Устройство контроля качества связи с амплитудной и частотной манипуляцией

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КАНАЛОВ СВЯЗИ С АМПЛИТУДНОЙ И ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ .содержащее последовательно соединенные нормализатор входного радиосигнала, детектор радиосигнала и фильтр видеосигнала , а также последовательно с диненные амплитудный квадратичixri ный, детектор и первый фильтр постоянной составляющей, отличаюцее с я тем, что, с целью повышения ,точности измерения отношения сигнал/ помеха, в него введены детектор видеосигнала положительной полярности, детектор видеосигнала отрицательной полярности, инвертор и полосовой фильтр, при этом входы детектора видеосигнала положительной полярности и детектора видеосигнала отрицательной полярности соединены с выходом фильтра видеосигнала, выход детектора видеосигнала отрицательной полярности через инвертор соединен с выходом детектора видеосигнала положительной полярности и с входом полосового фильтра, выход которого соединен с входом амплитудного квадратичного детектора, а первым выходом устройства является выход первого фильтра постояннее составляющей . СО 01 00 со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

813 A (1Ю (И) Эсю Н 04 В 46

° .—

Ф

1 (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (54)(57) 1..УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

КАЧЕСТВА КАНАЛОВ Coal C АМПЛ УД ОЙ

И ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ, содержащее последовательно соединенные нормализатор входного радиосигнала, детектор радиосигнала и фильтр видеосигнала, а также последовательно сФединенные амплитудный квадратич(21) 3348580/18-09 (22) 15. 10.81 (46) 15.08.83. Бюл. и . 30 (72) А.А.Ломакин и М.В.Левин (53) 621.395.664(088.8) (56} 1. Хромых В . Об одном способе измерения отношения сигнал/шум.

"Вопросы радиоэлектроники", сер.

"Радиосвязь", 1967, вып. 1, с. 77-79:

2. Авторское свидетельство СССР

it 588656, . н 04 В 3/46, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

И 615610, кл. Н 04 B 3/46, 1978 (йрототип). ный. детектор и первый фильтр постоянной составляющей, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения ,точности измерения отношения сигнал/ помеха, в него введены детектор видео- сигнала положительной полярности, детектор видеосигнала отрицательной полярности, инвертор и полосовой фильтр, при этом входы детектора видеосигнала положительной полярно1 сти и детектора видеосигнала отрицательной полярности соединены с выходом фильтра видеосигнала, выход детектора видеосигнала отрицательной полярности через инвертор соединен с выходом детектора видеосиг" нала положительной полярности и с входом полосового фильтра, выход которого соединен с входом амплитудного квадратичного детектора, а пер" вым выходом устройства является вы- ход .первого фильтра постоянной составляющей.

1035813

2. Устройство no n. I о т л и ч в ю щ е е с я тем, что,. с целью контроля степени поражения канала помехой путем измерения спектральной плотности помех, в него введены блок вычитания и последовательно соединен ные квадратичный детектор огибающей . радиосигнала, второй фильтр постоянной составляющей и перемножитель, причем ко входу нормализатора вход"

Изобретение относится к технике радиосвязи и может Использоваться для определения отношения сигнал/ помеха и спектральной плотности помех в дискретных адаптивных систе- 5 мах связи и системах связи с частот ным разнесением, Известно устройство контроля качества каналов, содержащее последова" тельно соединенные первый полосовой 10 фильтр, усилитель, ограничитель, тре« тий полосовой фильтр, амплитудный детектор, фильтр постоянной составляющей и второй полосовой фильтр, подключенный ко второму входу ограни- 15 чителя (1 ), Недостатком данного устройства является то, что для измерения ис" пользуется дополнительная полоса ча" стот, выделяемая вторым полосовым 20 фильтром. При этом считается, что в дополнительной полосе частот сигна" ла нет, а спектральная плотность шумов такая же, как и в полосе сигнала, но выполнение перечисленных 25 . условий затруднительно, а следовательно, и результат измерения недоставерен.

Известно, также устройство для контроля отношения сигнал/шум, содеР- ЗО жащее сумматор, выход которого свя" зан с последовательно соединенными разделительной цепью, нелинейным устройством, интегратором и делителем, а также блок вычитания, пеРвый вход которого соединен с выходом сумматора, а второй - с выходом разделительной цепи, Выход блока вычитания через нелинейный элемент и интегратор соединен с вторым входом делителя 1 2 ). ного радиосигнала подключен . вход квадратичного детектора огибающей радиосигнала, первый вход блока вычитания соединен с .первым выходом уст ройства, на второй вход блока вычитания подано пороговое напряжение, а выход блока вычитания соединен с другим входом перемножителя, выход которого является вторым выходом уст" ройства.

-Ъ

Недостатком указанного устрои" ства является малая точность измерения отношения сигнал/помеха, обусловленная тем, что при измерении предполагается равенство коэффициентов передачи каналов связи, приемоусилительного и демодулирующего трактов на частотах посылки и паузы.

Несоблюдение этого требования, на" блюдающееся в реальных каналах и у .

Реальных устройств с конечной полосой пропускания, приводит к возникновению пульсаций напряжения на выходе сумматора, которые, пройдя через разделительную цепь, воспринимаютcR устройством как помеха и тем самым снижают точность измерения отношения сигнал/помеха.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство контроля качества каналов связи с амплитудной и частотной манипуляцией, содержащее последовательно соединенные нормализатор входного радиосигнала, детектор радиосигнала и, фильтр видеосиг" нала, а также последовательно соединеннйе амплитудный квадратичный детектор и первый фильтр постоянной составляющей (3

Известное устройство не чувствительно к разбалансу параметров каналов связи и контролирующего устройства и не требует дополнительного шумового канала. Измерение отношения, сигнал/помеха основано на определении степени подавления сигнала помехой в нормалиэаторе и производится в полосе спектра видеосигнала, Однако оно имеет низкую точность измерения малых значений отношений сигнал/по меха, связанную с тем, что помимо

813 4

1О35 нипуляцией.

Э сигнала через фильтр видеосигнала в измерительный тракт проникает по. меха„действующая в полосе спектра видеосигнала. При малых значениях от" ношений сигнал/помеха амплитуда помехи соизмерима с амплитудой сигнала.

Кроме того, в устройстве существуют ограничения на.вид сигнала (только частотно-манипулированный)и от-. сутствует контроль степени пораже- 1О иия канала помехой путем определе- . ния спектральной плотности помех. цель изобретения - повышение точ- " ности измерения отноаения сигнал/ помеха, а также контроль степени поражения канала помехой путем измерения спектральной плотности помех.

Поставленная цель дости.гается тем,, что.в устройство контроля ка" чества каналов связи с амплитудной Е и частотной манипуляцией, содержащее последовательно соединенные нормалиэатор входного радиосигнала, детектор радиосигнала и фильтр видео" сигнала,- а также последовательно cqe- gg диненные амплитудный квадратичный ..- детектор и первый фильтр постоянной составляющей, введены детектор видеосигнала положительной. полярности и детектор видеосигнала отрицательной полярности, инвертор и,.полосовой фильтр, при этом входы детектора видеосигнала положительной полярности и детектора видеосигнала отрицательной полярности соединены с выходом фильтра видеосигнала, выход детектоРа отрицательной полярности через.ийвертор соединен с выходом детектора видеосигнала..положительной ...полярности,и. с входом полосового фильтра, выход. которого соединен с входом амплитудного квадратичного . .детектора, а первым выходом устройства являешься- выход первого фильтра постоянной составляющей.

Для контроля степени поражения ка . 45 нала помехой путем, измерения спект" ральной плотности. помех введены блок вычитания и последовательно сое" диненные квадратичный детектор огиба: ющей радиосигнала, второй- фильтр .. постоянной составляющей и перемножи.тель, причем ко входу нормализатора входного радиосигнала подклю чен вход квадратичного детектора оГибающей. радиосигнала, первый вход

:6Лока вычитания соединен с первым вы-.

Ходом устройства, на второй. вход бло", ка вычитания подано пороговое на" пряжение, а выход блока вычитания соединен с другим входом перемножителя, выход которого является вторыми выходом устройства, На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства кои" троля качества каналов связи с амплитудной и частотной, манипуляцией; на фиг. 2 - процесс выделения в.устройстве дискретной спектральной сос" тавляющей из обобщенного телеграфного сигнала в диаграммы работы устройства контроля качества каналов связи с амплитудной и частотной ма"

Устройство контроля качества каналов с амплитудной и частотной манипуляцией (фиг. 1) содержит иормализатор 1 входного радиосигнала, детектор 2 радиосигнала, фильтр 3 видеосигнала, детектор 4 видеосиг " нала гюложительной гюлярности, де" .тектор 5 видеосигнала отрицательной полярности, инвертор б, полосовой фильтр 7, квадратичный детектор

8, первый фильтр 9 постоянной составляющей, квадратичный-детектор 1О огибающей радиосигнала, второй фильтр.

11 постоянной составляющей, перемно" житель 12 и блок вычитания 13.

Устройство контроля качества каналов связи с амплитудной и частотной манипуляцией работает следующим образом.

Нормализатор 1 поддерживает не" изыенный уровень суммы сигнала и помехи на входе детектора 2 радиосиг" нала. Нормализатор 1 представляет собой усилитель радиосигнала с автоматической или ручной. регулировкой. усиления для амплитудно- и частотноманипулированных сигналов, либо ограничитель, если устройство предполагается использовать только в каналах с-частотной майипуляцией. В силу того, что нормалиэатор 1 "поддерживает неизменным суммарный уровеыьь сигнала -и помехи при увеличении помехи, т.е. при уменьшении отнове" ния сигнал/помеха, происходит прогюрциональное уменьиение уровня сигнала. Измеряя амплитуду сигнала на выходе нормализатора 1, --можно определить и отношение сигнал/помеха. Однако достоверно измерить амплитуду сигнала при малых отношениях сигнал/помеха невозможно вследствие того, что на выходе нормализатора 1 сигнал присутствует в смеси

5 1 с помехой ° Выделить сигнал из пома" хи можно Фильтрацией в узкой полосе частот, для чего необходимо продетектировать радиосигнал в детекто" ре 2 и из полученного видеосигнала путем нелинейного преобразоваиия, каторое осуществляется детекторами

4 и 5 видеосигнала положительной и отрицательной полярностей, а также инвертором 6, образовать дискретную спектральную составляющую, соответствующую тактовой частоте обобщенного телеграфного сигнала.

Дискретная составляющая выделяется в виде гармонического колебания и подвергается фильтрации в полосовом фильтре 7 с необходимой полосой пропускания. Постоянная времени полосо"

coro фильтра 7 не должна превышать времени быстрых значений сигнала.

Информацию об отношении сигнал/помеха несет амплитуда дискретной сос" тавляющей, которая измеряется с помощью квадратичного детектора 8 и первого Фильтра 9 постоянной составляющей. Детектор 2 радиосигнала должен быть частотным при приеме частотно-манипулированных колебаний и амплитудным при приеме амплитудноманипулированных, На фиг. 2а показан обобщенный телеграфный сигнал; действующий на выходе фильтра видеосигнала 3.

Посылки положительной полярности проходят на вход полосового фильтра

7 через детектор 4 видеосигнала положительной полярности. Посылки отри. цательной полярности проходят через детектор 5 видеосигнала отрицатель" ной полярности, инвертируются в hoложительные в инверторе 6 и поступают на вход полосового фильтра 7. В результате на входе полосового фильтра 7 выделяются импульсы, соответ— ствующие границам смены знака посылки у входного сигнала (фиг. 2б). В полосовом Фильтре 7 настроенном на частоту следования импульсов †" (где

„ Г ь " длительность элементарной посылки), выделяется гармоническая составляющая, соответствующая такто" вой частоте. Очевидно, что уровень этой составляющей пропорционален амплитуде видеосигнала. Если видеосигнал представляет собой несколько посылок одного знака, то образуемый сигнал с частотой Д представляет собой гармонику соответствующе" го номера от мгновенной частоты сле„„г

Овьц,= К 2 (1)

25 4 + где k - коэффициент передачи изме2 рительного тракта;

h - отношение мощности сигнала к мощности помехи на входе

30 устройства.

Измерение спектральной плотности помех производится с использованием информации о постоянной составляющей квадратичного детектора 10 огибающей радиосигнала и отношении сиг35 нал/помеха (1), снимаемом с выхода устройства. Эти величины связывает следующее выражение

U,--Ä U„ÿ(ü1, 40 где 0 - постоянная составляющая тока диода;

tl - напряжение помехи на входе

45 диода;

A(h): - сложная функция от отношения сигнал/помеха.

Спектральная плотность помех М2 в фиксированной полосе частот с точностью до постоянного множителя прямо пропорциональна мощности помехи, т.е.

„ 1 г о и A z(g

Прямым расчетом значения А (и) определить сложно. Однако функция

ÿ2 (n) — с погрешностью не более 103

035813 6 дования импульсов. В силу того, что полоса пропускания полосового фильтра 7 выбирается много меньше ширины спектра видеосигнала, он выпол5 няет функции интегратора и усредняет амплитуду выделенной дискретной составляющей и делает ее независимой от статистических свойств передаваемых сообщений, C другой сторо10 ны, минимальная полоса пропускания полосового Фильтра 7 ограничена временем корреляции быстрых замираний. Полосу пропускания выбирают из условия отслеживания иэмене15 ний уровня сигнала (для УКВ диапазона около 200-600 Гц, для КВ - около 10"30 Гц).

При выполнении перечисленных выше условий амплитуда сигнала на

20 выходе первого Фильтра постоянной составляющей 9 описывается выражением

1035813 (CUBII_#_ j 0

Î2

7 иожет быть аппроксимирована выражением

1 . 1l

2 — 1 ю =s-ccu

1 2(, „2,„д2(,1 где С - коэффициент нормировки такой, что СК=1;

U — напряжение на первом выходе .Sbe уст ройст ва.

Тогда рительнои тракте не должна превыша,ть

303 от мощности сигнала, то минимально возможное достоверное измерение h2 в идеа ьно согласованно с.

5 параметрами сигнала высокочастотном тракте у прототипа Ь,-„ ;-3; у предлагаемого устройства

2 М,2. впп д F т п прот

Например, в УКВ диапазоне при йГ

=25 кТц и 211=400 Гц

Таким образом, произведя преобразования согласно последней формуле, можно определить величину, пропорциональную спектральной плотности помех.

На выходе второго фильтра 11 постоянной составляющей выделяется квадрат постоянной составляющей квадратичного детектора 10 огибаю-. щей радиосигнала. 8 перемножителе 12 квадрат постоянной составляющей умножается на выходной сигнал блока вычитания 13, который формирует значение 1-СИ „,Единица образуетВЬМ ся благодаря йаличию порогового на пряжения Е, а коэффициент С порог определяется коэффициентом передачи блока вычитания 13 (дифференциального усилителя). Таким образом, на другом выходе устройства формируется величина, пропорциональная спектральной плотности помех.

Таким образом, устройство позволяет уменьшить минимально возможное достоверно измеряемое значен е отношения сигнал/помеха за счет сужения полосы пропускания измерительного тракта и выделения спектральной составляющей видеосигнала в — раз, где Р - относительный энергетический уровень выделенной дискретной составляющей (/=0,2-0,4) .

Если принять,что для удовлетворительного измерения отношения сигнал/помеха дисперсия помехи в.изиеЭто йозволяет разрабатывать новые широкополосные системы связи, функционирующие при отношении сигнал/помеха меньше 1;

Увеличение точностй определения отношения сигнал/помеха и измерение спектральной плотности помех дает возможность применять оптимальные некогерентные алгоритмы приема по неоднородным в отношении помех каналам, что обеспечивает энергетический выигрыш по сравнению с алгоритмами, не использующими эти данные, не менее (для двух каналов)

30 где Ь - отношение спектральных плотностей помех в каналах.

Наличие сосредоточенной помехи в одном из каналов приводит к тому, 35 что значение b ф100, при этои 17 7 дБ.

Если задана вероятность ошибки в условиях неблагоприятного приема при поражении одного из каналов

40 сосредоточенной помехой, применение предлагаемого устройства более чем в 4 раза уменьшает мощность передатчика или при сохранении мощности передатчика позволяет получить более помехоустойчивый приеи, кроме того благо"

45 даря уменьшению числа ошибок при ,приеме информацил устройство сокра" щает время на передачу определенного обьеиа информации.

1035813

Составитель З.Рапопорт

Редактор К.Волощук Техред Т.фанта

Корректор Л. Бокшан

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

Заказ 5856/60 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета, СССР по делам изобретений и открытий

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