АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Российский патент 2016 года по МПК H04L5/00 

Изобретение относится к электросвязи и может использоваться для создания автоматизированных систем управления с использованием вычислительной техники и каналов передачи данных.

Известно устройство измерения качества каналов передачи дискретной информации (авторское свидетельство СССР №1358105, кл. H04L 11/07), содержащее измеритель отношения сигнал/шум, имитатор входного сигнала, третий ключ, вентиль, анализатор, блок определения ошибок, переключатель, дополнительный счетчик, элемент ИЛИ, измеряемый приемник, блок запрета, амплитудный детектор, первый пороговый блок, формирователь сигнала забития, дополнительный ключ, ограничитель, частотный детектор, вольтметр, индикатор, первый ключ, второй пороговый блок, второй ключ, счетчик, формирователь интервала времени, индикатор и оконечную аппаратуру.

Недостатком данного устройства является низкая достоверность восстановления цифровых сигналов канала передачи данных с использованием многоуровневой многофазовой амплитудной модуляцией (QAM) при воздействии на канал передачи данных аддитивных и мультипликативных помех.

Цель изобретения - повышение качества канала передачи данных, путем повышения достоверности восстановления цифровых сигналов канала передачи данных с использованием в канале многоуровневой многофазовой амплитудной модуляции (QAM) при воздействии на канал передачи данных аддитивных и мультипликативных помех.

В канал передачи данных входит линия связи канала передачи данных и оконечная аппаратура. Линия связи канала передачи данных может представлять как кабель, так и радиоканал.

Для достижения поставленной цели в устройство измерения качества каналов передачи дискретной информации, содержащее измеритель отношения сигнал/шум, блок запрета, амплитудный детектор, первый пороговый блок, формирователь сигнала забития, дополнительный ключ, ограничитель, частотный детектор, второй пороговый блок, переключатель и блок регистрации сигнала корреспондента, введены операционный усилитель, полосовой фильтр, модем, состоящий из модулятора и демодулятора, компьютер, режекторный фильтр, фозовращатель, линия задержки, сумматор, вычитающее устройство, конденсатор, интегратор, инвертор, элемент И, генератор перестраиваемой частоты, причем выход линии связи канала передачи данных подключен к первому входу операционного усилителя и является входом устройства, выход операционного усилителя подключен к первому входу полосового фильтра, выход которого подключен параллельно к входу демодулятора модема, первому входу дополнительного ключа, входу линии задержки, входу блока запрета, входу амплитудного детектора, выход демодулятора подключен параллельно к информационному входу компьютера, первому входу переключателя и входу блока регистрации сигналов корреспондента, выход которого параллельно подключен ко второму входу переключателя и ко второму входу интегратора, выход дополнительного ключа подключен к входу режекторного фильтра, выход которого подключен параллельно к входам фазовращателя и к входу частотного детектора, выход которого параллельно подключен к входу конденсатора и к первому входу генератора перестраиваемой частоты, выход которого подключен ко второму входу операционного усилителя, а второй вход генератора перестраиваемой частоты подключен к выходу элемента И, к одному входу которого подключен выход порогового блока, а к другому входу подключен выход инвертора, вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого подключен к выходу конденсатора, выход фазовращателя подключен к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен выход линии задержки, а выход сумматора подключен к первому входу вычитающего устройства, ко второму входу которого подключен выход модулятора модема, а выход вычитающего устройства подключен ко второму входу полосового фильтра, информационный выход компьютера подключен к третьему входу переключателя, выход которого подключен к входу модулятора модема.

На фигуре 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.

Автоматизированное устройство канала передачи данных содержит операционный усилитель 1, полосовой фильтр 2, модем 3, состоящий из демодулятора 3.1 и модулятора 3.2, переключатель 4, компьютер 5, дополнительный ключ 6, амплитудный детектор 7, блок запрета 8, режекторный фильтр 9, первый пороговый блок 10, измеритель отношения сигнал/шум 11, блок регистрации сигнала корреспондента 12, частотный детектор 13, формирователь сигналов забития 14, второй пороговый блок 15, конденсатор 16, интегратор 17, инвертор 18, элемент И 19, генератор перестраиваемой частоты 20, линию задержки 21, фазовращатель 22, сумматор 23, вычитающее устройство 24, причем выход линии связи канала передачи данных подключен к первому входу операционного усилителя 1 и является входом устройства, выход операционного усилителя подключен к первому входу полосового фильтра 2, выход которого подключен параллельно к входу демодулятора модема 3.1, первому входу дополнительного ключа 6, входу линии задержки 21, первому входу блока запрета 8, входу амплитудного детектора 7, выход демодулятора 3.1 подключен параллельно к входу компьютера 5, первому входу переключателя 4 и входу блока регистрации сигналов корреспондента 12, выход которого параллельно подключен ко второму входу переключателя 4 и ко второму входу интегратора 17, выход дополнительного ключа 6 подключен к входу режекторного фильтра 9, выход которого подключен параллельно к входам фазовращателя 22 и к входу частотного детектора 13, выход которого параллельно подключен к входу конденсатора 16 и к первому входу генератора перестраиваемой частоты 20, выход которого подключен ко второму входу операционного усилителя 1, а второй вход генератора перестраиваемой частоты 20 подключен к выходу элемента И 19, к одному входу которого подключен выход порогового блока 15, а к другому входу подключен выход инвертора 18, вход которого подключен к выходу интегратора 17, вход которого подключен к выходу конденсатора 16, выход фазовращателя 22 подключен к первому входу сумматора 23, ко второму входу которого подключен выход линии задержки 21, а выход сумматора 23 подключен к первому входу вычитающего устройства 24, ко второму входу которого подключен выход модулятора 3.2 модема 3, а выход вычитающего устройства 24 подключен ко второму входу полосового фильтра 2, выход амплитудного детектора 7 подключен к входу первого порогового блока 10, выход которого подключен к входу формирователя сигналов забития 14, выход которого подключен параллельно ко второму входу дополнительного ключа 6 и ко второму входу блока запрета 8, выход блока запрета 8 подключен к входу измерителя отношения сигнал/шум 11, выход которого подключен к входу второго порогового блока 15, информационный выход компьютера 5 подключен к третьему входу переключателя 4, выход которого подключен к входу модулятора 3.2 модема 3.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем. В современных модемах осуществляется модуляция цифрового кода, поступающего из информационного выхода компьютера в модулятор в аналоговый сигнал многофазовой многоуровневой квадратурной амплитудной модуляцией (QAM). На выходе модулятора наблюдаются элементы несущей частоты модулируемого сигнала с чередованием синусоиды и косинусоиды несущей частоты. В зависимости от элементов сигнального созвездия, обусловленного протоколом кодирования, в модеме в каждом элементе несущей частоты аналогового сигнала может быть закодировано значительное количество байт цифровой информации. В демодуляторе происходит обратный процесс преобразования синусоидальных и косинусоидальных элементов несущей частоты в цифровой код (например, Манчестерский код), который поступает на цифровой информационный вход компьютера. Сигнальное созвездие модема, обусловленное протоколом кодирования, позволяет на выходе модулятора получать аналоговый сигнал, в параметрах амплитуды, фазы косинусоиды или синусоиды элементов содержится цифровой код информационного цифрового сигнала на выходе компьютера (О. И. Лагутенко. Современные модемы. Издательство: Эко-Трендз: 2002 ISBN:5-88405-037-2-346 с.). При воздействии мультипликативной помехи на линию связи канала передачи данных, обусловленной, например, возросшим сопротивлением кабеля, будет наблюдаться общее снижение амплитуд всех элементов аналогового сигнала. В этом случае демодулятор будет распознавать сигнал, но выдавать на выходе ложный цифровой код, обусловленный синусоидальными и косинусоидальными составляющими с правильными фазами, но с ложными амплитудами. Причем, чем больше сигнальное созвездие, тем ближе находятся амплитуды аналогового сигнала, определяющие различный цифровой код, тем система связи более чувствительна к погрешностям амплитуд и, как следствие, достоверность цифрового сигнала на входе компьютера будет низка.

При воздействии аддитивной помехи происходит суммирование энергии помехи с энергией сигнала. При амплитудной многоуровневой многофазовой квадратурной модуляции демодулятор строго реагирует на величину амплитуд и фаз синусоидальных и косинусоидальных составляющих. При аддитивной помехе велика вероятность ошибки в определении фазы элемента аналогового сигнала, особенно если помеха узкополосная, направленная и ее частота близка к несущей частоте аналогового модулированного сигнала.

Предлагаемое устройство отслеживает, контролирует наличие мультипликативных и аддитивных помех в линии связи канала передачи данных и автоматически существенно их снижает на входе демодулятора модема, тем самым увеличивая достоверность принимаемого цифрового кода на информационном входе компьютера.

Устройство работает следующим образом. Проходя по линии связи, модулированный информационный сигнал после прохождения по кабелям претерпевает искажения, обусловленные влиянием внешней среды распространения на линию связи (шумов, изменения температуры, влажности и т.д.). Компьютер работает в симплексном режиме, то есть пока не будет принят кадр из канала связи, компьютер передавать свой информационный кадр в канал связи не будет.

Аналоговый модулированный сигнал поступает из линии связи канала передачи данных на вход операционного усилителя 1 и, если амплитуды синусоидальных и косинусоидальных составляющих соответствуют заданным значениям протокола сигнального созвездия, то коэффициент усиления операционного усилителя 1 не изменяется и сигнал проходит через него без изменений. Далее сигнал поступает на полосовой фильтр 2, который настроен на пропускание несущей частоты информационного сигнала, откуда через демодулятор 3.1 модема 3 демодулированный цифровой код поступает на информационный вход компьютера 5.

В случае появления в сигнале на входе устройства аддитивной помехи сигнал поступает на вход амплитудного детектора 7, на выходе которого формируется сигнал помехи, на выходе порогового блока 10 появляется напряжение, по которому формирователь 14 выдает сигнал забития, который поступает на второй вход дополнительного ключа 6 и второй вход блока запрета 8. Сигнал забития открывает дополнительный ключ 6 и блок запрета 8. Сигнал через открытый блок запрета 8 поступает на вход измерителя отношения сигнал/шум 11. Результат измерения поступает на второй пороговый блок 15. Если отношение сигнал/шум ниже порогового, то на выходе порогового блока 15 присутствует логическая «1», которая поступает на один вход элемента И 19. Сигнал с помехой поступает через открытый ключ 6 на вход режекторного фильтра 9, где происходит фильтрация несущей частоты сигнала, то есть удаление несущей частоты из сигнала. Выделенная помеха поступает на вход частотного детектора 13, на выходе которого в случае, если в сигнале узкополосная постоянная помеха, то будет сформировано постоянное напряжение, эквивалентное частоте узкополосной помехи, если помеха широкополосная (например, «Белый шум»), то на выходе частотного детектора 14 будет широкополосный сигнал. Если постоянное напряжение, обусловленное узкополосной помехой, поступает на вход конденсатора 16, на выходе конденсатора 16 напряжение отсутствует и на выходе инвертора формируется логическая «1», которая поступает на другой вход элемента И 19. В этом случае на выходе элемента И 19 формируется логическая «1», которая поступает на управляющий вход генератора перестраиваемой частоты 20 и запускает его, на второй вход генератора перестраиваемой частоты 20 поступает постоянное напряжение с выхода частотного детектора 13, эквивалентное частоте помехи. Генератор перестраиваемой частоты 20 настраивается на частоту, равную частоте помехи в соответствии с поданным управляющим постоянным напряжением на его вход. На выходе генератор перестраиваемой частоты 20 начинает выдавать напряжение с частотой помехи, которое поступает на вход полосового фильтра 2. Полосовой фильтр подстраивает полосу частоты фильтрации под частоту генератора перестраиваемой частоты 20 и фильтрует узкополосную распознанную помеху.

Одновременно с выхода режекторного фильтра 9 на вход сумматора 23 поступает сигнал помехи, причем, проходя через фазовращатель 22, фаза помехи в фазовращателе 22 меняется на 180°. На другой вход сумматора 23 поступает сигнал с выхода полосового фильтра 2 и входа демодулятора 3.1 через линию задержки 21. Линия задержки 21 необходима для задержки сигнала на время прохождения сигнала через дополнительный ключ 6, фильтр 9 и фазовращатель 22. Так как помеха с выхода фазовращателя 22 и сигнал с аддитивной помехой с выхода линии задержки 23 находятся в противофазе, то на выходе сумматора 23 получается информационный аналоговый сигнал без энергии помехи. Сигнал с выхода сумматора 23 поступает на вход вычитающего устройства 24, на другой вход которого поступает модулированный аналоговый сигнал такой же формы и структуры, как поступающий на демодулятор 3.1 «чистый сигнал», так как он получен в результате модуляции этой же несущей частоты таким же кодом, как и принятый сигнал из линии связи, причем параметры сигнала, поступающего на второй вход вычитающего устройства 24 с выхода модулятора 3.2, не подвержены дестабилизирующим факторам линии связи (аддитивным и мультипликативным помехам). «Чистый сигнал» формируется на втором входе вычитающего устройства 24 следующим образом. На выходе демодулятора 3.1 цифровой сигнал соответствующей кодовой структуры поступает на информационный вход компьютера 5 и на первый вход переключателя 4. Так как компьютер работает в симплексном режиме, то на информационном выходе компьютера 5 сигнала нет и модулятор 3.2 на время приема сигнала из линии связи канала передачи данных функционально свободен. Переключатель 4 переключает цифровой сигнал с выхода демодулятора 3.1 на вход модулятора 3.2 при подаче на его второй вход управляющего сигнала с выхода блока регистрации сигнала корреспондента 12. Одновременно сигнал с выхода блока регистрации сигнала корреспондента 12 является сигналом сброса и обнуления интегратора 17. Вычитающее устройство 24 вычитает амплитудные значения напряжения аналогового сигнала, поступающие с выхода модулятора 3.2 «чистого сигнала» на второй вход вычитающего устройства 24 от амплитудных значений сигнала без аддитивной помехи, поступающего на первый вход вычитающего устройства 24. Разность величин напряжений поступает на второй управляющий вход операционного усилителя 1 для увеличения коэффициента усиления, чтобы устранить погрешность изменения амплитуды входного сигнала из линии связи в устройство, обусловленную мультипликативной помехой.

Технический результат заключается в том, что устройство осуществляет автоматизированный контроль мультипликативных и аддитивных помех в линии связи канала передачи данных во время передачи информационных цифровых пакетов корреспондентом с существенным снижением отрицательного влияния помех на демодулированный цифровой сигнал, поступающий на вход компьютера 5, снижая ошибки цифрового кода, тем самым повышая достоверность восстановления цифровых сигналов канала передачи данных с использованием в канале многоуровневой многофазовой амплитудной модуляции (QAM). Качество канала передачи данных существенно повышается.

Изобретение относится к области электросвязи. Техническим результатом является повышение качества канала передачи данных путем повышения достоверности восстановления цифровых сигналов канала передачи данных с использованием в канале многоуровневой многофазовой амплитудной модуляции (QAM) при воздействии на канал передачи данных аддитивных и мультипликативных помех. Устройство содержит измеритель отношения сигнал/шум, блок запрета, амплитудный детектор, первый пороговый блок, формирователь сигнала забития, дополнительный ключ, ограничитель, частотный детектор, второй пороговый блок, переключатель и блок регистрации сигнала корреспондента, операционный усилитель, полосовой фильтр, модем, состоящий из модулятора и демодулятора, компьютер, режекторный фильтр, фазовращатель, линию задержки, сумматор, вычитающее устройство, конденсатор, интегратор, инвертор, элемент И, генератор перестраиваемой частоты. 1 ил.

Автоматизированное устройство канала передачи данных, содержащее измеритель отношения сигнал/шум, блок запрета, амплитудный детектор, первый пороговый блок, формирователь сигнала забития, дополнительный ключ, ограничитель, частотный детектор, второй пороговый блок, переключатель и блок регистрации сигнала корреспондента, отличающееся тем, что дополнительно введены операционный усилитель, полосовой фильтр, модем, состоящий из модулятора и демодулятора, компьютер, режекторный фильтр, фазовращатель, линия задержки, сумматор, вычитающее устройство, конденсатор, интегратор, инвертор, элемент И, генератор перестраиваемой частоты, причем выход линии связи канала передачи данных подключен к первому входу операционного усилителя и является входом устройства, выход операционного усилителя подключен к первому входу полосового фильтра, выход которого подключен параллельно к входу демодулятора модема, первому входу дополнительного ключа, входу линии задержки, первому входу блока запрета, входу амплитудного детектора, выход демодулятора подключен параллельно к информационному входу компьютера, первому входу переключателя и входу блока регистрации сигналов корреспондента, выход которого параллельно подключен ко второму входу переключателя и ко второму входу интегратора, выход дополнительного ключа подключен к входу режекторного фильтра, выход которого подключен параллельно к входам фазовращателя и к входу частотного детектора, выход которого параллельно подключен к входу конденсатора и к первому входу генератора перестраиваемой частоты, выход которого подключен ко второму входу операционного усилителя, а второй вход генератора перестраиваемой частоты подключен к выходу элемента И, к одному входу которого подключен выход второго порогового блока, а к другому входу подключен выход инвертора, вход которого подключен к выходу интегратора, первый вход которого подключен к выходу конденсатора, выход фазовращателя подключен к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен выход линии задержки, а выход сумматора подключен к первому входу вычитающего устройства, ко второму входу которого подключен выход модулятора модема, который является входом в линию связи канала передачи данных, а выход вычитающего устройства подключен ко второму входу полосового фильтра, информационный выход компьютера подключен к третьему входу переключателя, выход которого подключен к входу модулятора модема, выход амплитудного детектора подключен к входу первого порогового блока, выход которого подключен к входу формирователя сигнала забития, выход которого подключен параллельно ко второму входу дополнительного ключа и ко второму входу блока запрета, выход которого подключен к входу измерителя отношения сигнал/шум, выход которого подключен к входу второго порогового блока.