Устройство для моделирования многоканальной системы передачи информации с частотным разделением каналов

 

Использование: в вычислительной технике для моделирования перекрестных помех в многоканальных системах передачи информации с частотным разделением каналов, может применяться в качестве технического средства обучения, а также при исследованиях реальных блоков соответствующих систем. Сущность изобретения: с целью расширения функциональных возможностей за счет получения оценки коэффициента формопротяженности спектра перекрестных помех устройство содержит три сумматора 1, 10, 11, переключатель 2, М каналов в передающей части, каждый на которых состоит из последовательно соединенных датчика 3 сигнала, преобразователя 4 напряжение - частота и фильтра 5, М каналов в приемной части каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 6, ограничителя 7 и демодулятора 8. Устройство содержит также блок 9 эталонного напряжения, группу нелинейных элементов 12 - 1, ...12 К, группу из М переключателей 13 - 1, ....13 - М, каждым на которых состоит из механически связанных первого и второго размыкающих контактов, блок 14 умножения, М-1 каналов, каждым из которых состоит из последовательно соединенных узкополосного фильтра 15, квадратичного детектора 16, усреднителя 17, вычитателя 18 и умножителя 19. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для моделирования перекрестных помех в многоканальных системах передачи информации с частотным разделением каналов и может быть использовано как техническое средство обучения, а также при исследованиях реальных блоков соответствующих радиосистем.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет получения оценки коэффициента формопротяженности спектра перекрестных помех.

Функциональная схема устройства представлена на фиг. 1; на фиг. 2 приведены формы спектров многоканального сообщения и перекрестной помехи, на фиг. 3 изображен спектр перекрестной помехи,полосы пропускания фильтров каналов и полосы пропускания узкополосных фильтров.

Устройство содержит первый сумматор 1, переключатель 2, два канала в передающей части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика 3 сигнала, преобразователя 4 напряжение-частота и фильтра 5, два канала в приемной части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 6, ограничителя 7 и демодулятора 8, выходы демодуляторов являются выходами устройства.

Устройство содержит также блок эталонного напряжения 9, второй 10 и третий 11 сумматоры, группу нелинейных элементов 12-1,12-К, /где К>1 целое/, группу из М /М>1, целое/ переключателей, 13-1,13-М, каждый из которых состоит из механически связанных первого и второго размыкающих контактов, блок умножения 14, /М-2/ каналов в передающей части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика сигнала 3, преобразователя 4 напряжение-частота и фильтра 5, /М-2/ канала в приемной части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 6, ограничителя 7 и демодулятора 8, выходы которых являются выходами устройства.

Устройство снабжено также /М 1/ каналами, каждый из которых состоит из последовательно соединенных узкополосного фильтра 15, квадратичного детектора 16, усреднителя 17, вычитателя 18 и умножителя 19.

Причем выход фильтра каждого канала в передающей части через соответствующий первый размыкающий контакт переключателей 13 группы подключен к соответствующему входу первого сумматора 1, выход которого соединен с входами нелинейных элементов 12 1,12 К группы, выходы которых через переключатель 2 соединены с входами фильтров 6 1, 6 М каналов в приемной части и входами узкополосных фильтров 15 1, 15 /M 1/ /М - 1/ каналов.

Выход блока эталонного напряжения 9 через размыкающие вторые контакты группы переключателей 13 1,13 М группы подключен к входам второго сумматора 10, выход которого соединен с первым входом блока 14 умножения, выход которого является выходом формирования сигнала, пропорционального коэффициенту формопротяженности спектра.

Выход усреднителя каждого канала, кроме первого, соединен с вычитающим входом вычитателя 18 предыдущего канала.

Выход усреднителя 17 1 первого канала подключен к вычитающему входу 16 -/М 1/ вычитателя /М 1/-го канала.

Выходы умножителей 19 /М-1/ каналов соединены с соответствующими входами третьего сумматора 11, выход которого подключен к второму входу блока 14 умножения.

Устройство работает следующим образом. Напряжения с выходов датчиков сигналов 3 1,3 М, представляющих собой, например, генераторы шума с заданной формой спектральной плотности мощности, поступают соответственно на входы преобразователей 4 1,4 М напряжение-частота, на выходах которых получают частотномодулированные колебания прямоугольной формы.

Выходные колебания преобразователей 4 1,4 М после фильтрации в соответствующих фильтрах 5 1,5 М превращаются в синусоидальную форму с сохранением частотной модуляции. Для исключения влияния каналов полосы частот соседних каналов выбираются неперекрывающимися.

Выходной сигнал каждого фильтра 5 поступает на первый размыкающий контакт соответствующего переключателя группы 13 1,13 М переключателей. В случае замкнутого положения i-го переключателя 13-i сигнал соответствующего фильтра 5-i поступает на соответствующий вход первого сумматора 1, где i 1,M.

Одновременно с этим выходное напряжение блока 9 эталонного напряжения чеpез второй размыкающий контакт соответствующего переключателя 13- i поступает на соответствующий вход второго сумматора 10.

В результате на выходе сумматора 10 в заданном масштабе отображается число каналов, участвующих в формировании сложного сигнала на выходе первого сумматора 1. Выходное напряжение сумматора 10 поступает на один вход умножителя 14.

Выходное напряжение сумматора 1 поступает на входы всех К нелинейных блоков 12. Оператор с помощью переключателя 2 выбирает заданный нелинейный элемент 12 подключением его выхода к объединенным входам фильтров 6 М каналов приемной части и к входам узкополосных фильтров 15 М 1 каналов.

Спектр выходного сигнала нелинейного элемента 12-j где j 1,К после нелинейного преобразования приобретает дополнительные частотные компоненты, кoторые могут совпасть по частоте со спектром выходного сигнала первого сумматора 1.

Указанные дополнительные частотные компоненты образуют перекрестные помехи, возникающие при нелинейном ограничении в общем тракте многоканальной системы, которые моделируются в данном случае блоками 12 и 2.

Форма спектра перекрестных помех может быть различной. Так, при равномерном энергетическом спектре многоканального сообщения на выходе сумматора 1. квадратичная нелинейность между выходным и входным напряжениями соответствующего нелинейного блока 12-j приводит к появлению перекрестных помех, энергетичeский спектр которых будет иметь две непрерывные части в форме треугольников, перекрывающих часть или весь спектр полезного сигнала /см. фиг. 2. а/, заключенной в пределах от частоты f₁ до f₂.

При кубичной нелинейной зависимости между выходным и входным напряжениями нелинейного блока 12-р появляются нелинейные перекрестные помехи, энергетический спектр которых будет иметь также треугольную форму /см. фиг. 2. б/, полностью перекрывающую спектр полезного сигнала.

Более сложные нелинейные зависимости приводят к перекрестным помехам, форма спектра которых сложным образом изменяется на интервале частот от f₁ до f₂.

При этом прямая, аппроксимирующая спектр в диапазоне многоканального сообщения, характеризует равномерность или тот или иной спад /наклон/ спектра перекрестных помех в зависимости от частоты.

На фиг. 2. в показаны две формы спектра в диапазоне частот от f₁ до f₂, пунктиром показаны прямые линии, аппроксимирующие эти спектры и характеризующие соответствующий спад /пунктир I/ и подъем /пунктир II/ спектра помех.

Аппроксимирующие прямые, характеризующие наклон спектра, можно получить следующим образом.

Многоканальное сообщение после нелинейного преобразования в одном из блоков 12 поступает на входы полосовых фильтров M каналов 6 и входы узкополосных фильтров 15.

На фиг. 3. а изображен спектр перекрестной помехи в полосе частот от f₁ до f₂ у многоканального сообщения.

На фиг. 3, б показаны полосы пропускания фильтров 6 каналов приемной части устройства. В частотных промежутках между каналами приемной части расположены средние частоты узкополосных фильтров 15 /см.фиг. 3. в. Для определенности, число каналов M 5.

Отсчеты спектральной плотности перекрестной помехи на выходах узкополосных фильтров 15 показаны в виде точек на спектральной кривой фиг. 3, а.

Для оценки коэффициента наклона спектра перекрестной помехи используется метод наименьших квадратов, который реализуется в известном устройстве по авт. свид. СССР N 1114968, опубл. 23.09.84. Бюл. N 35.

Сигнал с выхода каждого узкополосного фильтра 13 поступает на вход соответствующего квадратичного детектора 16. После чего эти сигналы усредняются в усреднителях 17.

В отличие от устройства по авт. свид. N 1114968 в данном устройстве не производится логарифмирование оценок спектров на заданных средних частотах полосовых фильтров 15.

Каждая оценка энергетического спектра с выходов усреднителей 17 поступает на соответствующий вычитаемый вход блока вычитания 18 и одновременно на вычитающий вход предыдущего блока вычитания. Оценка спектра с выхода первого канала поступает на вычитающий вход блока 18 -/ М 1/ вычитания последнего /М 1/-го канала.

Разности оценок энергетического спектра с выхода каждого блока 18 вычитания поступают на входы соответствующих одновходовых умножителей 19, где производится их умножение на соответствующий коэффициент.

Выходные сигналы одновходовых умножителей 19 суммируются в третьем сумматоре 11, на выходе которого получаем оценку коэффициента наклона энергетического спектра перекрестных помех, полученную методом наименьших квадратов по результатам оценок спектра в М-1 точках.

Оценка коэффициента наклона спектра перекрестных помех поступает на другой вход умножителя 14, на выходе которого получаем произведение коэффициента наклона энергетического спектра перекрестных помех на число каналов, участвующих в формировании многоканального сообщения на выходе сумматора 1, т.е. коэффициент формопротяженности спектра.

Число каналов, формирующих многоканальное сообщение, определяет форму исходного спектра сигнала, поступающего с выхода сумматора 1 на соответствующий нелинейный элемент 12.

Влияние формы энергетического спектра многоканального сигнала на величину коэффициента формопротяженности спектра перекрестных помех для заданного нелинейного искажения, вносимого звеном 12-j и подлежит исследованиям в предлагаемом устройстве. Практическая польза подобных исследований очевидна.

Формула изобретения

(56) Устройство для моделирования многоканальной системы передачи информации с частотным разделением каналов, содержащее первый сумматор, переключатель, два канала в передающей части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика сигнала, преобразователя напряжение частота и фильтра, два канала в приемной части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра, ограничителя и демодулятора, выходы демодуляторов являются выходами устройства, отличающееся тем, что в него введены блок эталонного напряжения, второй и третий сумматоры, группа нелинейных элементов, группа из М (M > 1, целое) переключателей, каждый из которых состоит из механически связанных первого и второго размыкающих контактов, блок умножения, (M-2) каналов в передающей части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика сигнала, преобразователя напряжение частота и фильтра, (М 2) каналов в приемной части, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра, ограничителя и демодулятора, выходы которых являются выходами устройства, и (М 1) каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных узкополосного фильтра, квадратичного детектора, усреднителя, вычитателя и умножителя, причем выход фильтра каждого канала в передающей части через первый размыкающий контакт соответствующего переключателя группы подключен к одноименному входу первого сумматора, выход которого соединен с входами нелинейных элементов группы, выходы которых через переключатель подключены к входам фильтров М каналов приемной части и входам узкополосных фильтров (M 1) каналов, выход блока эталонного напряжения через вторые размыкающие контакты переключателей группы подключен к соответствующим входам второго сумматора, выход которого соединен с первым входом блока умножения, выход которого является выходом формирования сигнала, пропорционального коэффициенту формопротяженности спектра устройства, выход усреднителя каждого канала, кроме первого, соединен с вычитающим входом вычитателя предыдущего канала, выход усреднителя первого канала подключен к вычитающему входу вычитателя (M 1) -го канала, выходы умножителей (М-1) каналов соединены с соответствующими входами третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу блока умножения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3