NO834469L - Apparat for aa identifisere digitale flerfrekvenssignaler - Google Patents

Description

.!Apparat for å identifisere digitale flerfrekvenssignaler,

i 1

i

Oppfinnelsen vedrører et apparat for å identifisere digitale flerfrekvenssignaler, idet de mottatte signaler mates

I

gjennom et gruppefilter til et antall selektive mottageré som svarer på de diskrete frekvensene i de forventede inn-signaler, idet inn-signalet til hver av.nevnte mottagere multipliseres med en koeffisient fra hvert av de to sett avikoeffisienter, idet det første settet oppnås ved multipli-!sering av en sinusfunksjon av den frekvens som er spesiell for mottageren ved en veiningsfunksjon, idet den andre i koeffisienten oppnås ved multiplisering av nevnte sinusfunksjon faseforskjøvet ^ av samme veiningsfunksjon, idet ' resultatene..-av å multiplisere inn-signalet med nevnte koef-ifisienter akkumuleres, for begge sett hver for seg, idetjhvert av nevnte resultater kvadreres, og de kastrerte resultater summeres for å oppnå et mål på signalenergien innenfor passbåndet.

i

<;>Apparater som er av den nevnte type, med unntak av gruppé-1 filteret, er beskrevet i en artikkel av Ivan Koval og Georg

,Gara: "Digital MF receiver using Discrete Fourier transform" i (IEEE Transactions on communications, Vol COM-21, No 12 jDécember 1973, og i en artikkel av Fritz G Braun: "Non-recursive Digital filters for détecting multi-frequency code signals" (IEEE Transactions on acoustics, speech and signal processing", Vol ASSP-23, No 3, June 1973).

iSelektivitetskravet for flerfrekvenskode (MFC) mottagere ffølge CCITT spesifikasjonen for signalsystemet R2 bestemmes

i;stor grad av kravet at operasjon for enkelttone ikke får 'forekomme. For at disse krav skal oppfylles med bare de !

i , selektive mottagere, må tidsintervallet for beregningen åv ^korreksjonen være ca. 30 ms. Hvis en utavgjørelse er basért

på sammenligninger av de beregnede korrulasjoner, innbyrdes<i>såvel som med en fast terskelverdi, er risikoen stor for at en kortpuls av enkelttone eller av et MFC signal bevirker operasjon hvis kun et 30 ms intervall .krevesf or__.godk:jenhelse.

Dessuten vil fraslagstiden bli lang dersom samme sett av koeffisienter og derved det samme tidsintervallet anvendes , for detektering av fraslag.

i

, I|den første av ovennevnte artikler foreslås som beslutnings-'i vi!lkår at to på hverandre følgende beregningsintervaller ;skal gi identiske resultater (samme frekvenser er tilstede 'eller fravær av signal), hvilket følgelig gjør bmveksling itil operasjon og fraslag langsommere. Som beskyttelse mc: forstyrrelser foreslås, at summen av de to første seléktivt beregnede energier sammenlignes med forskjellen mellom den totalenergien og denne sum.

Et krav ifølge Rs spesifikasjonen er, at samtidig signalering i!senderetningen ikke skal påvirke mottageren. Frekvenser

•som anvendes ved signalering i senderetningen må derfor filtreres bort. Hvis dette oppnås med et grup<p>efilter som

i

er felles for de selektive mottagerene, kan selektivitets-kravet for disse minskes betydelig, ikke bare p.g.a. at virkningen av signaler i senderetningen allerede elimineres ved inngangen til de selektive mottagerene, men også fordi det tidligere nevnte tiltak for beskyttelse mot støysignaler kan foretas, ettersom signalets middelverdi etter gruppe-.filteret kan beregnes og en variabel beslutningsterskel oppnås. Denne terskel er relatert til den totale energien i! signalet etter gruppefilteret, dvs. innenfor frekvensbåndet for de forventede signaler i mottagningsretningen.

I en MFC mottager ifølge R2 spesifikasjonen, kunne hvert beregningsintervall for korrulasjonene minskes til 15 ms med det tidligere nevnte tiltak for beskyttelse mot støyr signaler, men fortsatt ville fraslagstiden være nær 30 ms selv om kun et beregningsintervall med fravær av signal j skulle betraktes som fraslag. Noen indikering av hvorvidtiet kort avbrudd kan ha forstyrret korrulasjonsberegningen oppnås ikke, hvilket kan forårsake at en enkelttone som ut-settes for kort avbrudd oppfattes som nærværet av to inntil

■ jliggendeMFCfrekvenser.

For å eliminere nevnte ulemper, foreslås ifølge oppfinneisén, ,at slike endringer i inn-signalet til mottageren overvåkes, hvilket utgjør mulige indikasjoner på at et signal begynner ieller opphører og avhengig på hvilket stadium av signalej:-!ingen mottageren befinner seg i, startes beregning av korru-jlåsjonene eller startes tidsovervåkningen for fraslaget. iOvervåkningen utføres med en ikke-selektiv mottager som i •nullstilles med et slikt tidsintervall og har slike tids--'konst.anter, at dets ut-tsignal ved; intervallets slutt er et ifor formålet tilstrekkelig nøyaktig mål på inn-signalets middelverdi under tidsintervallet.

Oppfinnelsen er kjennetegnet slik det fremgår av patentkravene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere i detalj nedenfor

ved hjelp av en utførelsesform, idet det henvises til de vedlagte tegninger, på hvilke fig. 1 er et blokkskjema over en.flerfrekvensmottager ifølge oppfinnelsen, og figurene 2a - 2f viser signalbølgeformen i ulike deler av mottageren.

Ifølge fig. 1 omfatter flerfrekvensmottageren et digitalt gruppefilter 7, hvilket i tilstrekkelig grad filtrerer bort alle frekvenser utenfor det beregnede frekvensområdet. Dessuten inneholder mottageren 6 selektive mottagere 1 - 6 og to ikke-selektive mottagere 17, 18 for styring av en beslut-ningsprosess som genererer en ut-avgjørelse på basis av lit- i signalene fra både de selektive og ikke-selektive mottagerene

i og også bestemmer tidspunktene for nullstilling og utlesning fra disse mottagere, slik det vil bli forklart nærmere i detalj.

De selektive mottagerene, som hver svarer til en av de diskrete frekvenser i de forventede inn-signaler, er av i og

■ ! for seg kjent type, i hvilke inn-signalet ved hvert samplingtidspunkt multipliseres med to koeffisienter, en fra hveritav et sett angitte med blokkene 10, 11. Det første settet, j

jSymbolisert med inngangen 8 i den selektive mottageren 1\ er blitt oppnådd ved multiplikasjon av en sinusfunksjon._med._

en veiningsfunksjon, og ved andre settet symbolisert med inngangen 9 i mottageren 1 er blitt oppnådd ved multiplikasjon av nevnte sinusfunksjon faseforskjøvet M, med den sajmmeveiningsfunksjonen. Mulitplikasjonsresultatene av inn-signalet og nevnte koeffisienter akkumuleres for de to settene individuelt (angitt med blokkene 12, 13), idet innholdet i

i akkumulatorene individuelt kvadreres (angitt med blokkene 14, 15) og de kvadrerte resultater summeres (angitt med blokken 16). Følgelig oppnås et mål på signalenergien innenfor passbåndet, og ifølge den første av artiklene nevnt i innledningen, er dette mål lik den kvadrerte størrelse av den diskrete Fourier transform (DFT) av inn-signalet multi-plisert med veiningsfunksjonen som bestemmer mottagerens j selektivitet. En slik selektiv mottager er allerede kjent, eksempelvis g-jennom de artikler som er nevnt i innledning<i>en.

i I hver av de selektive mottagere beregnes DFT for den diskrete frekvensen som settet av koeffisienter tilsvarer.<I>|

i I de to ikke-selektive mottagerene 17, 18 underkastes sig- j naiet fra gruppefilteret en absolutt størrelse dannelse og digital lavpassfiltrering i et rekursivt filter av en i og

hfoeir nssiekg tskmejesnst ig tyspteøe, rme en enhn voopr pultadlandinnigsntgsidtiskdosknosntsantatennte. n Bee-r slutningsterskelen for de selektive mottagerene er en funk-sjon av ut-signalene fra de ikke-selektive mottagerene. '

! i Verdien av beslutningsterskelen for de selektive mottagerenej beregnes i den ikke-selektive mottageren 18 og kvadrerings-kretsen 25, idet nevnte terskel er et mål på inn-signal energien innenfor frekvensbåndet for de forventede signalene, i mottagningsretningen. Tidskonstanten for det digitale lav-'' passfilteret velges til en verdi som er stor nok for varia-

i sjonene av omhyllingskurven for et MFC signal som kun har i en liten påvirkning på beslutningsterskelen, men velges ikkei større enn at beslutningsterskelen har tid til å oppnå en j relevant verdi av signalets totale energi fra gruppefilteretj under tiden for beregningsintervallet i de selektive mot4-tagerene.

I det beskrevne apparat oppnås for hvert tidsintervall in! nenI-for hvilket korrulasjonsberegningene utføres i de selektive mottagerene, den diskrete Fourier transformasjonen av inn-signalet kun ved de forventede frekvensene i inn-signalet. Med det korte beregningsintervallet som kreves for tilstrekkelig hurtig identifisering av signaler, vil selek-tiviteten være så lav, at det neppe lønner seg å beregne i DFT. for andre frekvenser enn frekvensen halvveis mellom i

|MFC signalene, i den hensikt å detektere støysignaler. Hvis jinn-signalet ikke er stasjonært under beregningsintervallet, eller hvis det virkelig er stasjonært, men inneholder andre

I

'frekvenser enn de som er forventet, gir de beregnede verdier av DFT ikke tilstrekkelig informasjon om inn-signalet. Pro-blemet i det sistnevnte tilfellet løses ved hjelp av den 'variable beslutningsterskelen. For overvåkning av signalet Ifra gruppefilteret for å se hvorvidt det er stasjonært under iDFT beregningen, er apparatet ifølge patentkravet forsynt

■med en ytterligere ikke-selektiv mottager 17, som kan anj-,vendes til å gi en hurtig og pålitelig indikasjon når signalet opphører. Den normale endring i energien p.g.a. den periodiske omhyllingskurven må imidlertid ikke oppfattes som i om signalet ikke var rolig. Hvis lavpassf ilteret i den ikke^-;selektive mottageren 17 nullstilles med tilstrekkelig korte -intervaller, kan korte avbrudd fortsatt oppdages. Periode-tiden for energien i omhyllingskurven til et MFC signal er høyst 5 ms, mens et avbrudd opptil 7 ms ikke må forårsake et avbrudd i ut-beslutningsinformasjonen. Ved prøver har man funnet at et intervall av 4 - 5 ms mellom nullstillingene er passende. Det er også passende å tillate intervallet å være et helt submuliplum av intervallet og beregning av DFT, som er ca. 16 ms, dvs. 4 for 16 ms og 5 for 15 ms.

Den ikke-selektive mottageren 17 påvirkes av endringene det sammensatte inn-signalets nivå og styrer beregnings-periodenes begynnelse i avhengighet av disse endringer, slik som angitt med utgangen 22. Hvis ut-signalét fra gruppefilteret (fig. 2a) overskrider en gitt terskel (nivå 1) skjer |en kontinuerlig overvåkning av mottageren 17 og blokken 1.9 lunder kontinuerlige gjentatte.. 5. ms intervaller.,._.i.f.øl.g.e_ei:sem-

pelet. Denne terskel kan være fast eller signal-reagerende. Hvis en tilstrekkelig lang tid har forløpt (fig. 2b, D) etterat det nærmest tidligere, godtatte MFC signal opphørte, anvendes den faste terskelen, hvis den er tilstrekkelig .'. av for ut-signalet fra mottageren 17 til å overskride nivå 1, selv for det svakeste godtagbare MFC signalet. Når et godtatt MFC signal opphører, vil en viss tid forløpe inntil

.alle transienter og ekkoer på linjen har fadet ut.

Nivået av disse støysignaler står i forholdet til nivået av MFC signalet. Ved å gjøre nivået 1 proporsjonalt med det tidligere MFC signalnivået med en tilstrekkelig stor faktor under den tid som slike støysignaler kan være til stede, hindres mottageren i å begynne å behandle disse støysignaler som om de vaj: et identifiserbart nytt MFC signal, hvilket ville forsinke operasjonene for det neste riktige MFC signalet, dersom dette skulle komme før støysignalene hadde fadet ut.

Hvis signalet overskrider nivået 1 (fig. 2b, A) kan dette være en indikasjon på at et MSC signal begynner. Følgelig starter beregningen av DFT etter ytterligere 5 ms, samtidig s.om en øvre (nivå 2) terskel i kretsen 20 og en nedre (nivå 3) terskel i kretsen 21, for overvåkning av hvorvidt sigr naiet er stasjonært, oppdateres med verdier som er proporsjonale med signalet fra den ikke-selektive mottageren 18. Hvis signalet derimot faller under nivå 1, nullstilles

i

filteret også i mottageren 18. i

i Når beregningen av DFT startes, finnes 5 ms intervall overvåkning for å forvisse seg om at signalet holder seg mellom de to signalreagerende terskelverdier nivå 2 og nivå 3. Hvis signalet er for svakt under et 5 ms intervall, begynnes beregningen av DFT påny. Hvis signalet fortsetter å være

svakt for ytterligere tre 5 ms intervaller, indikeres fra! - slag fra den logiske kretsen 33 via utgangene 32. Hvis signalet istedet blir sterkere, slik at den øvre terskelj verdien overskrides, blir DFT også beregnet på nytt, og terskelverdienes nivå 2 og nivå 3 blir dessuten oppdater.!;

> påny med verdier som er proporsjonale med signalet fra Mottageren 13.

Når DFT er blitt beregnet under et helt.15 ms intervall .i (figurer. 2b, 2c, B-C) sammenlignes ut-signalet fra den ikke-selektive mottageren 18 i blokken 27 med en terskel (niva 4) som, i likhet med nivået 1, er signalavhengig under en v:.ss ibegrenset tid etter et godtatt MFC signal, og deretter igjen inntar en fast verdi. Hvis signalet faller under nivå 4, går mottageren 18 tilbake til sin hvilestilling. Hvis niyået 41 overskrides, sammenlignes summen av de selektivt beregnede energier i blokken 24 med en terskel som er proporsjonaljmed ut-signalet som er kvadrert i blokken 25 og, fra den ikké-selektive mottageren 18. Fig. 2d viser ut-signalet fra eiji

selektiv mottager for en frekvens som inngår i inn-signalet. Det fremgår at signalbehandling begynner ved punkt B og

sammenligningen finner sted ved et punkt C. Fig. 2e viser

ut-signalet fra en selektiv mottager for en frekvens som ikke inngår i inn-signalet.

Hvis energien innenfor de selektive mottageres passbånd er utilstrekkelig, betraktes signalet å være bevirket av en eller annen interferens og ikke som et MFC signal. Hvis energien innenfor passbåndene er tilstrekkelig, velges det største av energimålene fra de selektive mottagere i blokken[28 som en referanseverdi, og i blokken 30 sammenlignes alle de selektivt beregnede energimål med denne verdi og ogsåjmedl en terskelverdi som er proporsjonal med det største signalet! og som dannes i blokk 29. Hvis ingen selektivt beregnet ;

1 i energiverdi overskrider minimumsverdien, betraktes signalet som et støysignal. En MFC frekvens ansees å være tilstedé hvis den selektive mottageren for denne frekvens har et j

i energimål som overskrider•minimumsverdien og ligger innen- i for et visst toleranseområde under referanseverdien. Tole-I

ransen settes, ifølge CCITT R2 spesifikasjonen, snevrerej for en frekvens som ligger nærmere frekvensen med det størsté energimålet, slik at en falsk operasjon ikke kan bevirkes avjjet enkelttonesignal. Hvis en eller flere enn to MFC frekven-| i ser er tilstede, startes tidsovervåkning som gir en alarjk _ J

dersom feilaktige kombinasjoner oppstår under hele over-våknings tiden . Hvis to, og kun to, frekvenser er tilstede, oppdateres de to signalreagerende terskler nivåene 1 og 4, og etter overvåkning ytterligere 5 ms (målt fra punkt C) at signalet fortsatt er tilstede, gis den logiske utgangsbeslutning (fig. 2f) fra MFC mottageren vedrørende nærværet av en frekvens som inngår i. inn-signalet samtidig som eventuell tidsovervåkning for alarmopphør (fig. 2f).

Den praktiske utførelses form av apparatet ifølge oppfinnelsen er basert på kjent digital filterteknikk. Det innebærer ingen vanskelighet for fagmannen å konstruere en flerfrekvensmot-tager ifølge oppfinnelsen under rettledning fra de definerte vilkår, og følgelig er en nærmere detaljert beskrivelse av filterene eller de øvrige aritmetiske og logiske kretser over-flødig.

De enkelte operasjonenes multiplikasjon, addisjon og sammenligning kan utføres med kjente komponenter på en kjent måte. Akkumulering kan utføres ved addisjon og lagring av resul-tatet i en hukommelse. Tidsmåling kan utføres ved akkumulering og sammenligning. De aritmetiske kretsene vil imidlertid bli mest effektivt utnyttet dersom alle multiplikasjoner av signal med signal (kvadrering) utføres i en og samme multipliserer, som anvendes i tidsmultipleks. Likeså kan alle addisjoner og sammenligninger utføres i en og samme aritmetiske krets, uan-sett hvor operasjonene utføres i blokkskjemaet. Akkumulering av multiplikasjonsproduktene i de selektive mottagerene og av variabler for tidsmåling, lagring av samplingverdier i de ikke-selektive mottagerene samt lagring av variable terskler og tilstandsvariabler for operasjons- og fraslagskretsene kan utføres i en felles skrive -og- lesehukommeise RWM, mens koeffisientene i både de selektive og ikke-selektive mottagere såvel som koeffisientene for beregning av terskelverdiene alle kan lagres i en felles lesehukommeise PROM. Strukturen for den mest egnede kretsløsning for en utførelses form blir ulik, avhengig av hvorvidt bare en anordning eller flere anordninger

-| i tidsmultipleks tilsiktes realisert. Styringen av den multi-!pleks-utnyttede multipliserer og adderer samt leseoperasjon-

ene i nevnt PROM og skrive -og- leseoperasjonene i nevnte RWM kan oppnås fra én programhukommelse som adresseres av

en teller, mens genereringen av nye verdier for tilstands-variablene kan utføres ved kombinasjonsmessige logiske kretser eller ved anvendelse av mikroprosessorer.

Utførelsesformen ifølge det beskrevne eksempelet henviser til et apparat 'for'/identifisering av signaler ifølge CCITT spesifikasjonen for en mottager som er tilpasset registersigna-leringssysternet R2. Imidlertid kan det apparat som er definert i patentkravene også utføres for andre frekvenssystemer.

Claims (2)

1. Apparat for å identifisere digitale flerfrekvenssignaler, idet de mottatte signaler behandles etter å ha passert gjennom et digitalt båndpassfilter (7), i et antall selektive mottaqere (1-6) som svarer til de mottatte diskrete frekvenser, idet inn-signalet til hver av nevnte mottagere multipliseres (10, 11) ved hvert samplingtidspunkt med en koeffi-. sient fra hvert av de to sett av koeffisienter, idet det første settet (8) oppnås ved multiplisering av en sinusfunksjon med en veiningsfunksjon og det andre (9) oppnås ved multiplisering av nevnte sinus-f unks jon f aseforsk jøvet ^, med den samme veiningsfunksjon, idet multiplikasjonsresultåtene av inn-signalet og nevnte koeffisienter akkumuleres (12, 13) på hvert av de to sett, individuelt kvadrert (14, 15) og de kvadrerte resultater summeres (16), hvorved det oppnås et mål på signalenergien innenfor passbåndet, karakterisert ved at apparatet omfatter to ikke-selektive mottagere (17, 18) i hvilke de mottatte signaler underkastes en absolutt størrelse generering og digital lavpassfiltrering, idet den første mottageren (17) påvirkes av endringene i det sammensatte inn-signalets nivå, og som reaksjon (19, 20, 21) på disse endringer styrer (22) starten av beregningsperiodene hos de selektive mottagerene og nullstilles etter tidsperioder av en lengde som er tilstrekkelig liten i forhold til lengdene av de innkomne signaler og spesifiserte støysignaler og av en lengde tilstrekkelig stor i forhold til de lengste tids-sekvensene for omhyllingskurven av de forventede inn-signalene, idet den andre mottageren (18) frembringer et signal som er et mål på omhyllingskurvens amplitude, en krets (23) for å danne et sum-signal fra samtlige selektive mottagere, en sammenligningskrets (24) for sammenligning av sum-signalet med et signal som oppnås ved kvadrering (25) av ut-signalet fra den andre ikke-selektive mottageren (18) som reaksjon (26) på at dette signal ikke er tilstrekkelig stort (27), og også den omstendighet at signalet fra den første ikke-selektive mottageren (17) ikkeø ker (20) eller minsker altfor -;kraftig i forhold til tidligere avfølte samplingverdier, ide; dét er anordnet en logisk krets (28) som er tilpasset-for å_ velge, hvis nevnte sammenligning finner at sum-signalet er større, det største av de selektive mottageres ut-signaler, en krets (29) for å danne en terskelverdi som er proporsjonal med nevnte største signal, og en sammenligningskrets (30) for å bestemme hvilket av de øvrige signaler som er tilstrekkelig stort i forholdet til denne terskelverdi for å indikere (31) sammen med nevnte største signal at et digitalt flerfrekvenssignal er blitt mottatt.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at et signal (32) genereres, som reaksjon på hvorvidt ut-signalet fra den første ikke-selektive mottageren (17) er tilstrekkelig lite i forhold til tidligere avfølte samplingverdier under en tilstrekkelig lang sekvens av tidsperioder, ved hvis slutt sammenligning (21) finner sted relativt en terskel (nivå 3) før mottageren (17) nullstilles, som indi-kerer, ved nullstilling av den tidligere indikering av mot-tagelsen av et digitalt flerfrekvenssignal,,at dette flerfrekvenssignal har opphørt.