Устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи

 

Изобретение относится к области электросвязи и может применяться для проверки качества каналов связи тональной частоты, используемых для передачи сигналов дискретной информации. Целью изобретения является повышение точности измерения затухания эхо-сигнала. Устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи содержит генератор тактовых импульсов, генератор частотно-манипулированного сигнала, выходной блок согласования, канал связи, входной блок согласования, полосовой фильтр, детектор огибающей, фильтр высоких частот, дополнительный детектор, интегрирующее звено, блок измерения отношения напряжений, логарифмический функциональный преобразователь и индикатор. Работа предлагаемого устройства основана на подаче в канал связи периодической последовательности посылок частотно-манипулированного сигнала с двумя чередующимися близкими частотами несущих. При наличии эхо-сигнала в канале связи каждый раз после смены частоты сигнала, посылаемого в канал, на его выходе будут возникать "биения" между прямым сигналом с новой частотой и задержанным по времени эхо-сигналом с прежней частотой. Затухание эхо-сигнала определяется на основе измерения амплитуды колебаний огибающей сигнала и ее среднего значения. Достоинством предлагаемого устройства (по сравнению с устройством-прототипом) являются высокая точность измерений, обусловленная его нечувствительностью к собственным частотным искажениям канала связи, и малое время измерений, так как для работы устройства не требуется проведения последовательных измерений для большого числа частот измерительного сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к области электросвязи и может применяться для проверки качества каналов связи тональной частоты, используемых для передачи сигналов дискретной информации.

Известно устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи, которое содержит генератор тактовых импульсов, генератор сплошного спектра, двухлучевой электронный осциллограф, два реле и вольтметр [1].

Работа устройства основана на посылке в канал связи дозирующих импульсов и определении уровней зондирования импульсов и отраженных эхо-сигналов. При этом визуальное наблюдение на экране осциллографа используется для выбора параметров генератора тактовых импульсов, а реле - для разделения во времени зондирующих и отраженных сигналов.

Недостатком данного устройства является малая точность измерения затухания эхо-сигнала, что вызвано низкой точностью разделения зондирующих и отраженных сигналов с помощью реле, особенно при малом времени задержки эхо-сигнала, когда эти сигналы могут частично перекрываться по времени. Кроме того, передающая и приемная части данного устройства требуют непосредственной связи (помимо канала), что не позволяет пользоваться устройством в том случае, когда вход и выход канала связи пространственно разнесены на большое расстояние.

Известно устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи, которое содержит генератор перестраиваемой частоты, детектор огибающей, блок измерения максимального значения огибающей, блок измерения минимального значения огибающей и блок пересчета экстремальных значений огибающей в величину затухания эхо-сигнала [2].

Работа устройства основана на том, что присутствие эхо-сигнала в канале связи проявляется в волнообразном характере частотной характеристики затухания канала. Поэтому путем последовательной подачи на вход канала гармонических сигналов с разными частотами и измерения амплитуд сигналов на его выходе обеспечивается возможность пересчета неравномерности значений огибающей выходного сигнала в величину затухания эхо-сигнала (G) в соответствии с выражением , где A_max и A_min - соответственно максимальное и минимальное значения огибающей выходного сигнала при перестройке его частоты.

Недостатком этого устройства, выбранного в качестве прототипа, также является малая точность измерения затухания эхо-сигнала, поскольку на результатах измерения неравномерности частотной характеристики затухания непосредственно отражается собственная неравномерность частотной характеристики канала, которая имеет место даже при отсутствии эхо-сигнала. Целью изобретения является повышение точности измерения затухания эхо-сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи, содержащее выходной блок согласования, подключенный выходом к входу канала, входной блок согласования, подключенный входом к выходу канала, детектор огибающей и последовательно соединенные блок измерения отношения напряжений, логарифмический функциональный преобразователь и индикатор, вводят генератор тактовых импульсов, генератор частотно-манипулированного сигнала, управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу выходного блока согласования, полосовой фильтр, включенный между выходом входного блока согласования и входом детектора огибающей, интегрирующее звено, включенное между выходом детектора огибающей и первым входом блока измерения отношения напряжений, а также последовательно соединенные фильтр высоких частот и дополнительный детектор, причем вход фильтра высоких частот подключен к выходу детектора огибающей, а выход дополнительного детектора соединен с вторым входом блока измерения отношения напряжений.

Структурная электрическая схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1.

Устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 частотно-манипулированного сигнала, выходной блок 3 согласования, канал 4 связи, входной блок 5 согласования, полосовой фильтр 6, детектор 7 огибающей, фильтр 8 высоких частот, дополнительный детектор 9, интегрирующее звено 10, блок 11 измерения отношения напряжений, логарифмический функциональный преобразователь 12 и индикатор 13.

Работа предлагаемого устройства основана на подаче в канал связи периодической последовательности посылок частотно-манипулированного сигнала с двумя чередующимися близкими частотами несущих. При наличии эхо-сигнала в канале связи каждый раз после смены частоты сигнала, посылаемого в канал, на его выходе будут возникать "биения" между прямым сигналом с новой частотой и задержанным по времени эхо-сигналом с прежней частотой.

Причем среднее значение огибающей выходного сигнала будет равно амплитуде прямого сигнала, а амплитуда колебаний огибающей выходного сигнала будет равна амплитуде эхо-сигнала. Данное свойство следует из того, что максимальное значение амплитуды суммарного сигнала равно сумме амплитуд прямого и эхо-сигнала на выходе канала: A_max = A + a, где A и a - соответственно амплитуды прямого и эхо-сигнала, а минимальное значение амплитуды суммарного сигнала равно разности амплитуд прямого и эхо-сигнала на выходе канала: A_min = A - a.

Это дает возможность определить затухание эхо-сигнала, выраженное в децибелах, по формуле , где
dA - амплитуда колебаний огибающей выходного сигнала, а A_mid - среднее значение огибающей выходного сигнала.

Повышение точности измерений затухания эхо-сигнала достигается за счет того, что частоты несущих измерительного сигнала могут быть выбраны достаточно близкими между собой, что устраняет влияние собственной неравномерности частотной характеристики канала. При этом должно выполняться условие, чтобы период повторения тактовых импульсов T был существенно (в 10...100 раз) больше величины, обратной разности частот несущих dF:
T > 1/dF. (3)
Дополнительное повышение точности измерений обеспечивается за счет ограничения полосы частот принимаемого сигнала с помощью полосового фильтра 6, что приводит к увеличению отношения сигнал/шум на его выходе.

Устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи работает следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов вырабатывает периодическую последовательность тактовых импульсов с периодом повторения T, который должен быть больше максимальной величины задержки эхо-сигнала в канале связи и удовлетворять приведенному выше условию (3).

Генератор 2 частотно-манипулированного сигнала управляется от генератора 1 тактовых импульсов и вырабатывает периодическую последовательность тональных посылок с двумя чередующимися близкими частотами несущих. Частоты несущих измерительного сигнала целесообразно выбрать в средней части диапазона частот канала связи (где обычно частотные искажения канала минимальны) так, чтобы при этом разность частот несущих была значительно (в 10...100 раз) меньше по сравнению с их средней частотой. Смена частот несущих должна производиться без разрыва фазы в моменты перехода сигнала через ноль.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы заявляемого устройства. На фиг. 2а изображен примерный вид сигнала на выходе генератора 1, а на фиг. 2б - вид измерительного сигнала на выходе генератора 2.

Сигнал с выхода генератора 2 через выходной блок 3 согласования поступает в канал 4 связи. С выхода канала 4 связи измерительный сигнал поступает во входной блок 5 согласования и далее в полосовой фильтр 6, полоса пропускания которого должна быть несколько шире спектра испытательного сигнала. Как отмечалось выше, с помощью полосового фильтра 6 осуществляется ограничение полосы частот принимаемого сигнала, что приводит к увеличению отношения сигнал/шум на его выходе и, как следствие, к повышению точности измерений.

На фиг. 2в показан примерный вид сигнала на выходе полосового фильтра 6 с учетом биений прямого и эхо-сигнала в канале связи.

Детектор 7 огибающей выделяет огибающую сигнала. Постоянная времени детектора 7 должна быть примерно равна периоду низшей частоты измерительного частотно-манипулированного сигнала.

С помощью фильтра 8 высоких частот и дополнительного детектора 9 определяется амплитуда колебаний огибающей сигнала. Частота среза фильтра 8 должна быть выбрана такой, чтобы он подавлял постоянную составляющую в огибающей сигнала и пропускал с единичным коэффициентом передачи частотные составляющие в огибающей сигнала с частотой "биений", т.е. с частотой разностности несущих частотно-манипулированного сигнала.

В интегрирующем звене 10 определяется среднее значение огибающей. Постоянные времени дополнительного детектора 9 и интегрирующего звена 10 должны быть существенно больше (не менее, чем в 10...100 раз) периода повторения тактовых импульсов.

На фиг. 2г показана огибающая сигнала на выходе детектора 7 и отмечены амплитуда ее колебаний и средне значение, которые определяются на выходах блоков 9 и 10.

С помощью блока 11 измерения отношения напряжений и логарифмического функционального преобразователя 12 формируется величина затухания эхо-сигнала, выраженная в децибелах, в соответствии с формулой (2). На индикаторе 13 отображается полученный результат измерений.

Достоинствами предлагаемого устройства (по сравнению с устройством-прототипом) являются высокая точность измерений, обусловленная его нечувствительностью к собственным частотным искажения канала связи, и малое время измерений, так как для работы устройства не требуется проведения последовательных измерений для большого числа частот измерительного сигнала.

Данное устройство может быть легко реализовано на базе как аналоговой, так и цифровой техники.

Источники информации.

1. Соловьев Н.Н. Измерительная техника в проводной связи. Ч. 4. Измерение параметров линий, каналов и трактов. М.: Связь, 1974, с. 257, 258.

2. Боккер П. Передача данных (Техника связи в системах телеобработки данных). Том 1. Основы: Пер. с нем./Под ред Д.Д. Кловского. М.: Связь, 1980, с. 88.

Формула изобретения

Устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи, содержащее выходной блок согласования, подключенный выходом к входу канала, входной блок согласования, подключенный входом к выходу канала, детектор огибающей и последовательно соединенные блок измерения отношения напряжений, логарифмический функциональный преобразователь и индикатор, отличающееся тем, что в него введены генератор тактовых импульсов, генератор частотно-манипулированного сигнала, управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу выходного блока согласования, полосовой фильтр, включенный между выходом входного блока согласования и входом детектора огибающей, интегрирующее звено, включенное между выходом детектора огибающей и первым входом блока измерения отношения напряжений, а также последовательно соединенные фильтр верхних частот и дополнительный дететкор огибающей, причем вход фильтра верхних частот подключен к выходу детектора огибающей, а выход дополнительного детектора огибающей соединен с вторым входом блока измерения отношения напряжений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2