1.7. Детектирование тональных сигналов

Еще одной областью применения цифровой обработки в будущих системах связи станет детектирование и генерирование тональных сигналов. Центральные телефонные станции передают телефонные номера абонентов с помощью либо импульсов постоянного тока, либо тональных сигналов. На принимающей центральной станции тональные сигналы детектируются, а импульсы подсчитываются с тем, чтобы узнать вызываемый номер. В цифровой центральной станции представляется наиболее экономичным использование цифровых детекторов, обрабатывающих сигналы, поступающие в цифровой форме. При приеме импульсов номеронабирателя подходящим детектором может служить комбинация простого цифрового фильтра нижних частот третьего порядка с частотой среза 40 Гц и детектора уровня с петлей гистерезиса. Казалось бы, детектором может служить быстродействующий компаратор без предварительной фильтрации, однако, учитывая возможности существующих контактных реле в передатчиках и наличие шумов питания в линиях связи, разработчик приходит к выводу, что для обеспечения надежной работы системы необходима цифровая фильтрация. Действительно, реле современных электромеханических телефонных систем, служащие для детектирования импульсов номеронабирателя, построены на таких элементах, как катушки индуктивности, якорь электромагнита и иногда обмотки задержек, и поэтому сами по себе действуют подобно фильтру нижних частот третьего порядка, за которым следует детектор с петлей гистерезиса.

Во многих телефонных системах для вызова абонента вместо импульсов постоянного тока используются тональные сигналы. В телефонах с тастатурным вызовом информация о набираемом номере передается на центральные телефонные станции в виде «двух из восьми возможных частот». Тональные сигналы выбираются так, что детектор позволяет лочти идеально отличать их от речевых сигналов. Это позволяет избегать ошибок набора номера в тех случаях, когда абонент после набора одной цифры начинал бы говорить в трубку, а детектор воспринял бы речь как цифру. Такая особенность систем называется речевой развязкой

или защитой от имитации цифры. На рис. 1.5 показана блок-схема подобного детектора. Фильтр верхних частот на его входе не пропускает как шум питания (прежде всего 60 Гц), так и сигнал вызова, присутствующий при приеме первой цифры номера. Отфильтрованный таким образом сигнал поступает далее на два полосовых режекторных фильтра, один из которых предназначен для подавления верхней группы из четырех тональных частот, а другой — для подавления такой же нижней группы. Выходные сигналы с этих фильтров далее ограничиваются и поступают на две группы из четырех полосовых фильтров, которые выделяют восемь частот.

Если принимаемый сигнал действительно является сигналом номеронабирателя, состоящим из суммы двух чистых тонов, то после полосовых режекторных фильтров на ограничители поступят одпочастотные сигналы, а на выходе получатся колебания симметричной прямоугольной формы. Если же на детекторы поступит речевой сигнал, то на входах ограничителей окажутся колебания сложной формы. В результате переходы нуля в выходных сигналах будут нерегулярными. Если пороги ограничителей подобраны так, что они всего на несколько децибел ниже ожидаемого на выходе полосовых фильтров уровня сигнала прямоугольной формы, то речевой сигнал, производящий колебания сложной формы на выходах ограничителей, не вызовет превышения порога точно в двух из восьми каналов, что соответствовало бы передаче цифры. Таким образом, динамический диапазон и степень речевой развязки зависят от работы ограничителя и точности установки порога в каналах выделения тональных сигналов.

Фирмой Bell Laboratories на основе программируемого процессора цифровых сигналов разработан цифровой вариант тастатур-ного приемника вызовов. Процессор представляет собой мультиплексируемый 128-секционный цифровой фильтр второго порядка. Кроме того, процессор выполняет масштабирование и такие нелинейные операции, как ограничение и выпрямление, задаваемые программой, которая содержит также коэффициенты для 128 секций фильтра. На рис. 1.6 показана блок-схема одной секции второго порядка этого процессора. Поскольку для построения тастатурного приемника вызовов необходимо иметь лишь 24 из имеющихся 128 секций, процессор позволяет создать пять таких приемников одновременно. На рис. 1.5 рядом с названиями секций фильтра второго порядка в кружках указаны номера этих секций. Эта схема является еще одной иллюстрацией гибкости и возможностей мультиплексирования.

Цифровой вариант детектора отличается от аналогового особенно в отношении работы ограничителя и стабильности порога. Наиболее критичным моментом является, видимо, регулировка уровня порога в схеме, следующей за детекторами тональных сигналов. Слишком низкий порог уменьшает степень речевой

(кликните для просмотра скана)

Рис. 1.6. (см. скан) Блок-схема программируемого процессора цифровых сигналов, содержащего мультиплексируемый цифровой фильтр второго порядка.

развязки. Слишком высокий порог приводит к уменьшению ширины полосы фильтров, выделяющих тональные сигналы, и, следовательно, увеличивает чувствительность к частоте сигнала или к смещению частотной характеристики. В цифровом приемнике вызовов нет ни дрейфа уровня порога, ни смещения частотной характеристики, поскольку цифровые вычисления выполняются точно и аккуратно. Динамический диапазон ограничителя зависит от качества аналого-цифрового преобразователя в системе, поскольку ограничение состоит всего лишь в выборе знакового разряда. Системы, выполненные в цифровом виде, являются, как правило, исключительно стабильными и точными.