RU2072522C1 - Method and device for measuring low signal-to-noise ratios - Google Patents
Method and device for measuring low signal-to-noise ratios Download PDFInfo
- Publication number
- RU2072522C1 RU2072522C1 RU93021127A RU93021127A RU2072522C1 RU 2072522 C1 RU2072522 C1 RU 2072522C1 RU 93021127 A RU93021127 A RU 93021127A RU 93021127 A RU93021127 A RU 93021127A RU 2072522 C1 RU2072522 C1 RU 2072522C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- narrow
- input
- output
- signal
- band
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиоизмерений, а именно к измерению отношений сигнал/шум. The invention relates to the field of radio measurements, namely to measuring signal-to-noise ratios.
Известен способ измерения отношения сигнал/шум путем частотной селекции принимаемой смеси сигнала и шума, нормирования ее по уровню, формирования из нее двух сумм сигнала с шумом, с зависимыми сигнальными составляющими, перемножения полученных сумм и усреднения результата перемножения, две суммы сигнала с шумом формируют в виде некоррелированных квадратурных составляющих смеси сигнала с шумом, поворачивают их по фазе по отношению друг к другу на 90o (авт.св. N 1441334, Б.И.44.88 г.).A known method of measuring the signal-to-noise ratio by frequency selection of the received mixture of signal and noise, normalizing it by level, generating from it two sums of the signal with noise, with dependent signal components, multiplying the resulting sums and averaging the result of multiplication, two sums of the signal with noise are formed in in the form of uncorrelated quadrature components of the signal-to-noise mixture, they are rotated in phase with respect to each other by 90 ° (Aut. St. N 1441334, B.I. 44.88 g.).
Известно также, устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее последовательно соединенные первый квадратор, первый узкополосный фильтр, а также первый вычислитель и вычислитель отношений сигнал/шум, первый вход которого подключен к выходу первого вычислителя, введены n-входовой мультиплексор и n-каналов, каждый из которых содержит интегратор и соединенные последовательно вычислитель, квадратор, узкополосный фильтр, преобразователь и функциональный преобразователь, при этом выход первого квадратора соединен со входами интегратора и вычислителя первого канал, выход квадратора первого канала соединен со входами интегратора и вычислителя второго канала и так далее, выход квадратора n-го канала соединен со входами интегратора и вычислителя n-го канал соответственно, а выход интегратора каждого канала соединен со вторым входом вычислителя этого же канала соответственно, выход первого преобразователя подключен к первому входу мультиплексора, выход функционального преобразователя первого канала подключен ко второму входу мультиплексора и т. д. выход функционального преобразователя n-го канала подключен к n-му входу мультиплексора соответственно, выход которого соединен со вторыми входами первого вычислителя и вычислителя отношения сигнал/шум соответственно, а выход интегратора первого канала подключен также к первому входу первого вычислителя. It is also known that a device for measuring the signal-to-noise ratio, comprising a first quadrator, a first narrow-band filter, as well as a first signal-to-noise ratio computer and its first input connected to the output of the first computer, has an n-input multiplexer and n-channels , each of which contains an integrator and connected in series calculator, quadrator, narrow-band filter, converter and functional converter, while the output of the first quadrator is connected to the inputs of the int the generator and the calculator of the first channel, the quadrator output of the first channel is connected to the inputs of the integrator and the calculator of the second channel, and so on, the quadrator output of the nth channel is connected to the inputs of the integrator and the calculator of the nth channel, respectively, and the output of the integrator of each channel is connected to the second input of the calculator of the same channel, respectively, the output of the first converter is connected to the first input of the multiplexer, the output of the functional converter of the first channel is connected to the second input of the multiplexer, etc. ceiling elements transducer n-th channel is connected to the n-th input of the multiplexer, respectively, whose output is connected to second inputs of the first calculator and the calculator of the signal / noise ratio, respectively, and a first channel integrator output is also connected to the first input of the first calculator.
Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения отношения сигнал/шум и устройство для его осуществления (авт.св. N 1529148 Б.И.46.89 г. ). Closest to the proposed is a method of measuring the signal-to-noise ratio and a device for its implementation (ed. St. N 1529148 B.I. 46.89).
Способ измерения отношения сигнал/шум, при котором смесь сигнала и шума преобразуют с помощью нелинейного элемента с квадратичной характеристикой, производят измерение значений спектральной плотности мощности процесса на выходе нелинейного элемента в двух частотных диапазонах, границей разделения которых является половинное значение ширины спектра шума /сигнала/, вычисляют функцию от этих величин, по которой судят об искомой величине. A method of measuring the signal-to-noise ratio, in which a signal-to-noise mixture is converted using a non-linear element with a quadratic characteristic, the spectral power density of the process at the output of the non-linear element is measured in two frequency ranges, the separation boundary of which is half the width of the noise / signal spectrum / , calculate the function of these quantities, which judge the desired value.
Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержит нелинейный элемент с квадратурной характеристикой, вход которого является входом устройства, последовательно соединенные первый квадратор, первый фильтр нижних частот и делитель, выход которого является выходом устройства, а также второй фильтр нижних частот, введенные первый полосовой фильтр, последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу нелинейного элемента, и второй квадратор, а также вычитатель, первый вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, а выход ко второму входу делителя, при этом входы первого и второго полосовых фильтров подключены к выходу нелинейного элемента, выход первого полосового фильтра подключен к входу первого квадратора, а выход второго квадратора ко входу фильтра нижних частот. A device for measuring the signal-to-noise ratio contains a non-linear element with a quadrature characteristic, the input of which is the input of the device, the first quadrator, the first low-pass filter and the divider, the output of which is the output of the device, and the second low-pass filter, the first band-pass filter connected in series to a second band-pass filter, the input of which is connected to the output of the nonlinear element, and a second quadrator, as well as a subtractor, the first input of which is connected to the output the second low-pass filter, and the output to the second input of the divider, while the inputs of the first and second band-pass filters are connected to the output of the nonlinear element, the output of the first band-pass filter is connected to the input of the first quad, and the output of the second quad to the low-pass filter input.
Основным недостатком существующих измерителей отношений сигнал/шум, в том числе взятых в качестве аналога является низкая точность измерения в области малых отношений сигнал/шум, а именно в диапазоне 0 < C/Ш <3. The main disadvantage of existing signal-to-noise ratio meters, including those taken as an analogue, is the low measurement accuracy in the region of small signal-to-noise ratios, namely in the range 0 <C / W <3.
Измеритель отношений сигнал/шум принятый за прототип предназначен для измерения отношения в диапазоне именно этих значений. The signal-to-noise ratio meter adopted as a prototype is intended to measure the ratio in the range of precisely these values.
Однако, следует отметить, что нелинейный элемент является по сути амплитудным детектором. Поэтому, существует возможность, что отдельные компоненты спектров сигнала и шума будут детектироваться в режиме "слабого" сигнала, т.е. на нелинейной части ВАХ нелинейного элемента, в то время как другие будут детектироваться в режиме "сильного" сигнала. Это обстоятельство будет оказывать существенное влияние на точность измерения. Для устранения вышеизложенного источника погрешности необходимо либо предусмотреть предварительное усиление смеси сигнала и шума для обеспечения детектирования в режиме "сильного" сигнала, либо применить другой способ преобразования входного процесса. However, it should be noted that the nonlinear element is essentially an amplitude detector. Therefore, it is possible that individual components of the signal and noise spectra will be detected in the “weak” signal mode, i.e. on the nonlinear part of the I – V characteristic of the nonlinear element, while others will be detected in the “strong” signal mode. This circumstance will have a significant impact on the accuracy of the measurement. To eliminate the above source of error, it is necessary either to provide for preliminary amplification of the signal-noise mixture to ensure detection in the “strong” signal mode, or to apply another method for converting the input process.
Задача изобретения упрощение реализации и повышение точности измерения в области малых отношений сигнал/шум, по сравнению с прототипом. The objective of the invention is to simplify the implementation and improve the measurement accuracy in the field of small signal-to-noise ratios, in comparison with the prototype.
Задача решается использованием нового принципа преобразования входного сигнала посредством изменения фазы ВЧ-составляющей и поэтому соответствующей критерию "новизна", и критерию "изобретательский уровень". The problem is solved by using the new principle of converting the input signal by changing the phase of the RF component and therefore corresponding to the criterion of "novelty" and the criterion of "inventive step".
Задача решается тем, что в способе измерения отношения сигнал/шум отношения сигнал/шум, включающем узкополосную фильтрацию входного широкополосного процесса, изменяют фазу выходного узкополосного процесса на 180o при переходе огибающей узкополосного процесса через нуль, с помощью коммутатора фазы и устройства управления, и сравнивают спектры выходного узкополосного процесса и того же процесса, но преобразованного коммутатором фазы, посредством анализатора спектра производят оценку отношения сигнал/шум по различию в формах спектров выходного узкополосного процесса, преобразованного коммутатором фазы.The problem is solved in that in the method of measuring the signal-to-noise ratio, the signal-to-noise ratio, including narrow-band filtering of the input broadband process, change the phase of the output narrow-band process by 180 ° when the envelope of the narrow-band process passes through zero, using the phase switch and the control device, and compare the spectra of the output narrow-band process of the same process, but transformed by the phase switch, using a spectrum analyzer, evaluate the signal-to-noise ratio by the difference in the shapes of the spectra in Khodnev narrowband process converted the phase switch.
В устройстве задача решается тем, что в устройство измерения отношений сигнал/шум, содержащем узкополосный фильтр, введены устройство управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора фазы, выход которого соединен с анализатором спектра, через переключатель, вторая клемма которого соединена со входами коммутатора фазы и устройства управления и выходом узкополосного фильтра, а вход узкополосного фильтра является входом устройства. In the device, the problem is solved in that a control device is introduced into the signal-to-noise ratio measuring device containing a narrow-band filter, the output of which is connected to the control input of the phase switch, the output of which is connected to the spectrum analyzer through a switch, the second terminal of which is connected to the inputs of the phase switch and a control device and the output of the narrow-band filter, and the input of the narrow-band filter is the input of the device.
Большинство радиотехнических систем являются как правило узкополосными, для которых справедливо следующее условие:
Δf≪ fпр (1) ,
где Δf ширина спектра выходного сигнала,
Δfпр промежуточная частота приемно-регистрирующей системы.Most radio systems are usually narrow-band, for which the following condition is true:
Δf« f pr (1),
where Δf is the width of the spectrum of the output signal,
Δf pr intermediate frequency receiving and recording system.
Как следует из (Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М."Советское радио", 1966) [1] при воздействии на такую систему стационарных флуктуаций с широким спектром на выходе в общем случае имеем узкополосный шум ξ(t).
Флуктуации ξ(t) можно представить в виде гармонического сигнала, случайно модулированного по амплитуде и фазе
ξ(t) = A(t)cos[ωot+Φ(t)] (2)
A(t) и Φ(t) медленно изменяющиеся функции по сравнению с cosωot, представляющие огибающую и случайную фазу узкополосного процесса.As follows from (Tikhonov V. I. Statistical Radio Engineering. M. Sovetskoe Radio, 1966) [1] when such a system of stationary fluctuations with a wide spectrum at the output is exposed, in the general case we have narrow-band noise ξ (t).
The fluctuations ξ (t) can be represented as a harmonic signal randomly modulated in amplitude and phase
ξ (t) = A (t) cos [ω o t + Φ (t)] (2)
A (t) and Φ (t) are slowly changing functions compared to cosω o t, which represent the envelope and random phase of the narrow-band process.
Если на выход узкополосной системы подается нормальный широкополосный шум, то выходной процесс ξ(t) и огибающая A(t)будут также нормальными с нулевым средним значением [1] т.к. выходной сигнал является линейным преобразованием входного нормального процесса. If normal broadband noise is supplied to the output of the narrowband system, then the output process ξ (t) and the envelope A (t) will also be normal with a zero average value [1] since the output signal is a linear transformation of the input normal process.
Рассмотрим структуру узкополосного процесса. Представим огибающую A(t) в виде разложения в ряд Фурье:
так как A(t) нормальный случайный процесс с нулевым средним значением, то нулевой член разложения отсутствует.Consider the structure of a narrow-band process. We represent the envelope A (t) in the form of expansion in a Fourier series:
since A (t) is a normal random process with zero mean value, there is no zero term in the expansion.
С учетом этого разложения узкополосный процесс может быть представлен так:
Как следует из (4), узкополосный процесс по своей структуре является АМ-сигналом с подавленной несущей.Given this decomposition, a narrow-band process can be represented as follows:
As follows from (4), the narrow-band process in its structure is an AM signal with a suppressed carrier.
Из полученной формулы следует, что выходной процесс представляет собой результат биения двух сигналов соответствующих боковым полосам. Из теории колебаний известно, что в результате биений двух колебаний результирующий сигнал при переходе огибающей через 0 меняет фазу ВЧ-составляющей на 180o.From the obtained formula it follows that the output process is the result of the beating of two signals corresponding to the side bands. From the theory of oscillations it is known that as a result of the beats of two oscillations, the resulting signal, when the envelope passes through 0, changes the phase of the RF component by 180 o .
Наличие перескоков фазы узкополосных случайных сигналов известно из теории узкополосных сигналов [1]
Если изменить фазу ВЧ-составляющей узкополосного процесса на 180o, при переходе огибающей через 0, то структура его изменится и будет соответствовать АМ-сигналу с несущей.The presence of phase jumps of narrowband random signals is known from the theory of narrowband signals [1]
If you change the phase of the RF component of the narrow-band process by 180 o , when the envelope passes through 0, then its structure will change and will correspond to the AM signal from the carrier.
Спектры АМ-сигнала с несущей и без нее имеют явные различия (фиг.1). The spectra of the AM signal with and without a carrier have obvious differences (Fig. 1).
При подаче на коммутатор фазы смеси узкополосного шума и сигнала ширина выходного спектра связана с отношением сигнал/шум следующей зависимостью (фиг.2). When applying to the switch phase mixture of narrow-band noise and signal, the width of the output spectrum is related to the signal-to-noise ratio by the following dependence (Fig. 2).
Таким образом, сравнивая спектры сигналов на входе и выходе коммутатора фазы можно достаточно точно определить отношение сигнал/шум в диапазоне 0 < С/Ш < 3. Thus, comparing the spectra of the signals at the input and output of the phase switch, it is possible to accurately determine the signal-to-noise ratio in the range 0 <S / N <3.
Сравнение может производиться либо по ширине спектра, либо по амплитуде спектральных составляющих. Comparison can be made either by the width of the spectrum or by the amplitude of the spectral components.
Указанный способ измерения малых отношений сигнал/шум может быть реализован при помощи устройства схема которого приведена на фиг.3. The specified method of measuring small signal-to-noise ratios can be implemented using a device whose circuit is shown in Fig.3.
На фиг.4 изображена принципиальная схема устройства управления. Figure 4 shows a schematic diagram of a control device.
Устройство (фиг. 3) состоит из узкополосного фильтра 1, соединенного с анализатором спектра 2 через коммутатор фазы 3 и переключатель 4 и с управляющим входом коммутатора фазы 3 через устройство управления 5. Переключатель 4 имеет два положения 6 и 7; в положении 6 узкополосный фильтр 1 соединен непосредственно с анализатором спектра 2, в положении 7 узкополосный фильтр 1 соединен с анализатором спектра 2 через коммутатор фазы 3. The device (Fig. 3) consists of a narrow-
Измерение по предлагаемому способу с помощью устройства осуществляется следующим образом. Measurement by the proposed method using the device is as follows.
На вход узкополосного фильтра 1 подается смесь сигнала и широкополосного шума. На выходе узкополосного фильтра 1, в общем случае будем иметь сигнал, представляющий собой смесь сигнала и узкополосного шума. При переходе огибающей выходного процесса узкополосного фильтра 1 через 0, устройство управления 5 подает управляющий сигнал на коммутатор фазы 3. Под действием управляющего сигнала коммутатор фазы 3 изменит фазу выходного процесса узкополосного фильтра 1 на 180o.At the input of the narrow-
На экране анализатора спектра 2 наблюдаем спектр узкополосного сигнала (переключатель 4 в положение 6) соответствующий полосе пропускания узкополосного фильтра 1 и расширенный спектр преобразованного узкополосного процесса (переключатель 4 в положение 7), и осуществляем оценку отношения сигнал/шум. On the screen of the
Следует также отметить, что узкополосный фильтр 1 может быть заменен любой узкополосной системой, для которой необходимо измерить отношение сигнал/шум на ее выходе. It should also be noted that the narrow-
Таким образом, в предлагаемом способе измерение отношения сигнал/шум по сравнению с прототипом позволяет достичь более высокой точности измерения, требует меньших материальных затрат и позволяет использовать стандартное оборудование (см. с.2, абзац 4). Thus, in the proposed method, measuring the signal-to-noise ratio in comparison with the prototype allows to achieve higher measurement accuracy, requires less material costs and allows the use of standard equipment (see p. 2, paragraph 4).
В качестве узкополосного фильтра 1 может быть применен любой узкополосный фильтр, например собранный по схеме рис.5.19а (Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. М. Радио и связь, 1988 Массовая радиобиблиотека: Вып. N 1125), коммутатор фазы 3 по схеме 6.1б (Соколинский В. Г. Шейкман В.Г. Частотные и фазовые модуляторы М. Радио и связь, 1983 г.). As a narrow-
В качестве анализатора спектра 2 может быть применен анализатор спектра С4-27 или С4-74 (Радиоизмерительные приборы. 1982 г. Каталог проспект. Центральный отраслевой орган научно-технической информации ЭКОС. М. 1981 г. с. 140). As a
Устройство управления 5 может быть выполнено по схеме фиг.4. Выходной сигнал через конденсатор С1 подается на эмиттерный повторитель собранный на элементах R1, R2, T1, R3. С выхода эмиттерного повторителя сигнал поступает на АМ-детектор на элементах Д1, Р4, С2. The
Далее продетектированный сигнал подается на "детектор нуля", основой которого является компаратор ДД1. Next, the detected signal is fed to a "zero detector", the basis of which is the comparator DD1.
Резистор R5 в сочетании с диодами Д2 и Д3 ограничивает размах входного сигнала. Резистивный делитель служит для того, чтобы ограничивать отрицательные значения на уровне -0,3 В, для нормальной работы компаратора. Resistor R5 in combination with diodes D2 and D3 limits the amplitude of the input signal. The resistive divider is used to limit negative values at the level of -0.3 V, for normal operation of the comparator.
Резисторы R9, R10 определяют ширину петли гистерезиса, а резистор R7 необходим для установки порогов срабатывания компаратора симметрично относительно земли. Сопротивление R1 берется по возможности большим по сравнению с сопротивлениям других резисторов входного делителя для того, чтобы входное сопротивление "детектора нуля" сохраняло постоянное значение и не оказывало влияния на работу АМ-детектора. Выход компаратора ДД1 подключается непосредственно к управляющему входу коммутатора фазы. Resistors R9, R10 determine the width of the hysteresis loop, and resistor R7 is required to set the thresholds for the comparator symmetrically to the ground. The resistance R1 is taken as large as possible compared to the resistances of other resistors of the input divider so that the input resistance of the "zero detector" maintains a constant value and does not affect the operation of the AM detector. The output of the comparator DD1 is connected directly to the control input of the phase switch.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93021127A RU2072522C1 (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Method and device for measuring low signal-to-noise ratios |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93021127A RU2072522C1 (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Method and device for measuring low signal-to-noise ratios |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93021127A RU93021127A (en) | 1995-07-09 |
| RU2072522C1 true RU2072522C1 (en) | 1997-01-27 |
Family
ID=20140756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93021127A RU2072522C1 (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Method and device for measuring low signal-to-noise ratios |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2072522C1 (en) |
-
1993
- 1993-04-21 RU RU93021127A patent/RU2072522C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. SU, Авторское свидетельство N 1441334, G 01R 29/26, 1988 г. 2. SU, Авторское свидетельство N 1529148, G 01R 29/26, 1989 г. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3968427A (en) | Group delay measurement apparatus and method | |
| US2929989A (en) | Intermodulation distortion meter | |
| US4409544A (en) | Instruments for measurement of carrier power and antenna impedance in AM broadcasting | |
| Walls | Secondary standard for PM and AM noise at 5, 10, and 100 MHz | |
| US4004230A (en) | Critical parameter receiver tester | |
| US3621388A (en) | Electronic wave analyzer for determining the frequency and amplitude of components in a complex waveform | |
| RU2072522C1 (en) | Method and device for measuring low signal-to-noise ratios | |
| US3071726A (en) | Frequency modulation measurment method and apparatus | |
| US4860227A (en) | Circuit for measuring characteristics of a device under test | |
| US3821648A (en) | Automatic noise figure indicator | |
| JP3974880B2 (en) | Jitter transfer characteristic measuring device | |
| RU2354981C1 (en) | Method of measuring small signal/noise ratios and device to this effect | |
| JP2587970B2 (en) | Impedance measuring device | |
| RU2225012C2 (en) | Phase-meter | |
| RU2117306C1 (en) | Method for detection of narrow-band signal frequency | |
| US3778704A (en) | Technique for directly measuring a signal-to-noise ratio of a communication circuit | |
| Woods et al. | Improving group delay measurement accuracy using the FM envelope delay technique | |
| US3710249A (en) | Slideback peak circuits with constant tone indications | |
| SU648915A1 (en) | Harmonic analyzer | |
| SU828854A1 (en) | Apparatus for measuring frequency deviation | |
| JPH0533976Y2 (en) | ||
| RU2027318C1 (en) | Parameter measurement method for channels characterized by phase distortions | |
| RU2044327C1 (en) | Device for measuring linear frequency modulated signal | |
| CA2146174C (en) | High precision rf vector analysis system based on synchronous sampling | |
| SU1532889A1 (en) | Apparatus for measuring modulation and attenuation |