УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПАУЗАХ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК H04J3/17 

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано на аналого-цифровых станциях коммутации каналов для уплотнения пауз речи передачей дополнительной цифровой информацией.

Известно устройство, обеспечивающее уплотнение пауз речи цифровой информацией [1] Оно содержит обнаружитель пауз речи, два ключа в телефонном тракте, ключ в тракте передачи цифровой информации, блок разрешения передачи цифровой информации, схему пуска, цепь защиты от прослушивания абонентом сигналов манипуляции и блок переключения видов передачи.

Это устройство рассчитано на использовании только в аналоговых каналах телефонной связи. Не исключается ухудшение качества телефонной связи и потери передаваемой цифровой информации.

Устройство для передачи данных в паузах телефонного сигнала [2] содержащее три переключателя, три блока задержки, два детектора речи, три элемента ИЛИ, два детектора тональных сигналов, канал связи, инвертор, триггер запрета, триггер переключения и блок передачи данных, также предназначено для работы только по аналоговым каналам связи. Кроме того, оно вносит дополнительную задержку в передаваемый речевой сигнал.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для передачи цифровой информации в паузах речи [3] (прототип), содержащее на передающей стороне передающую часть вокодера, состоящую из полосового фильтра, полосного анализатора спектра, детектора тон-шум, выделителя основного тона, блока объединения сигналов, а также устройство управления голосом, ключ, первый переключатель, а на приемной стороне приемную часть вокодера, состоящую из блока разъединения сигналов, синтезатора спектра, переключателя тон-шум, генератора основного тона, генератора шума, а также второй переключатель и приемник кодовых команд. Помимо названных блоков, присутствующих и в изобретении, прототип содержит на передающей стороне блок управления передачей, состоящий из третьего и четвертого переключателей, четвертого, пятого и шестого триггеров, второго и третьего элементов И, второго и третьего регистров, первого и второго счетчиков, а на приемной стороне блок пороговых элементов, блок программного управления, аттенюатор, фильтр нижних частот, первый, второй и третий триггеры и первый элемент И.

Недостатком прототипа является то, что он не может работать совместно с аналого-цифровыми телефонными станциями, так как представляет собой устройство, выполненное в виде единого с вокодером блока (шкафа, стойки), находящегося у абонента. В аналого-цифровых телефонных станциях вокодеры размещаются в шнуровых комплектах между аналоговым и импульсным полями коммутации. С оконечным абонентским оборудованием (телефонные аппараты, абонентские установки) вокодеры соединяются посредством абонентских линий, проходящих через аналоговое поле коммутации. При размещении устройства-прототипа на телефонной станции такого типа для соединения с оконечным абонентским оборудованием требуется не менее чем 10-проводная абонентская линия, в то время как абонентское поле коммутации позволяет коммутировать максимум 4-проводные линии. Станции других типов также не могут коммутировать 10-проводные абонентские линии, необходимые для работы устройства-прототипа.

Для обеспечения возможности работы на аналого-цифровых телефонных станциях с 4-проводными аналоговыми полями коммутации и тем самым расширения области применения в устройство-прототип, содержащее на передающей стороне устройство управления голосом, ключ, передающую часть вокодера, вход которой соединен с выходом ключа, первый переключатель, выход которого подключен к цифровому каналу связи, а первый вход соединяется с выходом передающей части вокодера, а на приемной стороне приемник кодовых команд, приемную часть вокодера и второй переключатель, первый вход которого подключен к цифровому каналу связи, а первый выход соединен с входом приемной части вокодера, введены в передающей части местный мост питания, вход которого является входом телефонного тракта устройства, третий переключатель, первый вход которого является информационным входом цифрового тракта устройства, а второй вход соединен с выходом местного моста питания и входом устройства управления голосом, первое реле времени, выход которого является выходом блокирования передачи цифрового тракта, первый генератор команд, входом соединенный с выходом устройства управления голосом, входом первого реле времени и третьим входом третьего переключателя, первый блок сложения, первый вход которого соединен с выходом третьего переключателя, а второй вход подключен к выходу генератора команд, коммутационный элемент, первый вход которого соединен с выходом первого блока сложения, второй блок выделения команд, входом подсоединенный к первому выходу коммутационного элемента, а первым выходом к первому входу ключа и к второму входу первого переключателя, второе реле времени, первый и второй выходы которого соединены с четвертым и пятым входами первого переключателя соответственно, датчик кодовых команд, первый вход которого подключен к второму выходу второго блока выделения команд, к второму входу ключа и к первому входу второго реле времени, а выход соединен с третьим входом первого переключателя, а в приемной части пятый переключатель, первый вход которого соединен с выходом приемной части вокодера, а второй вход подключен к второму выходу второго переключателя,
второй генератор команд, входом соединенный с вторым входом второго переключателя, третьим входом пятого переключателя и с выходом приемника кодовых команд, второй блок сложения, первым входом подключенный к выходу пятого переключателя, а вторым входом к выходу второго генератора команд, причем выход второго блока сложения соединен с вторым входом коммутационного элемента, первый блок выделения команд, входом подключенный к второму выходу коммутационного элемента, четвертый переключатель, первый вход которого соединен с первым выходом первого блока выделения команд, второй вход подключен к второму выходу первого блока выделения команд и является выходом блокирования приема цифрового тракта, при этом первый выход четвертого переключателя является выходом телефонного тракта устройства, а второй выход информационным выходом цифрового тракта устройства, вход приемника кодовых команд соединяется с первым входом второго переключателя.

Кроме того, в частных случаях реализации для повышения помехоустойчивости приема кодовые команды могут быть засинхронизированы относительно цифрового сигнала вокодера и дополнительной цифровой информации, передаваемой в паузах речи. При этом второй и третий входы датчика кодовых команд должны быть соединены соответственно с первым и вторым входами первого переключателя, а в состав датчика и приемника кодовых команд должны входить блоки синхронизации. Срабатывание первого переключателя строго в моменты начала и окончания передачи кодовых команд позволяет уменьшить защитные временные интервалы между этими командами и кадрами речевого сигнала или дополнительной цифровой информации. Для этого второе реле времени, управляющее работой первого переключателя, может быть засинхронизировано от датчика кодовых команд путем подключения выхода синхронизации последнего к второму входу второго реле времени.

Новизна устройства по сравнению с прототипом заключается в наличии новых блоков и связях этих блоков с остальными элементами устройства.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что дополнительные блоки известны в технике, однако введенные при построении устройства связи узлов и блоков обусловили проявление у него новых свойств, позволяющих применять заявляемое устройство совместно с аналого-цифровыми телефонными станциями, имеющими 4-проводное аналоговое коммутационное поле, и тем самым расширить область применения устройства. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "существенные отличия".

Структурная схема устройства представлена на фиг.1, где 1 абонентское оборудование, 2 местный мост питания (ММП), 3, 9, 15 и 18 третий, четвертый, первый и второй переключатели (П), 4 устройство управления голосом (УУГ), 5 и 17 первое и второе реле времени (РВ), 6 и 22 первый и второй генераторы команд (ГК), 7 и 23 первый и второй блоки сложения (БС), 8 и 12 первый и второй блоки выделения команд (БВК), 10 станционное оборудование, 11 коммутационный элемент (КЭ), 13 ключ, 14 передающая часть вокодера (ВПер), 16 датчик кодовых команд (ДКК), 19 пятый П, 20 приемная часть вокодера (ВПрм), 21 приемник кодовых команд (ПКК); на фиг.2 показана одна из возможных схем реализации первого П 15, где К1 и К2 реле; на фиг.3 представлен один из вариантов реализации ГК, БС и БВК, где ИП источник питания, К3 реле, С1, С2 разделительные конденсаторы, VD1 диод; на фиг.4 показана схема, реализующая функции ДКК 16, где 24 шестой П, 25 приемная часть переходного линейного устройства (ПУЛпрм), 26 БС, 27 инвертор, 28 и 29 элементы И, 30 передающая часть переходного линейного устройства (Пулпер), 31 триггер; на фиг.5
схема ПКК 21, где 32 ПУЛпрм, 33 БС, 34 инвертор, 35, 36 элементы И, 37, 38 счетчики, 39 триггер.

Согласно схеме на фиг.1 устройство содержит абонентское оборудование 1, в состав которого входят ММП 2, вход которого является входом телефонного тракта устройства, П 3, первый вход которого является информационным входом цифрового тракта устройства, УУГ 4, входом соединенное с выходом ММП 2 и с вторым входом П 3, первое РВ 5, выход которого является выходом блокирования передачи цифрового тракта, первый ГК 6, входом подключенный к выходу УУГ 4, к входу первого РВ 5 и к третьему входу П 3, первый БС 7, первый вход которого соединен с выходом П 3, а второй вход подключен к выходу первого ГК 6, первый БВК 8 и четвертый П 9, первый выход которого является выходом телефонного тракта устройства, второй выход информационным выходом цифрового тракта устройства, первый вход соединен с первым выходом первого БВК 8, второй выход которого подключается к второму входу четвертого П 9 и является выходом блокирования приема цифрового тракта. Кроме того, устройство содержит станционное оборудование 10, включающее в себя 4-проводный КЭ 11 аналогового поля коммутации, первый вход которого соединен с выходом первого БС 7, а второй выход подключен к входу первого БВК 8, второй БВК 12, входом соединенный с первым выходом КЭ 11, ключ 13, ВПер 14, вход которой соединен с выходом ключа 13, первый П 15, первый вход которого соединен с выходом ВПер 14, а второй вход подключен к первому выходу второго БВК 12 и к первому входу ключа 13, ДКК 16, первым выходом подсоединенный к третьему входу первого П 15, а вторым и третьим входами к первому и второму входам первого П 15 соответственно, второе РВ 17, первым входом подключенное к второму выходу второго БВК 12, второму входу ключа 13 и к первому входу ДКК 16, а вторым входом соединенное с выходом синхронизации ДКК 16, причем первый и второй выходы второго РВ 17 подключены соответственно к четвертому и пятому входам первого П 15, второй П 18, второй вход которого подключается к цифровому каналу связи, пятый П 19, вторым входом соединенный с вторым выходом второго П 18, ВПрм 20, вход которой подключен к первому выходу второго П 18, а выход соединен с первым входом пятого П 19, ПКК 21, входом подключенный к первому входу второго П 18, второй ГК 22, вход которого соединен с выходом ПКК 21, вторым входом второго П 18 и с третьим входом пятого П 19, второй БС 23, первый вход которого подключен к выходу пятого П 19, второй вход соединен с выходом второго ГК 22, а выход с вторым входом КЭ 11.

Устройство работает следующим образом.

При обнаружении паузы в речевом сигнале, поступающем с входа телефонного тракта устройства через ММП 2 на вход УУГ 4, на выходе УУГ появляется высокий потенциал (логическая "1"), запускающий ГК 6 и РВ 5. Кроме того, через П 3 информационный вход цифрового тракта устройства оказывается подключенным к первому входу БС 7, на второй вход которого с ГК 6 подается команда о переключении передающей части станционного оборудования в режим передачи цифровой информации. Эта команда через первые вход и выход КЭ 11 поступает на вход БВК 12 и далее с его второго выхода на первые входы ДКК 16 и РВ 17 и на второй вход ключа 13. При этом запускается РВ 17, ДКК 16 начинает вырабатывать кодовую команду "конец передачи речи", а ключ 13 запирает аналоговый вход ВПер 14, с выхода которой речевой сигнал в цифровом виде через П 15 продолжает поступать в цифровой канал связи (ЦКС) еще в течение времени t₁, равного времени задержки сигнала в ВПер 14. Через время t₁ высокий потенциал с первого выхода РВ 17 коммутирует П 15 таким образом, что к ЦКС на время t₂ длительности кодовой команды оказывается подключен выход ДКК 16. Через время t t₁ + t₂ на выходе РВ 5 появляется потенциал,
разблокирующий передачу цифрового тракта, и цифровая информация с информационного входа цифрового тракта устройства через П 3 и КЭ 11 поступает на вход БВК 12, а с его первого выхода на второй вход П 15. В это же время высокий потенциал с второго выхода РВ 17 переводит П 15 в такое состояние, в котором его второй вход оказывается подключенным к ЦКС, и происходит передача цифровой информации.

На приемной стороне при получении кодовой команды "конец передачи речи" на выходе ПКК 21 появляется высокий потенциал. При этом П 18 отключает вход ВПрм 20 от ЦКС, а П 19 отключает выход ВПрм 20 от первого входа БС 23, и этот вход оказывается подключенным через П 18 и 19 к ЦКС. Кроме того, высокий потенциал с выхода ПКК 21 запускает ГК 22, формирующий команду о переходе приемной части абонентского оборудования в режим приема данных. Таким образом, с выхода БС 23 через вторые вход и выход КЭ 11 на вход БВК 8 одновременно передаются принимаемая на ЦКС цифровая информация и команда перевода приемной части абонентского оборудования в режим приема цифровой информации. В БВК 8 команда и цифровая информация разделяются. Цифровая информация подается на первый выход БВК 8, а команда с второго выхода БВК 8 разблокирует цепь приема цифрового тракта и через П 9 соединяет информационный выход цифрового тракта устройства с первым выходом БВК 8.

При возобновлении речи на выходе УУГ 4 появляется низкий потенциал. При этом ГК 6 вырабатывает команду для переключения передающей части станционного оборудования в режим передачи речи, П 3 подключает к первому входу БС 7 вход телефонного тракта устройства (через ММП 2), а на выходе РВ 5 мгновенно появляется потенциал, блокирующий передачу цифрового тракта. Таким образом, на первый вход КЭ 11 подается речевой сигнал, сопровождаемый дополнительной командой ГК 6 о переключении передающей части станционного оборудования в режим передачи речи. При получении такой команды с второго выхода БВК 12 ключ 13 отпирается, ДКК 16 начинает вырабатывать кодовую команду "конец передачи данных", а на первом выходе РВ 17 появляется низкий потенциал и П 15 подключает к ЦКС выход ДКК 16.

Таким образом, речевой сигнал с первого выхода БВК 12 через открытый ключ 13 поступает на вход ВПер 14, тогда как к каналу связи в течение времени t₂ (длительность кодовой команды) остается подключен ДКК 16. Но потерь речевого сигнала не происходит, так как он задерживается в ВПер 14 на время t₁ (при этом необходимо соблюдение условия t₁ > t₂). Через время t₂ на втором выходе РВ 17 также появляется низкий потенциал и П 15 подключает к ЦКС выход ВПер 14.

На приемной стороне при получении кодовой команды "конец передачи данных" на выходе ПКК 21 появляется низкий потенциал. При этом П 18 и 19 разрывают цепь обхода ВПрм 20 и соединяют первый вход БС 23 с ЦКС через ВПрм 20, а ГК 22 формирует команду о переходе приемной части абонентского оборудования в режим приема речи. При получении такой команды на втором выходе БВК 8 появляется потенциал, блокирующий цепь приема цифрового тракта и переключающий П 9 в такое положение, что с первым (сигнальным) выходом БВК 8 соединяется выход телефонного тракта устройства. Таким образом, приемная часть устройства также оказывается в режиме приема речи.

Блоки 2.5, 8, 9, 11, 13, 14, 17.20 широко известны в технике. Так, например, блоки 3, 9, 18, 19 представляют собой трехконтактные герконовые реле, блок 11 элемент аналогового поля коммутации АТС, блоки 5 и 17 таймеры, ключ 13 аналоговый.

Первый П 15 представляет собой простейшее релейное устройство (см. фиг. 2) или аналогичное, построенное на элементах электронной коммутации. Устройство блоков 6, 7, 12 и 22, 23, 8 зависит от вида сигналов, используемых для переключения передающей части станционного оборудования и приемной части абонентского оборудования в режимы "речь" и "данные". На фиг.3 показаны схемы этих блоков в случае использования в качестве команд посылок постоянного тока различной полярности. Если для переключения режимов используются другие сигналы, например тональные посылки, то изменяется структура названных блоков. ГК в этом случае представляют собой генераторы тональных сигналов, БС суммирующие усилители, а БВК соединенные параллельно приемник тонального сигнала и фильтр нижних частот.

Устройство ДКК 16 и ПКК 21 также зависит от структуры используемых кодовых команд. В том случае, когда в качестве команд "конец передачи речи" и "конец передачи данных" используются непрерывные последовательности "0" и "1" соответственно, могут быть применены устройства, схемы которых представлены на фиг.4 и 5. Применяемые здесь ПУЛ и БС типовые. ПУЛ служит для преобразования биимпульсного сигнала с относительной фазовой модуляцией (ГОСТ 27232-87), которым обмениваются вокодеры, в бинарный однополярный сигнал и обратно. Шестой П 24 поочередно переключает второй или первый вход ДКК для синхронизации его от линейного сигнала ВПер или от дополнительной цифровой информации, передаваемой в паузах речи. Логическая схема на инверторе 27, логических элементах И 28, 29 и триггере 31 обеспечивает переключение ПУЛпер 30 на передачу очередной пачки "0" или "1" синхронно с приходящими от БС 26 цикловыми импульсами Fц. Если на вход ПКК подается последовательность на n "1" (команда "конец передачи данных"), то сигнал с выхода ПУЛпрм 32 разрешает прохождение n тактовых импульсов Fт от БС 33 через элемент И 35 на счетный вход счетчика 37. По приему n-го импульса на выходе счетчика 37 появляется логическая "1".

В случае приема последовательности на n "0" (команда "конец передачи речи") импульсы Fт проходят на счетный вход счетчика 38, который через n тактов устанавливает триггер 39 в состояние "0". Вход этого триггера является выходом ПКК и управляет работой ГК 22, второго и пятого П 18 и 19. Цикловыми импульсами Fц от БС 33 счетчики 37 и 38 периодически обнуляются, чем исключается возможность накопления n "0" или "1" в течение нескольких кадров речевого сигнала или данных.

Использование: в электросвязи, на аналого-цифровых станциях коммутации каналов. Сущность изобретения: устройство позволяет абонентам станции одновременно обмениваться речевой и цифровой информацией по одному телефонному каналу. Для достижения этой цели в устройство, содержащее на передающей стороне устройство управления голосом, ключ, передающую часть вокодера, первый переключатель, а на приемной стороне приемник кодовых команд, приемную часть вокодера и второй переключатель, введены в передающей части местный мост питания, вход которого является входом телефонного тракта устройства, третий переключатель, первый вход которого является информационным входом цифрового тракта устройства, первое реле времени, первый генератор команд, первый блок сложения, коммутационный элемент, второй блок выделения команд, второе реле времени, датчик кодовых команд, а в приемной части пятый переключатель, второй генератор команд, второй блок сложения, первый блок выделения команд, четвертый переключатель, второй вход которого подключен к выходу блокирования приема цифрового тракта, причем первый выход четвертого переключателя является выходом телефонного тракта устройства, а второй выход - информационным выходом цифрового тракта устройства. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПАУЗАХ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ, содержащее на передающей стороне устройство управления голосом, ключ, передающую часть вокодера, вход которой соединен с выходом ключа, первый переключатель, выход которого подключен к цифровому каналу связи, а первый вход соединен с выходом передающей части вокодера, а на приемной стороне - приемник кодовых команд, приемную часть вокодера и второй переключатель, первый вход которого подключен к цифровому каналу связи, а первый выход соединен с входом приемной части вокодера, отличающееся тем, что введены в передающей части местный мост питания, третий переключатель, первое реле времени, первый генератор команд, первый блок сложения, коммутационный элемент, второй блок выделения команд, второе реле времени, датчик кодовых команд, причем вход местного моста питания является входом телефонного тракта устройства, информационным входом цифрового тракта которого является первый вход третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом местного моста питания и входом устройства управления голосом, выход первого реле времени является выходом блокирования передачи цифрового тракта, вход первого генератора команд соединен с выходом устройства управления голосом, входом первого реле времени и третьим входом третьего переключателя, выход которого соединен с первым входом первого блока сложения, второй вход которого подключен к выходу первого генератора команд, первый вход коммутационного элемента соединен с выходом первого блока сложения, первый выход коммутационного элемента - с входом второго блока выделения команд, первый выход которого подключен к первому входу ключа и второму входу первого переключателя, первый вход датчика кодовых команд подключен к второму выходу второго блока выделения команд, к второму входу ключа, к первому входу второго реле времени, выход датчика кодовых команд соединен с третьим входом первого переключателя, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами второго реле времени, а в приемной части введены первый блок выделения команд, пятый переключатель, второй генератор команд, второй блок сложения, четвертый переключатель, причем выход приемной части вокодера соединен с первым входом пятого переключателя, второй вход которого подключен к второму выходу второго переключателя, второй вход которого соединен с входом второго генератора команд, третьим входом пятого переключателя и с выходом приемника кодовых команд, первый вход второго блока сложения подключен к выходу пятого переключателя, а второй вход - к выходу второго генератора команд, выход второго блока сложения соединен с вторым входом коммутационного элемента, второй выход которого соединен с входом первого блока выделения команд, первый вход четвертого переключателя соединен с первым выходом первого блока выделения команд, второй вход подключен к второму выходу первого блока выделения команд и является выходом блокирования приема цифрового тракта, первый выход четвертого переключателя является выходом телефонного тракта устройства, а второй выход - информационным выходом цифрового тракта устройства, при этом вход приемника кодовых команд соединен с первым входом второго переключателя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй и третий входы датчика кодовых команд соединены соответственно с первым и вторым входами первого переключателя, а второй вход второго реле времени подключен к выходу синхронизации датчика кодовых команд.