IT8223422A1 - Modulatore-demodulatore di banda fonica con selezione e deviazione di frequenza che utilizza filtri digitali - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"MODULATORE-DEMODULATORE DI BANDA FONICA CON SELEZIONE A DEVIA-ZIONE DI FREQUENZA CHE UTILIZZA FILTRI DIGITALI"

RIASSUNTO

Un modulatore?'demodulatore (modem) asincrono con selezione a deviazione di frequenza (FSK) avente capacit? di operare a cadenze di dati di 300, 600 e 1200 bit al secondo in un canale telefonico di banda fonica ? compatibile con le norme dei tipi modem Bell 103/113, Bell 202, CCITT V.21 e CCITT V.23. Il modulatore--demodulatore (modem) secondo l'invenzione ? incorporato in un cii*-cuito integrato singolo allo scopo di ridurre al minimo i componenti esterni di un sistema? Il modulatore-demodulatore ? programmabile mediante contatti a innesto o "piedini", ovverosia il modo e la velocit? di operazione sono definiti da un segnale di dati digitali in parallelo applicato ai terminali del dispositivo. Si impiegano tecniche di elaborazione di segnali digitali per svol gere tutte le funzioni principali, tra cui la mudulazione e la filtrazione. Le funzioni di moltiplicazione sono eseguite senza la necessit? di moltiplicatori, con l'uso dr registri di deviazione e aritmetica di segni canonica. Nel dispositivo sono incorporati i circuiti di conversione da analogico a digitale e

di conversione da digitale ad analogico?

La presente invenzione si riferisce alla circuiteria di interfaccia per telecomunicazioni che incorpora modulatori e demodulatori (modem) operanti secondo tecniche di selezione a deviazione di frequenza (FSK). La comunicazione di dati digitali nelle linee telefoniche richiede l'uso di una circuiteria di interfaccia per la conversione di dati digitali in serie in un segnale analogico che sia compatibile con le caratteristiche di una linea telefonica o di altro canale di comunicazione? In gene: rale l'interfaccia include un dispositivo noto come modem, ossia modulatore?demodulatore, il quale ? operativo per convertire una corrente asincrona di dati digitali in serie in un segnale analogico compatibile con le caratteristiche di trasmissione di tipi di canali specifici, come un canale di banda fonica, e che in tale canale riceve un segnale analogico e che converte il segnale analogico in una corrente di dati digitali? Per la comunicazione su linee tel?foniche sono state fissate svariate norma di comunicazione? Una forma tipica di comunicazione ? quella median te modulazione con selezione a deviazione di frequenza (FSK) dell'intervallo di cadenza di dati da 300 a 1200 simboli al secondo? La modulazione FSK comprende la trasmissione di un bit di informazione per simbolo, in cui il valore del bit ? detenni nato alla selezione di una o di due frequenze prescelte? Negli Stati Uniti e in Europa sono state adottate delle norme per la comunicazione asincrona in serie che impiega la modula zione FSK. Queste norme sono incorporate nei modem noti, come Bell 103/113 e Bell 202 negli Stati Uniti, e nei modem CCITT V.21 e CCITT V.23 in Europa. Inoltre, sono state fissate delle norme di controllo dell'interfaccia per la comunicazione asincrona di dati in serie. La norma EIA RS-232C definisce i segnali di controllo terminale essenziali per la comunicazione su linee asincrone in serie. La norma CCITT T.24 specifica i segnali di controllo terminale essenziali per le apparecchiature standard euro pee. Vi ? la probabilit? che un modem programmabile ad unit? eie mentare (chip) singola relatimente economico possa trovare ampia applicazione ed incontrare vasta accettazione nel campo delle telecomunicazioni. Per esempio, una applicazione particolare ? quella nei terminali di sistemi di informazione con accesso a distanza, come il sistema britannico VIEWLATA,!'elenco telefoni co elettronico del servizio postale telefonico e telegrafico francese, il sistema di comunicazione avanzata della Societ? Americana dei telefoni e del telegrafo, nonch? in terminali usati per la diagnosi a distanza di calcolatori e di strumenti.

In passato per poter comunicare su linee telefoniche sono et? ti necessari modem che erano dedicati ad uno standar e ad veloci t? particolari. In generale i modem di un tipo non sono stati in grado di comunicare con modem di un altro tipo. Sono stati per? costruiti sistemi che incorporano pi? di un tipo di modem, per cui ? stato possibile ottenere comunicazione con un modem corrispondenti a svariate norme e tipi

Prima d'ora sono stati realizzati dei modem FSK a bassa veloci^ t? che utilizzano numerosi circuiti analogici, tra cui filtri di frequenza, rivelatoriefmodulatori. Tale soluzione ? accett?bilmente economica quando si desidera un modo singolo di funzionamento, E' inoltre molto pi? economico realizzare un modem FSK che utilizzi componenti analogici distinti che tentare di realiz_ zare un modem FSK a partire da numerosi circuiti digitali distin ti. I filtri digitali, in particolare nel modo prima d'ora previsto, sono delle strutture complesse che richiedono una grande quantit? di elementi strutturali ed una potenza notevole. Inoltre le strutture digitali richiedono 1'uso di convertitori da digitale ad analogico e da analogico a digitale. Un gruppo logico aritmentico, una memoria di sola lettura (ROM) ed una memoria con accesso a caso (RAM) sono inoltre necessari per reali? zare le strutture di filtri digitali. Pertanto, un semplicissimo fltro digitale a scopo singolo richede pressoch? la stessa struttura di sliicio di un filtro digitale complesso a pi? modi.

Nell'impiego dei filtri digitali per tali applicazioni un altro problema ? stato quello della dissipazione di potenza dovu ta al grado elevato di elaborazione aritmetica. I filtri digitarli tipici richiedono moltiplicatori ad alta velocit? che dissipano una grande quantit? di potenza. I sistemi di telecomunica zione richiedono una dissipazione di potenza bassissima. I filtri analogici tendono ad una minore dissipazione di potenza rispetto ai filtri digitali? Quindi, da un punto di vista storico le realizzazioni della tecnica nota hanno fatto uso di una BOIUZ?O ne analogica anzich? di una soluzione digitale.

Non ? stato possibile prima d'ora costruire un modem FSK in un circuito integrato singolo n? in forma analogica, n? in forma digitale. Una soluzione di circuito analogico risulta tale per cui:si pongono dei limiti sostanziali sulla quantit? di integrazione che pu? essere incorporata in una matrice singola di circuito di silicio. Prima d'ora una realizzazione digitale di matrice di circuito singolo non ? risultata pratica a motivo della velocit? e dei limiti del processo di fabbricazione. In verit?, il costo di realizzazione di un circuito digitale per una applicazione particolare^ ossia per un modo singolo, rappresenta un fattore contro la realizzazione digitale di un modem FSK, Allo scopo di superare i problemi incontrati nella tecnica nota, si realizza un Circuit,o integrato singolo che in modo prescelto viene configurato per risultare compatibile con una pluralit? di velocit? e norme per modulatori-demodulatori (modem) FSK esistenti.

L'apparecchio secondo l'invenzione fornisce una filtrazione digitale nel campo del tempo programmabile digitalmente, un rivelamento digitale, una sintesi dei segnali digitali ed una conversione sia da analogico a digitale che da digitale ad analogico in una matrice di circuito singolo con connessioni esterne minime. In ogni configurazione la logica aritmetica, ? percorsi dei dati e i dispositivi di memoria sono distinti. La risposta del filtro ? determinata da valori di coefficienti presei ezionabili memorizzati in dispositivi di memoria. Pertanto, tutte le caratteristiche del filtro possono essere realizzate modificando semplicemente i coefficienti. I coefficienti possono essere predeterminati e memorizzati per l'uso in mezzi di memoria. I coefficienti predeterminati sono richiamati e realizzati nei filtri da un segnale digitale in parallelo applicato esternamente che istruisce il dispositivo in merito alla scelta dei coefficienti e gli standard di operazione. L'elaborazione di fun zioni speciali ? realizzata mediante schemi efficienti di osservazione di tabelle. La moltiplicazione ? semplificata dall'uso di una base di numeri che richiede solo la deviazione di bit di posti digitali.

Nel comparare il costo del filtro (sulla base dell'area del silicio} con la complessit? (o grado di difficolt?) e prestazione richiesta dal filtro, si ? notato che non filtri di tipo analogico il costo aumenta in proporzione lineare alla complessit?. Tuttavia, nel caso dei filtri digitali,3-nche se si paga un costo iniziale elevato, sjjriduce notevolmente il costo per l'aggiunta di determinati tipi di complessit? addizionale. Un motivo di ci? ? che i filtri digitali possono essere strutture multiplex e di divisione di tempo, mentre non lo possono essere i filtri analo gici. Inoltr?, il filtro digitale non richede comp?nenti di pr? cisione (che possono dover essere rifiniti e devono avere una deriva molto "bassa) al fine di soddisfare le norme di prestazione.

In una forma di realizzazione preferita secondo l'inv?nzione si impiega una tecnologia MOS a N canali per realizzare un apparecchio a 28 contatti (o piedini) in grado di essere programmabile "a piedini" per definire una pluralit? di standard esisten ti di modem FSK. L'interfaccia della linea telefonica deve esse^ re prevista esternamente attrav erso una disposizione di accesso di dati (DAA) od accoppiatore acustico per il collegamento dell'apparecchio alla linea telefonica. Per collegare l'apparecchio ad un terminale di dati si pu? impiegare un ricevitore trasmettitore asincrono universale (UAHT). Il trasmettitore comprende un sintetizzatore ad onda sinusoidale che riceve un segnale da un UART, con i sintetizzatori che operano ad una frequenza scelta dal seganle di modulazione digitale, filtri di passa banda digitali programmabili e un convert itore da digitale ad analogico per l'accoppiamento aduna connessione telefonica. Il ricevitore comprende un convertitore da analogico a digitale operativo per ricevere un segnale analogico dalla linea telefonica e convertir lo in forma digitale, filtri passa banda digitali progrmmabili e un rivelatore di port ante e un demodulatore di informazioni per ricuperare una.corrente di dati digitali. E' prevista una appropirata circuiteria di controllo di interfaccia, per cui i segnali di controllo necessari sono generati in accordo agli standard di interfaccia appropriati.

Uno scopo principale della presente invenzione ? di realizzare un nuovo circuito modem FSK a pi? modi, in cui tutta 1?elabo razione di dati viene effettuala digitalmente dopo che i segnali in entrata sono stati convertiti in forma digitale.

Ancora un altro scopo della presente invenzione ? di realizzare tecniche perfezionate di filtrazione digitale utilizzabili nelle porzioni di elaborazione di segnali delle apparecchiature per telecomunicazioni.

L'invenzione potr? essere meglio compresa con riferimento alla seguente descri zione dettagliata considerata insieme ali annessi disegni.

Le seguenti domande di brevetto sono qui incorporate per riferimento e considerate parte integrativa allo scopo di dare insegnamenti circa la tecnologia relativa ad elementi della presente invenzione:

Russel Jay Apfel, No. FCT/US 80/00752 depositata il 18 Giugno 1980, dal titolo: HJTERPOLATIVE ENCODER POR SUBSCRIBER LINE AUDIO PROCESSING CIRCUIT AFPARATUS;

Russel Jay Apfel e al., No. PCT/US 80/00753 depositata il 18 Giugno I98O, dal titolo: INTERPOLATIVE ANALOG-TO-DIGITAL CGNVEHTER POR SUBSCRIVER LINE AUDIO;

Russel Jay Apfel e al., No. FCT/US 80/00754 depositata il 18 Giugno 1980, dal titolo: SUBSCRIBER LINE AUDIO PROCESSING CIRCUIT APPARATUS

Negli annessi disegni:

fig. 1 ? imo schema a blocchi di un sistema in cui ? incorporato un apparecchio secondo l'invenzione;

fig# 2 ? uno schema a blocchi dettagliato di una catena di elaborazione di segnali del trasmettitore secondo l'invenzione;

fig# 3 ? uno schema a blocchi dettagliato di una catena di elaborazione di segnali del ricevitore secondo l'invenzione; e fig. 4 ? un diagramma di una sezione di filtro di secondo ordine canonico del tipo impiegato nei filtri passa banda del trasmettitore e del ricevitore.

In fig. 1, alla quale si fa ora riferimento, ? rappresentato uno schema a blocchi di un modulatore-demodulatore 10 (modem) FSK secondo 1'invenzione, utilizzabile con un accoppiatore di comunicazioni 12 ed un terminale di dati 14? Un accoppiatore di comunicazioni 12 tipico ? un accoppiatore acustico, oppure una disposizione di accesso di dati (???) specificato dal fornitore di apparecchiature per comunicazioni. E* previsto che l'accoppiatore di comunicazioni 12 realizzi una interfaccia con un canale di comunicazione di banda fonica, il quale ? in comuni cazione con segnali con selezione di deviazioni di frequenza nel campo delle velocit? da 300 a 1200 baud.

Il terminale di dati 14 ? un terminale di una variet? di apparecchiature di terminali di dati (DTE) atte a ricevere e a trasmettere dati asincroni in serie sotto controllo di determina ti segnali di controllo dei terminali, come per esempio quelli specificati dalla norma EIA RS-232C e CCITT V.24? Nella apparecchiatura dei terminali di dati pu? essere incorporato un ricevitore trasmettitore asincrono universale (UART). Il modem IO foiv nisce o ? atto a ricevere nove hit diversi di segnali di control lo dei terminali per un controllo del tipo cosidetto a "stretta di mano"? Inoltre, il modem 10 ? atto a ricevere cinque hit che specificano modi di operazione scelti? Un dispositivo 16 di control lo dei modi, che pu? essere un banco di interruttori compatibili TTL o connessioni a forte cablaggio, fornisce un controllo ester^-no dei modi per specificare la velocit? di operazione e le carat^ teristiche dei segnali del modem 10.

In generale il modem 10 consiste di mezzi trasmittenti, 18, mezzi riceventi 20 e mezzi 22 di controllo dell?interfaccia con mezzi 24 di controllo della temporizzazione. L'accoppiatore delle comunicazioni 12 realizza un accoppiamento dalla linea telefoni ca al ricevitore 20. Il percorso dei segnali del ricevitore include un prefiltro analogico 26, un convertitore (ADC) da analogia co a digitale 28, mezzi di filtrazione 30 di passa banda digita^ le, mezzi 32 di demodulazione digitale e mezzi 34 di rivelamento della portante. In funzionamento, dati asincroni in serie sono forniti o attraverso un'uscita di canale principale 36? oppure un'uscita di retro canale o canale posteriore 38? Attraverso una retro spira digitale 40 l'uscita del canale posteriore pu? essere accoppiata ad una entrata 42 del canale posteriore dei dati trasmessi del trasmettitore 18? Un segnale di rivelamento della portante dal mezzo 34 di rivelamento della portante ? accoppiato al mezzo 22 di controllo dell'interfaccia? Un terminale corrispondente dell'uscita di rivelamento della portante del con trollo di interfaccia 10 ? accoppiato al terminale di dati 14? Il percorso dei segnali trasmessi dal terminale di dati 14 all'accoppiatore di comunicazioni include mezzi di sintetizzazione 44 ad onda sinusoidale, mezzi di filtrazione 46 di passa banda digitale, mezzi convertitori 48 da digitale ad analogico 5BAC e mezzi 50 a filtro analogico di passa banda. A facolt? dell'utente ? possibile prevedere una retro spira tra il terminale di uscita della portante 52 ed il terminale di entrata 54 della portante ricevuta? Inoltre, il mezzo 24 di controllo della temporizzazione sotto controllo di un cristallo 56 o altro orologio adatto fornisce i segnali di controllo della temporiz? zazione al trasmettitore 18, al ricevitore 20 e al controllo di interfaccia 22? Il controllo di interfaccia 22 ? una macchina di stato che, in risposta a segnali di controllo di modo applicati . e segnali di controllo dei terminali configura il trasmettitore 18 e il ricevitore 20.

Il modem 10 secondo l'invenzione ? di preferenza fabbricato con l'uso della tecnologia MOS a N canali in un pacco di circuito integrato a 28 piedini, in cui tutti i terminali dei segnali digitali in entrata e in uscita sono compatibili con i livelli logici di tipo TTL.

I cinque nitdi entrata di controllo dei.modi MCO, MC1, MC2, MC3 e MC4 specificano i modi normali di operazione ed i modi speciali di operazione a retro spira tra il trasmettitore 18 e il ricevitore 20. Per esempio, il controllo dei modi pu? specificare le seguenti configurazioni normali:

Bell 103 originare un duplex pieno di 300 b/sec

Bell 103 rispondere ad un duplex pieno di 300 b/sec

Bell 202 semiduplex di 1200 "b/sec

Bell 202 con equalizzatore semiduplex di 1200 b/sec

CCITT V.21 originare un duplex pieno di 300 b/sec

CCTTT V.21 rispondere a un duplex pieno di 300 b/sec

CCITT V.23 Modo 2 seraiduplex di 1200 b/sec

CCITT V.23 Modo 2 con equalizzatore seiduplex di 1200 b/sec CCITT V.23 Modo 1 semiduplex di 600 b/sec.

Nei modi normali di operazione suddetti il controllo di inter faccia 22 fissa il filtro di trasmissione e di ricezione alla esatta banda di frequenza del canale per un'operazione secondo la caratteristica del modem FSK scelto. La retrc^spira digitale 40 e la retrajspira analogica 58 sono connessioni di piedini ester ne disponibili. In modo specifico la retro spira digitale pu? essere realizzata tra il terminale di uscita 38 del canale posteriore o il terminale di uscita 36 del canale principale e il terminale di entrata 42 del canale posteriore 0 il terminale di uscita 43 del canale pricipale.

Al controllo di interfaccia 22 vengono forniti dei bit scelti di controllo della cosidetta "stretta di mano". Questi bit includono Terminali di Dati Pronto, il quale ? usato ad indicare che il terminale di dati 14 desidera inviare e/oppure ricevere dati attraverso il modem 10; Richiesta di Inviare, che istruisce il modem 10 a far entrare il proprio modo di trasmissione; Libero di Inviare, con Cui il controllo di interfaccia 22 indica al terminale di dati 14 che i dati possono essere trasmessi; Rivela mento della Portante, il quale ? un segnale dal controllo di interfaccia 22 al terminale di dati 14 indicante che un segnale di portante valido, rilevato dal rivelatore di portante 34? ? starto presente per almeno una quantit? di tempo minima? Il Rivelatore di Portante valuta la lunghezza di tempo in cui ? stato rivelata (o viceversa non ? stata rivelata) rappresenta una configurazione dipendente, e come tale ? programmata dal controllo di modi 16.

In certi modem, in particolare le configurazioni di modem a 1200 h/sec, nelle linee a due fili ? ammissibile solo una operazione di semiduplex. Per la trasmissione dal ricevitore del cana le principale e al trasmettditore del canale principale ? pertan to previsto un canale posteriore a banda stretta? E' perdale motivo che sono previsti i terminali del canale posteriore, I bit di controllo della cosiddetta "stretta di mano" sono pure previsti per i canali posteriori, in mdo specifico Richesta Posterio re ad Inviare, Libero Posteriore a Inviare e Rivelamento della Portante Posteriore,

Sono inoltre previsti un bit di segnale di Inserzione della Potenza e di Rimessa a Punto, che ? usato per inserire il modem 10 e per dare inizio alle condizioni dello stesso, e un segnale di Suoneria, che ? usato per dare inizio ad una sequenza automati ca di risposta.

Il trasmettitore 18 ? operativo per ricevere dati digitali binari in serie da un terminale di dati 14 o da altra sorgente appropriata e per convertire tali dati in un segnale analogico modulato mediante modulazione con selezione di deviazione della frequenza in accordo allo standard del tipo di modem specificato. Al terminale 52 di uscita della portante il segnale analogico ? applicato alla linea telefonica entro i limiti di potenza e spet tro imposti d?lie caratteristiche del canale. La modulazione FSK codifica un bit per baud, in cui un bit in entrata di uno logico induce un segnale ad onda sinusoidale ad una prima frequenza e uno zero logico induce un'onda sinuoisale ad una seconda frequen-

La commutazione del valore dei dati tra i due stati logici determina la commutazione del segnale al terminale di uscita della portante tra le due frequenze, di preferenza con transizione di fase continua. Per poter generare l'onda sinusoidale desidera ta alla frequenza desiderata ? previsto un sintetizzatore di onda sinusoidale 44? L'onda sinuoidale ? prodotta da una funzione di ricerca su tabella, la cui uscita ? resa stroboscopica un orologio a frequenza fissa. La misura dell'incremento nello indirizzo alla funzione di ricerca su tabella controlla la fre? quenza dell'uscita ad onda sinusoidale

Il processo di selezione con deviazione di frequenza genera energia all'esterno della banda di informazione primaria. Di preferenza queste bande laterali sono attenuate allo scopo di ridurre al minimo la possibilit? di interferenza con canali adia centi e in particolare con un canale relativo in un sistema a duplex pieno. Per attenuare le bande laterialili spurie si impiegano filtri digitali 46 ?i passa banda di dominio del tempo con coefficienti di ponderazione preselezionabili. Il converititore 48 da digitale ad analogico riceve il segnale filtrato digitalmente, converte lo stesso nel segnale analogico corrisponden te e lo invia all'uscita? Come filtro passa basso, all'uscita del convertitore 48 da digitale ad analogico ? previsto un post filtro analogico 50. A motivo della presenza di filtri digitali controllati in modo preciso e dell'elevata cadenza di campionatura del convertitore 48, il post filtro 50 pu? essere un semplice circuito unipolare R?C, i cui componenti non necessitano una precisa costruzione.

Il ricevitore 20 ? operativo per ricevere segnali modulati FSK da un canale telefonico sotto forma di un segnale di portan te analogico. Il segnale di portante ? applicato ad un prefiltro 36, il quale e un semplice filtro passa basso R-C unipolare "ayvti-aliasing". L'uscita del prefiltro 36 ? applicata ad un conver titore 28 da analogico a digitale e quindi attraverso filtri digitali di passa banda 46 per migliorare il rapporto tra segnale e rumore e per separare le frequenze dei canali indipenden ti che possono essere associate a configurazioni di duplex pieno? L'uscita filtrata digitalmente ? poi demodulata digitalmente da un demodulatore digitale 32 per ricuperare i dati binari. Inoltre, il segnale di rivelamento della Portante ? estratto digita^ mente attraverso il Rivelatore di portante 44 allo scopo di indicare la presenza di dati validi applicati al ricevitore 20.

Il controllo di interfaccia 22 sorveglia e dirige le operazio ni di selezione del controllo dei modi e della cosidetta "stretta di mano" del modem 10. Il controllo di interfaccia 22 consiste principalmente di contatori di generazione di ritardo, macchine a due stati operative per controllare la trasmissione e la ricezione di dati di controllo, e logica di controllo dei modi per selezionare le frequenze di trasmissione appropriate, configurazioni di filtri di trasmissione e di ricezione ed altro. In modo specifico, il controllo di interfaccia 22 include macchine a due stati, di cui una indicala trasmissione del canale principale o del canale posterior e la sequenza di risposta automatica associata alle funzioni di risposta automatica dei modem e una altra che realizza la ricezione sia sul canale principale che su quello posteriore. Sebbene siano rappresentati due terminali esterni, all'interno si impiegano solo un canale di trasmissione e solo un canale di ricezione. In operazione questa macchina di primo stato procede attraverso una sequenza di iniziazione per assegnare condizioni iniziali a segnali diversi e attendere la attuazione del segnale di Terminale di Dati Pronto. Una volta che il segnale di Terminale di Dati Pronto ? stato attivato, il modem 10 diventa operativo in accordo alle caratteristiche del modem specificato. Nella normale operazione a semiduplex un modem ? o in trasmissione sul canale principale e in ricezione sul canale posteriore, o viceversa. Second? l'invenzione, i filtri del trasmettitore e del ricevitore del modem 10 sono fissati al canale appropriato in accordo ad un segnale atteso da applicare all?entrata dei segnali. Quando viene stabilita la Richiesta ad Inviare, i filtri 46 di passa banda del trasmettitore e in sint^ tizzatore di onda sinusoidale 44 sono fissati a trasmettere sulle frequenze del canale principale ed i filtri 30 del ricevitore sono fissati a ricevere sulle frequenze deljcanale posteriore. Nell?operazione a duplex pieno la macchina di stato configura il trasmettitore 18 e il ricevitore 20 a ricevere o a trasmettere simultaneamene dati. Due canali indipendenti a 300 Hz sono normalmente multiplexati di frequenza in una larghezza di banda di 3000 Hz della linea telefonica.La trasmissione di dati ? iniziata mediante affermazione del segnale di Richiesta ad Inviare. L?entrata dei dati trasmessi sar? liberata internamente dalla sua condizione di Segno di attesa (1 logico) ad una condizione di Spazio (0 logico) ed una portante modulata sar? fatta apparire al terminale di uscita 52 della portante trasmessa. Dopo un ritardo prescelto, si ha l?affermazione del segnale di Libero ad Inviare, che permette la trasmissione di dati attraverso il terminale di entrata 43 del canale principale. La trasmissione di dati continua fino alla caduta del.segnale di Richiesta ad Inviare, Dopo un ritardo prescelto, si ha la caduta del segnale di Libero ad Inviare.

Nell?operazione a duplex pieno, la ricezione di dati, come indicato dal segnale di Rivelamento della Portante, pu? comparire ad ogni istante dopo che ? stata stabilita la comunicazione con un altro modem. Quando per almeno unajlunghezza di tempo pre^ determinata il segnale di Rivelamento della Portante in uscita viene affermato e l'uscita principale dei dati ricevuti viene lji berata, per cui i dati validi possono essere ricevuti al termina le 36 di dati ricevuti. I dati vengono accettati finche il ricevi tore rivela una perdita della portante per almeno una lunghezza di tempo predeterminata, dopo di che si ha la liberazione della uscita di Rivelamento della Portante e la uscita dei Dati di Ricezione ? bloccata ad uno dei suoi livelli logici, tipicamente il livello del Segno, Il controllo di interfaccia 22 ? di preferenza realizzato a mezzo di semplici contatori e di una disposizione logica programmata o memoria di sola lettura, che ? precariacata di valori prescelti per la rimessa a punto deijcontatori.

Passando ora a fig. 2, in questa figura ? rappresentato uno scherno a blocchi dettagliato della catena di elaborazione dei da ti del trasmettirore secondo l'invenzione. Il trasmettirore 18 include un mezzo selettore di frequenza 60, un convertitore da parallelo in serie 62, un addizionatore a 1 bit 64, un accumulato re in serie 66 avente una capacit? di un bit in pi? rispetto al convertitore 62, un convertitore da serie in parallelo 68, un l>anco di prime porte ESCLUSIVE OR 70 accoppiato per ricevere bit pi? significativi selezionati del converitore 68, una memoria di sola lettura di coseno (coseno ROM) ^2 indirizzata dalle prime porte ESCLUSIVE OR 70 ed in cui sono memorizzati i valori di un quadrante di un*onda sinusoidale ed un mezzo pilota di controllo dei segni 74? Gli elementi 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 e 74 costituiscono il mezzo di sintetizzazione del seno 44* Sono noti altri tipi di mezzi digitali di sintetizzazione del.seno? Per esempio, i generatori di funzioni di mercati Wavetek di San Diego, California che incorporano sintetizzatori digitali di seno.

L?uscita del mezzo pilota 74 di controllo dei segni, che include il valore di segno dell?onda sinusoidale, ? accoppiata al filtro digitale di passa banda 46, la cui uscita ? accoppiata al converittore da digitale ad analogico 48, 1% cui uscita ? accoppiata al post filtro analogico 50? II trasmettitore 18 ha quat tro entrate esterne e precisamente l'entrata di dati digitali al terminale di dati 42 o 43 (fig.1), un'entrata di selezione di modi 76 dal controllo di interfaccia 22 (fig. 1), e l?entrata stroboscopica di trasmissione 80, la quale ? un orologio dijfrequenza costante relativamente alta sotto controllo del mezzo 24 di controllo della temporizzazione (fig,1).

Il mezzo selettore di frequenza 60 ? tipicamente una memoria di sola lettura con una capacit? di diciasette parole della lunghezza di almeno dodici hit. Ciascuna parola specifica una frequenza diversa. L?uscita del mezzo selettore di frequenza 60 ? una costante che stabil'sce uni ?sura di incremento proporzionale ad una frequenza caratteristica. Il valore della misura di in cremento ? applicato al convertitore d? parallelo in serie 62. I hit pi? significativi del converitore 62 sono caricati con gli zeri in testa per stabilire una parola di 16 hit. La parola di 16 hit ? converitita in un treno di impulsi in serie che ? applicato ad una prima entrata dell?addizionatore 64 a 1 hit. La seconda entrata dell?addizionatore 64 a 1 hit ? una linea di reazione ?4 dalla singola uscita di hit dell'accumulatore in serie 66. L'accumulatore in serie 66 accumula in eerie un valore che rappresenta l'indirizzo di valore in una funzione continua di seno o di coseno. Cot^la selezione dellL^stniisura di incremento si viene a stabilire automaticamente una deviazione continua di fase della frequenza.il converitore da serie in parallelo 68 converte l?uscita dell?accumulatore 66 in un formato in parallelo. I sette hit pi? significativi sono applicati al banco di porte 70. Ciascuna porta ESCLUSIVA OR 70 ? operativa per mascherare il secondo hit pi? significativo con ognuno dei setti hit di entrata. L?uscita risultante del banco di porte ESCLUSIVE OR 70 ? un indirizzo a 7 hit. Questa uscita ? applicata.al ROJ^?i coseno 72, che ? una memoria di sola lettura a 128 parole di 8 hit, la quelle memorizza in un quadrante il valore di 128 campioni di una onda sinusoidale. L'accumulatore di onde sinusoidali 66 insieme con le porte ESCLUSIVE OR 70 genera l'indirizzo del campione se?

lezionato dell'onda sinusoidale. L'uscita a 8 bit del ROM di co

seno 72, che ? il valore dell'onda sinusoidale, ? applicata al

mezzo pilota 74 di controllo dei segni, il quale ? pure una se?

rie di porte ESCLUSIVE OR. IL segno ? generato dall'applicazione

della funzione di ESCLUSIVO OR del bit pi? significativo del con

vertitore da serie in parallelo 68 con ogni bit del valore di 8

bit che determina un comp?etamento di uni del valore del ROM

quando il MSB ? uno o che consente il passaggio del valore del

ROM quando il MSB ? zero e con l'aggiunta del bit pi? significati

vo come in nono bit della sbarra di ucita del mezzo di controllo

dei segni 74?

L'uscita del mezzo pilota 74 di controllo dei segni ? applica

ta al filtro passa banda 46? Il filtro passa banda 46 comprende

un semplice elaboratore di dati centrato intorno ad un gruppo lo

gico artmetico (ALU) 84 avente due lucidi entrata 86 e 88, un 1

accumulatore di uscita 90, "scratchpad?1 $2 di memoria con ac?

cesso a caso (RAM) a 40 parole, un registro dideviazione univer?

sale (USR) 94, e un multiplexer a due entrate la cui uscita ?

l'entrata deviata a sinistra o a destra fino a sette bit e che

? accoppiato alla luce di entrata A 86, un multiplexer (MUX) 96

accoppiato alla luce di entrata B 88, una memoria di solo let?

tura di controllo (ROM) $8, e un registro di tenuta o separatore

temporaneo (Separatore T) -Y00* Una versione della struttura di

filtro ? incorporata nell'Am7901, prodotto dalla Advanciie Micro Devices di Sunnyvale, California e descritto nelle descrizioni

dei brevetti qui incorporati per riferimento.

Nella configurazione preferita dell?invenzione detto USR 94

? accoppiato per ricevere il segnale digitale in entrata del mez?

zo pilota 74 di controllo dei segni ad un'entrata multiplexata,

e la uscita dell'accumulatore $0 ? applicata ad un'altra entrata

multiplexata di detto USR 94? L'uscita dell'accumulatore 90 ?

pure applicata al separatore T 100 e al DAC 48? L'uscita del

separatore T 100 ? multiplexata con l'uscita di dati del RAM

92 in corrispondenza del MUX 96. Come entrata di dati il RAM 92 riceve i segnali di dati in uscita dell'accumulatore 90. Il ROM

di controllo 98 controlla la funzione dell 'ALU 84 e le funzioni

di indirizzo del RAM 92? Si deve intendere che altri segnali di

controllo sono altres? impiegati per coordinare le funzioni di

temporizzazione e funzioni simili del filtro 46? Detto USR 94

fornisce la funzione di moltiplicatore neljfiltro.

Nella forma di realizzazione preferita dell'invenzione i filtri digitali 30 e 46 utilizzano un'artmetica di cifre di segno canonico con una presenza minima di uni. La forma di cifre di

?

segno canonico dell'aritmetica si basa sull'uso di tre valori,

-1, 0 e 1. Quindi, vi pu? essere pi? di una rappresentazione di un valore particolare. La scelta della rappresentazione ? quella con il numer? minimo di uni. La presenza minima di uni consente l'eliminazione degli impulsi orologio in una formazione in serie ed elimina inolte la necessit? di usare un multi? plicatore in serie come accade con una realizzazione pi? semplice di algoritmi di elaborazione di segni digitali. La struttura dei filtri digitali 30 e 46 si presta in particolare per la rea lizzazione dei filtri passa banda digitali programmabili con coefficienti fissi o che cambiano lentamente, scelti per far pas__ sare le frequenze desiderate del segnale FSK modulato, pur respiri gendo tutte le altre frequenze. I paramentri o coefficienti che specificano la caratteristica del filtro sono prescelti in accordo alla caratteristica di dominio del tempo della funzione di pas sa banda e quindi indirizzati nella ricerca appropriata di dati del ROM di controllo 98 che realizza la funzione in risposta alla regolazione del controllo dei modi. I filtri 30 e 46 rappreseli tano una serie di sezioni canoniche dirette di secondo ordine, in cui la moltiplicazione viene effettuata deviando le posizioni dei bit in detto USR 94 ed in cui le addizioni e le sottrazioni sono effettuate attraverso il gruppo logico aritmetico 84.

Passando ora a fig. 3, in questa figura ? rappresentato un ricevitore 20 secondo l'invenzione. A partire dal terminale analo gico di entrata 54f la catena del ricevitore include il prefiltro analogico 26, un convertitore da analogico a digitale 28, un filtro di decimazione passa basso 30 ed il demodulatore digitale 32 con il rivelatore di portante 34t* ?luali sono entrambi accoppiati per ricevere l'uscita del filtro 30. Il ricevitore compren de inoltre il filtro passa banda 102, l'equalizzatore di ampiezza della linea telefonica 106, il mezzo automatico facoltativo di controllo del guadagno (AGC) 108, il mezzo di demodulazione 110 (che di preferenza ? un demodulatore di prodotto del tipo a deviazione di fase), che consiste di un ritardo di fase 112, un moltiplicatore 114 del tipo di deviazione di hit e un filtro passa bosso 116, un interpolatore digitale facoltativo 118 e un divisore di hit 120* I filtri digitali e il demodulatore sono incorporati in un elahoratre di segnali della struttura descritta in relazione ai filtri del trasmettitore.

Di preferenza detto ADC 28 ? un converitpre interpolativo del tipo che converte il segnale analogico in una serie di parole b^ narie a pi? hit che oonsistono in tutti zeri, oppure in una serie di uno o pi? zeri ed una serie di uno o pi? uni, in cui la transizione tra la serie di zeri e di uni specifca il valore digitale convertito. Versioni di un converitore interpolativo da analogico a digitale sono descritte in pubblicazioni della Bell Laboratories ed altrove e sono incorporate nel Am7091 prodotto dalla Advanced Micro Devices.

Di preferezna il filtro passa basso 30 ? un filtro di decimazione che opera ad una cadenza di campionatura relativamente bassa rispetto alla cadenza di campionatura di detto ADC 28 agli scopi di impedire i cosidetti effetti di "aliasing". In pratica, il filtro di decimazione 30 ? semplicemente un filtro pesa basso che "scarta" dei campioni allo scopo di ridurre la cadenza di campionatura ed eliminare un'elaborazione non necessaria in con^-siderazione della risoluzione dei dati da rivelare. Il filtro di dee imazione 30 ? un filtro del tipo a risposta finita agli impulsi (FIR). Il filtro passa banda 102 comprende una struttura ???? le alla stuttura del mezzo a filtro 46 di fig. 2. Mentre vi sono numerose scelte per la struttura del filro, la forma di realizzazione preferita comprende sei sezioni canoniche di secondo ondine della forma a risposta infinita agli impulsi (IIR). Il filtro passa banda 102 ? un filtro elittico, pi? un equalizzatore di ritardo di gruppo passa tutto o filtro passa tutto con regolazio ne di fase. L'equalizzatore 106 della linea telefonica ? usato solo nel modo ad alta velocit? per compensare le caratteristiche del canale. Esso ? un filtro digitale del tipo FIR. L'uscita del gruppo di filtro ? controllo automatico e facoltativo di guadagno 108, il quale ? semplicemente un dispositivo che devia valori verso il bit pi? significativo allo scopo di sfruttare in pieno la risoluzione del sistema. Il rivelatore di portante 34 ? operativo per ricevere sia la forma pienamente equalijs zata del segnale (per esempio, o dal filtro passa banda 102, oppure dall?equalizzatore 106 della linea telefonica), che l'us?ita filtrata del canale del filtro passa basso 30 allo scopo di comparare i segnali circa la presenza di una portante. Il rivela tore di portante 34 ? operativo per sottrarre il segnale comp?es sivo dal segnale in banda. In assenza di una differenza rilevata, il rivelatore di portante 34 indica l'assenza di una portante;

Il demodulatore digitale 110 sfrutta in pieno l?aritmetica canonica dei segni per estrarre l'informazione utile dalla cor? rente di dati digitali. Il deviatore di fase 112 ? un dispositivo che introduce un ritardo fisso, che ? l'equivalente di un ritardo di 9O0 alla frequenza di centro tra le frequenze di modula zione. Un filtro a deviazione di fase passa tutto ? facilmente realizzato in forma digitale per la facilit? di realizzazione dei ritardi ed il calcolo della relazione tra frequenza e fase. Il demodulatore di prodotto 110 pu? quindi estrarre la portante demodulata moltiplicando i segnali in fase e fuori di fase. Il moltiplicatore ? un deviatore o sfasatore a 10 "bit che somma quanto ? atto a funzionare con l'aritmetica canonica dei segni. L'uscita del moltiplicatore 114 ? applicata al filtro passa basso 116 che pu? avere una struttura sostanzialmente identica al filtro di decimazione passa basso 30.

L'uscita del filtro passa basso 116 ? applicata ad un interpolatore digitale facoltativo 118. L'interpolatore digitale 118 ? operativo per ricostruire il segnale demodulato in prossimit? dell'incrocio zero allo scopo di valutare in modo pi? preciso il tempo di modulazione tra gli stati di Segno e di Spazio del segnale FSK. L'interpolatore 118 pu? essere di tipo noto.

L'uscita dell'interpolatore 118 pu? essere applicata ad un divisore 120 per estrarre il bit pi? significativo dall'uscita dell'interpolatore 118 come uscita del segnale digitale. L'uscita del divisore 120 ? applicata al terminale di datile del ricevitore come una corrente di dati digitali binari in serie che rappresenta il segnale ricuprato dal trasmettitore della sorgeri te. Il divisore 120 pu? essere incorporato nella struttura dell'interpolatore 118 come uscita del bit di segno.

Passando a fig. 4t in questa figura ? rappresentata una realizzazione tipica di segni canonici di secondo ordine di una sezione di secondo ordine dei filtri passa banda usati nel ricevitore 20 e nel trasmettitore 18 dell'invenzione. Si deve intendere che la sezione ? realizzata come parte di una struttura, come il mezzo di filtro passa banda 46 (fig? 2).

Una sezione di secondo ?rdine consiste di due ritardi , e precisamente un primo ritardo 200 e un secondo ritardo 202. Un amplificatore di demoltiplicazione o a scalare 204 con guadagno 0 ? posto nel percorso dei segnali in entrata per normalizzare il segnale ed impedire il trabocco interno. La sezione canonica include inoltre due giunzioni di somma, una primo seminatore a tre entrate 206 e un secondo sommatore a tre entrate 208. In ciascun percorso di segnali tra i ritardi ed i sommatori sono previsti degli amplificatori, o in modo pi? specifico dei moltiplicatori di coefficienti e precisamente ?^, ?^, A^ in una linea di avanza mento tra il primo sommatore 206 e 208. Il moltiplicatore di coef ficiente A^ 210 ? nella posizione a rappresentare segnali che non hanno nessun ritardo tra l'entrata e l'uscita. Il moltiplica tore di coefficiene A^, 212 ? nella posizione a rappresntare il ritardo di una unit? tra l'entrata e l?uscita, mentre il moltiplicatore di coefficiente A ? nella posizione a^appresentare un ritardo di due unit? tra l'entrata e l'uscita.

Claims (13)

RIVENDICAZIONI

1) Apparecchio a circuito integrato di modulazione e demodula zione di dati digitali per trasmettere e ricevere un segnale analogico in tipi prescelti di canali di comunicazione a "banda fonica, detto apparecchio comprendendo: mezzi per modulare dati a deviazione digitali e trasmettere un segnale analogico con selezione[di frequenza secondo uno standard scelto di una pluralit? di standard di segnalazione con selezione a deviazione di frequenza; mezzi per ricevere un segnale analogico con selezione a deviazione di frequenza e demodulare detto segnale secondo uno standar scelto di uno di detta pluralit? di standard di segnalazione con selezione a deviazione di frequenza; e mezzi di conrollo per prescegliere detto uno standard di detta pluralit? di standard di segnalazione in accordo al tipo prescelto di canale di comunicazione a "banda fonica, detti mezzi di controllo, detti mezzi di ricezione e detti mezzi di trasmissione essendo incorporati in un singolo circuito integrato.

2) Apparecchio come in 1) in cui detti mezzi di trasmissione comprendono un convertitore da digitale ad analogico per convertire segnali di modulazione sintetizzati digitalmente in segnali di modulazione analogici per eccitare un canale di comunicazione a banda fonica.

3) Apparecchio come in 2) in dui detti mezzi di trasmissione includono: mezzi per sintetizzare digitalmente segnali di modula zione a frequenza scelte, in cui la scelta di dette frequenze ? una modulazione con selzione ajleviazione di frequenza secondo i valori di bit di detti segnali digitali alimentati a detti mezzi di trasmissione

4) Apparecchio come in 3) in cui detti mezzi di sintetizzazio ne ad onda sinusoidale includono mezzi atti a generare una transizione di fase continua tra dette frequenze scelte.

5) Apparecchio come in 3) in cui detti mezzi di sintetizzazione ad onda sinusoidale comprendono: mezzi atti a scegliere frequenze di modulazione alternative ih risposta al valore di bit di detti dati digitali; mezzi atti a traslare detta frequenza di modulazione in un segnale discreto di incremento del tempo; e mezzi responsivi a detto segnale incrementatore per genera re una rappresentazione digitale di un segnale ad onda sinusoidale a detta frequenza di modulazione scelta.

6) Apparecchio come in 5) in cui detti mezzi di traslazione comprendono mezzi responsivi ad un segnale di parola digitale in parallelo che rappresenta una costante di incrementazione per convertire detta parola digitale in parallelo in una corrente di bit in serie; mezzi per sommare ogni singolo bit di detta corren te di bit con ogni singolo bit di una seconda corrente di bit; mezzi per accumulare in serie una corrente di bit cos? sommata in sincronismo con un segnale orologio per generare detta seconda corrente di bit; e mezzi per convertire detta seconda corrente di bit in una sequenza di segnali di indirizzo in parallelo impulsati ad orologio per l'accesso ad unsjwemoria digitale, in cui detta costante di incrementazione specifica la misura dell'incremento di indirizzo, controllando con ci? la frequenza di detta uscita ad onda sinusoidale in modo di fase continua.

7) Apparecchio come in 6 ) in cui detti mezzi generatori di onda sinusoidale comprendono una memoria digitale, in cui si immagazzinano in sequenza campioni di valori di almeno un segraen_ to di un'onda sinusoidale, detto mezzo a memoria essendo responsi vo a detta sequenza di segnali di indirizzo per generare una rappresentazione di una porzione di un'onda sinusoidale; e mezzi at^ ti a ricostruire una rappresentazione digitale complesta di una onda sinusoidale da detta porzione di un'onda sinusoidale.

8) Apparecchio come in 3} in cui detti mezzi di trasmissione includono inoltre mezzi di filtrazione digitale di dominio del tempo aventi caratteristiche di passa banda preselezionabili, detti mezzi di filtrazione essendo operativi per ricevere detti segnali digitali di modulazione e ponderare detti segnali secondo detto uno standard scelto di detti standard di segnalazione.

9) Apparecchio cernie in 8) in cui detti mezzi di filtrazione comprendono mezzi di elaborazione di segnali con ris posta infinita agli impulsi e programmabili digitalmente aventi serie immagazzinate di coefficienti di ponderazione prescelti per ognuno di detti standard di segnalazione ed aveti mezzi per deviare i posti di bit di segnali di valore digitale per eseguire una moltiplicazione.

10) Apparecchio come in 1) in cui detti mezzi riceventi comprendono mezzi per convertire segnali analogici ricevuti in rappresentazioni digitali di campioni di detti segnali analogici per utilizzo nella demodulazione dei segnali ricevuti.

11) Apparecchio come in 10) in cui detti mezzi riceventi comprendono inoltre mezzi di filtrazione digitale di dominio del tempo aventi caratteristiche di passa banda e di passa basso preselezionabili, detti mezzi di filtrazione essendo operativi per ricevere segnali digitali attraverso detto converitore da analogico a digitale e ponderare detti segnali digitali secondo detto standard selezionato di detti standard di segnalazione?

12) Apparecchio come in 11) in cui detti mezzi di filtrazione comprendono sezioni programmabili digitalmente per filtrazio ne passa basso e sezioni programmabili digitalmente per filtrazione passa banda, dette sezioni digitali programmabili essendo incorporate in mezzi di elaborazione di segnali, detti mezzi di elaborazione di segnali avendo serie immagazzinate di coefficien te di ponderazione prescelti per utilizzo in ognuna di dette s? zioni secondo ognuno di detti standard di segnalazione.

13) Apparecchio come in 12) in cui detti mezzi riceventi includono inoltre mezzi demodulatori di prodotto incorporati in detti mezzi di elaborazione di segnali.

ac/