Цифровой многоканальный приемник линейных сигналов одночастотной и двухчастотной систем сигнализации Советский патент 1990 года по МПК H04Q1/46 

Изобретение относится к технике

электросвязи нпредназначено,в частности для приема многоканальных одночастот ных и двухчастотных линейных сигналов управления и взаимодействия, передава - ймых квантованными отсчетами ИКМ-кода

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости приема линейных сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная йхема устройства; на фиг. 2 - схема решающего блока.

Устройство (фиг.1) содержит генераторное оборудование 1J преобразователь 2 последовательного кода в параллельный, запоминающий блок 3 знака, Запоминающий блок 4 уровня, пороговый блок 5 и решающий блрк 6.

t

Решающий блок 6 (фиг. 2) содержит узел 7 выделения нулей, делитель 8 частоты, дешифратор 9 длительности Интервалов, счетчики 10 разрешенных комбинаций, пороговый узел 11 разрешенных комбинаций, дешифратор 12 разрешенных комбинаций, переключатель 13 сигнализации, счетчик 14 запере- щенных комбинаций и пороговый узел 15 запрещенных комбинаций.

Цифровой многоканальный приемник линейных сигналов одночастотной и двухчастотной систем сигнализации работает следующим образом,

На вход приемника поступает ин- формация от аппаратуры ИКМ-30 в виде последовательного восьмиразрядного не линейногр кода. При этом первый разряд знаковый, в нем заключена информация, о знаке очередного отсчета сигнала. Остальные семь разрядов кода несут информацию о модуле отсчета сигнала. Тактовая частота многоканального сигнала на входе приемника Јт 2048 кГц, скорость передачи информации в каждом из 32 каналов 64 кбит/с. Длительность тактового инV,

1

тервала Ъ т -т- # 0,49 мкс, время обработки одного отсчета данного канала Т 8 Ст 3,9 мкс, основная частота обработки многоканального сигнала f 256 кГц.

. В знаковом разряде ИКМ-кода заключена вся информация о частоте гармонических сигналов. Если система сигнализации однечастотная, интервалы между соседними пересечениями нулевого уровня постоянны и равнв между собой. Из-за квантования сигнала с

частотой f кц 8 кГц, в знаковом разряде ИКМ-кода могут встречаться только интервалы смены знака, содержащие целое число периодов частоты квантования. Из-за некратности частоты сигнализации и частоты квантования в общем случае соседние квантованные интервалы смены знака одночастотного

сигнала могут отличаться один от другого, но не более чем на один квант (период частоты квантования Т -Kfl Т25 мкс). Например, для одночастотного сигнала F, 1200 Гц, квантован5 ного с частотой f кв 8 кГц, интервалы между нулями содержат целое число квантов соответственно 3,3,4,3,3,4,3, 3,4,3,3,4 и т.д. Дня сигнала F- 1600 Гц последовательность интерва0 лов между нулями имеет вид 3,2,3,2,

а для сигнала одночастот0

5

3,2 и т.д. ной системы сигнализации F 2600 Гц соответственно 1,2,1,2, 1,2,...,1,2, 2, 1,2... и т.д.

5Если система сигнализации двухчастотная Ft 1200 Гц и F2 1600 Гц, из-за биений двух гармонических-составляющих возникает как амплитудная, так и частотная модуляция суммарного сигнала с разностной частотой 4F (F4 - Ft) 400 Гц. В знаковом разряде информация об амплитуде исчезает, а частотная модуляция сигнала сохраняется полностью и проявляется в периодическом изменении интервалов смены знака по закону разностной частоты F. Это позволяет надежно отличить двухчастотные сигналы от одночастотных, в которых частотная модуляция отсутствует.

В зависимости от соотношения между уровнями сигналов частот F, и F (перекоса уровней) на периоде биений ЭТ 1/AF отдельные интервалы могут отличаться от среднего целого

значения К более чем на один квант (где К f кв/Р,+ F2), т.е. наблюдаются интервалы () при малом перекосе и большой глубине частотной модуляции - 3,3,3,5,3,3,3,3,3,5,3,3...

50 и т.д. для небольшого преобладания F, 1200 Гц или 3,3,1,1,3,3,3,3,3,3, 1,1,3,3,3... и т.д. для небольшого преобладания F/, 1600 Гц. При большем перекосе и менее глубокой час5 тотной модуляции интервалы группируются в виде пачек средних интервалов длительностью К, вслед за которыми следуют пачки из двух или более интервалов (Kf1), например, вида

0

3,3,3,3,4,4,3,3,3,3,4,4 и т.д. с преобладанием сигнала F 1200 Гц или 3,3,3,3,2,2,2,2,3,3,3,3,2,2,2,2 и т.д. с преобладанием F2 t600 Гц.

Число пачек N за время анализа Та определяется как N (Ta dF). С увеличением времени анализа Тй число пачек растет, что позволяет путем накопления более надёжно отличать двухчастотные сигналы от одночастот- ных.

В одночастотных сигналах могут из-за квантования наряду со средними стандартными интервалами К, встречаться только одиночные нестандартны интервалы либо (К+1), либо (К-1). При этом пачки в два или более нестандартных интервала подряд принципиально не могут наблюдаться из-за отсутствия частотной модуляции.

В присутствии помех целесообразно установить порог, превышение которого позволяет сделать вывод о наличии двухчастотного сигнала.

Для приема линейных сигналов од- ночастотной и двухчастотной систем сигнализации достаточно использовать только информацию, заложенную в знаковом разряде ИКМ-кода. Информация об амплитуде сигнала в общем случае является избыточной и может быть отброшена, что эквивалентно глубокому двустороннему ограничению (клиппиро- ванию) сигнала по амплитуде. Если сигнал представлен в виде ИКМ-кода, то глубокое ограничение равноценно отбрасыванию всех остальных семи разрядов кода и удерживанию только первого знакового разряда. Обработка только одного знакового разряда вместо, например, восьми разрядов нелинейного двоичного кода аппаратуры ИКМ-30 позволяет существенно упростить реализацию цифрового многоканального приемника линейных сигналов. Кроме того, извлечение информации только из знакового разряда позволяет повысить помехоустойчивость приема на фоне шумов, поскольку моменты перехода сигнала через нуль являются наиболее помехозащитеиными и для их искажения потребуются помехи повышенного уровня.

Отбрасывание всех разрядов кода, кроме знакового, позволяет не считываться с нелинейным кодированием, осуществляемым в ИКМ-кодере с целью сжатия динамического диапазона, пос- кольку в области малых уровней сигна0

5

0

5

0

ла вблизи переходов через нуль кодирование остается линейным и местоположения нулей сигнала не изменяются. Нелинейное кодирование влияет только на амплитудную модуляцию двухчастотного сигнала, форма огибающей и заполнения которого искажаются. Отбрасывание информации об амплитуде путем удержания только знакового разряда автоматически устраняет влияние нелинейного кодирования на прием гармонических сигналов.

В предложенном приемнике обработку гармонических сигналов можно рассматривать как нелинейную цифровую фильтрацию. При этом предварительные нелинейные искажения сигнала в ИКМ-кодере никакого влияния на их дальнейшую обработку не оказывают, так как закон частотной модуляции интервалов между нулями сигнала остается неизменным. Достоинством нелинейной цифровой фильтрации сигнала является также и то, что в этом случае обработке подлежит вся двухчастотная смесь сигнала, без разделения ее на отдельные гармонические составляющие. Благодаря этому схема цифрового приемника резко упрощается и требования к его быстродействию заметно стгжаются, так, например, если при использовании линейных цифровых фильтров в составе приемника на выходе аппаратуры ИКМ-30 тактовая частота обработки сигнала fr 5 2048 кГц, то нелинейная цифровая фильтрация позволяет вести обработку с частотой f 32; f К6 256 кГц. При fT 2048 кГц необходимо применять в составе линейных цифровых фильтров быстродействующие многопотребляющие ТТЛ-микросхемы, тогда как при f 256 кГц можно использовать экономичные малопотребляющие КМОП-мик- росхемы.

Для грубой оценки уровня сигнала (выше или ниже порога приема) достаточно обрабатывать только информацию о наличии старшего (второго) разряда ИКМ-кода, остальные шесть младших разрядов могут быть отброшены, как избыточные. Это обстоятельство является дополнительным преимуществом нелинейной фильтрации перед линейной, где обработке подлежат все восемь разрядов ИКМ-кода.

В отличие от фильтровых приемников, использующих для защиты от речи (помимо накопления сигнала) полосовые и заграждающие фильтры, в предлагае0

5

0

5

7158059

мом цифровом приемнике анализируется закон распределения интервалов между соседними нулями сигнала. У речевых сигналов интервалы между нулями изменяются по случайному закону, причем наряду с разрешенными интервалами, характерными для частот сигнализации длиной 1,2,3,4,5 квантов частоты fj.. 8 кГц, встречается большое ко- , личество запрещенных интервалов

длиной 6,7 и т.д. квантов. Поскольку более половины энергии речевых сигналов заключено в спектре частот ниже 800 Гц, около половины встречаю-jс

щихся интервалов между нулями являются запрещенными, не характерными для частот сигнализации 1200, 1600,2600Гц.

Запрет на приемник длинных интервалов (6 и более) в предложенном jn цифровом приемнике эквивалентен применению заграждающего фильтра на частоты ниже f 800 Гц.

Для приема одночастотной системы сигнализации F - 2600 Гц целесообраз- 25 но предварительно поделить эту частоту вдвое F F/2 1300 Гц, благодаря чему частота F окажется в том же диапазоне, что и частоты 1200 и 1600 Гц двухчастотной системы сигнализации. При этом средний интервал между нулями сигнала в обеих системах станет одинаковым () квантй частоты f кв 8 кГц и обработка с.игналов обеих систем может совершаться почти однотипно. Запрет интервалов и более в одночастотной системе сигнализации (с учетом предварительного деления частоты 2600 Гц вдвое) эквивалентен применению заграждающего фильтра на частоты F Ј 1600 Гц.

Прием в течение определенного

30

времени заданного количества тех или иных разрешенных интервалов длиной 1,-2,3,4 кванта равноценен исполь45

50

зованию эквивалентных узкополосных полосовых фильтров соответственно на частотах 2600, 1600 и 1200 Гц. Изменяя количественно пороги числа разрешенных интервалов той или иной длины за определенное время, можно регулировать ширину полос пропускания эквивалентных плосовых фильтров.

Наиболее жесткие требования предъявляются к приему сигналов Отбой и Разъединение. Приемник линейных 55 сигналов в соответствии с нормами МККТТ должен обеспечивать в среднем не -более одного ложного срабатывания

с

.

n

5 35 0

45

18

за 10 ч разговора. Ложный прием под действием речи сигналов Отбой и Разъединение приводит к полному разрушению связи между абонентами, поэтому приемник должен обеспечивать высокую помехоустойчивость приема этих сигналов на фоне речи. В спектре разговорных токов присутствуют тональные частоты 1200, 1600 и 2600 Гц, поэтому всегда существует некоторая вероятность ошибочного приема линейных сигналов Отбой, Разъединение. Для снижения этой вероятности длительности указанных сигналов устанавливаются достаточно большими (не ме-. нее 200 мс), что позволяет предусмотреть накопление сигналов в течение времени Тн зашиты приемника от разговорных токов (Т н 100 мс).

В режиме двухчастотной сигнализации предусмотрены заграждающие фильтры. Один из них, в диапазоне частот ниже 800 Гц, построен за счет ограничения числа запрещенных одиночных интервалов длиной 6 и более квант-ов частоты f Kfl 8 «Гц, а также пачек интервалов вида 5,5, 5,5,5 и т.д.

Второй заграждающий фильтр основан на ограничении числа пачек N нестандартных интервалов. При разносе. частот 4F 400 Гц за время анализа Ти Јв приемнике выбрано мс) проходит N Tg /JF 3,2 периода биений. С учетом нестабильности частот 1200 ± 15 Гц и 1600± 15 Гц разнос частот может колебаться в диапазоне от 6Y мин 370 Гц до 4FMO(KC 430 Гц, что соответствует от N мин T0,-JFM44 2,96 до NMO(KC Тя. 3,44 периодам биений. С учетом возможного частичного разрушения информации о разносе частот под действием помех и из-за случайного момента начала отсчета необходимо предусмотреть поро

ги по числу пачек 4 7/ Ч J/ 2.

Случайные речевые сигналы характе

ризуются хаотическим появлением одиночных нестандартных интервалов 1 и 5, а также пачек стандартных интервалов вида 2,2; 2,2,2; 2,2, ...4,4; 4,4,4...и т.д. Такие сочетания интервалов подсчитываются за время Т 8 мс и их число сравнивается с порогами по пачкам 4 N 2, Существует большая вероятность того, что для случайных речевых сигналов условия по числу пачек не будут выполнены. Это является дополнитель915805

ным признаком, по которому происходит защита двухчастотных сигналов Отбой, Разъединение от речи.. Даже при условии допустимого числа разрешенных интервалов, и отсутствия запрещенных жесткие пороги по разносу частот 4 N 2 позволяют отличить двух- частотные сигналы от речи. Если на

Q

коротком отрезке времени анализа Та 8 мс речевой сигнал случайно совпадает с двухчастотным, нарушения связи под действием ложного приема сигнала Отбой не произойдет. Только при условии непрерывного ложного приема сигнала Отбой в течение времени защиты (10 копий сигнала подряд) может произойти подрабатывание ПЛС от речи. Однако вероятность этого события очень мала и совпадает с вероятностью того, что в течение времени защиты Т 100 мс речь представляет собой чистый двухтональный сигнал Fr 1200 Гц и Г 1600 Гц.

Для установления порога срабатыва- ния предложенного приемника по уровню в нем осуществляется накопление за время анализа Та 8 мс числа отсчетов сигнала, содержащих 1 во втором (старшем) значащем разряде нелинейного кода с выхода аппаратуры ИКМ -30. Наличие 1 во втором разряде кода свидетельствует о том, что уровень сигнала превышает порог приема. В отсутствие помех достаточно

за время Тй принять хотя бы однократ- 35 тотой квантования f Kg 8 кГц по мере

но 1 в старшем значащем разряде, чтобы сделать выводы о том, что сигнал превышает порог приема по уровню. ,Однако из-за помех возможны кратковременные превышения порога, тогда как фактически сигнал находился ниже порога и условия на срабатывание приемника не выполнялись.

Для получения достоверной оценки уровня сигнала в приемнике осуществлено его накопление в течение времени анализа Т 8 мс. За это время проходит п f кй Т о, 64 отсчета сигнала, каждый из-которых имеет во втором разряде ИКМ-кода либо 1, либо О. Подсчет числа 1 во втором разряде и сравнение этого числа с порогом -11/2 32 к концу времени анализа позволяет надежно оценить, эффективное (действующее) значение гармонических сигналов и принять решение о срабатывании (или несрабатывании) приемника по уровню.

40

поступления отсчета очередного канала. Считывание же отсчетов одного канала совершается с частотой fC4 256 кГц, т.е. в 32 раза более высокой. Благодаря этому за время

64

dT 0,25 мс удается осуществить считывание подряд всех 64 записанных по данному каналу отсчетов.45 За время Т 32 4Т 8 мс происходит считывание всей информации по всем 32 каналам, т.е. совершается полный цикл обработки информации.

В режиме считывания информации из

SO запоминающего блока 4 уровня импульсы данного канала, свидетельствующие о наличии 1 в старшем разряде ИКМ- кода, поступают последовательно на вход Порогового блока 5, представляю55 щего собой двоичный счетчик. Выход старшего шестого разряда счетчика является выходом порогового блока 5, наличие логической 1 на нем означа-; ,ет, что из 64 отсчетов данного кана591

10

Информация в последовательном коде поступает на информационный вход преобразователя последовательного кода в параллельный. При этом сначала подается первый знаковый разряд в течении времени t34 Ј0,49 мкс, а затем

5

0

5

в течение такого же времени старший разряд нелинейного ИКМ-кода, несущий Q информацию об уровне отсчета сигнала данного канала.

На первых входах запоминающего блока 3 знака и запоминающего блока 4 уровня информация о знаке и уровне отсчета- должна присутствовать в течение всего времени 4t i.3,9 мкс, отведенного на обработку данного отсчета. С этой целью в преобразователе 2 происходит запоминание информации и хранение с момента ее поступления до окончания тактового интервала Лt 3,9 мкс.

Тактовый интервал обработки информации 4t 3,9 мкс используется следующим образом. Первая половина времени существования отсчета данного . канала Јt/2 2 мс отводится для записи текущей информации ознакеи уровне отсчета поданному адресу в запоминающий блок 3 знака и запоминающий блок 4 уровня. Вторая половина времени dt/2 2 мс используется соответственно для считывания ранее записанной информации о том или ином отсчете очередного канала. А именно запись отсчетов каждого канала присходит с час0

0

поступления отсчета очередного канала. Считывание же отсчетов одного канала совершается с частотой fC4 256 кГц, т.е. в 32 раза более высокой. Благодаря этому за время

64

dT 0,25 мс удается осуществить считывание подряд всех 64 записанных по данному каналу отсчетов.5 За время Т 32 4Т 8 мс происходит считывание всей информации по всем 32 каналам, т.е. совершается полный цикл обработки информации.

В режиме считывания информации из

O запоминающего блока 4 уровня импульсы данного канала, свидетельствующие о наличии 1 в старшем разряде ИКМ- кода, поступают последовательно на вход Порогового блока 5, представляю5 щего собой двоичный счетчик. Выход старшего шестого разряда счетчика является выходом порогового блока 5, наличие логической 1 на нем означа-; ,ет, что из 64 отсчетов данного канала не менее половины превышают пороговый уровень приема.

Высокий уровень логической 1 на выходе порогового блока 5 поступает на второй вход решающего блока 6 и осуществляет разрешение приема по уровню. Сброс счетчика 14 происходит в начале интервала обработки каждого канала с частотой f 4 кГц, чем обеспечивается подготовка к приему новой информации об уровне по следующему каналу.

Кроме информации об уровне, на первый вход решающего блока 6 поступает последовательно информация о знаке 64 отсчетов данного канала с выхода запоминающего блока 3 знака. На третий вход решающего блока 6 подается последовательность импульсов тактовой- частоты f 256 кГц с выхода генераторного оборудования 1. На выходе решающего блока 6 формируются данные о принятых частотах.

I В начале времени обработки каждого очередного канала вся накопленная в решающем блоке 6 информация по предыдущему каналу сбрасывается с частотой f 4 кГц одновременно со сбросом счетчика 14 в пороговом блоке 5.

Работа решающего блока 6 происходит следующим образом. Последователь- ность импульсов смены знака поступает |Из запоминающего блока 3 знака на пер ,вый вход узла 7 выделения нулей. На второй вход подаются импульсы тактовой час тоты fT 256 кГц, при этом узел 7 вырабатывает последовательности коротких импульсов соответствую- |щих моментам смены знака. Эта пасле- довательность импульсов используется для управления работой дешифратора 9, с выходов которого информация о наличии того или иного интервала данной длительности записывается в счетчик 10 разрешенных комбинаций, а также в счетчик 14 запрещенных комбинаций в моменты появления очередного импульса смены знака. Сброс дешифратора 9 происходит с некоторой задержкой, сразу после записи информации в счетчики 10 и 14 в моменты поступления импульсов задержанной последовательности с выхода узла 9.

В зависимости от режима работы - одночастотная либо двухчастотная система сигнализации - переключатель 13 сигнализации установлен в соответствующее положение по входу. Если режим одночастотньй (F 2600 Гц), первый

5

0

5

0

5

0

5

0

5

выход переключателя 13 сигнализации, поступая на второй вход делителя 8 частоты, осуществляет деление частоты последовательности импульсов записи | вдвое. Реально это достигается выделением только передних фронтов последовательности импульсов смены знака путем отключения элементов, выделяющих задние фронты последовательности. В двухчастотном режиме деления частоты импульсов записи вдвое не происходит.

Таким образом, в одночастотном режиме обработке подлежит частота- F F/2 1300 Гц, т.е. подсчитывается число квантов на полном периоде частоты F 2600 Гц, а не за половину периода, как это делается в двухчастотной системе сигнализации. Поскольку частота F 1300 Гц близка частотам 1200 Гц и Fг 1600 Гц, дальнейшая обработка сигнала в обо- - их режимах во многом совпадает. Однако при смене режима необходимо изменить пороги числа разрешенных и запрещенных комбинаций, а также осуществить перекоммутацию выходов дешифратора 12 разрешенных состояний. Например, при переходе к одночастотному режиму F 1300 Гц необходимо увеличить порог по числу интервалов 3 и снизить порог по числу интервалов 2м, 4 и числу пачек по входу управления порогового узла 11 разрешенных комбинаций. Одновременно необходимо осуществить запрет по числу интервалов 1, а также 5 и более длинных, по выходу управления порогового узла 15 запрещенных комбинаций.

Формула изобретения

1. Цифровой многоканальный приемник линейных сигналов одночастотной и двухчастотной систем сигнализации, содержащий генераторное оборудование и решающий блок, отличающий- с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема линейных сигналов, введены последовательно соединенные преобразователь последовательного кода в параллельный, первые входы которого соединены с первыми выходами генераторного оборудования, запоминающий блок уровня и пороговый блок, а также запоминающий блок знака, информационный вход которого -соединен с вторым выходом преобразователя последовательного кода впарал-

131

лельный, первый вход которого яв-. ляется информационным входом устройства, первым .тактовым входом которого являются объединенные второй вход преобразователя последовательного кода в параллельный и первый вход генераторного оборудования, адресные выходы которого подключены к соответствующим входам запоминающего блока уровня и запоминающего блока знака, выход которого подключен к первому входу решающего блока, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к выходу порогового блока, а также второму и третьему выходам генераторного ; оборудования, второй вход которого, объединенный с вторым йходом порогового блока и пятым входом решающего блока является вторым тактовым входом устройства.

2. Приемник по п. 1, отличающийся тем, что решающий блок содержит последовательно соединенные узел выделения нулей, информационный вход которого является первым входом устройства, делитель частоты, дешифратор длительности интервалов, второй

580591

14

0

5

вход которого подключен к второму входу узла выделения нулей и является третьим, входом блока счетчики разрешенных комбинаций, пороговый узел разрешенных комбинаций и дешифратор разрешенных комбинаций, а также последовательно соединенные счетчик запрещенных комбинаций и пороговый узел запрещенных комбинаций, переключатель сигнализации, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к вторым входам делителя частоты, порогового узла разрешенных комбинаций, дешифратора разрешенных комбинаций и порогового узла запрещенных комбинаций, выход которого подключен к первому входу сброса счетчиков разрешенных комбинаций, второй вход сброса которых объединен с соответствующим входом счетчика запрещенных комбинаций и является четвертым входом решающего блока, вторым и пятым входом кото- 5 РОГО являются соответственно третий вход дешифратора разрешенных состояний и вход переключателя сигнализации, а второй выход дешифратора длительности интервалов подключей к входу счетчика запрещенных комбинаций.

Изобретение относится к технике электросвязи. Цель - повышение помехоустойчивости приема линейных сигналов. Устройство содержит генераторное оборудование 1, преобразователь 2 последовательного кода в параллельный запоминабщий блок 3 знака, запоминающий блок 4 уровня, пороговый 5 и решающий 6 блоки. Поставленная цель достигается введением последовательно соединенных преобразователя 2 последовательного кода в параллельный, запоминающего блока 4 уровня и порогового блока 5, а также запоминающего блока 6 знака. Особенностью устройства является то, что для приема линейных сигналов одночастотной и двухчастотной систем сигналазации достаточно использовать только информацию, заложенную в знаковом разряде ИКМ-кода. Информация об амплитуде сигнала является избыточной и может быть отброшена. При этом предварительные искажения сигнала в ИКМ-коде никакого влияния на их дальнейшу обработку не оказывают. Информация в последовательном коде поступает на информационный вход преобразователя 2. На выходе решающего блока 6 формируются данные о принятых частотах. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Редактор А.Козориз

Составитель В.Паницкий Техред М.Ходанич

Заказ 2024

Тираж 523

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фиг.1

Корректор О.Ципле

Подписное