Устройство для моделирования радиотехнической системы передачи информации с амплитудно-импульсной модуляцией

 

Изобретение предназначено для моделирования сигналов, модулированных по амплитуде, принимаемых в условиях многолучевого распространения, и может быть использовано как техническое средство обучения, а также при исследованиях блоков радиотехнических систем. Целью изобретения является расширения функциональных возможностей за счет автоматизированной оценки среднего коэффициента отклонения формы среза многолучевого сигнала. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, ждущий мультивибратор 2, n управляемых делителей, 3 напряжения, два сумматора 4, интегратор 5, генератор 6 шума, первый 7-1, второй 7-2 и третий 7-3 ключи, первый 8-1 второй 8-2 и третий 8-3 счетчики импульсов, первый 9-1, второй 9-2 и третий 9-3 переключатели, линию 10 задержки, три формирователя 11 импульсов, триггер 12 Шмитта, фильтр 13 нижних частот, два масштабирующих усилителя 14, два блока 15 деления, масштабирующий блок 16, три цифроаналоговых преобразователя 17, блок 18 умножения, два компаратора 19 напряжения, элемент 20 задержки, блок 21 эталонных напряжений, генератор 22 импульсов. 3 ил.

Изобретение предназначено для моделирования сигналов, модулированных по амплитуде, принимаемых в условиях многолучевого распространения, и может быть использовано как техническое средство обучения, а также при исследованиях блоков радиотехнических систем.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет автоматизированной оценки среднего коэффициента отклонения формы среза многолучевого сигнала.

Функциональная схема устройства представлена на фиг.1; на фиг.2 показаны типовое расположение радиопередатчика и приемника, а также отражающие слои; на фиг.3 временные диаграммы.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, ждущий мультивибратор 2, n управляемых делителей 3 напряжения, два сумматора 4, интегратор 5, генератор 6 шума, первый ключ 7-1, первый счетчик 8-1 импульсов, первый переключатель 9-1, линию 10 задержки, второй 8-2 и третий 8-3 счетчики импульсов, три формирователя 11 импульсов, второй 9-2 и третий 9-3 переключатели, триггер 12 Шмитта, второй 7-2 и третий 7-3 ключи, фильтр 13 нижних частот, два масштабирующих усилителя 14, два блока 15 деления, масштабирующий блок 16, три цифроаналоговых преобразователя (ЦАП) 17, блок 18 умножения, два компаратора 19 напряжения, элемент 20 задержки, блок 21 эталонных напряжений, генератор 22 импульсов.

Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с входом ждущего мультивибратора 2. Управляющие входы n делителей 3 напряжения являются входами задания коэффициентов деления устройства. Выходы n управляемых делителей 3 напряжения подключены соответственно к входам первого сумматора 4-1, выход которого соединен с входом интегратора 5. Выход интегратора подключен к первому входу второго сумматора 4-2, второй вход которого соединен с выходом генератора 6 шума. Выход ждущего мультивибратора 2 соединен с входом линии 10 задержки, счетным входом первого счетчика 8-1 импульсов и входом первого формирователя 11-1. Выходы линии 10 задержки соединены соответственно с входами n управляемых делителей 3 напряжения и соответствующими входами первого переключателя 9-1. Выход первого переключателя 9-1 соединен с управляющим входом первого ключа 7-1. Выход интегратора 5 подключен к входу триггера 12 Шмитта и информационному входу первого ключа 7-1, выход которого соединен с входом фильтра 13 нижних частот, выход которого подключен к входу первого масштабирующего усилителя 14-1. Выход первого масштабирующего усилителя 14-1 соединен с входом делимого первого блока 15-1 деления, выход которого является выходом отношения сигнал/шум для выбранного лучевого сигнала устройства. Выход генератора 6 шума подключен к входу масштабирующего блока 16, выход которого соединен с входом делителя первого блока 15-1 деления. Выход первого счетчика 8-1 импульсов подключены к соответствующим входам первого ЦАП 17-1, выход которого соединен с входом делителя второго блока 15-2 деления и входом первого компаратора 19-1 напряжения. Выход триггера 12 Шмитта через второй формирователь 11-2 импульсов соединен со счетным входом второго счетчика 8-2 импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами второго ЦАП 17-2, выход которого соединен с первым входом блока 18 умножения. Выход блока умножения соединен с информационным входом второго ключа 7-2, выход которого является выходом напряжения, пропорционального среднему коэффициенту отклонения формы среза многолучевого сигнала устройства. Выход первого компаратора 19-1 подключен к входу третьего формирователя 11-3 импульсов, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа 7-2 и входом элемента 20 задержки, выход которого подключен к входам сброса первого 8-1 и третьего 8-3 счетчиков импульсов. Выход второго сумматора 4-2 является выходом смеси многолучевого сигнала и случайной составляющей шума устройства и соединен с входом второго компаратора 19-2 напряжения, вход опорного напряжения которого соединен с выходом второго переключателя 9-2. Входы второго переключателя 9-2 объединены соответственно с входами третьего переключателя 9-3 и подключены к соответствующим выходам блока 21 эталонных напряжений. Выход третьего переключателя 9-3 соединен с входом опорного напряжения первого компаратора 19-1 напряжения. Выход второго компаратора 19-2 соединен с управляющим входом третьего ключа 7-3, информационный вход которого подключен к выходу генератора 22 импульсов. Выход третьего ключа 7-3 соединен со счетным входом третьего счетчика 8-3 импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам третьего ЦАП 17-3, выход которого соединен с входом второго масштабирующего усилителя 14-2. Выход второго масштабирующего усилителя подключен к входу делимого второго блока 15-2 деления, выход которого соединен с вторым входом блока 18 умножения. Выход первого формирователя 11-1 импульсов подключен к входу сброса второго счетчика 8-2 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Вначале оператор с помощью управляемых делителей 3-1,3-N напряжения, устанавливает расчетную форму многолучевого сигнала, учитывающую число лучей по числу слоев отражения, коэффициенты отражения от слоев, ширину полосы пропускания канала связи. Рассмотрим как производится указанная операция на частном примере.

Оператору выдается задание: в прямоугольной системе координат расположен радиопередатчик А и приемник П, а также обозначены отражающие слои. На фиг.2 приведены типовое задание с двумя отражающими слоями и расположение передатчика и приемника. Кроме того, задаются коэффициенты отражения от слоев, например коэффициент отражения от первого слоя К₁=0,7, коэффициент отражения от второго слоя К₂=0,4. Задается также полоса пропускания канала связи, например Δf ≃ 1/T_c, где Т_с длительность излучаемого импульса. Пути прихода сигналов в приемник по трем лучам показаны на фиг.2.

По формулам t= t= где С cкорость распространения сигнала, определяются задержка в приходе сигнала по второму лучу t_зад' относительно первого и аналогичная задержка в приходе сигнала по третьему лучу t_зад". Учет полученных задержек, а также коэффициентов отражения от первого К₁ и второго К₂ слоев и полосы пропускания канала связи позволяет построить временную диаграмму принимаемого импульсного многолучевого сигнала (фиг.3). На фиг.3,а показан импульсный сигнал прямоугольной формы, который длительностью τ_о формируется на выходе ждущего мультивибратора 2, в каждом такте работы устройства. На фиг.3,б показаны три импульсных сигнала, приходящих соответственно по первому, второу и третьему лучам. Пунктиром показано искажение формы прямоугольных импульсов в канале связи на треугольную. Ступенчатая линия показывает суммарную форму многолучевого сигнала на выходе первого сумматора 4-1, которую должен установить оператор с помощью управляемых делителей 3-1, 3-N напряжения, контролируя этот процесс, например, с помощью осциллографа.

Установив расчетную форму многолучевого сигнала, оператор подает шумовой сигнал от генератора 6 шума на второй вход сумматора 4-1, устанавливая заданные значения эффективного напряжения и ширину его энергетического спектра.

С помощью переключателя 9-1 оператор подключает к управляющему входу первого ключа 7-1 j-й отвод линии 10 задержки. В результате на ключ 7-1 поступает разрешающий импульс в j-м момент времени, который соответствует выбору максимума амплитуды основного или любого из дополнительных сигналов, приходящих соответственно по основному или дополнительным лучам.

Импульсы с выхода ключа 7-1 в каждом такте поступают на вход фильтра 13 нижних частот, на выходе которого выделяется постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде входных импульсов. Это выходное напряжение фильтра 13 масштабируется в усилителе 14 и поступает на вход делимого первого блока 15-1 деления. На вход делителя блока 15-1 деления поступает напряжение, отображающее в заданном масштабе эффективное напряжение шума с выхода масштабирующего блока 16, в котором производится оценка среднеквадратичного напряжения шума с выхода генератора 6 шума. В результате на выходе блока 15-1 деления получают отношение сигнал/шум для выбранного сигнала основного или любого из дополнительных.

Сигнал многолучевой формы с выхода интегратора 5 в каждом такте поступает на вход триггера 12 Шмитта, который срабатывает при превышении заданного уровня напряжения. Таким образом, с помощью триггера 12 Шмитта определяется число лучей в многолучевом сигнале за счет получения в каждом такте соответствующего числа импульсов.

Из импульсов на выходе триггера Шмитта с помощью формирователя 11-2 формируются импульсы заданной длительности, которые поступают на вход счетчика 8-2 импульсов. Перед началом каждого такта счетчик 8-2 сбрасывается в нулевое положение импульсом сброса, поступающим с выхода первого формирователя 11-1, на который, в свою очередь, поступает в начале каждого такта импульс с выхода ждущего мультивибратора 2.

Таким образом, в каждом такте на выходе счетчика записывается число импульсов, отображающее число лучей в многолучевом сигнале, которое после преобразования в напряжение в ЦАП 17-2 поступает на первый вход блока 18 умножения.

Рассмотрим теперь сигнал, поступающий на второй вход блока 18 умножения. В первом счетчике 8-1 импульсов подсчитывается число тактов по числу импульсов, поступивших с выхода ждущего мультивибратора 2. Это число после преобразования в ЦАП 17-1 в напряжение поступает на вход первого номпаратора 19-1 напряжения. На вход опорного напряжения первого компаратора 19-1 поступает напряжение с одного из выходов блока 21 эталонных напряжений. Выбор указанного напряжения осуществляет оператор с помощью третьего переключателя 9-3, подсоединяя его подвижный контакт к выбираемому неподвижному контакту. Каждое эталонное напряжение соответствует заданному числу тактов, которое выбирает оператор при подсчете их с помощью счетчика 8-1 импульсов.

При равенстве напряжений с выхода ЦАП 17-1 и выхода переключателя 9-3 на выходе компаратора 19-1 формируется перепад напряжения, поступающий на вход третьего формирователя 11-3. На выходе формирователя 11-3 формируется импульс, который поступает на управляющий вход второго ключа 7-2 и на вход элемента 20 задержки. После задержки в элемент 20, необходимой для пропуска информации на выход ключа 7-2, импульс с выхода элемента 20 задержки сбрасывает счетчики 8-1 и 8-3 импульсов в нулевое положение. Таким образом, в счетчике 8-1 каждый раз фиксируется заданное число тактов работы устройства.

Рассмотрим теперь сигнал, поступающий в каждом такте с выхода сумматора 4-2. Этот сигнал представляет собой смесь многолучевого сигнала и случайной составляющей, моделирующей флуктуации сигнала в канале связи.

Ясно, что наряду с дополнительными сигналами, обусловленными многолучевостью, флуктуационная составляющая также влияет на длительность среза многолучевого сигнала, вызывая в одних случаях затягивание его среза, а в других укорочение. Именно это и подлежит исследованию в данном устройстве.

Сигнал с выхода второго сумматора 4-2 поступает на вход второго компаратора 19-2, на вход опорного напряжения которого поступает напряжение с подвижного контакта второго переключателя 9-2. Выбор опорного напряжения осуществляет оператор, подключая один из выходов блока 21 эталонных напряжений к опорному входу компаратора 19-2. Таким образом, при превышении выходным сигналом сумматора 4-2 опорного напряжения на выходе компаратора 19-2 формируется импульс, длительность которого определяется временем этого превышения.

Выходной импульс компаратора 19-2 открывает третий ключ 7-3, который пропускает на время действия импульса короткие импульсы с выхода генератора 22 импульсов на вход третьего счетчика 8-3 импульсов. В результате в счетчике 8-3 накапливаются импульсы, число которых пропорционально длительности каждого выходного импульса компаратора 19-2. Накопление числа импульсов в счетчике 8-3 происходит в течение заданного числа тактов, поскольку сброс счетчика 8-3 производится выходным импульсом элемента 20 задержки.

В результате число импульсов, накопленное в счетчике 8-3, определяет суммарную длительность превышений опорного напряжения выходным сигналом сумматора 4-2, представляющим собой смесь многолучевого сигнала и случайной составляющей, моделирующей флуктуации сигнала в канале связи, т.е.

n где N число тактов, задаваемое оператором.

Число, накопленное в счетчике 8-3, преобразует в ЦАП 17-3 в соответствующее напряжение, которое после масштабирования в усилителе 14-2 поступает на вход делимого блока 15-2 деления. На вход делителя блока 15-2 деления поступает напряжение, пропорциональное числу тактов с выхода ЦАП 17-1.

Таким образом, на выходе второго блока 15-2 деления в заданном масштабе получают среднюю длительность превышения многолучевым сигналом заданного опорного напряжения, т.е.

Напряжение, пропорциональное величине , поступает на один вход умножителя 18, где оно перемножается с напряжением, пропорциональным числу импульсов, отображающим число лучей в многолучевом сигнале. Иначе говоря в умножителе 18 производится "взвешивание" средней длительности среза многолучевого сигнала по числу лучей распространения. Причем накопление оценки среднего коэффициента отклонения формы среза многолучевого сигнала происходит на заданном числе тактов работы устройства, по истечении которого происходит открывание ключа 7-2 и передача данного коэффициента на выход устройства.

Оператор, выбирая эталонные напряжения с помощью переключателей 9-2 и 9-3, может изменять как уровень опорного напряжения, на котором исследуются превышения многолучевого сигнала, так и число тактов, на котором усредняется время превышения среза многолучевого сигнала. Кроме того, с помощью переключателя 9-1 можно соотносить оценку среднего коэффициента отклонения формы среза многолучевого сигнала к отношению сигнал/шум как по основному сигналу, так и по любому из дополнительных, приходящих отраженными от различных слоев.

Полученная автоматизированная оценка среднего коэффициента отклонения формы среза многолучевого сигнала представляет интерес при оценке соответствующих статистических характеристик формы сигнала. Данная оценка может быть использована для последующей оценки перекрестных искажений 1 рода в многоканальных системах передачи информации, работающих в условиях многолучевости.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С АМПЛИТУДНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее генератор тактовых импульсов, ждущий мультивибратор, n управляемых делителей напряжения, два сумматора, интегратор, генератор шума, первый ключ, первый счетчик импульсов, первый переключатель, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом ждущего мультивибратора, управляющие входы n делителей напряжения являются входами задания коэффициента деления устройства, выходы n управляемых делителей напряжения подключены соответственно к входам первого сумматора, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора шума, отличающееся тем, что в устройство введены линия задержки, второй и третий счетчики импульсов, три формирователя импульсов, второй и третий переключатели, триггер Шмитта, второй и третий ключи, фильтр нижних частот, два масштабирующих усилителя, два блока деления, масштабирующий блок, три цифроаналоговых преобразователя, блок умножения, два компаратора напряжения, элемент задержки, блок эталонных напряжений, генератор импульсов, причем выход ждущего мультивибратора соединен с входом линии задержки, счетным входом первого счетчика импульсов и входом первого формирователя импульсов, выходы линии задержки соединены соответственно с входами n управляемых делителей напряжения и соответствующими входами первого переключателя, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход интегратора подключен к входу триггера Шмитта и информационному входу первого ключа, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу первого масштабирующего усилителя, выход которого соединен с входом делимого первого блока деления, выход которого является выходом отношения сигнал/шум для выбранного лучевого сигнала устройства, выход генератора шума подключен к входу масштабирующего блока, выход которого соединен с входом делителя первого блока деления, выходы первого счетчика импульсов подключены к соответствующим входам первого цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом делителя второго блока деления и входом первого компаратора напряжения, выход триггера Шмитта через второй формирователь импульсов соединен с счетным входом второго счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока умножения, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого является выходом напряжения, пропорционального среднему коэффициенту отклонения формы среза многолучевого сигнала устройства, выход первого компаратора напряжения подключен к входу третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа и входом элемента задержки, выход которого подключен к входам сброса первого и третьего счетчиков импульсов, выход второго сумматора является выходом смеси многолучевого сигнала и случайной составляющей шума устройства и соединен с входом второго компаратора напряжения, вход опорного напряжения которого соединен с выходом второго переключателя, входы которого объединены соответственно с входами третьего переключателя и подключены к соответствующим выходам блока эталонных напряжений, выход третьего переключателя соединен с входом опорного напряжения первого компаратора напряжения, выход второго компаратора напряжения соединен с управляющим входом третьего ключа, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, выход третьего ключа соединен с счетным входом третьего счетчика импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам третьего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом второго масштабирующего усилителя, выход которого подключен к входу делимого второго блока деления, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, выход первого формирователя импульсов подключен к входу сброса второго счетчика импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3