Устройство для измерения фазочастотной характеристики канала связи Советский патент 1993 года по МПК H04B3/46 

со

О

Использование: измерительная техника. Цель: расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения группового времени прохождения сигнала в канале связи. Сущность изобретения: устройство содержит на передающей ётороне 1 генератор качающейся частоты (1), а на приемной стороне 1 блок предварительной обработки сигнала (2), состоящий из 1 усилителя (3), 1 формирователя (4), 1 дифференцирующей цепочки (5) и 1 мостового выпрямителя (6), 1 блок запуска и остановки измерений (7), 1 генератор счетных импульсов (8), 1 блок вычисления перепада фазы (9), 2 индикатора

Фиг.1

Изобретение относитс я к измерительной технике электропроводной связи и может быть использовано для измерения группового времени прохождения сигнала (ГВП) в каналах связи, предназначенных для передачи дискретных сигналов связи, телеметрии.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения группового времени прохождения сигнала в канале связи.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные зависимости напряжения в отдельных элементах устройства

а - напряжение на входе измеряемого канала ТЧ;

б - напряжение на выходе канала ТЧ;

в - напряжение на выходе формирователя 4;

г- напряжение на выходе дифференцирующей цепочки 5;

д - напряжение на выходе мостового выпрямителя 6;

на фиг. 3 - структурная схема вычислителя частотной характеристики ГВП; на фиг. 4 - структурная схема фиксатора средней частоты; на фиг. 5 - структурная схема блока вычисления перепада фазы.,

Устройство содержит на передающей стороне генератор 1 качающейся частоты, а на приемной стороне блок предварительной обработки сигнала 2, состоящий из усилителя 3, формирователя 4, дифференцирующей цепочки 5, мостового выпрямителя 6. блок запуска и остановки измерений 7, генератор 8 счетных импульсов, блок вычисления перепада фазы 9, блок вычисления группового времени 10, включающий блок пересчета 11, расчетный блок 12, вычислитель частотной характеристики ГВП 13, фиксатор 14 текущего значения частоты, фиксатор 15 предыдущего значения частоты, вычислитель разности частот 16, фикса- тор средней частоты 17, сумматор 18, делитель на два 19; индикатор ГВП 20, индикатор средней частоты 21, блок печати 22, измеряемый канал связи 23.

Генератор качающейся частоты 1 соединен через измеряемый канал 23 с входом блока предварительной обработки сигнала 2.

Блок 2 предварительной обработки сигнала содержит последовательно соединенные усилитель 3, формирователь 4, дифференцирующую цепочку 5 и мостовой выпрямитель 6, выход которого является выходом блока 2, а вход усилителя 3 является входом блока 2.

Выход блока 2 предварительной обработки сигнала соединен с входами блока 9 вычисления перепада фазы и блока 7 запуска и остановки измерений, второй вход

блока 7 соединен с первым выходом генера- . тора 8 счетных импульсов, второй выход которого и выход блока 7 соединены соответственно с вторым и третьим входами блока 9 вычисления перепада фазы; первый,

второй и третий выходы блока 9 соединены соответственно с входами блока печати и индикаторов значений ГВП 20 и средней частоты 2.1, выходы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами

5 блока печати 22. Четвертый и пятый выходы блока 9 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 10 вычисления группового времени.

Первый вход блока 10 является входом

0 блока перечета 11, соединенного последовательно с расчетным блоком 12 и вычислителем частотной характеристики ГВП 13, первый выход которого, являющийся первым выходом блока 10, соединен с вторым

5 входом индикатора ГВП 20.

Второй вход блока 10 является входом фиксатора 14 текущего значения частоты, выход которого соединен с входами вычислителя разности фаз 16, сумматора 18ифик0 сатора 15 предыдущего значения частоты., выход фиксатора 15 соединен с вторыми входами сумматора 18 и вычислителя разности фаз 16, выход которого соединен с вторым входом расчетного блока 12. Выход

5 сумматора 18 через делитель на два соединен с вторым входом фиксатора средней частоты 7, выход которого, являющийся вторым выходом блока 10, соединен с вторым входом индикатора средней частоты 21.

0 Вычислитель частотной характеристики ГВП 13 (фиг. 3) содержит следующие элементы:

5 13,2-блок вычисления частотной характеристики;

кн. 1 - кнопка управления фиксацией и 5 индикацией минимального значения ГВП и соответствующий средней частоты.

Фиксатор средней частоты 17 (фиг, 4) содержит следующие элементы:

17,1 - блок памяти граничных значений частотных интервалов;

Взаимодействие элементов вычислителя частотной характеристики ГВП 13 и фиксатора средней частоты 17 показаны на фиг.

3,4.

. Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 качающейся частоты (ГКЧ) посылает на вход измеряемого канала связи 23 частотно-модулированное колебание в диапазоне частот 300-3400 Гц. С выхода измеряемого канала 23 сигнал подается на блок предварительной обработки сигнала 2, в честности на вход усилителя 3, который одновременно является нагрузкой для канала, равной 600 Ом. С выхода усилителя 3 принимаемый сигнал подается на формирователь 4, в котором частотно-модулированный сигнал преобразуется в соответствующуюпоследовательность импульсов, что упрощает математическую обработку сигнала. Принимаемая последовательность импульсов с выхода формирователя 4 подается на дифференцирующую цепочку 5, которая обращает их в последовательность остроконечных разнр- полярных импульсов. Двухполуперйодный мостовой выпрямитель 6. через который проходит принимаемыйсигнал, преобразует его 9 последовательность однрполярных остроконечных импульсов, используемых для вычисления перепадов ФЧХ и определения ГВП. Для пояснения взаимодействия отдельных элементов блока предварительной обработки сигнала 2 на фиг. 2 представлены временные зависимости сигнала на входе и выходе канала связи, а также на выходе следующих элементов: формирователя (иных. 4), дифференцирующей цепочки (Цвых. б) и мостового выпрямителя (ивых. б).

Как следует из фиг. 2 а, испытательным сигналом является (Dux.) частотно-модулированное колебание с линейным законом изменения частоты, т. е. колебания генератора качающейся частоты. Испытательный сигнал передается по каналу связи, причем за счет переходных процессов временная зависимость сигнала на выходе канала (1)Вых. - фиг. 2 б) отличается от сигнала на входе (Овх.- фиг. 2 а).

В предлагаемом устройстве для измерения ГВП, как и в любом устройстве для измерения ФЧХ или ГВП, полезно используемой частью сигнала на выходе канала является временной интервал после окончания переходных процессов (на фиг. 2 б он обозначен 1отсчета).гОдной из основных проблем создания измерительной ГВП является определение перепада ФЧХ на отдельных частотных интервалах.

Для измерения перепадов фазы в предлагаемом устройстве используется метод сравнения скорости изменения частоты испытательного сигнала на входе и выходе канала связи. Основной элемент предложенного устройства для измерения ФЧХ взят из данного авт. св. в качестве известно- го блока 9 вычисления перепада фазы.

Использование блока 9 вычисления перепада фазы в устройстве для измерения ГВП вызвало необходимость разработки ряда элементов, входящих в блок 10 вычисле- ния группового времени. . :

В данном случае при анализе условий перехода от перепада фазы ФЧХ к значениям ГВП необходимо помнить, что блок 9 вычисления перепада фазы выдает на од- ном выходе значение сдвига фазы ( До), а на другом выходе - значение верхней граничной частоты; для которой получен данных перепад фазы. Эта граничная частота условно названа текущим значением часто- ты - Ртек. -.

Кроме текущего значения частоты

для расчета интервала частот надо знать

предыдущее значение граничной частоты

Fnp., тогда интервал частот определяется

как A F Ртек. - Fnp. . -.

Для определения средней частоты FCp., для которой измеряется ГВП, надо использовать значения граничных частот

Р { - тек + Fnp РСР ,--2-- V.

Для пояснения процессов, происходящих в блоке ЛО вычисления группового времени, целесообразно формулы (1) и (2) переписать в следующем виде: :. (Ртек)-b (Fnp) /АЬ

ф 2 л: (Ртек-Fnp) 2 ЛГ (Ртек-Fnp)

(1)

. Fcp -faL+fna.(2)

в соответствии с этими формулами отдельные элементы блока 10 вычисления группового времени выполняют следующие функции:

блок пересчета 11 подготавливает значение числителя формулы (1), т.е. вычисляет ДЬ/2тг .

Фиксатор значения частоты 14 запоминает Ртек., которая на следующем шаге работы передается в фиксатор предыдущего

значения частоты 15, где фиксируется как значение РПр.

Значения, хранящиеся.в блоках 14 и 15, используются для расчета разности Ртек-Рпр, который осуществляется в вычислителе разности частот 16, а также для вычисления значения суммы Рте. + РПр, которое осуществляется в сумматоре 18. Последовательная работа сумматора 18 и делителя на два 19 позволяет определить значения средней частоты FCp, которые запоминаются в фиксаторе средней частоты 17.

Числовые значения,.полученные в блоке пересчета 11 и вычислителе разности 16, подаются в расчетный блок 12, где осуществляется деление в соответствии с формулой (1) и образутюся абсолютные значения частотной характеристики ГВП - t rp, которые передаются и фиксируются в элементах вычислителя частотной характеристики ГВП.

Однако в процессе практической эксплуатации каналов ТЧ обычно нормируют и измеряют не абсолютное групповое время, а относительную частотную характеристику ГВП. В устройствах прототипа и аналогов за нулевое значение или значение, относительно .которого отсчитывается частотная характеристика ГВП, в измерителях каналов ТЧ принимается чаще всего значение на частоте 1900 Гц либо на частоте, соответствующей минимальному значению абсолютного ГВП. Поэтому в функции ; вычислителя частотной характеристики ГВП 13 должны входить следующие операции:

фиксирование (запоминание) абсолютных значений ГВП - trp;

выбор минимального значения ГВП1Мин с фиксацией частоты, соответствующей минимальному ГВП, или порядкового номера числового значения в данном цикле измерений; ... ; .: . .; / . -,. .-: . .

вычисление относительной частотной характеристики ГВП канала связи щ

Тогда окончательное выражение частотной характеристики ГВП будет иметь вид

t(f) tcp - 1мин. , (3)

Физическая реализация вычислителя частотной характеристики ГВП 13, выполняющего перечисленные функций, может быть произведена с помощью элементов, скомпонованных в виде различных вариантов. В качестве одного из вариантов компоновки элементов вычислителя частотной характеристики ГВП 13 можно считать схему, изображенную на фиг. 3.

Для уяснения работы предлагаемого устройства при измерении ГВП необходимо рассмотреть работу 9 блока вычисления перепада фазы.

Измерение перепадов ФЧХ исследуемого канала ТЧ осуществляется методом сравнения скорости измерения частоты частотно-модулированных колебаний испытательного сигнала на входе и выходе канала.

Для этого на передающей стороне устройства используется генератор качающейся частоты 1, посылающий в измеряемый канал 23 испытательный сигнал вида (фиг. 2 а)

5Uex Aslri2;7ra t2. (4)

Как видно из выражения (4), круговая частота колебаний испытательного сигнала изменяется по линейному закону

.шф-2-яа т.(5)

0 Под воздействием испытательного сигнала на входе канала, записанного выражением (4), на, выходе канала появится колебание , фаза которого определяется как законом вынуждающего колебания, так

5 и значением сдвига ФЧХ канала, т. е.

иеых(г) А2(г)8 п 2л:ат2-Ь((и) (6) где а - коэффициент, определяющий линейный закон изменения частоты; 0ь(ш) фззочастотная характеристика контролируемого канала связи 23.

Следует помнить; что установившееся : колебание на выходе канала, записанное выражением (1), возникающее под воздей- 5 ствием вынужденного колебания (выражение 4), появляется через определенное время, в течение которого на выходе канала будут действовать установившиеся или свободные колебания. Условно временная за- n висимость напряжения сигнала на выходе канала показана на фиг. 2 б, где моменты измерения совпадают с Готсчета.

Оценку скорости изменения частоты целесообразно выполнить путем контроля, мо- g ментов перехода функции (4) и (6) через нуль Так,из выражения (4) имеют Uex

0

Asin 2 пат 0,

или 2 па tk2 п К,

откуда tk - VJ , 2а

(7)

(8)

(9)

где k 1, ... . ... Длительность интервала между k и k -1 импульсами. ;

д - tk -1 (Vp ЈТ7) о о)

после несложных преббразований с использованием бинома Ньютона выражается

как ;. ..- : . ....... .

.-: (11)

Аналогичные преобразования выражения (6) позволяют получить

Atk«(Vk.+ A)- VkTf)(i2)

л

где Д Э«. - перепад ФЧХ на интервале частот, соответствующих k -му отсчетному импульсу;

г-для удобства записи время на выходе канала обозначено другой буквой.

Из сравнения выражений (10) и (12) можно записать

(||-1) .(13)

Из формулы (13) следует, что задача определения перепада фазы Д€ на интервале частот, определяемом длительностью импульса Дти, сводится к измерению длительностей соответствующих элементов сигнала Дт. Дп, (фиг. 2 а, д).

Соотношение (13) позволяет определить перепады фазы AOk всей ФЧХ канала:

N(U) о) 2. ДОс.О)

ь(ш):

k 1

Однако такое суммирование отдельных AOk оказывается затруднительным, так как для приемлемых значений о 500 ... 2000 Гц/с количество учитываемых членов будет составлять несколько тысяч (от 3 до 6). Поэтому целесообразно учитывать М-эле- ментные интервалы (фиг. 2 а, д), для которых соотношение (13). примет вид

дам-,мЈЈ-1).

Таким образом, в алгоритм математической обработки сигналов при определении должны выходить следующие операции:.

выбор пакета импульсов принимаемого. сигнала;

определение длительности пакета принимаемого сигнала( Дткм);

выбор пакета испытательного сигнала на. входе канала ( AtkM) - выдается базой данных;

расчет перепада фазы Д€&м;

фиксация граничных частот, определяющих рассчитываемые перепады фазы - выдается базой данных;

выдача в последующие элементы устройства информации о перепадах ФЧХ Д0Ы и ее граничных частотах.

Физическая реализация элементов, осуществляющих математическую обработку принимаемых сигналов, выполнена в блоке 9 вычисления перепада фазы.

На фиг. 5 представлена структурная электрическая схема блока 9 вычисления перепада фазы. В состав блока 9 входит семь элементов:

5 блок 9 вычисления перепадов фазы должен согласовывать моменты работы отдельных элементов - как блока 9, так и элементов устройства измерения ГВП. Это выполняется блоком управления 9.6, который обеспе.чивает согласование работы элементов данного блока (9.1, 9.4, 9.7) и внешних элементов: индикатора ГВП 20, индикатора средней частоты 21 и блока печати 22.

Взаимодействие.отдельных элементов

5 блока 9 вычисления перепада фазы с другими элеме-нтами устройства понятны из фиг. 1.Предлагаемое устройство в отличие от прототипа и известных устройств, обеспе0 чивает измерение абсолютных величин ГВП, что имеет важное значение при контроле каналов большой протяженности. Существенной особенностью предлагаемого устройства является возможность измере5 ния ГВП односторонних каналов. Это позво- ляет осуществлять контроль и нормирование каналов ТЧ, имеющих различное групповое время прохождения в прямом и обратном направлении. В принци0 пе все современные системы многоканальной связи с частотным разделением сигнала . имеют каналы, у которых ГВП прямого и обратного направлений передачи различается в пределах 30-100 мкс. Такое различие

0 прямого и обратного направлений передачи . могут вызвать недопустимые погрешности.; Знание абсолютного значения ГВП контролируемых каналов позволит устранить искажения за счет различий ГВП прямого и

5 обратного направлений передачи каналов. Формула изобретения - Устройство для измерения фазочастот- ной характеристики канала связи, содержащее на передающей стороне генератор

0 качающейся частоты, выход которого является входом измеряемого канала связи, а на приемной стороне блок предварительной обработки сигнала, включающий последовательно соединенные усилитель, формиро5 ватель, дифференцирующую цепочку и мостовой выпрямитель, выход измеряемого канала связи является входом усилителя, а выход мостового выпрямителя, являющийся выходом блока предварительной обработки сигнала, соединен с первыми, входами блока

вычисления перепада фазы и блока запуска и остановки измерений, второй вход которого соединен с первым выходом генератора счетных импульсов, второй выход которого и выход блока запуска и остановки измерений соединены соответственно с вторым и третьим входами блока вычисления перепада фазы/первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами индикаторов и блока печати, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами индикаторов, от ли ч а- ю щ е ее я тем, что, с целыб расширения функцйонёльных воЗйойсностей устрбйства путем обеспечения возможности измерения группового времени прохождения сигнала в канале связи, на; приемной стороне введён блок вычисления группового времени, содержащей последовательно сое,ди- ненныё блок Пересчёта, расчётный блок и вычислитель частотной характеристики, первый выход которого является первым выходом блока вычислений группорого

гг(

VVN

ъ- ь

(,

f JAJLb J К Л , t... / v / Г || .

мени и соединен с вторым входом одного индикатора и второй выход соединен с первым в.ходом фиксатора средней частоты, вход блока пересчета является первым входом блока вычисления группового времени и соединен с четвертым выходом блока вычисления перепада фазы, пятый выход которого соединен с входом фиксатора текущего значения частоты, являющимся вторым входом блока вычисления группового времени, выход фиксатора текущего значения частоты соединен с входами вычислителя разности частот сумматора и фиксатора предыдущего значения частоты, выход кОто. рого соединен с вторыми входами сумматора и вычислителя разности частот, выход которого соединен с вторым входом расчетного блока, а выход сумматора соединен через делитель на два с вторым входом фиксатора средней частоты, выход которого, являющийся вторым выходом блока вычисления группового времени, соединен с вторым входом другого индикатора.

i

г.

1

(Рнг. 5