Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах

Авторы патента:

Передин Юрий Григорьевич (RU)

Зайцев Дмитрий Владимирович (RU)

Дворников Сергей Сергеевич (RU)

Пшеничников Александр Викторович (RU)

Дворников Сергей Викторович (RU)

G01R23/00 - Устройства для измерения частоты, анализаторы спектра частот (частотные дискриминаторы H03D)

Владельцы патента RU 2640431:

Акционерное Общество "Научно-исследовательский институт автоматизированных систем и комплексов связи "Нептун" (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для оперативного измерения эффективной ширины спектра частот узкополосных радиосигналов и определения скорости передачи элементов сигналов в радиомодемах. Сущность заявленного технического решения заключается в том, что принимают сигнал, измеряют его ширину спектра, значение которой уточняют по мере поступления сигнала. При этом измеряют уровень мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды, а ширину спектра сигнала измеряют в пределах полосы его половинной мощности. Причем решение о выбранном номинале скорости передачи осуществляют по результатам сравнения измеренных значений ширины спектра с предварительно рассчитанными значениями, соответствующими тем номиналам скоростей, для работы с которыми предназначены радиомодемы. Искомым значением является то, различия с которым по результатам измерения наименьшие. Технический результат заявленного способа заключается в расширении области его применения, а именно в обеспечении возможности непосредственного его использования для реализации автоматического выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах, в том числе в условиях шумов, приводящих к искажению функции огибающей спектральной мощности спектра. 4 ил.

Известен способ измерения скорости передачи цифровой информации, реализованный в устройстве для измерения скорости передачи цифровой информации по патенту RU №2024217, H04Q 5/16 (Заявка: 4935316/09, 12.05.1991).

Сущность известного способа состоит в том, что под действием импульсов, поступающих по входу устройства, отсчитывается 16 временных интервалов, каждый из которых равен периоду частоты 2048 кГц. Затем дешифратор выделяет импульсы временных интервалов: первый, восьмой, шестнадцатый, девятый, одиннадцатый. После чего счетчик формирует код адреса временных интервалов - каналов, число которых соответствует числу канальных интервалов группового тракта (ГТ). После чего на вход устройства поступает информационная последовательность, каждый бит которой записывается последовательно в регистр с помощью импульсов тактовой частоты, синхронных, но сдвинутых на полпериода относительно импульсов тактовой частоты. После записи входной информации в регистр по переднему фронту тактовых импульсов она переписывается в параллельном виде в регистр. Перезапись осуществляется по заднему фронту (спаду) импульса при одновременном наличии сигнала на управляющем входе регистра, формируемого с выхода дешифратора. Накопление порции информации в регистре и последующая перезапись после накопления позволяют осуществлять ее независимую обработку за время длительности канальных интервалов, содержащихся в цикле ГТ. Из регистра записанная информация выдается по заднему фронту импульсов на первый логический вход триггера (а также на выход устройства при необходимости). При появлении на входе триггера "флажка", который представлен всегда битом "логическая единица", триггер переключается по заднему фронту импульса в единичное состояние, а по сигналу с выхода дешифратора - в нулевое состояние. За "флажком" следуют биты информации, значения которых соответствуют значениям бит в дискретном канале связи, а распределение и количество бит в каждом ВК зависят от скорости передачи информации. Дешифратор декодирует это число принятых бит, соответствующее номиналу скорости передачи информации в дискретном канале связи, и выдает его на информационные входы ОЗУ.

Недостаток указанного способа заключается в том, что он реализуем только после процедур демодуляции радиосигнала.

Известен способ оценки ширины полосы частот узкополосных радиосигналов путем вычисления энергетического спектра и его второго центрального момента в частотной области, представленный в Гоноровский И.С., Радиотехнические цепи и сигналы, М., Радио и связь, 1977, с. 589.

Этот способ реализуется аппаратно-программным методом с использованием алгоритмов дискретного преобразования Фурье.

Недостатком этого способа являются высокие требования к скорости и объему вычислений при спектральной обработке в частотной области, поскольку для получения спектральных оценок этим способом необходимо значительное время обработки отсчетов сигнала по истечении интервала наблюдения.

В качестве прототипа выбран «Способ оценки ширины спектра узкополосных радиосигналов» по патенту РФ №2128845, опубликованному 10.04.1999 г., по заявке 95107623/09, 12.05.1995 г.

Способ-прототип заключается в том, что оценка ширины спектра узкополосных радиосигналов включает измерение двух оценок. Средней частоты этого сигнала - центра тяжести энергетического спектра ω₀ и квазичастоты А определение оценки ширины спектра Δω осуществляют по формуле . Причем значение квазичастоты вычисляют по формуле , где - средняя мощность процесса на интервале измерения, a G(ω) - спектр мощности (на ограниченном интервале равен отношению энергии к длительности интервала). При этом обе оценки формируются во временной области по мере поступления сигнала с возможностью последующего непрерывного уточнения.

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что он при его реализации требует постоянного перехода то в частотную, то во временную области. А получаемые на его основе оценки в условиях шумов, приводящих к искажению функции огибающей спектральной мощности спектра, не позволят непосредственное их использование для реализации автоматического выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах.

Цель предлагаемого способа заключается в расширении области его применения, а именно в обеспечении возможности непосредственного его использования для реализации автоматического выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах, в том числе в условиях шумов, приводящих к искажению функции огибающей спектральной мощности спектра.

Поставленная цель достигается тем, что принимают сигнал, измеряют его ширину спектра, значение которой уточняют по мере поступления сигнала. При этом измеряют уровень мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды, а ширину спектра сигнала измеряют в пределах полосы его половинной мощности. Причем решение о выбранном номинале скорости передачи осуществляют по результатам сравнения измеренных значений ширины спектра с предварительно рассчитанными значениями, соответствующими тем номиналам скоростей, для работы с которыми предназначены радиомодемы. Искомым значением является то, различия с которым по результатам измерения наименьшие.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе, заключающихся в измерении уровня мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды и использовании в качестве измеряемой величины значения ширины спектра сигнала, измеряемого в пределах полосы его половинной мощности, а также в принятии решения о выбранном номинале скорости передачи по результатам сравнения измеренных значений с предварительно рассчитанными, обеспечивается расширение области его применения.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - принятый для обработки сигнал S₀(t) в шумах;

фиг. 2 - модуль спектра принятого сигнала S₀(t) с указанными границами F₂ и F₁ ширины спектра по уровню половинной мощности (горизонтальная пунктирная линия) от уровня мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды и измеренное значение ширины спектра F₂₁, полученное как разность между значениями F₂ и F₁;

фиг. 3 - сигнал Z₁(t) и модуль его спектра с указанными границами F₄ и F₅ ширины спектра по уровню половинной мощности (горизонтальная пунктирная линия) от уровня мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды и измеренное значение ширины спектра F₅₄, полученное как разность между значениями F₅ и F₄;

фиг. 4 - сигнал Z₂(t) и модуль его спектра , с указанными границами F₇ и F₈ ширины спектра по уровню половинной мощности (горизонтальная пунктирная линия) от уровня мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды и измеренное значение ширины спектра F₈₇, полученное как разность между значениями F₈ и F₇.

Реализация заявляемого способа предполагает последовательное выполнение следующих процедур.

1. Принимают сигнал.

Процедуры приема аналоговых сигналов известны и описаны, например, в патенте на изобретение RUS 2454014 от 16.12.2010.

На фиг. 1 показан фрагмент принятого аналогового сигнала S₀(t).

2. Измеряют уровень мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды.

Процедура измерения уровня мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды предполагает формирование спектра. Процедуры формирования спектра, а также измерения уровня мощности спектральных составляющих известны и описаны, например, в патенте на изобретение RUS 2382495 от 17.02.2009 и патенте на изобретение RUS 2419968 от 03.08.2009.

3. Ширину спектра сигнала измеряют в пределах полосы его половинной мощности.

Указанный подход к измерению ширины спектра сигнала известен и описан, например, на стр. 21, см. Григорьев В.А. Сигналы современных зарубежных систем электросвязи: Учебник. - СПб.: ВАС, 207. - 368 с.

На фиг. 2 показан модуль спектра принятого сигнала S₀(t).

4. Решение о выбранном номинале скорости передачи осуществляют по результатам сравнения измеренных значений ширины спектра с предварительно рассчитанными значениями, соответствующими тем номиналам скоростей, для работы с которыми предназначены радиомодемы. Искомым значением является то, различия с которым по результатам измерения наименьшие.

Взаимосвязь ширины спектра сигнала со скоростью передачи его элементов известна и описана, например, на стр. 21, см. Григорьев В.А Сигналы современных зарубежных систем электросвязи: Учебник. - СПб.: ВАС, 207. - 368 с.

Предварительно рассчитанные значения ширины спектра, соответствующие тем номиналам скоростей, для работы с которыми предназначены радиомодемы, можно получить в результате предварительных измерений, проведенных в соответствии с п. 3 по отношению к тестовым сигналам, которые могут быть сформированы посредством тестового генератора. Процедуры использования предварительно рассчитанных данных, полученных по результатам измерений параметров предварительно сформированных сигналов посредством тестового генератора, известны. Также известны процедуры поиска наименьших различий измеренного значения с предварительно рассчитанными. Например, см. патент на изобретение RUS 2423735 от 17.03.2010.

В качестве примера на фиг. 3 и фиг. 4 представлены предварительно сформированные сигналы Z₁(t) и Z₂(t), соответствующие двум градациям номиналов скоростей, для работы с которыми предназначены радиомодемы и показаны модули их спектров и , с соответствующими измеренными значениями ширины спектра F₅₄ и F₈₇. Здесь F₄, F₅, F₇, F₈ - соответственно границы ширины спектров сигналов Z₁(t) и Z₂(t) по уровню их половинной мощности. Принятие решения об искомом значении градации скорости осуществляется путем сравнения измеренного значения F₂₁ с предварительно рассчитанными значениями F₅₄ и F₈₇. В рассмотренном примере по результатам измерения скорость принятого сигнала S₀(t) будет соответствовать скорости сигнала Z₁(t), т.к. значение F₂₁ примерно равно F₅₄ и значительно отличается от F₈₇.

Необходимость использования процедур сравнения рассчитанного значения ширины спектра с предварительно вычисленными значениями обусловлена наличием канальных шумов, приводящих к искажению функции огибающей спектральной мощности спектра. В эксперименте сигнал S₀(t) соответствовал сигналу Z₁(t) по скорости передачи, хотя принимался в шумах. В результате функция огибающей спектральной мощности его спектра (см. фиг. 2) исказилась, поэтому его измеренная ширина численно не соответствовала значению ширины спектра сигнала Z₁(t). И решение можно было принять только по результатам сравнения с заранее измеренными величинами.

Таким образом, благодаря использованию новой совокупности существенных признаков достигается цель предлагаемого способа, заключающаяся в обеспечении возможности непосредственного его использования для реализации автоматического выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах, в том числе в условиях шумов, приводящих к искажению функции огибающей спектральной мощности спектра.

Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах, заключающийся в том, что принимают сигнал, измеряют его ширину спектра, значение которой уточняют по мере поступления сигнала, отличающийся тем, что измеряют уровень мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды, а ширину спектра сигнала измеряют в пределах полосы его половинной мощности, причем решение о выбранном номинале скорости передачи осуществляют по результатам сравнения измеренных значений ширины спектра с предварительно рассчитанными значениями, соответствующими тем номиналам скоростей, для работы с которыми предназначены радиомодемы, искомым значением является то, различия с которым по результатам измерения наименьшие.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть применено для обработки сигнала ионизационных камер, регистрирующих уровень ионизирующего излучения. Измеритель скорости счета статистически распределенных во времени импульсов содержит разравниватель импульсов, первый элемент И, двоичный счетчик, регистр, делитель, генератор тактовых импульсов, управляющий блок, блок памяти, сумматор-вычитатель и счетчик адреса памяти.

Способ измерения нелинейных искажений чм сигнала, сформированного методом прямого цифрового синтеза // 2614191

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения нелинейных искажений частотно-модулированного (ЧМ) сигнала. Способ измерения нелинейных искажений ЧМ сигнала, сформированного методом прямого цифрового синтеза, состоит в измерении анализатором спектра изменений параметров центральной и первой боковой составляющей спектра ЧМ сигнала при введении модуляции и расчете коэффициента гармоник частотной модуляции по результатам измерений.

Способ измерения векторов гармонических сигналов с постоянной составляющей // 2611256

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Сигналы , где , имеют известные некратные друг к другу периоды Tj и действуют вместе с постоянной составляющей W0, при этом амплитуды Aj и начальные фазовые сдвиги ϕ0j сигналов Gj(t) определяют по соотношениям и , где p1j и p2j - проекции векторов сигналов Gj(t) на пары ортогональных опорных сигналов, совпадающих с Gj(t) по частоте, а значения plj, получают путем неравномерной дискретизации суммарного сигнала и суммирования его дискрет.

Компаратор близких частот широкодиапазонный // 2597954

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при сравнении близких частот в широком частотном диапазоне и определении начальной разницы этих частот и нестабильности (и флуктуаций) частоты колебаний сравниваемых источников.

Способ измерения частоты сигналов посылок радиобуев в космической системе поиска и спасания // 2592050

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в среднеорбитальном сегменте космической системы поиска и спасения терпящих бедствия судов, летательных аппаратов, отдельных людей или групп.

Способ измерения частоты гармонического сигнала и устройство для его осуществления // 2591742

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в информационно-измерительных устройствах для измерения частоты гармонических сигналов прецизионных кварцевых и квантовых стандартов частоты.

Способ определения частоты в матричном приемнике и устройство для его осуществления // 2587645

Изобретение относится к радиотехнической области промышленности и может быть использовано при приеме нескольких совмещенных по времени разночастотных сигналов.

Устройство для определения частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов // 2573718

Предлагаемое устройство относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для определения несущей частоты и вида модуляции сигналов, принимаемых в заданном диапазоне частот.

Устройство допускового контроля частоты // 2565504

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в устройствах обработки информации, в системах автоматического контроля и регулирования. Технический результат - осуществление допускового контроля частоты входного сигнала.

Способ определения угла сдвига фаз между синусоидальными сигналами (варианты) // 2563556

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию, установленному на электрических станциях и подстанциях в системах производства, передачи и потребления электроэнергии, и может быть использовано во всех электроустановках, использующих цифровую обработку данных.

Опознавание характерных признаков дисторсии для компенсации, обнаружения и коррекции ошибок при электромагнитном слежении // 2641835

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам опознавания характерных признаков дисторсии. Система для учета электромагнитной (ЭМ) дисторсии с использованием системы ЭМ слежения содержит матрицу датчиков, сконфигурированную с возможностью измерения ЭМ энергии в заданном объеме, и модуль коррекции ЭМ измерений, сконфигурированный с возможностью анализа данных из матрицы датчиков для обнаружения и идентификации вызывающих ЭМ дисторсию объектов, в том числе неотслеживаемых вызывающих ЭМ дисторсию объектов, в заданном объеме, причем модуль коррекции ЭМ измерений дополнительно сконфигурирован с возможностью сравнения характерных признаков дисторсии, хранящихся в базе данных, для идентификации источника дисторсии. Во втором варианте выполнения система содержит базу данных, сформированную посредством сохранения множества охарактеризованных дисторсионных морфологий в виде характерных признаков, соответствующих инструментам, устройствам и их сочетаниям, которые вызывают дисторсии ЭМ поля, матрицу датчиков, сконфигурированную с возможностью интраоперационного измерения ЭМ энергии в заданном объеме, и модуль коррекции ЭМ измерений, сконфигурированный с возможностью анализа данных из матрицы датчиков для обнаружения и идентификации вызывающих ЭМ дисторсию объектов, в том числе неотслеживаемых вызывающих ЭМ дисторсию объектов, в заданном объеме, причем модуль коррекции ЭМ измерений дополнительно сконфигурирован с возможностью сравнения характерных признаков дисторсии, хранящихся в базе данных, для идентификации источника дисторсии, причем модуль коррекции ЭМ измерений сконфигурирован с возможностью выдачи одного или более из позиции и ориентации вызывающего дисторсию объекта, карты ошибок, показывающей ошибку, внесенную вызывающим дисторсию объектом, или идентификационной информации неизвестного вызывающего дисторсию объекта. Способ учета электромагнитной (ЭМ) дисторсии осуществляется посредством системы для учета. Использование изобретений позволяет повысить качество интраоперационного контроля. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство оценки частоты гармонического зашумлённого сигнала // 2643708

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в измерительной технике, в системах передачи данных и системах радиолокации для оценки частоты принимаемого сигнала. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности определения частоты зашумленного гармонического сигнала. Кроме того, точность данного устройства не зависит от номинала частоты анализируемого сигнала. Устройство оценки частоты гармонического зашумленного сигнала содержит аналого-цифровой преобразователь, два блока дискретного преобразования Фурье, блоки вычисления амплитуды, два блока определения максимума, шесть блоков накопления, два блока вычисления разности фаз, блоки вычисления синуса и косинуса, четыре сумматора, два блока вычисления фазового сдвига, два блока вычисления частотного сдвига, делитель, блок сравнения и блок определения частоты. Технический результат достигается благодаря тому, что в предложенном устройстве осуществляется измерение амплитудного спектра сигнала на разных длительностях, определяется номинал частоты с максимальным значением, получают грубую оценку частоты сигнала, а затем осуществляется вычисление фазового сдвига на данной частоте, чтобы определить частотное смещение относительно данной частоты, получая таким образом более точную оценку частоты принимаемого сигнала. 1 ил.

Пространственно-частотный анализатор спектра радиосигналов // 2644023

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системе радиоконтроля и в пассивной радиолокации для обнаружения и определении пространственных координат источников излучения. В состав устройства входит четное количество изотропно расположенных на ней антенных элементов, квадратурный автокомпенсатор, генератор качающейся частоты, спецвычислитель с индикатором. Принцип работы устройства заключается в том, что за счет соединения выходов двух центральных элементов решетки с входами корреляционного автокомпенсатора в нем производится вычисление разности фаз их выходных сигналов, которое в дальнейшем за счет соединения балансного усилителя автокомпенсатора с шиной управления балансными усилителями антенных элементов использовано для последовательного суммирования выходных сигналов остальных элементов решетки всех элементов в целом, и формирование таким образом в спецвычислителе результирующей диаграммы всей решетки в направлении источник сигнала. Процессы поиска источников по частоте за счет перестройки частоты в генераторе качающейся частоты и в пространстве за счет когерентного суммирования выходных откликов антенных элементов оказываются взаимоувязаны, что проявляется в том, т.е. в ходе накопления энергии сигнала в частотном фильтре анализатора одновременно производится формирование диаграммы направленности антенны на источник. В свою очередь формирование ДНА повышает уровень энергии сигнала в частотном фильтре. Технический результат заключается в сокращении времени поиска источника сигнала. 3 ил.