УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА МНОГОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к электросвязи, в частности к автоматическим средствам приема сигналов телефонной сигнализации, например для приема кода "2 из 6", и может быть использовано в системах передачи дискретной информации.

Известен цифровой приемник многочастотной сигнализации, содержащий N цепей, каждая из которых состоит из двух блоков возведения в квадрат, трех сумматоров, порогового элемента и двухканального коррелятора.

В работу данного устройства положено использование оптимальной (в смысле максимального правдоподобия) процедуры приема гармонического сигнала известной частоты. К сожалению, оптимальность данного приемника проявляется только в смысле выделения (обнаружения) гармонического сигнала из адитивной смеси с белым шумом. На практике же основной проблемой приема сигнала с кодом "2 из 6" является не выделение его на фоне значительного канального шума, а устранение последствий перекоса сигнальных частот, отклонения частотных и временных параметров формируемых сигналов от регламентируемых значений, наличия паразитных речевых сигналов и сигналов служебной сигнализации. Однако данное устройство не может обеспечить удовлетворительное выделение двухчастотных посылок в таких условиях.

В качестве прототипа данному устройству выбран цифровой приемник многочастотного кода, содержащий блок синхронизации, М согласованных фильтров, постоянно запоминающий блок, М логических элементов ИЛИ-НЕ, М пороговых блоков, блок фиксации количества срабатываний, формирователь импульсов и триггер.

Недостатком этого устройства также является невысокая достоверность приема многочастотного сигнала, особенно в случае наличия перекоса в уровнях сигнальных частот, а также при появлении даже слабого паразитного речевого сигнала. В указанных случаях возможно ложное срабатывание цифрового приемника. Кроме того, данный приемник чувствителен к искажениям временных параметров информационного сигнала, которые обусловлены невысоким качеством станционных формирователей двухчастотных посылок и выражаются в уменьшении длительности двухчастотных посылок.

Целью изобретения является повышение точности приема многочастотных сигналов.

Для достижения поставленной цели в устройство для приема многочастотных сигналов, содержащее блок согласованых фильтров, первый, второй, третий и четвертый пороговые элементы, согласно изобретению дополнительно введены фильтр низких частот, аналого-цифровой преобразователь, режекторный фильтр, линейный детектор, интегрирующее звено, блок линейных детекторов, блок интегрирующих звеньев, блок управляемых ключей, управляющий таймер, арифметический блок, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй блоки вычисления отношения, инвертор, блок временной задержки, логический элемент И и блок отображения, причем выход блока согласования с каналом связи через последовательно включенный фильтр низких частот соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через последовательно включенный режекторный фильтр связан с входом линейного детектора и входами блока согласованных фильтров, при этом выход линейного детектора через последовательно включенные интегрирующее звено и первый пороговый элемент соединен с первым входом логического элемента И, а выходы блока согласованных фильтров подключены к соответствующим входам блока линейных детекторов, в свою очередь выходы блока линейных детекторов связаны с соответствующими входами блока интегрирующих звеньев, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управляемых ключей, причем управляющий вход блока управляемых ключей связан с управляющим таймером, а выходы всех управляемых ключей соединены с входами арифметического блока, первый выход которого подключен к первому входу первого сумматора и первому входу второго блока вычисления отношения, второй выход - ко второму входу первого сумматора, второму входу второго блока вычисления отношения, а третий, четвертый, пятый и шестой выходы арифметического блока соединены соответственно со вторым, третьим, четвертым и пятым входами второго сумматора, при этом выход первого сумматора связан с первым входом первого блока вычисления отношения, инвертором и первым входом третьего сумматора, выход второго сумматора со вторым входом первого блока вычисления отношения, а выход последнего через второй пороговый элемент соединен со вторым входом логического элемента И, тогда как выход второго блока вычисления отношения через четвертый пороговый элемент связан с четвертым входом логического элемента И, выход инвертора через блок временной задержки подключен ко второму входу третьего сумматора, выход которого через третий пороговый элемент соединен с третьим входом логического элемента И, выход которого соединен с управляющим входом арифметического устройства, в то время как информационный выход арифметического устройства связан с блоком отображения.

Устройство для приема многочастотных сигналов (см. чертеж) содержит блок 1 согласования с каналом связи, фильтр низких частот 2, аналого-цифровой преобразователь 3, режекторный фильтр 4, линейный детектор 5, интегрирующее звено 6, первый пороговый элемент 7, блок согласованных фильтров 8.1-8.6, блок линейных детекторов 9.1-9.6, блок интегрирующих звеньев 10.1-10.6, блок управляемых ключей 11.1-11.6, управляющий таймер 12, арифметический блок 13, первый сумматор 14, второй сумматор 15, первый блок вычисления отношения 16, второй пороговый элемент 17, инвертор 18, блок временной задержки 19, третий сумматор 20, третий пороговый элемент 21, второй блок вычисления отношения 22, четвертый пороговый элемент 23, логический элемент И 24, блок отображения 25.

Сущность изобретения состоит в использовании нескольких оцениваемых информационных статистик, с помощью которых осуществляется обнаружение и прием многочастотного сигнала в условиях возможной его маскировки паразитным сигналом и искажения ряда параметров.

Данное устройство обеспечивает устойчивое выделение полезного сигнала из смеси канальных шумов и паразитных речевых сигналов с помощью частотной селекции входного сигнала, выделения двух частотных составляющих с максимальным уровнем, вычисления отношения уровня двух этих составляющих к суммарному уровню других составляющих, оценивания мощности сигнала в информационной полосе частот, оценивания отношения первого и второго максимумов частотных составляющих, а также оценивания знака приращений суммы двух наибольших частотных составляющих.

Устройство для приема многочастотных сигналов работает следующим образом.

Анализируемый сигнал с выхода канала связи, пройдя через блок 1 согласования с каналом связи и через низкочастотный фильтр 2, поступает в аналого-цифровой преобразователь 3, на выходе которого принимает форму последовательности цифровых отсчетов. Данная цифровая последовательность подвергается фильтрации в режекторном фильтре 4 для устранения проникания в приемник сигнала запроса и подается затем на вход линейного детектора 5.

При этом в блоках 5-7 формируется оценка мощности приходящего сигнала в информационной полосе частот, для чего в линейном детекторе 5 вычисляется абсолютное значение исходного сигнала, а затем в интегрирующем звене 6 оценивается его средневыпрямленное значение. Понятно, что введение в заявляемое устройство блоков 5-7 обеспечивает по сути энергетическую проверку наличия в канале информационного сигнала. Такая проверка позволит устройству избежать подрабатываний от слабых сигналов, проникающих из соседних каналов.

Оценка мощности входного сигнала, ограниченного информационной полосой частот, используется в заявляемом устройстве в качестве первой информационной статистики при принятии решения о наличии в данный момент в канале связи полезного сигнала. Для этого получаемая на выходе интегрирующего звена оценка мощности сравнивается с пороговой величиной в пороговом элементе 7. В случае присутствия в канале связи сигнала достаточного уровня на выходе порогового элемента устанавливается значение, соответствующее логической единице.

Одновременно последовательность цифровых отсчетов входного сигнала с выхода режекторного фильтра 4 подается на вход блока согласованных фильтров 8.1-8.6. Последний блок представляет собой совокупность из шести резонансных фильтров, настроенных на номинальные частоты полезного информационного сигнала. Здесь осуществляется расфильтровка частотных составляющих входного сигнала. При этом выход каждого из резонансных фильтров через соответствующие линейные детекторы 9.1-9.6 соединен с соответствующим интегрирующим звеном из блока интегрирующих звеньев 10.1-10.6. Таким образом, посредством блоков 8.1-8.6, 9.1-9.6 и 10.1-10.6 обеспечивается оценивание частотных составляющих спектра входного сигнала в информационной полосе частот.

Принятие решения о наличии информационного сигнала в канале связи и процедура его декодирования осуществляются через равные промежутки времени по команде из управляющего таймера 12, открывающего на считывание управляемые ключи 11.1-11.6. Значения, накопленные в блоке интегрирующих звеньев 10.1-10.6, считываются в арифметический блок 13. В нем определяются первый, второй и третий максимумы спектральных составляющих и фиксируются номера секций блока интегрирующих звеньев 10.1-10.6, в которых были достигнуты абсолютные максимумы огибающих.

Таким образом, можно говорить, что арифметический блок 13 по своей сути осуществляет перестановку в порядке убывания шести оценок мощности, получаемых в интегрирующих звеньях 10.1-10.6 и подаваемых на соответствующие входы арифметического блока 13, и распределяет их по соответствующим выходам. Так, наибольшее значение будет подано на первый выход арифметического блока 13, второе по величине значение - на второй выход и т.д. В принципе, для правильной работы заявляемого устройства имеет значение распределение в порядке убывания только первых двух величин, а последние четыре значения могут распределяться по третьему, четвертому, пятому и шестому выходам произвольным образом.

Далее в блоках 14-17 оценивается отношение мощности двух наиболее мощных спектральных составляющих к сумме остальных четырех частотных составляющих. Для этого значения с первого и второго выходов арифметического блока 13 считываются в первый сумматор 14. Значение с выхода первого сумматора 14 подается на первый вход первого блока вычисления отношения 16, на второй вход которого поступает оценка суммы остальных спектральных составляющих из второго сумматора 15. Если полученная величина больше некоторого порогового значения, задаваемого во втором пороговом элементе 17, то по данному информационному признаку считается, что входной сигнал является полезным и на выходе второго порогового элемента 17 устанавливается значение, соответствующее логической единице.

Введение в состав заявляемого устройства блоков, которые обеспечивают оценку отношения мощностей двух наиболее мощных спектральных составляющих и суммы остальных спектральных составляющих, позволяет приемнику работать как с сигналами номинального уровня, так и со слабыми сигналами. При этом перекос в уровнях двух сигнальных частот в достаточно больших пределах (до 12 дБ) не мешает правильности приема двухчастотной комбинации.

Для обеспечения наилучших условий для приема многочастотных сигналов в данном устройстве осуществляется проверка знака приращений суммы двух наибольших частотных составляющих, т.е. знака приращений суммы двух величин, снимаемых с первого и второго выходов арифметического блока 13. Для этого значения с указанных выходов арифметического блока 13 подаются на первый сумматор 14, а с выхода последнего полученное значение поступает непосредственно на первый вход третьего сумматора 20 и через последовательно включенные инвертор 18 и блок временной задержки 19 на второй вход третьего сумматора 20. В результате, пока величина первых двух спектральных максимумов увеличивается, на выходе третьего порогового элемента 21 удерживается значение логического нуля. По достижению же своего максимального значения (знак приращений при этом, разумеется, изменится) принимается решение о необходимости считывания полученной кодовой комбинации и на выходе третьего порогового элемента 21 устанавливается значение логической единицы.

Кроме того, для предотвращения ложных срабатываний приемника на паразитном речевом сигнале в устройство введены блоки 22, 23, с помощью которых оцениваются отношения первого и второго спектральных максимумов. Соответствующим выбором порога в четвертом пороговом элементе 23 обеспечивается различение полезного сигнала (беспаузной последовательности двухчастотных посылок) от паразитных сигналов. Здесь используется априорная информации о полезном сигнале, состоящая в том, что возможное различие в уровнях двух первых спектральных максимумов не может превышать некоторую фиксированную величину. Иначе сигнал считается помехой. В случае, когда указанное выше условие выполняется, на выходе порогового элемента 23 выставляется логическая единица.

Окончательное решение о наличии или отсутствии многочастотного сигнала в канале связи принимается в логическом элементе И 24, если все четыре информационных признака оказываются положительными. Тогда на арифметический блок 13 поступает управляющее воздействие, после чего из информационного выхода последнего на блок отображения 25 передаются данные о принятой двухчастотной комбинации. Затем в блоке отображения осуществляется преобразование этой двухчастотной комбинации в соответствующую цифру.

Реализацию данного устройства наиболее целесообразно осуществлять с помощью современных электронных компонентов, предпочтительно с использованием сигнальных микропроцессоров либо заказных микросхем. Кроме того, возможна программная реализация данного объекта с использованием персонального компьютера или иных вычислительных средств.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1467795, кл. H 04 Q 1/45, 1986 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1741292, кл. H 04 Q 1/44, 1989 г. (прототип).