Устройство для контроля качества цифрового сигнала
Изобретение относится к технике цифровой связи. Цель изобретения - повышение точности контроля качества цифрового сигнала. Устройство содержит усилитель 1, эл-т 2 с коммутируемым коэф. передачи, пороговые блоки 3 и 4, сумматор 5 по модулю два, D-триггер 6, эл-т И 7, счетчик 8 импульсов, г-р 9 тактовой частоты, вычислительный блок 10, блок 11 индикации, источники 12 и 13 опорных напряжений, блок управления (БУ) 14 коммутацией, блок 15 коммутации, блок 16 суммирования и блок 17 сопряжения, состоящий из БУ 18 цифровыми приборами, ЦАП 19 и 20, магистрального расширителя 21 интерфейса и канала 22 в виде общей шины. В данном устройстве выполняются четыре однотипных измерения параметров сигнала: амплитуды цифрового сигнала, действующего значения шумов, а также значений напряжений, эквивалентных цифровому коду порога на входах ЦАП 20. Цель достигается путем обеспечения минимизации вероятности ошибки на выходе устройства. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А2
09 Ol) 8i . ..",Я Я3
П4" ". «, .! ..::: 1C3«M
Е, "Б7Л01Е А
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
r1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГНКТ СССР (61) 1332548 (21) 4409308/24-09 (22) 13.04.88 (46) 07.04.90. Бюл. Р 13 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф.M.À. Бонч-Бруевича (72) Ю.К.Смирной (53) 621.394.62:621.394.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 1332548, кл. H 04 В 15/00, Н 04 L 1/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
ЦИФРОВОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к технике цифровой связи. Цель изобретения— повышение точности контроля качества цифрового сигнала. Устр-во содержит усилитель 1, эл-т 2 с коммутируемым коэф. передачи, пороговые (51)5 Н 04 В 15/00 / Н 04 L 1 00
2 блоки 3 и 4, сумматор 5 по модулю два, D-триггер 6, эл-т И 7, счетчик
8 импульсов, г-р 9 тактовой частоты, вычислительный блок 10, блок 11 индикации, источники 12 и 13 опорных напряжений, блок управления (БУ) 14 коммутации, блок 15 коммутации, блок
16 суммирования и блок 17 сопряжения, состоящий из БУ 18 цифровыми приборами, ЦАП 19 и 20, магистрального расширителя 21 интерфейса и канала 22 в виде общей шины. В данном устр-ве выполняются четыре однотипных измерения параметров сигнала: амплитуды цифрового сигнала, действующего значения шумов, а также значений напряжений, эквивалентных цифровому коду порога на входах ЦАП 20.
Цель достигается путем обеспечения минимизации вероятности ошибки на выходе устр-ва. 1 ил.
3 1555882 4
Изобретение относится к технике цифровой связи, в частности к устройствам для контроля качества цифрового сигнала, и является усовершенствованием устройства по авт.св.
11 1332548.
Цель изобретения — повышение точности контроля качества цифрового сигнала.
На чертеже приведена электрическая структурная схема устройства для контроля качества цифрового сигнала.
Устройство для контроля качества цифрового сигнала содержит усилитель 1, элемент 2 с коммутируемым коэффициентом передачи, первый и вто-, 1 рой пороговые блоки 3 и 4, сумматор
5 по модулю два, D-триггер 6, элемент И 7, счетчик 8 импульсов, генератор 9 тактовой частоты, вычислительный блок 10, блок 11 индикации, первый и второй источники 12 и 13 опорных напряжений, блок 14 управления коммутацией, блок 15 коммутации, блок 16 суммирования, блок 17 сопряжения.
Блок 17 сопряжения содержит блок
18 управления цифровыми приборами, первый и второй блоки 19 и 20 цифроаналогового преобразования, магистральный расширитель 21 интерфейса, канал 22 типа общая шика.
Блок 18 управления цифровыми приборами содержит блок 23 управления и блок 24 задержки, выполненный в виде RC-фильтра нижних частот.
Первый блок 19 цифроаналогового преобразования содержит блок 25 управления, цифроаналоговый преобразователь 26, фильтр 27 нижних частот.
Второй блок 20 цифроаналогового преобразования содержит первый и второй цифроаналоговый преобразователи
28 и 29, блок 30 коммутации и управления, фильтр 31 нижних частот.
Устройство для контроля качества цифрового сигнала работает следующим образом.
В каналах передачи информации с аддитивной смесью шума и сигнала амплитуды сигнала Ч действующее значение шума 6, а также значения порога связаны линейными уравнениями.
К укаэанным каналам относятся цифровые системы передачи по волоконнооптическому кабелю, по коаксиальному кабелю и по металлическому или диэлектрическому волноводу.
В предлагаемом устройстве выполняются четыре измерения, характеризующиеся следующей системой из четырех линейных уравнений:
1/2 Ч вЂ” hV, — F,, +hV„: =а G; (1) (а1
1/2 Ч, — 1/2 k Ч - Предполагается, что Е, и Е зна(а1 чительно меньше Д Ч, и ЬЧ,, благодаря чему смещения порогов hVO, и АЧ не зависят от С,и Г . Неизвестными величинами в уравнениях (1)-(4) яв55 ляются Ч, 5, h V«, Ч„, которые могут быть вычислены из следующего матричного уравнения: где V — амплитуда цифрового сигнала; G — - действующее значение шумов; hV hV, - значения напряжений, эквивалентные цифровому коду порога на входах второго блока 20 цифроаналогового преобразования, причем 25 напряжения ЬЧ " и ЬЧ " являют1 1 ся составляющими пороговых уровней, поступающих с второго аналогового выхода блока 17 сопряжения на второй вход второго порогового блока 4; а„, а, Ь, и Ь вЂ” взятые с обратным знаком квантили, соответствующие известному типу распределения шумов в канале связи, уровней 2P(, 2Р 2руэ 2Р4у причем Р», Р„ Рз РФ являются вероятностями псевдоошибок 35 на выходе D-триггера 6 при каждом из четырех измерений; Я, и E опорные напряжения, поступающие на входы блока 15 коммутации; k — ко40 эффициент ослабления (усиления) при одном из состояний элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи по отношению к другому его состоянию; hV< и АЧΠ— суммарные величины 45 неопределенности,и нестабильности порогов второго порогового блока, обусловленные нестабильностью работы второго порогового блока 4 и неточностью работы второго блока 20 цифроаналогового преобразования. I 15558 (5) AX = В 1 О а, 1 0 а k b, 0 Ь Е О 1 где вектор — столбец неизвестных Х-(Ч, g,,du, dV.,), вектор — .столбец правых частей уравнений в = (dv1, + E,, dv(Ьч(,) + E,, dv Е,) матрица преобразования 82 6 при следующих комбинациях параметров (1, f ), (k, f), (1,f ), (k, ). Выбор других комбинаций параметров может привести к тому, что определитель о А = 0 и, следовательно, решение уравнений может отсутствовать. Это имеет место, например, при комбинации параметров (1, Fd ), (k, E), (1, Е,), (k, F). Vo и Vîã являются медленно из-. а1 меняющимися функциями времени, поскольку их изменение обусловлено старением параметров и медленными изменениями температуры элементов при прогреве устройства во время его работы. Поэтому нет необходимости постоянно выполнять все четыре измерения (1)-(4). Для ускорения измерений можне выполнять, например, измерения (1), (3) при известных из предыдущих измерений (1)-(4) величиwax 1)dV, и 5Voi . При сокращенном цикле измерений (1), (3) измеряемые параметры V,,() и Ч /5 вычисляются Для того, чтобы существовало решение уравнения (5), необходимо, чтобы определитель матрицы А Аф О, что въ полняется, если с, Ф Ег, k При решении уравнения (5) получим k-1 А 2 — ь,)) ч„= (f,-Г,) (а, +ь, — ь (à,+ + ь,))/Ь,) (5) 6 = (1-k)(Е1 — Eг)/АА ° Ча/G = (а, + Ь, — k (аа + Ьа))/(k-1)1 О) Юо = — — (а — an) (F - f< ) + 1с + 1/2 (KV, + Яг) ° (Ь,(- Ь,. 1с + (4} + à, (k — 1)+2- (ЬV, +E) х k (а) х (а (1-k) — Ь, + k Ь ))/ЬА (8) а формула для (ь.Ч получается иэ фор,мулы для ЮО1 путем замены а, на Ь„а на Ь.,, на Я, йЧ,1 на ЬЧ Таким образом, все четыре измерения (1)-(4) — выполняются однотипно 30 из систем уравнений (1) и (3) . !.Цифровой бинарный сигнал, несущий информацию, поступает на вход усилителя 1 с коэффициентом усиления, управляемым напряжением, поступающим с выхода. фильтра 27 нижних частот, подключенного своим входом к выходу цифроаналогового преобразователя 26. На выходе усилителя 1 благодаря управляющему напряжению поддерживается определенное значение амплитуды сигнала, необходимое для работы первого и второго пороговых блоков 3 и 4. На второй вход перво35 40 го порогового блока 3 поступает напряжение, соответствующее оптимальному значению порога, обеспечивающему минимальную вероятность ошибки на выходе устройства. На второй вход второго порогового блока 4 поступает напряжение порога с выхода фильтра 31 нижних частот, второго блока 20 цифроаналогового преобразователя, просуммированное попеременно в блоке 16 суммирования с одним из напряжений первого или второго источника 12, 13 опорных напряжений, поступающих на один из входов блока 16 сум5 мирования через блок 15 коммутации, управляемый блоком 14 управления коммутацией при помощи выходного напря жения, поступающего с второго дополнительного блока 17 сопряжения. Сиг1555882 калы с выходов первого и второго пороговых блоков 3 и 4 поступают на входы сумматора 5 по модулю два, на выходе которого образуются импульсы псевдоошибок, возникающие в те моменты времени, когда напряжение на выходе элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи находится между оптимальным напряжением порога, поступающим на второй вход первого порогового блока 3, и неоптимальным напряжением порога, поступающим на второй вход второго порогового блока 4. Вероятность псевдоошибок на выхо.— де сумматора 5 по модулю два стремится в процессе переходного процесса к постоянному уровню, что достигается автоматическим изменением указанного неоптимального порога в процессе работы устройства. Сигнал с выхода усилителя 1 поступает также на генератор 9 тактовой частоты, который выделяет из сигнала напряжение тактовой частоты. 25 D-триггер 6 привязывает импульсы псевдоошибок к фазе напряжения тактовой частоты, что обеспечивает выполнение фазовых соотношений при стробировании импульсов псевдоошибок 3р напряжением тактовой частоты в блоке 17, позволяя разделять пачки импульсов псевдоошибок на отдельные импульсы, длительностью полпериода тактовой частоты, подсчитываемые в даль- 3 нейшем счетчиком 8 импульсов. В процессе первого цикла работы ,устройства на выходе блока 16 суммирования формируется пороговое напряжение ДЧ, + Я,; поступающее 4О (а) на второй вход второго порогового блока 4, где Я, — напряжение первого источника 12 опорного напряжения. При этом частость импульсов псевдоошибок устанавливается в процессе пе- 45 реходного процесса на уровне Р„, равном, например, 0,1. Во время первого цикла работы коэффициент передачи элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи установлен равным 1. В процессе второго цикла работы устройства на выходе блока 16 суммирования формируется пороговое напряжение hV, i f, а коэффициент пе(а) резвачи элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи устанавливается равным k, где Я вЂ” напряжение второго источника 13 опорного напря-, жения, k P 1. При этом частость импульсов псевдоошибок на выходе эле. мента И 7 становится равной Р (Р Р,), и она измеряется путем подсчета количества импульсов псевдоошибок за фиксированный интервал времени с помощью счетчика 8 импульсов и вычислительного блока 10. В процессе третьего цикла работы устройства на выходе блока 16 суммирования формируется напряжение ДЧ, +, поступающее на второй (ь) вход второго порогового блока 4, а коэффициент передачи k устанавливается равным 1 ° При этом частость импульсов псевдоошибок устанавливается в процессе переходного процесса на уровне Р, равном, например, Ра. Рз В процессе четвертого цикла работы устройства на выходе блока 16 суммирования формируется напряжение ДЧ ) +,,, а коэффициент пере(Ь) дачи элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи устанавливается равным k P 1. При этом частость псевдоошибок на выходе элемента И 7 становится равной Р (Р+ Ф Р, Р1 Ф P P, P ф Р„). Неизвестные измеряемые величины связаны уравнениями (1) †(4), соответствующими первому, второму, третьему и четвертому циклам работы устройства. В указанных уравнениях взятые с обратным знаком квантили а<, а, b<, b, соответствующие известному типу распределения шумов в канале связи, уровней 2Р,, 2Р, 2Р, 2Р вычисляются вычислительным блоФ ком 10 путем обращения распределения шумов при известных измеренных вероятностях псевдоошибок Р, (Р; 1, 2, 3, 4) . Например, для гауссовского распределения шумов формула для обращения распределения может быть записана в следующем виде: С + С е. + C„e а— 1+) + 4с +d, 2 % где t = 1п ((1(2Р) ); Р— вероятность; а — квантиль уровня 2Р, C. = 2,52, С, = 0,8, С = 0,01; Вычислительный блок 10 на основании Величин а а Ь b2 k Я 1 10 ! 20 30. 35 F(V pq ) 9 15 V вычисляет по формулам (5) -(8) измеряемые величины: амплитуду сигнала V, действующее значение шумов 5, отношение сигнал/. шум V /б на выходе элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи при коэффициенте передачи k равном единице а также Vî и h Vo2 су1 марные величины неопределенности и нестабильности порога второго порогового блока 4, обусловленные нестабильностью второго порогового блока 4 и неточностью работы второго блока 20 цифроаналогового преобразователя, На основании полученного отношения сигнал/шум может быть вычислена в вычислительном блоке 10 вероятность ошибок. Если измеренное значение амплитуды сигнала V соответствующее регулирующему напряжению U>p> не находится в оптимальном диапазоне, необходимом для работы первого, второго пороговых блоков 3 и 4, то вычислительный блок 10 производит вычисление регулирующего напряжения V p>, необходимого для обеспечения требуемого значения амплитуды сигнала V на первых входах первого и второго порогового блоков 3 и 4. Это вычисление производитая на основании известной формы характеристики АРУ где K — коэффициент усиления усилителя 1, а также известных текущей и требуемой амплитуд сигнала.V и У„„т путем решения уравнения F(V p î) т F(Upped ) rno Код напряжения Vhp4T из канала ввода-вывода вычислительного блока 10 поступает через магистральный расширитель 21, канал 22 общая шина, блок управления, цифроаналоговый преобразователь 28, и фильтр 31 нижних частот на выход этого фильтра, являющийся аналоговым выходом первого блока 19 цифроаналогового преобразования, и далее на вход управления коэффициентом усиления усилителя 1. Вычислительный блок 1О через маги стральный расширитель 21, канал 22 общая шина и блок 23 управления пере55882 10 дает сигнал сброса счетчика 8 импульсов. На первый и второй цифроаналоговые преобразователи 28 и 29 через магистральный расширитель 21, канал 22 общая шина, блок 30 коммутации управления поступает из вычислительного блока 10 первоначально код нулевого напряжения, приводящий к подаче нулевого напряжения на вход блока 16 суммирования с выхода фильтра 31 нижних частот. В регистре состояния бло ка 23 управления устанавливается раз решавший потенциал, поступающий на выход разрешения счета блока !7 сопряжения. Устанавливается необходимое значение коэффициента передачи элемента 2 при помощи бинарного управляющего сигнала, поступающего из вычислительного блока 10 на первый дополнительный выход блока 17 сопряжения через магистральный расширитель 21, двунаправленный канал 22 общая шина и блок 23 управления. По тому же пути из вычислительного блока 10 на второй дополнительный выход блока 23 управления поступает необходимый уровень бинарного управляющего сигнала, переключающего блок 15 коммутации в состояние, при котором на вход блока 16 суммирования подается напряжение первого (при измерении ЬЧ, ) или второго (при из° (+) мерении hU ) источников 12 или 13 (ь1 опорного напряжения. Разрешающий потенциал с выхода разрешения счета блока 17 сопряжения поступает на вход элемента И 7, через который импульсы псевдоошибок.,поступают на счет ный вход счетчика 8 импульсов. В устройстве для выполнения изме(а) рения Ч устанавливается единичное t значение коэффициента передачи элемента 2 и подключается к блоку !6 суммирования первый источник 12 опоркого напряжения, для измерения h V устанавливается коэффициент передачи k P 1 элемента 2 и подключается второй источник 13 опорного напряжения. Вычислительный блок 10 в течение ряда временных дискретов осуществляет ввод в оперативную память количества импульсов со счетчика 8 импульсов..При этом одновременно произво .дится в каждом временном дискрете вычитание из содержимого счетчика 8 импульсов числа, соответствующего числу импульсов с опорной частотой Р „;, i = 1, 3, которые могли 1555882 12 эквивалентные и M-двоичные коды могут быть запомнены и использованы в дальнейшем для выполнения измерений, характеризующихся уравнениями (2) и (4) в течение второго и четвертого циклов работы. Для ускорения измерений процесс (ь установления напряжений ДЧ иДЧ может быть прерван. При этом выполняются неточные равенства Р = Роп, Р Р„д, что, однако, не скажется на точности измерений, поскольку квантили а и а> определяются, исходя из достигнутых значений частности псевдоошибок P„ и Р, 5 1О Формула изобретения Составитель В.Курков Редактор Н.Гулько Техред А.Кравчук Корректор О. Кравцова Заказ 564 Тираж 531 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 бы появиться в течение временного дискрета, и суммирование полученных разностей в оперативной памяти вычислительного блока 10, а также передача во второй блок 20 цифроаналогового преобразования полученной суммы. Код этой суммы поступает из вычислительного блока 10 через магистральный расширитель 21, канал 22 общая шина, блок 30 коммутации и управления на первый и второй цифроаналоговые преобразователи 28 и 29. Напряжения, полученные на выходе первого, второго цифроаналоговых преобразователей 28 и 29 суммируются с соответствующими весами в фильтре 31 нижних частот, где одновременно благодаря наличию конденсатора, производится сглаживание коммутационных помех цифроаналоговых преобразователей. Суммирование с весами напряжений от двух цифроаналоговых преобразователей обеспечивает уменьшение дискретности напряжения на выходе фильтра.31 и, следовательно, увеличение точности измерений по сравнению со случаем использования одного цифроаналогового преобразователя, имеющего недостаточное число разрядов преобразуемого кода. По мере увеличения количества временных дискретов напряжение ДЧ,) (или ДЧ, ) на вы(с4) (ь) ходе фильтра 31 стремится к установившемуся значению. Время переходного процесса при различных параметрах устройства может быть вычислено на основании его зависимости от параметров устройства. Кроме того, может быть использован программный принцип установления момента завершения переходного процесса по уменьшению разности приращений напряжений ; ДЧ (или, ЬЧ ) до минимальной за1 данной величины. Поэтому после установления напряжений ДЧ,, ДЧ,, (а) (b) 20 Устройство для контроля качества цифрового сигнала по авт. св. ¹ 1332548, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьш ения точности .1 25 контроля качества цифрового сигнала, выход усилителя подключен к входу первого порогового блока через введенный элемент с коммутируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с первым дополнительным выходом блока сопряжения, второй вход второго порогового блока соединен с вторым аналоговым выходом блока сопряжения через веденный блок суммирования, кроме того, введены первый и второй источники опорного напряжения, последовательно соединенные блок управления коммутацией, вход которого соединен с вторым дополнительным выходом блока сопряжения,и блок коммутации, выход которого соединен с вторым входом блока суммирования, а второй и третий входы соединены соответственно с выходами первого и второго источников опорного напряжения.
