Адаптивный групповой приемник многочастотного кода с импульсно-кодовой модуляцией

. М 28лектротехнически тинавидетельство СССН 04 ) 27/14, 1989 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) АДАПТИВНЫИ НИК МНОГОЧАСТ ПУЛЬСНО-КОДОВО (57) Изобретение от Целью изобретени динамического диа маемого сигнала, цифровой приемни запоминающее уст адресов, блок 3 ген блок 7 перемножи ГРУППОВОИ ПРИЕМОТНОГО КОДА С ИМЙМОДУЛЯЦИЕЙ носится к электросвязи. я является расширение пазона уровней приниАдаптивный групповой к содержит оперативное ройство 1. коммутатор 2 ерэторов, регистры 4-6, телей, преобразователи 8, 9 кода, вычислительные блоки 10, 11, счетчики 12, 13, компаратор 14 кода, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 15, 16, 17, сумматор 18 кодов. Для достижения цели введен измеритель 19 средней амплитуды сигнала. С помощью ПЗУ 16 осуществляется преобразование кода двух соседних отсчетов в 4-х разрядный код адаптивной дельта- модуляции с шагом, пропорциональным среднему модулю отрезка сигнала. Прослеживается динамика изменения во времени кода на выходе цифрового коллерометра, По отсчету в середине интервала анализа формируется пропорциональный адаптивный пороговый код для сравнения с отсчетом в конце интервала анализа, чем исключается прием ложных двухчастотных комбинаций в моменты смены "посылок" внутри безынтервального "пакета" набора номера. 1 ил.Приемник работает следующим образом.На входы данных оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 1 поступает параллельн й нелинейный ИКМ-.код отсчета сигнала очередного канала, содержащий знаковый 8-ой разряд и три старших значащих разряда (7-ой, 6-ой и 5-ый), определяющих номер сегмента нелинейного кода отсчета, Четыре младших разряда ИКМ-кода, определяющие положение отсчета внутри данного сегмента, с целью упрощения приемника не подвергаются обработке и отбрасываются, Поскольку практически вся информация о спектральном составе двух 40 45 50 частотного сигнала заключена в знаковом разряде ИКМ-кода отсчетов, гармоническийсигнал обладает значительной избыточно стью. Благодаря избыточности, "усечение" ИКМ-кода до 4-х старших разрядов (как показало моделирование нэ микроМ) неснижает заметно помехоустойчивости приема,Изобретение относится к электросвязии может быть использовано для управлениякоммутационным оборудованием цифровых.электронных АТС с импульсно-кодовой модуляцией. 5Цель изобретения. - расширение динамического диапазона уровней принимаемого сигнала.На чертеже изображена функциональная схема адаптивного группового приемника многочастотного кода симпульсно-кодовой модуляцией.Приемник содержит оперативное запоминающее устройство 1, коммутатор 2 адресов, блок 3 генераторов, первый, второй и 15третий регистры 4 - 6, блок 7 перемножителейпервый и второй преобразователи 8 и 9кода, первый и второй вычислительные блоки 10 и 11, первый и второй счетчики 12 и 13,компаратор 14 кода, первое, второе и 20третье постоянные запоминающие устройства 16, 15, 17 и сумматор 18 кодов, введендополнительно измеритель 19 средней. амплитуды сигнала, тактовый вход которогоподключен к тактовому входу оперативного 25запоминающего устройства 1, соответствующие выходц которого через измеритель 19средней амплитуды сигнала подключены ксоответствующим первым входам первогоПЗУ 16, при этом дополнительный выход 30блока 2 генераторов соединен,с разрешающими входами первого 8 и второго 9 преобразователей кода и со входом запретаизмерителя 19 средней амплитуды сигнала,установочный вход которого подключен к 35первому выходу блока 3 генераторов,Последовательность отсчетов группового цифрового ИКМ-сигнала, несущего информацию о двухчастотных посылках набора в каждом из 32-х каналов, записывается в ОЗУ 1 по мере поступления в соответствующие каждому каналу адреса, Для формирования адресов используются сетки частот(1024-0,0625) кГц, вырабатываемые в блоке 3 генераторов путем последовательного деления импульсов тактовой частоты 5= 2048 кГц.Цикловая синхронизация блока 3 генераторов обеспечивается путем подачи на его второй вход импульсной последовательности 1 ц = 8 кгц.Сигналы набора номера передаются в спектре канала ТЧ многочастотным кодов "2 из 6" в диапазоне частот (700-1700) Гц и уровней (-36 - 6) дБмО с возможным "перекосом" уровней Р6 дЬ, Всего может существовать Се = 15 комбинаций кода для передачи 10 цифр и ряда вспомогательных сигналов при автоматическом установлении соединения между аналоговыми координатными АТС и цифровыми ЭАТС-ЦА с ИКМ.Двухчастотные "посылки" могут следовать одна за другой без перерывов, так называемым "безынтервальным пакетом". Средняя продолжительность одной посылки 50 Мсек, диапазон длительностей 31 - 70 Мсек,Время Т анализа отрезка двухчастотного сигнала в приемнике определяется половиной минимальной длительности "посылок", поскольку моменты их смены неизвестны и независимы от начала интервала анализа Т.С целью упрощения построения блока 3 генераторов в приемнике взято за основу Т Мсек, что соответствует минимальной частоте вырабатцваемой сетки частот Гмин = 1/Т = 0,0625 к Гц. За время Т проходит К1 ц/Гцин = 128 ИКМ-отсчетов сигнала по каждому иэ 32-х каналов. Выбор Т = 16 Мсек определяет объем памяти ОЗУ 1 й =128 х 32 4096 четырехразрядных слов.Для упрощения группового приемника целесообразно производить последовательную одноканальную обработку многоканального сигнала, При этом сначала считываются подряд все К = 128 ранее записанных вОЗУ 1 ИКМ-отсчетов первого канала, затем 128 отсчетов второго канала и т,д вплоть до 32-го канала.Приемник получается практически одноканальным, только время обработки одного канала снижается в 32 раза и составляет Т 0 = Т/32 = 0,5.Мсек. Для формирования нужных адресов ОЗУ 1 в режимах записи и считывания информации использу ется коммутатор 2 адресов, управляемый по своему первому входу импульсами записи/считывания с частотой 1. В конце режима считывания очередной отсчет сигнала Х с выхода ОЗУ 1 переписывается в первый регистр 4,где запоминается с целью последующего сравнения со следующим отсчетом У сигнала данного канала с выхода ОЗУ 1. Знаковые разряды предыдущего отсчета Х и последующего У, а также по три значащих разряда модулей обоих отсчетов поступают в виде. адресов на входы первого ПЗУ 16. Это ПЗУ используется в качестве преобразователя нелинейного ИКМ-кода двух соседних отсчетов в 4-х разрядный код адаптивной дельта-модуляции АДМ).Разность двух соседних отсчетов сигнала кодируется с помощью четверки шагов квантования с частотой 1 кв = 41 ц = 32 кГц, Понижение 1 к в два раза по сравнению со скоростью передачи 8-ми разрядного нелинейного ИКМ-кода 1 = 8 1 ц = 64 кГц достигается благодаря адаптации шага квантования Ьк среднему уровню сигнала. Накопление информации о шаге Лпроисходит в измерителе 19 средней амплитуды, на входы которого поступают один за другим все 128 кодов модулей сегментов ИКМ- отсчетов сигнала данного канала, Измеритель 19 средней амплитуды. представляет собой накапливающий сумматор, кодовые выходы которого несут информацию о сегменте адаптивного шага Ь, пропорционального среднему модулю отрезка двухчастотного сигнала Т = 16 Мсек. Нелинейный трехразрядный код шага поступает на три первых адресных входа первого ПЗУ 16. Шаг Ь формируется до начала основной обработки информации данного канала и запоминается в измерителе 19 вплоть до конца интервала То = Т/32 = 0,5 мсек. Интервал Т, делится на 8 отрезков ЬТ 0- =Т 0/8 = 62,5 мксек, при этом первые два отрезка 2 М = 125 мксек затрачиваются на накопление считываемое из ОЗУ 1 информации о среднем модуле сегментов всех 128-ми отсчетов ИКМ-сигналэ данного канала, Оставшиеся шесть отрезков времени 6 ЬТ 0 = 375 мксек затрачиваются на последовательную обработку шести частот и обнаружение в данном канапе двух передаваемых частот кода "2 из б".Измеритель 19 средней амплитуды суммирует коды модулей сегментов отсчетов данного канала в течение 125 мксек, после чего по входу "запрет" накопление прекращается. В качестве кода адаптивного шага Ь используются три старших разряда десятиразрядного двоичного кода, полученногов результате суммирования 128-ми трехразрядных двоичных чисел,Программирование первого ПЗУ 16 осуществляется по следующему алгоритму: 5 1). Определяется разница д текущего отсчета У и предыдущего Х в линейном двоичном коде, с учетом знаков отсчетов, по формуле д= -2 -( -2 ), где Х и У - номера сегментов, заключенные в трех 10 старших разрядах ИКМ-кода.2). Находится отношение а, с учетомзнака д: 15 а - д -д3), Выходное "слово" первого ПЗУ (16) определяется из условий; а1 - слово 1010, аОслово 0101, а0 1а2 - . слово 1101, а0слово 0010. а 0 2а3 - слово 1110, а0слово 0001, а0 а3 - слово 1111, а0слово 0000, а0Благодаря адаптации шага Ь к среднему уровню сигнала. в широком диапазоне амплитуд двухчастотной "смеси" (-36 - 6) дБмО выходные слова ПЗУ 16 определяются только спектральным составом сигнала, т,е, его формой, и почти не зависят от уровня Этим достигается автоматическая регулировка уровня (АРУ) сигнала и слабая зависимость порогов приема от динамического диапазона. амплитуд.Дополнительным достоинством преобразования кода ИКМ в АДМ на выходе ПЗУ 16, помимо АРУ, является одноразрядность дельта-потока. Дальнейшая обработка выходных "слов" ПЗУ 16, где каждый разряд . имеет одинаковый "вес", значительно проще обработки ИКМ-кодов.В предложенном приемнике измеряется взаимная корреляция между 4-х разрядными "словами" на выходе первого ПЗУ 16 и эталонными 4-х разрядными кодами знака синусов и косинусов данной частоты, записанными во втором ПЗУ 15 квадратурных компонент сигнала, Необходимость записи обеих квадратурных компонент. объясняется неизвестной начальной фазой принимаемого сигнала.В блоке 7 перемножитепей на знак синуса и косинуса происходит одновременное вычисление взаимной корреляции четверки дельта-отсчетов сигнала с четверкой дельта 1830 б 32отсчетов синусной и четверкой дельта-отсчетов косинусной последовательностей, записанных в ПЗУ 15. В случае совпадения знака дельта-отсчета сигнала и знака одноименного отсчета синусной последовательности на первых четырех выходах ПЗУ 15, на выходе данного разряда блока 7 пере- множителей возникает уровень логического нуля, в противном случае - единицы, В преобразователе 8 кода синусов, представляющем собой 4-х разрядный накапливающий сумматор, происходит преобразование числа единиц(от 0 до 4-х) в каждой четверке отсчетов в двоичный код 1-2-4 и накопление суммы этих кодов, С выхода переполнения преобразователя 8 кода синусов число импульсов совпадений подсчитывается первым счетчиком 12 синусов.Аналогично происходит перемножение и накопление информации по касинусной составляющей через вторые четыре выхода ПЗУ 15, блока 7 перемножителей нэ знак ,косинуса, преобразователь 9 кода косинусов и счетчик 13 косинусов.Накопление информации в счетчиках 12 и 13 продолжается в течение половины времени, отведенного на обработку каждой частоты данного канала, Конкретно, вЬТо предложенном приемнике за время2 , =31,25 мксек иэ ОЗУ 1 считываются б 4 отсчета сигнала, ранее записанные по данному каналу, В первом 10 и втором 11 вычислительных блоках по знаку старшего разряда соответствующих счетчиков 12 и 13 определяются знаки двоичных чисел, записанных в каждом счетчике. Если знак старшего разряда положительный, код с выходов счетчика 12 или 13 проходит без инверсии на одноименные входы сумматора 18 кодов, в противном случае - инвертируется, чем обеспечивается сложение па модулю кодов синусной и косинусной составляющих данной частоты, С выходов сумматора 18 кодовЬ 1 ов конце интервала - информация об2уровне сигнала данной частоты через третье ПЗУ 17 переписывается по сигналу записи с четвертого выхода блока 3 генераторов ва второй регистр 5, где запоминается до конца времени обработки ЬТо этой частоты,Назначение третьего ПЗУ 17 состоит в преобразовании кода сигнала в адаптивный пороговый код данной частоты. По результатам анализа сигнала эа первую половину времени обработки 2, в ПЗУ 17 фармиЬТоруется пропорциональный уровню сигнала пороговый код, предсказывающий характер дальнейшего нарастания сигнала в концеинтервала обработки ЬТо. Поскольку нужная информация на выходе ПЗУ 17 сохраняется кратковременно, только в момент5 ЬТо, ее запоминание происходит во втором регистре 5. Адаптивный пороговый код,записанный в регистре 5, используется дляпринятия акончательнага решения о нэли 10 чии или отсутствии составляющей даннойчастоты к концу интервала ЬТо,Если код сигнала на входах ПЗУ 17 нижеминимального порога, в регистр 5 записывается максимальный код, заведомо повы 15 .шающий сигнал к концу интервала ЬТо,благодаря чему на вь 1 ходе компарэторэ 14будет логический ноль и прием не состоится,После сравнения в кампаратаре 14 кода20 сигнала с выхода сумматора 18 кодов с адаптивным порогом с выхода регистра 5, навыходе кампаратора 14 возникает уровеньлогической единицы, если сигнал превыша-,ет или равен порогу, либо уровень лагиче 25 ского нуля, если сигнал ниже порога, Этаинформация переписывается в третий регистр б в момент ЬТо окончания обработкиинформации о данной частоте очередногоканала, па сигналу записи с первого выхода30 блока 3 генераторов,В момент То = 8 ЬТ, окончания интервала обработки данного канала, на шестивыходных информационных шинах регистра б формируется инФормация о двухчастат 35 ном сигнале данного канала. В этот моментс первого выхода блока 3 генераторов импульс готовности поступает на тактовый выход приемника с целью передачиинформации о номере очередного канала в40 специализированную микро-ЭВМ, сопряженную с приемникам (не показана нэ чертеже), Одновременно этот тактовыйимпульс подается нэ абьединенные входыустановки нуля измерителя 19 средней амп 45 литуды и счетчиков 12, 13,Цикловая синхронизация приемника смикро-ЭВМ обеспечивается импульсами спериодом Т = 32 То, снимаемыми с третьеговыхода блока 3 генераторов, благодаря чему50 происходит сброс в нуль счетчика номераканала, входящего в состав устройства сопряжения с микро-ЭВМ(не показано на чертеже).Второй выход блока 3 генераторов вы 55 дает последовательность импульсов с периодом То = 0,5 мсек обработки одного каналаи длительностью 2 ЬТо = То/4 в начале интервала То В течение времени существования импульсов 2 То обеспечивается повходу разрешения измерителя 19 средней амплитуды накопление информации об адаптивном шаге квантования Ь. В оставшийся временной интервал 6 ЬТо запрет работы преобразователей 8 и 9 кода снимается и происходит последовательная корреляционная обработка шести сигнальных частот при фиксированном. ранее накопленном адаптивном шаге квантования Л.Все вышеописанные процессы в приемнике на всех последующих интервалах анализа Т = 32 То повторяются аналогично. На интервалах Т, включающих в себя моменты смены "посылок", возможен неприем ни одной из передаваемых частот. Это произойдет, например, если момент смены знака набора номера находится где-то в середине интервала Т. В этом случае предшествующая "посылка" Е 1, Е 2 не примется йз-за не- достижения высокого адаптивного порога к моменту Т, Последующая "посылка Ез, Е 4 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 последующей "посылки" в среднем на величину Т/2, но не вызовет ложных срабатываний приемника из-за ошибочных двухчастотных комбинаций типа Г 1, Ез, Е 2, Ез; Е 1, Е 4; Е 2, Г 4.Предложенный адаптивный групповой цифровой приемник многочастотного кода с импульсно-кодовой модуляцией построен на цифровых интегральных микросхемах ТТЛШ-структуры и КМОП-структуры средней степени интеграции, а также содержит БИС ОЗУ и ПЗУ, Приемник выполнен на одной печатной плате и содержит 40 корпусов микросхем серий К 555(1533). К 561(1561), К 537, К 573 и К 556, Потребление тока от источника питания Е = +5 В составляет порядка 800 мА.Оперативное запоминающее устройство ОЗУ 1 построено на четырех микросхемах типа К 537 РУ 14 А и двух корпусах шиннь 1 х формирователей К 555 АП 4. Коммутатор 2 адресов состоит из трех мультиплексоров типа К 555 КП 11, Блок 3 генераторов содержит четыре каскадно соединенных синхронных двоичных счетчика типа К 1533 ИЕ 10. Регистр 4 построен на одной микросхеме типа К 555 ИП 11, регистр 5 содержит микросхему К 561 ИР 9, а регистр 6 состоит из микросхемы типа К 51 ИР 2, содержащей два независимых четырехразрядных регистра сдвига, включенных последовательно с целью получения шестираэрядноговыходного слова. Блок 7 перемножителейна знак синусов и косинусов содержит двакорпуса микросхем типа К 555 ЛП 5 ИСКЛЮ 5 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ.Первый 8 и второй 9 преобразователикода синусов и косинусов содержат каждыйпо два сумматора кодов типа К 555 ИМ 6, од-.ному регистру К 555 ИР 11, 1/2 корпуса логи 1 О ческого элемента "И - НЕ" К 555 ЛАЗ и 1/4корпуса К 555 ЛП 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.Первый 10 и второй 11 вычислительныеблоки содержат каждый по одному управляемому 4-х разрядному регистру типа15 К 561 ИР 9, в котором реализуется операциявычисления модуля путем переключения кода (прямой, инверсный) по знаку старшегоразряда соответствующего первого 12 и второго 13 счетчика, каждый из которых по 20 строен на одной микросхеме типаК 561 ИЕ 10.Компаратор 14 кода содержит одну микросхему типа К 561 ИП 2. Первое ПЗУ 16 построено на РПЗУ типа К 573 РФ 2.25 Второе ПЗУ 15 квадратурных компонент содержит ТТЛШ микросхему К 556 РТ 7,Третье ПЗУ 17 построено на РПЗУ типаК 573 РФ 2,Сумматор 18 кодов содержит один кор 30 пус микросхемы К 561 ИМ 1,Измеритель 19 средней амплитудыпредставляет собой накапливающий сумматор трехразрядных кодов сегментов 128-миИКМ-отсчетов. Измеритель 19 средней амп 35 литуды содержит одну микросхему сумматора К 55 ИМ 6, одну микросхему регистраК 555 ИР 11 и одну микросхему счетчикаК 561 ИЕ 10, подключенного к выходу переполнения сумматора. Принципиальная схе 40 ма измерителя 19 средней амплитуды вомногом совпадает со схемой преобразователей кода 8 и 9(за вычетом элементов "И -НЕ", "ЛП" и ЗМ 1).Плата адаптивного группового прием 45 ника многочастотного кора с импульсно-кодовой модуляцией разработана,изготовлена и настроена.Технико-экономические преимуществапредложенного решения по сравнению с50 прототипом а,с. СССР М.1635273, кл, Н 0427/14 заключаются;1, В расширении динамического диапазона уровней и допустимого перекоса амплитуд принимаемого двухчастотного55 сигнала благодаря снижению нелинейных. перекрестных помех, попадающих в полосучастот сигнала. Снижение нелинейных помех достигается благодаря исключениюоперации клиппирования двухчастотных"знаков" и сохранению формы сигнала за121830632 счет преобразования ИКМ в адаптивную дельта-модуляцию с автоматической регулировкой шага квантования пропорционально среднему модулю сигнала,Социально-экономический эффект заключается в повышении качества связи, благодаря снижению вероятности ложных коммутаций из-за ошибочного приема сигналов набора номера под действием нелинейнцх помех. ответствующим вторым входам блока пере- множителей, первые и вторые выходы которого соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей кода. счетчиков, установочные входы которых соединены с первым выходом блока генераторов и установочным входом третьего регистра, сигнальный вход которого подключен.к выходу компаратора кода, вторые входы которого подключены к соответствующим выходам второго. регистра, входы которого подключены к соответствующим 10 выходамтретьего постоянного запоминающего устройства, входы которого подключены к соответствующим выходам сумматора кодов, третий выход блока генераторов подключен к входу записи второго регистра,выходы первого и второго счетчиков соединены с входами соответственно первого и второго вычислительных блоков, при этом входы данных оперативного запоминающего устройства являются сигнальными входами, адаптивного группового приемника, сигнальными выходами которого являются выходы третьего регистра, первый и второй выходы блока генераторов являются соответственно тактовым и цикловцм выходами 30 приемника, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения динамического диапазона уровней принимаемого сигнала, введен измеритель средней амплитуды сигнала, тактовый вход которого подключен к тактовому входу оперативного запоминающего устройства,.соответствующие выходы которого через измеритель средней амплитуды сигнала подключены к соответствующим первцм входам первого постоянного запоминающего устройства, при этом дополнительный выход блока генераторов соединен с разрешающими входами первого и второго преобразователей кодов и с входом запрета измерителя средней амплитуды сигнала, установочный вход которого подключен к первому выходу блока генераторов. 35 40 45 Составитель А. МаксимовТехред М,Моргентал Корректор Н, Ревская Редактор С. Кулакова Заказ 2528 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формула изобретения Адаптивный групповой приемник многочастотного кода с импульсно-кодовой модуляцией, содержащий блок генераторов; первое постоянное запоминающее устройство, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами блока перемножителей. первый и второй вычислительные блоки, выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам сумматора кодов, выходы которого подключены к первым соответствующим входам компаратора кода, при этом первый и второй входы блока генераторов являются соответственно тактовым и синхронизирующим входами адаптивного группового при.емника, тактовый вход коммутатора адресов 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 устройства и с соответствующими входами коммутатора адресов, выходы которого подключены к соответствующим адресным входам оперативного запоминающего устройства, выходы . которого соединены с соответствующими первыми входами второго постоянного запоминающего устройства и с соответствующими входами первого регистра, выходы которого подключены к соответствующим вторым входам второго постоянного запоминающего устройства, выходы которого подключены к со 5 выходы которых соединены с сигнальными входами соответственно первого и второго