Групповой приемник сигналов управления и взаимодействия с адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией

) 5)5 Н 04 0 1ГПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Самарский электротехнический институт связи(56) Авторское свидетельство СССР .М 1640742, кл. Н 04 0 1/457, 1988.(54) ГРУППОВОЙ ПРИЕМНИК СИГНАЛОВУПРАВЛЕНИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ САДАПТИВНОЙ ДИФФ ЕР ЕНЦИАЛ Ь НОЙИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ(57) Изобретение относится к технике электросвязи и предназначено, в частности, дляприема сигналов управления и взаимодей-.ствия, передаваемых в составе группового16-канального цифрового потока 512 кБит/сс адаптивной дифференциальной импульсИзобретение относится к технике электросвязи и предназначено, в частности, для приема сигналов управления и взаимодействия, передаваемых в составе группового 16-канального цифрового потока 512 кБит/с с адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (АДИКМ).Цель изобретения - повышение помехоустойчивости приема и упрощение устройства путем сокращения числа решающих узлов.На чертеже изображена функциональная схема предложенного устройства,Групповой. приемник сигналов управления и взаимодействия с адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ) содержит согласующий блок 1, первый 2 и второй 3 блоки оперативной памяти, коммутатор 4 но-кодовой модуляцией . Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и упрощение устройства путем сокращения числа решающих узлов. Приемник содержит согласующий блок, первый и второй блоки оперативной памяти, коммутатор адресов; задающий генератор, формирователь опорных последовательностей, коррелометр, сумматор синусной составляющей сигнала, сумматор косинусной составляющей сигнала, вычислительный блок, компаратор кода порога, решающий блок, элемент ИЛИ и регистр. Данное устройство обеспечивает повышение помехоустойчивости приема за счет адаптации формы опорных последовательностей и порогов приема каждой очередной частотной составляющей по .результатам анализа всех предшествующих. 1 ил. адресов, задающий генератор 5, формирователь 6 опорных последовательностей, коррелометр 7, сумматор 8 синусной составляющей сигнала, сумматор 9 косинусной составляющей сигнала, вычислительный блок 10, компаратор 11 кода порога, решающий блок 12, элемент 13 ИЛИ и регистр 14.Групповой приемник сигналов управления и взаимодействия с АДИКМ работает следующим образом. Цифровой поток 512 кБит/с, образованный при обьединении 16 индивидуальных АДИКМ-потоков 32 кБит/с, поступает на входы данных (01-Р 4) согласующего блока 1 в параллельном 4- разрядном двоичном коде, отображающем значение текущего отсчета сигнала очередного канала. Квантованные АДИКМ-отсчеты каждого канала пропорциональны величинепроизводной (крутизне) сигнала в моментывзятия "пробы" с частотой дискретизациикв - 8 кГц, При этом первый (старший) разряд "слова" (01-04) отображает знак производной, а три младших разряда 5пропорциональны модулю в коде (1-2-4).Вес Н младшего разряда, или шаг квантования производной, автоматически устзнавливается в АДИКМ-кодерепропорциональным максимальной (пиковой) крутизне сигнала. Благодаря адаптации шага число двоичных разрядов наотсчет сигнала удается сократить вдвое посравнению с 8-разрядным нелинейнымИКМ-кодом. Соответственно вдвое снижается скорость передачи и полоса частот сигнала (32 кБит/с для АДИКМ, 64 кЬит/с наканал для ИКМ) при сохранении высокогокачества передачи речи,Сигналы набора номера передаются 20суммой двух гармонических колебаний кодом "2 из 6" из ряда частот 700, 900, 1100,1300, 1500 и 1700 Гц. Кроме двухчастотныхсигналов необходимо распознавать одночастотные типа Ответ станции" (зуммер) 425 25Гц, "Контроль сети" 700 Гц, "Автоматическое обнаружение номера" 500 Гц, а такжелюбой одночастотный сигнал иэ ряда 7001700 Гц. Все эти сигналы могут иметь отклонения частот от номинала в пределах й 15 30Гц ("зуммер" в пределах + 25 Гц) и колебаться по уровню в диапазоне -30- 6 дБмО,Перекос уровнеи двухчастотных сигналовнабора номера может достигать р - 5 дБ,Длительность "знака" набора номера может 35изменяться в пределах Твн" 30-70 мс, причем соседние "знаки" могут следовать как синтервалом Ти-Твь так и безынтервальным"пакетом", моменты смены "знаков" случайны и неизвестны на приеме.40Поскольку в АДИКМ-кодере сигналыподвергаются операции дифференцирования, в выходном цифровом потоке сигналыменьшей крутизны(у 1 А в 1)подавляются на фоне сигналов большей крутизны 45(уг " Аг вг) в соотношении частот- (йгш 1) даже при равенстве амплитудцгВ 1(А 1 - Аг) на входе кодера. С учетом возможного "перекоса" уровней р " 5 дБ на входе 50АДИКМ-кодера в пользу составляющей высшей частоты ( - ф:ф 1,8) ожидается ослабАгА 1ление низкочастотной компоненты в 4 разаи более. Степень этого ослабления существенно зависит от того, каков разнос частотЬЕ-(Ев- Ен) низкочастотного сигнала Ен по.отношению к высокочастотному Ев в.составе двухчастотного знака набора номера. Если разнос мал ( ЬЕ = 200-400 Гц), подавление составляющей Ен АДИКМ-кодером относительно невелико и порог приема сигнала Ен может быть повышен. В противном случае, при ЬЕ = 600-1000 Гц, порог приема низкочастотной компоненты сигнала нужно понизить.Таким образом, к моменту обработки НЧ-компоненты сигнала необходимо иметь информацию о приеме (неприеме) всех ВЧ- составляющих нз частотах ЕЕн, что позволит адаптировать порог приема составляющей Ев по результатам анализа предшествующих компонент сигнала.. Для коррекции характеристики АДИКМ-. кодера (при цифровой обработке потока до АДИКМ-декодера) необходимо обеспечить подьем уровня нижних частот. Это можно сделать путем рационального выбора формы последовательностей, поступающих на опорные синусные и косинусные входы коррелометра 7.с выходов формирователя 6 опорных последовательностей.Последовзтельности прямоугольного синуса и косинуса (знаковые функции) обрабатываемых частот 425-1700 Гц обеспечивают максимальный полеэнйй эффект на выходах коррелометра 7, однако одновременно растут уровни перекрестных помех нз частотах2 Е - Ев 1, 12 Ек - Е 1 1 при передаче двухчастотного сигнала Еь Ек. Если ЮЕ - Ек 1-600-1000 Гц, перекрестные помехи выходят за пределы спектра двухчастотного сигнала и не представляют опасности; В тоже время при ЬЕ 600 Гц НЧ-компонента Ев сильно ослабляется на фоне ВЧ-компоненты Ев, и применение прямоугольной опоры при обработке составляющей Ен позволяет обеспечить ее подьем навыходе коррелометра 7. Этот подьем пропорционален эффективному значению опорной функции и составляет порядка 3 дБ по сравнению с опорой трапецеидальной формы, Достоинством трапецеидальной опорной функции является минимум перекрестных помех благодаря близости формы трапеции к синусоиде. Построив формирователь 6 опорных последовательностей на основе РПЗУ, несложно запрограммировать его по нужному закону для каждой из восьми обрабатываемых частотных составляющих сигнала,Выбор вида опоры осуществляется с первого выхода решающего блока 12 по результатам анализа предшествующих частотных компонент сигнала,Для синхронизации устройства на входы задающего генератора 5 подаются им 1829126пульсы тактовой 1 т " 2048 кГц и цикловой 1 ц = 8 кГц синхронизации.Время существования четверки данных (01-04) на входах согласующего блока 14составляет т = - - фф: 7,8 мкс, всего эа вре Т/4мя цикла Тц = 1 ЛЦ - 125 мкс проходит по одной четверке данных, по каждому из 16 каналов,За время х информация о величине АДИКМ-отсчета данного канала записывается по соответствующему адресу первого (2) либо второго (3) блока оперативной памяти, работающего на данном интервале в режиме записи. Одновременно из другого блока оперативной памяти совершается считывание ранее записанной туда информации на сигнальные входы коррелометра 7, Противофазная смена режимов записи/считывания первого 2 и второго 3 блоков оперативной памяти обеспечивается соответственно с первого и второго выходов задающего генератора 5,Совмещенные входы/выходы данных первого 2 и второго 3 блоков оперативной памяти обслуживаются с помощью шинных формирователей с третьим Е-состоянием в составе согласующего блока 1.Коммутатор 4 адресов, управляемый с первого выхода задающего генератора 5 синхронно со сменой режимов записи/считывания обоих блоков оперативной памяти обеспечивает нужную последовательность смены кодов на адресных входах блоков 2 и 3 оперативной памяти. При этом запись четверок данных (01 - 04) в выбранное ОЗУ происходит в реальном масштабе времени по мере поступления информации, т,е, лервые отсчеты сигналов всех М - 16 каналов записываются в первые М адресов ОЗУ, вторые отсчеты - в следующие М адресов и т.д,Считывание же информации из другого ОЗУ (блока оперативной памяти 2 или 3) на сигнальные входы коррелометра 7 происходит в другой последовательности. Сначала й раз (М - 8 - число частотных составляющих сигнала) считываются все ранее записанные К = (1 ц Та) отсчетов первого канала, затем К отсчетов второго канала и т.р., где Тв - время анализа, или продолжительность записанного в ОЗУ отрезка группового цифрового АДИКМ-потока. Если запись отсчетов данного канала происходит с частотой 1 ц, то считывание идет с частотой Гсч - (М ч) 1 ц, т,е, в (М И) раэ более высокой, При М16 иИ 8 1 сч 1024 кГц,Подобная организация режимов работы первого 2 и второго 3 блоков оперативной памяти позволяет при многоканальнойзаписи информации вести последовательную обработку сигнала в режиме считывания. Этим достигается упрощение схемы5 устройства ценой повышения скорости обработки информации с частотой СЧ. Последовательная обработка каждой из ч частотсигнала позволяет в ч раз сократить числоблоков 6 - 13, т,е. практичоски почти в и раз10 снизить обьем оборудования, Кроме того,последовательная обработка ч частот позволяет повысить помехоустойчивость приема низкочастотных компонента сигналаблагодаря использованию предшествую 15 щих результатов анализа высокочастотныхкомпонент, что недостижимо при одновременной параллельной обработке всех ч частот.М-канальная запись и одноканальное20 считывание информации упрощает алгоритм работы устройства, которое превращается, по существу, в одноканальное сувеличенной в М раз скоростью обработкиинформации,25 В коррелометре 7 происходит перемножение(с весом 1/7) с учетом знака двоичныхкодов АДИКМ-отсчетов на двоичные кодысинусных и косинусных последовательностей с выходов формирователя 6 опорных30 последовательностей:1 1ПЯ - - Явх ЯоЯ ПС = - Явх ЯоС77где Явх - входная последовательностьАДИ КМ-отсчетов;35 Яоя - опорная синусная последовательность;Яос - опорная косинусная последовательность.к кНакопление, Пя и Пс путем сум. мирования К 4-разрядных кодов Пя и Пссоответственно в сумматоре 8 синусной составляющей сигнала и сумматоре 9 косинусной составляющей сигнала в течениевремени анализа Та позволяет получить навходах вычислительного блока 10 оценкувзаимной корреляции функции Явх и Яоя,Яос на данной частоте:50Я=.Явх ЯоЯбт,оТЙС = - . 3 ЯвхЯос б 1о55 При Явх = ЯоЯ или Явх= ЯосВЯ,с= 7 " Явх б 1= - ТаОэффогде Оэфф - эффективное значение входногосигнала. Если1 0 аЯх = 0 з 1 п т, Вз,с = 7 Тагде 0 П - амплитудное значение входногосигнала,Таким образом, выходные коды сумматоров 8 и 9 имеют видВз - Пз дф 7 Кз 1 п р,=1где у- фазовый сдвиг между Явх и Яоя:К = 1 ц Та - число АДИКМ-отсчетов завремя анализа Та.Фактически вместо амплитуды сигнала0 следует подставлять в выражения дляВз, Вс модуль максимального АДИКМ-кода,изменяющегося в пределах й 7. Благодаряадаптации шага кодера к крутизне сигналав широком диапазоне значений у а Оп 1,независимо от частоты и уровня одночастотного сигнала, имеютВз7 Зпр, Вс7 СОЗЕК . К,(1)Неравенства (1) превратятся в равенства при перегрузках АДИКМ-кодера, когдасигнал на его выходе становится трапецеидальным с амплитудой 0 а - 7, Посколькуфаза р случайна и неизвестна, необходимаобработка как синусной, так и косинуснойсоставляющих сигнала,. Вычислительный блок 10 на основеРПЗУ выполняет операцию аидав- Я ы (2)Код на выходе вычислительного блока10 не зависит от фазысигнала и определяется только взаимной корреляцией В сигнала и опорных функций. При несовпадениичастот сигнала и опорных функций значенияВз, Вс и В стремятся к нулю при условии, чтов интервале анализа Та укладывается целоечисло периодов сигнала, Для частот сигнализации, укаэанных выше (кроме Р -425 Гц),этому условию удовлетворяет Тз мин -10 мс,К, Т,=80. ВыборТа" 10 мсобеспечиваетминимум помех на соседних частотах и в тоже время позволяет за время Тмин " ЗО мссамой короткой "посылки" дважды подтвердить прием сигнала. Такое подтверждениенеобходимо при следовании знаков набораномера "безынтервальным пакетом". 8 моменты смены знаков, случайные и независимые от Т, возможен ошибочный приемиз-за попадания в интервал Тв конца предшествующего и начала последующего двухчастотного знака. Двойнымподтверждением приема на двух интервалах Та подряд удается отсеять моменты смены знака и повысить помехоустойчивость приема двухчастотного сигнала набора номера.5 С выходов вычислительного блока 10код В взаимной корреляции сигнала и опорных функций подается на первую группу входов компаратора 11 кода порога. Если код Йз с выхода сумматора 8 синусной со ставляющей сигнала, код Вс с выхода сумматора 9 косинусной составляющей сигнала либо код В с выхода вычислительного блока 10 имеют единицу в старшем разряде (128), то с помощью элемента 13 ИЛИ по его пер вому, второму либо третьему входам принимается решение о приеме данной частотной компоненты. При этом импульс с выхода элемента 13 ИЛИ поступает на вход данных регистра 14, и по тактовому импульсу с чет вертого выхода задающего генератора 5 информация о приеме записывается в регистр 14 и одновременно поступает на информационные входы решающего блока 12. На его адресные входы (1-2-4) с выходов задающе го генератора 5 подается двоичный код номера обрабатываемой частоты, начиная с максимальной Г 1- 1700 Гц и кончая минимальной Рз425 Гц. ЗО На кодовых выходах решающего блока12, построенного на основе РПЗУ, вырабатывается адаптивный код порога с учетом информации о всех ранее принятых (непринятых) частотных составляющих сигнала 35 данного канала, Код порога, подаваемый навторую группу входов компаратора 11 кода порога, сравнивается с кодом В с выходов младших разрядов вычислительного блока 10. Если порог превышен, с выхода компа ратора 11 кода порога на вход элемента 13ИЛИ поступает импульс, свидетельствующий о приеме данной частотной компоненты сигнала. Информация записывается в регистр 14 и подается на информационные 45 входы решающего блока 12, По первому выходу решающего блока 12 к моменту начала обработки очередной частотной составляющей сигнала возникает информация о форме опорных последовательностей 50 (например 1 - прямоугольные, 0 - трапецеидальные). Эта информация поступает на опорный вход формирователя 6 опорных последовательностей, на выходах которого возникают потоки четырехразрядных кодов 55 синусной и косинусной компонент очередной обрабатываемой гармонической составляющей, при смене = 1,2,.,К кодов на входах формирователя 6 опорных последовательностей с адресных выходов задающего генератора 5.тактовой и цикловой синхронизации по десятой и одиннадцатой выходным шинам со ответственно с пятого и шестого выходов.задающего генератора 5. По окончании интервала обработки Тався ранее записанная во втором блоке 3оперативной памяти информация оказывается считанной, а в первый блок 2 оперативной памяти за зто Время записывается отрезок Та новой информации, По входамзаписи(считывания с первого и второго выходов задающего генератора 5 режимы работы обоих ОЗУ меняются напротивололожнйе. Одновременно с выходов коммутатора4 адресов сетки частот на адресных входах блоков 2 и 3 оперативной памяти меняются 55 местами так, что в блок 3 оперативной памяти начинается многоканальная запись, а из блока 2 оперативной памяти - одноканальное считывание информации, Необходимые В идентичных сумматорах 8 и 9 синусной и косинусной составляющих сигнала происходит алгебраическое суммирование К = 1 ц Та = 80 четырехразрядных двоичных кодов. Каждый из сумматоров 8 и 9, построенный по стандартной схеме, содержит 4- разрядный сумматор кода, параллельный 4-разрядный регистр и счетчик импульсов с выхода переполнения Р 1 сумматора, Запись кода в регистр происходит тактовыми импульсами с третьего выхода задающего генератора 5. Сброс сумматоров 8 и 9 в "нуль" в момент начала обработки очередной частотной компоненты происходит с четвертого выхода задающего генератора 5, одновременно осуществляется запись предшествующей информации в регистр 14,В момент окончания обрабртки всехВосьми частотных составляющих сигнала на втором выходе решающего блока 12 появляется информация о том, принят ли двухчэстотный сигнал (логическая "1") или одночастотный, трехчастотный, отсутствие сигнала (логический "0"), Эта информация по.девятой выходной шине устройства поступает в сопряженную с приемником специализированную ЭВМ, которая управляеткоммутационным оборудованием электронной АТС,Одновременно по первым восьми выходным шинам устройства в ЭВМ подается информация о принятых сигналах управле. ния и взаимодействия в составе АДИКМ-потока данного канала.Сигналы готовности к выдаче информации и номера канала, по которому она принята, передаются в ЭВМ импульсами 5 10 1520 2530 35 СЕТКИ ЧЭСТОТ, НЭЧИНЭЯ ОТ Тмакс = (М И) 1 ц И1кончэя тмин = л р - , Вы рабаты Вэются В зэдэающем генераторе 5 путем синхронного деления частоты тактовых импульсов 1 т =. 2048 кГц на его первом входе. Цикловая синхронизация устройства достигается за счет импульсов 1 ц - 8 кГц на втором входе задающего генератора 5 путем сброса в "нуль" с периодом Тц = 1 Лц счетчиков импульсов (т1 ц) в составе задающего генераторэ 5.На последующих интервалах Та все вышеописанные процессы в схеме приемника повторяются аналогично предыдущему,Информация на первых девяти выходных шинах приемника по очередному каналу появляется в момент прохождения заднего фронта импульсов Рт == 1.6 кГц.акоторая определяет смену номеров М обрабатываемых каналов, и удерживается в течение времени обработки первой частотной компоненты последующего канала1 ТаЬТ - ) - - . Затем в течение оставшегося времени Т - (й - 1) ЛТ, пока не закончится обработка всех 1 ч частотных компонент сигнала, информация по.первым девятишинам не выдается,По десятой выходной шине приемника в устройство сопряжения с ЭВМ поступают импульсы тактовой частоты Гт длительностью ЬТ, свидетельствующие о готовности к выдаче информации по очередному каналу.По одиннадцатой выходной шине приемника выдаются импульсы цикловой частоты Гц - 1(Та, по заднему фронту которых фиксируется момент начала обработки первого из М каналов.Предложенный цифровой групповой приемник сигналое управления и взаимодействия с адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией(АДИКМ) на 16 каналов выполнен на 32 корпусах цифровых интегральных микросхем ТТЛШ и КМОП-структуры, серий К 1533 (К 555), К 561, К 537 и К 573. Плата приемника потребляет от источника питания Ел = +5 В + 5, ток Ь =320 мА.Ф о р мул э изобретения Групповой приемник сигналов управления и взаимодействия с адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, коммутатор адресов и блок оперативной памяти, а также формирователь опорных последова 1829126 12тельностей, входы которого соединены с адресными выходами задающего генератора, сумматоры синусной и косинусной составляющих сигнала, компаратор кода порога, регистр и вычислительный блок, отлича- б ю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и упрощения устройства путем сокращения числа решающих узлов, в него введены согласующий блок, второй блок оперативной памяти, коррело метр, элемент ИЛИ и решающий блок, при этом выходы согласующего блока соединены с сигнальными входами-выходами первого и второго блоков оперативной памяти и с сигнальными входами коррелометра, 15 опорные синусные и косинусные входы ко торого соединены с одноименными выходами формирователя опорных последовательностей, первый и второй выходы задающего генератора соединены со ответственно с входами записи-считывания первого и второго блоков оперативной памяти, адресные входы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора адресов, синусные и косинусные кодовые 25 выходы коррелометра соединены соответственно с входами сумматоров синусной и косинусной составляющих сигнала, входы синхронизации и сброса которых соедине-. ны между собой и подключены соответст венно к третьему .и четвертому выходам задающего генератора, выходы старших разрядов выходных кодов сумматоров синусной и косинусной составляющих сигнала соединены соответственно с первым и вто. 35 рым входами элемента ИЛИ, выход знакового разряда и выходы группы младших разрядов выходных кодов сумматоров синусной и косинусной составляющих сигнала соединены с соответствующими входами вычислительного блока, выходы младших разрядов выходного кода которого соединены с первой группой входов компаратора кода порога, выход которого и выход старшего разряда выходного кода вычислительного блока через элемент ИЛИ соединены с входом данных регистра, тактовый вход которого соединен с четвертым выходом задающего генератора, другие выходы которого соединены с первой группой входов решающего блока, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами регистра, первый выход решающего блока соединенс опорным входом формирователя опорных последовательностей, а кодовые выходы решающего блока соединены с вто.- рой группой входов компаратора кода порога, причем входы данных согласующего блока являются входами четырехразрядного кода отсчета сигнала очередного канала, входы задающего генератора - соответственно входами последовательности импульсов тактовой и цикловой синхронизации устройства, выходами и выходами сигналов тактовой и цикловой синхронизации которого являются выходы регистра и второй выход решающего блока. и выходы: сигналов тактовой и цикловой синхронизации задающего генератора.Ф ф к оСоставитель Н. Логуткоехред М.Моргентал Корректор А. Козо 80". Тираж Подписное ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/5 изаодственнофиздательский комбинат "Патент", г. Ужгоро