ФОРМИРОВАТЕЛЬ МАТРИЦЫ ШУМОВ

Полезная модель относится к области электросвязи и может быть использована для повышения точности измерения неравномерных шумов в канале связи при формировании исходных данных для оптимального выбора несущих и опорных колебаний в системах передачи информации.
Известна система цифровой модуляции, использующая модифицированные ортогональные коды для снижения автокорреляции (Патент США 2006/0250942 А1, 09.11.2006.), содержащая скремблер, преобразователь последовательного кода в параллельный, два модулятора, два элемента "Исключающее ИЛИ", две сигнальные схемы и два смесителя.
Недостатком данной системы является низкая точность измерения параметров неравномерных шумов, присутствующих в канале связи.
Известна система передачи дискретной информации (Патент РФ 2025901 С1, 30.12.1994.), содержащая источники информации, умножители, сумматор, тактовые генераторы, генераторы функций Уолша, ключи, делители частоты, интеграторы, приемники информации.
Недостатком данной системы является низкая точность измерения параметров неравномерных шумов, присутствующих в канале связи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбранным в качестве прототипа является система передачи информации с помощью несущих, ортогональных на входе и выходе канала связи (Патент РФ 2361312 С2, 10.07.2009.), содержащая источники информации, умножители, сумматор, тактовые генераторы, ключи, интеграторы и приемники информации, два формирователя собственных векторов, генератор дельта-импульсов, канал связи, канал обратной связи, анализатор импульсной характеристики и имитаторы канала связи. Выходы тактовых генераторов подключены к первым входам формирователей собственных векторов и первым входам ключей, вторые входы которых соединены с выходами формирователя собственных векторов. Выходы первых N ключей связаны с первыми входами первых N умножителей, а выходы последних N ключей - со входами имитаторов канала связи. Выходы источников информации подключены ко вторым входам первых N умножителей, выходы которых соединены со входами сумматора. Выход сумматора связан с первым входом канала связи, второй вход которого соединен с выходом генератора дельта-импульсов, а выход - с входом анализатора импульсной характеристики и первыми входами последних N умножителей. Выход анализатора импульсной характеристики подключен ко входу канала обратной связи, второму входу второго формирователя собственных векторов и вторым входам имитаторов канала связи, выходы которых связаны со вторыми входами последних N умножителей. Выход канала обратной связи подключен к второму входу первого формирователя собственных векторов, а выходы последних N умножителей соединены со входами интеграторов, выходы которых связаны со входами приемников информации.
2
2
Каждый формирователь собственных векторов состоит из умножителей, выделителей импульсов, сумматоров и вычислителя собственных векторов. Второй вход формирователя собственных векторов является первыми входами i-ых (i=1, 2,…, K) умножителей, а первый - входами выделителей импульсов. Выход каждого i-го (i=1, 2, …, K) выделителя импульсов подключен ко второму входу i-ro умножителя, а его выход соединен со входом i-го сумматора. Выход каждого i-го (i=1, 2, …, K) сумматора соединен с первыми входами умножителей i·K+1, i·K+2, …, (i+1)·K и со вторыми входами умножителей K+i, 2·K+i, …, K+i. Каждый выход k-го умножителя (k=K+1, K+2, …, K+K) подключен к входу k-го сумматора. Выход каждого из них связан с входом вычислителя собственных векторов, выходы которого являются выходами формирователя собственных векторов.
Недостатком данной системы является низкая точность измерения параметров неравномерных шумов, присутствующих в канале связи.
Данный недостаток обусловлен тем, что проводимые измерения направлены на расчет среднего значения импульсной характеристики канала связи при помощи тестовых сигналов и не позволяют оценить степень корреляции между соседними по времени отсчетами этой характеристики.
Задачей полезной модели является создание формирователя матрицы шумов, позволяющего повысить точность измерения неравномерных шумов в канале связи при формировании исходных данных для оптимального выбора несущих и опорных колебаний в системах передачи информации.
n
Матрица вторых моментов шумов М вычисляется на основе предположения об их эргодичности в виде следующих соотношений:
где n(t) - аддитивные шумы в канале связи (реализация);
ψ(t) - вектор-столбец дельта-функций, сдвинутых друг относительно друга, длиной N;
Т - интервал измерения;
K - число измерений.
2
2
2
2
Задача полезной модели решается тем, что в формирователь матрицы шумов, содержащий канал связи, анализатор импульсной характеристики, генератор дельта-импульсов, N+N умножителей, N интеграторов, N сумматоров, в которой выход канала связи соединен с входом анализатора импульсной характеристики, выход которого подключен ко вторым входам первых N умножителей, выход каждого k-го умножителя (k=N+1, N+2, …, N+N) соединен со входом m-го сумматора (m=k-N), дополнительно введены N-1 линия задержки и преобразователь параллельного кода в последовательный. Выход генератора дельта-импульсов соединен с входом первой линии задержки и с первым входом первого умножителя, выход каждой j-й линии задержки (j=1, 2, …, N-2) подключен к входу (j+1)-й линии задержки и к первому входу i-го умножителя (i=1, 2, …, N), а выход N-1 линии задержки соединен с первым входом N-го умножителя, выход каждого i-го умножителя соединен со входом i-го интегратора, выход каждого из которых подключен к первым входам k-х умножителей (k=N+i, 2N+i, …, N+N) и вторым входам n-х умножителей (n=i·N+1, i·N+2, …, i·N+N). Выходы всех сумматоров подключены к отдельным входам преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого является выходом устройства.
Новая совокупность существенных признаков, а именно включение дополнительных блоков, выполняющих преобразование (1), и преобразователя параллельного кода в последовательный позволяет повысить точность измерения параметров неравномерных шумов, присутствующих в канале связи, используемых в дальнейшем для формирования исходных данных при расчете несущих и опорных колебаний в системах передачи информации.
Проведенный анализ уровня техники установил, что аналоги, имеющие совокупность признаков, тождественных всем признакам заявленного формирователя матрицы шумов, отсутствуют. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности "новизна".
Заявленное устройство может быть декомпозировано до уровня известных функциональных блоков, модулей, узлов, описанных в технической литературе и зарегистрированных установленным порядком в патентных реестрах и может применяться в модемах для цифровых абонентских линий типа xDSL. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "промышленная применимость".
Заявленное устройство поясняется чертежами:
- фиг. 1 - функциональная схема формирователя матрицы шумов;
- фиг. 2 - зависимость значения элементов матрицы шумов в канале связи от порядковых номеров этих элементов.
2
2
2
2
2
Формирователь матрицы шумов содержит канал связи 1, анализатор импульсной характеристики 2, генератор дельта-импульсов 3, линии задержки 4-1-4-N-1, умножители 5-1-5-N+N, интеграторы 6-1-6-N, сумматоры 7-1-7-N и преобразователь параллельного кода в последовательный 8. Выход канала связи 1 соединен с входом анализатора импульсной характеристики 2, выход которого подключен ко вторым входам умножителей 5-1-5-N. Выход генератора дельта-импульсов 3 соединен с входом первой линии задержки 4-1 и со вторым входом первого умножителя 5-1, а выход каждой j-й линии задержки 4-j (j=1, 2, …, N-1) подключен к входу (j+1)-й линии задержки и ко второму входу i-го умножителя 5-i. Выход N-1 линии задержки 4-N-1 соединен с первым входом N-го умножителя 5-N, а выход каждого i-го умножителя 5-i (i=1, 2, …, N) соединен со входом i-го интегратора 6-i. Выход каждого интегратора 6-i подключен к первым входам k-х умножителей 5-k (k=N+i, 2N+i, …, N+N) и вторым входам n-х умножителей 5-n (n=i·N+1, i·N+2, …, i·N+N). Выход каждого k-го умножителя 5-k соединен со входом m-го сумматора 7-m (m=k-N), а выходы всех сумматоров 7-1-7-N подключены соответственно к разным входам (1-N) преобразователя параллельного кода в последовательный 8, выход которого является выходом формирователя матрицы шумов.
В качестве генератора дельта-импульсов могут быть использован генератор типа Г5-62, а в качестве анализатора импульсной характеристики 2 - цифровой запоминающий осциллограф типа С9-28. Генератор дельта-импульсов 3, линии задержки 4, умножители 5, интеграторы 6, сумматоры 7 и преобразователь параллельного кода в последовательный 8 могут быть реализованы на микропроцессорах цифровой обработки сигналов фирмы Texas Instruments серии TMS320C54×× [Рыболовлев А.А., Афанасьев А.А. Разработка цифровых систем на основе процессоров TMS320C54××. Пособие. - Орел: Академия ФСО России, 2013. - 70 с.].
Формирователь матрицы шумов работает следующим образом.
i
n
n
n
2
2
Из ненагруженного канала связи 1 на вход анализатора импульсной характеристики 2 поступает сигнал, представляющий собой смесь шумов и помех, присутствующих в канале связи без информационного сигнала. Анализатор импульсной характеристики 2 из полученной смеси формирует реализацию шумов канала связи n(t) длительностью T, которая перемножается с импульсами, сформированными в генераторе дельта-импульсов 3, и сдвинутыми по времени линиями задержки 4-1-4-N-1 в умножителях 5-1-5-N. С выхода каждого из умножителей 5-1-5-N поступает соответствующий элемент вектора n(t)ψ(t) на входы интеграторов 6-1-6-N, в которых осуществляется преобразование (1). При этом на выходе каждого i-го интегратора 6-i (i=1, 2, …, N) формируется K элементов вектора n. Далее эти элементы поступают на соответствующие входы умножителей 5-k (k=N+1, N+2, …, N+N), на выходах каждого из которых образуется произведение одного элемента матрицы . В сумматорах 7-1-7-N осуществляется суммирование (2), и на их выходах формируются элементы матрицы шумов М. Преобразователь параллельного кода в последовательный 8 выполняет последовательное считывание элементов матрицы М, перебирая сначала элементы первой строки, потом второй и так далее вплоть до N-й. В результате на выходе преобразователя параллельного кода в последовательный код 8 формируется последовательность элементов матрицы шумов М.
На фиг. 2 представлена зависимость значения элементов матрицы шумов в канале связи от порядковых номеров этих элементов. Положительный эффект от использования формирователя матрицы шумов состоит в том, что он позволяет измерять значения коэффициентов корреляции шумов в канале связи (на фиг. 2 номера отсчетов соответствуют наддиагональным и поддиагональным элементам матрицы шумов), а не только значения их дисперсий, которые представлены диагональными элементами. Формирователь матрицы шумов может применяться в качестве устройства, формирующего на основе измерений характеристик шумов канала связи исходные данные для оптимального выбора несущих и опорных колебаний в системах передачи информации.