NL8006606A - Schakeling voor het bepalen of een binnenkomend signaal spraak of gegevens voorstelt. - Google Patents

Description

> N/29. 964-dV/f.

Schakeling voor het bepalen of een binnenkomend signaal spraak of gegevens voorstelt.

De uitvinding heeft betrekking op een schakeling voor het bepalen of een binnenkomend signaal spraak of gegevens voorstelt, bestemd voor een tijdverdeel-spraakinterpolatiestelsel (TASI-stelsel of "time assignment 5 speech interpolation"-stelsel), waarbij binnenkomende signalen van een aantal ingangslijnen naar een op een afstand gelegen plaats worden geleid via een kleiner aantal trans-missiemiddelen, welk stelsel is voorzien van schakelorganen voor het verbinden van de-' ingangslijnen met de transmissie-10 middelen en een besturingsorgaan voor het besturen van de schakelorganen.

Wegens de zeer hoge kosten van communicatie-transmissiemiddelen, bijvoorbeeld satellietkanalen en onderzeese transmissiekabels, is in het verleden gezocht naar 15 verschillende middelen om het rendement van de bestaande transmissiemiddelen of -faciliteiten maximaal te maken. Een stelsel hiervoor staat bekend als een tijdverdeel-spraakin-terpolatie- of TASI-stelsel. Hierbij worden de gesprekken van n abonnees overgedragen over bijvoorbeeld n/2 transmis-20 siemiddelen naar een op een afstand gelegen plaats. Op deze plaats zijn de n/2 transmissiemiddelen verbonden met n uit-gangsspraakkanalen. De werking van den TASI-stelsel is gebaseerd op de statistisch gecontroleerde aanname, dat op een willekeurig tijdstip niet alle abonnees uit een grote groep 25 gelijktijdig zullen praten. Als hoofdregel geldt in feite, dat de abonnëes slechts gedurende de helft van de tijd, dat de spreker en de luisteraar met elkaar zijn verbonden, werkelijk spreken. In overeenstemming hiermee kan een TASI-stelsel worden gedefinieerd als een schakelstelsel, dat de 30 spreker en de luisteraar slechts met elkaar verbindt wanneer de spreker werkelijk spreekt, mits een transmissiemiddel op dat tijdstip beschikbaar is.

TASI-stelsels zijn ontworpen om alleen spraak te multiplexen. De onderhavige uitvinding heeft betrekking 35 op een TASI-stelsel, dat is ontworpen om afwisselend zowel spraak als gegevens te kunnen overdragen.

λ λ λ Wanneer een ingangskanaal, dat spraak le- 8 0 0 6 60 6 ♦ -2- vert, naar een transmissiemiddel wordt doorgeschakeld, vindt er bij een TASI-stelsel informatieverlies plaats. Onder normale omstandigheden kan 1% van het spraaksignaal verloren gaan door "afsnijden", dat wordt veroorzaakt door de vertra-5 ging tussen het tijdstip, waarop spraak voor het eerst wordt gedetecteerd en het tijdstip, waarop het schakelen is voltooid.

Dit verlies is aanvaardbaar omdat een verlies van 1% van de spraakinhoud gewoonlijk niet bezwaarlijk 10 is voor de luisteraar. Wanneer een TASI-stelsel echter wordt gebruikt voor de overdracht van gegevens, is een informatieverlies van 1% onaanvaardbaar. Het statistisch schakelen moet derhalve buiten werking worden gesteld en een transmissiemiddel aan een oproeper worden toegewezen, welke gegevens over-15 draagt in een TASI-stelsel, dat is ontworpen voor zowel spraak als gegevens. Om dit te bereiken moet een betrouwbare gegevensdetector worden verschaft, welke nauwkeurig gegevens kan onderscheiden van spraak. De standaardgegevensgroepen, die veel worden gebruikt, tonen een volledig duplexformaat, 20 dat energie in het gebied van 2.010 tot 2.240 Hz bevat. Niet alle in gebruik zijnde gegevensformaten bevatten echter energie in dit gebied. Het is derhalve niet gewenst om eenvoudigweg een frequentiediscriminator te gebruiken, die gegevens binnen een bepaald frequentiegebied detecteert.

25 Als referentie wordt verwezen naar de

Amerikaanse octrooiaanvrage 863.903 van 23 december 1977 voor een "digital memory providing fixed and variable delays in a TASI-system", welke octrooiaanvrage een TASI-stelsel beschrijft, waarvoor de onderhavige uitvinding een verbetering 30 verschaft.

De uitvinding beoogt een schakeling van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waardoor met een TASI-stelsel afwisselend zowel spraak als gegevens kunnen worden overgedragen.

35 Hiertoe is de schakeling volgens de uitvin ding voorzien van een scheidingsorgaan, dat laagfrequent-com-ponenten van het signaal scheidt van hoogfrequent-componenten van het signaal en van een vergelijkingsorgaan, dat in responsie op het scheidingsorgaan het energieniveau van de hoogfre-40 quent-component vergelijkt met een veelvoud van het energie- 8 00 6 60 6

A

-3- niveau van de laagfrequent-component, waarbij de aanwezigheid van gegevens aannemelijker wordt geacht dan de aanwezigheid van spraak als het energieniveau van de hoogfrequent-compo-nent een veelvoud van het energieniveau van de laagfrequent-5 component overschrijdt.

De uitvinding verschaft een gegevensdetec-tor, welke op betrouwbare wijze gegevens detecteert onafhankelijk van het formaat van de gegevens.

Voorts worden volgens de uitvinding gege-1Q vens gedetecteerd door het energieniveau van de laagfrequent-componenten en hoogfrequent - componenten van een binnenkomend signaal met elkaar te vergelijken en met voorafbepaalde minimum- en maximumwaarden en door te detecteren of een helling in de amplitude van het signaal aanwezig is, dat wil 15 zeggen een variatie in de tijd van de gemiddelde amplitude.

Volgens de uitvinding worden bij voorkeur gegevens op een bepaald kanaal gedetecteerd door het spectrum van het binnenkomende kanaalsignaal te delen, om het energieniveau boven en onder een bepaalde frequentie vast te 20 stellen. Hierbij wordt een "gegevens aanwezig" -signaal opgewekt als de energie boven de bepaalde frequentie groter is dan een veelvoud van het energieniveau beneden deze frequentie en als de energieën boven en beneden de bepaalde frequentie binnen bepaalde drempelwaarden liggen en als er geen 25 helling in het signaal aanwezig is en voorts als deze voorwaarden gedurende een bepaalde tijdperiode gelden. Wanneer een gegevens aanwezig-signaal wordt opgewekt, wordt het schakelen van het kanaal geïnhiEeerd.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan 30 de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de schakeling volgens de uitvinding is weergegeven.

Fig. 1 is een blokschema van één station van een TASI-stelsel, waarbij de schakeling volgens de uitvinding wordt toegepast.

35 Fig. 2 geeft een uitvoeringsvorm van de schakeling volgens de uitvinding weer.

Alvorens de onderhavige uitvinding te beschrijven, zal eerst de zendzijde van een TASI-stelsel aan de hand van fig. 1 worden beschreven.

40 Bij het uitvoeringsvoorbeeld volgens fig.

8 00 6 60 6 -4- 1 zijn 32 ingangskanalen aanwezig, waarvan alleen kanaal 1 en kanaal 32 zijn weergegeven.

Zoals gebruikelijk bij dergelijke stelsels worden de spraaksignalen van de ingangs- kanalen toegevoerd 5 aan een schakelnetwerk 10, dat een ingangskanaal selectief verbindt met een beschikbaar transmissiemiddel 1...16. Hiervan zijn alleen de transmissiemiddelen 1 en 16 weergegeven. Normaal zijn er slechts half zoveel transmissiemiddelen als ingangskanalen. Een centrale spraak- en gegevensdetector 11 10 detecteert de aanwezigheid van een signaal op een ingangskanaal. In responsie op de detectie van spraak of gegevens op het ingangskanaal, worden een signaal SP, dat aangeeft dat spraak aanwezig is, of een signaal DP, dat aangeeft dat gegevens aanwezig zijn, opgewekt. In responsie op een signaal SP 15 bedient een besturingsorgaan 15 het schakelnetwerk 10, zodanig, dat het ingangskanaal wordt verbonden met een beschikbaar transmissiemiddel. Volgens fig. 1· is het ingangskanaal 32 verbonden met het transmissiemiddel 16.

Wanneer door de spraak- en gegevensdetec-20 tor 11 gegevens worden gedetecteerd, wordt een gegevensaan-wezig-signaal opgewekt. Dit signaal wordt toegevoerd aan het besturingsorgaan 15, dat vervolgens het schakelnetwerk 10 de verbinding van dit kanaal met het toegewezen transmissiemiddel niet laat verbreken. Wanneer gegevens zijn gedetec-25 teerd, bedient het besturingsorgaan 15 echter tevens schakelaars, zoals 17 of 19, die de vertragingen 13 en 14 met korte vaste vertraging overbruggen, welke normaal in een kanaal zijn opgenomen als spraak aanwezig is en het schakelen wordt uitgevoerd. Als bijvoorbeeld gegevens worden gedetecteerd op 30 kanaal 1, wordt de schakelaar 19 gesloten, waardoor de vertraging 13 wordt overbrugd, zodat deze vertraging niet in het kanaal wordt gevoegd als gegevens aanwezig zijn.

De vaste vertragingen 13, 14 en andere worden tussen elk ingangskanaal en schakelnetwerk 10 gescha-35 keld. Het doel van de vertragingen 13 en 14 is het verschaffen van een tijdinterval, gedurende welke een symbool van een signaleringsgenerator 18 aan het transmissiemiddel wordt toegevoerd, als spraak wordt overgedragen. Dit- symbool van de signaleringsgenerator 18 identificeert het ingangskanaal 1-32, 40 waaraan het transmissiemiddel is toegewezen.

8 00 6 60 6 -5-

Bij het in fig. 1 weergegeven uitvoerings-voorbeeld wekt de signaleringsgenerator 18 een symbool voor het ingangskanaal 32 op. Dit symbool wordt aan het transmis-siemiddel 16 toegevoerd voor het spraaksignaal, dat soms 5 wordt aangeduid als een spraak-burst,zodat de ontvangstzijde van het stelsel kan bepalen welke conversatie op een bepaald tijdstip wordt ontvangen. De vertraging 14 verschaft normaal het tijdinterval, dat nodig is om het symbool voor het spraaksignaal in te voegen.

10 Met de schakelaars 17 en 19 overeenkomende schakelaars zijn parallel aan elke vaste vertraging geschakeld. Hierdoor kan de vaste vertraging aan de zendzijde van het systeem worden uitgeschakeld, als gegevens inplaats van spraak worden gedetecteerd. Wanneer spraak wordt overgebracht, 15 vindt schakelen plaats na de eerste spraak-burst, zolang een transmissiemiddel met een bepaald ingangskanaal is verbonden.

Signalen van de ingangskanalen worden in digitale vorm (PCM) omgezet door middel van de analoog-digi-20 taal omzetters 20 en 22. Deze digitale signalen kunnen gedurende een variabele tijd worden vastgelegd in buffers 21 met variabele vertraging en vervolgens overgehracht wanneer een faciliteit beschikbaar komt. Een verdere toelichting van de buffers 21 met variabele vertraging wordt gegeven in de 25 genoemde Amerikaanse octrooiaanvrage 863.903. De digitale signalen worden in analoge signalen omgezet door de digi-taal-analoog omzetters 23 en 23A, voordat de signalen aan de transmissiemiddelen 1-16 worden toegevoerd.

De binnenkomende signalen van elk van de 30 ingangskanalen 1-32 worden toegevoerd aan de spraak- en gegevensdetector 11. In fig. 2 is een gegevensdetectie-schakéling voor ëën van de ingangskanalen 1-32 weergegeven, dat een deel vormt van de spraak- en gegevensdetector 11. Binnenkomende signalen worden eerst toegevoerd aan een schei-35 dingsorgaan, dat de laagfrequente componenten scheidt van de hoogfrequente componenten van het signaal. Dit scheidings-orgaan omvat een laagdoorlaatfilter 50 en een hoogdoorlaat-filter 51. Het laagdoorlaatfilter 50 laat het signaal beneden een bepaalde frequentie door, terwijl het hoogdoorlaatfilter 40 51 het signaal boven de bepaalde frequentie doorlaat.Vol- 8 0 0 6 60 6 -6- gens de uitvinding bedraagt de bepaalde frequentie bij voorkeur ongeveer 1000 Hz , aangezien is vastgesteld, dat voor de meeste spraaksignalen de energie in hoofdzaak beneden de 1000 Hz ligt, terwijl voor de meeste gegevensignalen de 5 energie in hoofdzaak boven de 1000 Hz ligt.

Aangezien echter tevens is vastgesteld, dat de stem van een persoon naast de laagfrequent-componenten bepaalde spraaksignalen kan opwekken, waarvan de frequentiecomponenten vergelijkbaar zijn met die van signalen, die 10 normaal worden gebruikt voor datatransmissie, wordt volgens de uitvinding een versterker 52 toegepast, welke het energie-niveau van de laagfrequent-component verhoogt, bijvoorbeeld een vermogensversterking van het uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter 50 met 10 dB. De door de versterker 52 15 versterkte energie van het laagdoorlaatfilter 50 en het uitgangssignaal van het hoogdoorlaatfilter 51 worden resp. toegevoerd aan niveaudetectoren 50A en 50B. De uitgangen van deze niveaudetectoren zijn verbonden met een comparator 53, welke alleen een uitgangssignaal levert als de energie boven 20 1000 Hz groter is dan een veelvoud van de energie beneden 1000 Hz. Dit veelvoud is bij voorkeur 3. Dan wordt beslist, dat de aanwezigheid van gegevens aannemelijker is dan de aanwezigheid van spraak, aangezièn een hoogfrequent-component aanwezig is, welke een amplitude bezit, die aanmerkelijk 25 groter is dan de laagfrequent-component. De uitgang van de comparator 53 is verbonden met een poort 54, welke vaststelt of aan andere voorwaarden wordt voldaan, die aangeven dat gegevens inplaats van spraak aanwezig zijn.

Een comparator 44 vergelijkt de gedetecteer-30 de energie beneden 1000 Hz met een drempelwaarde, die is aangeduid als thl, welke bij voorkeur 24 dbm bedraagt. De comparator 44 levert slechts een uitgangssignaal, als de gedetecteerde energie beneden 1000 Hz beneden deze drempelwaarde thl ligt. De uitgang van de comparator 44 is eveneens verbon-35 den met de poort 54. De waarschijnlijkheid, dat gegevens aanwezig zijn inplaats van spraak wordt dus verhoogd, indien wordt vastgesteld, dat niét alleen het energieniveau van de laagfrequent-component belangrijk kleiner is dan die van de hoogfrequent-component, maar dat tevens het laagfrequent-40 energieniveau lager is dan zou worden verwacht voor normale 8 00 6 60 6 -7- spraaksignalen, zoals door de comparator 54 wordt bepaald.

Voorts is een comparator 55 aanwezig, welke een uitgangssignaal levert als de gedetecteerde energie boven 1000 Hz boven een drempelwaarde th2 ligt, welk uit-5 gangssignaal eveneens aan de poort 54 wordt geleverd. De drempelwaarde th2 bedraagt bij voorkeur ongeveer -30 dbm.

De waarschijnlijkheid, dat gegevens aanwezig zijn inplaats van spraak wordt dus nog verder verhoogd, indien voorts wordt vastgesteld, dat de hoogfreguent-component een voldoende 10 amplitude bezit om door middel van de comparator 55 als gegevens te worden voorspeld.

De laatste ingang van de poort 54 is tenslotte verbonden met de uitgang van een hellingsdetector 58.

De hellingsdetector 58 omvat een tweefasige gelijkrichter 56 15 en circuits met een tijdconstante 57 en 58. Het circuit 57 bestaat uit een weerstand 57A en een condensator 57B en heeft een kleine tijdconstante ΐ% Het circuit 58 bestaat uit een weerstand 58A en een condensator 58B en heeft een grote tijdconstante 4T. Een verzwakker 59 verzwakt het signaal met klei-20 ne tijdconstante en een verzwakker 60 verzwakt het signaal met grote tijdconstante. Een comparator 61 vergelijkt het verzwakte signaal met kleine tijdconstante met het niet-verzwakte signaal met grote tijdconstante. Een comparator 62 vergelijkthet niet-verzwakte signaal met kleine tijdconstante 25 met het verzwakte signaal met grote tijdconstante.

Indien geen helling in het binnenkomende signaal aanwezig is, zal de uitgang van de beide comparatoren laag zijn, waardoor wordt aangegeven, dat de waarschijnlijkheid, dat gegevens inplaats van spraak aanwezig zijn, nog 3Q groter is. Als de gedetecteerde energie van het binnenkomende signaal een stijgende golfvorm heeft, zal de uitgang van de comparator 61 hoog zijn en de uitgang van de comparator 62 laag zijn, terwijl als het signaal een dalende golfvorm heeft de uitgang van de comparator 61 laag zal zijn en de uitgang 35 van de comparator 62 hoog zal zijn, waarbij in beide gevallen wordt aangegeven, dat waarschijnlijk geen gegevens aanwezig zijn.

De uitgangen van de comparatoren 61 en 62 zijn verbonden met een OF-poort 63, waarvan de uitgang hoog is 40. als een helling wordt gedetecteerd in het kanaalsignaal. Dit 80 0 6 60 6 -8- geeft aan, dat spraak, aanwezig is en geen gegevens aanwezig zijn. De uitgang van de OF-poort 63 inhibeert de poort 54, waardoor een gegevensaanwezig-signaal wordt onderdrukt, als een helling aanwezig is in het kanaalsignaal.

5 Stel voor een voorbeeld van de werking van de hellingsdetector 58 dat het spraaksignaal geen helling heeft en de amplitude V is. Het uitgangssignaal van de beide circuits 57 en 58 is v. Het uitgangssignaal van de beide ver-zwakkers 591 en 60. is v/k, waarbij k groter is dan 1, bijvoor-10 beeld 1,2. Het positieve ingangssignaal van de beide compa-ratoren 61 en 62 is dan v/k. en het negatieve ingangssignaal is v. De uitgang van de beide comparatoren zal derhalve laag zijn.

Veronderstel nu een signaal met toenemende 15 amplitude. Het circuit met kleine tijdconstante 57 zal nu een niveau bereiken van Bijvoorbeeld 2v, terwijl het circuit met grote tijdconstante 58 nog steeds een spanning van v heeft.

De positieve ingang van de comparator 61 ontvangt dan 2v/k (dat groter is dan vj.en de negatieve ingang ontvangt v, zodat 20 de uitgang van de comparator 61 hoog is. De positieve ingang van de comparator 62 ontvangt v/k en de negatieve ingang ont-vangt 2v, zodat de uitgang van de comparator 62 hoog’' zal zijn.

Als een kanaalsignaal met afnemende amplitude aanwezig is, zal de uitgangsspanning met het circuit 25 met kleine tijdconstante 57 bijvoorbeeld v/2 zijn, terwijl de uitgangsspanning van het circuit met grote tijdconstante 58 nog steeds v is. De positieve ingang van de comparator 61 ontvangt v/2k_ en de negatieve ingang v, zodat de uitgang laag is, De positieve ingang van de comparator 62 ontvangst 2v/k 30 en de negatieve ingang v/2f. zodat de uitgang hiervan hoog is, aangezien k_ - 1,2,

Op deze wijze wordt een betrouwbare detectie van signalen met een helling verkregen en kan spraak worden onderscheiden van gegevens, 35 Bij de weergegeven voorkeursuitvoeringsvorm is de uitgang van de poort 54 verbonden met een tijdbepalende eenheid zoals een zaagtand^tijdorgaan 64. Als de bovengenoemde vier voorwaarden voor gegevensdetectie continu aanwezig zijn gedurende een voorafbepaalde tijd, bijvoorbeeld 128 ms, 40 levert het tijdorgaan 6‘4 een uitgangssignaal. Dit uitgangs- 8 0 0 6 60 6 -9- signaal geeft aan, dat gegevens aanwezig zijn.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kader der uitvinding op verschillende manieren kan wor^ 5 den gevarieerd.

800 6 60 6

Claims (10)

1. Schakeling voor het bepalen of een binnenkomend signaal spraak of gegevens voorstelt, bestemd voor een tijdverdeel-spraakinterpolatiestelsel, waarbij binnenkomende signalen van een aantal ingangslijnen naar een 5 op een afstand gelegen plaats worden geleid via een kleiner aantal transmissiemiddelen, welk stelsel is voorzien van een schakelorgaan voor het verbinden van de ingangslijnen met de transmissiemiddelen en een besturingsorgaan voor het besturen van het schakelorgaan, met het kenmerk, 10 dat de schakeling is voorzien van een scheidingsorgaan, dat laagfreguentcomponenten van het signaal scheidt van hoog-frequentcomponenten van het signaal, en van een vergelij-kingsorgaan, dat in responsie op het scheidingsorgaan het energieniveau van de hoogfrequentcomponent vergelijkt met 15 een vëêlvoud van het energieniveau van de laagfrequentcomponent, waarbij de aanwezigheid van gegevens aannemelijker wordt geacht dan -de aanwezigheid van spraak als het energieniveau van de hoogfrequentcomponent een veelvoud van het energieniveau van de laagfrequentcomponent overschrijdt.

2. Schakeling volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het scheidingsorgaan een filter omvat, dat signalen boven een bepaalde frequentie doorlaat, alsmede een filter, dat frequenties doorlaat beneden de bepaalde frequentie.

3. Schakeling volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat de genoemde bepaalde frequentie bij benadering 1000 Hz bedraagt.

4. Schakeling volgens ëën der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het genoemde 30 veelvoud 10 dB is.

5. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt door een vergelijkingsor-gaan, dat in responsie op het scheidingsorgaan het veelvoud van het energieniveau van de laagfrequentcomponent verge- 35 lijkt met een maximumwaarde, waardoor de waarschijnlijkheid, dat het signaal gegevens inplaats van spraak voorstelt, wordt vergroot als het veelvoud van het energieniveau van de laagfrequentcomponent kleiner is dan deze maximumwaarde. 8 00 6 60 6 -11-

6. Schakeling volgens conclusie 5/ gekenmerkt door een vergelijkingsorgaan, dat in responsie op het scheidingsorgaan het energieniveau van de hoogfrequent-component vergelijkt met een minimumwaarde, waardoor de waar- 5;schijnlijkheid, dat het signaal gegevens inplaats van spraak voorstelt, verder wordt vergroot als het energieniveau van de hoogfrequentcomponent deze minimumwaarde overschrijdt.

7. Schakeling volgens conclusie 1, 5 en 6, gekenmerkt door een hellingsdetector voor het vast- 10 stellen of het signaal een in de tijd variërende amplitude bezit, waardoor de waarschijnlijkheid, dat het signaal gegevens inplaats van spraak voorstelt, nog verder wordt vergroot als er geen amplitudewijziging in de tijd voor het signaal wordt gedetecteerd.

8. Schakeling volgens conclusie 7, geken merkt door een tijdbepalend orgaan, dat reageert op elk van de vergelijkingsorganen en de hellingsdetector, waardoor gegevens inplaats van spraak aanwezig worden geacht als de ampitude van de hoogfrequentcomponent het veelvoud van het 20 energieniveau van de laagfrequentcomponent gedurende een voorafbepaalde tijd overschrijdt, waarin tevens het veelvoud van het energieniveau van de laagfrequentcomponent kleiner is dan de genoemde maximumwaarde en waarin tevens het energieniveau van de hoogfrequentcomponent groter is dan de genoemde 25 minimumwaarde en waarin geen wijziging van de amplitude \an het signaal in de tijd optreedt, welke voorafbepaalde tijd wordt bepaald door het tijdbepalende orgaan.

9. Schakeling volgens éên der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het besturings- 30 orgaan reageert op de schakeling, waardoor het schakelorgaan wordt gehibiteerd indien gegevens aanwezig worden geacht.

10. Schakeling volgens ëén der voorgaande conclusies, voorzien van vertragingsorganen, die tussen de ingangslijnen en het schakelorgaan zijn geschakeld, geken- 35. e r k t door middelen, die onder besturing van het bestu-ringsorgaan de vertragingsorganen overbruggen, indien gegevens aanwezig worden geacht. 300 6 60 6