Способ измерения отношения сигнал - шум и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01R29/26 

(21)4388103/2А-21

(22)04.03.88

(46) 15.12.89. Бюл. № 46

(71)Рязанский радиотехнический институт

(72)Р.А Ваккер и О.Н.Дорогов

(53)621.317.75(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР tf 819753, кл. G 01 R 29/26, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1038898, кл. G 01 R 29/26, 1983.

(54)СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57)Изобретение может быть использовано в многоканальных системах радиосвязи для получения текущих оценок отношения сигнал/шум при действии шума и широкополосной помехи. Цель изобретения - улучшение линейности и расширение динамического диапазона измерений отношения сигнал/помеха при действии гаусовского некоррелированного шума и широкополосной помехи с изменяющейся интенсивностью - достигается путем линейной фильтрации в двух частотных диапазонах нелинейно преобразованной

смеси си1 нал - помеха. Согласно способу смесь сигнала и шума преобразуют с помощью нелинейного элемента с квадратичной характеристикой и находят значения спектральной плотности мощности полученного процесса в двух частотных диапазонах, границей разделения которых является половинное значение ширины спектра входного шума, вычисляют функцию от этих величин (например, частное), по которой судят об искомой величине. В устройстве смесь сигнала и шума преобразуется в нелинейном элементе 1 . Из его выходного сигнала с помошью последовательно соединенных первого полосового фильтра 2, первого вкадратора 3 и первого фильтра 4 нижних частот формируется напряжение, пропорциональное мощности шума, а с помошью последовательно соединенных второго полосового фильтра 6, второго квадратора 7 и второго фильтра нижних частот - мощность сигнала и шума. В вычитателе 9 формируется напряжение, пропорциональное мощности сигнала, которое подается на один из входов делителя 5. 2 с.п. ф-лы, 2 ил о

(Л

00

Изобретение может быть использовано в многоканальных системах радиосвязи для получения текущих оценок отношения сигнал/шум при действии шума и широкополосной помехи. Цель изобретения - улучшение линейности и расширение динамического диаметра зона измерений отношения сигнал/помеха при действии гаусовского некоррелированного шума и широкополосной помехи с изменяющейся интенсивностью-достигается путем линейной фильтрации в двух частотных диапазонах нелинейно преобразованной смеси сигнал + помеха. Согласно способу смесь сигнала и шума преобразует с помощью нелинейного элемента с квадратичной характеристикой и находит значения спектральной плотности мощности полученного процесса в двух частотных диапазонах, границей разделения которых является половинное значение ширины спектра входного шума, вычисляют функцию от этих величин (например, частное), по которой судят об искомой величине. В устройстве смесь сигнала и шума преобразуется в нелинейном элементе 1. Из его выходного сигнала с помощью последовательно соединенных первого полосового фильтра 2, первого квадратора 3 и первого фильтра 4 нижних частот формируется напряжение, пропорциональное мощности шума, а с помощью последовательно соединенных второго полосового фильтра 6, второго квадратора 7 и второго фильтра нижних частот - мощность сигнала и шума. В вычитателе 9 формируется напряжение, пропорциональное мощности сигнала, которое подается на один из входов делителя 5. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

фиг.1

Изобретение относится к радиотех- иике и может быть использовано в многоканальных системах радиосвязи для получения текущих оценок отношения сигнал/шум при действии шума и широкополосной помехи изменяющейся интенсивности.

Целью изобретения является улучшение линейности и расширение динамического диапазона измерения отношения сиГнал/шум при действии гау- совского шума и широкополосной помехи с изменяюшейся интенсивностью путем линейной фильтрации в двух частотных диапазонах нелинейно преобразованной смеси сигнал плюс шум,

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения отношения сигнал/шум; на фиг. 2 - эпюры поясняющие предлагаемый способ измерения.

Устройство для измерения отношения сигнал/шум содержит последовательно соединенные нелинейный элемент 1, вход которого является входом устройства, первый полосовой фильтр 2, первый квадратор 3, первый фильтр 4 нижних частот и делитель 5, вькод которого является выходом устройства. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные второй полосовой фильтр 6, вход которого подключен к выходу нелинейного элемента 1, второй квадратор 7, второй фильтр 8 низких частот и вычитатель 9, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра 4 низких частот, а выход подключен к другому входу делителя 5.

Предлагаемый способ рассмотрим на примере работы устройства для его реализации.

Пусть на вход нелинейного элемента 1 поступает нормальный шум с полосой Л F, спектральной плотностью мощности /dF, центральной частотой ff (фиг. 2а) и гармонический сигнал Us Ascos( + ) (фиг. 2б).

Приводимые расчеты получены для нелинейного элемента с параболической характеристикой вида у ах, где а - масштабный коэффициент. Запишем непрерывную низкочастотную часть спектра шума на выходе нелинейного элемента 1 в виде

S(f) 5,,ЛГ)

+ 5у,„(Т,

(1)

где 8„,„ (f) - спектральная плотность мощности шума, образованная взаимодействием шума с самим собой

аЧ п

Yr-(-f/aF), ,а F

о для других f (2)

Ssih (f) - спектральная плотность мощности шума, образованная взаимодействием сигнала и шума

S,

(f)

а лП /dF, rejo, 0,5uF

О для других f

(3)

График спектральной плотности мощности шума в диапазоне видеочастот на выходе нелинейного элемента показан на фиг. 2 в. Как следует из диаграммы, при действии полезного

сигнала происходит перекос спектра вблизи частоты 0,5Д. При этом в диапазоне частот (О - 0,5/lF) происходит увеличение спектральной плотности шума, пропорциональное мощности воздействующего полезного сигнала. Положим, что центральные частоты первого и второго полосовых фильтров 2 и 6 (фиг. 1) равны соответственно fj и f . Эти частоты выбираются из соотношений О f 0,5flF, 0,5uF f Л F. Для упрощения выкладок положим, что полосовые фнльт- ры 2 и 6 имеют идеальные амплитудно-частотные характеристики, которые определяются следующим образом

г1, feC/JF 1/2,UFJ. ,v .( |0, fl CfiF/2, Д Fl

. |-1, ,(5)

Н(П ЛО, ,AF/

Тогда мощности шума на выходах полосовых фильтров 2 и 6 равны соответственно

Р 2lH (f)s(f)df; (6) Pj 2f H(f)S(f)df. (7)

Используя соотношения(l)-(3) для

значений спектральнойплотности мощности шума, на выходенелинейного элемента получаем

Р, ) (В)

p.

4аЧО,25 A Напряжения Uz.

5

i

1

3

и и

+ 3(г,/2) (9)

на выходах

фильтров 4 и 8 нижних частот пропорциональны мошности процессов на входах квадраторов 3 и 7. Поэтому с точностью до постоянного сомножителя можно записать

Uj 1,; U,j 4AU ЗС (10)

Таким Образом, напряжение Uj. пропорционально только мощности шума, а напряжение U| является функцией мощностей сигнала и шума. Для получения напряжения, пропорционального только мощности сигнала используется вычитатель 9, напряжение на выходе которого равно Ujj - в U , где J. - постоянный весовой коэффициент. Данное напряжение и напряжение Uj подаются на входы делителя, напряжение на выходе которого равно

...

Hi-If-Hl (3-.i)2

и.

(И)

Для весового коэффициента J. получаем

и

6(Ж

/г:

8Р,/Р., (12)

у

где PJ - мощность сигнала;

РЫ

i . мощность шума.

Таким образом, напряжение на выходе устройства измерения отнощения сигнал/щум пропорционально отношению сигнал/шум на входе. Формула изобретения

I. Способ измерения отношения сигнал/шум, при котором смесь сигнала и щума преобразуют с помощью

1529148

5

0

5

0

5

0

нелинейного элемента с квадратичной характеристикой, отличающийся тем, что, с целью повыпе- ния линейности и расширения динамического диапазона измерения, производят измерение значений спектральной плотности мощности процесса на выходе нелинейного элемента в двух частотных диапазонах, границей разделения которых является половинное значение ширины спектра шума (сигнала), вычисляют функцию от этих величин, по которой судят об искомой величине.

Редактор Т. Парфенова

Составитель И. Михалев

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Пожо

Заказ 7637/А1

Тираж 714

ВНИИ1Ш Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 1 К НТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произыодствеино-нздательский комбинат Патент, г. Ужгороц, ул. Гяг арина, 1П|

Подписное