CN1101634C - 具有改善的单音检测的传输系统 - Google Patents

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Abstract

在一种传输系统中，由发射机(2)经传输信道(4)发送一对信令音信号给接收机(6)。在终端(6)中，检音器用于检测此对信令音信号的存在。为了改善在两个单音信号的不同强度的情况中的检音器的可靠性，有关此对信令音信号存在的判定是根据由加法器(23)所确定的组合强度测量值而定的，此组合强度测量值与基准电平TH2相比较。在另一实施例中，利用比较器(11)与(9)进行有关各个单音信号电平的检测，以便规定所容许的最大的强度差异值。

Description

具有改善的单音检测的传输系统
本发明涉及包括用于经传输媒介同时发送多个单音信号给终端的发射机的传输系统，此终端包括用于导出所述多个单音信号的单音强度测量值的强度测量装置。
本发明也涉及用于单音检测的终端、检音器和方法。
根据该前序部分的传输系统可从美国专利第3,882,283号中得知。
根据本发明的传输系统能应用在利用多音传输的系统中，这意味着：通过同时将多个单音信号提供给一个信道来发送信息。接收机能通过检测单音信号组合的出现来恢复信息。
这样的传输系统的第一应用是所谓的DTMF信令系统，这广泛用于从电话终端发送拨号信息至电话交换机。在此系统中，通过传送两个单音信号给传输媒介来发送一个数字。所述单音信号之一是从第一组四个单音信号中挑选的，而第二单音是从第二组四个单音信号中挑选的。第一组(低频组)中的单音信号频率低于第二组(高频组)中的单音信号频率。接收机为了恢复所发送的数字需要确定哪一对单音信号是由发射机发送的。
本发明的另一应用是屏幕电话机(screen phone)中的称为CAS单音的检测。近来，装备有显示器的电话终端已变为可用的，这些电话终端设计为根据模拟显示业务接口标准(ADSI)进行操作，所述标准除了语音信号传输之外还使来往于电话终端的数据传输成为可能。
为了区分语音与数据，由发射机发送称为CAS的信号(CPE告警信号)来表示将要发送数据信号。此CAS信号由具有2130Hz与2750Hz频率的两个单音信号构成，这两个信号在80毫秒期间同时进行发送。
根据上述美国专利的传输系统的终端对于每个要检测的单音信号包括一个强度测量设备，此设备生成对于相应单音的单音强度测量值。例如，此单音强度测量值可以是单音幅度或功率。如果一个单音的强度测量值超过一个门限，则认为所述单音是存在的。如果一个预定单音组合的全部单独的单音信号被认为是存在的，则认为此组合是存在的。
由于传输媒介的缺陷，可能出现接收机上的各个单音信号强度不同，在各个单音信号强度之间的比值常常被称为扭曲(twist)。为了能够检测具有一些扭曲的单音信号组合，必须降低用于检测单音信号存在的门限。这个门限的降低导致将噪声信号认为是检测的单音的概率增加，使单音信号组合检测可靠性较差。
本发明的目的是提供一种根据前序部分的传输系统，它在有扭曲的情况中，允许对单音组合的较准确检测。
因此，根据本发明的传输系统的特征在于：终端包括判定装置，用于判定：如果多个单音信号的组合强度测量值超过一门限值则存在多个单音信号。
通过根据所包含的单音信号的组合强度测定值来判定多个单音信号存在，可在对单音组合存在的判定中采用较高门限值。由于有这个较大门限值，把噪声信号认为是检测的单音信号的概率减少。实现本发明的第一方式是将强度信号组合为组合的强度信号，并将这个组合强度信号值与一个门限值进行比较。实现本发明的第二方式是将各个单独的单音信号强度与依据所包含的其他单音信号强度而定的门限进行比较。在第二种情况中，实际上不一定要导出组合信号，但如果组合的强度测量值超过一个门限信号，则仍采用存在单音信号组合的判定。
本发明的另一实施例的特征在于：判定装置被设计为，如果组合的单音强度测量值超过第一门限并且所包含的各个单独的单音强度测量值超过第二门限，则判定存在多个单音信号。
如果除了组合强度测量值之外，各个单独的强度测量值也与一个门限进行比较，则有可能准确地规定怎样的扭曲值是容许的。各个单独的强度测量值门限设置得越大，则所容许的扭曲越小。
现将结合附图更详细解释本发明。这里显示：
图1，根据本发明第一实施例的传输系统；
图2，根据本发明另一实施例的判定部分7；
图3，作为扭曲函数的强度测量设备16与18的输出信号；
图4，强度测量设备16与18的第一实施例；
图5，强度测量设备16与18的第二实施例；
图6，强度测量设备16与18的第三实施例；
图7，表示根据图6的实施例的重要信号的时序图。
在根据图1的传输系统中，要发送的信号被加到发射机2，发射机2的输出载有可能与信令音组合的要发送的信号，此输出经传输信道4耦合到终端6，终端6的输入端连到选择器8的输入端与检音器10的输入端。
检音器10的输入端连到低通滤波器12的输入端，低通滤波器12的输出端连到AGC电路14，AGC电路14的输出端连到强度测量装置15的输入端，强度测量装置15的输入端连到第一单音强度测量设备16的第一输入端与第二单音强度测量设备18的输入端。
第一单音强度测量设备16的输出端连到除法器20的第一输入端。表示强度测量设备16的输出信号最大值的信号MAX1连到除法器20的第二输入端。
第二单音强度测量设备18的输出连到除法器22的第一输入端。表示强度测量设备18的输出信号最大值的信号MAX2连到除法器22的第二输入端。
除法器20的输出连到判定装置7的第一输入端。判定装置7的第一输入端连到比较器11的第一输入端与加法器23的第一输入端。除法器22的输出端连到判定装置7的第二输入端。判定装置7的第二输入端连到比较器9的第一输入端与加法器23的第二输入端。加法器23的输出端连到比较器25的第一输入端。第一基准信号TH1加到比较器11的第二输入端与比较器9的第二输入端。第二基准信号TH2加到比较器26的第二输入端。
比较器11、比较器25与比较器9的输出连到AND(与)门13的相应输入端。与门13的输出连到选择器8的控制输入端。电话手机与LCD(液晶显示)屏幕58连到选择器8。
在根据图1的传输系统中，要发送的数据由发射机2经传输媒介4被发送到终端6。在终端6中，由终端6接收的发送数据根据两个信令音的接收情况而加到电话手机56或加到(LCD)显示器。在由检音器10检测信令音之后，就进行转换。
所接收的信号由低通滤波器12进行滤波以消除在对应于检测的信令音的频率范围以外的类似噪声的干扰信号与语音。AGC电路将具有恒定输出功率的输出信号加到单音强度测量设备16与18的输入端。
强度测量设备16被设计为产生第一单音的强度测量值，而强度测量设备18被设计为产生第二单音的强度测量值。在使用于上述ADSI标准中的CAS信号的情况中，第一单音具有2130Hz频率，而第二单音具有2750Hz频率。单音强度测量设备16的输出信号由除法器20根据所述单音强度测量设备16的最大可能输出信号进行规一化。这意味着：除法器20的输出在0与预定常量值之间变化。为了获得两个单音信号的具有相同范围的强度测量值，进行此规一化而不管来自强度测量设备16与18的强度信号之间的(确定的频率)差异如何。
在加法器23的输出端，可得到组合的强度测量值。比较器25将组合的强度测量值与基准值TH2进行比较。比较器27与31将除法器20与22的输出端处的强度测量值分别和基准值TH1进行比较。如果假定除法器20与22的最大输出信号等于1，那么门限值TH1与TH2的合适值分别是0.24与0.8。只是在超过全部三个门限值时，与门13才认为单音对是存在的，从而导致判定的改善的可靠性。
可以看到：省去比较器11与9是可能的。这将导致对于各个强度测量的所要求值设置较少的准确限制、但仍由于较高的TH2值而具有改善的检测可靠性的优点。
在根据图2的判定电路7中，第一输入端连到比较器27的第一输入端与比较器29的第一输入端。判定电路7的第二输入端连到比较器31的第一输入端与比较器33的第一输入端。第一基准信号TH1加到比较器27的第二输入端与比较器33的第二输入端。第三基准信号TH3加到比较器29的第二输入端与比较器31的第二输入端。
比较器27的输出连到与门35的第一输入端，而比较器31的输出连到与门35的第二输入端。比较器29的输出连到与门37的第一输入端，而比较器31的输出连到与门37的第二输入端。与门35的输出连到或(OR)门39的第一输入端，与门37的输出连到或门39的第二输入端。或门39的输出构成判定装置7的输出。
在根据图2的判定电路中，假定基准值TH1实际上小于TH3，TH1与TH3的可能值分别是0.2与0.4～0.5。如果，并且只在规一化的强度测量值U16超过TH1和规一化的强度测量值U18超过TH3时，与门35的输出才将是“1”。如果，并且只在规一化的强度测量值U18超过TH1和规一化的强度测量值U16超过TH3时，与门37的输出才将是“1”。这意味着：如果其中的一个单音信号强度超过值0.8并且另一个超过0.2，则与门35或37中的一个的输出是“1”。结果，在这些条件之下，或门39的输出将是“1”。因为在现有技术设备中必须将两个单音信号的门限值设置在同样低的电平(例如0.2)上，所以相对于现有技术设备而言，实际上增加了对于单音对的检测的可靠性。可以看到：在由根据图3的判定电路检测单音对的情况中，组合的单音强度测量值大于1。因此，按照图3的判定装置根据组合的强度测量值进行操作而不用实际计算它。
图3表示第一规一化强度信号U20、第二规一化输出强度信号U22以及第一与第二规一化强度信号之和。这些规一化强度信号由除法器20、除法器22与加法器23分别进行计算。从图3可以看出：在零扭曲值的情况中，规一化强度信号U20与U22都有0.64值，这些信号之和是1.32。合适的门限值TH2是0.8，而合适的门限值TH1是0.24。利用这些选择，检音器可容许6dB的扭曲。如果只把组合的门限信号与基准值进行比较，那么这个基准值必须大于1，以便阻止作为单音信号的组合来进行单个单音检测。合适的选择可以是1.2值。
在根据图4的强度测量设备中，输入端连到相关部分14、16、18与20的输入端。在欧洲专利申请第95200996.7-2209(PHQ95008)号中描述了根据图4的强度测量设备。相关单元14、[16、18、20]的输入端连到乘法器24、[26、28、30]的第一输入端，乘法器的输出连到积分器32、[34、36，38]。携带输出信号φ1、[φ2、φ3、φ4]的基准发生器的输出连到乘法器24、[26，28、30]的第二输入端。
携带相关信号的相关单元14、16、18与20的输出分别由积分器32、34、36与40的输出构成。这些输出连到加法器42的相应输入端。加法器42的输出构成强度测量设备16、18的输出。
在根据图4的强度测量设备16、18相关单元14、16、18与20中，输入信号与具有相位φ1、φ2、φ3与φ4的相应基准信号相乘。基准信号的频率相应于要检测的信令音的频率。积分器32、34、36与40分别确定相应的乘法器24、26、28与30的输出信号的积分值以及随后确定所述积分值的绝对值。积分器32、34、36与40的输出信号通过加法器42加到组合相关信号上。如果输入信号包括具有对应于基准信号频率的频率的信令音，那么一个实际上与零不同的组合相关信号将是存在的。容许的频率差异依据所使用的测量时间而定。这个所使用的测量时间由积分器32……40的两个随后复位时刻之间的时间来确定。有限测量时间tm导致加到乘法器输出信号上的一个矩形窗函数，这个窗函数在频率范围中对应于根据下式的滤波函数： H ( f ) = sin ( 2 π t m | f - f c | ) 2 π t m | f - f c | - - - ( 1 )
根据(1)式的转移函数表示具有等于
Figure C9719019500082
宽度的主波瓣，从而导致约
Figure C9719019500083
的带宽。通过选择测量时间的合适值，可获得每个想要的频率分辨率。因为可容易地改变测量时间tm，所以也能容易地改变频率分辨率。
通过使用具有按π/4递增的相位的4个基准信号，总是可生成一个主要相关信号，而不管基准音的相位。可以看到：作为信令音相位函数的组合相关信号的幅度变化不大于10％。
加法器42的输出信号构成单音信号强度测量设备的输出。
可想象的是，通过利用一个依据实际相关值而定的因素来加权相关信号可获得要相加的相关信号。这个加权相当于对相关信号进行非线性运算。使用这样的加权导致具有可被噪声破坏的小幅度的相关信号的影响的减少。
要加到图1中的除法器20与22的值MAX正比于在测量时间和积分时间常数之间的比值。
在根据图5的数字强度测量设备16、18中，输入信号加到限幅器60的输入端。在欧洲专利申请第95200996.7-2209(PHQ 95008)号中描述了根据图5的强度测量设备。限幅器60的输出连到由相关单元62、64、66与68构成的相关器的输入端。相关单元62、64、66、68的所述输入端分别连到异非或门(exclusive NOR)70、74、78与82的第一输入端。异非或门70、74、78与82的第二输入端连到载有输出信号φ1、φ2、φ3与φ4的基准信号发生器86的相应输出端。异非或门70[74、78、82]的输出连到增减计数器72[76、80、84]的增/减控制输入端。一个时钟信号和一个复位信号加到增减计数器72、76、80与84中的每一个上。其每个都载有对应于计数值的绝对值的输出信号的增减计数器72、76、80与84的输出连到加法器88的输入端。加法器88的输出构成强度测量设备的输出。可以看到：如果使用根据图5的单音强度测量设备，则能省去图1中的AGC电路。
单音强度测量设备16、18的输入信号由限幅器60变换为二进制信号。限幅器60的输出信号在每个相关单元62、64、66与68中与基准信号发生器86所生成的相应的二进制基准信号进行比较。由基准信号发生器86生成的各基准信号具有π/4的相互相位差。由异非或门70、74、78与82把来自限幅器60的输出信号与基准信号进行比较。如果异非或门的两个输入信号具有不同的逻辑值，则异非或门的输出具有逻辑值“0”，如果两个输入信号具有相等的逻辑值，则其输出具有逻辑值“1”。
各个异非或门70、74、78与82的输出信号控制相应增减计数器72、76、80与84的计数方向。如果限幅器的输出信号具有与基准信号相同的逻辑值，则增减计数器将在每个时钟脉冲上增加其计数值。如果限幅器的输出信号具有不同于基准信号逻辑电平的逻辑值，则增减计数器将在每个时钟脉冲上减少其计数值。如果基准信号具有与限幅器的输出信号近似相同的相位和频率，则增减计数器的计数值将快速增加，表示大的(正的)相关值。如果基准信号具有与限幅器60的输出信号近似相同的频率，但相位与限幅器60的输出信号相反，则增减计数器的计数值将快速减少，表示大的(负的)相关值。如果在基准信号与限幅器60的输出信号之间没有相关，则异非或门的输出信号将或多或少随机地取逻辑值“0”或“1”。这意味着：增减计数器将以随机方式减少与增加其计数值，导致零值的平均计数值。
增减计数器72、76、80与84的计数值的绝对值由加法器88周期地进行相加并传送到单音强度测量设备的输出端。在计数值的绝对值的相加之后，增减计数器72、76、80和84由复位信号R进行复位。
时钟频率一般是要检测的单音频率的倍数，这导致对限幅器60的输出信号中的干扰分量的抑制有所改善。如果限幅器60的输出信号有时由于干扰信号而具有错的逻辑值，那么一半的情况下把“0”变成“1”，和一半的情况下把“1”变成“0”。如果每个干扰信号期间出现许多时钟周期，则这些错误趋于具有零的平均值。
单音强度测量设备的输出信号正比于测量时间Tm和时钟频率fclk。因此，要加到图1中的除法器20与22上的MAX值必须正比于tm和fclk的乘积。
在根据图6的强度测量设备中，输入信号加到限幅器60的输入端。在欧洲专利申请第95200988.4-2209(PHQ95007)中描述了根据图6的强度测量设备。限幅器60的输出连到四个相关器112、114、116与118，每个相关器包括四个相关单元62、64、66与68和一个加法器88。以与图4或图5中的相关单元相同的方式构造每个相关器中的相关单元。相应的复位信号R1、R2、R3与R4加到每个相关器112、114、116与118。这些复位信号不是同时加上的，但是在时间上是规则地进行分配的。相关器112、114、116与118的输出信号连到选择器120的输入端。选择器120的输出连到比较器122的第一输入端。门限值THR加到比较器122的第二输入端。比较器122的输出是检音器10的输出。
如果事先不知道单音的到达时间，则可使用根据图6的强度测量设备。此强度测量设备包括许多相关器，这些相关器在相互置换测量周期期间是处于测量状态中的。因此，总有至少一个相关器在信令音出现期间是处于测量状态中的。对于这个情况的条件是：单音持续时间不超过两个相继地复位的相关器的测量周期之间的重叠。
选择器120在测量周期结束时确定相关器的加法器内容并将此值传送到强度测量设备的输出端。随后复位此相关器。此相关器的这个评估与复位是周期性地进行的。
图7表示在根据图6的检音器中的相关器的评估与复位时序。在图7的图形121中，表示了加到相关器112上的复位信号R1的时序。在图形123、127与129中表示相关器114、116与118的复位信号R2、R3与R4的时序。从图7中可以明白：相关器是以循环方式进行评估与复位的。也可看出：在由图形125所表示的期间的信令音的出现期间总有一个相关器处于测量状态中，而不管信令音的时序如何。一般地，对于在要检测的信令音的复位间隔(或测量周期)Tm与持续时间Ttone之间的关系能写成： T m = n n - 1 T tone - - - ( 2 )
在(2)式中，n是相关器的数量。从(2)式中可看出：如果相关器的数量增加，则测量周期与单音持续时间之间的差异减少。使得在单音持续时间范围中具有测量时间的优点是：测量只在单音出现的情况下执行。这导致在不存在要检测的单音的期间消除噪声对相关器的输出信号的影响。这导致对信令音的更可靠的检测。

Claims (4)

1.一种传输系统，包括用于经传输媒介同时发送多个单音信号给一个终端的发射机，此终端包括：
a)用于导出所述多个单音信号的单音强度测量值的强度测量装置；以及
b)判定装置，用于判定：如果多个单音信号的组合强度测量值超过第一门限值和如果所包含的单音信号的单独强度测量值超过第二门限值，则判定存在多个单音信号。
2.一种用于接收同时发送的多个单音信号的终端，所述终端包括：
a)用于导出所述多个单音信号的单音强度测量值的强度测量装置；以及
b)判定装置，用于判定：如果多个单音信号的组合强度测量值超过第一门限值和如果所包含的单音信号的单独强度测量值超过第二门限值，则判定存在多个单音信号。
3.一种用于检测输入信号中的多个单音信号存在的检音器，所述检音器包括：
a)用于导出所述多个单音信号的单音强度测量值的强度测量装置；以及
b)判定装置，用于判定：如果多个单音信号的组合强度测量值超过第一门限值和如果所包含的单音信号的单独强度测量值超过第二门限值，则判定存在多个单音信号。
4.一种用于接收同时发送的多个单音信号的方法，所述方法包括：
a)导出所述多个单音信号的单音强度测量值；以及
b)如果多个单音信号的组合强度测量值超过第一门限值和如果所包含的单音信号的单独强度测量值超过第二门限值，则判定存在多个单音信号。
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