ИНТЕГРАЛЬНОЕ ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЕ МОДУЛИРУЮЩЕЕ ШИФРИРУЮЩЕЕ-ДЕШИФРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК H04M3/00 

Изобретение относится к электронной коммутационной системе и, в частности, к интегральному импульсно-кодово-модулирующему шифрирующему-дешифрирующему устройству, использующему фильтр, способный устранять телеметрические звуковые помехи на передающей стороне, возникающие в результате проводимых в процессе связи по общественному телефону измерений.

Из патента США 5055843 от 10.91 известна импульсно-кодово-модулирующая электронная коммутационная система, изображенная на фиг. 1. Указанная система состоит из некоторого множества абонентских линий (ICI-ICh), каждая из которых имеет интерфейсные схемы абонентской линии 1, подавитель телеметрического сигнала 2, смеситель телеметрического сигнала 3, импедансный согласователь 4 и интегральную схему импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5, и соединена с источником телеметрического сигнала 8 и общей шиной 7, называемой трактом импульсно-кодовой модуляции, причем сигнал, смешанный с телеметрическим сигналом с помощью MSYNC (сигнала синхронизации телеметрии) от источника телеметрических сигналов 8, поступает на приемный вход интерфейсной схемы абонентской линии 1 при достижении вызывного заряда. Интегральная схема импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5, изображенная на фиг.2, включает в себя распределитель 11, смеситель 12, контроллер коэффициента усиления передачи 13, противоперекрестный фильтр 14, полосовой фильтр 15, шифратор 16, дешифратор 17, фильтр нижних частот 18, контроллер коэффициента усиления приема 19, силовой операционный усилитель 20, гибридный симметричный фильтр 21 и контроллер коэффициента усиления 22.

В известной импульсно-кодово-модулирующей системе вызывной заряд измеряется реверсированием напряжения батареи между головкой TI и кольцом RI. В этом случае появляются нежелательные щелкающие звуки. В настоящее время для устранения щелкающих звуков применяют синусоидальный сигнал частоты 12 или 16 КГц без реверсирования напряжения. Телеметрический сигнал (синусоидальной формы) частоты 12 или 16 КГц смешивается с сигналом речевого диапазона, а затем этот смешанный сигнал передается на головку TI и кольцо RI. Но смешанный сигнал связан с контуром передачи. Поэтому сигнал передатчика модулируется и искажается, поскольку уровень указанного связанного сигнала слишком высок для обработки. Связанный сигнал должен быть устранен на стороне передающего абонента. Как подробно показано на фиг. 3, ток i1 через катушку LI создается сигналом, поступающим от приемного вывода Rx, вывода AO интегральной схемы импульсно-кодово-модулирующих шифратора-дешифратора 5, в результате работы гибридного 2/4 преобразователя. Поэтому вторичный наведенный ток i2 появляется на катушке L2, сопряженной с абонентской линией, генерируя дополнительный наведенный ток i3 на катушке L3, связанной с передающим выводом Tx, в результате чего нежелательный телеметрический сигнал поступает на передающий вывод AI. Это приводит к тому, что в известной интегральной схеме импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5 сигнал, подаваемый с вывода AO, частота которого лежит в диапазоне речевых частот, компенсируется лишь как сигнал, полярность которого противоположна полярности наведенного тока i3, который поступает на передающий вывод Tx через гибридный симметричный фильтр 21 и контроллер коэффициента усиления 22.

Но интегральная схема импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5 не может устранить связанный телеметрический сигнал из принимающего контура и поэтому необходим дополнительный схемный элемент типа подавителя телеметрического сигнала Z в передающем контуре интегральной схемы импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5. Во время работы известной импульсно-кодово-модулирующей системы, имеющей подавитель 2 и смеситель 3, интегральная схема импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5 преобразует все входные сигналы, содержащие даже шум, в импульсно-кодово-модулированный сигнал (т.е. цифровой сигнал) в полосе тональных частот. Сопряженный смешанный сигнал (эхосигнал) от принимающего вывода Rx сравнивается с величиной тока i3 на передающем выводе Tx через гибридный симметричный фильтр 21 и затем смешивается с сигналом контроллера коэффициента усиления 22 в смесителе 12, что позволяет снизить вес нежелательного смешанного сигнала в телеметрическом сигнале от вывода Rx к выводу Tx и заставляет контроллер коэффициента усиления передачи настроить вариацию коэффициента усиления через подавитель телеметрического сигнала 2 и импедансный согласователь 4, изображенных на фиг.1. Операция квантования влечет репликацию спектра тонального сигнала и (если не удовлетворен критерий Найквиста) вводит перекрестное искажение, которое устраняется противоперекрестным фильтром 14. После устранения частоты квантования квантуется сигнал тональной частоты для преобразования в импульсно-кодово-модулированный сигнал (или цифровой сигнал) шифратором 16, и затем импульсно-кодово-модулированный сигнал передается на тракт импульсно-кодово-модулированных сигналов общей шины 7. Если устройство подавления телеметрического сигнала не встроено в импульсно-кодово-модулирующую систему, уровень напряжения сигнала источника телеметрического сигнала 8, вообще говоря, превысит несколько вольт, поскольку телеметрический сигнал обладает большим коэффициентом искаженный в общественной телефонной сети по причине хорошо известной характеристики абонентской линии, и поэтому телеметрический сигнал, наведенный на нагружающем выводе Tx имеет уровень напряжения, который превышает на несколько сотен милливольт уровень тонального сигнала. Таким образом модулированный и искаженный тональный сигнал появляется в интегральной схеме импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5. По этой причине весьма существенно, чтобы импульсно-кодово-модулирующая система использовала подавитель телеметрического сигнала 2.

Однако требование наличия схемного элемента, подобного подавителю телеметрического сигнала 2, вблизи интегральной схемы импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 5 влечет усложнение периферийной структуры импульсно-кодово-модулирующей системы. По причине усложнения в связи с увеличением числа абонентских линий на отдельной плате для абонента известную импульсно-кодово-модулирующую систему трудно разместить и смонтировать на плате, в результате чего наблюдается снижение качества товаров.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания интегральной схемы импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, использующей подавитель телеметрического сигнала для устранения передаваемого сигнала, который наводится телеметрическим сигналом и который не должен быть слышен передающим участником и принимающим участником во время их разговора по общественной телефонной сети, и который размещен вблизи интегральной схемы импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, благодаря чему импульсно-кодово-модулирующая система становится более сложной и использует больше проводов на отдельной плате для абонента.

В соответствии с одним из признаков изобретения интегральное устройство импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, описываемая ниже, содержит по меньшей мере один фильтр, предназначенный устранять телеметрические сигналы на передающей стороне благодаря работе над аналоговым сигналом. Интегральная схема импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора содержит некоторое множество абонентских линий IC'i - IC'n, состоящих из интерфейсных схем абонентских линий I', сопрягающих телефонную линию с коммутационной системой, импедансного согласователя 4 и импульсно-кодово-модулирующими шифратора и дешифратора 3', общей шины 4', именуемой трактом импульсно-кодово-модулированных сигналов, по которой телефонный сигнал идет к абоненту и от него в соответствии с определенным правилом разделения времени, принятым для тактирования используемой телефонной линии, источник телеметрического сигнала 5' и центральное процессорное устройство 6', которое управляет разрешением или запрещением телефонного вызова, запрашиваемого n-ым абонентом. Импульсно-кодово-модулирующие шифратор и дешифратор 3' (фиг. 5) имеет буфер 11', обеспечивающий высокий входной импеданс, сигнальный селектор 12', используемый аналоговой обратной связью для обнаружения неисправностей от и до приемо-передающего тракта импульсно-кодово-модулированных сигналов, контроллер коэффициента усиления передачи 13' для компенсации коэффициента усиления, созданного там, где сконструирована схема, в соответствии с протоколом, согласованным с абонентской линией, и для компенсации потери коэффициента усиления между интерфейсными схемами абонентских линий и шифратором и дешифратором, противоперекрестный фильтр 14' для защиты копии спектра, следующей последующими интервалами, от воздействия шума, фильтр телеметрического сигнала 15' для подавления эха боковой полосы частот квантования телеметрического сигнала, полосовой фильтр 16 для фильтрования только того сигнала, частоты которого лежат в полосе речевых частот от 300 Гц до 3,3 КГц с интегральной SIN X/X коррекцией, шифратор 17' для преобразования аналогового сигнала в импульсно-кодово-модулированный выходной сигнал, дешифратор 18' для преобразования импульсно-кодово-модулированного входного сигнала в аналоговый сигнал, фильтр нижних частот 19 для фильтрования только сигнала, частота которого попадает в полосу тональных частот от 0 Гц до 3,3 КГц с интегральной SIN X/X коррекцией, контроллер принятого коэффициента усиления для компенсации усиления 20', созданного там, где сконструирована схема в соответствии с протоколом, согласованным с интерфейсными схемами абонентских линий и шифратором и дешифратором, сглаживающий фильтр 21' для ослабления ступенчатых импульсных составляющих высокочастотного сигнала, генерируемого там, где работает фильтр нижних частот со встроенным переключаемым конденсатором, операционный усилитель 22' для усиления сигнала настолько, чтобы возбуждалась абонентская линия, и телеметрический вентиль для коммутации подачи сигнала телеметрического источника.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, в числе которых
фиг. 1 изображает блок-схему импульсно-кодово-модулирующих абонентских линий, использующих известную интегральную схему импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, электронной коммутационной системы; фиг.2 - подробную блок-схему известной интегральной импульсно-кодово-модулирующей схемы шифратора и дешифратора; фиг.3 - эквивалентную схему, иллюстрирующую механизм перехода от 2 к 4 проводам в интерфейсе в качестве согласующего абонентские линии устройства; фиг.4 - вариант осуществления обработки импульсно-кодово-модулированного сигнала в электронной коммутирующей системе, использующей интегральную схему импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, соответствующую настоящему изобретению; фиг.5 - подробную блок-схему импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, соответствующую настоящему изобретению; фиг. 6A и 6B иллюстрируют альтернативные признаки интегрального устройства импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 4 иллюстрирует предварительный вариант обработки импульсно-кодово-модулированного сигнала в электронной коммутационной системе, использующей интегральную схему импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, соответствующую настоящему изобретению.

Фиг. 5 представляет блок-схему интегрального устройства импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора, соответствующую настоящему изобретению. Как показано на фиг. 5, вызывной тональный сигнал наводит ток i2 в абонентской линии (см. фиг. 3), что влечет за собой появление тока i3 на передающем выводе Tx. Сигнал, снимаемый вместе с наведенным током i3, поступает на вывод AI импульсно-кодово-модулирующих шифратора и дешифратора 3'. Сигнал, поступающий на вывод AI, содержит тональный сигнал Ст контакта T и кольцевого контакта R, шум от источника питания системы, белый шум, генерируемый до поступления сигнала на вывод A1, наведенную компоненту (сигнал в полосе тональных частот и телеметрический сигнал) на приемный вывод Rx, поступающую по пути i1 - i2 - i3. Импульсно-кодово-модулирующий шифратор-дешифратор 3' преобразует только необходимый сигнал из всех сигналов, чья частота лежит в тональной полосе, в импульсно-кодово-модулированный сигнал, т. е. в цифровой сигнал. Сигнал, поступающий на импульсно-кодово-модулирующий шифратор-дешифратор 3', поступает на контроллер переданного коэффициента усиления 13' через буфер 11' и сигнальный селектор 12'. Далее контроллер переданного коэффициента усиления 13' компенсирует коэффициента усиления входного сигнала для согласования его с протоколом абонентской линии и компенсации потери усиления между интерфейсными схемами абонентских линий и шифраторо-дешифратором, и затем согласованный сигнал проходит через противоперекрестный фильтр 14', фильтр телеметрического сигнала 15' и полосовой фильтр 16' для устранения внеречевой частотной полосы. В процессе фильтрования противоперекрестный фильтр 14' исключает эффект перекрещивания, который возникает при квантовании в последующих интервалах, с помощью подавителя 15' и полосового фильтра 16'; полосовой фильтр 16' с помощью квантующей схемы устраняет появление перекрещивания между частотой речевого сигнала и боковой полосой частоты квантования, а фильтр телеметрического сигнала 15' подавляет это в телеметрическом сигнале.

Следовательно, результирующий сигнал, прошедший через полосовой фильтр 16' с частотой от 300 Гц до 3,3 КГц в полосе речевых частот, преобразуется в импульсно-кодово-модулированный сигнал (или цифровой сигнал) и затем передается другому абоненту по общей шине 4' тракта импульсно-кодово-модулированных сигналов. С другой стороны, импульсно-кодово-модулированный сигнал, поступивший на приемный вывод Rx, преобразуется в аналоговый сигнал дешифратором 18' и подается на фильтр нижних частот 19'. Фильтр нижних частот 19' формирует сигнал с частотой от 0 Гц до 363 КГц в речевом диапазоне, который поступает на контроллер принятого коэффициента усиления 20'. Контроллер принятого коэффициента усиления 20' предварительно компенсирует усиление выходного сигнала фильтра нижних частот 19', а затем величину понижения после учета характеристик импедансного согласователя 2. Такой управляющий усилением сигнал содержит компоненты ступенчатых импульсов высокой частоты, сформированные в фильтре нижних частот 19', который состоит из переключаемого конденсатора. Поэтому после ослабления компонентов ступенчатых импульсов сигнала сглаживающим фильтром 21' результирующий сигнал без ступенчатых импульсов усиливается операционным усилителем 22' непосредственно для активизации абонентской линии и затем передается на абонентскую линию через согласователь импеданса 2' и интерфейсную схему абонентской линии 1'. Телеметрический вентиль 23' разрешает подачу сигнала для телеметрического процесса и искомого сигнала речевой полосы на абонентскую линию для передачи посредством только резистора в качестве смешанного сигнала, подключаемого и отключаемого от источника телеметрического сигнала 5' по синхронизирующему телеметрию сигналу от телеметрического источника в заданное время, тем самым минимизируя топологию архитектуры для входящей линии телефонной сети.

Фиг. 6A, 6B и 6C иллюстрируют альтернативные варианты осуществления интегральной схемы импульсно-кодово-модулирующего шифратора-дешифратора, соответствующей настоящему изобретению. Хотя на фигурах 6A и 6B схемное расположение элементов между сигнальным селектором 12' и шифратором 17' в импульсно-кодово кодирующем шифраторе-дешифраторе 3' отличается от расположения схемных элементов, представленного на фиг. 5, все схемные элементы работают точно так же, как и схема на фиг. 5, исключая связанный телеметрический сигнал. Признак, раскрытый на фиг. 6C, на которой одиночный цифровой фильтр/контроллер переданного коэффициента усиления 30 выполняет ту же работу, что и контроллер переданного коэффициента усиления 13', противоперекрестный фильтр 14' и полосовой фильтр 16', представленные на фиг.6, предназначены для достижения того же эффекта, что и с помощью интегрального устройства импульсно-кодирующего шифратора-дешифратора 3', представленного на фиг. 5. В известных способах обработки аналогового и цифрового сигналов предполагалось, что полосовой фильтр 16' и шифратор 17' используют переключаемый конденсаторный фильтр для аналогового сигнала и сигма-дельта модулятор для цифрового сигнала. Однако настоящее изобретение может использовать оба способа для снижения белого шума в 1/2 или 4/1 раза; при первом способе генератор эталонных тактовых импульсов приспособлен активизировать фильтр 15' телеметрического сигнала и полосовой фильтр 16'; при другом способе рабочая частота фильтра 15' телеметрического сигнала повышается в два или четыре раза. Как описано выше, настоящее изобретение может устранять телеметрические сигналы, не искажая частоту речевой полосы передающего абонента, путем включения по меньшей мере одного фильтра в интегральное устройство импульсно-кодово-модулирующего шифратора-дешифратора, но без добавления схемных элементов на периферии интегральной схемы импульсно-кодово-модулирующего шифратора-дешифратора.

Заявленное устройство снижает шум, порождаемый модуляцией и искаженным сигналом, наводимым телеметрическим сигналом, в результате чего голос собеседника можно слышать более четко, чем ранее, и позволяет размещать на отдельной плате абонентского устройства больше проводников.

Интегральное импульсно-кодовое модулирующее шифрирующее-дешифрирующее устройство для коммутационной системы содержит некоторое множество импульсно-кодовых модулирующих абонентских линий, состоящих из интерфейсных схем абонентских линий для сопряжения с телефонной линией коммутационной системы, импедансный согласователь и шифратор-дешифратор, общую шину, именуемую трактом импульсно-кодовых модулированных сигналов, по которой телефонный сигнал передается абоненту и от него в соответствии с правилом разделения времени для тактирования использования телефонной линии, источник телеметрического сигнала и синхронизирующий телеметрию сигнал, который управляет разрешением и запрещением телефонного вызова, запрашиваемого n -ным абонентом, может содержать буфер, сигнальный селектор, контроллер приложенного усиления, противоперекрестный фильтр, фильтр телеметрического сигнала, полосовой фильтр, шифратор, дешифратор, фильтр нижних частот, контроллер принятого усиления, сглаживающий фильтр, операционный усилитель и телеметрический вентиль. Технический результат заключается в создании интегральной схемы импульсно-кодовых модулирующих шифратора и дешифратора, использующей подавитель телеметрического сигнала для подавления наводимого телеметрическим сигналом сигнала, который не должен быть слышен ни передающим, ни принимающим участниками во время разговора по телефонной сети. 3 с.п.ф-лы. 6 ил.

1. Интегральное импульсно-кодовое модулирующее шифрирующее-дешифрирующее устройство для коммутационной системы, содержащее множество абонентских линий, состоящих их интерфейса, соединенного с линией и подключенного к импедансному согласователю, соединенному с импульсно-кодово-модулирующим шифрирующим-дешифрирующим устройством, источником телеметрического сигнала, а также источник телеметрического сигнала и центральный процессор, управляющий разрешением и запрещением вызовов абонентов, при этом интегральное импульсно-кодово-модулирующее шифрирующее-дешифрирующее устройство содержит сигнальный селектор, последовательно соединенный контроллер коэффициента усилиния передачи и противоперекрестный фильтр, последовательно соединенные полосовой фильтр и шифратор, а также последовательно соединенные дешифратор, фильтр нижних частот и контроллер коэффициента усиления приема, а также операционный усилитель, выход которого подключен к сигнальному селектору, отличающееся тем, что дополнительно введены буферный блок, выход которого соединен с сигнальным селектором, который соединен с входом контроллера коэффициента усиления передачи, выход противоперекрестного фильтра соединен с фильтром телеметрического сигнала, выход которого подключен к входу полосового фильтра, при этом выход контроллера коэффициента усиления приема соединен с входом операционного усилителя через сглаживающий фильтр, а также телеметрический вентиль, соединенный с источником телеметрического сигнала и с центральным процессором. 2. Интегральное импульсно-кодовое модулирующее шифрирующее-дешифрирующее устройство для коммутационной системы, содержащее множество абонентских линий, состоящих из интерфейса, соединенного с линией и подключенного к импедансному согласователю, соединенному с импульсно-кодовым-модулирующим шифрирующим-дешифрирующим устройством, источником телеметрического сигнала, центральный процессор, управляющий разрешением и запрещением вызовов абонентов, сигнальный селектор, контроллер коэффициента передачи и противоперекрестный фильтр, последовательно соединенные полосовой фильтр и шифратор, а также последовательно соединенные дешифратор, фильтр нижних частот и контроллер коэффициента усиления приема, а также операционный усилитель, выход которого подключен к сигнальному селектору, отличающееся тем, что дополнительно введены буферный блок, выход которого через сигнальный селектор подключен к противоперекрестному фильтру, выход которого через телеметрический фильтр соединен с входом контроллера коэффициента усиления передачи, выход которого соединен с входом полосового фильтра, при этом выход контроллера коэффициента усиления приема соединен с входом операционного усилителя через сглаживающий фильтр, а также телеметрический вентиль, соединенный с источником телеметрического сигнала и с центральным процессором. 3. Интегральное импульсно-кодовое модулирующее шифрирующее-дешифрирующее устройство для коммутационной системы, содержащее множество абонентских линий, состоящих из интерфейса, соединенного с линией и подключенного к импедансному согласователю, соединенному с импульсно-кодово-модулирующим шифрирующим-дешифрирующим устройством, источником телеметрического сигнала, а также центральный процессор, управляющий разрешением и запрещением вызовов абонентов, при этом устройство содержит сигнальный селектор, противоперекрестный фильтр, телеметрический фильтр и шифратор, а также последовательно соединенные дешифратор, фильтр нижних частот и контроллер коэффициента усиления приема, а также операционный усилитель, выход которого подключен к сигнальному селектору, отличающееся тем, что дополнительно введены буферный блок, выход которого соединен с сигнальным селектором, выход которого через противоперекрестный фильтр соединен с входом телеметрического фильтра, выход которого через введенный фильтр-контроллер коэффициента усиления передачи соединен с шифратором, при этом выход контроллера коэффициента усиления приема соединен с входом операционного усилителя через сглаживающий фильтр, а также телеметрический вентиль, соединенный с источником телеметрического сигнала и центральным процессором.