Устройство для контроля цифрового канала связи
DIGITAL COMMUNICATION CHANNEL MONITORING DEVICE

Изобретение относится к технике электрической связи и может быть использовано для контроля цифрового канала связи, использующего квадратурную амплитудную манипуляцию для передачи дискретных сообщений.
Известно устройство для контроля цифрового канала связи [А.с. 1003364 СССР от 28.09.1981, МПК H 04 B 3/46], содержащее основной и дополнительный демодуляторы и сумматор по модулю два, образующие детектор псевдоошибок, измеритель частоты псевдоошибок, формирователь адреса, блок памяти, калибратор, состоящий из блока управления, аттенюатора, генератора шума, смесителя, модулятора, генератора псевдослучайной последовательности, переключатель, ключ и индикатор.
Недостатком данного устройства является низкая точность контроля цифрового канала связи при использовании квадратурной амплитудной манипуляции для передачи дискретных сообщений.
Известно устройство для прогнозирования состояния дискретного канала связи [Патент РФ на изобретение № 2543957 от 19.05.2014, МПК H 04 B 3/46, 2014], содержащее блок выделения ошибок, счетчик ошибок, блок прогнозирования, блок памяти, блок оценки прогноза, формирователь интервала времени, решающий блок, блок отображения, элемент «ИЛИ», элемент задержки, дешифратор.
Недостатком данного устройства является низкая точность контроля цифрового канала связи при использовании квадратурной амплитудной манипуляции для передачи дискретных сообщений.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для контроля цифрового канала связи [А.с. № 1358099 СССР от 09.01.1985, МПК H 04 B 3/46], содержащее переключатель, два пороговых блока, выделитель тактовой частоты, два решающих блока, сумматор, совокупность которых является детектором ошибок, измеритель частоты псевдоошибок, формирователь адреса, блок памяти, индикатор, блок управления, калибратор, состоящий из аттенюатора, генератора шума, смесителя, генератора псевдослучайной последовательности, ключ, измеритель частоты ошибок, блок ввода, переключатель режима работы, содержащий неподвижные контакты и подвижный контакт.
Недостатком прототипа является низкая точность контроля цифрового канала связи при использовании сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией для передачи дискретных сообщений из-за того, что в детекторе псевдоошибок область принятия решения об ошибки формируется в окрестности только одного порога принятия решения о переданном символе. Кроме того, прототип характеризуется высокой сложностью технической реализации.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности контроля цифрового канала связи при использовании в непрерывном канале сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией, а также снижение сложности технической реализации.
Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля цифрового канала связи, содержащее последовательно соединенные измеритель частоты псевдоошибок, формирователь адреса, блок памяти и индикатор введены логический элемент (ЛЭ) «2ИЛИ», выход которого соединен со входом измерителя частоты псевдоошибок, а входы соответственно соединены с выходами детекторов псевдоошибок синфазного и квадратурного каналов, каждый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), сигнальный вход которого является входом детектора псевдоошибок и подключен к соответствующему выходу квадратурного детектора, а тактовый вход соединен с выходом блока тактовой синхронизации демодулятора цифрового канала связи (ЦКС) и входом опорного сигнала измерителя частоты псевдоошибок, логические элементы (ЛЭ) «3И» и «3ИЛИ-НЕ», входы которых соединены соответственно с выходами трех младших разрядов АЦП, ЛЭ «2ИЛИ», входы которого соответственно соединены с выходами ЛЭ «3И» и «3ИЛИ-НЕ», а выход является выходом детектора псевдоошибок.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для контроля цифрового канала связи. Устройство содержит детекторы псевдоошибок синфазного 1 и квадратурного 2 каналов, каждый из которых содержит соответственно аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 3 и 4, логические элементы (ЛЭ) «3И» 5 и 7, «3ИЛИ-НЕ» 6 и 8, «2ИЛИ» 9 и 10; ЛЭ «2ИЛИ» 11, измеритель частоты псевдоошибок 12, формирователь адреса 13, блок памяти 14, индикатор 15.
Устройство работает следующим образом. Сигнал с квадратурной амплитудной манипуляцией (КАМ) на интервале длительности символа может быть записан в следующем виде:
,
где – амплитуды синфазной и квадратурной составляющих сигнала;
M – позиционность КАМ сигнала.
С выходов квадратурного детектора демодулятора цифрового канала связи (ЦКС) многоуровневые видеосигналы поступают на вход соответствующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 3 и 4.
Сигналы на входах АЦП можно записать в следующем виде:
;
,
где  – информационные символы;
L – число уровней амплитуд квадратурных составляющих сигнала, равное  для сигналов КАМ четной кратности (КАМ-16, КАМ-64, КАМ-256 и т.д);
d – половина расстояния между ближайшими по уровню амплитудами составляющих сигнала, равное  для сигналов КАМ четной кратности;
g(t) – импульсный сигнал, определяющий форму спектра формируемого сигнала.
Сигналы с выходов трех младших разрядов АЦП 3 в момент принятия решения, определяемом импульсами с выхода блока тактовой синхронизации демодулятора, поступают на входы ЛЭ «3И» 5 и «3ИЛИ-НЕ» 6, с выходов трех младших разрядов АЦП 4 – на входы ЛЭ «3И» 7 и «3ИЛИ-НЕ» 8.
Разрядность АЦП 3 и 4 для сигналов КАМ четной кратности может быть определена из следующего выражения:
.
С выходов ЛЭ «3И» 5 и «3ИЛИ-НЕ» 6 сигналы поступают на входы ЛЭ «2ИЛИ» 9, с выходов ЛЭ «3И» 7 и «3ИЛИ-НЕ» 8 – на входы ЛЭ «2ИЛИ» 10. В результате на выходах ЛЭ «2ИЛИ» 9 и 10 формируются импульсные сигналы псевдоошибки для синфазного и квадратурного каналов демодулятора ЦКС в соответствии с областями принятия решения о псевдоошибке. На фиг. 2. для примера приведены области принятия решения о псевдоошибки в каждом из каналов демодулятора для сигнала КАМ-16, на фиг. 3 – область принятия решения о псевдоошибки для прототипа.
С выходов ЛЭ «2ИЛИ» 9 и 10 сигналы поступают на вход ЛЭ «2ИЛИ» 11, на выходе которого формируется результирующий сигнал псевдоошибки для демодулятора ЦКС. На фиг. 4 приведены области принятия решения о псевдоошибке для сигнала КАМ-16.
6
16
С выхода ЛЭ «2ИЛИ» 11 сигнал поступает на измеритель частоты псевдооошибок 12. Измеритель псвевдоошибок осуществляет подсчет числа импульсов псевдоошибки за 10 периодов тактовой частоты в диапазоне от 1 до 2-1. В результате на его выходе формируется двоичный код числа псевдооошибок, который через формирователь адреса 13 поступает на адресные входы блока памяти 14.
Блок памяти 14 представляет собой постоянное запоминающее устройство объемом 16 кослов × 16 бит, в ячейках которого записаны значения вероятности битовой ошибки в экспоненциальном виде с точностью до второго знака после запятой. В результате каждому значению двоичного кода числа псевдоошибки на адресных входах блока памяти 14 однозначно ставится в соответствие двоично-десятичный код значения вероятности битовой ошибки на его выходах данных.
Вероятность битовой ошибки  для КАМ сигнала может быть определена из следующего выражения [Прокис Дж. Цифровая связь. Пер с англ./ под.ред. Д.Д. Кловского. – М.: Радио и Связь. 2000. – 800 с.]:
,    (1)
где  – интеграл ошибок;
;
– односторонняя спектральная плотность мощности аддитивного белого гауссовского шума;
– энергия формирующего сигнала g(t).
Тогда выражение для вероятности битовой псевдооошибки с учетом (1) может быть записано в виде
(2)
На фиг.5 приведен график, в соответствии с которым в блоке памяти 14 осуществляется преобразование числа псевдоошибок в вероятность битовой ошибки. График получен численным методом с использованием выражений (1) и (2).
С выхода блока памяти 14 код значения вероятности битовой ошибки подается для отображения на индикатор 15.
Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с устройством, выбранным в качестве прототипа, показывает, что новизна технического решения заключается во введении в заявленное устройство новых функциональных элементов: АЦП 3 и 4, ЛЭ «3И» 5 и 7, «3ИЛИ-НЕ» 6 и 8, «2ИЛИ» 9 и 10; ЛЭ «2ИЛИ» 11 с соответствующими связями.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».
Введённые функциональные элементы АЦП и ЛЭ «3И», «3ИЛИ-НЕ» и «2ИЛИ» известны. Однако их введение с указанными связями в устройство для контроля цифрового канала связи с указанными связями придает этому устройству новые свойства: обеспечивает формирование областей принятия решения об ошибке в окрестности всех порогов принятия решения, что позволит в 6 раз (для сигнала КАМ-16) и более повысить точность контроля ЦКС. Кроме того, в предложенном устройстве содержится меньшее число элементов, что существенно снижает сложность его технической реализации.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как может быть использовано в технике электрической связи, использующих сигналы с квадратурной амплитудной манипуляцией для передачи дискретных сообщений.