроцтОВ двоичного сигцала ц зависит от величины помехи. Чем больше помеха> те«Г>ольв(е дисперсия Вре менных флуктуац .(й фроитов. На ())(rr.3à слева штриховой линией показана ФГ1РВ фронтов при опрег)елепцой величине помехи, Для случая действия только помехи регулярная структура сигнала с ( выхода демодулятора разрушается (фиг.3а справа) . ФНРВ ги(тервалов времени (иВ) <, ((е,кду пулевыми отсчетами будут иметь вид, показанный иа,1635263

)\

q=K

1 1овц после чего на селектирующее устройство поступает следующий (2-й импульс) с выхода блока выделения фронтов.

Вероятностное положение 2-го импульса по времени может быть различным, что показано на фиг.Зг. В зависимости от того, с какой импульсной последовательностью (целократной или

55 полуторакратной) осуществится совпадение 2-ro импуЛьса, вырабатывается знак (+ или -) при заполнении реверсивного счетчика (фиг.Зж). Нуле,вые отсчеты íà фиг. Зк соответствуют фиг.3б (для зашумленного сигнала— слева, а для помехи — справа).

Видно, что ФПРВ ИВ . для случая наличия сигнала имеет ярко выраженный полимодальный характер, причем локальные максимумы ФПРВ соответствуют ом даемым длительностям 1, л

2 3 4 и г д ° максимальн значение длительности М С определяется структурой бинарного сигнала, т.е. максимальной длительностью серии либо О, либо 1 °

При увеличении отношения сигнал/

/помеха ФПРВ ИВ будет "стягиваться" к центрам ь „, 2+c.....М . д и локальные максимумы будут увеличиваться, а при уменьшении отношения сигнал/помеха. наборот, ФПРВ будет расширяться, локальные максимумы будут уменьшаться, Минимумы ФПРВ,находящиеся в точках 1,5, 2,51;„, 3,5С и т,д., будут увеличиваться. Оценка такого рода деформации ФПРВ ИВ а

h используется для вычисления отношения сигнал/помеха.

Степень "размытости" ФПРВ ИВ пс оценивается путем построения гистоh граммы на интервалах времени с, п

Ь "д,..., Д,д, включающих точки 6д

2 cp ...М ь„и на интервалах 6 (О Ьс ... g ь „, включающих точки

0,5 и 1,5 с,д ... (М-О,5) с, и далее !

Б и м05 и формирования оценки вида где и, и; — значения гистограм)-0,5

° n мы н точках i 0

1,М. — общий объем выборки

ОБЦ

ИВ, по которым стро. ится гистограмма, К вЂ” коэффициент пропорциональности, равный и

Длительность интервалов Дь, на которых оценивается гистограмма, может быть выбрана одинаковой, равной с,о /4, прн этом разделяющие интервалы между целократными и полукратными значениями, равные по длительности (. /4, и h

О также участвуют в формировании оценл ки q поскольку общий объем выборки

pw М вц K > <-0,5 7е РаъА 7

i-1 1=1

45 где п — суммарное количество отсчетов ИВ, попавших в разделяющие материалы.

Вид гистограмм при различных отношениях сигнал/помеха показан на фиг.Зв. При большом отношении сигнал/помеха значения гистограммы на интервалах с,, i = 1,М максимальи, ны, а на интервалах ь;,, i 1,М

1 минимальны. В этом случае величина л — максимальна. При уменьшении отношения сигнал/помеха максимальные значения гистограммы на интервалах

Г,М будут уменьшаться, а на интервалах 1,;,, i = 1,t1I увеличиваться что приведет к меньЭ л шению оцениваемого значения q. В предельном случае (при С/П = 0)

У когда ФПРВ ИВ с становится унимодальной и гладкой (фиг.Зв справа), значения гистограммы на соседних интервалах становятся приближенно одинаковыми, что и обеспечивает нулевое значение q, т,е. в этом слуМ чае, п, м = м

; и —, и; О

4=л ° D ц=К - „ О обЩ

Таким образом обеспечивается моноЭ л тонная зависимость величины q от истинного значения отношения сигнал/

/помеха.

Формирование интервалов времени л и, 1,, и ; 7 осуществляется с помощью двухканального генератора пачек импульсов, запускаемого импульсами с выхода блока выделения фронтов (фиг.3r). На выходе генератора пачек генерируются импульсы, соответствующие целократным значением (фиг.Зд), и с длительностью о /4, а на другомполуторакратным значениям 6О с той же длительностью (фиг.3e). Первый импульс запускает генератор пачки, 1635263

10 ф

q=K

?О

al н»»пан».»а

U б г) о.st. ! Lo

0.25 ).,, 0,25 4 ! ! !

°

U а) U а) Э) U к) U л)

0 м) случаю несовпадения второго импульса ни с одной последовательностью.

После э1ого второй импульс вновь запускает генератор па »ек импульсов и процесс повторяется.

Таким образом, устройство обеспечивает формирование значения отношения сигнал/помеха путем построения оценки ï, -5

0GW определяющей степень изменения вида гистограммы длительностей » в зависимости от отноп»ения сигнал/помеха.

Для попучения достоверной оценки q с заданной погрешностью должен бить накоплен достаточный объем выборки

И„,„, величина которой контролируется счетчиком по заполнении кото л рого значение q поступает на выход устройства.

Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я

Устройство для измерения отношения сигнал/помеха, содержащее блоки»:— дикации, первый и второй ключи и последовательно соединенные приемник радиосигналов, демодулятор и бпок выделения фронтов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности при частотной нестабильности радиоканала, введены элемент задержки, генератор пачек импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами гервого и второго ключей, счетчик, последовательно соединенные реверсивный счетчик, вычптающий и суммирующий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, и третий ключ, выход которого соединен с входом блока индикации, выход блока выделения фронтов соед»»»»ен с входом генератора пачек импульсов, с входами первого и второго ключей, и с входом счетчика, выход которого соединен с управляющим входом тре»ьего ключа и с входом элемента задержки. выход которого соединен с входом установки нуля счетчика и входом установки начального сос» ояния реHåðñ»»â»»îão счетчика.

I 635263 Е - есуч, Еес. (,(отн.е n)

Чг

1 б I ° 1 б 1 б I ° Э Ф

1 I 1 1 Э В б I ° ° ° б б б I ° б 1 Ф 1 1 В б °

Vi 41 Э ° б б ° 1 ° ° Э °

1 б ° Ф 1 б б б 1 Ф

11(б

1 I 1 б

1 Ф

1 1

О.Х (Ю 2 2.5 3

1 б I 1 б

1 б б Э б

° I б ° 1

Ф - 1 Э

Йа/Е ° б б 1

Э Ф

° 1 ° 1 Ф (В

° I I I — 13

MLt

° 1 1 ° б

1 б б В 1

1 1 I I °

1 1В.— — «Т

В 1 Ф б I

° 1 I б б

+ t

Составитель Е.Голуб

Техред Л.Олийнык Корректор В. Гирняк редактор A.Ìâêîâñêàÿ

Заказ 761 Тирах 390 Подписное

BHHHIIH Государственного .комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Укгород, ул. Гагарина, 101! б I Ф I б Ф I ° б б фб

1 I б ° ° °

° б б ° Э ° Яу

О) II (Э б

Vlt

1 Э

1 б

° Э (В

1 1

I б

1 °

1 Ф