Устройство для измерения отношения сигнал/шум

 

(72) Автор изобретения

Л. В. Мовчан (71) Заявитель (54) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШННИЯ

СИГНАЛ/ШУМ

Изобретение относится к раднотехническщ» измерениям, связи и обработке информации и предназначено для измерения отжипенняснгнал/шум (с/ш) смеси сигналов с шумами, воздействуялцнми на радиотехнические системы, а также для выделения сигналов из шумов.

Известно устройство контроля отношения с/ш, которое предназначено для контроля отношения c/ø в каналах связи. В устройстве производится фильтрация сигнала и шума в полосе спектра импульса, разделение csnaла и шума, разделъное определение модулей уровня сигнала н шума н сравнение полученного отношения модуля сигнала к модулю шума с заданным порогом f1).

Недостатками устройства являются невозможность измерения отношения с/ш, связанilaw c целевым назначением устройства толь. ко дпя контроля указанного отношения; не. приспособленность для работы с широким классом радиотехнических сигналов (устройство решает задачу контроля отношения с/ш только прн работе с бнлолярнъ|м входным

2 видвосигналом); низкая достоверность контроля отношения с/ш, связанная с разделени ем входной смеси на шумовую и сигнальную коьвтщ(епты путем фильтрации е сигнала и шу ма в полосе спектра импульса; сложность построения при узком целевом назначении устройства.

Наиболее близким по те аыческой сущности к изобретению является устройство дня измерения отжлпишя с/ш во время телевизионной передачи, содержание пиковый детек. тор, вычислитель оттвшения с/ш, селектор включенные между входом устройства и вхо дом детектора шума последовательно соеди .пенные secosok фильтр и сумматор, на вто рой вход которого через линию задержки и .; инвертор подан сигнал с его выхода.

Измерение отношения c/ø в устройстве производится путем выдиапщя из входной. смеси телевизионного сигнала и шума компонент шума и спнхроимпульсов телесигнала с последующим измерешюм их отношения (2).

15 ю

Недостатками устройства являются невозможность проведения измерения отношения с/ш в радиосистемах с другими, отличными от телевизионной, структурами сигналов, низкая точнс ть результатов измерений, обусловленная использованием в качестве уровня полезного сигнала огибающей синхросигналов, выделяемой пиковым детектором.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения отношения с/ш, содержащее сумматор, линию задержки и детектор шума, выход которого соединен со входом вычислителя отношения с/ш, выход которого является первым выходом устройства, введены три сумматора, блок вычитания, линия задержки, полосовой фильтр, коммутатор и детектор сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом вычислителя отношения с/ш, а второй выход является вторым выходом устройства, вход полосового фильтра является входом устройства, а выход соединен со входом первой линии задержки и первыми входами первого и второго сумматоров, выходы которых соединены со входами .блока вычитания,- выход которого соединен со входом детектора сигнала, выход первой линии задержки соединен со вторыми входами первого и третьего сумматоров непосредственно и через вторую линию задержки — со вторым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, выход которого непосредственно и через четвертый сумматор соединен со входом коммутатора, выход которого нодключен ко входу детектора шума, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом первого сумматора.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения отношения с/ш.

Устройство содержит полосовой фильтр 1, выход которого через линию 2 задержки соединен со вторым входом третьего сумматора 3, второй линией 4 задержки и первым сумматором 5, второй сумматор 6, выход третьего сумматора 3, подключен к первому входу коммутатора 7 и четвертого сумматора 8, второй вход которого подключен к объединенным выходу сумматора 5 и входу блока 9 вычитания, детектор 10 шумов соединен с выходом измерителя 11 отношения с/ш, другой вход которого соединен с выходом детектора 12 сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Входной процесс, представляющий собой аддитнвную смесь шума и информационного сигнала с различными амплитудными (АМ) или частотными (ЧМ) видами модуляции

883803 4 промежуточной или несущей частоты, поступает на полосовой фильтр 1. Полосовой фильтр 1 осуществляет частотную селекцию входного процесса и имеет полосу пропускания, равную удвоенному значению верхней модулирующей частоты при АМ или удвоенной девиации частоты при ЧМ. После прохождения случайного процесса через такой фильтр

его можно считать узкополосным, ибо

1О где T> — период центральной частоты полосы пропускания фильтра;

Ц вЂ” ширина полосы пропускания фильтра;

F — верхняя модулирующая частота при АМ; — центральная частота полосы пропусо кания; — девиация частоты при ЧМ, а время корреляции случайного процесса при этом

25 к = У ))то (2) и практически можно принять, что вне интервала 7.„корреляция отсутствует.

Выходной процесс полосового фильтра 1 можно записать в виде

LIщ„= A(t) 5)П (Мо1+ 1 ) + q(t) при амплитудной модуляции и при частотной модуляции в виде зз О,„= Аз4з(((з,зз< ())з+з)+ (з) (4) где А(М вЂ” закон изменения амплитуды при

АМ; с4> — несущая (промежуточная) частота радиосигнала

4Π— начальная фаза гармонического колебания;

64f(t) — закон изменения девиации частоты при ЧМ; п(т.) — реализация шумового напряжения.

45 Для измерения отношения с/ш в устройстве производится разделение случайного входного процесса (3) или (4) на сигнальную и шумовую компоненты. Выделение шумовой составляющей осуществляется в блоках .5 и 3 при суммировании задержанных относительно друг друга на полпериода промежуточной частоты сигнальной компоненты с шумами. Поскольку при задержке на полпериода несущей частоты гармонический сигнал полу55 чает фазой набег в л радиан, изменяющий его знак на противоположный, суммирование задержанного и неэадержанного процессов приводит к компенсации сигнальной состав5 883803 6 ляющей и коррелированному. сложению шумов.

Если учесть (1) и (2), а также то, что шумы задержаны на время

t3 Т2 ((-и (5)

5 где ҄— период центральной частоты полосы пропускания полосового фильтра 1, то становится ясным, что присуммировании шумов коэффициент взаимной корреляции можно с очень малой погрешностью считать равным единице.

r0 !

20

Формула изобретения

Вьщеление сигнальной компоненты производится с помощью сумматора 6 и блока 9 вычитания. Для этого суммированию в блоке

6 подвергаются незадержанный сигнал и сигнал, задержанный на время, равное периоду несущей частоты.. Задержанный сигнал получает фазовый набег в 2 Х радиан, поэтому в выходном процессе сумматора б присутствует удвоенная по амплитуде сигнальная составляющая и сумма коррелированных шумовых компонент (коэффициент корреляции, как и в предыдущем случае, можно считать равным единице с пренебрежимо малой погрешностью). Окончательное выделение удвоенной по амплитуде сигнальной компоненты осуществляется путем вычитания шумов в блоке 9 вычитания. При вьщелении модулированных сигналов необходимо обеспечить минимальное искажение закона модуляШ4и.

Очевидно, что такое искажение будет пренебрежимо мало в случае, если минимальный период модулирующего колебания А (t ) или Ь 4i (t ) намного больше времени задержки в линиях 2 и 4, т.е., если выпол. няется условие

1и = — 0) t>=T. (6)

"а где Tz — минимальный период модулирующей частоты;

Ра — верхняя частота спектра модулирующего напряжения.

Условие (6) одновременно является и условием выбора промежуточной частоты дпя неискаженной передачи модулирующего напряжения, поэтому в радиотехнических системах выполняется всегда.

При измерении отношения с/ш частотномодулированных сигналов (4) точность работы устройства нарушается, что связано с отличием мгновенного значения частоты сигнала от центральной частоты полосы пропускания фильтра 1. При этом сигнальная компонента процесса в линиях 2 и 4 задержки получает фазовые набеги, равные 7l idJ(радиан. Знак и величина дополнительного набега dry зависит от знака и величины девиации частоты.

Отметим, что при фссмотрении прохождения случайных процессов (3) и (4) через устройство, никакие ограничения на вид первичной модуляции Ь (t ) и Ь 4Г (t ) не накладывались, поэтому данными видами модуляции могут быть ВИМ, КИМ, АИМ, ЧИМ и другие.

Предлагаемое устройство для измерения отношения с/ш позволяет производить измерение указанного отношения при приеме как амплитудно, так и частотно-модулированных сигналов с различными видами первичной модуляции (ВИМ, КИМ, АИМ и др.). Совместно с измерением отношения с/ш устройство производит выделение информационногосигнала на фоне шумов, имеет повышенную чувствительность за счет выделения удвоенных по амплитуде полезного сигнала и шумов.

Предлагаемое устройство имеет высокую точность измерения отношения с/ш, получаемую качественно новым способом разделения входного процесса на шумовую и сигнальную, компоненты, исключающим искажение как шумов, так и сигналов.

Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сумматор, линию задержки и детектор шума, выход которого сое35 динен со входом вычислителя отношения сигнал/шум, выход которого является первым выходом устройства, . о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены три сум40 матора, блок вычитания, линия задержки, полосовой фильтр, коммутатор и детектор сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом вычислителя отношения сигнал/шум, а второй выход является вторым выходом устройства, вход полосового фильтра является входом устройства, а выход соединен со входом первой линии задержки и первыми входами первого и второго сумматоров, выходы которых соединены со

50 входами блока вычитания, выход второго соединен со входом детектора сигнала, выход ,первой линии задержки соединен со вторыми входами первого и третьего сумматоров непосредственно и через вторую линию задержки — со вторым входом второго сумматора

5S и первым входом третьего сумматора, выход которого непосредственно и через четвертый сумматор соединен со входом коммутатора, выход которого подключен ко входу детекСоставитель Л. Сорокина

Техред О. Легеэа

Корректор М. Шарощи

Редактор О. Половка

Подписное

Тираж 735

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 10219/69

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 тора шума, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом первого сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

883803 8

1. Авторское свидетельство СССР й- 364113, кл. Н 04 В 1/10, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР и 393081,: кл. Н 04 N 7/02, 1974.