Способ измерения амплитудно-частотной характеристики канала связи Советский патент 1985 года по МПК H04B3/46 

vj to

о со to Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при измерении амплитудно-частотных характеристик различных устройств и каналов связи. Цель изобретения - повышение точности путем учета нелинейных искажений. На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства реализующего предложенный способ; на фиг. 2 - спектры входного и выходного сигналов и результирующая амплитудно-частотная характеристика; на фиг. 3 - эпюры напряжений, поясняющие принцип действия устройства. Устройство, реализующее предложенный способ, содержит (фиг. 2) первый 1 и второй 2 магнитофоны, синхронизатор 3, первый 4 и второй 5 усилители-ограничители, первый 6 и второй 7 анализаторы спектра, триггер 8 Шмидта, интегратор 9 опорного сигнала, первый 10 и второй 11 элементы совпадения, первый 12 и второй 13 интеграторы, первый 14 и второй 15 регулируемые усилители, триггер 16, компаратор 17, генератор 18, третий элемент 19 совпадения, элемент ИЛИ 20, четвертый элемент 21 совпадения, регистратор 22. В различных каналах связи имеют место одновременно как частотные, так и нелинейные искажения. И нелинейные искажения приводят к погрешности измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ). Рассмотрим это более подробно. Пусть напряжение сигнала определенной частоты на выходе при отсутствии нелинейных искажений должно быть равно ис...Если нелинейность канала связи станет причиной появления на этой частоте напряжения U., то суммарный сигнал на этой частоте будет/, (1) Относительная погрешность определения сигнала и, соответственно, коэффициента передачи определяется как /г Vug ТШ Формула (2) позволяет при известных нелинейных искажениях оценить погрешность определения коэффициента передачи и, следовательно, АЧХ. Так, к примеру, если предположить, что нелинейные искажения вызываются максимальным напряжением сигнала UJWKC и коэффициент гармоник равен 10%, то при определении коэффициентов передачи с помощью сигналов Uc 0,5 погрешность определения АЧХ будет меньше 2,5%. Если же коэффициенты передачи определять с помощью сигналов Uc 0,1 UjiaKc., .то погрешность определения АЧХ может превысить 40%. Поскольку измерение АЧХ при небольших величинах сигналов данной частоты ПРИВОДИТ к большим погрешностям, то необходимо исключить возможность измерений при малых сигналах. Это достигается тем, что из информационных сигналов, поступающих на вход канала связи, выделяют только те, которые могут обеспечить заранее заданную погрешность измерения АЧХ, обусловленную нелинейными искажениями. В дальнейшем эти отобранные сигналы используют в качестве эталонных, а коэффициенты передачи в узких полосах частот определяют как отношения энергий эталонных сигналов на выходы и вход канала связи. На фиг. 2 а показаны спектры входного 5иИ выходного 5ьых сигналов канала связи в течении перехода усреднения в полосе рабочих частот у я fg. Как видно, часть выходного сигнала, которая ниже порога срабатывания Ui,m., имеет большие нелинейные искажения, поэтому от них нужно избавиться, точнее не учитывать при определеНИИ результирующей АЧХ (фиг. 26, У). Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом. На первом магнитофоне. 1 устанавливают ленту с записью информационных сигналов, записанных в начале канала связи, а на втором магнитофоне 2 - с записью тех же информационных сигналов, но записанных в конце канала связи. Используя синхронизатор 3, осуществляют синхронное воспроизведение сигналов первым 1 и вторым Z магнитофонами. Синхронную работу первого 1 и второго 2 магнитофонов можно обеспечить, если в качестве ведущего двигателя, т.е. двигателя, предназначенного для протягивания магнитной ленты, использовать синхронный двигатель (фиг. 3 а, б,в). Сигналы с выходов первого 1 и второго 2 магнитофонов поступают на входы первого 4 и .второго 5 усилителей-ограничителей. Для сигналов, лежащих ниже некоторой заданной величины, коэффициенты передачи первого 4 и второго 5 усилителей-ограничителей максимальны и они работают как обычные усилители. Если входные сигналы возрастают выше определенного номинального уровня, то коэффициенты передачи первого 4 и второго 5 усилителей-ограничителей уменьшаются таким образом, что выходные сигналы остаются практическими постоянными. Регулировками выходных сигналов первого 1 и второго 2 магнитофонов добиваются того, что на входы первого 4 и второго 5 усилителей-ограничителей поступают сигналы значительно большие, чем номинальные. В этом случае на их выходах будут практически постоянные уровни сигналов, что обеспечивает возможность измерения АЧХ канала связи с переменным коэффициентом передачи. С выходов первого 4 и второго 5 усилителей-ограничителей сигналы поступают на

первый 6 и второй 7 анализаторы спектра. С целью упрощения объяснения принципа работы на фиг. 2 показана структурная схема, когда используются анализаторы спектра последовательного действия.

Полосовые фильтры первого 6 и второго

7анализаторов спектра настроены на одну и ту же полосу пропускания. С выхода первого анализатора 6 спектра сигнал поступает на триггер 8 Шмитта и первый элемент

10совпадения, а с выхода второго анализатора спектра 7 - только на второй элемент 11 совпадения.

Порог срабатывания триггера Шмитта

8выбран достаточно высоким, чтобы выдавать разрешающие сигналы на первый 10 и второй 11 элементы совпадения только тогда, когда сигнал, подаваемый на вход канала связи в данной узкой полосе, превыщает заданную величину. Эта заданная величина выбирается, исходя из требуемой погрешности измерения АЧХ, обусловленной нелинейными искажениями. Чем выше порог срабатывания триггера 8 Шмитта, тем меньше погрешность измерения АЧХ.

На фиг. 3 г показано напряжение на выходе первого анализатора б спектра UACI, где УТШ - порог срабатывания триггера 8 Шмитта.

Если в измеряемой полосе на выходе первого анализатора 6 спектра сигнал в определенные промежутки времени будут превышать порог срабатывания триггера 8 Шмитта, то будут поступать разрешающие потенциалы на схемы, первый 10 и второй

11элементы совпадения, информация с которых поступает на первый 12 и второй 13 интеграторы (фиг. 3 д).

Таким образом, с помощью триггера 8 Шмитта и первого 10 и второго 11 элементов совпадения осуществляется автоматический отбор сигналов, удовлетворяющих погрещности измерения АЧХ. Сигналы, поступающие на первый 12 и второй 13 интеграторы, используются в качестве эталонных (фиг. 3 е).

Напряжение на выходах первого и второго интеграторов 12 и 13 пропорционально мощности фрагментов информационных сигналов в той части спектра, на которую настроены фильтры первого 6 и второго 7 анализаторов -спектра. С выходов первого

12и второго 13 интеграторов сигналы поступают через первый 14 и второй 15 регулируемые усилители на компаратор 17.

Синхронизатор 3 генерирует импульсы Uc (фиг. 3 а) тогда, когда функция корреляции достигает максимального значения, т.е. когда первый i и второй 2 магнитофоны синхронно воспроизводят одни и те же сигналы, записанные на входе и выходе канала связи.

Поскольку напряжения на выходах первого 12 и второго 13 интеграторов зависят не только от длительностей периодов Tj, Tj и т.д. (фиг. 3 а, 3 з), но и от характера (величины и наклона) самих инфор мационных сигналов, то необходимо взвешивающее устройство, которое учитывало бы длительности импульсов на выходах первого 10 и второго 11 элементов совпадения. С этой целью сигналы с выхода триггера

0 8 Шмитта подают на интегратор 9 опорного сигнала, вырабатывающего в течение интервалов времени анализа напряжение, которое линейно уменьшает коэффициент передачи первого 14 и второго 15 регулируемых усилителей (фиг. Зж, и). Необ5ходимо отметить, что коэффициенты передачи первого 14 и второго 15 регулируемых усилителей в каждый момент времени одинаковы, поскольку к ним поступает одно и то же запирающее напряжение от инте0 гратора 9 опорного сигнала.

С выходов первого 14 и второго 15 регулируемых усилителей сигналы поступают на компаратор 17, на выходе которого получаем напряжение, пропорциональное ко эффициенту передачи канала связи в узкой полосе частот. И это напряжение мало зависит от числа и длительностей интервалов анализа и определяется только коэффициентом передачи. Сигналы с выхода компаQ ратора 17 через элемент ИЛИ 20 поступают на четвертый элемент 21 совпадения.

В конце периода усреднения Т от синхронизатора 3 на четвертый элемент 21 совпадения и регистратор 22 поступает разрешающий импульс Uc.n (фиг. 36), и информация о коэффициенте передачи регистрируется регистратором 22. Одновременно импульсы Ucn служат командами для сброса информации первым 12 и вторым 13 интеграторами и интегратором 9 опорного сигнала.

Могут быть случаи, когда в течении периода усреднения не будет эталонных сигналов, т.е. сигналов, превышающих порог

срабатывания триггера 8. Шмитта. Поэтому при таких ситуациях на регистратор 22 должны поступать сигналы о том, что в данной узкой полосе в течение периода усреднения не производилось определение коэффициента передачи. Для этой цели импульс отрицательной полярности Ut(j синхронизатора 3 (фиг. 3 в) поступает на вход триггера 16, который подает разрешающий потенциал на третий элемент 19 совпадения. На второй его вход поступает напряжение от генератора 18, которое через третий элемент 19 совпадения и элемент ИЛИ 20 поступает на регистратор 22 в в тех случаях, когда в течение периода усреднения на выходе первого элемента 10 совпадения не было эталонных сигналов.

Если же в течение периода усреднения на выходе триггера 8 Шмитта появится

хотя бы один импульс, то триггер 16 пода ет запрещающий потенциал на третий элемент 19 совпадения, и «зачеркивающие сигналы от генератора 18 уже не будут подаваться на элемент ИЛИ 20 (фиг. Зг, з).

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛА СВЯЗИ, основанный на разделении спектра входного и выходного сигналов на ряд узких частотных полос и определении коэффициента передачи в каждой узкой частотной полосе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем учета нелинейных искажений, предварительно запоминают входные и выходные сигналы, синхронно воспроизводят и выравнивают их по уровню, а после разделения спектра выравненных входных и выходных сигналов на ряд узких частотных полос выделяют из них сигналы, превышающие заданный порог с последующим определением по ним коэффициента передачи в каждой узкой частотной полосе.

а

О

Af

f,

н

Фиг. 2