Устройство для измерения отношения сигнал/шум Советский патент 1981 года по МПК G01R29/26 

(54) УСТЮЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕШЕШЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ

t

Изобретфнне относятся к радиотехничеокиу измерениям, связн и обработке инфо{ мац|||| и предназначено даш измерения отношениясигнал/шум (с/ш) смеси сигналов с шумами, воэдействугацими на радиотехнические системы, а 1акже для вьзделения сигналов из / щумов.

Известно устройство контроля отношения с/ш, которое предназначено доя кон1Гроля отношения с/ш в каналах связи. В устройстве производится ф1льтрио1я оонала и в полосе спектра импульса, разделение сигвала и шума, раздельное определение модул уровня сигиала и шума и сравнение полученного отношения модуля сигнала к модулю с заданным порогом 1.

Недостатками устройства являются иевозможиость измерения отношения с/ш, связанная с целевым назначением устрЫ1ства только для контроля указанного отноше11ия; яе, приспособленность для работы с широким классом радиотехнических сигналов (устройство решает задачу контроля отношения с/ш только при работе с биполярным входным

2

видеоснгиалом); низкая достоверность контроля отношения с/ш, связанная с разделением входной смеси иа щумовую и сигнальную компонопы путем фильтрации (ятала и шума в полосе спектра импульса; сложность построения при узком целевом назначении устройсгаа..

Наиболее близким по технической сущности к изобретеиию является устройство для измерения отношения с/ш во время телевиYOзионной передачи, содержащее пнковый детектор, вычислитель отяошпшя с/ш, селектор смофосигаала и детектор шума, а также включеиные между входом устройства и вхо дом детектора шума последюательно соедиISненные весовой фильтр и с матор, на вто рой вход которого через линию задержки и инвертор подай сигнал с его выхода

Измерение отношения с/ш в устройстве проюводится путем выделения из входной смеси телевизионного сигнала и шума компонент шума и синхроимпульсов телесигнала с посяедопмдим измерением их отношения (21. Недо 5татками устройства являются невозмож ность проведения измерения отношения с/ш в радиосистемах с другими, отличными от телевизионной, структурами сигналов, низкая точность результатов измерений, обусловленная использованием в качестве уровня полезного сигнала огибающей синхросигналов, выделяемо пиковым детектором. Цель изобретения - расширение функционал ных возможностей устройства. Цель достигается тем, что в устройство для измерения отношения с/ш, содержащее сумматор, линию задержки и детектор шума, выход которого соединен со входом вычислителя отношения с/ш, выход которого является первым выходом устройства, введены три сумматора, блок вычитания, линия задержки, полосовой фильтр, коммутатор и детектор сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом вычислителя отношения с/ш, а второй выход является, вторым выходом устройства, вход полосового фильтра является входом устройства, а выход соединен со входом первой- линии задержки и первыми входами первого и второго сумматоров, выходы которых соединены со входами .блока вычитания,- выход которого соединен со входом детектора сигнала, выход первой линии задержки соединен со вторыми входами первого и третьего сумматоров непосредственно и через вторую линию задержки - со вторым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, выход которого непосредственно и через четвертый сумматор соединен со входом коммутатора, выход которого подключен ко входу детектора шума, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом первого сумматора. На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения отношения с/ш. Устройство содержит полосовой фильтр 1, выход которого через линию 2 задержки соединен со вторъш входом третьего сумматора 3, второй линией 4 задержки и первым сумматором 5, второй сумматор 6, выход третьего сумматора 3, подключен к первому входу коммутатора 7 и четвертого сумматора 8, второй вход которого подключен к объединенным выходу сумматора 5 и входу блока 9 вычитания, детектор 10 шумов соединен с вь1ходом измерителя 11 отношения с/ш, другой вход которого соединен с выходом детектора 12 сигнала. Устройство работает следующим образом. Входной процесс, представляющий собой аддитивную смесь шума и информационного сигнала с различными амплитудными (AM) или частотными (ЧМ) видами модуляции 34 промежуточной или несущей частоты, поступает на полосовой фильтр 1. Полосовой фильтр 1 осуществляет частотную селекцию входного процесса и имеет полосу пропускания, равную удвоенному значению верхней модулирующей частоты при AM или удвоенной девиации частоты при ЧМ. После прохождения случайного процесса через такой фильтр его можно считать узкополосным, ибо . где TO период центральной частоты полосы пропускания фильтра; ufnn ширина полосы пропускания фильтра;Fg - верхняя модулирующая частота при AM; to центральная частота полосы пропускания;Д - девиация частоты при ЧМ, а время корреляции случайного процесса при этом1 п:„ и практически можно принять, что вне интервала TK корреляция отсутствует. Выходной процесс полосового фильтра 1 можно записать в виде (t)sin(urot- -«f)+n(t)(3) при амплитудной модуляции и при частотной модуляции в виде Um () + n(t) С) где A(t)- закон изменения амплитуды при AM; М - несущая (промежуточная) частота радиосигнала; ср - начальная фаза гармонического колебания;fltjft)- закон изменения девиации частоты при ЧМ; n(t) - реализация ш)гмового иапряжения. Для измерения отношения с/ш в устройстве производится разделение случайного входного процесса (3) или (4) на сигнальную и цомовую компоненты. Вьвделение шумовой составляющей осуществляется в блоках 5 и 3 при суммировании задержанных относительно рруг цруга на полпериода промежуточной частоты сигнальной компоненты с шумами. Поскольку при задержке на полпериода несущей частоты гармонический сигнал получает фазой набег в радиан, изменяющий его знак на противоположный, суммирование задержанного и незадержанного процессов риводит к компенсации сигнальной составляющей и коррелированному сложению шумо Если учесть (1) и (2), а также то, что шу мы задержаны на время г « LK (5) где TQ - период центральной частоты полосы пропускания полосового фильтра 1, то становится ясным, что присумми ровании шумов коэффициент взаим ной корреляции можно с очень малой погрешностью считать равным единице. Вьщеление сигиальной компоненты произво дится с помощью сумматора 6 и блока 9 вычитания. Для этого суммированию В блоке 6 подвергаются незадержанный сигнал и сигнал, задержанный на время, равное периоду иесушей частоты.. Задержанный сигнал получает фазовый набег в 2 Jt радиан, поэтому в выходном процессе сумматора 6 присутствует удвоенная по амплитуде сигнальная составляющая и сумма коррелированных шумовых компрнент (коэффициент корреляции, как и в предыдущем случае, можно считать равным единице с пренебрежимо малой погрешностью). Окончательное выделение удвоенной по амплитуде сигнальной компоненты осуществляется путем вычитания шумов в блоке 9 вычитания. При вьщелении модулироваШпос сигналов необходимо обеспечить минимальное искажение закона модуляции. Очевидно, что такое искажение будет пренебрежимо Мало в случай, если минимальный период модулирующего колебания А (t ) или А / ( t) намного больше времени задержки в линиях 2 и 4, т.е., если Bbmojt няется условие о То ,(6 в где TH - минимальный период модулирующей частоты; Fg - верхняя частота спектра модулирующего напряжения. Условие (6) одновременно является и условием выбора промежуточной частоты для неискаженной передачи модулирующего напряжения, поэтому в радиотехнических системах выполняется всегда. При измерении отношения с/ш частотномодулированных сигналов (4) точность работы устройства нарушается, что связано с отличием мгновенного значения частоты сигнала от центральной частоты полосы пропускания фильтра 1. При этом сигнальная компонента процесса в линиях 2 и 4 задержки получает фазовые набеги, равные Ji ±u5i радиан. Знак и величина дополнительного набега зависит от знака и величины девиаЩ1И частоты. 36 Отметим, что при рЯссмотрении прохождения случайных процессов (3) и (4) через устройство, никакие ограничения на вид первичной модуляции A(t)H ДСсГ (t) не накладывались, поэтому даш{ыми видами модуляции могут быть ВИМ, КИМ, АИМ, ЧИМ и другие. Предлагаемое устройство для измерения отношения с/щ позволяет производить измерение указанного отношения при приеме как амплитудно, так и частотно-модулированных сигналов с различными видами первичной модулящш (ВИМ, КИМ, АИМ и др.). Совместно с измерением отношения с/ш устройство производит выделение информационного сигнала на фоне шумов, имеет повышенную чувствительность за счет выделения удвоенных по амплитуде полезного сигнала и шумов. Предлагаемое устройство имеет высокую точность измерения отношения с/ш, получаемую качественно новым способом разделения входного процесса на шумовую и сигнальную компоненты, исключающим искажение как шумов, так и сигналов. Формула изобретения Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сумматор, линию задержки и детектор шума, выход которого соединен со входом вычислителя отношения сигнал/шум, выход которого является первым выходом устройства, .отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены три сумматора, блок вычитания, линия задержки. полосовой фильтр, коммутатор и детектор сигнала, первый выход которого соединен со вторым входом вычислителя отношения №гнал/шум, а второй выход является вторым выходом устройства, вход полосового фильтра является входом устройства, а выход соединен со входом первой линии задержки и первыми входами первого и второго сумматоров, выхода которых соещшены со входами блока вьпштания, выход второго соединен со входом детектора сигнала, выход первой линии задержки соединен со вторыми входами первого и третьего сумматоров непосредственно и через вторую линию задержки - со вторым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, выход которого, непосредственно и через четвертый сумматор соединей со входом коммутатора, выход которого подключен ко входу детек7тора шума, второй ход четвертого сумматора соединен с выходом первого сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 8838038 1. Авторское сввдетельство СССР If 364113« кл. Н 04 В 1/10, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР N393081, кл. Н 04 N 7/02, 1974.