Устройство для измерения фазочастотной характеристики канала связи

 

Использование: измерительная техника . Цель: расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения группового времени прохождения сигнала в канале связи. Сущность изобретения: устройство содержит на передающей ётороне 1 генератор качающейся частоты (1), а на приемной стороне 1 блок предварительной обработки сигнала (2), состоящий из 1 усилителя (3), 1 формирователя (4), 1 дифференцирующей цепочки (5) и 1 мостового выпрямителя (6), 1 блок запуска и остановки измерений (7), 1 генератор счетных импульсов (8), 1 блок вычисления перепада фазы (9), 2 индикатора

СОЮЗ COBETCKMX

СОЦИАЛИ СТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 04 B 3/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4926558/09 (22) 08.04,91 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Ленинградское научно-производственное обьединение "Красная Заря" (72) В,П.Панкратов (56) Авторское свидетельство СССР йк 1688419, кл. Н 04 В 3/46, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛА СВЯЗИ (57) Использование: измерительная техника. Цель; расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения группового времени прохождения сигнала в канале связи, Сущность изобретения: устройство содержит на передающей стороне 1 генератор качающейся частоты (I), а на приемной стороне 1 блок предварительной обработки сигнала (2), состоящий из 1 усилителя (3), 1 формирователя (4), 1 дифференцирующей цепочки (5) и 1 мостового выпрямителя (6), 1 блок запуска и остановки измерений (7), 1 генератор счетных импульсов (8), 1 блок вычисления перепада фазы (9), 2 индикатора (20, 21), 1 блок печати (22), а также 1 блок вычисления группового времени (10), содержащий 1 блок пересчета (11), 1 расчетный блок (12), 1 вычислитель частотной характеристики(13), 2 фиксатора текущего значения частоты и предыдущего значения частоты (14 и 15), 1 вычислитель разности частот(16), 1 фиксатор средней частоты (1 7), 1 сумматор (18) и 1 делитель на два (19). 1 — 2 — 3 — 3 — 4 — 5—

6-7 — 8 — 11 — 12 — 13 — 20 — 22, 8-7, 8 — 9, 9 — 14 — 15—

16 — 12, 14 — 18 — 19-17 — 21 — 22, 13 — 17, 15 — 18, 9 — 20, 9 — 21, 9 — 21, 14 — 16. 5 ил, 1811011

Изобретение относится к измерительной технике злектропроводной связи и может быть использовано для измерения группового времени прохождения сигнала (ГВП) в каналах связи, предназначенных для передачи дискретных сигналов связи, телеметрии.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения группового времени прохождения сигнала в канале связи.

На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.

2 — временные зависимости напряжения в отдельных элементах устройства а — напряжение на входе измеряемого канала ТЧ; б — напряжение на выходе канала ТЧ; в — напряжение на выходе формирова- 20 теля 4; г — напряжение на выходе дифференцирующей цепочки 5; д — напряжение на выходе мостового выпрямителя 6; 25 на фиг. 3 — структурная схема вычисли-. теля частотной характеристики ГВП; на фиг.

4 — структурная схема фиксатора средней частоты; на фиг. 5- структурная схема блока вычисления перепада фазы., 30

Устройство содержит на передающей стороне генератор 1 качающейся частоты, а на приемной стороне блок предварительной обработки сигнала 2, состоящий из усилителя 3, формирователя 4, 35 дифференцирующей цепочки 5, мостового выпрямителя 6. блок запуска и остановки измерений 7, генератор 8 счетных импульсов, блок вычисления перепада фазы 9, блок вычисления группового времени 10, включа- 40 ющий блок пересчета 11, расчетный блок 12, вычислитель частотной характеристики ГВП

13, фиксатор 14 текущего значения частоты, фиксатор 15 предыдущего значения частоTbl, вычислитель разности частот 16, фикса- 45 тор средней частоты 17, сумматор 18, делитель на два 19; индикатор ГВП 20, индикатор средней частоты 21, блок печати 22; измеряемый канал связи 23, Генератор качающейся частоты 1 сое- 50 динен через измеряемый канал 23 с входом блока предварительной обработки сигнала 2.

Блок 2 предварительной обработки сигнала содержит последовательно соединен- 55 ные усилитель 3, формирователь 4, дифференцирующую цепочку 5 и мостовой выпрямитель 6, выход которого является выходом блока 2, а вход усилителя 3 является входом блока 2.

Выход блока 2 предварительной обработки сигнала соединен с входами блока 9 вычисления перепада фазы и блока 7 запуска и остановки измерений, второй вход блока 7 соединен с первым выходом генератора 8 счетных импульсов, второй выход которого и выход блока 7 соединены соответственно с вторым и третьим входами блока 9 вычисления перепада фазы; первый, второй и третий выходы блока 9 соединены соответственно с входами блока печати и индикаторов значений ГВП 20 и средней частоты 21, выходы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами блока печати 22. Четвертый и пятый выходы блока 9 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 10 вычисления группового времени.

Первый вход блока 10 является входом блока перечета 11, соединенного последовательно с расчетным блоком 12 и вычислителем частотной характеристики ГВП 13, первый выход которого, являющийся первым выходом блока 10, соединен с вторым входом индикатора ГВП 20.

Второй вход блока 10 является входом фиксатора 14 текущего значения частоты; выход которого соединен с входами вычислителя разности фаз 16, сумматора 18 и фиксатора 15 предыдущего значения частоты, выход фиксатора 15 соединен с вторыми входами сумматора 18 и вычислителя разности фаз 16, выход которого соединен с вторым входом расчетного блока 12. Выход сумматора 18 через делитель на два соединен с вторым входом фиксатора средней частоты 7, выход которого, являющийся вторым выходом блока 10, соединен с вторым входом индикатора средней частоты 21.

Вычислитель частотной характеристики

ГВП 13 (фиг. 3) содержит следующие элементы;

13.1 — блок памяти, фиксирующий абсолютные значения ГВП;

13,2 — блок вычисления частотной характеристики;

13,3 — блок выбора минимального значения ГВП;

13.4 — блок отсчета и передачи порядкового номера частоты минимального значения ГВП;

13.5 — блок управления работой элементов вычислителя 13 и фиксатора 17; кн. 1 — кнопка управления фиксацией и индикацией минимального значения ГВП и соответствующий средней частоты, Фиксатор средней частоты 17 (фиг. 4) содержит следующие элементы:

17,1 — блок памяти граничных значений частотных интервалов;

1811011

10 ния группового времени.

В данном случае при анализе условий ном выходе значение сдвига фазы (Ло ), а на другом выходе — значение верхней граты — Етек и редыдущее значение граничной частоты

FFp., тогда интервал частот определяетСя

Ртек +Fn ср.=

Для пояснения процессов, происходяпереписать в следующем виде;

40 (()»

F, -Ъ- + Ъ . (2)

В соответствии с этими формулами отдельные элементы блока 10 вычисления группового времени выполняют следующие функции; блок пересчета 11 подготавливает значение числителя формулы (1), т.е. вычисляет

ЛЬ/2л .

Фиксатор значения частоты 14 запоми- нает Ртек., которая на следующем шаге работы передается в фиксатор предыдущего значения частоты 15, где фиксируется как

17.2 — блок выборки и передачи значе- ся определение перепада ФЧХ на отдельний частоты в индикатор средней частоты ных частотных интервалах, 21. Для измерения перепадов фазы в предВзаимодействие элементов вычислите- лагаемом устройстве используется метод ля частотной характеристики ГВП 13 и фик- сравнения скорости изменения частоты иссаторасреднейчастоты 17показаны на фиг. пытательного сигнала на входе и выходе

3, 4, канала связи. Основной элемент предло.Устройство работает следующим обра- женного устройства для измерения ФЧХ зом. взят из данного авт. св, в качестве известноГенератор 1 качающейся частоты (ГКЧ) ro блока 9 вычисления перепада фазы, посылает на вход измеряемого канала связи Использование блока 9 вычисления пе23 частотно-модулированное колебание в репада фазы в устройстве для измерения диапазоне частот 300 — 3400 Гц. С выхода ГВП вызвало необходимость разработки ряизмеряемого канала 23 сигнал подается на . да элементов, входящих в блок 10 вычислеблок предварительной обработки сигнала 2, 15 в частности на вход усилителя 3, который

Одновременно является нагрузкой для кана- перехода от перепада фазы ФЧХ к значенила, равной 600 Ом. С выхода усилителя 3 ям ГВП необходимо помнить, что блок 9 принимаемый сигнал подается на формиро- вычисления перепада фазы выдает на одватель 4, в котором частотно-модулирован- 20 ный сигнал.. преобразуется в .. соответствующую последовательность им- ничной частоты„для которой получен данпульсов; что упрощает математическую об- ных перепад фазы. Эта граничная частота работку сигнала. Принимаемая условно названа текущим значением частопоследовательность импульсов с выхода 25 формирователя 4 подается на дифференци- Кроме текущего значения частоты рующую цепочку 5, которая обращает их в для расчета интервала частот надо знать последовательность остроконечных разно-. полярных импульсов. Двухполуперйодный мостовой выпрямитель" 6, через который 30 как Л F = Ртек.- Flip. проходит принимаемый сйгнал, преобразу- Для определения средней частоты Гер., ет его в последовательность однополярных для которой измеряется ГВП, надо испольостроконечных импульсов, используемых. зовать зйачения граничных частот для вычисления перепадов ФЧХ и определения ГВП. Для пояснения взаимодействия -35.. отдельных элементов блока предваритель- . ной обработки сигнала 2 на фиг. 2 представ- щих в блоке,ЛО вычисления группового врелены временные зависимости сигнала на мени, целесообразно формулы (1) и (2) входе и выходе канала связи, а также на выходе следующих элементов: формирова- Ь тек — Ь пр теля (живых. a), дифференцирующей цепочки (живых. 5) и мостового выпрямителя (Ое,к. 6), (1)

Как следует из фиг. 2 а, испытательным сигналом является (О к.) частотно-модулированное колебание с линейным законом изменения частоты, т. е. колебания генератора качающейся частоты, Испытательный сигнал передается по каналу связи, причем за счет переходных процессов временная зависимость сигнала на выходе канала .(живых. — фиг. 2 б) отличается от сигнала на входе (О х. — фиг, 2 а).

В предлагаемом устройстве для изме-. рения ГВП, как и в любом устройстве для измерения ФЧХ или ГВП, полезно используемой частью сигнала на выходе канала значение р. является временной интервал после оконча- Значения хранящиеся. в о ниЯ пеРеходных процессов (на фиг. 2 б oí 15 используются для расчета разности обозначен потечете), Одной из основных про- ртек рпр, который осуществляется в вычисблем создания измерительной ГВП являет1811011 ристики ГВП 13 можно считать схему, изо- 50 браженную на фиг. 3.

Для уяснения работы предлагаемого устройства при измерении ГВП необходимо рассмотреть работу 9 блока вычисления пе-. репада фазы.

Измерение перепадов ФЧХ исследуемого канала ТЧ осуществляется методом сравнения скорости измерения частоты частотно-модулированных колебаний испытательного сигнала на входе и выходе канала. лителе разности частот 16, а также для вычисления значения суммы Ртек, + Fnp, которое осуществляется в сумматоре 18

Последовательная работа сумматора 18 и делителя на два 19 позволяет определить значения средней частоты Fcp, которые запоминаются в фиксаторе средней частоты 17.

Числовые значения, полученные в блоке пересчета 11 и вычислителе разности 16, подаются в расчетный блок 12, где осуществляется деление в соответствии с формулой (1) и образутюся абсолютные значения частотной характеристики ГВП вЂ” tcp, которые передаются и фиксируются в элементах вычислителя частотной характеристики ГВП.

Однако в процессе практической эксплуатации каналов ТЧ обычно нормируют и измеряют не абсолютное групповое время, а относительную частотную характеристику

ГВП. В устройствах прототипа и аналогов за нулевое значение или значение, относительно которого отсчитывается частотная характеристика ГВП, в измерителях каналов ТЧ принимается чаще всего значение на частоте 1900 Гц либо на частоте, соответствующей минимальному значению абсолютного ГВП. Поэтому в функции вычислителя частотной характеристики ГВП

13 должны входить следующие операции фиксирование (запоминание) абсолютных значений ГВП вЂ” t(р, .выбор минимального значения ГВП т(и с фиксацией частоты, соответствующей минимальному ГВП, или порядкового номера числового значения в данном цикле измерений; вычисление относительной частотной характеристики ГВП канала связи тщ.

Тогда окончательное выражение частотной характеристики ГВП будет иметь вид

t(f) = tcp - ч(ин.. (3)

Физическая реализация вычислителя частотной характеристики ГВП 13, выполняющего перечисленные функцйи, может быть произведена с помощью элементов, скомпонованных в виде различных вариантов, В качестве одного из вариантов компоновки элементов вычислителя частотной характе10

Для этого нэ передающей стороне устройства используется генератор качающейся частоты 1, посылающий в измеряемый канал 23 испытательный сигнал вида (фиг. 2 а)

Овх = А з п 2 xQ t .. (4)

Как видно из выражения (4), круговая частота колебаний испытательного сигнала изменяется по линейному закону

cu(t) = 2 ла t. (5)

Под воздействием испытательного сигнала на входе канала, записанного выражением (4), на, выходе канала появится колебание, фаза которого определяется как законом вынуждающего колебания, так и значением сдвига ФЧХ.канала, т. е. Звых (г) = А2 (т) sin (2 тга т — Ь(со) ) (6) где а — коэффициент, определяющий линейный закон изменения частоты;

Ю(щ) — фазочастотная характеристика контролируемого канала связи 23.

Следует помнить, что установившееся колебание на выходе канала, записанное выражением (1), возникающее под воздействием вынужденного колебания (выражение 4), появляется через определенное время, в течение которого на выхо) е канала будут действовать установившиеся или свободные колебания. Условно временная зависимость напряжения сигнала на выходе канала показана нэ фиг. 2 б;.где моменты измерения совпадают с to)c e a.

Оценку скорости изменения частоты целесообразно выполнять путем контроля моментов перехода функции (4) и (6) через нуль

Так,из выражения (4) имеют 0вх =

=Аstn 2 лаt =О, (7) или 2 ка tv = л К, (8) откуда t((=. (9) . 2а где k=1,2,3 ...

Длительность интервала между k u k - 1 импульсами ц=ь-ц-1- — Yk — l 1) (10)

2а после несложных преббразований с использованием бинома Ньютона выражается кэк

Лт(, = --1 (1 1)

2ак

Аналогичные преобразования выраже- . ния (6) позволяют получить л = =(+ь г)- k- )(12)

2а д где hQ< — перепад ФЧХ на интервале частот, соответствующих k -му отсчетному импульсу;

1811011

T: — для удобства записи время на выходе канала обозначено другой буквой.

Из сравнения выражений (10) и (12) можно записать

А9< =л(— 1) (13)

Из формулы (13) следует, что задача определения перепада фазы Л(Эк на интервале частот, определяемом длительностью импульса Ьт, сводится к измерению длительностей соответствующих элементов сигнала Ла<и Лц<, (фиг. 2 а, д).

Соотношение (13) позволяет определить перепады фазы ЛИк всей ФЧХ канала: и ap) b()=, ЛИ

k=1 (14) Однако такое суммирование отдельных

А9< оказывается затруднительным, так как для приемлемых значений а= 500 ...

2000 Гц/с количество учитываемых членов будет составлять несколько тысяч (от 3 до 6).

Поэтому целесообразно учитывать М-элементные интервалы (фиг. 2 а, д), для которых соотношение (13) . примет вид, ЛВ„„=М(Л ™ 1)

Таким образом, в алгоритм математической обработки сигналов при определении

Лб м должны выходить следующие операции; выбор пакета импульсов принимаемого

-сигнала; определение длительности пакета принимаемого сигнала t; Ь гк ); выбор пакета испытательного сигнала на входе канала (ЛtpM) — выдается базой данных; .расчет перепада фазы Абаям, фиксация граничных частот, определяющих рассчитываемые перепады фазы —. выдается базой данных; выдача в последующие элементы устройства информации о перепадах ФЧХ

Л©< и ее граничных частотах.

Физическая реализация элементов, осуществляющих математическую обработку принимаемых сигналов, выполнена в блоке 9 вычисления перепада фазы.

На фиг. 5 представлена структурная электрическая схема блока 9 вычисления перепада фазы, В состав блока 9 входит семь элементов:

9,1 -„блок выбора пакетов;

9.2 — счетчик длительности пакетов;

9.3 — фиксатор длительности пакетов;

9.4 — расчетный блок;

9.5 — фиксатор, перепада фазы;

10.чивает согласование работы элементов

25

35. ГВП в каналах ТЧ не влияет на качество

9,6 — блок управления;

9.7 — блок базы данных.

Помимо указанных процессов математической обработки принимаемых сигналов блок 9 вычисления перепадов фазы должен согласовывать моменты работы отдельных элементов — как блока 9, так и элементов устройства измерения ГВП. Это выполняется блоком управления 9.6, который обеспеданного блока (9.1, 9.4, 9.7) и внешних элементов: индикатора ГВП 20, индикатора средней частоты 21 и блока печати 22.

Взаимодействие отдельных элементов блока 9 вычисления перепада фазы с другими элементами устройства понятны из фиг. 1.

Предлагаемое устройство, в отличие от прототипа и известных устройств, обеспечивает измерение абсолютных величин

ГВП, что имеет важное значение при контроле каналов большой протяженности. Существен ной особе н ностью предлагаемого устройства является возможность измерения ГВП односторонних каналов. Это позволяет осуществлять контроль и нормирование каналов ТЧ, имеющих различное групповое время прохождения в прямом и обратном направлении. В принципе все современные системы многоканальной связи с частотным разделением сигнала имеют каналы, у которых ГВП прямого и обратного направлений передачи различается в пределах 30 — 100 мкс. Такое различие передачи речи или сигналов тонального телеграфирования и данных. Однако при передаче сигналов систем синхронизации частоты и точного времени различия,ГВП прямого и обратного направлений передачи могут вызвать недопустимые погрешности.:

Знание абсолютного значения ГВП контро-. лируемых каналов позволит устранить искажения за счет различий ГВП прямого и обратного направлений передачи каналов.

Формула изобретения

Устройство для измерения фазочастотной характеристики канала связи, содержащее на передающей стороне генератор качающейся частоты, выход которого является входом измеряемого канала связи, а на приемной стороне блок предварительной обработки сигнала, включающий последовательно соединенные усилитель, формирователь, дифференцирующую цепочку и мостовой выпрямитель, выход измеряемого канала связи является входом усилителя, а выход мостового выпрямителя, являющийся выходом блока предварительной обработки сигнала, соединен с первыми входами блока

1811011

2а) ° Д <еФ»

1 4< t

Ь <.„«

Ь 4

2Е! а <. а к <

1

Ф«г g

«< вычисления перепада фазы и блока запуска мени и соединен с вторым входом одного и остановки измерений, второй вход которо- . индикатора и второй выход соединен с перго соедийен с первым выходом генератора вым входом фиксатора средней частоты, счетных импульсов, второй выход которого вход блока пересчета является первым вхои выход блока. запуска и остановки измере- 5 дом блока вычисления группового времени ний соединены соответственно с вторым и и соединен с четвертым выходом блока вытретьим входами блока вычисления перепа- числения перепада фазы, пятый выход котода фазы, первый, второй и третий выходы рогосоединенсвходомфиксаторатекущего которого соединены соответственно с вхо- значения частоты, являющимся вторым входами индикаторов и блока печати, второй и 10 дом блока вычисления группового времени, третий входы которого соединены соответ- выход фиксатора текущего значения частоственнос выходами индикаторов, отл и ч а- ты соединен с входами вычислителя разною щ<в e c я тем, что, с целью расширения сти частот сумматора и фиксатора функ<циойаальнйх возможностей устройства" предыдущего значения частоты, выход котопутем обеспечения возможности измере- 15 рого соединен с вторыми входами сумматония группового времени прохождения сиг- ра и вычислйтеля разности частот, выход нала в канале связи, на приемной стороне которого соединен с вторым входом расчетвведен блок вычисления груйпового време- ного блока, а выход сумматора соединен ни, содержащей последовательно соеди-, через делитель на два с втором входом фикненные блок пересчета, расчетный блок и 20 сатора средней частоты, выход которого, вычислитель частотной характеристики, являющийся вторым выходом блока вычиспервый выход которого является первым ления группового времени, соединен с втовыходом блока вычисления группового вре- рым входом другого индикатора.

1811011

20 а1

PPg f

Редактор С, Кулакова

Заказ 1452 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

I

I

I

I ! !

I. Составитель 8, Панкратов

Техред М.Моргентал Корректор В. Петраш