Устройство для контроля качества линии связи канала передачи данных

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заключается в получении коэффициента взаимного различия контролируемого и эталонного сигналов как комплексного показателя качества линии связи канала передачи данных. В качестве источника эталонного сигнала выступает не отдельно взятый формирователь тестового эталонного сигнала по определенной известной заранее кодовой структуре, а составляющая часть модема. Это позволяет существенно упростить и автоматизировать процесс контроля, позволяет проводить непараметрический контроль в режиме реального времени без использования комплекта сложной дорогостоящей контрольно-измерительной аппаратуры и при отсутствии какой-либо информации о кодовой структуре модулированного сигнала, поступающего из линии связи канала передачи данных. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для создания систем автоматического контроля качества линии связи канала передачи данных без перерыва в приеме несущей частоты, модулированной информационной кодовой последовательностью.

Известно устройство для контроля радиоэлектронных изделий, содержащее аналого-цифровой преобразователь, блок вывода результата контроля, измеритель коэффициента взаимного различия, измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия, блок измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, компаратор (см. АС РФ №2071107, кл. 6 G 05 В 23/02, 1996 г.).

Недостатком данного устройства является невозможность контроля качества линий связи канала передачи данных из-за необходимости формирования тестового эталонного сигнала формирователем эталонного сигнала по определенной известной заранее кодовой структуре, что для реального масштаба времени невозможно при отсутствии какой-либо информации о кодовой структуре модулированного сигнала, поступающего из линии связи канала передачи данных.

Цель изобретения - применить по новому назначению известное устройство - для контроля качества линии связи канала передачи данных.

Для достижения поставленной цели в устройство для контроля качества каналов передачи данных, содержащее измеритель коэффициента взаимного различия (ИКВР), аналого-цифровой преобразователь, компаратор, измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия, блок измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, блок вывода результата контроля, дополнительно введены модем, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, триггер, группа линий задержки, элемент задержки, группа элементов И, причем выход и вход модема со стороны линии связи являются входом устройства и подключены соответственно - выход параллельно к входам перемножителя, фазовращателя, нормирующего блока измерителя КВР и к входу блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, а вход - через элемент задержки параллельно к входам перемножителей измерителя КВР, параллельный выход демодулятора модема подключен к входу компьютера, к входам элемента ИЛИ и к входам элемента ИЛИ-НЕ, и каждый контакт параллельного выхода демодулятора модема подключен к одному входу соответствующего элемента И из группы элементов И, к другим входам которых параллельно подключен выход триггера, установочный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а сбросовый вход триггера - к выходу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого также подключен к входам интеграторов, стробирующего блока измерителя КВР, выход каждого элемента И из группы элементов И подключен к соответствующему контакту параллельного входа модулятора модема и к выходу компьютера, выход регистра подключен к второму входу измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, к третьему входу которого подключен выход блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, а выход измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия подключен к второму входу компаратора, к первому входу которого подключен выход измерителя КВР, выходы компаратора подключены параллельно к блоку вывода результата контроля.

На чертеже приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для контроля качества канала передачи данных содержит модем 1, состоящий из демодулятора 1.1 и модулятора 1.2, измеритель коэффициента взаимного различия (ИКВР) 2, группу элементов И 3.1-3.n (количество элементов n определяется количеством информационных контактов параллельного входа модулятора 1.2 модема 1), элемент ИЛИ 4, элемент ИЛИ-НЕ 5, триггер 6, регистр 7, блок измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума 8 (авторское свидетельство СССР №1001489, кл. Н 04 В 3/46), измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия 9, компаратор 10, блок вывода результатов контроля 11, аналого-цифровой преобразователь 12, группу линий задержки 25.1-25.n, элемент задержки 26, причем параллельный выход демодулятора 1.1 модема 1 подключен к входу компьютера, к входам элемента ИЛИ 4 и к входам элемента ИЛИ-НЕ 5, и каждый контакт параллельного выхода демодулятора модема через соответствующие линии задержки 25.1-25.n подключен к одному входу соответствующего элемента И из группы элементов И 3.1-3.n, к другим входам которых параллельно подключен выход триггера 6, который также подключен к одному входу элемента И 20 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9. Установочный вход триггера 6 подключен к выходу элемента ИЛИ 4, а сбросовый вход триггера 6 подключен параллельно к выходу элемента ИЛИ-НЕ 5, входам интеграторов 15.1, 15.2, входу стробирующего блока 18 измерителя коэффициента взаимного различия 2. Выход каждого элемента И из группы элементов И 3.1-3.n подключен к соответствующему информационному контакту параллельного входа модулятора 1.2 модема 1 и к выходу компьютера. Выход нормирующего блока 19 измерителя коэффициента взаимного различия 2 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 12, выход которого подключен к первому входу компаратора 10, к другому входу которого подключен выход делителя 24 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9, а выходы компаратора (А>В), (А=В), (А<В) подключены к блоку выводов результата контроля 11. Выход регистра 7 подключен к второму входу элемента И 20 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9. Вход линии связи демодулятора 1.1 и выход модулятора 1.2 в линию связи модема 1 являются входами заявляемого устройства и подключены: вход линии связи демодулятора 1.1 через элемент задержки 26 параллельно к входам перемножителей 14.1, 14.2 измерителя коэффициента взаимного различия 2, а выход модулятора 1.2 в линию связи к другому входу перемножителя 14.1, входу фазовращателя 13, первому входу нормирующего блока измерителя коэффициента взаимного различия 2 и к входу блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума 8, выход которого подключен к первому входу делителя 24 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9. В ИКВР 2 входят два перемножителя 14.1, 14.2, фазавращатель 13, осуществляющий преобразование по Гильберту сигнала с выхода модулятора 1.2, два интегратора 15.1, 15.2, два квадратора 16.1, 16.2, сумматор 17, стробирующий блок 18 и нормирующий блок 19, причем выход фазовращателя подключен к второму входу перемножителя 14.2, выходы перемножителей 14.1, 14.2 подключены соответственно к входам интеграторов 15.1, 15.2, выходы которых подключены соответственно к входам квадраторов 16.1, 16.2, выходы которых подключены к входам сумматора 17, выход которого подключен к второму входу стробирующего блока 18, выход которого подключен к второму входу нормирующего блока 19. Измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия состоит из элемента И 20, удвоителя 21, квадратора 22, логарифмирующего устройства 23, делителя 24, подключенных последовательно.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на переходе от дифференцированного анализа форм и параметров сигналов линии связи к комплексному анализу свойств этих сигналов. Несложный дифференцированный параметрический анализ сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией показывает, что количество параметров, характеризующих качество формируемых сигналов, модулированных многоуровневой квадратурной фазовой модуляцией, колеблется от 20 (с минимальным количеством комбинаций в кодах Треллиса) до 66 (при 32 комбинациях). Причем отклонение отдельного параметра, такого как нестабильность несущей частоты или нестабильность амплитуды, может вызвать искажения всех комбинационных составляющих. Использование традиционных методов параметрического контроля весьма проблематично из-за высоких временных и аппаратурных затрат, причем параметрический контроль такой значительной совокупности параметров невозможен в режиме реального времени.

На линию связи канала связи могут воздействовать внешние дестабилизирующие факторы, такие как аддитивная и мультипликативные помехи, обусловленные электромагнитной несовместимостью между каналом передачи информации и внешними электромагнитными устройствами, осуществляющими электромагнитные излучения в широком диапазоне частот. Несмотря на надежную экранировку кабеля, внешние воздействия электромагнитных полей оказывают влияние на форму передаваемого сигнала. Также в канале связи может происходить искажение сигнала за счет несанкционированного доступа и попыток считывания информации. Полученный сигнал из канала связи поступает в модем на приемной стороне системы связи, выполняющий и дополнительную функцию формирователя эталонного принимаемого сигнала, так как модем является активным элементом, то есть помимо пассивной фильтрации и передачи цифровой информации на вход компьютера он осуществляет демодуляцию сигнала и восстановление исходной цифровой последовательности со стандартными значениями амплитуд, скоростей и фаз передаваемых видеосигналов.

Устройство работает следующим образом. Проходя по линии связи, модулированный информационный сигнал после приемо-усилительных пунктов, промежуточных коммутационных устройств претерпевает искажения, обусловленные влиянием внешней среды распространения (линии связи), последствием несанкционированного доступа в линию связи, аппаратурными искажениями и т.д. Компьютер работает в симплексном режиме, то есть пока не будем принят кадр из канала связи, компьютер передавать свой информационный кадр в канал связи не будет. Заранее, перед началом работы, в регистр 7 вводится значение вероятности ошибочного приема элемента сигнала Р_ош, даваемое по техническому условию на контролируемый канал связи. Автоматический цикл контроля осуществляется в момент поступления на вход демодулятора 1.1 модулированного сигнала из линии связи. Модулированный искаженный информационный сигнал из линии связи S_k(t) поступает на вход демодулятора 1.1, где происходит его демодуляция, то есть несущая частота, модулированная определенной информационной импульсной кодовой последовательностью с помощью одной из видов модуляции (например, многоуровневой квадратурной модуляции), преобразуется в последовательность прямоугольных видеосигналов, с выхода демодулятора 1.1 поступающих параллельным кодом на вход компьютера. Одновременно параллельный сигнал поступает на входы элементов ИЛИ 4, ИЛИ-НЕ 5 и через линии задержки 25.1-25.n на первые входы элементов И 3.1-3.n. В этом случае на выходе элемента ИЛИ-НЕ 5 формируется логический “0”, а на выходе элемента ИЛИ 4 формируется логическая “1”, которая подается на установочный вход триггера 6, тем самым обеспечивается на его выходе логическая “1”, которая поступает на вторые входы элементов И 3.1-3.n и первый вход элемента И 20. Линии задержки 25.1-25.n задерживают параллельный демодулированный сигнал на время окончания переходных установочных процессов в элементах ИЛИ 4, ИЛИ-НЕ 5, триггере 6. Параллельный кодовый сигнал через линии задержки 25.1-25.n поступает на первые входы элементов И 3.1-3.n., проходит через них и поступает на параллельный вход модулятора 1.2. Модулятор 1.2 модулирует кодовый сигнал, который можно считать эталонным S_э(t), так как он еще не испытал влияния отрицательных факторов среды распространения (линии связи). С выхода линии связи и с входа демодулятора 1.2 контролируемый сигнал S(к) поступает через элемент задержки 26 на первые входы перемножителей 14.1 и 14.2. Элемент задержки 26 задерживает сигнал S_k(t) на время, необходимое для окончания переходных процессов в демодуляторе 1.1, элементах ИЛИ 4, ИЛИ-НЕ 5, триггере 6, элементах И 3.1-3.n, модуляторе 1.2. С выхода модулятора 1.2 сигнал S_э(t) поступает на второй вход перемножителя 14.1 непосредственно и через фазовращатель 13, обеспечивающий получение сигнала, сопряженного по Гильберту с поступающим на его вход сигналом на второй вход перемножителя 14.2. Результаты перемножения с выходов перемножителей 14.1, 14.2 поступают на сигнальные входы интеграторов 15.1, 15.2, где происходит интегрирование на интервале времени, равном длительности модулированной кодовой последовательности. С выходов интеграторов 15.1, 15.2 сигналы поступают на входы квадраторов 16.1, 16.2, а затем с их выходов - на соответствующие входы сумматора 17. С выхода сумматора 17 сигнал поступает на информационный вход стробирующего блока 18, на управляющий вход которого при окончании получения кодовой последовательности демодулятором 1.1 с выхода элемента ИЛИ-НЕ 5 начало сформированной логической единицы является сигналом стробирования и данная логическая "1" поступает на управляющие входы интеграторов для их сброса в нулевое состояние. С выхода стробирующего блока 18 сигнал поступает на вход нормирующего блока 19, состоящего из измерителя мощности эталонного сигнала S_э(t) и делителя напряжения (не показаны, в соответствии с прототипом см. АС РФ №2071107, кл. 6 G 05 В 23/02, 1996 г.), на другой вход нормирующего блока 19 поступает эталонный сигнал S_э(t). На выходе нормирующего блока 19 будет присутствовать напряжение, представляющее собой результат измерения коэффициента взаимного различия контролируемого сигнала s_k(t) на входе демодулятора 1.1 из линии связи и эталонного сигнала S_э(t) на выходе модулятора 1.2 в линию связи, описываемого следующим выражением:

где S_k(t), S_э(t) - функции времени, определяющие структуру соответственно контролируемого и эталонного сигналов;

S

*

э

(t) - функция времени, сопряженная по Гильберту с S_э(t);

Р_э - мощность эталонного сигнала;

Т - длительность элемента эталонного сигнала.

Результат измерения g=G с выхода нормирующего блока 19 измерителя коэффициента взаимного различия 2 поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 12, откуда величина напряжения G, преобразованного в цифровую форму, поступает на первый вход компаратора 10. С выхода регистра 7 поступает ранее заданное значение Р_ош на второй вход элемента И 20, на первый вход которого поступает разрешающий сигнал с выхода триггера 6. С выхода элемента И 20 значение Р_ош поступает на вход удвоителя 21, в удвоителе 21 значение Р_ош удваивается и с выхода удвоителя 21 поступает на вход квадратора 22, где происходит возведение в квадрат удвоенного значения Р_ош, с выхода квадратора 22 полученное значение поступает на вход логарифмического устройства 23, с выхода которого сигнал поступает на второй вход делителя 24, на первый вход которого поступает сигнал, определяющий значение h² с выхода блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума (h²).

На выходе делителя 24 будет присутствовать кодовая комбинация, представляющая собой результат измерения порогового значения КВР для данной вероятности ошибки Р_ош исследуемого канала g=G_пop=ln(2Р_доп)²/h².

С выхода делителя 24 значение g_пop поступает на второй вход компаратора 10, где происходит сравнение значений g и g_пор. В зависимости от полученного результата g>g_пop, g<_пop, g=g_пop на одном из трех соответствующих выходах компаратора 10 появится единица, которая поступает на один из входов блока 11 вывода результата контроля (для индикации информации “Оценка: годен”, “Оценка: предельное значение”, “Оценка: негоден”). Принимается решение, что совокупность параметров линии связи, определяющих значение коэффициента взаимного различия g, находится в норме или не в норме, и совокупность отклонений значений этих параметров от номинальных значений не дает вероятность ошибки больше заданной, меньше заданной или равной заданной.

Технический результат заключается в получении коэффициента взаимного различия контролируемого и эталонного сигналов, как комплексного показателя качества линии связи канала передачи данных, причем в качестве источника эталонного сигнала выступает не отдельно взятый формирователь тестового эталонного сигнала по определенной известной заранее кодовой структуре, а составляющая часть модема, что существенно упрощает автоматизацию процесса контроля, позволяет проводить контроль непараметрический в режиме реального времени без использования комплекта сложной дорогостоящей контрольно-измерительной аппаратуры и при отсутствии какой-либо информации о кодовой структуре модулированного сигнала, поступающего из линии связи канала передачи данных.

Недостатком данного устройства является невозможность контроля качества линий связи канала передачи данных из-за необходимости формирования тестового эталонного сигнала формирователем эталонного сигнала по определенной известной заранее кодовой структуре, что для реального масштаба времени невозможно при отсутствии какой-либо информации о кодовой структуре модулированного сигнала, поступающего из линии связи канала передачи данных.

Использование данного устройства позволяет повысить достоверность контроля канала передачи данных, так как показатель g в предлагаемом случае количественно определяет соответствие технического состояния линии связи передаче информации с заданной или меньшей вероятностью ошибок. Побочным экономическим эффектом является снижение временных и аппаратурных затрат для оценки качества канала, так как если КВР окажется ниже порогового значения, то нет необходимости проводить измерения каждого отдельного параметра из всей совокупности параметров, характеризующих качество линии связи канала передачи данных.

Устройство для контроля качества линии связи канала передачи данных, содержащее измеритель коэффициента взаимного различия (ИКВК), в котором выход фазовращателя измерителя КВК подключен к второму входу второго перемножителя измерителя КВК, выходы первого и второго перемножителей измерителя КВК подключены соответственно к входам первого и второго интеграторов измерителя КВК, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго квадраторов измерителя КВК, выходы которых подключены соответственно к входам сумматора измерителя КВК, выход которого подключен к второму входу стробирующего устройства измерителя КВК, выход которого подключен к второму входу нормирующего блока измерителя КВК, аналого-цифровой преобразователь, компаратор, измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия, состоящий из последовательно соединенных элемента И, удвоителя, квадратора, логарифмирующего устройства и делителя, блок измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, блок вывода результата контроля, причем выход блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума подключен к одному входу компаратора, выходы которого подключены к входу блока вывода результата контроля, отличающееся тем, что дополнительно введены модем, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, триггер, группа линий задержки, элемент задержки, группа элементов И, причем выход и вход модема со стороны линии связи являются входом устройства и подключены соответственно - выход параллельно к входам первого перемножителя, фазовращателя и нормирующего блока измерителя КВК и к входу блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, а вход - через элемент задержки параллельно к входам первого и второго перемножителей измерителя КВК, параллельный выход демодулятора модема подключен к входу компьютера, к входам элемента ИЛИ и к входам элемента ИЛИ-НЕ, и каждый контакт параллельного выхода демодулятора модема подключен через соответствующие линии задержки к одному входу соответствующего элемента И из группы элементов И, к другим входам которых параллельно подключен выход триггера, установочный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а сбросовый вход триггера - к выходу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого также подключен к входам первого и второго интеграторов блока измерителя КВК, стробирующего блока измерителя КВК, выход каждого элемента И из группы элементов И подключен к соответствующему контакту параллельного входа модулятора модема и к выходу компьютера, с выхода триггера сигнал поступает на первый вход элемента И измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, на второй вход которого поступает сигнал с выхода регистра, на первый вход делителя измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия поступает сигнал с выхода блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, с выхода делителя измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия сигнал поступает на второй вход компаратора, с выхода нормирующего блока измерителя КВК сигнал поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразователя, преобразованный сигнал поступает на первый вход компаратора.