Устройство контроля качества канала связи Советский патент 1992 года по МПК H04B3/46 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических системах приема информации для контроля качества канала связи.

Известны устройства контроля качества канала связи, содержащие последовательно соединенные корреляционный приемник и решающий блок, последовательно соединенные опорный генератор и датчик испытательных сигналов, блок фазирования импульсов и блок фазирования циклов, выход которого подключен к второму входу датчика испытательных сигналов, выход блока фазирования импульсов подключен к входу опорного генератора, выход решающего блока подключен к входу блока фазирования импульсов и к входу блока фазирования циклов, а также индикатор.

В известных устройствах для контроля качества канала связи необходимо сформировать стандартную кодограмму и, прервав сеанс связи, произвести подсчет ошибок, принимая и обрабатывая кодограмму. Объем выборки в тестовом контроле составляет при этом несколько тысяч элементов, что

увеличивает время контроля, ограничивает достижимую точность и не позволяет проводить оперативный контроль канала связи непосредственно во время сеанса.

Некоторое снижение времени измерения и повышение точности обеспечивает устройство контроля качества канала связи, являкщееся наиболее близким по технической сущности и принятое в качестве устройства-прототипа, которое содержит приемный блок, состоящий из последовательно соединенных корреляционного приемника и решающего блока, бпок фазирования циклов, блок фазирования импульсов, коммутатор, датчик испытательных сигналов, опорный генератор, первый и второй блоки вычисления ошибки, сумматор и индикатор, при этом первый вход коммутатора соединен с выходом корреляционного приемника, выход датчика испытательных сигналов подключен к второму входу коммутатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго блоков вычисления ошибки, второй вход каждого из которых

I СI чо

сл

«-й

XI

соединен с вторым выходом решающего блока, выходы первого и второго блоков вычисления ошибки подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, пыход которого подключен к ин- дикатору.

В устройстве сокращение времени контроля достигается за сет оценки плотности вероятности распределения напряжения на входе решающего блока раздельно для слу- чаев приема сигнала 1 и приема сигнала О. Однако, как и при тестовом контроле, требуется формирование стандартной кодограммы и прерывание сеанса передачи информации, т.е. отсутствует возможность проведения оперативного контроля качества канапэ связи во время сеанса.

Недостатком устройства-прототипа является большое время контроля канала связи, связанное с необходимостью перерыва сеанса связи, и недостаточная точность при оперативном контроле.

Целью изобретения является повышение точности контроал и сокращение времени контроля качества канала связи без перерыва сеанса связи,

Цель достигается тем, что в устройство контроля качества канала связи, содержащее опорный генератор, вычислительный блок и индикатор, введен функциональный преобразователь величины дисперсии и блок измерения временных интервалов, первый вход которого является информационным входом устройства, второй вход - управляющим, а третий соединен с выходом опорного генератора, а выход через последовательно соединенные вычислительный блок и функциональный преобразователь величины дисперсии подключен к входу индикатора.

Сущность изобретения заключается в гом, что введение в известное устройство блока измерения временных интервалов, функционального преобразователя величины дисперсии и их нестандартное включе- ние позволяют получить положительный эффект за счет сокращения времени анализа состояния канала связи, что дает возмож- ность увеличить время для получения высокоточных оценок отношения сиг- нал/шум и вероятности ошибки. Устройство позволяет проводить контроля качества канала связи-без перерыва сеанса связи, повышается точность измерений отношения сигнал/шум и вероятности ошибки.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства контроля качества канала связи; на фиг. и 3 - варианты построения блока измерения временных интервалов и вычислительного блока.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит опорный генератор 1 и последовательно соединенные блок 2 измерения временных интервалов, вычислительный блок 3, функциональный преобразователь величины дисперсии 4 и индикатор 5, при этом первый вход измерителя временных интервалов 2 является информационным входом устройства, второй вход - управляющий, а третий соединен с выходом опорного генератора 1, второй и третий входы вычислительного блока 3 являются соответственно третьим и четвертым входами устройства.

Блок 2 измерения временных интервалов (фиг.2) содержит первый 6 и второй 7 формирователи импульсов и последовательно соединенные формирователь 8 временных интервалов, ключ 9 и счетчик 10, при этом выход формирователя 6 импульсов соединен с входом формирователя 8 временных интервалов, а вход является первым входом блока 2 измерения временных интервалов, выход формирователя 7 импульсов подключен к второму входу ключа 9, а вход формирователя 7 импульсов является третьим входом блока 2 измерения временных интервалов, второй вход которого соединен с вторым входом формирователя 8 временных интервалов, а выходом блока 2 измерения временных интервалов является выход счетчика 10.

Вычислительный блок 3 (фиг.З) содержит последовательно соединенные первый квадратор 11, первый сумматор 12, вычитающее звено 13 и первый перемножитель 14, выход которого является выходом вычислительного блока 3, входом которого является вход первого квадратора 11, который одновременно через последовательно соединенные второй сумматор 15, второй квадратор 16 и второй перемножитель 17 соединен с вторым входом вычитающего звена 13, второй и третий входы вычислительного блока 3 подключены соответственно к вторым входам первого 14 и второго 17 перемножителей.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Сигнал от входа демодулятора приемника контролируемого канала поступает на первый вход блока 2 измерения временных интервалов, третий вход которого соединен с выходом опорного генератора 1. Блок 2 измерения временных интервалов (фиг.2) построен по известной схеме, где с помощью формирователей импульсов 6 и 7 из исследуемого сигнала гармонической формы и аналогичного сигнала опорного генератора 1 осуществляется формирование

импульсных последовательностей по нуль- переходам, В формирователе 8 временных интервалов из импульсов исследуемого сигнала формируется временной интервал, длительность которого зависит от количест- ва усредняемых периодов исследуемого сигнала и задаваемого управления блока 2 измерения временных интервалов, С помощью ключа 9 и счетчика 10 производится цифровое измерение временного интерва- ла. сформированного из аддитивной смеси гармонического сигнала и узкополосного шума, действующих на входе демодулятора приемника контролируемого канала. Число импульсов опорного генератора NI, зафик- сированное в счетчике 10, пропорционально длительности измеряемого интервала.

В вычислительном блоке 3 определяется дисперсия выбранного количества m измеряемых временных интервалов, зависящая от отношения сигнал/шум, действующего на входе демодулятора приемника. По вычисленному значению дисперсии NI в функциональном преобразователе величины дисперсии 4 определяется отношение сигнал/шум, значение которого используется при вычислении установившейся в канале связи вероятности ошибки

Рош.

Используемый метод оценки качества канала связи основан на исследовании статистических характеристик нуль-переходов аддитивной смеси гармонического сигнала и узкополосного шума действующего на входе демодулятора контролируемого при- емника. Для аддитивной смеси гармонического сигнала и узкополосного нормального шума

X (f) Ц COS (O)c t + (рс) +

+ Un (t) COS С0с t + Q (t) U(t) COS Ф(1) ;

0) дифференциальная функция распределе-

ния фазы смеси определяется алгоритмом

а

«(«О- + ас;

А

F(Accos p)e 2 sin2r/, (2)

В (1) и (2) U(t) - огибающая смеси; Ф (t) t +(p (t) полная фаза смеси, состоящая из линейного и случайного слагаемого;

р (t) arctg lnk(t)/(Uc + Unc(t)) - случайная составляющая фаза смеси, выраженная через синфазную и квадратурную составляющие помехи и определяющая статистические характеристики нуль-переходов; F(j) - функция Лапласа; Uc §

отношение амплитуды сигнала к средне- квадратическому значению шума;

(сг - Wo FO мощность шума в канале; Wo - интенсивность белого шума на входе контролируемого приемника; Рэ - эффективная полоса приемника).

Функция распределения (2) может быть представлена рядом фурье

О)

,

Ск cos (k (f) pc) ) ,

(3)

где

K

Ck

r(i+f)

К 2 k/2

lFl (K-K + i -M

1 I 1 i N т I .

()- гамма-функция; iFi - вырожденная гипергеоматрическая функция. Дисперсия фазовых флюктуации может быть найдена по алгоритму

рс + л ОФ-S (р РС) (о (р) d р ре -Л

- к

Ck

т

и зависит от коэффициентов Ck, которые определяются единственным параметром ас - отношением амплитуды сигнала к сред- неквадратическому значению шума.

В устройстве выявить сложившееся в канале связи отношение сигнал/шум можно с помощью устройства-измерителя периода аддитивной смеси с последующей статической обработкой для нахождения дисперсии периода и в конечном итоге вероятности ошибки.

Число нуль-переходов суммарного процесса, по которым формируются временные интервалы в измерителе периода, определяются поведением полной фазы в моменты

прохождения фазы через нулевой уровень с положительной производной при выполнении условий

Ф ГО i

л.

(t)(2l-1)5;

Получаемый при этом дискретный сигнал используется для формирования измерительного интервала

Т,

и Ё Т

I 1

где Ти - длительность i-ro усредняемого периода.

Относительное среднеквадратическое значение шумовой составляющей погрешности измерения среднего из п периодов определяется выражением

д - 1 /2 л q л

Тс

-(4)

где q

Uc

Ти

; n у- - количество усредняемых за время измерения периодов;, от -дисперсия среднего значения периода сигнала.

Вычислив дисперсию m измерений среднего значения периодов аддитивной смеси,по функциональной связи (4) определяется отношение сигнал/шум

q 1 /2 л п д (5)

и, например, при оптимальном некогерентном приеме сигналов с относительной фазовой модуляцией определяется вероятность ошибки (В.И.Коржик и др. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник. М.: Радио и связь, 1981, с. 27) по алгоритму

Рош 0,5 exp(-q2) (6)

Дисперсия измерения среднего значения периодов аддитивной смеси вычисляется по алгоритму

S (N. - Ncp)2 . (7)

m

1 ,Ј

i 1

где NI - количество импульсов опорного генератора 1, зафиксированное в счетчике 10 блока 2 измерения временных интервалов за время измерения, учитывающее скорость передачи данных;

Ncp - 2i NI-среднеезначениекоm i 1

личествз импульсов опорного генератора за m измерений.

Алгоритм вычисления дисперсии (7) может быть приведен к более удобному для реализации виду

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

rf-sMj, -)

и реализован в вычислительном блоке (фиг.З), в котором NI - количество импульсов опорного генератора 1, накопленное в счетчике 10 блока 2 измерения временных интервалов за п усредняемых периодов исследуемого сигнала, поступает на первый квадратор 11 и после возведения в квадрат накапливается в первом сумматоре 12. Одновременно NI подается на второй сумматор 15, где накапливается сумма NI за гп измерений, для вычисления среднего значения NCp. После выполнения m измерений накопленная в сумматоре 15 величина возводится в квадрат в квадраторе 16, умножается в перемножителе 17 на константу 1/т , зависящую от числа усреднений т, и результат вычитается в вычитающем звене 13 из результата, накопленного также за m измерений среднего периода в первом сумматоре 12. Разность, полученная на выходе вычитающего устройства 13, умножается в перемножителе 14 на константу 1/(т-1), и результат перемножения будет равен дисперсии о - (8), который поступает в функциональный преобразователь величины дисперсии4для вычисления отношения сигнал/шум и вероятности ошибки. Практическая реализация вычислительного блока выполняется на микропроцессоре, например, серии 580, На этом же микропроцессорном наборе может быть выполнен и функциональный преобразователь величины дисперсии 4, в котором реализуются ал- горитмы (5) и (6). Учитывая жесткую функциональную связь (5) и (6), значения для q и Рош могут быть для заданного диапазона измерений предварительно вычислены с требуемой дискретностью и занесены в постоянное запоминающее устройство измерителя, где также хранятся и необходимые константы. В таком варианте функциональный преобразователь величины дисперсии 4 выполняется в виде цифрового постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), на ин- формационных выходах которого непосредственно появляется цифровое значение РОШ при подаче вычисленного значения дисперсии периода на адресные входы. Измеритель дает возможность контролировать качество канала связи без переры- ва сеанса связи, что позволяет производить высокоточные экспресс-оценки вероятности ошибки.

Формула изобретения

1. Устройство контроля качества канала связи, содержащее опорный генератор, вычислительный блок и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля и сокращения времени контроля без перерыва сеанса связи, введены функциональный преобразователь величины дисперсии и блок измерения временных интервалов, первый вход которого является информационным входом устройства, второй вход - управляющим входом, третий

соединен с выходом опорного генератора, а выход через последовательно соединенные вычислительный блок и функциональный преобразователь величины дисперсии под- ключей к входу индикатора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что вычислительный блок содержит последовательно соединенные первый

квадратор, первый сумматор, вычитающее звено и первый перемножитель, выход которого является выходом вычислительного блока, входом которого является вход первого квадратора, который одновременно через последовательно соединенные второй сумматор, второй квадратор и второй перемножитель соединен с вторым входом вычитающего звена, второй и третий входы вычислительного блока подключен соответственно к вторым входам первого и второго перемножителей.

Использование: радиотехника. Сущность изобретения: уст-во содержит опорный генератор 1, блок 2 измерения временных интервалов, вычислительный блок 3, функциональный преобразователь 4 величины дисперсии и индикатор 5. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Ј А

Щиг.1

Фи&г

®иг.З

Вх.з