Устройство приема тональных сигналов Советский патент 1993 года по МПК H04Q1/26 

Изобретение относится к электросвязи и может быть реализовано в системах управления и контроля автоматизированными станциями проводного вещания с частотно- числовой модуляцией сигналов двоичного кода при передаче информации по телефонному каналу.

Известное устройство приема тональных сигналов содержит согласующий трансформатор, пороговый блок, генератор 3 импульсов, блок управления, первый регистр сдвига, приемник-преобразователь тональных сигналов, содержащий первый, второй, третий ключи, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй двоичные счетчики, первый, второй, третий, четвертый и пятый RS-триггеры, первую и вторую схемы задержки, второй регистр 21 сдвига,

первый, второй, третий и четвертый элементы И. Блок управления содержит шестой RS-триггер и третий элемент ИЛИ.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности обнаруживать искажения разрядов двоичного кода, вызванные воздействием помех в канале связи, либо сбоями в аппаратуре, либо рас- синхронизацией приемо-передающих устройств, что снижает достоверность передаваемой информации.

Цель изобретения - повышение достоверности принимаемой информации путем обнаружения искажений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство приема тональных сигналов введен блок обнаружения ошибок, содержащий третий двоичный счетчик, пятый и шее-ч ю ы ел о о

той элементы И, седьмой и восьмой RS-триг- геры и четвертый и пятый элемент ИЛИ, при этом счетный вход третьего двоичного счетчика подключен к выходу порогового блока, R-вход через пятый элемент ИЛИ к R-входу первого счетчика и ко второму выходу блока управления и R-входам седьмого и восьмого RS-триггеров, а выход (К-1) разряда - к прямому входу пятого элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом (К-1) раз- ряда первого двоичного счетчика, а выход- с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу шестого элемента И, а выход - к S-входу восьмого RS-триггера, выход которого сое- динен с выходом первого регистра сдвига, S-вход седьмого RS-триггера подключен к прямому выходу 1-го разряда второго регистра сдвига, а выход - к первому входу шестого элемента И, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с инверсными выходами 2-го, 3-го и 4-го разрядов второго регистра сдвига. ; . . - г

Известные способы повышения досто- верности передачи дискретной информации базируются на двух принципах: повышение помехоустойчивости сигналов двоичного кода за счет различных методов их приёма (например, пороговый); примене- ние корректирующих кодов, обнаруживаю- щйх или направляющих искажения разрядов кодограммы соответствующей кратности.

Первый способ изложен в основном изобретении (авт. св. №1700769).

Применение второго способа связано с добавлением к информационным разрядам определенного количества корректирующих разрядов, количество которых зависит от кратности обнаруживаемых или исправляемых искаженных разрядов. Для аппаратурной реализации в системе передачи информации корректирующим кодом1 создаются кодеры и декодеры, сложность ;кото- рых значительна, что требует при их реализации затрат достаточно большого количества элементов.

В алгоритме формирования двоичного кода с помощью двух пауз различной длины и разделительных пакетов заложен новый корректирующий принцип, позволяющий обнаруживать ошибки (искажения) большой кратности без использования дополнительных (избыточных) разрядов и сложных деко- дирующих узлов. Искажение помехами разрядов кода приводит к нарушению последовательности следования сигналов:

пакет - одинарная пауза - пакет;

пакет - двойная пауза - пакет.

В канале связи при передаче информации в любой момент времени может быть один из двух сигналов: либо разделительный пакет импульсов, либо информационная пауза. Наличие помехи в канале приведет к сложению ее с сигналом двоичного кода. Импульсная помеха в пакете раз- нополярных импульсов вызывает либо увеличение амплитуды одного или нескольких импульсов одной полярности с одновре- мённым уменьшением вплоть до подавления амплитуд импульсов другой полярности. Очевидно, что при числовом поро- .говом методе приема действие импульсной помехи не скажется на правильности приема разделительного пакета. Действие помехи с медленно меняющейся амплитудой приводит к смещению синусоидальных или других разнополярных импульсов относительно нуля в положительную или отрицательную сторону/сохраняя при этом в суммарном сигнале колебательный характер с выбранной частотой fB, Устройство приема безошибочно примет такой сигнал. Угрозу разделительному пакету может представить флуктуационная помеха с амплитудой и частотой, соответствующими значениями этих параметров передаваемого сигнала и суммируемыми в противофазе. Это может привести к подавлению (пропаданию) пакета. Вероятность появления такой помехи да еще в противофазе очень мала. . -:,;.- ., - ...-.

Импульсные помехи с медленно меняющейся амплитудой, появившиеся во время передачи паузы не смогут исказить сигнал в условиях порогового приема. Но в то же время гармонические помехи низких частот () и высоких () могут быть приняты как разделительный блок, зафиксировав в приемном счетчике 12 количество ложных импульсов NC4fl Nnop. Это вызовет перерождение одинарной паузы в разделительный блок.....:-..

Если в канале связи помеха исказит сигнал так, Что устройство примет ложное реше- нйедо как отреагирует приемниксучетом перекрытия счетного, канала

В табл. 1 представлены варианты искажения одного из трех сигналов в канале связи для произвольной кодограммы. В каждом варианте первая строка - условно изображает кодограмму в линии связи, где пакет представлен его огибающей. Вторая - кодограмму на выходе преобразователя (RG 21), где пакету соответствует импульс положительной полярности, нулю - одинарная пауза, единице - двойная пауза. Третья строка - периоды отключения счетного канала. :

Вариант а соответствует приему неискаженной кодовой комбинации из 18 позиции, представляющие семь разрядов двоичного кода 0011010. Искажение любого пакета, расположенного между двумя нулями (вариант б, позиция 3), между двумя единицами (позиция 8) и между нулем и единицей (позиция 13), приемным устройством не фиксируется, но нарушается алгоритм построения числового кода: пакет - пауза - пакет, пакет - двойная пауза - пакет. В рассмотренных случаях образовались нестандартные паузы длиной в три, пять и четыре периода 2.

Искажение нулевой паузы (вариант в, позиция 4) за счет прерывания канала будет восстановлено. Аналогичная картина произойдет при искажении первой паузы единичного сигнала (вариант г, позиция 6). При искажении второй паузы единичного сигнала (вариант д, позиция 7) образуется пауза в 3 периоде 2К (вариант е, позиция 15). При этом произошло искажение двух разрядов: двойная пауза (позиция 14, 15) превратились в одинарную (позиция 14), а одинарная (позиция 17) в двойную (позиция 16, 17). Но признаком искажения является наличие в кодограмме двух или более следующих друг за другом пакетов.

Как же реагирует рассматриваемый код на воздействие двукратных ошибок

Анализ воздействия помех, вызывающих двукратное искажение, представлен в табл. 2. Вариант а содержит ранее рассматриваемую семиразрядную кодовую комбинацию, переданную и принятую без искажений.

Действие однонаправленных помех, обуславливающих пропадание либо двух разделительных пакетов (вариант б, позиции 13, 16), либо двух нулевых (позиции 2,4) или двойных пауз (позиции 9, 10) приводит либо к появлению более двух одинарных пауз, либо двух и более следующим друг за другом пакетов. Искажение нулевой паузы и следующего за ним пакета (вариант в) фиксируется приемным устройством,.

Искажение пакета и следующей за ним первой половины двойной паузы (вариант г, позиции 5, 6), второй части двойной па- узы и .пакета (варианты д позиции 10, 11; ж позиции 15,16) приемное устройство не фиксирует, В этих случаях произошла под действием помех перестановка /рядом стоящих двоичных разрядов:01-10 или 10-01. Это связаностак называемым двойным симметричным искажением, которое не обнаруживается ни контролем на нечетность, ни теми способами, которые излагались выше. Для обнаружения таких ошибок выход

единственный: применение помехазащи- щенного кодирования с введением дополнительных избыточных разрядов.

Действие помех, вызывающих искажение трех и более разрядов, особенно если помехи поражают информационные и разделительные сигналы подряд (пакеты ошибок), также вызывают появление в искаженной кодограмме либо двух и более

0 следующих друг за другом разделительных

пакетов, либо трех и более одинарных пауз.

Трудно отыскать вариант искажения

трех сигналов (четырех тем более), который

не сформировал бы либо два пакета, либо

5 три паузы, следующих друг за другом.

Принцип передачи частотно-числовых сигналов двоичного кода последовательностями пакет- пауза -пакет, пакет-двойная - пауза - пакет позволяет за счет нарушения

0 этой периодичности обнаруживать одиночные искажения сигналов, почти все двухкратные, трехкратные и искажения большей кратности, поражающие сигналы подряд (пакеты ошибок), либо рассредоточенные по

5 всей длине.кодограммы, кроме искажения, содержащих симметричные двухкратные ошибки, вызванные трансформацией двух соседних сигналов типа:разделительный пакет-одинарная пауза (10) в одинарную пз

0 узу - разделительный пакет (01), или наоборот-01 в 10.

Минимальное и достаточное условие обнаружения указанных искажений - наличие в пораженной кодограмме двух следую5 щих друг за другом разделительных пакетов или трех одинарных пауз.

Это условие заложено в реализацию блока 28 обнаружения ошибок.

. На фиг. 1 представлена структурная схе0 ма предлагаемого устройства, на фиг. 2 - функциональная схема.

Устройство содержит согласующий трансформатор 1, пороговый блок 2, генератор 3 импульсов, блок 4 управления, первый

5 регистр 5 сдвига, приемник-преобразователь 6 тональных сигналов, содержащий первый 7, второй 8 и третий 9 ключи, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, первый 12 и второй 13 двоичные счетчики, первый 14,

0 второй, 15 третий 16, четвертый 17 и пятый 18 RS-триггеры, первый 19 и второй 20 блоки задержки, второй регистр 21 сдвига, первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 элементы И. Блок 4 управления содержит

5 шестой RS-триггер 26 и третий элемент 27 ИЛИ. Устройство содержит также блок 28 обнаружения ошибок, включающий третий двоичный счетчик 29, пятый 30, шестой 31 элементы И, четвертый 32 и пятый 35 элементы ИЛИ, седь мой и восьмой RS-триггеры. При этом счетный вход третьего двоичного счетчика 29 подключен к выходу порогового блока 2, R-вход через пятый элемент 33 ИЛИ к -Я-входу первого счетчика 12 и к второму выходу блока 4 управления и R-BXO- 5 дам седьмого и восьмого RS-триггеров 33, 34, а выход (К-1) разряда - к прямому входу пятого элемента И 30. Инверсный вход пятого элемента И 30 соединен с выходом (К-1) разряда первого двоичного счетчика 10 12, а выход - с первым входом четвертого элемента ИЛИ 32, второй вход которого подключен к выходу шестого элемента 31 И, а выход - к S-входу восьмого RS-триггера 34. Выход восьмого RS-триггера 34 соединен с .15 выходом первого регистра 5 сдвига, S-вход седьмого RS-триггера 33 подключен к прямому выходу 1-го разряда второго регистра 21 сдвига, а выход,- первому входу шестого элемента 31 И, второй, третий и четвертый 20 входы которого соединены соответственно с инверсными выходами 2-го, 3-го и 4-го разрядов второго регистра 21 сдвига. ,

Устройство работает следующим образом.25

В пораженной кодограмме следуют друг за другом два разделительных пакета. Первый ключ 7 открыт, прямоугольные импуль- сы с порогового блока 2 поступают на вход первого и третьего двоичных счетчиков 12 и 30 29. Зафиксировав порог на выходах (К-1) разряда, оба счетчика продолжают счет импульсов в интервале 2, формируемом вторым двоичным счетчиком 13, который единичным сигналом с выхода К-ro разряда 35 установит первый и третий двоичные счетчики 12, 29 через R-входы в нулевое состояние и подтвердит нулевое состояние седьмого и восьмого RS-триггеров 33 и 34. Первый ключ 7 закрывается. Пятый элемент 40 30 И не сработал, т. к. на прямом и инверсном входах были единичные сигналы. Второй пакет импульсов считает только третий двоичный счетчик 29, т. к. первый двоичный счетчик 12 отключен первым ключом. При 45 появлении на выходе (К-1) разряда третьего двоичного счетчика 29 единичного сигнала срабатывает пятый элемент 30 И, выходной сигнал которого через четвертый элемент 32 ИЛИ устанавливает восьмой RS-триггер 34 50 в единичное состояние. Выходной сигнал восьмого RS-триггера 34 фиксирует искажения, бракует кодограмму, прием прекращается, квитанция не передается.через 6лок4 управления приемник-преобразователь б и 55 блок 28 коррекции ошибок устанавливаются

в исходное состояние для приема повторной кодограммы.

Фиксация трех пауз осуществляется шестым элементом И 31 и седьмым RS-триг- гером 33. При появлении на 1-ом выходе второго регистра 21 сдвига единичного сиг: нала (начало кодограммы) седьмой RS-триггер 33 устанавливается в единичное состояние, подавая при этом на первый вход шестого элемента 31 И постоянно единичный сигнал, схема готова зафиксировать наличие в искаженной кодограмме трех следующих друг за другом одинарных пауз (000). В этой ситуации на 2-ом, 3-ем и 4-ом инверсных выходах второго регистра 21 сдвига будет зафиксирован код (III), на выходе шестого элемента 31 -И формируется единичный сигнал, который через четвертый элемент 32 ИЛИ устанавливает RS-триггер 34 в единичное состояние. Кодограмма забракована как и в случае приема двойного пакета,.

Известные в технике связи приближенные формулы оценки достоверности передачи информации, выражаемые через вероятность правильного приема Рп кодограммы из п символов с вероятностью, q искажения каждого разряда при условии nq«1 определяются:

для систем без коррекции ошибок -nq;

для систем с обнаружением ошибок кратностью I и решающей обратной связью PnOH - C nq

Анализ формул показывает, что ввод в устройство приема тональных сигналов блока коррекции ошибок на несколько порядков повышает достоверность передачи информации за .счет обнаружения указанной выше кратности искажения сигналов двоичной кодограммы.

Применение в системах управления и контроля с использованием телефонных линий связи приемника тональных сигналов с коррекцией ошибок позволит на 5-10% снизить стоимость системы по сравнению с аналогичной системой, в которой подобная задача решалась бы традиционным способом- применением корректирующих кодов. При этом должна была бы быть увеличена длина кодограммы за счет введения корректирующих разрядов, введены в аппаратуру центрального пункта и объектов управления кодирующие и декодирующие узлы, сложность которых на несколько порядков выше блока обнаружения ошибок.

Формула изобретения Устройство приема тональных сигналов, содержащее подключенный к линии связи согласующий трансформатор, выход которого через пороговый блок соединен с первым входом приемника-преобразователя тональных сигналов, содержащего первый, второй и третий ключи, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второйдво- ичные счетчики, первый - пятый RS-тригге- ры, первый и второй блоки задержки, первый регистр сдвига, первый-четвертый элементы И, причем выход четвертого RS- триггера и второго блока задержки, являющиеся первым и вторым выводами приемника-преобразователя тональных сигналов, соединены с первым и вторым входами второго регистра сдвига соответственно, выход которого соединен с третьим входом блока управления, пёраый выход которого подключен к входу генератора импульсов, выход которого подключен к второму входу приемника-преобразователя тональных сигналов, при этом первый вход первого ключа является первым, входом приемника-преобразователя тональных сигналов, вторым входом которого являются объединенные первые входы второго и третьего ключей, а вторые входы первого, второго и третьего ключей соединены соответственно с инверсным выходим пятого RS-триггера, прямым выходом первого RS- триггера и инверсным выходом второго RS- триггера, а выход первого ключа соединен со счетным входом первого двоичного счетчика, выход (К-1)-го разряда которого соединен с S-входами первого и третьего RS-триггеров, при этом R-вход первого двоичного счетчика соединен с С-входом первого регистра сдвига, первыми входами первого и второго элементов И и входом первого блока задержки, выход которого соединен с R-входом третьего RS-триггера, выход которого соединен с D-входом первого регистра сдвига, вторым входом первого элемента И и вторым инверсным входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с R-входом- пятого RS-триггера, а выход первого элемента И соединен с S-входом пятого RS-триггера и входом второго блока задержки, а первый, третий и четвертый выходы первого регистра сдвига соединены соответственно с объединенными первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторым входом четвертого элемента И и вторым входом третьего элемента И, причем выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к S- и R-входам четвертого RS-триггера. а выходы второго и третьего ключей соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом второго двоичного счетчика, R-вход которого объединен с собственным 2к-м выходом и с R-входом первого двоичного счетчика, а второй выход блока управления соединен с R-входами первого и второго RS-три-ггеров и первым входом второго логического элемента ИЛИ, причем блок управления содержит шестой RS-триггер, выход которого является первым выходом блока управления, и третий элемент ИЛИ, выход которого является вторым выходом блока управления, третий вход которого является вторым входом третьего элемента ИЛИ, а первый и второй входы блока управления являются соответственно S-и R-входами шестого RS-триггера, отличаю щ е- е с я тем, что, с целью повышения достоверности принимаемой информации путем обнаружения искажений, в устройство введен блок обнаружения ошибок, содержащий третий двоичный счетчик, пятый и шестой элементы И, седьмой и восьмой RS-тригге- ры, четвертый и пятый элементы ИЛИ, при этом счетный вход третьего двоичного счетчика подключен к выходу порогового блока, а R-вход через пятый элемент ИЛИ подключен к R-входу первого двоичного счетчика и к R-входам седьмого и восьмого RS-триггеров, а выход (К-1)-го разряда соединен с прямым входом пятого элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом (К- 1)-го разряда первого двоичного счетчика, а выход пятого элемента И подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента И, а выход четвертого элемента ИЛИ подключен к S-входу восьмого RS-триггера, выход которого соединен с выходом второго регистра сдвига, причем S- вход седьмого RS-триггера подключен к прямому выходу первого разряда первого регистра сдвига, а выход - соединен с первым входом шестого элемента И, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственное инверсными выходами второго, третьего и четвертого разрядов первого регистра сдеига, при этом первый вход пятого элемента ИЛИ подключен к выходу третьего элемента ИЛИ.

Таблица I

Использование: электросвязь и может быть реализовано в системах управления и контроля автоматизированными станциями проводного вещания с частотно-числовой модуляцией сигналов двоичного кода при передаче информации по телефонному каналу. Сущность изобретения: устройст во содержит согласующий трансформатор, пороговый блок, генератор импульсов, блок управления, регистр сдвига, приемник- преобразователь тональных сигналов, блок обнаружения ошибок. Приемник-преобразователь тональных сигналов содержит три ключа, два элемента ИЛИ, два двоичных счетчика, пять триггеров, два блока задержки, регистр сдвига, четыре элемента И. Блок управления содержит триггер, и элемент. ИЛИ. Блок обнаружения ошибок содержит двоичный счетчик, два элемента И, два эле- мента ИЛИ, два триггера. Устройство обес- , 5 печивает повышение достоверности j . . принимаемой информации путем обнаруже- ния искажений. 2 ил., 2 табл. (

Позиции сигналов

2 f ( 7 / $ fO ff /г/З / t/S Ј////

J1J J1 1-J1J1 J1JT

njrri ma jiJi jTrL

JTJlJTTja JnJn J-LTL

п п n m n п п п

Jl-Л..Л.

JIJIJH JI J JIJTLJ J JHJl Jl JlJTjn J

Позиции согнало

1 г 3 r f ( Г t 9 fC ff (Јf3f fS6tr/f

t

J I I Ml ГТТ11

JlLrLnjl lJ-l JlJ

Позиции согнало

PL

P