Устройство для измерения отношения"сигнал-шум

Устройство для измерения отношения"сигнал-шум

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социаписткческик

Республик

=O (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 0603.79 (21) 2738445/18-21 (5 )N с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 R 29/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытии

Опубликовано 28.02.81. Бюллетень № 8 (53) УДК 621. 317. . 362 (088. 8) Дата опубликования описания280281 (72) Автор изобретения

Л. В. Мовчан (71) 3а яв итель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ

СИГНАЛ/ШУМ

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и связи и предназначено для измерения отношения сигнал/шум смеси сигнало в с шумами, воздействуЮшимн на радиотехнические системы.

Известно устройство, решающее задачи измерения и контроля отношения сигнал/шум в радиотехнических устройствах и каналах связи. В этом устройстве производится фиксация сигнала и шума в полосе спектра импульса, разделение сигнала и шума, раздельное определение модулей уровня сигнала и шума, сравнение полученного 15 отношения модуля сигнала к модулю шума с заданным порогом (1).

Недостатками устройства являются узкое функциональное назначение, от-, сутствие измерения отношения сигнал/ 20 шум, неприспособленность для работы с широким классом радиотехнических сигналов, а также низкая точность измерения отношения сигнал/шум, связанная с разделением входной смеси «а шумовой н сигнальный компоненты путем фильтрации сигнала и шума в полосе спектра импульса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 30 устройство для измерения отношения сигнал/шум во время телевизионной передачи, содержащее пиковый детектор, вычислитель отношения сигнал/шум, селектор синхросигнала и детектор шума, а также включенные между входом устройства и входом детектора шума последовательно соединенные весовой фильтр и сумматор, на второй вход которого через линию задержки и инвертор подан сигнал с его выхода.

Измерение отношения сигнал/шум в устройстве производится путем выделения из входной смеси телевизионного сигнала и шума компонента шума и синхроимпульсов телесигнала с последующим измерением их соотношения (2 j.

Недостатками устройства являются невозможность проведения измерений отношения сигнал/шум в радиосистемах с другими, отличными от телевизионной, структурами сигналов, низкая точность результатов измерений, обусловленная использованием в качестве уровня полезного сигнала. огибающей синхросигналов, выделяемой пиковым детектором.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей.

808996

+ „=(2 -йт )2«с„ ибо „, =2FВ

2 пп

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сумматор, выход которого подключен ко входу детектора шума, а также линию задержки и вычислитель отношения

5 сигнал/шум, введены последовательно соединенные вторая линия задержки, второй сумматор, блок вычитания, детектор, первый интегратор, второй интегратор, регистратор и полосовой фильтр, выход которого соединен со входами линий задержек и сумматоров, выход первои линии задержки соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого подключен ко второму входу блоха вычитания, выходы интегра->5 торов подключены ко входам вычислителя отношения сигнал/шум, выход которого через регистратор соединен с выходом устройства, а вход второго интегратора подключен к выходу детек- 20 тора шума.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения отношения сигнал/шум.

Устройство содер>кит полосовой 25 фильтр 1, первый сумматор 2, первую линию 3 задержки, второй сумматор 4, вторую линию 5 задержки, блок б вычитания, детектор 7 шума, детектор

8, второй интегратор 9, вычислитель

10 отношения, первый интегратор 11, регистратор 12 и выход 13 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Смесь сигнала и шума поступает на вход полосового фильтра 1.

Входным сигналом могут быть радиосигналы с выхода усилителя промежуточной частоты радиоприемного устройства или сигналы несущей частоты с непрерывной ампллитудной модуляцией. 40

Полосовой фильтр 1 имеет полосу пропускания, равную удвоенному значению верхней модулирующей частоты. При измерении отношения сигнал/шум радио— сигналов несущей частоты фильтр и ли- g5 нии задержек должны быть перестраиваемыми. После прохождения входной смеси сигнал/шум через такой фильтр случайный процесс становится узкополосным. если предположить, что час- 50 тотная характеристика фильтра имеет. прямоугольную форму, т. е. энергетический спектр расчатриваемого случайного процесса имеет постоянную спектральную плотность в пределах полосы пропускания, то время корреляции где 1пп — полоса пропускания фильтра, 60 Г„ — время корреляции случайно- го процесса.

Практически можно принять, что вне интервала О корреляция отсутствует. 65

Выходной сигнал узкополосного фильтра 1 можно представить в виде т„,--А() Е(о Чо) () (2) где UUo — несущая (или промежуточная) частота радиосигнала;

АЮ вЂ” закон изменения амплитуды при AN; начальная фаза гармонического колебания;

И М вЂ” реализация шумового процесса.

Рассмотрим процесс измерения отношения сигнал/шум при работе с амплитудно-модулированным сигналом (2).

Выделение шумовой реализации из входной смеси производится в сумматоре 2 >путем суммирования (2) с выходным сигналом линии 3 задержки.

Время задержки линии 3 выбирается из словия

=(2>>-1) То j2 <с > (() где Гр — период несущей частоты, р — верхняя частота модулирующего напряжения А(с), H — 1,2,3... целые числа, т. е.- задержка равна нечетному числу полупериодов несущей частоты и должна быть во много раз меньше времени корреляции модулирующего нанря>кения. При выбранной таким образом задержке сигнальная составляющая получает фазовый набег, кратный

Ч- При этом и „=-А< >ри(ыь >01+(wn-> ) (5>

В результате суммирования (4) и (5) имеем

=»() и(Ь-(Ли- ) gaol<). (6)

Т 16 1 аким образом, на выходе сумматора 2 сигналы несущей частоты взаимоуничтожаются как противофаэные с равными амплитудами. Равенство амплитуд прямого и задержанного сигналов обеспечивается выполнением условия (4).

Лля шумовых составляющих выполнение этого условия равносильно следующему неравенству

Учитывая (7), (1) и (8) компо ненты шумов и выражение (6), можно считать коррелированными между собой с коэффициентом корреляции к Ф1. В случае использования в качестве линий 3 и 5 задержек длинных линий с распределенными параметрами значение и выбирается равным 1 — 2.

В блоках 4 и 5 осуществляется предварительное выделение полезного сигнала несущей частоты. Для этого в линии 5 задержки производится задерж808996 ка смеси сигнал/шум на время, равное четному числу полупериодов несущей частоты (10) — 2и1о

При этом и выбирается так, чтобы выполнялось равенство

32 Э1 (1()

Выходное напряжение линии 5 задержки имеет вид

1а

18 = А Н.) э(11 (ц1о + о) П (4-И То) (62) Суммирование сигналов (2) и (12) позволяет выделить удвоенную по амплитуде компоненту несущей частоты с шумами

О. <>-- 2 А ® "И М)о + о)+ (О И (-Ито)ОЯ

Окончательное выделение компонента полезного сигнала производится путем вычитания напряжений (6) и (13) 2б в блоке б вычитания

0Т 2„=2A(<)5111 (eot+То)

Шумовые компоненты напряжений (6) и (13) полностью компенсируют g5 друг друга, ибо их временная задержка отличается на полпериода несущей частоты согласно (11), что пренвбрвжимо мало по сравнению с времвнвм корреляции. шумового процесса. 30

Для измерения уровня сигнала выходное напряжение блока б вычитания подается на детектор, выделяющий огибающую высокочастотного колебания и 2 = 2.A(t) (15) (44) Интегратор 11 производит усреднение выходного сигнала детектора 8 с постоянной времени, определяемой временем корреляции модулирующвго íà- 4() пряжения. Результат интегрирования среднее значение модулирующего напряжения — подается на один из входов вычислителя 10 отношения, на второй вход котоРого сигнал поступает из цв-45 пи усреднения шумов.

Шумовое напряжение с сумматора

2 поступает на вход детектора 7 шума, производящего однополупериоднов или двухпол„периодное выпрямление входного процесса с предварительным центрированием, т. е. фильтрацивй постоянной составляющей. В интвграторв

9 производится усреднение центрированного выпрямленного процесса с постоянной времени, большвй времени 55 корреляции шумов. Таким образом, блоки 7 и 9 реализуют операцию опредв" ления среднеквадратического отклонвния случайного процесса методом среднего выпрямленного. d0

В вычислителе 10 отношения сиг.нал/шум путем установки коэффициента пропорциональности учитывавтоя. тот факт, что сигнал с выхода сум-. матора 2 представляет собой сумму д5 коррелированных процессов с коэффициентом корреляции R 1 и равными среднеквадратическими отклонениями.

Известно, что дисп рсия суммы коррелированных процессов равна ах=61 266, . б

1 (16)

Учитывая, что б„= 52, имеем . б); =4 5 . (17)

В этом случае оценка интенсивности шумов может быть представлена в следующем виде

В= Ц 0, И8) где (— коэффициент, зависящий от вида фу-(кции распределения вероятностей шумового процесса.

Результаты измерении отношения сигнал/шум с выхода блока 10 подаются на

Регистратор 12 для регистрации в том или ином виде. Одновременно оценка отношения сигнал/шум поступает на выход 13 устройства для использования в текущем масштабе времени.

Устройство для измерения отношения сигнал/шум с успехом выполняет свои функции в случае воздействия на его квазидетерминированного сигнала с амплитудной модуляцией в смвси с аддитивным шумом. В этом случае выражение входного сигнала может быть записано так

U, = А (й) ь (® (t> V (t() n(t (, ((9) где А () — слУчайный пРоЦесс, преД ставляющий собой закон изменения модулирующего напряжения А() и мультипликативной помехи (), Ч ® — случайная фаза сигнала.

Процесс выделения сигнала (19) аналогичен описанному выше, если только времена корреляции случайных процессов Д(1)и ((((,) во много раз больше задержки в линиях 3 и 5.

Предлагаемое устройство позволяет производить непрерывное измерение отношения сигнал/шум, для входной смеси шума и амплитудно-модулированного сигнала с различными законами модуляции. Устройство имеет повышенную чувствительность по сравнению с известными за счет измерения отношения удвоенного по амплитуде сигнала к величине дисперсии суммы коррелированных шумовых процессов, равной учетверенной дисперсии входного случайного процесса.

Непрерывность процесса измврения и регистрация оценки отношения сигнал/ шум позволяет испольэовать устройст- . .во для контроля достоверности прини-. маемой информации в случаях, когда последняя определяется величиной отношения сигнал/шум принимаемой смвси (например телевидение, цифровыв линии связи и т. д.).

808996

Формула изобретения

Составитель О. Панчерников

Редактор С, Шевченко Техред N.Ðåéâeñ: Корректор О Билак

Заказ 406/50 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,.ул. Проектная, 4

Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сумматор, выход которого подключен ко входу детектора шума, а также линию 5 задержки и вычислитель отношения сигнал/шум, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него введены последовательно соединенные вторая линия задержки, второй сумматор, блок вычитания, детектор, первый интегратор, второй интегратор, регистратор и полосовой фильтр, выход KQторого соединен со входами линий задержек и сумматоров, выход первой линии задержки соединен со вторым эхо>дом первого сумматора, выхсд которо го подключен ко второму входу блока вычитания, выходы интеграторов под ключены ко входам вычислителя отношения сигнал/шум, выход которого через регистратор соединен с выходом устройства, а вход второго интегратора подключен к выходу детектора шума.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 364113, кл. Н 04 В 1/1.0, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 399081, кл. Н 04 и 7/02 (прототип).