Устройство для контроля качества цифрового сигнала

)5 Н 04 В 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНВЫТПРИ ГННТ СССР ИОАНИЕ умматор 5 по модулю 6, эл-т И 7, счетчик р 9 тактовой частоты, блок 10, блок 11 иники 12 и 13 опорных к управления (БУ) 14 к 15 коммутации, блоки блок 17 сопряжеиз БУ 18 цифровыми 19 и 20, магистралья 21 интерфейса и каобщей шины. В данном ются четыре однотипараметров сигнала: амого сигнала, действу- шумов, а также значеэквивалентных цифроа на входах ЦАП 20утем обеспечения ности ошибки .на 13 исто дикации напряже ии, бло ии, бло уевича коммута 16 сумм ния, со прибора ного ра нала 22 рован тоящи ирите в устр-ве выполняных измерения пплитуды цифровющего значенияний напряжений,вому коду порогЦель достигаминимизации УСТРОИСТВО ДЛЯ КОВОГО СИГНАЛАИзобретение относитсявой связи, Цель изобреение точности контроляфрового сигнала. Устрт усилитель 1, эл-т 2мым коэф. передачи, по(54) ЦИФР (57) техни с Ф ениякачес цифро повьпп ва ци держи тируе ется п вероят со-ва, 1 ил ыходе говые(56) Авторское свндеВ 1332548, кл. Н 04Н 04 Т 1/00, 1985. лектротехниче 94.5(088.8)ельство СССР НТРОЛЯ КАЧЕСТВ РЕТЕНИЯ блоки 3 и 4,два, Р-тригге8 импульсов,вычислительныиИзобретение относится к техникецифровой связи, в частности к устройствам для контроля качества цифрового сигнала, и является усовершенствованием устройства по авт.св.В 1332548.Цель изобретения - повышение точности контроля качества цифровогосигнала.На чертеже приведена электрическая структурная схема устройствадля контроля качества цифрового сигнала.Устройство для контроля качествацифрового сигнала содержит усилитель 1, элемент 2 с коммутируемым коэффициентом передачи, первый и вто-,1рой пороговые блоки 3 и 4, сумматор5 по модулю два, П-триггер 6, элемент И 7, счетчик 8 импульсов, генератор 9 тактовой частоты, вычислительный блок 10, блок 11 индикации,первый и второй источники 12 и 13опорных напряжений, блок 14 управления коммутацией, блок 15 коммутации,блок 16 суммирования, блок 17 сопряжения.Блок 17 сопряжения содержит блок18 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 управленияи блок 24 задержки, выполненный в виде КС-Фильтра нижних частот,Первый блок 19 цифроаналоговогопреобразования содержит блок 25 управления, цифроаналоговый преобразователь 26, фильтр 27 нижних частот.Второй блок 20 цифроаналоговогопреобразования содержит первый и второй цифроаналоговый преобразователи28 и 29, блок 30 коммутации и управления, фильтр 31 нижних частот,Устройство для контроля качествацифрового сигнала работает следующим образом.В каналах передачи информации саддитивной 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 коаксиальномускабелю и по металлическому или диэлектрическому волноводу,В предлагаемом устройстве выполняются четыре измерения, характеризующиеся следующей системой из четырех линейных уравнений:1/2 Ч - ДЧ, - Я + ДЧо , - а,б; (1)(4) 15 Предполагается, что Я, и Е зна(61чительно меньше Д Ч, и ДЧ, , благодарячему смещения порогов ДЧО, и ЬЧне зависят от С,и Г . Неизвестнымивеличинами в уравнениях (1)-(4) яв 55 ляются Ч, 5, Д Ч, ДЧ, которыемогут быть вычислены из следующегоматричного уравнения: где Ч - амплитуда цифрового сигнала; 6 - действующее значение шумов;ДЧ Д,Ч, - значения напряжений,эквивалентные цифровому коду порогана входах второго блока 20 цифроаналогового преобразования, причем 25 напряжения ДЧ" и ДЧф являются составляющими пороговых уровней,поступающих с второго аналоговоговыхода блока 17 сопряжения на второйвход второго порогового блока 4;а, а, Ь, и Ь - взятые с обратным знаком квантили, соответствующиеизвестному типу распределения шумовв канале связи, уровней 2 Р, 2 Р2 Р, 2 Р, причем Р, Г , Рз, Р являются вероятностями псевдоошибок 35на выходе 0-триггера 6 при каждомиз четырех измерений; , и Явопорные напряжения, поступающие навходы блока 15 коммутации; Е - ко эффициент ослабления (усиления) приодном из состояний элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачипо отношению к другому его состоянию;ДЧО, и ДЧО - суммарные величинынеопределенности,и нестабильностипорогов второго порогового блока,обусловленные нестабильностью работы второго порогового блока 4 и неточностью работы второго блока 20цифроаналогового преобразования.(5) ЛХ = В 10 1 2 О а0 20 Ъ, 0 Ь 1 с О 1 где вектор - столбец неизвестных х -(ч, ьч, ьч,вектор - .столбец правых частей уравнений матрица преобразования 82 6при следующих комбинациях параметров (1,), Ь, Е 2), (1, Г ), (1 сь). Выбор других комбинаций параметров может привести к тому, что определитель б А = О и, следовательно, решение уравнений может отсутствовать, Это имеет место, например, при комбинации параметров (1, Г ),(1, ,), Ос, . ).6 Чд, и АЧ являются медленно из-. 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) величинах Ч, и ЙЧ , При сокращенном цикле измерений (1), (3) измеряемые параметры Ч , 6 и Ч /6 вычисляютсяДля того, чтобы существовало решение уравнения (5), необходимо, чтобы определитель матрицы А й АФ О, что выполняется, если 1 Ф Ег, КПри решении уравнения (5) получим1 с ааА 2 а -Ь -Е(а1 г г= Ь) ----У(а)х а (1-) - Ь + 1 с Ьг)/ЬА у ( )а формула для Ьчог полУчаетсЯ иэ формулы для Ч 1 путем замены а, наа наЬ, с,наЕ,ЬЧ,Таким образом, все четыре измерения (1)-(4) - выполняются однотипно 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 первого 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 1 б суммирования с одним из напряжений первого или второго источника 12, 13 опорных напряжений, поступающих на один из входов блока 16 суммирования через блок 15 коммутации, управляемый блоком 14 управления коммутацией при помощи выходного напряжения, поступающего с второго дополнительного блока 11 сопряжения. Сиг 1555882калы с выходов первого и второго по" роговых 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 П-триггер 6 привязывает импульсы псевдоошибок к фазе напряжения тактовой частоты, что обеспечивает выполнение фазовых соотношений при стробировании импульсов псевдоошибок 30 напряжением тактовой частоты в блоке 17, позволяя разделять пачки импульсов псевдоошибок на отдельные импульсы, длительностью полпериода тактовой частоты, подсчитываемые в дальнейшем счетчиком 8 импульсов.В процессе первого цикла работы ,устройства на выходе блока 16 суммирования формируется пороговое на" пряжение ДЧ, + Я,; поступающее 40(а)на второй вход второго порогового блока 4, где Я, - напряжение первого источника 12 опорного напряжения. При этом частость импульсов псевдо- ошибок устанавливается в процессе пе 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 ЕЧ, + с , а коэффициент пе(а)резвачи элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи устанавливается равным 1, где Я - напряжение второго источника 13 опорного напря-,= 0,01;а 2 ф Вычислительный блвании величин а,а,а оснок. Я,к 10Ь Ь жения, 11. При этом частость импульсов псевдоошибок на выходе эле мента И 7 становится равной Р(Р Ф 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, + Е , поступающее на второй(ь) вход второго порогового блока 4, а коэффициент передачи Е устанавливается равным 1При этом частость импульсов псевдоошибок устанавливается в процессе переходного процесса на уровне Рэ, равном, например, 0,01 (Р Ф Р , Рз Ф Р,).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 Е Ф 1. При этом частость псевдоошибок на выходе элемента И 7 становится равной Р(Р+ Ф Р, РР, РР).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, Ь, Ь , соответствующие известному типу распределения шумов в канале связи, уровней 2 Р 2 Р, 2 Рэ, 2 Р 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:2. 35 40 45 50 Ко Р(Чдрц ),9 15Чщ , Ч,"1 вычисляет по формулам (5)-(8) измеряемые величины; амплитуду сигнала Ч , действующее значение шумов 5 , отношение сигнал/, шум Ч /6 на выходе элемента 2 с коммутируемым коэффициентом передачи при коэффициенте передачи 1, равном единице, а также КЧ, и КЧ - суммарные 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 Ч соответствующее регулирующему напряжению Ч , не находится в оптимальном диапазоне, необходимом для работы первого, второго пороговых блоков 3 и 4, то вычислительный блок 10 производит вычисление регулирующего напряжения Чр , необходимого для обеспечения требуемого значения амплитуды сигнала Ч на первых входах первого и второго порогового блоков 3 и 4. Это вычисление производитая на основании известной формы характеристики АРУ где Ко - коэффициент усиления усилителя 1,а также известных текущей и требуемой амплитуд сигнала.Ч и Ч т путем решения уравнения Р(Чор о ) Ч (дрчт )Код напряжения Чцрт 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 1 О через маги стральный расширитель 21, канал 22 общая шина и блок 23 управления пере 55882 10 дает сигнал сброса счетчика 8 импульсов. На первый и второй цифроаналоговые преобразователи 28 и 29 черезмагистральный расширитель 21, канал22 общая шина, блок 30 коммутацииуправления поступает из вычислительного блока 10 первоначально код нулевого напряжения, приводящий к подаченулевого напряжения на вход блока 16суммирования с выхода фильтра 31 нижних частот. В регистре состояния блока 23 управления устанавливается разрешавший потенциал, поступающий навьссод разрешения счета блока 7 сопряжения. Устанавливается необходимое значение коэффициента передачиэлемента 2 при помощи бинарного управляющего сигнала, поступающего извычислительного блока 10 на первый дополнительный выход блока 17 сопряжения через магистральный расширитель 21, двунаправленный канал 22общая шина и блок 23 управления. Потому же пути из вычислительного блока 10 на второй дополнительный выходблока 23 управления поступает необходимый уровень бинарного управляющего сигнала, переключающего блок15 коммутации в состояние, при котором на вход блока 16 суммирования подается напряжение первого (при измерении ЬЧ) или второго (при из, (а)мерении ЬЧ, ) источников 12 или 13ь 1опорного 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 ЬЧ устанавливается единичное значение коэффициента передачи элемента 2 и подключается к блоку 6 суммирования первый источник 12 опьоркого напряжения, для измерения Ь Чустанавливается коэффициент передачи Е Ф 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 импульсовПри этом одновременно произво,дится в каждом временном дискрете вычитание из содержимого счетчика 8 импульсов числа, соответствующего числу импульсов с опорной частотой Р ;,= 1, 3, которые могли1555882 12 эквивалентные и М-двоичные коды могут быть запомнены и использованыв дальнейшем для выполнения измерений, характеризующихся уравнениями(2) и (4) в течение второго и четвертого циклов работы. Для ускорения измерений процесс1 ьустановления напряжений ДЧ и ДЧможет быть прерван . При этом выполняются неточные равенства Р. Р ,РРщ, , что , однако , н е скажется на точности измерений , по скольку кв антили аи а э определяются ,исходя из достигнутых значений частнос ти пс евдоошибок Ри Р ,5 1 О Формула изобретения Составитель В.КурковРедактор Н.Гулько Техред А.Кравчук Корректор О. Кравцова Заказ 564 Тираж 531 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, 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,1 (или ДЧ, ) на вы(л) 1 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 заданной величины, Поэтому после установления напряжений ДЧ,), ДЧ,, 1 (Ь 1 20Устройство для контроля качествацифрового сигнала по авт, св.9 1332548, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повьшения точности,25 контроля качества цифрового сигнала, выход усилителя подключен к входу первого порогового блока черезвведенный элемент с коммутируемымкоэффициентом передачи, управляющийвход которого соединен с первымдополнительным выходом блока сопряжения, второй вход второго порогового блока соединен с вторым аналоговым выходом .блока сопряжения черезведенный блок суммирования, крометого, введены первый и второй источники опорного напряжения, последовательно соединенные блок управлениякоммутацией, вход которого соединенс вторым дополнительным выходом бло.ка сопряжения,и блок коммутации, выход которого соединен с вторым входом блока суммирования, а второй итретий входы соединены соответственно с выходами первого и второго источников опорного напряжения,