УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЁМА МНОГОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК H04M1/50 

Изобретение относится к области электросвязи, в частности к автоматическим средствам приема сигналов многотональной телефонной сигнализации. Данное изобретение может использоваться, например, в телекоммуникационных системах для приема телефонных номеров, передаваемых тональным способом кодом "2 из 8".

Известно устройство для приема многочастотных сигналов, содержащее блок согласования с каналом, полосовой фильтр, два последовательно соединенных резонансных контура, два линейных детектора, два поляризованных реле, пороговый элемент и исполнительный элемент (1).

Однако данное устройство не может обеспечить уверенное выделение многочастотных сигналов. Ошибки при приеме многочастотного сигнала здесь будут особенно частыми в случаях, когда прием приходится проводить на фоне паразитного речевого сигнала.

Известен также приемник многочастотных сигналов, содержащий блок согласования с каналом связи, четыре одновибратора, инвертор, два логических элемента И, интегрирующее звено, блок отображения. Однако для данного устройства также характерна невысокая точность выделения информационного сигнала, что связано с возможностью подрабатывания приемника на паразитном сигнале, а также большой вероятностью пропуска искаженного акустического сигнала (2).

Целью изобретения является повышение точности приема многочастотных сигналов.

Для достижения поставленной цели в устройство для приема многочастотных сигналов, содержащее блок согласования с каналом связи, интегрирующее звено, логический элемент И и блок отображения согласно изобретению дополнительно введены полосовой фильтр, фильтр низких частот, аналого-цифровой преобразователь, линейный детектор, первый и второй арифметические блоки, первый, второй, третий и четвертый пороговые элементы, блок гребенчатых фильтров, блок линейных детекторов, блок интегрирующих звеньев, блок управляемых ключей, управляющий таймер, первый и второй сумматоры, первый, второй и третий блоки вычисления отношения, причем выход блока согласования с каналом связи через последовательно включенный фильтр низких частот соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через последовательно включенный полосовой фильтр связан с входом линейного детектора и входами блока гребенчатых фильтров, при этом выход линейного детектора через последовательно включенные интегрирующее звено и первый пороговый элемент соединен с первым входом логического элемента И, а выходы блока гребенчатых фильтров подключены к соответствующим входам блока линейных детекторов, в свою очередь, выходы блока линейных детекторов связаны с соответствующими входами блока интегрирующих звеньев, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управляемых ключей, причем управляющий вход блока управляемых ключей связан с управляющим таймером, а выходы первых четырех управляемых ключей соединены с входами первого арифметического блока, а выходы пятого, шестого, седьмого и восьмого управляющих ключей с входами второго арифметического блока, причем первый выход первого арифметического блока подключен к первому входу первого блока вычисления отношения, первому входу первого сумматора и первому входу блока отображения, тогда как второй, третий и четвертый выходы первого арифметического блока связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами второго сумматора, а второй выход первого арифметического блока связан, кроме того, с вторым входом первого блока вычисления отношения, аналогично первый выход второго арифметического блока соединен с первым входом второго блока вычисления отношения, вторым входом первого сумматора и с вторым входом блока отображения, тогда как второй, третий и четвертый выходы второго арифметического блока связаны соответственно с четвертым, пятым и шестым входами второго сумматора, а второй выход второго арифметического блока соединен, кроме того, еще и с вторым входом второго блока вычисления отношения, при этом выход первого блока вычисления отношения через второй пороговый элемент связан с вторым входом логического элемента И, а выход второго блока вычисления отношения через третий пороговый элемент соединен с третьим входом логического элемента И, в свою очередь, выход первого сумматора подключен к первому входу третьего блока вычисления отношения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход - через четвертый пороговый элемент с четвертым входом логического элемента И, и, наконец, выход логического элемента И связан с управляющим входом блока отображения.

Устройство для приема многочастотных сигналов (см. чертеж) содержит блок 1 согласования с каналом связи, фильтр низких частот 2, аналого-цифровой преобразователь 3, полосовой фильтр 4, линейный детектор 5, интегрирующее звено 6, первый пороговый элемент 7, блок гребенчатых фильтров 8.1-8.8, блок линейных детекторов 9.1-9.8, блок интегрирующих звеньев 10.1-10.8, блок управляемых ключей 11.1-11.8, управляющий таймер 12, первый арифметический блок 13, второй арифметический блок 14, первый блок 15 вычисления отношения, второй пороговый элемент 16, второй блок 17 вычисления отношения, третий пороговый элемент 18, первый сумматор 19, второй сумматор 20, третий блок вычисления отношения 21, четвертый пороговый элемент 22, логический элемент И 23, блок отображения 24.

Основная проблематика создания надежно работающих приемников многочастотных сигналов состоит в следующем. Как правило тональная сигнализация используется в телефонии для кодирования и передачи дискретной информации непосредственно в речевой полосе частот канала связи. Это обстоятельство, учитывая невысокое качество местных телефонных сетей, часто приводит к тому, что прием многочастотных сигналов приходится проводить на фоне весьма значительных по уровню паразитных (мешающих) сигналов и помех различной физической природы. Кроме того, задачу правильного приема переданной дискретной информации существенно осложняет возможность наложения на многочастотный сигнал речевых сигналов из микрофона телефонной трубки. Так, например, передача телефонного номера тональным способом обычно производится без отключения микрофона в телефонном аппарате. Все вышесказанное объясняет причину возникновения на приеме достаточно частых ошибок, причем в большинстве случаев эти ошибки связаны с ложным срабатываниями обнаружителей на паразитном речевом сигнале.

Сущность данного изобретения состоит в использовании нескольких оцениваемых информационных статистик, с помощью которых осуществляется устойчивое обнаружение и прием двухчастотного сигнала в условиях возможной его маскировки паразитным сигналом, а также при наличии значительных искажений ряда его параметров.

Данное устройство обеспечивает устойчивое выделение полезного сигнала из смеси канальных шумов и паразитных речевых сигналов с помощью частотной селекции входного сигнала, выделения двух частотных составляющих с максимальным уровнем, вычисления отношения уровня двух этих составляющих к суммарному уровню других составляющих, оценивания мощности сигнала в информационной полосе частот и вычислении отношения первого и второго максимумов для каждой из двух групп сигнальных частот. Таким образом, в заявленном устройстве помимо частотной селекции входного сигнала для определения кодовой двухчастотной комбинации предусматривается проведение нескольких дополнительных проверок. В основе этих проверок лежат априорные данные о характеристиках реального информационного многочастотного сигнала. Окончательное решение о приеме кодовой двухчастотной посылки принимается только после того как будет проверена вся совокупность условий, которые отличают информационный сигнал от паразитного.

До начала описания работы заявленного устройства необходимо сделать еще одно существенное замечание. Здесь и далее будет рассматриваться наиболее распространенная сегодня система многочастотного кодирования, а именно двухчастотная система, в которой используется две рабочие группы частот, и в любой разрешенной кодовой комбинации присутствуют по одной частотной составляющей из каждой частотной группы. Такая система применяется, например, в телефонных аппаратах с тональным набором. Однако заявленное устройство в принципе может быть использовано и для приема многочастотных сигналов с иными системами кодирования.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Анализируемый сигнал с выхода канала связи, пройдя через блок 1 согласования с каналом связи и через низкочастотный фильтр 2, поступает в аналого-цифровой преобразователь 3, на выходе которого принимает форму последовательности цифровых отсчетов. Данная цифровая последовательность подвергается полосовой фильтрации в полосовом фильтре 4 и подается на вход линейного детектора 5.

При этом в блоках 5-7 формируется оценка мощности приходящего сигнала в информационной полосе частот, для чего в линейном детекторе вычисляется абсолютное значение исходного сигнала, а затем в интегрирующем звене 6 оценивается средневыпрямленное значение сигнала.

Оценка мощности входного сигнала, ограниченного информационной полосой частот, используется в заявленном устройстве в качестве первой информационной статистики при принятии решения о наличии в данный момент в канале связи полезного сигнала. Для этого получаемая на выходе интегрирующего звена оценка мощности сравнивается с пороговой величиной в пороговом элементе 7. В случае появления в канале связи сигнала достаточного уровня (превышения некоторого фиксированного граничного значения) на выходе первого порогового элемента 7 устанавливается значение, соответствующее логической единице. Таким образом в заявленном устройстве осуществляется защита от ложных срабатываний, вызванных слабыми паразитными сигналами и появление которых можно объяснить межканальными проникновениями.

Одновременно последовательность цифровых отсчетов входного сигнала с выхода полосового фильтра 4 подается на вход блока гребенчатых фильтров 8.1-8.8. Гребенчатый фильтр 8.1-8.8 представляет собой совокупность из восьми резонансных фильтров, настроенных на номинальные частоты полезного информационного сигнала. Здесь осуществляется частотная селекция входного сигнала. Далее сигналы с каждого из восьми секций гребенчатого фильтра проходят через соответствующие линейные детекторы 9.1-9.8, которые, в свою очередь, соединены с соответствующими интегрирующими звеньями из блока интегрирующих звеньев 10.1-10.8. Таким образом, посредством блоков 8.1-8.8, 9.1-9.8 и 10.1-10.8 обеспечивается оценивание спектра входного сигнала в информационной полосе частот.

Принятие решения о наличии информационного сигнала (кодовых двухчастотных посылок) и процедура его декодирования осуществляется периодически через равные промежутки времени по команде из управляющего таймера 12. Значения, накопленные в блоке интегрирующих звеньев 10.1-10.8 через соответствующие секции управляемых ключей блока управляемых ключей 11.1-11.8, считываются в первый и второй арифметические блоки 13 и 14. При этом спектральные составляющие первой частотной группы обрабатываются в первом арифметическом блоке 13, а второй - во втором арифметическом блоке 14. В этих арифметических блоках 13, 14 для каждой из частотных групп определяются первый и второй максимумы спектральных составляющих и фиксируются номера секций блока интегрирующих звеньев 10.1-10.8, в которых были достигнуты абсолютные максимумы огибающих.

Таким образом, можно говорить, что каждый арифметический блок в сущности осуществляет перестановку в порядке убывания четырех значений спектральных составляющих, получаемых в интегрирующих звеньях 10.1-10.4 и 10.5-10.8, а затем и распределяет их по соответствующим выходам. Так, например, наибольшее значение, полученное в одном из четырех фильтров первой частотной группы (10.1-10.4) будет подано на первый выход арифметического блока 13, второе по величине значение - на второй выход и т.д. Аналогичным образом распределение производится и во втором арифметическом блоке 14. В принципе, для правильной работы заявленного устройства имеет значение распределение только первых двух величин, а последние два значения могут распределяться между третьим и четвертым выходами произвольным образом.

Для предотвращения ложных срабатываний обнаружителя на паразитном речевом сигнале в устройство введены блоки 15-18, с помощью которых оцениваются отношения первого и второго спектральных максимумов для каждой из двух частотных групп. При этом используется статистическое различие в свойствах речевого и многочастотного сигнала, состоящее в том, что отличие между уровнями первого и второго максимума в многочастном сигнале в подавляющем большинстве случаев значительно больше, чем для речевого сигнала. Сравнение уровней первого и второго спектральных максимумов первой частотной группы осуществляется с помощью первого блока 15 вычисления отношения, а для второй частотной группы - во втором блоке 17 вычисления отношения. Соответствующим выбором порогов во втором и третьем пороговых элементах 16, 18 обеспечивается различение полезного сигнала (двухчастотной посылки) от паразитных сигналов. Здесь используется априорная информации о полезном сигнале, состоящая в том, что возможное различие в уровнях двух первых спектральных максимумов не может превышать некоторую фиксированную величину. Иначе сигнал считается помехой. В случае, когда указанные выше условия выполняются, на выходе соответствующих пороговых элементов выставляются логические единицы.

Третий информационный признак, который используется в заявленном устройстве для защиты от ложных срабатываний, состоит в оценке распределения мощности входного сигнала по частотному диапазону. В основе данной проверки лежит известный факт, состоящий в том, что непосредственно в момент приема двухчастотной посылки полезного (информационного) сигнала суммарная мощность двух полезных (информационных) частотных составляющих существенно (как минимум на 6-12 дБ) превышает суммарную мощность сигналов, снимаемых с других шести секций гребенчатого фильтра. В то же время в подавляющем большинстве случаев для паразитных сигналов, например для речевых, не характерно наличие двух ярко выраженных спектральных максимумов.

Для проведения такой проверки в первом сумматоре 19 осуществляется сложение двух частотных составляющих (по одной от каждой группы частот), которые имеют наибольшую мощность, а втором сумматоре 20 - сложение всех остальных шести частотных составляющих. Затем в третьем блоке 21 вычисления отношения оценивается их отношение. Если полученная величина больше некоторого фиксированного граничного значения, задаваемого в четвертом пороговом элементе 22, то результат проведенной проверки по третьему признаку считается положительным и на выходе четвертого порогового элемента 22 устанавливается значение, соответствующее логической единице.

Окончательное решение о появлении двухчастотной комбинации информационного сигнала принимается в том случае, когда на всех четырех входах логического элемента И 23 будут присутствовать сигналы, соответствующие логической 1. Тогда на управляющий вход блока отображения 24 поступает соответствующая команда на преобразование двухчастотной комбинации в цифру набираемого номера.

Реализацию данного устройства наиболее целесообразно осуществлять на базе традиционной цифровой схемотехники ("жесткой логики") либо с использованием сигнальных микропроцессоров.

Источники информации
1. Зайончковский Е. А., Пшеничников А.П., Романцов В.М. Автоматическая междугородная связь. -М.: Радио и связь, 1984. Стр.111-113.

2. Авторское свидетельство 441681, Н 04 M 1/46, 03.01.73.

Изобретение относится к технике электросвязи. Технический результат заключается в повышении точности приема многочастотных сигналов. Сущность изобретения заключается в использовании нескольких оцениваемых информационных статистик, с помощью которых осуществляется устойчивое обнаружение и прием многочастотного сигнала в условиях его маскировки паразитным сигналом, а также при наличии значительных искажений ряда его параметров. 1 ил.

Устройство для приема многочастотных сигналов, содержащее блок согласования с каналом связи, интегрирующее звено, логический элемент И и блок отображения, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены полосовой фильтр, фильтр низких частот, аналого-цифровой преобразователь, линейный детектор, первый и второй арифметические блоки, первый, второй, третий и четвертый пороговые элементы, блок гребенчатых фильтров, блок линейных детекторов, блок интегрирующих звеньев, блок управляемых ключей, управляющий таймер, первый и второй сумматоры, первый, второй и третий блоки вычисления отношения, причем выход блока согласования с каналом связи через последовательно включенный фильтр низких частот соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через последовательно включенный полосовой фильтр связан с входом линейного детектора и входами блока гребенчатых фильтров, при этом выход линейного детектора через последовательно включенные интегрирующее звено и первый пороговый элемент соединен с первым входом логического элемента И, а выходы блока гребенчатых фильтров подключены к соответствующим входам блока линейных детекторов, в свою очередь, выходы блока линейных детекторов связаны с соответствующими входами блока интегрирующих звеньев, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управляемых ключей, причем управляющий вход блока управляемых ключей связан с управляющим таймером, а выходы первых четырех управляемых ключей соединены с входами первого арифметического блока, а выходы пятого, шестого, седьмого и восьмого управляемых ключей - с входами второго арифметического блока, причем первый выход первого арифметического блока подключен к первому входу первого блока вычисления отношения, первому входу первого сумматора и первому входу блока отображения, тогда как второй, третий и четвертый выходы первого арифметического блока связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами второго сумматора, а второй выход первого арифметического блока связан, кроме того, с вторым входом первого блока вычисления отношения, аналогично первый выход второго арифметического блока соединен с первым входом второго блока вычисления отношения, вторым входом первого сумматора и вторым входом блока отображения, тогда как второй, третий и четвертый выходы второго арифметического блока связаны соответственно с четвертым, пятым и шестым входами второго сумматора, а второй выход второго арифметического блока соединен, кроме того, еще и со вторым входом второго блока вычисления отношения, при этом выход первого блока вычисления отношения через второй пороговый элемент связан со вторым входом логического элемента И, а выход второго блока вычисления отношения через третий пороговый элемент соединен с третьим входом логического элемента И, в свою очередь, выход первого сумматора подключен к первому входу третьего блока вычисления отношения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход через четвертый пороговый элемент - с четвертым входом логического элемента И, и, наконец, выход логического элемента И связан с управляющим входом блока отображения.