RU2341808C1 - Device for measurement of signal/noise ratio - Google Patents
Device for measurement of signal/noise ratio Download PDFInfo
- Publication number
- RU2341808C1 RU2341808C1 RU2007117230/28A RU2007117230A RU2341808C1 RU 2341808 C1 RU2341808 C1 RU 2341808C1 RU 2007117230/28 A RU2007117230/28 A RU 2007117230/28A RU 2007117230 A RU2007117230 A RU 2007117230A RU 2341808 C1 RU2341808 C1 RU 2341808C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- signal
- input
- unit
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации, радионавигации и системах связи для измерения отношения сигнал/шум, повышения точности и достоверности получаемой информации или контроля качества канала связи.The invention relates to radio engineering and can be used in radar, radio navigation and communication systems to measure the signal-to-noise ratio, improve the accuracy and reliability of the information received or control the quality of the communication channel.
Известно устройство измерения отношения сигнал/шум, обеспечивающее измерение среднего значения результирующей фазы, которое зависит от сложившегося отношения сигнал/шум [1]. В данном устройстве сигнал и шум принимаются антенной и приемником, а на выходе синхронно-фазового детектора формируется сигнал результирующей фазы смеси сигнала и шума. Полученные значения фазы усредняются и через блок памяти поступают на индикатор, который оцифрован в соответствии с зависимостью значений результирующей фазы от отношения сигнал/шум. Устройство содержит в своем составе два ограничителя, которые являются нелинейными элементами и вносят искажения в оцениваемую смесь сигнала и шума, что, в свою очередь, влияет на точность измерения.A device for measuring the signal-to-noise ratio, providing a measurement of the average value of the resulting phase, which depends on the prevailing signal-to-noise ratio [1]. In this device, the signal and noise are received by the antenna and the receiver, and the signal of the resulting phase of the signal-noise mixture is formed at the output of the synchronous-phase detector. The obtained phase values are averaged and fed to the indicator through the memory block, which is digitized in accordance with the dependence of the resulting phase values on the signal-to-noise ratio. The device contains two limiters, which are nonlinear elements and introduce distortions into the estimated mixture of signal and noise, which, in turn, affects the measurement accuracy.
Известно устройство, обеспечивающее оценку отношения сигал/шум, в состав устройства входят линии задержки и сумматоры, которые выделяют шумовую и сигнальную составляющие [2]. Недостатками устройства являются потребность в настройке параметров линий задержек, низкая стабильность параметров и неэффективность работы при изменении частоты входного сигнала, так как время задержки должно быть кратным целому числу полупериодов входного колебания.A known device that provides an estimate of the signal / noise ratio, the device includes delay lines and adders that emit noise and signal components [2]. The disadvantages of the device are the need to adjust the parameters of the delay lines, low stability of the parameters and inefficiency when changing the frequency of the input signal, since the delay time must be a multiple of an integer number of half-periods of the input oscillation.
Из известных устройств оценки отношения сигнал/шум наиболее близким к заявляемому по своему техническому исполнению является устройство [3], обеспечивающее оценку дисперсии фазы путем сравнения с генерируемыми опорными функциями фазы, результирующие значения отношения сигнал/шум получаются в результате преобразования полученной дисперсии фазы в блоке вычисления отношения сигнал/шум. Устройство включает в свой состав последовательно соединенные антенну, приемник, измеритель фазы, блок памяти, блок вычитания, блок вычисления дисперсии фазы, блок вычисления отношения сигнал/шум и индикатор, в состав устройства также входят блоки, обеспечивающие сравнение значений фазы сигнала и шума с опорными функциями, блоки генерирования опорных функций и блоки обнаружения сигнала.Of the known devices for assessing the signal-to-noise ratio, the closest to the claimed technical performance is the device [3], which provides an estimate of the phase dispersion by comparing with the generated phase reference functions, the resulting signal-to-noise ratio is obtained by converting the obtained phase dispersion in the calculation unit signal to noise ratio. The device includes a series-connected antenna, receiver, phase meter, memory unit, a subtraction unit, a phase dispersion calculation unit, a signal-to-noise ratio calculation unit, and an indicator; the device also includes blocks that provide comparison of signal and noise phase values with reference functions, blocks generating reference functions and signal detection blocks.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность исполнения и низкие точностные характеристики.The disadvantages of the known device include the complexity of execution and low accuracy characteristics.
В основу изобретения положена задача повышения точности измерения отношения сигнал/шум при одновременном упрощении устройства.The basis of the invention is the task of improving the accuracy of measuring the signal-to-noise ratio while simplifying the device.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве измерения отношения сигнал/шум, содержащем последовательно включенные антенну, приемник, измеритель фазы, блок вычисления дисперсии фазы, блок вычисления отношения сигнал/шум, индикатор, согласно изобретению блок вычисления дисперсии фазы содержит последовательно соединенные первый квадратор, первый накапливающий сумматор, первый умножитель, выход которого подключен к первому входу блока вычитания, при этом вход первого квадратора объединен с входом второго накапливающего сумматора и является первым входом блока вычисления дисперсии фазы, а выход второго накапливающего сумматора подключен ко второму умножителю, последовательно соединенному с вторым квадратором, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания, выход блока вычитания является выходом блока вычисления дисперсии фазы, а второй и третий входы блока вычисления дисперсии фазы являются соответственно вторым входом второго умножителя и первого умножителя.The problem is solved in that in a signal-to-noise ratio measuring device comprising an antenna, a receiver, a phase meter, a phase dispersion calculation unit, a signal-to-noise ratio calculation unit, an indicator, according to the invention, the phase dispersion calculation unit comprises a first quadrator connected in series, the first accumulating adder, the first multiplier, the output of which is connected to the first input of the subtraction unit, while the input of the first quadrator is combined with the input of the second accumulating adder and is the first input of the phase dispersion calculation block, and the output of the second accumulating adder is connected to a second multiplier connected in series with the second quadrator, the output of which is connected to the second input of the subtraction block, the output of the subtraction block is the output of the phase dispersion calculation block, and the second and third inputs of the block phase dispersion calculations are respectively the second input of the second multiplier and the first multiplier.
На фиг.1 показана структурная схема устройства измерения отношения сигнал/шум, на фиг.2 - схема блока вычисления дисперсии фазы, а на фиг.3 - зависимость значений среднеквадратического отклонения от сложившегося соотношения сигнал/шум.In Fig.1 shows a structural diagram of a device for measuring the signal-to-noise ratio, Fig.2 is a diagram of the phase dispersion calculation unit, and Fig.3 is a dependence of the standard deviation from the existing signal to noise ratio.
Устройство измерения отношения сигнал/шум содержит последовательно соединенные антенну 1, приемник 2, измеритель фазы 3, блок измерения дисперсии фазы 4, блок вычисления отношения сигнал/шум 5 и индикатор 6. Блок вычисления дисперсии фазы 4 в своем составе имеет последовательно соединенные первый квадратор 7, первый накапливающий сумматор 8, первый умножитель 9, выход которого подключен к первому входу блока вычитания 10, при этом вход первого квадратора 7 объединен со входом второго накапливающего сумматора 11 и является первым входом блока вычисления дисперсии фазы 4, выход второго накапливающего сумматора 11 подключен ко второму умножителю 12, последовательно соединенному со вторым квадратором 13, выход последнего соединен со вторым входом блока вычитания 10. Выход блока вычитания 10 является выходом блока вычисления дисперсии фазы 4. Второй и третий входы блока вычисления дисперсии фазы 4 - это вторые входы соответственно второго умножителя 12 и первого умножителя 9.The signal-to-noise ratio measuring device comprises a series-connected
При технической реализации антенна 1, приемник 2 и измеритель фазы 3 выполняются как типовые элементы радиосистем. Приемник 2 содержит усилители высокой частоты, преобразователи частоты и усилители промежуточной частоты. В качестве измерителя фазы 3 целесообразно использовать измеритель, который содержит преобразователь фазового сдвига между сравниваемыми сигналами y(t) и x(t) во временной интервал, который заполняется счетными импульсами [4]. Квадраторы, умножители и накапливающие сумматоры являются известными и достаточно подробно описаны в справочнике по интегральным микросхемам [6]. В качестве блока вычитания 10 возможно использовать сумматор, на второй вход которого полученное среднее значение фазы поступает в дополнительном коде [7]. Блок вычисления отношения сигнал/шум 5 может быть выполнен в виде дешифратора или перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) [6]. Индикатор 6 может быть выполнен как цифровой индикатор [6].In the technical implementation of the
Устройство измерения отношения сигнал/шум работает следующим образом.A device for measuring signal-to-noise ratio operates as follows.
Аддитивная смесь полезного сигнала и узкополосного шума формируется антенной 1 и приемником 2 и поступает на измеритель фазы 3 (фиг.1), где производится преобразование фазового сдвига между сигналами y(t) и x(t) во временной интервал [4], который заполняется счетными импульсами. Результат измерения фазы представляет собой числа Ni, которые подвергаются статистической обработке для определения дисперсии фазы по алгоритму, рассматриваемому ниже.An additive mixture of the useful signal and narrowband noise is generated by the
Особенности статистических характеристик фазы аддитивной смеси и возможность нахождения дисперсии фазы рассмотрим на примере поведения полной фазы смеси, которую при узкополосном стационарном шуме найдем из аддитивной смеси сигнала и шума:We will consider the features of the statistical characteristics of the additive mixture phase and the possibility of finding the phase dispersion using the example of the behavior of the total mixture phase, which for narrow-band stationary noise can be found from the additive signal-noise mixture:
x(t)=Umcos(ω0t+φ0)+Un(t)cos[ω0t+θ(t)]=U(t)cosФ(t),x (t) = U m cos (ω 0 t + φ 0 ) + U n (t) cos [ω 0 t + θ (t)] = U (t) cos Ф (t),
где Um, ω0, φ0 - амплитуда, угловая частота и начальная фаза сигнала.where U m , ω 0 , φ 0 - amplitude, angular frequency and initial phase of the signal.
Un(t), θ(t) - огибающая и фаза шума.U n (t), θ (t) is the envelope and the noise phase.
U(t) - огибающая смеси сигнала и шума.U (t) is the envelope of the mixture of signal and noise.
Ф(t)=ω0t+φ(t) - полная фаза смеси, состоящая из линейного ω0t и случайного φ(t) слагаемого.F (t) = ω 0 t + φ (t) - total phase mixture consisting of a linear ω 0 t and random φ (t) term.
Случайный характер φ(t) обусловлен в основном действующим в приемнике аддитивным шумом, а статистические характеристики зависят от отношения сигнал/шум и определяют мощность фазовых флуктуаций.The random nature of φ (t) is mainly due to the additive noise operating in the receiver, and the statistical characteristics depend on the signal-to-noise ratio and determine the power of phase fluctuations.
Случайное слагаемое полной фазы смеси Ф(t) характеризуется плотностью распределения вероятностей фазы смеси и определяется выражением [5]:The random term of the total phase of the mixture Φ (t) is characterized by the probability density distribution of the mixture phase and is determined by the expression [5]:
где F(*) - функция Лапласа;where F (*) is the Laplace function;
q=Um/σ - отношение амплитуды сигнала к среднеквадратическому значению шума;q = U m / σ is the ratio of the signal amplitude to the rms value of the noise;
σ2=W0Fэ - мощность шума в канале связи;σ 2 = W 0 F e - noise power in the communication channel;
W0 - интенсивность энергетического спектра входного шума;W 0 - the intensity of the energy spectrum of the input noise;
Fэ - эффективная полоса пропускания приемника.F e - the effective bandwidth of the receiver.
Плотность распределения фазы симметрична в интервале [φ0-π; φ0+π], а дисперсия фазы может быть найдена по формуле:The phase distribution density is symmetric in the interval [φ 0 -π; φ 0 + π], and the phase dispersion can be found by the formula:
Дисперсия фазы вычисляется при статистической обработке результата N фазовых измерений Ni по формуле, обеспечивающей несмещенную оценку:The phase dispersion is calculated by statistical processing of the result of N phase measurements N i according to the formula providing an unbiased estimate:
где Ni - цифровые отсчеты фазы, получаемые в измерителе фазы 3,where N i - digital phase readings obtained in the phase meter 3,
N - количество усредняемых отсчетов.N is the number of averaged samples.
i=1÷N.i = 1 ÷ N.
Ncp - среднее значение фазы смеси, получаемое в блоке 4.N cp - average value phase mixture obtained in
При технической реализации заявляемого устройства удобнее преобразовать (2) к видуWith the technical implementation of the claimed device, it is more convenient to convert (2) to the form
а учитывая, что получим рабочую формулу:and given that we get the working formula:
или при N>>1or at N >> 1
который и положен в основу работы устройства.which is the basis of the device.
Чтобы реализовать вычисление значений дисперсии фазы в соответствии с (3) в блоке 4 используются квадраторы 7 и 13, накапливающие сумматоры 8 и 11, умножители на константу 9 и 12 и блок вычитания 10. Поступившие на первый вход блока вычисления дисперсии фазы 4 цифровые отсчеты Ni возводятся в квадрат в первом квадраторе 7, суммируются в первом накапливающем сумматоре 8 и умножаются на константу в первом умножителе 9, таким образом реализуется алгоритм вычисления при этом параллельно производится накапливание этих отсчетов (Ni) во втором сумматоре 11, умножение на константу во втором умножителе 12 для вычисления среднего значения Nср и возведение в квадрат во втором квадраторе 13, таким образом реализуется операция вычисления Nср 2. Эта операция происходит параллельно с вычислением После этого полученные значения вычитаются в блоке вычитания 10 в соответствии с (3) и на выходе блока вычисления дисперсии фазы 4 появляются цифровые отсчеты дисперсии фазы в требуемом диапазоне.To implement the calculation of the phase dispersion values in accordance with (3), in
В предлагаемом устройстве предполагается, что для заданного диапазона значений дисперсии фазы значения отношения сигнал/шум предварительно рассчитываются и размещаются в ППЗУ блока вычисления отношения сигнал/шум с необходимой дискретностью. Зависимость значений среднеквадратического отклонения фазы от сложившегося соотношения сигнал/шум показана на фиг.3.In the proposed device, it is assumed that for a given range of phase dispersion values, the signal-to-noise ratio values are pre-calculated and placed in the ROM of the signal-to-noise ratio calculation unit with the necessary discreteness. The dependence of the standard deviation of the phase on the prevailing signal-to-noise ratio is shown in FIG. 3.
Так, если отношение сигнал/шум изменится от q1=3 до q2=3.3, то эти значения пересчитываются в значения среднеквадратического отклонения фазы от σφ1=0.715 до σφ2=0.678.So, if the signal-to-noise ratio changes from q 1 = 3 to q 2 = 3.3, then these values are recalculated into the mean square deviation of the phase from σ φ1 = 0.715 to σ φ2 = 0.678.
Требование к точности измерения дисперсии фазы σφ 2 можно предъявить, воспользовавшись результатами, согласно которым дисперсия оценки дисперсии фазы по дискретным отсчетам определяется формулойThe requirement for the accuracy of measuring the phase dispersion σ φ 2 can be presented using the results according to which the variance of the phase dispersion estimate from discrete samples is determined by the formula
где Where
- нормированная корреляционная функция фазовых отсчетов, взятых с интервалом Т0; - normalized correlation function of phase samples taken with an interval of T 0 ;
N - количество усредняемых отсчетов.N is the number of averaged samples.
Выбирая интервал Т0 больше интервала корреляции τk(Т0>τk), который, в свою очередь, определяется полосой пропускания приемника 2 (τk=1/Fэ), т.е. обеспечивая некоррелированные выборки, погрешность измерения дисперсии фазы можно определить следующим образом:Choosing the interval T 0 is greater than the correlation interval τ k (T 0 > τ k ), which, in turn, is determined by the passband of receiver 2 (τ k = 1 / F e ), i.e. providing uncorrelated samples, the error in measuring the phase dispersion can be determined as follows:
т.е. для обеспечения погрешности измерения отношения сигнал/шум на уровне 1% требуемое число отсчетов N не превышает 102-103.those. to ensure the error in measuring the signal-to-noise ratio at the level of 1%, the required number of samples N does not exceed 10 2 -10 3 .
В заявляемом устройстве измерения отношения сигнал/шум реализован оптимизированный алгоритм оценки дисперсии фазы, что позволяет повысить точность и упростить реализацию структуры предлагаемого устройства. Заявляемое устройство способно вести оперативный контроль за измеряемыми параметрами системы с погрешностью на уровне 1%.In the claimed device for measuring the signal-to-noise ratio, an optimized algorithm for estimating the phase dispersion is implemented, which improves accuracy and simplifies the implementation of the structure of the proposed device. The inventive device is able to conduct operational control of the measured parameters of the system with an error of 1%.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство №1337834, G01R 29/26.1. Copyright certificate No. 1337834, G01R 29/26.
2. Авторское свидетельство СССР №808996, G01R 29/26, 1981.2. USSR author's certificate No. 808996, G01R 29/26, 1981.
3. Патент РФ №02117954, G01R 29/16, 1998.3. RF patent No. 02117954, G01R 29/16, 1998.
4. Чмых М.К. Цифровая фазометрия. - М., 1993, с.7-9.4. Chmykh M.K. Digital phase metering. - M., 1993, p. 7-9.
5. Пестряков В.Б. Фазовые радиотехнические системы. - М., 1968, с.23-25, с.163-169.5. Pestryakov VB Phase radio engineering systems. - M., 1968, p.23-25, p.163-169.
6. Справочник по интегральным микросхемам / Под ред. Б.В.Тарабрина. - М., 1981, с.58-62.6. Handbook of integrated circuits / Ed. B.V. Tarabrina. - M., 1981, p. 58-62.
7. Гитис Э.И. Преобразователи информации для ЭЦВУ, 1975, с.153-160.7. Gitis E.I. Information converters for ETsVU, 1975, p.153-160.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117230/28A RU2341808C1 (en) | 2007-05-08 | 2007-05-08 | Device for measurement of signal/noise ratio |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117230/28A RU2341808C1 (en) | 2007-05-08 | 2007-05-08 | Device for measurement of signal/noise ratio |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2341808C1 true RU2341808C1 (en) | 2008-12-20 |
Family
ID=40375291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007117230/28A RU2341808C1 (en) | 2007-05-08 | 2007-05-08 | Device for measurement of signal/noise ratio |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2341808C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501030C2 (en) * | 2012-02-28 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Дальприбор" | Correlation signal detector |
RU2548032C2 (en) * | 2012-12-11 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Method of estimating signal-to-noise ratio using phase-modulated signals |
-
2007
- 2007-05-08 RU RU2007117230/28A patent/RU2341808C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501030C2 (en) * | 2012-02-28 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Дальприбор" | Correlation signal detector |
RU2548032C2 (en) * | 2012-12-11 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Method of estimating signal-to-noise ratio using phase-modulated signals |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7479921B2 (en) | Distance measuring device, distance measuring method and distance measuring program | |
US6316945B1 (en) | Process for harmonic measurement accuracy enhancement | |
JP2014103671A (en) | Calibration method of rf signal source and amplitude flatness and phase linearity calibration unit | |
US10237001B2 (en) | Method and measuring device for intermodulation measurement | |
CN105490760B (en) | Variable frequency sensor and system for providing at least radio frequency signal parameters | |
CN1968161B (en) | Filter equalization using magnitude measurement data | |
CN109164300B (en) | Microwave frequency high-precision measurement system and method based on harmonic amplification | |
RU2737415C1 (en) | Concrete construction probing using electromagnetic waves | |
CN104914453B (en) | A kind of multichannel pseudo range measurement device and method based on carrier phase | |
US9244156B1 (en) | Orthogonal polarization signal agnostic matched filter | |
RU2341808C1 (en) | Device for measurement of signal/noise ratio | |
US6597161B2 (en) | Method and apparatus for spectrum analysis with variable detection latency and multiple layer coherent integrations | |
US6396287B1 (en) | Process for measuring output harmonic relative to output fundamental with enhanced accuracy | |
Mahlooji et al. | Very high resolution digital instantaneous frequency measurement receiver | |
US6292000B1 (en) | Process for harmonic measurement with enhanced phase accuracy | |
US7224717B1 (en) | System and method for cross correlation receiver | |
EP4119954A1 (en) | Measurement system | |
Darvin et al. | Analysis of autocorrelation based frequency measurement algorithm for IFM receivers | |
Hill et al. | Laboratory performance of spread spectrum detectors | |
Sorochan et al. | J-correlation direction finder with improved characteristics of a time delay meter | |
Kvachev et al. | Research of Instantaneous Frequency Measurement Receiver | |
RU2548032C2 (en) | Method of estimating signal-to-noise ratio using phase-modulated signals | |
RU2773481C1 (en) | Method for determining the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal | |
RU2747440C1 (en) | Method for quick measurement of the microwave frequency with prior multiplication of the frequency and reduced requirements for the bandwidth of the delay line | |
RU2758342C1 (en) | Spectral method for measuring frequency deviation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140509 |