устройство для автоматизированного контроля линии связи канала передачи данных

Формула изобретения

Устройство для автоматизированного контроля линии связи канала передачи данных, содержащее модем, состоящий из демодулятора и модулятора, измеритель коэффициента взаимного различия (ИКВР), группу элементов И, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, триггер, регистр, блок измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия, компаратор, блок вывода результатов контроля, аналого-цифрового преобразователя, группу линий задержки, в ИКВР входят два перемножителя, фазовращатель, осуществляющий преобразование по Гильберту сигнала, два интегратора, два квадратора, сумматор, стробирующий блок и нормирующий блок, причем выход фазовращателя подключен к второму входу второго перемножителя, выходы перемножителей подключены соответственно к входам интеграторов, выходы которых подключены соответственно к входам квадраторов, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого подключен к второму входу стробирующего блока, выход которого подключен к второму входу нормирующего блока, измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия состоит из элемента И, удвоителя, квадратора, логарифмирующего устройства, делителя, подключенных последовательно, параллельный выход демодулятора модема подключен к входу компьютера, к входам элемента ИЛИ и к входам элемента ИЛИ-НЕ, и каждый контакт параллельного выхода демодулятора модема через соответствующие линии задержки подключен к одному входу соответствующего элемента И из группы элементов И, к другим входам которых параллельно подключен выход триггера, который также подключен к одному входу элемента И измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, причем установочный вход триггера подключен к выходу элемента ИЛИ, а сбросовый вход триггера подключен параллельно к выходу элемента ИЛИ-НЕ, входам интеграторов, входу стробирующего блока измерителя коэффициента взаимного различия, выход каждого элемента И из группы элементов И подключен к соответствующему информационному контакту параллельного входа модулятора модема и к выходу компьютера, выход нормирующего блока измерителя коэффициента взаимного различия подключен через аналого-цифровой преобразователь к первому входу компаратора, к другому входу которого подключен выход делителя измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, а выходы компаратора (А>В), (А=В), (А<В) подключены к блоку выводов результата контроля, выход регистра подключен к второму входу элемента И измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, вход линии связи в демодулятор и выход модулятора в линию связи модема являются входами заявляемого устройства выход блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума подключен к первому входу делителя измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, отличающееся тем, что дополнительно введены управляемая линия задержки, ключ, вход линии связи в демодулятор подключен к первому входу управляемой линии задержки, а выход управляемой линии задержки подключен параллельно к входам перемножителей измерителя коэффициента взаимного различия, выход модулятора в линию связи подключен к первому входу ключа, выход которого параллельно подключен к управляющему входу управляемой линии задержки, к другому входу первого перемножителя, входу фазовращателя, первому входу нормирующего блока измерителя коэффициента взаимного различия и к входу блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, управляющий вход ключа подключен параллельно к выходу триггера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для создания систем автоматического контроля качества линии связи канала передачи данных без перерыва в приеме несущей частоты, модулированной информационной кодовой последовательностью.

Известно устройство для контроля качества линии связи канала передачи данных, содержащее модем, состоящий из демодулятора и модулятора, измерителя коэффициента взаимного различия (ИКВР), группу элементов И, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, триггер, регистр, блок измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума (авторское свидетельство СССР №1001489, кл. Н04В 3/46), измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия, компаратор, блок вывода результатов контроля, аналого-цифровой преобразователь, группу линий задержки, элемент задержки, (см. патент на изобретение RU 2251723 С2, кл. G05В 23/02).

Недостатком данного устройства является низкая достоверность оценки качества линии связи канала передачи данных, обусловленная измерением и оценкой получаемого коэффициента взаимного различия не только в момент поступления искаженного информационного сигнала из линии связи, но и при поступлении нового информационного сигнала из компьютера корреспонденту в линию связи через модулятор. При этом из линии связи канала передачи данных поступает не информационный сигнал, а помехи, соответственно, на интервале времени передачи сигнала из компьютера коэффициент взаимной корреляции стремится к нулю и значения получаемого коэффициента взаимного различия на этом интервале времени учитываются при оценке качества линии связи на периоде поступления информационного модулированного сигнала из линии связи, что существенно снижает достоверность контроля.

Также в предложенной в прототипе схеме элемент задержки задерживает сигнал Sк(t) на время, необходимое для окончания переходных процессов в демодуляторе, элементах ИЛИ, ИЛИ-НЕ, триггере, группе элементов И, модуляторе. Чем синхроннее на входы измерителя коэффициента взаимного различия поступят контролируемый и эталонный сигналы, тем выше оценка "степени похожести" сигналов, соответственно, выше достоверность оценки. Элемент задержки в прототипе не учитывает задержку сигнала в схемах обработки компьютера демодулированного информационного сигнала, которое различно для разных видов принимаемых информационных сигналов, что снижает достоверность оценки.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля качества линии связи канала передачи данных.

Для достижения поставленной цели в устройство для контроля качества каналов передачи данных, содержащее модем, состоящий из демодулятора и модулятора, измерителя коэффициента взаимного различия (ИКВР), группу элементов И, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, триггер, регистр, блок измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума (авторское свидетельство СССР №1001489, кл. Н04В 3/46), измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия, компаратор, блок вывода результатов контроля, группу линий задержки, аналого-цифровой преобразователь, исключен элемент задержки и дополнительно введен ключ и управляемая линия задержки, причем выход и вход модема со стороны линии связи являются входом устройства и подключены соответственно - выход на вход ключа, выход ключа параллельно подключен к управляющему входу управляемой линии задержки, к входам перемножителя, фазовращателя, нормирующего блока измерителя КВК и к входу блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, а вход демодулятора модема - через управляемую линию задержки параллельно к входам перемножителей измерителя КВК, параллельный выход демодулятора модема подключен к входу компьютера, к входам элемента ИЛИ и к входам элемента ИЛИ-НЕ, и каждый контакт параллельного выхода демодулятора модема подключен к одному входу соответствующего элемента И из группы элементов И, к другим входам которых, к управляющему входу ключа, к первому входу измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, параллельно подключен выход триггера, установочный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а сбросовый вход триггера к выходу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого также подключен к входам интеграторов, стробирующего блока измерителя КВК, выход каждого элемента И из группы элементов И подключен к соответствующему контакту параллельного входа модулятора модема и к выходу компьютера, выход регистра подключен к второму входу измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия, к третьему входу которого подключен выход блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума, а выход измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия подключен к второму входу компаратора, к первому входу которого через аналого-цифровой преобразователь подключен выход измерителя КВР, выходы компаратора подключены параллельно к блоку вывода результата контроля.

На чертеже приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для контроля качества канала передачи данных содержит модем 1, состоящий из демодулятора 1.1 и модулятора 1.2, измерителя коэффициента взаимного различия (ИКВР) 2, группы элементов И 3.1 - И 3.n (количество элементов n определяется количеством информационных контактов параллельного входа модулятора 1.2 модема 1), элемента ИЛИ 4, элемента ИЛИ-НЕ 5, триггера 6, регистра 7, блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума 8 (авторское свидетельство СССР №1001489, кл. Н04В 3/46), измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9, компаратора 10, блок вывода результатов контроля 11, аналого-цифрового преобразователя 12, группы линий задержки 25.1-25.n, управляемой линии задержки 26, ключа 27, причем параллельный выход демодулятора 1.1 модема 1 подключен к входу компьютера, к входам элемента ИЛИ 4 и к входам элемента ИЛИ-НЕ 5, и каждый контакт параллельного выхода демодулятора модема через соответствующие линии задержки 25.1-25.n подключен к одному входу соответствующего элемента И из группы элементов И 3.1-3.n, к другим входам которых параллельно подключен выход триггера 6, который также подключен к одному входу элемента И 20 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9 и к управляющему входу ключа 27. Установочный вход триггера 6 подключен к выходу элемента ИЛИ 4, а сбросовый вход триггера 6 подключен параллельно к выходу элемента ИЛИ-НЕ 5, входам интеграторов 15.1, 15.2, входу стробирующего блока 18 измерителя коэффициента взаимного различия 2. Выход каждого элемента И из группы элементов И 3.1-3.n подключен к соответствующему информационному контакту параллельного входа модулятора 1.2 модема 1 и к выходу компьютера. Выход нормирующего блока 19 измерителя коэффициента взаимного различия 2 подключен к первому входу компаратора 10, к другому входу которого подключен выход делителя 24 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9, а выходы компаратора (А>В), (А=В), (А<В) подключены к блоку выводов результата контроля 11. Выход регистра 7 подключен к второму входу элемента И 20 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9. Вход линии связи в демодулятор 1.1 и выход модулятора 1.2 в линию связи модема 1 являются входами заявляемого устройства и подключены: вход линии связи в демодулятор 1.1 подключен к первому входу управляемой линии задержки 26, а выход управляемой линии задержки подключен параллельно к входам перемножителей 14.1, 14.2 измерителя коэффициента взаимного различия 2, выход модулятора 1.2 в линию связи подключен к первому входу ключа 27, выход которого параллельно подключен к управляющему входу управляемой линии задержки, к другому входу перемножителя 14.1, входу фазовращателя 13, первому входу нормирующего блока измерителя коэффициента взаимного различия 2 и к входу блока измерения отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума 8, выход которого подключен к первому входу делителя 24 измерителя порогового значения коэффициента взаимного различия 9. В ИКВР 2 входят два перемножителя 14.1, 14.2, фазовращатель 13, осуществляющий преобразование по Гильберту сигнала с выхода ключа 27, два интегратора 15.1, 15.2, два квадратора 16.1, 16.2, сумматор 17, стробирующий блок 18 и нормирующий блок 19, причем выход фазовращателя подключен к второму входу перемножителя 14.2, выходы перемножителей 14.1, 14.2 подключены соответственно к входам интеграторов 15.1, 15.2, выходы которых подключены соответственно к входам квадраторов 16.1, 16.2, выходы которых подключены к входам сумматора 17, выход которого подключен к второму входу стробирующего блока 18, выход которого подключен к второму входу нормирующего блока 19. Измеритель порогового значения коэффициента взаимного различия состоит из элемента И 20, удвоителя 21, квадратора 22, логарифмирующего устройства 23, делителя 24, подключенных последовательно.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на переходе от дифференцированного анализа форм и параметров сигналов линии связи к комплексному анализу свойств этих сигналов. Несложный дифференцированный параметрический анализ сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией показывает, что количество параметров, характеризующих качество формируемых сигналов модулированных многоуровневой квадратурной фазовой модуляцией, колеблется от 20 (с минимальным количеством комбинаций в кодах Треллиса) до 66 (при 32 комбинациях). Причем отклонение отдельного параметра, такого как нестабильность несущей частоты или нестабильность амплитуды, может вызвать искажения всех комбинационных составляющих. Использование традиционных методов параметрического контроля весьма проблематично из-за высоких временных и аппаратурных затрат, причем параметрический контроль такой значительной совокупности параметров невозможен в режиме реального времени.

На канал связи могут воздействовать внешние дестабилизирующие факторы, такие как аддитивная и мультипликативные помехи, обусловленные электромагнитной несовместимостью между каналом передачи информации и внешними электромагнитными устройствами, осуществляющими электромагнитные излучения в широком диапазоне частот. Несмотря на надежную экранировку кабеля, внешние воздействия электромагнитных полей оказывают влияния на форму передаваемого сигнала. Так же в канале связи может происходить искажение сигнала за счет несанкционированного доступа и попыток считывания информации. Полученный сигнал из канала связи поступает в модем на приемной стороне системы связи, выполняющего и дополнительную функцию формирователя эталонного принимаемого сигнала, так как модем является активным элементом, то есть, помимо пассивной фильтрации и передачи цифровой информации на вход компьютера, он осуществляет демодуляцию сигнала и восстановление исходной цифровой последовательности со стандартными значениями амплитуд, скоростей и фаз передаваемых видеосигналов.

Устройство работает следующим образом. Проходя по линии связи, модулированный информационный сигнал после приемоусилительных пунктов, промежуточных коммутационных устройств претерпевает искажения, обусловленные влиянием внешней среды распространения (линии связи), последствием несанкционированного доступа в линию связи, аппаратурными искажениями и т.д. Компьютер работает в симплексном режиме, то есть пока не будем принят кадр из канала связи, компьютер передавать свой информационный кадр в канал связи не будет. Заранее, перед началом работы, в регистр 7 вводится значение вероятности ошибочного приема элемента сигнала Р_ош, даваемое по техническому условию на контролируемый канал связи. Автоматический цикл контроля осуществляется в момент поступления на вход демодулятора 1.1 модулированного сигнала из линии связи. Модулированный искаженный информационный сигнал из линии связи Sк(t) поступает на вход демодулятора 1.1, где происходит его демодуляция, то есть несущая частота, модулированная определенной информационной импульсной кодовой последовательностью с помощью одной из видов модуляции (например, многоуровневой квадратурной модуляции), преобразуется в последовательность прямоугольных видеосигналов, с выхода демодулятора 1.1 поступающих параллельным кодом на вход компьютера. Одновременно параллельный сигнал поступает на входы элементов ИЛИ 4, ИЛИ-НЕ 5 и через линии задержки 25.1-25.n на первые входы элементов И 3.1-3.n. В этом случае на выходе элемента ИЛИ-НЕ 5 формируется логический "0", а на выходе элемента ИЛИ 4 формируется логическая "1", которая подается на установочный вход триггера 6, тем самым обеспечивается на его выходе логическая "1", которая поступает на вторые входы элементов И 3.1-3.n и первый вход элемента И 20. Линии задержки 25.1-25.n задерживают параллельный демодулированный сигнал на время окончания переходных установочных процессов в элементах ИЛИ 4, ИЛИ-НЕ 5, триггере 6. Параллельный кодовый сигнал через линии задержки 25.1-25.n поступает на первые входы элементов И 3.1-3.n, проходит через них и поступает на параллельный вход модулятора 1.2. Модулятор 1.2 модулирует кодовый сигнал, который можно считать эталонным Sэ(t), так как он еще не испытал влияния отрицательных факторов среды распространения (линии связи). С выхода линии связи и с входа демодулятора 1.2 контролируемый сигнал S(к) поступает через управляемую линию задержки 26 на первые входы перемножителей 14.1 и 14.2. Управляемая линия задержки 26 будет задерживать сигнал до момента, когда на выходе ключа 12, подключенного к управляющему входу управляемой линии задержки 26, появится сигнал. Сигнал в управляемой линии задержки будет задержан на время, необходимое для окончания переходных процессов в демодуляторе 1.1, элементах ИЛИ 4, ИЛИ-НЕ 5, триггере 6, элементах И 3.1-3.n, модуляторе 1.2, а также на время обработки полученного информационного сигнала в компьютере. С выхода модулятора 1.2 сигнал Sэ(t) поступает на вход ключа 27, с выхода которого на второй вход перемножителя 14.1 непосредственно и через фазовращатель 13, обеспечивающий получение сигнала, сопряженного по Гильберту с поступающим на его вход сигналом на второй вход перемножителя 14.2. Ключ 27 открывается и пропускает сигнал с выхода модулятора, если на его управляющий вход поступает сигнал логической "1" с выхода триггера, то есть ключ 27 открывается на время прохождения модулированного искаженного информационного сигнала именно из линии связи S_к(t). Результаты перемножения с выходов перемножителей 14.1, 14.2 поступают на сигнальные входы интеграторов 15.1, 15.2, где происходит интегрирование на интервале времени, равном длительности модулированной кодовой последовательности. С выходов интеграторов 15.1, 15.2 сигналы поступают на входы квадраторов 16.1, 16.2, а затем с их выходов - на соответствующие входы сумматора 17. С выхода сумматора 17 сигнал поступает на информационный вход стробирующего блока 18, для управляющего входа которого при окончании получения кодовой последовательности демодулятором 1.1 с выхода элемента ИЛИ-НЕ 5 начало сформированной логической единицы является сигналом стробирования, и данная логическая "1" поступает на управляющие входы интеграторов для их сброса в нулевое состояние. С выхода стробирующего блока 18 сигнал поступает на вход нормирующего блока 19, состоящего из измерителя мощности эталонного сигнала Sэ(t) и делителя напряжения (не показаны в соответствии с прототипом см. а.св. РФ №2071107, кл. 6 G05В 23/02), на другой вход нормирующего блока 19 поступает эталонный сигнал S_э(t). На выходе нормирующего блока 19 будет присутствовать напряжение, представляющее собой результат измерения коэффициента взаимного различия контролируемого сигнала S_к(t) на входе демодулятора 1.1 из линии связи и эталонного сигнала S_э(t) на выходе модулятора 1.2 в линию связи, описываемого следующим выражением:

где S_k(t), S _э(t) - функции времени, определяющие структуру соответственно контролируемого и эталонного сигналов;

S _э*(t) - функция времени, сопряженная по Гильберту с S _э(t);

P_э - мощность эталонного сигнала;

Т - длительность элемента эталонного сигнала.

Результат измерения g=G с выхода нормирующего блока 19 измерителя коэффициента взаимного различия 2 поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 12, откуда величина напряжения G, преобразованного в цифровую форму, поступает на первый вход компаратора 10. С выхода регистра 7 поступает ранее заданное значение Р_ош на второй вход элемента И 20, на первый вход которого поступает разрешающий сигнал с выхода триггера 6. С выхода элемента И 20 значение Р _ош поступает на вход удвоителя 21, в удвоителе 21 значение Р_ош удваивается и с выхода удвоителя 21 поступает на вход квадратора 22, где происходит возведение в квадрат удвоенного значения Р_ош, с выхода квадратора 22 полученное значение поступает на вход логарифмического устройства 23, с выхода которого сигнал поступает на второй вход делителя 24, на первый вход которого поступает сигнал, определяющий значение h² с выхода блока измерения энергии сигнала к спектральной плотности шума (h² ).

На выходе делителя 24 будет присутствовать кодовая комбинация, представляющая собой результат измерения порогового значения КВР для данной вероятности ошибки Р_ош исследуемого канала

С выхода делителя 24 значение g_пор поступает на второй вход компаратора 10, где происходит сравнение значений g и g_пор. В зависимости от полученного результата g>g_пор, g<g _nop, g=g_пор на одном из трех соответствующих выходах компаратора 10 появится единица, которая поступает на один из входов блока 11 вывода результата контроля (для индикации информации "Оценка: годен", "Оценка: предельное значение", "Оценка: негоден"). Принимается решение, что совокупность параметров линии связи, определяющих значение коэффициента взаимного различия g, находится в норме или не в норме, и совокупность отклонений значений этих параметров от номинальных значений не дает вероятность ошибки больше заданной, меньше заданной или равной заданной.

Технический результат заключается в повышении достоверности контроля, так как измерение коэффициента взаимного различия в соответствии с выражением 1 осуществляется исключительно за время поступления искаженного контролируемого сигнала S_к(t) из линии связи и исключает существенную ошибку, вносимую в измеренное значение КВР в ситуации, когда оператор компьютера, к которому подключено заявляемое устройство, передает свою новую информацию в канал связи.

Технический результат заключается в повышении достоверности контроля, так как измерение коэффициента взаимного различия в соответствии с выражением 1 в ИКВР 2 осуществляется при одновременном синхронном поступлении S_к (t) и S_э(t) на его входы. То есть учитывается время задержки сигнала в схемах обработки компьютера демодулированного информационного сигнала, которое различно для разных видов принимаемых информационных сигналов, что существенно повышает достоверность контроля линии связи канала передачи данных.

Побочным экономическим эффектом является снижение временных и аппаратурных затрат для оценки качества канала, так как если КВР окажется ниже порогового значения, то нет необходимости проводить измерения каждого отдельного параметра из всей совокупности параметров, характеризующих качество линии связи канала передачи данных.