Адаптивный групповой приемник многочастотного кода с импульсно-кодовой модуляцией

 

CQIQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

rs»s Н 04 L 27/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4757106/09 (22) 09.11.89 (46) 30.07.93, Бюл. М 28 (71) Самарский электротехнический институт связи (72) И.С.Брайнина (56) Авторское свидетельство СССР

N ã11663355227733, кл. Н 04 1 27/14, 1989. (54) АДАПТИВНЫЙ ГРУППОВОЙ ПРИЕМНИК МНОГОЧАСТОТНОГО КОДА С ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к электросвязи.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона уровней принимаемого сигнала. Адаптивный групповой цифровой приемник содержит оперативное запоминающее устройство 1, коммутатор 2 адресов, блок 3 генераторов, регистры 4-о, блок 7 перемножителей, преобразователи

„„Я „„1830632 А1

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 дельтамодуляции 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.

1830632

Приемник работает следующим образом.

На входы данных оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 1 поступает параллельн и 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 двух40

50 частотного сигнала заключена в знаковом разряде ИКМ-кода отсчетов, гармонический сигнал обладает значительной избыточно- 55 стью. Благодаря избыточности, "усечение"

ИКМ-кода до 4-х старших разрядов (как показало моделирование нэ микро-38M) не снижает заметно помехоустойчивости приема, Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для управления коммутационным оборудованием цифровых .электронных АТС с импульсно-кодовой модуляцией. 5

Цель изобретения. — расширение динамического диапазона уровней принимаемого сигнала.

На чертеже изображена функциональная схема адаптивного группового приемника многочастотного кода с импульсно-кодовой модуляцией.

Приемник содержит оперативное запоминающее устройство 1, коммутатор 2 адресов, блок 3 генераторов, первый, второй и третий регистры 4 — 6, блок 7 перемножителей„первый и второй. преобразователи 8 и 9 кода, первый и второй вычислительные блоки 10 и 11, первый и второй счетчики 12 и 13, компаратор 14 кода, первое, второе и 20 третье постоянные запоминающие устройства 16, 15, 17 и сумматор 18 кодов, введен дополнительно измеритель 19 средней. амплитуды сигнала, тактовый вход которого подключен к тактовому входу оперативного 25 запоминающего устройства 1, соответствующие выходы которого через измеритель 19 средней амплитуды сигнала подключены к соответствующим первым входам первого

ПЗУ 16, при этом дополнительный выход 30 блока 2 генераторов соединен,с разрешающими входами первого 8 и второго 9 преобразователей кода и со входом запрета измерителя 19 средней амплитуды сигнала, установочный вход которого подключен к 35 первому 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

f = 2048 кГц.

Цикловая синхронизация блока 3 генераторов обеспечивается путем подачи на его второй вход импульсной последовательности 1ц = 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 Р 6 дБ, 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 эа 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- 16 Мсек, что соответствует минимальной частоте вырабатываемой сетки частот

Рмин = 1/Т = 0,0625 кГц. За время Т проходит

К = 1ц/Ерин = 128 ИКМ отсчетов сигнала по каждому иэ 32-х каналов. Выбор Т = 16 Мсек определяет объем памяти 03У 1 и =

-128x32 - 4096 четырехразрядных слов.

Для упрощения групгового приемника целесообразно производить последовательную одноканальную обработку многоканального сигнала, При этом сначала считываются подряд все К = 128 ранее записанных в ОЗУ 1 ИКМ-отсчетов первого канала, затем 128 отсчетов второго канала и т.д., вплоть до 32-ro канала.

Приемник получается практически одноканальным, только время обработки одного канала снижается в 32 раза и составляет То = T/32 = 0,5.Мсек. Для формирования нужных адресов ОЗУ 1 в режимах записи и считывания информации используется коммутатор 2 адресов, управляемый по своему первому входу импульсами записи/считывания с частотой fr. 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 Y сигнала данного канала с выхода ОЗУ

1. Знаковые разряды предыдущего отсчета

Х ии ппоосслпееддууюющщеегго о УУ, 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 4в = 4 = 32 кГц.

Понижение f<> в два раза по сравнению со скоростью передачи 8-ми разрядного нелинейного ИКМ-кода f = 8 f„= 64 кГц достигается благодаря адаптации шага квантования Л к среднему уровню сигнала.

Накопление информации о шаге h,ïðoècходит в измерителе 19 средней амплитуды, на входы которого поступают один за другим все 128 кодов модулей сегментов ИКМотсчетов сигнала данного канала.

Измеритель 19 средней амплитуды . представляет собой накапливающий сумматор, кодовые выходы которого несут информацию о сегменте адаптивного шага Л, пропорционального среднему модулю отрезка двухчастотного сигнала Т = 16 Мсек. Нелинейный трехразрядный код шага поступает на три первых адресных входа первого ПЗУ

16. Шаг сформируется до начала основной обработки информации данного канала и запоминается в измерителе 19 вплоть до конца интервала То = Т/32 = 0,5 мсек. Интервал То делится,на 8 отрезков ЬТ =Тр/8 = 62,5 мксек, при этом первые два отрезка 2 . Мо = 125 мксек затрачиваются на накопление считываемое из ОЗУ 1 информации о среднем модуле сегментов всех

128-ми отсчетов ИКМ-сигнала данного канала. Оставшиеся шесть отрезков времени

6 hT0 =- 375 мксек затрачиваются на последовательную обработку шести частот и обнаружение в данном канале двух передаваемых частот кода "2 из 6".

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, полученного в результате суммирования 128-ми трехразрядных двоичных чисел.

Программирование первого ПЗУ 16 осуществляется по следующему алгоритму:

5 1). Определяется разница д текущего отсчета Y и предыдущего X в линейном двоичном коде, с учетом знаков отсчетов, по формуле д= «2 -(«-2 ), где X и У— номера сегментов, заключенные в трех

10 старших разрядах ИКМ-кода.

2). Находится отношение а, с учетом знака д:

3), Выходное "слово" первого ПЗУ (16) определяется из условий:

1а l <1 — слово 1010, а>0 слово 0101. а< 0

1 lal <2 —.слово1101,a >0 слово 0010, а< 0

2 1а! < 3 — слово 1110, а> 0 слово 0001, a < 0

lal 3 — слово 1111, а > 0 слово 0000, с< 0

Благодаря адаптации шага Л 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 принимае. мого сигнала.

В блоке 7 перемножитепей на знак синуса и косинуса происходит одновременное вычисление взаимной корреляции четверки дельта-отсчетов сигнала с четверкой дельта1830632 отсчетов 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 перемножителей 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 да 4-x) 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 косинусной составляющей через вторые четыре выхода

ПЗУ 15, блока 7 перемнажителей на 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, в

ЛТо предложенном приемнике за время

2 . =31,25 мксек из ОЗУ 1 считываются 64 отсчета сигнала, ранее записанные па 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 касинусной составляющих данной частоты. С выходов сумматора 18 кодов

A To в конце интервала — информация об

2 уровне 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 АТо 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 фармиАТо руется пропорциональный уровню сигнала пороговый код, предсказывающий характер дальнейшего нарастания сигнала в конце интервала обработки АТо, Поскольку нужная информация на выходе ПЗУ 17 сохраняется кратковременно, только в момент

5 ЛТо, ее запоминание происходит во втором регистре 5. Адаптивный пороговый код, записанный в регистре 5, используется для принятия акончательнага решения о нали10 чии или отсутствии составляющей данной частоты к концу интервала ЛТо.

Если код сигнала на входах ПЗУ 17 ниже минимального порога, в регистр 5 записывается максимальный код, заведомо повы15 .шающий сигнал к концу интервала АТо, благодаря чему на выходе компаратора 14 будет логический ноль и прием не состоится.

После сравнения в кампаратаре 14 кода

20 сигнала с выхода сумматора 18 кодов с адаптивным порогом с выхода регистра 5, на выходе кампаратора 14 возникает уровень логической единицы, если сигнал превыша-, ет или равен порогу, либо уровень лагиче25 ского нуля, если сигнал ниже порога, Эта информация переписывается в третий регистр 6 в момент АТо окончания обработки информации о данной частоте очереднога канала, па сигналу записи с первого выхода

30 блока 3 генераторов.

В момент То = 8 АТо окончания интервала обработки данного канала, на шести выходных информационных шинах регистра 6 формируется информация о двухчастат35 нам сигнале данного канала. В этот момент с первого выхода блока 3 генераторов импульс готовности поступает на тактовый выход приемника с целью передачи информации о номере очередного канала в

40 специализированную микро-ЭВМ, сопряженную с приемникам {не показана на чертеже), Одновременно этот тактовый импульс подается на абьединенные входы установки нуля измерителя 19 средней амп45 литуды и счетчиков 12, 13.

Цикловая синхронизация приемника с микро-3ВМ обеспечивается импульсами с периодом Т = 32 То, снимаемыми с третьего выхода блока 3 генераторов, благодаря чему

50 происходит сброс в нуль счетчика номера канала, входящего в состав устройства сопряжения с микро-ЭВМ(не показано на чертеже).

Второй выход блока 3 генераторов вы55 дает последовательность импульсов с периодом To =- 0,5 мсек обработки одного канала и длительностью 2 ATo = To/4 в начале интервала То. В течение времени существования импульсов 2, То обеспечивается по

1830632

10 входу разрешения измерителя 19 средней амплитуды накопление информации об адаптивном шаге квантования Л. В оставшийся временной интервал 6 hTO 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" F1, Ер не примется йз-за недостижения высокого адаптивного порога к моменту Т. Последующая "посылка" Ез, F4 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 Г1, Ез, Е2, Ез; Е1, F4; Е2, F4.

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 К555(1533).

K561(1561), К537, К573 и К556, Потребление тока от источника питания Е = +5В составляет порядка 800 мА.

Оперативное запоминающее устройство ОЗУ 1 построено на четырех микросхемах типа К537РУ14А v двух корпусах шинных формирователей К555АП4. Коммутатор 2 адресов состоит из трех мультиплексоров типа К555КП11, Блок 3 генераторов содержит четыре каскадно соединенных синхронных двоичных счетчика типа

К1533ИЕ10. Регистр 4 построен на одной микросхеме типа К555ИП11, регистр 5 содержит микросхему К561ИР9, а регистр 6 состоит из микросхемы типа К51ИР2, содержащей два независимых четырехразрядных регистра сдвига, включенных последовательно с целью получения шестираэрядного выходного слова. Блок 7 перемножителей на знак синусов и косинусов содержит два корпуса микросхем типа К555ЛП5 ИСКЛЮ5 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Первый 8 и второй 9 преобразователи кода синусов и косинусов содержат каждый по два сумматора кодов типа К555ИМ6, од-. ному регистру К555ИР11, 1/2 корпуса логи10 ческого элемента "И вЂ” НЕ" К555ЛАЗ и 1/4 корпуса К555ЛП5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Первый 10 и второй 11 вычислительные блоки содержат каждый по одному управляемому 4-х разрядному регистру типа

15 К561ИР9, в котором реализуется операция вычисления модуля путем переключения кода (прямой, инверсный) по знаку старшего разряда соответствующего первого 12 и второго 13 счетчика, каждый из которых по20 строен на одной микросхеме типа

К561ИЕ10.

Компаратор 14 кода содержит одну микросхему типа К561ИП2. Первое ПЗУ 16 построено на РПЗУ типа К573РФ2.

25 Второе ПЗУ 15 квадратурных компонент содержит ТТЛШ микросхему К556РТ7, Третье ПЗУ 17 построено на РПЗУ типа

К573РФ2.

Сумматор 18 кодов содержит один кор30 пус микросхемы К561ИМ1, Измеритель 19 средней амплитуды представляет собой накапливающий сумматор трехразрядных кодов сегментов 128-ми

ИКМ-отсчетов. Измеритель 19 средней амп35 литуды содержит одну микросхему сумматора К55ИМ6, одну микросхему регистра

К555ИР11 и одну микросхему счетчика

К561ИЕ10, подключенного к выходу переполнения сумматора. Принципиальная схе40 ма измерителя 19 средней амплитуды во многом совпадает со схемой преобразователей кода 8 и 9 (за вычетом элементов "И—

НЕ", "ЛП" и SM1).

Плата адаптивного группового прием45 ника многочастотного кора с импульсно-кодовой модуляцией разработана, изготовлена и настроена.

Технико-экономические преимущества предложенного решения по сравнению с

50 прототипом а.с. СССР N 1635273, кл, Н 04 L

27/14 заключаются:

1. В расширении динамического диапазона уровней и допустимого перекоса амплитуд принимаемого двухчастотного

55 сигнала благодаря снижению нелинейных . перекрестных помех, попадающих в полосу частот сигнала. Снижение нелинейных помех достигается благодаря исключению операции клиппирования двухчастотных

"знаков" и сохранению формы сигнала за

12

1830632 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 нелинейных помех. ответствующим вторым входам блока перемножителей, 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 выходам третьего 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 цикловым выходами

30 приемника, отличающийся 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 первым 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.

Составитель А. Максимов

Техред 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 M 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 со5 выходы которых соединены с сигнальными входами соответственно первого и второго