CN87200589U - 数字法实现的多频信号收发装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是电话自动交换网中用数字法实现的一种多频信号收发装置。该装置的特点是既可用于发生和接收前向信号又可用于发生和接收后向信号，其工作方式可以灵活改变，使用效率高。在发送装置的存贮器中，记存了所有可能出现的各种频率信号的全部值。存贮器的输出经数模变换器的作用输出多频信号。在接收装置中多频信号经模数变换后，根据国家标准用数字方法对信号进行处理和判决。

Description

数字法实现的多频信号收发装置

本实用新型属于电话自动交换网中用于产生和接收多频信号的装置。

目前的多频信号发送装置，采用10至12个振荡器产生的单频信号，由继电器或电子线路将其中2个频率相加输出。振荡器采用的是RC振荡器或机械振子振荡器。多频信号接收装置有采用数字方法实现的，中国专利申请号为86103381的发明专利所介绍的就是这样一种方法。

本实用新型的目的是改进多频信号的发送和接收装置，实现一种比现有设备效率更高、体积更小、更加经济的多频信号发送和接收设备。

本实用新型是用数字方法产生和接收多频信号的装置，此装置的发送部分如图1所示。主要由只读存贮器（ROM），数字模拟转换器D／A及模拟复接器组成。其基本工作过程为：在ROM中存有各种可能出现的多频组合信号的全部数值，在存贮器的编码方式中，用一位地址专门控制产生前向或后向信号，用另外4位地址控制产生一个方向信号中的各种组合信号，该信号，经D／A转换器的作用，变为多频信号。

发送部分的工作原理为：

多频信号可用下列统一公式表示：

yk＝ $\underset{i}{\overset{}{\mathrm{\Σ}}}$ Ai（k）Cos〔2π·60（1＋2i）t〕

i≤16

离散的多频信号可表示为：

yk（n）＝ $\underset{i}{\mathrm{\Σ}}$ Ai（k）Cos〔2π·60（1＋2i）nTs〕

取 f_S＝ 1/(T_S) ＝60M

实际中M必为大于66的整数

yk（n＋LM）＝ $\underset{i}{\mathrm{\Σ}}$ Ai（k）Cos〔2π·60（1＋2i）（n＋LM） 1/(60M) 〕

＝ $\underset{i}{\mathrm{\Σ}}$ Ai（k）Cos〔2π·60（1＋2i）nTs＋2π（1＋2i）L〕

L为整数

＝ $\underset{i}{\mathrm{\Σ}}$ Ai（k）Cos〔22·60（1＋2i）nTs〕

即yk（n）是以M为周期的序列，用M个存贮器单元即可存贮一种多频组合信号可能出现的全部数值。依国家标准规定的多频信号组合，前向信号6中取2，后向信号4中取2，yk共有21种。在前后向信号都用6中取2构成的多频信号方式中，yk为30种，外加一种“无信号”状态，则组合信号分别为22种和31种。因而用31M个存贮单元即可存贮全部多频信号的组合。为了实现上的方便，本实用新型用5位只读存贮器的地址选择输入yk，用7至10位地址输入顺序寻址，循环读出数字多频信号的抽样值，经D／A变换后成为多频信号。

在实现时考虑到一般EPROM、PROM或掩膜ROM的读出速率远高于66M。因而对ROM的输出采用多路D／A转换时分占用，提高效率。为了降低D／A转换器中平滑滤波器的复杂性，方便调试生产，降低成本，本实用新型利用了提高数字信号抽样率的方法。抽样率越高，平滑滤波器的过渡带就可以越宽，如图2所示。根据目前元器件的水平，M值取在128～512之间均较合适，但随着元器件的改进该范围还将扩大。提高抽样率的另一作用是降低了D／A转换器由于有限字长引入的噪声功率密度。这是因为有限字长引入的噪声功率pe与最小量化级△的平方成正比，△与抽样率无关，而有限字长噪声的分布频带与抽样率成正比，因而噪声功率谱密度与抽样率成反比。

用数字方法产生多频信号的关键元件是D／A转换器。为提高D／A转换器的使用效率，降低成本，本实用新型反向使用模拟复接器，使一个D／A转换器可以提供多路多频信号。应用时分技术，多路信号可由不同的控制源控制各自输出。多路复用D／A转换器的原理如图3所示。

本实用新型接收部分的框图如图4所示。其电路包括：抗混叠失真滤波器，模数变换器A／D，前后向信号分离滤波器，多相网络抽取带通滤波器组和多频检测判决器。接收部分所采用的算法与中国专利申请号为86103381的发明专利〔1〕算法相同。图4、a中的抗混叠失真滤波器，其特性要求如图5，可用无源或有源滤波器实现。A／D转换器的抽样率为5040Hg，DSP是实时数字信号处理单元，包括前后向信号分离滤波器和多相网络抽取带通滤波器组。它的基本功能是实时完成数字滤波的计算，由于采用了〔1〕中所提的算法，对前、后向信号的处理方法仅在作方向滤波时略有差别，DSP根据1位的控制输入来决定是实现前向还是实现后向信号的处理运算。MP是多频信号判决编码器，它根据DSP的输出数据确定输入信号的编码。图4、b是接收装置的另一种实现方式，其前、后向滤波器特性如图6所示，由无源或有源滤波器实现，其作用是分离前向和后向信号，同时起到了抗混叠失真的作用。AP是模拟复接器，它根据1位控制输入把Ff或Fb与后面的A／D连通，从而实现接收前向信号或后向信号的功能。在这种方式下，无论接收前向信号或后向信号，DSP及MP的工作是完全相同的。

本实用新型接收部分与已有方案的不同之处在于使用了缩减单频分离滤波器过渡带的方法。其目的在于提高接收装置抗单频干扰的能力。

前向信号或后向信号的6个单频信号是利用6个数字带通滤波器分离的。缩减过渡带提高抗单频干扰能力的原理如图7所示。当一个单频信号出现，且其频率恰处于两个通带相邻的带通滤波器衰减值相近的区域时，则这两个带通滤波器输出信号的幅值相近。因而判决器会误判有一个双频信号存在。要防止这种错误，采用本实用新型设计的、具有如下特性的滤波器是十分有效的；

设计要求为：对于两个通带相邻的滤波器，在它们的衰减值之差小于某一数值A的频率范围内，保证其衰减值足够大。使其输出信号幅值小于门限值。根据国家标准GB3971.3－83的要求，A取20dB，第二级滤波器的衰减值在上述频率范围内大于37dB。而在衰减值之差大于A的频带内，由于两带通滤波器输出值相差大于A，按国家标准GB3971.3－83的要求，由判决器判为无效信号。如图8，在（a、b）范围内的单频干扰，两带通滤波器都有足够的衰减，被判为无信号；对于频率小于a或大于b的单频干扰，两带通输出幅值相差甚大，判决器因此判为无信号。

根据国家标准的要求，要满足上述条件，滤波器的阶数是相当高的，这会增加运算量。为了避免运算量增加，单频分离滤波器分两级进行。第一级是抽样率为5040Hg的抽取带通滤波器组，其算法与〔1〕相同。对于单频干扰信号，它们的特性只要求对在（a、b）以外频带上的信号衰减值相差足够大。第二级滤波器是对抽取之后，抽样率为240Hg的分路单频信号进行的。它对（a、b）频带内的干扰信号要求有足够大的衰减，实验证明，按照国家标准的要求，当a、b取值为        （60＋120i）＋45和（60＋120i）＋75时，这第二级滤波器只需用一个具有对称特性的双三阶椭圆带通滤波器即可满足要求。其差分方程为：

y（n）＝a₀x（n）＋a₁x（n－2）＋a₂x（n－4）＋a₃x（n－6）＋b₁y（n－2）＋b₂y（n－4）＋b₃y（n－6）

式中x（n）表示椭圆滤波器的输入序列，y（n）表示输出序列，aibi为常系数。

由于信号的抽样率已降为240Hg，因而这个滤波器的计算量只占全部数字处理运算量的很小一部分。

本实用新型与现有设备相比，由于整个发、收装置工作于前向方式或后向方式仅由一位控制信号选取，工作方式可以灵活改变。故该装置具有适用范围广，使用效率高的特点。此外它还具有抗干扰能力强，生产成本低的优点。做为实施例，图1和图9分别给出了多频信号发送、接收部分的硬件逻辑框图。

图1中的时钟电路提供发送端电路总时钟，它与循环计数器1相联，通过循环计数器1分别控制循环计数器2、读写时序信号产生电路及时分多路复用地址译码器。循环计数器2利用7～10条地址线对只读存贮器ROM顺序寻址，另有5条地址线用来选择存贮信号，ROM中存有所有可能出现的全部多频数字信号。被选出的ROM数据经数据线送至多路D／A转换器。多路D／A转换器在读写时序信号产生电路及时分多路复用地址译码器的控制下，将同一ROM中读出的数据分别接至不同输出口，每路输出分别经平滑滤波器作用，得到模拟多频信号输出。在图9中，接收到的模拟多频信号首先进入模拟复接口，模拟复接口与模数转换器A／D相接，将模拟信号转为数字信号。该信号经三态缓冲门分别接至随机存贮器RAM、乘法累加器和判决编码器MP。此外系数只读存贮器ROM，经数据线与乘法累加器相接，乘法累加器的结果也接至MP中，根据国际的有关规定MP对这些数字进行比较，确定它们所代表的数字编码，并将编码通过输出口输出。以上各部分的控制信号，均是在统一时钟控制下，经由指令计数器、微指令存贮器及控制信号产生电路产生的。该控制信号分别控制模拟复接口、A／D变换器、三态缓冲门、RAM、ROM、乘法累加器及多频信号判决编码器MP。在统一的时钟控制下，由指令计数器、微指令存贮器、控制信号产生电路及乘法累加器、存贮器，按照〔1〕中所述算法实现前、后向信号滤波和多相网络抽取带通滤波器组。对MP的数字编码出可以采用时分多路复用或存贮器存贮方式（适用于程控交换机），也可以采用不复用的单路方式（适用于其它交换机），不同输出方式的MP只是输出接口方式不同，其它部分完成相同。

Claims (6)

1、一套在电话交换机中用于发送和接收多频信号的装置，其特征在于该装置的发送部分包括：只读存贮器、数模转换器、模拟复接器、时钟电路及循环计数器，该装置的接收部分包括：抗混叠失真滤波器、模数转换器、前后向信号分离滤波器、多相网络抽取带通滤波器组及多频信号判决编码器，该发送和接收装置处于前向工作方式或后向工作方式，仅由一位控制信号决定。

2、权利要求1中所提到的发送多频信号装置，其特征是只读存贮器内存贮了各种多频信号的全部数据，对只读存贮器的输出采用多路数模转换时分复用，而在每路数模转换器之后反向使用模拟复接器，使之能够提供多路多频信号。

3、权利要求1中所提到的发送多频信号装置，其特征是只读存贮器中存贮的多频信号的抽样率为60M赫兹，M为大于66的整数。

4、权利要求1中提到的接收装置，其特征在于其多相网络抽取带通滤波器组分为两级，第一级是抽样率为5040赫兹的抽取带通滤波器组，第二级是一个具有在第一级两相邻带通滤波器的衰减值之差小于20dB的频率范围内有大于37dB衰减特性的带通滤波器，多频信号判决编码器与此滤波特性相配合，对两相邻带通滤波器输出幅度相差大于20dB的信号判为无信号，对输出幅度小于－42dBm的信号判为无信号。

5、权利要求1和4中所提到的多相网络抽取带通滤波器组的第二级滤波器，其特征为是具有对称特性的双三阶椭圆带通滤波器，满足的差分方程为：

y（n）＝a₀x（n）＋a₁x（n－2）＋a₂x（n－4）＋a₃x（n－6）＋b₁y（n－2）＋b₂y（n－4）＋b₃y（n－6）。

6、权利要求1中提到的接收装置也可有另一种配置方式，其特征为该装置的前端有一对并行的前向信号滤波器和后向信号滤波器，与其相联的是一个用一位信号就能控制、选择两路滤波器输出信号之一与后面联通的模拟复接器，之后依次接有模数变换器、多频信号抽取滤波器组和多频信号判决编码器。

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