Адаптивный групповой приемник многочастотного кода с импульсно-кодовой модуляцией Советский патент 1991 года по МПК H04L27/14 

Изобретение относится к -электросвязи и может быть использовано для управления коммутационным оборудованием цифровых электронных АТС с им- пульсно-кодовой модуляцией.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости .

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного приемника; на фиг. 2 - временная диаграмма.

Адаптивный групповой приемник мно- гочастотнрго кода с импульсно-кодо- вой модуляцией содержит оперативное запоминающее устройство 1, коммутатор 2 адресов, блок 3 генетаторов,

первый, второй и трет ни pcincinbi i-d. блок 7 перемножителеи, перп ч и i горой преобразователи 8 и 1J кода, первый и второй вычислительные Гло ч 10 и 11, первый и второй счетчи.-н 12 ч 13, компаратор 14 кода, первое, рое и третье постоянные запоминающие устройства 15-17 и сумматор 18 кодов.

Приемник работает следуютч-им обр зом.

На входы, данных оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 1 поступает параллельный нелинейный HKM-r.v, отсчета сигнала очередного канала, содержащий старший знаковый 8-и РЗЧСл5СЛ Ю 4

СО

«.,

ряд, три разряда номера сегмента (7, 6 и 5-й) и два разряда кода внутри сегмента (4 и 3-й). Два младших значащих разряда 2 и 1-й) нелинейного ИКМ-кода не подвергаются обработке и o i брасьшдштся , при этом относительна) погрешность округления модуля от2гсчета не превышает Д. -гг 0,03.

Последовательность отсчетов группового цифрового ИКМ-сигнала, несущего информацию о двухчастотных посылках набора номера в каждом из 32 каналов, пписывается в ОЗУ 1 по мере поступления в соответствукнцие каждому канату адреса.

Для формирования адресов игпользуются сетки частот 1024, 512, 256, 128, М, 32, 16, 8, 4, 2,1 , 0,5, 0,25, 0,125 и 0,0625 кГц,вирабатываемые в блоке 3 генераторов путем по- спедовательчого деления импульсов тактовой частоты f T 2048 кГц.

Пикповая синхронизация блока 3 генераторов обеспечивается благодаря подаче на его второй вход импульсной последоваiельности f ь кГц.

Сигналы многочастотного ко а 2 из 6 передаются в спектре канала -ТЧ при наборе номера комбинациями из двух частот ряда 700, 900, 1100, 1300, 1500 и 1700 Гц в диапазоне уровней от (-36) до (-6) дБмО, с возможным перекосом уровней близко отстоящих частот от 3 дБ и далеко отстоящих частот до 10 дБ, Всего может существовать 15 различных комбинаций кода, служащих для передачи 10 цифр и ряда вспомогательных сигналов. Двухчастотные посылки набора номера могут следовать одна за другой без перерывов, так называемым безынтервальным пакетом, для максимального сокращения длительности набора номера. Средняя про шлжи- тельность одной посылки 50 мс, диапазон длительности (30-70) мс.

Время Т анализа отрезка двухчас- тотного сигнала в приемнике определяется минимальной длительностью посылки . Поскольку моменты смены посылок неизвестны и не зависят от материала анализа, Т следует выбират исходя из половины минимальной длительности двухчастотного знака.

В приемнике принято Т 16 tic, отсюда минимальная частота вырабатыпа

35273л

емой сетки частот F

10

15

20

25

мим -/Т 0,0625 кГц. За время Т происходит

К ц/Рлн1Н 128 циклов частоты следования отсчетов данного канала f 8 кГц, т.е. по каждому из 32 каналов проходит К 128 отсчетов сигнала. Выбор Т 16 мс определяет объем памяти ОЗУ К 128-32 24i 4096 шестиразрядных (практически восьмиразрядных) слов.

В приемнике можно осуществлять последовательную однокянальную обработку многоканального сигнала.При этом сначала анализируются все К 128 ранее записанных в ОЗУ 1 ИКМ-от- счетов первого канала, затем 178 о,- счетов второго канала ит.;г., вппоть

до 32-го канала.

Приемник получается практически одноканальным, только время обработки одного канала снижается в 32 раза и составляет Т0 Т/32 0,5 мс. За время Т0 из ОЗУ 1 считываются один за другим все К 128 отсчетов данного канала, причем на один от счет

приходится время сг - .3,9 мс. Частота следования отсчетов данно30

го канала при считывании

256 кГц, т е. в 32 рлз. более высокая, чем частота квантования f, 8 кГц.

k&

35

0

5

0

5

Поскольку за время Т 16 мс должен завершаться полньо цикл записи и считывания из ОЗУ 1 всей ранее записанной информации, каждый тактовый отрезок времени су А. 3,9 мс делится пополам. В первую половину времени, в течение tv /2 s: 1,95 мс происходит запись в ОЗУ 1 ИКМ-от- счета сигнала по мере его поступления з реальном масштабе по адресу очередного канала, а вину времени в ходит считывание из ОЗУ 1 другого ИКМ-отсчета сигнала по адресу того канала, который в данный отрезок времени TQ 0,5 мс подлежит обработке.

Для формирования нужных адресов ОЗУ 1 в режимах записи и считывания информации в приемнике используется коммутатор 2 адресов, управляемый по своему первому входу импульсами записи/считывания с частотой fT.

во вторую поло- течение ет/2 проис

516

В конце режима считывания очеред- ной отсчет сигнала х с выхопа ОЗУ 1 I переписывается в первый параллельный регистр 4, где запоминается с целью последующего сравнения со следующим отсчетом у данного канала на выходе ОЗУ 1. Знаковые разряды предыдущего отсчета х и последующего отсчета у, а также по пять значащих ра фядов модулей обоих отсчетов поступают в виде адреса на входы второго постоянного запоминающего устройства (inv) 16. ПЗУ 16 используется в качестве преобразователя нелинейного ИКМ-кош двух соседних отсчетов п R-разрядныи код знака двухчастотного cm папа.

Как следует из иг.2а,б и таСчицы можно уточнить момент перехода с ш нала через нуль, испо 1ьзуя инЛорм шию о уровне и знаках двух соседних отсчетов сигнала. В знаковом разряде нети- нейного ИКМ-кода эта информация и- глублена и частично потеряна из- за

27

0

36

низкой частоты квантования f ke 8 кГц. Если отношение частоты сигнала Fc к невелико, то интервал между соседними нулями сигнала L fte/2Fc в знаковом разряде определен с большой погрешностью. Так, при Fe 1700 Гц, L 2,353 и фактическое распределение интервалов будет представлено в виде последовательности целых чисел 2, 2, 3, 2, 2, 3, 2, 2, 3, 2, 2, }, 2, 2, 3, 2, 3 и т.д. Относительная погрешность из-за округления дробного значения интервала до ближайшего целого превышает в этом примере 27% при i хв 8 кГц. Бпгтодаря пелпчению частоты квппо- нания по - 6t нГц в с отчете т ним с таблицей удается п средне; снизит погрешность определения чнгериачог между нулями СИГУ ла 8 роз, ) п

ПОЗВОЛИТ ИСПОПЬЗОНЛТЬ ЧЛ( ТОТНУ О дупяцию дня распознавания двух мсТ (П НЫХ ЗПЛК1Ч .

Изобретение относится к электросвязи. Цель и обреiения - повышение помехоус гоичивости. Приемник содержит оперативное -запоминающее устройство, коммутатор адресов, блок генераторов, Г)И регистра, 2 блок перемноАитРпс и, г ва преобразователя кода, чна ньипч niu e ibiuiy б то- ка, два счетчика, компаратор in i, гри постоянных напоминаю- н vi ip ства и сумм тпр . С, noMoiiiiin mi формации о ЧПЛЛ.1Х и vpcipiin nnv . сослених OICUCIOB HP п чомно; с кода догпиасмсп TO HCHHI мт-ч мор перехода гш i Mia т i yie f м , п винатентнр iioni iht HIIII ni im к i ования в 8 ра . ) i о i ir г чг i m гтановигь часчспнмъ MIVVJIMI i:i - част отного (ш на ч и и понь mi 11 ее для рагпо знавапия -имкс i тчр номерт. И звпеченпе ииГнц к ипн г I M- тервапов межг v paiii onoHi o глубокому ограничению ситчачлs та годаря чему отпадаем псобх in в автоматическое т туллрпгкс rnir- ния и понышаеюя ПОМРЧП-И т oi i,ni PI i приема. 2 ил. 1 rant. чО СО

Аппроксимация cm нала (фиг.2а,б) между двумя отсчетами разного знака с высокой точностью является линейной, поскольку крутизна сигнала в области перехода через нуль обычно велика, а интервал между соседними отсчетами ДТ 1/Гкь 125мкс мал по сравнению с полупериодом высшей частоты сигнализации F .- 1700 Гц. Таблица рассчитана исходя из прямо пропорциональной связи между значениями отсчетов х и у и длинами отрезков а и b внутри интервала дискретизации.

Использование частотной модуляции эквивалентно глубокому ограничению (клиппированию) двухчасгочного сигнала на нулевом уровне. Это позволяет существенно расширит динамический диапазон уровней приема сигнала, поскольку информация извлекается из знакового разряда ИКМ- кода, а закон частотной модуляции от уровня сигналов практически не зависит и-определяется только пере- косом уровней К и соотно0

5

шепчем мелду разносом tacioi i i среднеарифметической частоте и J0,,- 5 Разумеется, в области очень мат г; уровней (-45)-(+50) дБ начинают ска зываться погрешности линейной аппроксимации сигнала и огрубление отсчетов из-за отбрасывания двух мпад- ших разрядов нечипейного ИКМ-ко,иа, что приводит к снижению точности восстановления переходов через НУЛЬ. Однако эти уровнч снгнг n coir iepn- мы и дая-е )ияе шу ов ;i помех в к.г- нале, ПОЭТОМУ диапазон приема естественно ограничен уровнем помех. Сверху динамический диапазон прием) ограничен старшим 7-м сегментом ИКМ- кодера (порядка +3 дБ), в цепом работоспособность приемника и стабильность порогов приема сохраняются в диапазоне уровней сигнала (-40)- (+3) дБ,

Помехоустойчивость приемник, извлекающего информацию из частотной модуляции, возрастает благодаря глубокому ограничению сигнала и наибольшей защищенности от помех мо0

5

ментов перехода сигнала через нуль, Искажения моментов смены знака маловероятны и могут происходить только под действием мощных помех, тогда как искажения огибающей сигнала и закона амплитудной модуляции возможны уже под действием сравнительно слабых помех.

В приемнике измеряется взаимная корреляция между 8-разрядными кодами знака отсчета на выходе второго ПЗУ 16 и 8-разрядными кодами знака синусов и косинусов данной частоты, записанными в ПЗУ 15 квадратурных компонент сигнала. В ПЗУ 15 записаны по соответствующим адресам периодические последовательности прямоугольных синусов и косинусов всех принимаемых часто. Необходимость записи обеих квадратурных компонент объясняется неизвестной начальной фазой принимаемого сигнала.

В блоке 7 перемножителей на знак синуса и косинуса происходит одновременное вычисление взаимной корреляции знака отсчета сигнала данного канала со знаками соответственно синуса и косинуса очередной . Все шесть возможных частот обрабатываются последовательно во времени путем поочередной смены адресов на входах ПЗУ 15 квадратурных компонен В блоке 3 генераторов предусмотрена последовательная обработка восьми частот, хотя фактически используется только шесть о На обработку каждой чатоты по данному каналу отводится

т

время № -гг- 62,5 мкс, за это о

время нужно проанализировать 128 отсчетов сигнала данного канала. Таким образом, время обработки одного отсчета сигнала в устройстве составвляет

ЛЛ - А.т 128

Ј. 0,5 мкс, частота

смены адресов в ОЗУ 1, ПЗУ 15 и 16 совпадает с тактовой fT 2048 кГц.

В случае совпадения знака отчета сигнала, записанного по данному адресу и разряду в ПЗУ 16, и знака отсчета синусной последовательности на первых восьми выходах ПЗУ 15 на выходе одноименного разряда блока 7 перемножителей появляется уровень логического нуля, в противном случае - уровень логической единицы. В преобразователе 8 кода синусов, представляющем собой регистр сдвига, происхо0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дит преобразование параллельного кода в последовательный. С выхода преобразователя 8 кода синусов последовательность импульсов подсчитывается счетчиком 12 синусов.

Совершенно аналогично происходит перемножение и накопление информации по косинусной составляющей через вторые 8 выходов ПЗУ 15 блока 7 перемножителей на знак косинуса, преобразователь 9 кода косинусов и счетчик 13 косинусов.

Накопление информации в счетчиках 12 и 13 синусов и косинусов продолжается в течение половины времени, отведенного на обработку каждой час тоты данного канала. Конкретно, в

приемнике за время 31,25 мкс

из ОЗУ 1 считывается 64 отсчета сигнала, ранее записанных по данному каналу. В вычислительных блоках 10 и 11 по знаку старшего разряда счетчиков 12 и 13 синусов и косинусов о- деляются знаки двоичных чисел, записанных в каждом счетчике 1. и 13 Если знак старшего разряда положительный, то код с выхода гчетчикя )2 (13) на одноименные входы сумматор 11 кодов проходит без инверсии, в противном случае инвертируется,чем обеспечивается сложение по модулю кодов синусной и косинусной составляющих данной частоты. С выходов гVP матора 11 кодов в конце интервала

I ГГ-1

времени информация об уровне сигнала данной частоты через ПЗУ 17 переписывается по сигналу записи с 3-го выхода блока 3 генераторов в регистр 5, где запоминается до конца времени обработки ДТ этой частоты. Назначение ПЗУ 17 состоит в преобразовании кода сигнала в адаптивный пороговый код данной частоты. По результатам анализа сигнала за первую половину времени обработки в ПЗУ 17 формируется пропорциональный уровню сигнала пороговый код, предсказывающий характер нарастания сигнала данной частоты в конце интервала обработки &Т. Поскольку нужная информация на выходе ПЗУ 17 сохраняется кратковременно, только в момент &Т/2, ее запоминание осуществляется в регистре 5. Адаптивный ,пороговый код, записанный в регистре 5, используется для принятия окончательного решения о наличии или отсутствии составляющей данной частоты в двухчастотном сигнале данного канала к концу времени ДТ обработки этой частоты. Если код на входе ПЗУ 17 ниже минимального порога, в регистр 5 записывается максимальный код, заведомо превышающий сигнал к концу интервала ДТ, благодаря чему на выходе компаратора 14 будет 0 и прием не состоится.

Как следует из фиг. 2(г-з), с помощью адаптивного порога анализировать динамику изменения во времени уровня сигнала на выходе фильтра, настроенного на ту или иную частоту. Для наглядности условно показан характер изменения сигнала в аналоговых фильтрах, тогда как реально в устройстве используют цифровые фильтры (знаковые корреломе ры). Накоплению сигнала в фильтре- соответствует увеличение кода на выходе сумматора 11 кодов, который в момент окончания интервала ДТ сравнивается в компараторе 14 кода с адаптивным кодом порога г выхода регистра 5.

На фиг.2в условно показана последовательность двух посылок двух- частотного сигнала в режиме безынтервального пакета. Интервал анализа Т 16 мс в общем случае независим от случайного момента смены посылок. Пусть, к примеру, в данном канале уровень сигнала частоты Ј выше уровня сигнала частоты f2, а уровень сигнала частоты f3 выше уровня сигнала частоты f4- Ксли не использовать адаптации порогов приема к уровням гармонических составляющих сигнала, то в соответствии с фиг. 2() к конце второго интервала обработки ДТ существу вероятность приема ложной двухчастотной комбинации f, Ј5. Благодаря пробе кода в середине интервала Т и сравнению его с минимальным порогом с помощью ПЗУ 17, с высокой веротяностью уровень U3 частоты fэ в момент Д Т/2 (фиг.2е) окажется ниже минималного уровня U ммц . По этой причине в регистр 5 запишется максимальный код (1111), который поступит на первую группу входов компаратора 14 код Прием составляющей частоты fj в конце второго интервала Д.Т на выходе

1

1635273|0

не состоится даже несмотря на то,

что в этот момент уровень сигнала Us в данном фильтре превышает минимальный порог.

С другой стороны, прием сигнала

частоты f состоится, хотя уровень этой состагляющей занижен по сравнению с f. Для приема f необходимо только, чтобы в момент Д Т/2 уровень сигнала U-г. превышал минимальный порог U мин- Поскольку в рассматриваемом примере U2 И , сформируется адаптивный порог U , в момент принятия решения ДТ уровень сигнала на выходе фильтра f „ окажется выше низкого адаптивного порога U

2а

и прием сигнапа частоты fu

0

5

0

5

0

5

0

5

состоится.

На фиг . 2и изображена частотная характеристика цифрового фильтра, в котором предусмотрен сброс на нуль выходного сигнала через временной интервал 1/2 - 8 мс. В чтом фипьтре нули частотной характеристики расположены через интерна1 Д, Г /Т/2 125 Гц, где & f расстройка относительно центральной частоты фильтра.

На фиг.2к представпена частотная характеристика цифрового фичьтра со сбросом через интервал Т 16 мс, нули частотной характеристики фильтра следуют через интервал частот ДЈ 1/Т 62,5 Гц. Амппитула сигнала при точной настройке (uf 0) на выходе узкопопосного филыра (фиг.2к) вдвое выше, чем на выходе пирокопо- лосного фильтра (фш .2и). Это означает, что при точной настройке фильтра на частоту сигнала выходной код сумматора 11 кодов линейно нарастает пропорционально длительности анализа Т.

Если расстройка ДГ не равна нулю, то, как следует из сопоставления фиг,2и,з и 2к, с ростом Т линейный рост кода на выходе фильтра уже не наблюдается и может происходить даже-его спад, Так, при Af 62,5 Гц в конце, первой половины интервала анализа Л Т/2 на выходе фильтра появится некоторый код, соответствующий сигналу U (фиг.2и). При дальнейшем увеличении времени анализа вдвое в конце.интервала Т код на выходе филвтра станет равен нулю, U( - 0. Таким образом, начиная с не- которых значений.расстроек | Д ч

, /.f uQKC , накопления сигнала на выходе фильтра с увеличением времени анализа не наблюдается.

Это позволяет дополнительно сузить полосы пропускания фильтров по сравнению с фиг.2к и повысить защиту от помех. Записывая в ПЗУ 17 адаптивный код, в К раз превшаающий код

на выходе сумматора 11, можно, изменяя К в пределах от К 1 до К 2, регулировать величину максимально допустимой расстройки по частоте приМОКС

ДО Гц

нимаемого сигнала от luf|

До Л-f макс I ОС учетом допустимых отклонений o i номинала частот cm нала в пределах -Н 5 Гц и случайной начальной фазы принимаемого сигнала, в ПЗУ 17 выбрано значение К 1,5, что обеспечивает полосу пропускания фильтров в диапазоне +()Гц.

После сравнения в компараторе 14 кодт сигнала с выхода сумматора 11 кодов с адаптивным порогом на выходе компаратора 14 кода возникает уровень логической единицы, если сигнал превышает порог, либо уровень логического нуля, если сигнал ниже порога. Эта информация переписывается п регистр 6 в момент &Т окончания обработки информации о данной частоте очередного канала по сигналу записи с первого выхода блока 3 генераторов.

В момент Т0 8 &Т окончания интервала обработки данного канала на шести выходных информационных шинах регистра 6 будет сформирована информация о двухчастотном сигнале данного канала. Фактически эта информация подготовится даже ранее, к моменту Т 6 ДТ, поскольку имеется всего шесть, а не восемь номиналов передаваемых частот. Импульсы готовности и сброса в нуль счетчиков 12 и 13 синусов и косинусов имеют период Тв 8 UT. Эти импульсы, снимаемые с первого выхода блока 3 генераторов являются тактовыми импульсами и служат для передачи информации о номере очередного канала в специализированную ЭВМ (не показана), сопряженную с данным приемником. Цикловая синхронизация устройства с этой ЭВМ обеспечивается по 8-й шине импульса- ми с периодом Т 32Т, Снимаемыми с второго выхода блока 3 генераторов. Благодаря цикловой синхронизации осу

3527312

ществляется установка в нуль счетчика номера канала, входящего в состав устройства сопряжения с ЭВМ, не показанного на чертеже.

Все описанные выше процессы в приемнике на всех последующих интервалах анализа Т повторяются аналогично. На интервалах Т, включающих в себя

момент смены посылки, возможен неприем ни одной из передаваемых частот. Это произойдет, например, если момент смены знака набора номера находится в середине интервала Т (фиг.2в). В этом случае предыдущая

посылка f,

f не

, 1л не примется из-за недостижения высокого адаптивного порога к моменту Т. Последующая посыпка fз, Јф также не примется, но по причине недостижения минимального уровня сигнала к моменту Т/2. В результате на выходе приемника в течение последующего интервала Т будет существовать пассивная пауза, т.е. безынтервальный пакет превратится в интервальный.

Это приведет к допустимому укорочению длительности посылки в среднем на величину Т/2, но не вызовет ложных срабатываний приемника из-за приема ошибочных двухчастоткомбинаций типа f

f$, f, f 4(

3 ri

35

Формула изобретения

0

Адаптивный групповой приемник многочастотного кода с импульсно-кодо- вой модуляцией, содержащий блок генераторов, первое постоянное запоминающее устройство, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами блока перемножителей, первый и второй вычислительные бло5 ки, выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам сумматора кодов, выходы которого подключены к первым соответствующим входам компаратора кода, при этом

0 первый и второй входы блока генераторов являются соответственно тактовым и синхронизирующим входами приемника, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены три регистра, второе и третье постоянные запоминающие устройства, два преобразователя кода, два счетчика, оперативное запоминающее устройство и коммутататор

5

13

адресов, тактовый вход которого соединен с тактовым входом оперативного запоминающего устройства, с тактовым входом первого регистра и с первым входом блока генераторов, первые выходы которого соединены с соответствующими входами первого постоянного -запоминающего устройств и с соответствующими входами коммутатора адресов, выходы которого подключены к соответстпуюпсим адресным вхо- пам огеративного запоминающего устройства, выходы которого соединены с соответствующим - первыми входами второго постоянного эатоминаюцего устройства и с соответствующими входами первого регистра, пыхолы которого подключены к соотвеiствх-ющим вторым входам второго постоянного запоминающе о устройства, яычо ш которогс подключонп к с по i в о 1с т в VK - щим вторым вход I M Счтока гкремно-ки- телен, первые и вторые которого соединены с входами соответственно первого и вторгго преобра о- вателеи кода, внчодп которые ( ,0 ,,- нены с сигнальными вхоыми COOTJH-T163S273

14

ственно первого и второго счетчиков, установочные входы которых соедине ны с первым выходом блока генераторов и с установочным входом третьего регистра, сигнальным вход кот строго подключен к выходу компаратора кода, вторые входы которого под- кпючены к соответствующим выходам

второго регистра, входы которого подключены к соответгтрующим выходам третьего постоянного запоминающего устройства, входы которого подключены к соотпетгтвующим выходам

s сумматора кодов, третий выход блока генераторов подключен к входу ча лиги Bjcpoio регистра, выходы первого и liioporo счетчиков соединены с пхотми соответственно первого и

З BTOpoto вычистш гельных блоков, при пом вхоты тыш их оперативного ча- 1 омин пни т о VCT роиста явпяюгся ст- напьними НУОДЛМЧ приемника, сигН1ЧТНПМП И О К МИ ЬОТОрОГО ЯН1ЯЮ1СЯ

S П1, i ре г i с i о регистра, я первый и второй им од| i n юкi генераторов являю)с ч соо1BI т ггвенно тактовым и пикпоным приемника.