Sistem de semnalizare de abonat si de linie

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

COLEGIUL UNIVERSITAR TEHNIC NR.2

SPECIALITATEA COMUNICATII

PROIECT DE DIPLOMA

CUPRINS

1. Introducere

2. Locul si rolul tehnic al unui sistem de semnalizare de abonat si de linie

3. Studiul tehnico-economic al solutiilor posibile pentru un receptor de tip

DTMF

4. Conditii tehnice pentru solutia adoptata

5. Proiectarea unor subansamble specifice receptorului DTMF

5.1. Proiectarea FTJ si FTS directionale de la intrarea receptorului DTMF

5.1.1. Proiectarea FTJ directional

5.1.1.1. Proiectarea unui FTJ cu patru celule

5.1.1.2. Proiectarea FOB

5.1.2. Proiectarea FTS directional

5.1.2.1. Proiectarea unui FTS cu patru celule

5.1.2.2. Proiectarea FOB

5.2. Proiectarea unuia din cele 8 FTB din cadrul receptorului DTMF

5.2.1. Proiectarea FTJ din cadrul FTB

5.2.1.1. Proiectarea unui FTJ cu trei celule

5.2.1.2. Proiectarea FOB din FTJ

5.2.2. Proiectarea FTS din cadrul FTB

5.2.2.1 Proiectarea FTS cu trei celule

5.2.2.2. Proiectarea FOB din FTS

6. Caracteristicile de frecventa ale circuitelor selective proiectate

6.1. Caracteristica de frecventa a filtrului trece-jos directional

6.2. Caracteristica de frecventa a filtrului trece-sus directional

6.3. Caracteristica de frecventa a filtrului trece-banda (1477 Hz)

7. Realizarea unui receptor DTMF cu circuit integrat specializat

7.1. Scurta prezentare a receptorului DTMF specilalizat MT 8870 D-1

7.2. Aplicatie de receptor DTMF cu circuitul MT 8870 D-1

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

I. INTRODUCERE

In plin avant economic si tehnico-stiintific, la sfarsitul secolului XX s-a impus extinderea retelelor de telecomunicatii,in vederea vehicularii unei cantitati mai mari de informatie, cu viteze si niveluri calitative superioare celor existente. Astazi, pe plan mondial , sunt puse la dispozitia utilizatorilor, din ce in ce mai multe si mai variate mijloace de comunicatie. Acestea sunt indinspensabile marilor si micilor intreprinderi, administratiilor si bancilor , pentru a schimba date, a transmite corespondenta sau a consulta bazele de date.De asemenea in locuintele particulare si-au facut aparitia noi mijloace pentru satisfacerea unor servicii nebanuite cu un deceniu in urma, servicii care sporesc confortul de fiecare zi.

Proliferarea acestor servicii nu poate avea loc fara instalarea si functionarea retelelor de telecomunicatii , retele care trebuie sa satisfaca toate cerintele utilizatorilor ei.

Reteaua de telecomunicatii reprezinta ansamblul de mijloace care asigura transmiterea la distanta a informatiilor intre doi utilizatori cu ajutorul semnalelor electrice.

Comunicatiile se pot realiza cu ajutorul informatiilor care pot fi de urmatoarele tipuri : sunete :voce sau muzica , imagini :fixe sau mobile, texte sau date.

In domeniul telecomunicatiilor pot fi deci incluse : telefonia (transmisia de voce), radiocomunicatiile (transmisia de voce si muzica ), radio-telefonia mobila (transmisiile telefonice intre terminale mobile utilizand comunicatiile radio si reteaua telefonica ), videotelefonia (transmisia de voce si imagini ), televiziunea(transmisiile de imagini mobile si sunete), teleinformatica ( tratarea si transmiterea datelor la distanta).

Cele mai importante inovatii in tehnologia comunicatiilor, aparute in ultimele decade, s-au petrecut in microelectronica,software si filere optice. Acestea au influientat dezvoltarea retelei de telecomunicatii prin intermediul telefoniei digitale , a retelelor de date cu comutare de circuite si comutare de pachete, a retelei numerice cu intregararea serviciilot (ISON) si a retelei de radio-telefonie mobila celulara.

Microelectronica a cunoscut o evolutie remarcabila concretizata prin :

cresterea densitatii de intregrare;

realizarea de circuite de telecomunicatie specializate (ex: circuite pentru interfete de linii analogice/digitale pentru controlul semnalizarilor, etc.);

inegrarea pe scara foarte larga cu asigurarea unei viteze de prelucrare foarte mari;

micsorarea costurilor circuitelor electronice;

Software-ul pentru sistemele de telecomunicatii reprezinta o componenta stabila care determina eficacitatea tuturor proceselor : conceptie si executie , instalare, exploatare si intretinere, satisfacerea cerintelor de utilizator. Cresterea complexitatii software-ului pentru echipamentele de telecomunicatii impune perfectionarea continua a tehnologiei de elaborare a software-ului si a tehnicilor de programare.

Referitor la tehnologia de elaborare a software-ului (dezvoltare, exploatare, report si gestiune SW ) se inregistreaza o orientare spre suporturi de procese inteligente si de automatizare a proceselor de laborare a documentatiei, programelor si bazelor de date, asigurand evident respectarea standardelor.

Se impune de asemenea cresterea resurselor umane prin formarea de echipe de conceptie care sa sigure respectarea marilor cerinte de calitate ,pret si intarziere in comercializarea produselor pentru a face fata concurentei furnizorilor traditionali de echipamente informative.

Transmisiile pe fibre optice au cunoscut de asemenea o evolutie spectaculoasa.Banda de frecventa care poate fi transmisa pe fibrele optice este enorma (10*7 Mbit*km/s) . Capacitatea de transmisie pe fibrele optice este de 100 000 ori mai mare in comparatie cu undele electromagnetice.

Capacitatea de transmisie este in prezent limitata de rata de conversie a traductoarelor electrico-optice si de componentele electronice. In prezent se dezvolta noi tehnologii pentru a realiza circuite integrate optoelectronice, amplificatoare optice, matrici de comutatie optice.

Transmiterea informatiilor optice permite imbunatatirea performantelot tehnice si economice.

Din punctul de vedere al cerintelor de telecomunicatii se inregistreaza o diversificare a serviciilor solicitate: telefonie conventionala, video-telefonie,acces rapid la documente, date si procesare

a datelor, acces la mijloace inteligente, mobilitate.In orice caz, performantele telecomunicatiilor

sunt in principal determinate de retea, prin sistemele de comutatie sau transmisie.

In cadrul sistemelor de telecomunicatii, o atentie deosebita s-a acordat retelei telefonice, avand in vedere ca prin intermediul acestei retele se vehiculeaza cea mai mare cantitate de informatie duplex , si cunoaste cel mai ridicat numar de utilizatori. Indiferent de natura clientilor sai, persoane fizice sau juridice, institutii sau organizatii , reteaua telefonica trebuie sa satisfaca cerintele tuturor categoriilor de utilizatori prin asigurarea unor niveluri calitative ridicate ,timp de acces si de deservire cat mai redusi, la un raport intre pret si calitate satisfacator.

II. LOCUL SI ROLUL TEHNIC AL UNUI SISTEM DE SEMNALIZARE DE ABONAT SI DE LINIE

Principalul obiectiv al retelei de telecomunicatii este acela de a schimba mesaje vocale de date video sau de alta natura, intre utilizatorii acesteia. Pentru indeplinirea acestor sarcini retelele de telecomunicatii sunt alcatuite in principal din trei componente :

statiile si echipamentele terminale;

mediile de transmisie cu echipamentele aferente lor (amlificatoare, codificatoare, receptoare, emitatoare,etc.) ;

entitati complexe (hard si soft) de comutare si semnalizare;

Comutatia este activitatea prin care pe baza de selectie mesajele sunt directionate catre statiile si terminalele utilizatorilor specificati. Pentru ca aceasta activitate sa se poata desfasura este necesara existenta unei activitati suplimentare numita semnalizare. Aceasta este o schimbare de mesaje de control si comanda intre cele doua componente(statii si terminale) .

Semnalizarile din reteaua de comutatie se clasifica dupa mai multe criterii. Din punct de vedere al canalului de transmisie utilizat, semnalizarile pot fi:

semnalizari asociate(care folosesc canalele de transmitere a mesajelor);

semnalizari pe canal semafor(folosesc canale speciale in acest scop);

Cand transmisia este analogica, semnalizarea asociata poate fi in banda daca spectrul de frecventa utilizat este cuprins in banda utilizata (pentru care canalul se preteaza foarte bine) sau in afara benzii, in caz contrar.

In cazul transmisiei digitale, semnalizarile sunt codate numeric si pot utiliza unul sau mai multi biti din cadrul intrevalului de timp alocat mesajului (canal virtual de comunicare sau circuit virtual), sau un anume bit dintr-un interval de timp(canal virtual de semnalizare) destinat special semnalizarilor.In primul caz avem semnalizari in canal virtual de comunicare, (echivalentul semnalizarii in banda de la transmisii analogice), iar in al doilea caz semnalizari in afara canalului virtual de semnalizare.

Transmiterea semnalizarilor se face prin intermediul liniilor de legatura din retea;din acest motiv, aceasta activitate trebuie sa se adapteze caracteristicilor electrice ale mediilor de propagare. In cazul retelelor ce utilizeaza transmisia analogica, semnalizarile se impart in :

semnalizari in curent continuu;

semnalizari in frecventa.

Semnalizarile in curent continuu reprezinta un caz special de

semnalizare analogica in afara benzii. Ele se intalnesc atat pe liniile de abonat cat si pe trunchiurile dintre centrale. Linia de abonat analogic reprezinta o bucla care este alimentata de la bateria centralei prin intermediul unei interfete de abonat, ca in Figura II.1.

Z I.A Centrala

Pereche

torsadata

TERMINAL Cu 0,40,8 mm I.A Interfata de

abonat

FigII1. Semnalizarea in curent continuu

Pe baza potentialelor (curentilor) determinate de activitatea contactului k centrala supravegheaza starea buclei (deschisa daca microreceptorul este in furca, si inchisa in caz contrar), sau receptioneaza impulsurile provenite de la discul de numerotare (adresare).Necesitatea respectarii unui curent minim de alimentare, precum si a detectarii corecte a impulsurilor de numerotare limiteaza lungimea liniilor de abonat la cativa Km.

Pe trunchiurile de legatura intre centralele de comutatie se utilizeaza mai multe forme de semnalizare in curent continuu precum : schimbarea polaritatii(reverse battery), curent maremic impulsuri, s.a.Ele se folosesc la detectarea schimbarilor de conditii ce au loc de obicei la partea chematoare( capul de origine) sau partea chemata(capul de destinatie).

Semnalizarile intalnite in retelele ce utilizeaza transmisia digitala multiplexata in timp, sunt atat de tipul in canal virtual de comunicare cat si in afara canalului virtual de comunicare.

CVn CVn CVn CVn

J.I J.E

A    B

Fig II.2. Semnalizarea in canal virtual de comunicare

CVn CVn CV semnalizare

J.I J.E

A    B

Fig II.3. Semnalizarea in afara canalului virtual de semnalizare

-simbol binar de semnalizare

-simbol binar utilizat de mesaj

J.I -sectiune de intrare

JE -sectiune de iesire

CV -canal virtual

Semnalizarile digitale ce folosesc cai de transmisie digitala ale mesajelor se numesc semnalizari digitale in banda. Avand aceleasi caracteristici cu cele a mesajelor digitalizate (modulate numeric) acest gen de semnalizari benificiaza de aceleasi posibilitati de transmisie la mare distanta(sute de Km) pe cabluri inzestrate cu repetoare sau prin unde radio.

Legaturile la mare distanta se realizeaza si prin transmisiuni analogice ce satisfac in special banda utila a mesajelor. Din acest motiv, semnalizarile ce utilizeaza astfel de linii analogice cuprind, pe langa mediile de propagare, echipamente de emise-receptie, regeneratoare , amplificatoare, etc., acestea desfasurandu-se in banda mesajelor prin intermediul unor tonalitati. In general se utilizeaza perechi de tonalitati pentru fiecare simbol. Acest procedeu permite folosirea de coduri detectoare de erori si reduce sansa generarii

accidentale de catre semnalele vocale.

In cazul terminalelor telefonice aceasta tehnica poarta numele de "Dual Ton Multi Frecventa"(D.T.M.F.) , si consta in transmiterea simultana, pentru fiecare simbol de pe claviatura, a doua tonalitati alese din doua grupe distincte de catre patru frecvente fiecare. Acest nou mod de semnalizare intre terminal si centrala a rezultat din dezavantajele pe care le avea sistemul de semnalizare clasic cu disc de apel si impulsuri in curent continuu. Aceasta intrerupere in curent continuu a buclei de abonat pentru scurte perioade, corespunzatoare numarului solicitat, este cunoscuta sub forma de semnalizare prin deconectarea buclei si in multe tari, sistemul functioneaza cu 10 impulsuri pe secunda, cu o pauza de 60*2/3 milisecunde si impulsuri de 33*1/3 milisecunde. Semnalul de eliberare produs de inchiderea postului abonatului se realizeaza prin desfacerea buclei de abonat si se distinge ca tip de semnalizare de pauzele dintre impulsurile de disc prin durata sa mai mare, in general, decat cateva sute de milisecunde. In Figura II.4. sunt prezentate conditiile de linie.

66*2/3 ms

33*1/3ms

>20 ms

angajare cifra 3 transmisa pauza cifra 2 transmisa eliberare

conditii in c.c.,circuit terminat de disc interdigit de disc

Fig II.4 Conditii de semnalizare de la un disc telefonic

Pentru semnalizarea pe trunchiuri (intre centre de comutatie) se recurge la un cod 2 din 6 (5) frecvente .Transmisia se poate realiza cu sau fara confirmare.In primul caz simbolurile sosite la destinatie sunt returnate sursei pentru a-i confirma corecta lor receptionare, precum si pentru a se informa cu posibitatile destinatarului de a indeplini actiunile cerute (stabilirea unei conexiuni, etc ).In al doilea caz, detectarea erorilor se realizeaza numai la destinatie, necesitand echipamente mult mai complexe. Acest dezavantaj este compensat insa de cresterea vitezei de transmitere.

Semnalizarile de supraveghere sunt unitonale;pentru a evita generarea lor de catre mesajele vocale(ceea ce ar conduce , de exemplu, la indicarea unui canal pe care "se vorbeste" ca fiind neutilizat), trebuie la detectie sa folosim filtre F.T.B. inguste a caror realizare practica ridica deseori probleme. Suplimentar , se introduce o intarziere in luarea deciziei pentru a se asigura ca frecventa semnalizarii persista pe o durata minima impusa.

Prezenta acestor filtre afecteaza transmisiile analogice, in special pe cele de date, aproape in aceeasi masura in care semnalizarea in C.V. de comunicare, perturba transmisiile digitale. Pentru a evita acest neajuns, precum si pentru a oferi semnalizarilor capacitati sporite de transmisie, se dezvolta retele speciale dedicate semnalizarilor pe canal semafor. Capacitatea unui astfel de canal depaseste cu mult nevoia de semnalizare corespunzatoare unui trunchi, chiar in conditiile cresterii numarului de semnalizari implicate de un serviciu. De aceea , pentru activitatile de pe mai multe trunchiuri, se aloca un singur canal semafor. Aceasta "concentrare" a semnalizarilor a condus la disocierea acestora de caile de comunicatie. Astfel, semnalizarile intre doua noduri de comutatie, nu utilizeaza in mod necesar aceleasi trasee ca si apelurile ,mesajele, etc. , clientii retelei in general.

Alte tipuri de semnale utilizate in semnalizarea telefonica sunt :

Semnalul de acceptare este de fapt inceputul semnalului de disc.Un terminal liber este indicat de inceputul semnalului de apel.

Semnalul de raspuns este marcat de incetarea semnalului de acceptare.

Semnalizarile de jonctiuni intr-o centrala telefonica semnalele de control pot fi clasificate in doua categorii:

semnale de linie care controleaza angajarea , raspunsul si intreruperea unui apel;

semnale de registru (sau semnale de intrare) care sunt folosite in timpul angajarii apelului.

Intr-un sistem telefonic se folosesc de regula doua tehnici de transmitere a acestor semnale, deoarece semnalele de linie pot fi transmise in orice moment al apelului, dar semnalele de registru sunt transmise doar in faza de stabilire a legaturii. De asemenea semnalele de registru contin mai multre informatii decat semnalele de linie. Aplicarea principiului subdiviziunii functionale a dus deseori la obtinerea unor subsisteme pentru semnalele de linie si de registru. In acest caz , subsistemul pentru semnalizarea de linie este conectat permanent la jonctiunea de linie, pe cand sistemul pentru linie si de registru este conectat nimai la cerere (anumite semnale de linie indica momentul cand subsistemele de registru sunt necesare). Cel mai simplu mod de a transmite semnalele de registru este sa se foloseasca semnale de deconectare a buclei si sa le transmitem cu ajutorul sistemului de semnalizare de linie.Aceasta metoda este larg folosita, dar este lenta si are un alfabet limitat la 10 digiti zecimali. O tehnica de transmisie mai rapida si mai flexibila si care este folosita pe scara larga este semnalizarea in multifrecventa (m.f.c.). Exista deja un numar de astfel de sisteme in functiune in lume, dar toate folosesc combinatii de doua frecvente in banda, selectate din 5 sau 6 frecvente posibile. Aceasta conduce la un alfabet de 10 pana la respectiv 15 digiti posibili. De notat ca semnalele de multifrecventa pentru semnalizarea de jonctiuni folosesc toate combinatiile posibile din cinci sau sase tonuri, fata de un ton dintr-un grup de patru tonuri si unul din altul, ca in cazul semnalizarii intre terminal si discul de comutare. De asemenea, frecventele utilizte sunt diferite in cele doua cazuri.

Sistemul de semnalizare elaborat de Bell Laborators pentru a fi folosit ontre centralele de comutatie din America de Nord, a carui versiune internationala este cunoscuta la C.C.I.T.T. sub denumorea de sistemul R1, foloseste sase frecvente. In reteaua nationala sunt folosite 12 din cele 15 combinatii posibile. Cele doua semnale peste cei 10 digiti zecimali sunt folosite pentru a indica inceputul si sfarsitul secventei digitilor. Detectarea cu o buna siguranta a semnalului este posibila cu impusuri de 60 milisecunde si pauze de 80 milisecunde, astfel ca cei 10 digiti ai codului de rutare pot fi transmisi in 12*120 ms, adica mai putin de 1,5 secunde.

In sistemul international R1, toate cele 15 semnale digitale sunt folosite.

Un sistem mai recent, asa cum a fost definit de C.C.I.T.T. este sistemul R2. Acesta produce o semnalizare bidirectionala de mare capacitate si este destinat a fi folosit si in sistemul national si international. In sistemul R2, frecventele sunt la distantele de 120 Hz intre ele si sunt in domeniile:

1380 la 1980 Hz, pentru semnalizarea "inainte"

540 la 1140 Hz, pentru semalizarea "inapoi"

Semalizarea inapoi permite un repertoriu mult mai larg pentru semnalele de control. Sistemul de semnalizare R2 contine posibilitatea "deplasarii", care determina o crestere si mai mare a repertoriului de semnalizare.

In cazul sistemului de semnalizare intre abonat si centrala (intre treminal si sistemul de comutare), se foloseste un sistem de codare diferit de cel folosit pentru semnalizarile intre centrele de comutatie, asa numitul sistem D.T.M.F. (Dual Ton Multi Frecventa). Specificul acestui sistem il constituie formarea cifrei de apel prin combinatia a doua frecvente transmise simultan in linie. La receptie, un echipament specializat va transforma aceste combinatii de frecvente in cod binar si va comanda prin intermediul registrului de selectie si a campului de comutatie, trimiterea semnalului de apel catre abonatul chemat.

Semalele transmise in linie, corespunzatoare formarii numerelor de la tastatura, constau in perechi de tonuri. Cifrele corespunzatoare numarului format sunt codificate prin intermediul unor combinatii de frecvente din spectrul vocal. Cele opt frecvente sunt impartite in doua grupuri: de frecvente joase, LG (Low Group), si de frecvente inalte, HG (High Group), in combinatii intrand cate o frecventa din fiecare grup.

Primul grup (LG) cuprinde frecventele de 697, 770, 852 si 941 Hz, iar al doilea grup frecvantele de 1209, 1336, 1477 si 1633 Hz. Rezulta in final 16 posibilitati de perechi de tonuri, dintre care unele pot fi folosite si pentru semnale de control aditionale. Uneori, cand se folosesc numai 10

sau 12 butoane, frecventa de 1633 Hz este omisa. In practica, se construiesc receptori DTMF care recunosc perechile de tonuri de 40 milisecunde. Permitand 40 milisecunde pauza intre digiti, este posibil un debit de aproximativ 12 digiti/secunda.

Combinatiile de frecvente utlizate in semalizarea DTMF sunt date in

tabelul II. 1:

LG = Low Group (grupul de frcvente joase)

HG = High Group (grupul de frecvente inalte)

Tabelul II.1 Frecvente utilizate in semnalizarea DTMF si combinatiile lor

Repartizarea perechilor de tonuri pentru fiecare taste a telefonului este mai

clar evidentiata in Figura II.5

1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz

697 Hz 2 3

770 Hz 4 5 6

852 Hz 7 8 9

941 Hz

Butoane utilizate pentru functiuni speciale

Fig II.5 Schema si codul de frecvente pentru un telefon cu claviatura

Sistemul de semnalizare DTMF, prin avantajele sale (viteza de transmisie mare a cifrelor, siguranta ridicata in functionare, s-a impus net in defavoarea celui clasic cu intreruperea buclei de abonat.

Sistemul clasic are o probabilitate mare de eroare a formarii unui numar si o viteza scazuta de transmitere a numarului catre centrala, ceea ce s-a transpus in practica prin folosirea pe scara tot mai larga a echipamentelor de semnalizare DTMF.

Structura unui sistem de transmisie/receptie DTMF este complexa, el putand fi realizat sub forma integrata sau semiintegrata, dupa cum filtrele sunt cu capacitati comutate sau cu amplificatoare operationale in structura de filtre active.

Modul in care au evoluat sistemele de semnalizare multifrecventa , precum si cateva solutii posibile pentru realizarea unui echipament de receptie DTMF sunt prezentate in capitolul care urmeaza.

III. STUDIUL TEHNICO-ECONOMIC AL SOLUTIILOR POSIBILE PENTRU UN RECEPTOR DE TIP DTMF

Inca din 1957 , compania Bell Telephone Manufacturing a fost inclusa in CCITT (Comitetul Consultativ International de Telegrafie si Telefonie) pentru a creea specificatiile initiale ale inregistrarii sistemului multifrecventa R2. Ulterior , multe alte organizatii si Administratii au pus in aplicare echipamente telefonice care foloseau doua sau mai multe frecvente pentru a transmite informatii la abonat sau a permite schimb de informatii la centrala. Urmare a acestor eforturi timpurii , o evolutie dramatica s-a produs in tehnologie , in metodele de proiectare si in fabricarea componentelor.

Primul echipament, construit in 1958 , folosea tranzistoare cu germaniu si circuite foarte simple de filtrare. Cativa ani mai tarziu, o multitudine de plane de control , au fost introduse , dar circuitele au fost mai degraba complexe, si foloseau componente discrete. Mai recent, filtrele active au fost realizate cu bobine, rezultand un cost mai redus si echipamente mult mai compacte.

In ultimele doua decenii, memoriile RAM(read -only memory) au devenit in mare masura disponibile si o alta revolutie importanta s-a produs in acest domeniu.Aceste memorii au dat posibilitatea ca filtrarea sa se ridice la performantele calculelor matematice, de aceea astfel de sisteme de filtrare de mare calitate pot fi astazi realizate destul de ieftin. Proiecte de filtre care in trecut solicitau mai mult de o suta de bobine au devenit acum practice; mai mult, astfel de filtre au importante proprietati cum ar fi : caracteristici cu pante foarte abrupte, faza lineara si intarzieri de grup minime. Alte avantaje sunt acelea ca se pot realiza filtre multibanda, si ele pot fi multiplexate. De asemenea aceasta metoda ofera multe posibilitati noi pentru a elabora si alte metode de control.

In concluzie, tehnica filtrelor cu raspuns la impuls infinit ofera noi echipamente in cod multifrecventa (MFC) , cu performante de transmisie imbunatatite, la un cost rezonabil care pot fi folosite cu standardele hardwere pentru R2,R1,Socotel,No5,tastatura,etc.

Principiul filtrului digital FIR:

De baza sunt doua tipuri de filtre digitale :

cu raspuns la impuls infinit (IIR infinite impulse response) sau filtre recursive;

cu raspuns la impuls finit (FIR finite impulse response) sau filtre recursive;

Primele pot introduce o oarecare instabilitate sau probleme de toleranta datorita erorilor de rotunjire produse de multiplicare. Deoarece filtrul FIR este nerecursiv (nu are poli) el e conditionat stabil.

In Figura 1 este data schema unui filtru FIR ce incorporeaza un registru de deplasare. Esantioanele PCM (pulse code modulation ) intra in registrul de deplasare cu o frecventa de tact egala cu frecventa de esantionare. Semnalul la fiecare priza a registrului este multiplicat cu un coeficient constant si rezultatele sunt adunate pentru a obtine semnalul de iesire din filtru.

Fig III. 1. Schema filtrului digital FIR bazat pe un registru de deplasare

In aceasta schema, un nou esantion intra in registru, si la fiecare impuls de tact rezulta un nou semnal de iesire, dar la fel ca intrarea , semnalul de iesire este un semnal esantionatdar cu un spectru de frecventa diferit.

Raspunsul in frecventa al sirului poate fi calculat folosind transformata Z

H(Z)=C₀ +C₁Z^-1 + C₂Z^-2 + + C_nZ^-n

unde:

Z - exp(jwT)

w - frecventa in radiani s^-1

T - intervalul de esantionare (125ms pentru PCM)

C₀, C₁, C₂,, C_n - coeficientii filtrului ca in Fig. 1

Coeficientii filtrului au fost calculati folosind metoda Cerbasev. Raspunsul in frecventa al filtrului poate fi modificat foarte simplu prin modificarea coeficientilor si a lungimii filtrului,(adica numarul de prize de la registrul de deplasare- cu cat filtrul este mai lung, cu atat se pot obtine pante mai abrupte ale raspunsului in frecventa). Astfel se pot realiza filtre cu multiple benzi de trecere si de oprire.

Desi schema din Figura 1 , e relativ simpla, ea nu a fost niciodata realizata practic. In mod normal, tehnica aratata in Figura 2 este folosita, functional este ca cea din Figura 1, dar e mult mai potrivita pentru realizarea hardware.

Fig II. 2. Realizarea practica a filtrului digital FIR.

Toti coeficientii sunt inmagazinati in memoria programabila ROM (read only memory) numita banca de coeficienti.In Figura 1 fiecare esantion de intrare este inmultit consecutiv cu fiecare coeficient intr-o perioada egala cu "n" cadre. Iesirea este suma celor n+1 consecutivi termeni, toti fiind adunati simultan.

In Figura 2 fiecare esantion de intrare este imediat inmultit cu toti coeficientii din banca de coeficienti si cele n+1 rezultate sunt insumate (acumulate) in n+1 locatii de memorie RAM (random acces memory).

Fiecare acumulator de memori individual (sau locatie RAM) in final contine suma rezultatelor a n+1 esantioane consecutive inmultite cu n+1 coeficienti. Dupa ce rezultatul final este extras (dupa insemnarea rezultatului pentru coeficientul n+1) , un acumulator este resetat, astfel ca poate incepe o noua acumulare ( insumare). Acelasi proces se intampla in toate sumatoarele , dar decalat in timp, astfel ca se obtine un flux continuu de iesiri (rezultate).

Avantajele medodei a doua, Figura 2, comparativ cu prima ,Figura 1, sunt:

- este cerut un singur multiplicator;

- harware-ul filtrului poate fi utilizat in timp divizat de mai multe filtre prin cresterea vitezei si marimii bancii de coeficienti si de acumulatori cu un factor egal cu numarul de filtre.

- hardware-ul filtrului poate fi utilizat in timp, divizat de mai multe filtre prin cresterea vitezei si numarului de acumulatoare cu un factor egal cu numarul canalelor de intrare.

- daca o iesire nu este ceruta pentru fiecare intrare noua rata de repetitie la iesire poate fi scazuta cu un anumit factor, prin urmare scad viteza si numarul de acumulatoare de acelasi numar de ori.

In acest mod, receptorul digital propus lucreaza in modul cu timpul divizat pentru 16 canale de intrare cu 16 filtre pe canal; sunt disponibile 512 acumulatoare. Rata de repetitie la iesire e valabila si depinde de legatura filtrului. De exemplu pentru registrul de deplasare cu 128 prize, rata de repetitie este de 8 ms.

LOGICA DE DECIZIE

Dupa iesirea din filtre e necesara o evaluare pentru a verifica daca semnalele cerute sunt prezente si in anumite limite specificate. Decizia daca un semnal (in general o pereche de frcvente) e prezent sau nu depinde de o multime de criterii aplicate iesirilor din filtrele digitale) . Acest set de criterii este desigur diferit pentru fiecare tip de semnalizare. Pentru semnalizarea R2 se pot rezuma urmatoarele :

- sunt cele doua iesiri maxime din filtre in domeniul de nivele cerut ?

- este diferenta de nivel intre cele doua iesiri maxime nu prea mare ?

- aparitia sau disparitia semnalului persista pentru un timp suficient de lung (adica nu e un fenomen tranzistoriu ?)

- cele doua iesiri maxime corespund la o combinatie de frecvente valida ? La care dintre ele corespund cele doua iesiri ?

- produc imitatiile de semnale multifrecventa datorate secventelor intermediare un raspuns in cele doua filtre adiacente (alaturate) ?

- este acceptabil raportul semnal/zgomot calculat ?

Numai daca toate aceste criterii sunt indeplinite se modifica iesirea din logica de decizie.

Logica de decizie este diferita dupa cum este vorba de detectia aparitiei sau dispozitiei semnalului. In mod normal criteriile care genereaza dispozitia sunt mai putin stringente (adica au limite mai largi) decat cele pentru recunoasterea in scopul evitarii detectiei semnalelor intrerupte cand o mica perturbatie are loc (de exemplu fluctuatile de nivel sau un varf de semnal).

Pentru semnalizarile R1 si Nr.5 , logica de decizie este similara pentru R2. Pentru semnalizarile cu taste , functia principala a logicii de decizie este sa asigure imunitate buna la voce. Pentru Socotel, logica de decizie ia in considerare ca fie o pereche de frecvente poate fi primita, sau numai frecventa de confirmare. Indiferent de aceste diferente, variatele sisteme de semnalizare folosesc acelasi hardware deoarece logica de decizie este standardizata.

TEHNOLOGIA

Receptoarele multifrecventa digitale (Figura 8) sunt construite intr-un bloc independent avand 16 canale de intrare pe doua placi imprimate. O placa contine partea de filtre digitale iar cealalta logica de decizie si circuitul de ceas.

Logica de decizie este de fapt un mic microprocesor cu memorie PROM asociata ale carei 2048 de linii de 24 biti continand programul firmware. El poate fi programat pentru mai multe tipuri de semnale multifrecventa cum sunt R1, R2, si Nr.5 , Socotel si DTMF. Estimarea puterii este facuta tot de microprocesor.

Receptoarele digitale au propriile generatoarele de tact. Ele folosesc un ceas extern distribuit de 8 MHz si impulsuri de sincronizare pentru a sincroniza divizoarele cu ceasul centralei.

Partea de filtre numerice lucreaza in timp divizat pentru 256 de filtre (16 filtre pe canal). Daca este un semnal PCM care e pseudologaritmic, este convenabil sa folosim un multiplicator logaritmic. Convertorul PCM-logaritmic va corecta semnalul PCM pentru a obtine un adevarat semnal logaritmic. Banca de coeficienti contine coeficienti logaritmici . Dupa multiplicarea logaritmica, semnalul este convertit intr-o forma lineara inainte de a fi acumulat.

Banca de coeficienti este de fapt dubla si poate fi comutata cu un bit extern de "mod" ; aceasa este folosita in semnalizarea R2 pentru receptionarea semnalelor inainte sau inapoi. Banca de coeficienti este o memorie PROM in care coeficientii corespunzatori tipului de semnalizare, pot fi memorati. Receptorul este prevazut si cu intrare pentru impulsuri de disc , astfel ca se poate analiza un receptor combinat DTMF/puls.

Lungimea filtrului si rata de repetitie a iesirii filtrelor este variabila si controlata tot de catre microprocesor.

Fig III. 6 Receptor digital multifrecventa pentru 16 canale.

PERFORMANTELE SISTEMULUI

In sistemele multilplex , performantele pot fi exprimate prin mai multi factori. In opinia noastra doi factori importanti determina calitatea echipamentului: sensibilitatea la zgomot si rata de imitatie. De obicei ambii factori sunt in conflict unul cu altul si trebuie realizat un compromis. Orice echipament sau tehnologie are o solutie de compromis optima. In cazul de fata problema este cat de mult zgomot pote tolera echipamentul multifrecventa inainte ca reteua sa-si piarda functia de transmitere corecta a informatiilor.

SENSIBILITATEA LA ZGOMOT

Nu se cunoaste exact cate surse de zgomot exista, dar pentru semnalizarea telefonica DTMF cea mai importanta este vocea umana care intra in microfon in perioadele dintre formarea cifrelor de la tastatura de catre abonat. Pentru semnalizarile intre registre, cele mai importante surse de zgomot sunt centralele, in special daca apelul trece prin echipamente de comutatie electromecanice. Oricare ar fi sursa, zgomotul distorsioneaza semnalul multifrecventa aparand digiti suprapusi sau dublatii. Sensibilitatea la zgomot a receptorului este nivelul zgomotului raportat la nivelul semnalului receptionat, fara a exista vreo interactiune intre ele.

IMITAREA SEMNALELOR

Zgomotele si vocea pot de asemenea imita semnalele multifrecventa. Pentru sistemele de semnalizarede la tastatura, rata de imitatie este specificata de CEPT (Conferinta Europeana de Posta si Telecomunicatii ). Pe de alta parte , semnalizarile R2 depind mai mult de Administratiile nationale si de performantele existente in retelele de telecomunicatii. In Belgia de exemplu, se face o foarte buna verificare a ratei de imitatii deoarece semnalizarea multifrecventa este folosita pentru a transmite informatii de taxare, astfel ca greselile sunt raportate.

Nu s-au standardizat liste de laborator pentru performantele sistemelor multifrecventa, deoarece nu exista inca specificatii sau standarde de referinta pe deplin acceptate de CEPT si CCITT.

Zgomotul aparut in retelele din intreaga lume depinde de multi factori. In cazul semnalizarii telefonice de la tastatura, vocea este zgomot; de asemenea trebuie luate in considerare diferentele intre limbi. Intr-adevar in acest tip de aplicatii, zgomotul de la mai multe surse intra in aport. In semnalizarea interregistrii o multime de contacte sunt folosite; uscate sau ude, acestea interfera cu semnalizarea . Deoarece in practica foarte rar, sau deloc, retelele respecta specificatiile referitoare la zgomot, este important de cunoscut recomandarile privitioare la imitatii , unde nivelul de zgomot acceptabil este cat mai mare posibil.

In orice caz, cum s-a mentionat deja, pentru orice echipament trebuie obtinut un compromis optim intre sensibilitatea la zgomot si rata de imitatie a semnalului.

O incercare de imbunatatire a ratei de imitatie face ca receptorul sa devina mult prea sofisticat.

Deoarece in lume exista mai multe standarde internationale, in Belgia exista benzi inregistrate in conditii extreme care sunt folosite ca benzi de test. Procedurile si metodele de test pentru semnalizarea de la tastatura si interregistre este foarte asemanatoare: pentru semnalizarea telefonica cu tastatura rezultatele sunt date in tabelul III.1.

Tabel III.1.

1) Rata de imitatie este numarul de imitatii trecute prin echipament cand I se plica 100 ore de vorbire luate de pe o linie normala.

2) Raportul semnal/zgomot este diferenta minima in dB, intre nivelul semnalului si nivelul zgomotului; pentru aceasta este necesar sa evitam interferenta cu semnalul.

3) Aceste rezultate de fapt sunt bazate pe un prototip de receptor de semnalizare de la tastatura in cod DTMF.

Solutia de receptie DTMF prezentata pana acum este una de varf si ea nu poate fi implementata practic decat in laboratoare de specialitate, folosind o tehnica de varf si un inalt grad de pregatire a personalului. Exista si solutii mai simple, a caror punere in practica este mult mai usor de realizat, necesitand cunostinte tehnice mai putine si care se pot construi cu componente discrete de larg consum, usor de procurat. Bineinteles, performantele tehnice sunt net inferioare solutiei propuse anterior, dar scopul principal al acestei lucrari - anume acela de a intelege rolul si functionarea unui receptor DTMF - poate fi mai usor de indeplinit.

Asadar, vom incerca proiectarea receptorului DTMF folosind urmatoarea schema bloc :

Fig III. 7 Receptor DTMF cu filre active si 8 canale.

Descrierea schemei

Semnalul DTMF intra mai intai in grupul de filtre directionale FTJ si FTS, care imparte frecventele in doua grupuri: HG (High group) si LG (Low group). Dupa aceasta urmeaza un set de 8 F.T.B., fiecare avand secventa centrala una din cele 8 frecvente utilizate in receptionarea DTMF. Fiecare F.T.B. este urmat de un detector care realizeaza detectia frecventei corespunzatoare fiecarui filtru in parte. Detectoarele sunt urmate de catre un F.T.S. pentru a elimina eventualele frecvente inalte sau produse de intermodulatie, aparute in urma procesului de demodulare. Toate iesirile F.T.S. intra apoi intr-un decodor, care pe baza combinatiilor starilor de pe intrarile sale va da la iesire un cod binar corespunzator perechii de tonuri aplicate la intrarea receptorului DTMF.

Filtrele folosite sunt structuri de filtre active cu amplificatoare operationale si pot avea o multitudine de forme de realizare. Detectoarele folosite pot fi detectoare de amplitudine sau frecventa de tipul comparatoare- lor sau circuitelor P.L.L..

IV. CONDITII TEHNICE PENTRU SOLUTIA ADOPTATA

Pentru o corecta functionare, un receptor DTMF trebuie sa indeplineasca o serie de parametri , specificati si in cataloage. O corecta decodificare a perechilor de tonuri, in codul binar corespunzator cifrei respective, se poate face numai daca receptorul recunoaste exact perechile de tonuri primite. Aceasta este realizata cu ajutorul unor filtre care pot fi implementate sub diverse forme ;rezulta de aici necesitatea asigurarii unor caracteristici foarte bune pentru acestea cu atenuari suficient de mari pentru a elimina orice posibilitate de receptionare eronata a perechilor de frecvente.

In cazul unor filtre cu pante mai putin abrupte, semnalele vocale cu frecvente apropiate de cele folosite de sistemul DTMF pot fi interpretate de receptor ca fiind corecte si decodificate ca atare, conducand la erori. Se pune deci problema realizarii unor filtre performante, cu caracterisici cat mai abrupte, la preturi si gabarite cat mai mici. Tinand cont si de unele specificatii de catalog, au rezultat urmatoarele caracteristici tehnice pentru solutia adoptata:

- FTJ si FTS directionale de la intrare vor trebui sa introduca o atenuare de 40 dB fata de grupul de frecvente vecin, ca in fig IV. 1.

[dB]

0 FTJ FTS

-40 [Hz]

697 941 1209 1633

Fig IV. 1. Caracteristicele idealizate ale FTJ si FTS

FTB vor trebui sa introduca o atenuare de 20 dB fata de frecventele vecine frecventelor centrale ca in fig IV. 2.

[dB]

-20 [Hz]

1336 1477 1633

Fig IV. 2. Caracteristica idealizata pentru un FTB (pentru f= 1477 Hz)

In cele ce urmeaza, vom proiecta aceste filtre avand in vedere parametrii tehnici mentionati anterior, dar urmarind si obtinerea unui gabarit si cost acceptabile.

V. PROIECTAREA UNOR SUBANSAMBLE SPECIFICE RECEPTORULUI DTMF

5.1. Proiectarea F.T.J si F.T.S directionale de la intrarea receptorului DTMF

5.1.1. proiectarea F.T.J.( filtrul trece-jos directional)

Dupa cum este specificat in cataloage, FTJ si FTS directionale de la intrare trebuie sa asigure o rejectie cu 40 dB fata de grupul de frecvente vecin. Vom incerca realizarea filtrului cu ajutorul celulelor trece-jos directionale de gradul doi de tip Butterwarth.

Schema unui FTJ-ARC de gradul doi este:

Atenuarea unei astfel de celule arata ca in figura urmatoare :

a=20 lg U1/U2

40 dB/dec

12 dB/oc

3dB

w

Functia de transfer este:

H(s)= U1/U2 = [(G1G2)/(C1C2)] / [ s² + +(G1+G2)s/C1+(G1G2)/(C1C2) = 1/(s² + 2 s +1)

Din calculele rezultate m=19 (gradul filtrului), adica avem nevoie de N=(19+1)/2=10 celule de gradul doi pentru a obtine atenuarea dorita. Aceasta ar fi:

a(w) = 10 lg [1+(1209/941)^19*2] = 43,53 dB

a(w)[dB]

43,53

3 f [Hz]

941 1209

1 1,284803 w = f / f_t

Dupa cum se vede , numarul de celule rezultat este foarte mare si solutia valizarii filtrului trece-jos in acest mod este total neeconomica (gabarit mare si un cost foarte ridicat) . Din aceste motive vom opta pentru o solutie mai eficienta in sensul ca vom folosi numai patru celule FTJ, de gradul doi impreuna cu o celul FOB( filtru opreste-banda) care sa imbunatateasca panta in zona frecventei vecine (1209 Hz).

Schema unei celule FOB este urmatoarea:

cu 1 / R3 = G3 = G1 + G2

C3 = C1 + C2

Atenuarea introdusa de aceata celula este ilustrata in figura urmatoare :

a(w

3dB

1 w

Functia de transfer va fi:

H(s) = U₂ / U₁ = k(C₁C₂s² +G₁G₂)

C₁C₂s² +[C₁ + C₂)G₂ +(G₁+G₂)C₂(k-1)]s + G₁G₂

Identificand aceasta functie de transfer cu functia de transfer a unui FOB de tipul :

H_FOB(s) = s²+1

s² + 1 s + 1

Q

rezulta setul (posibil) de relatii de proiectare :

K₁ = 1

C₁ = C₂ = 1

C₃ = 2

G₁ = 2Q

G₂ = 1 / 2Q

G₃ = 2Q + 1/ 2Q

Deoarece H_FOB(jw 1 - w

w + j w j

rezulta ca:

a_FOB(w) = 20 lg H_FOB(jw) ^-1 = 20 lg (1-w w j =

1-w

= 10lg w w (1/Q² -2) +1

(1 - w

Avand in vedere cele mentionate anterior, vom valiza filtrul trece-jos dupa cum urmeaza:

a_FTJ [dB]

2 FTJ cu patru celule

f[H₂]

a_FOB[dB]

1 f[H₂]

a_FTJ[dB]

FTJ care rezulta

3 f[H₂]

1209

FTJ cu patru celule vatrebui sa introduca la frecventa de taiere , (941 Hz) o atenuare de 2 dB. Atenuarea la f=1209 Hz va fi:

a(w) = 10 lg [1+ (1209/941)¹⁶] =17, 41 dB

FOB trebuie sa introduca la frecventa de taiere o atenuare de 1 dB, pentru ca impreuna cu 2dB ai filtrului trece-jos cu patru celule sa rezulte 3 dB la frecventa de taiere pentru FTJ final.

5.1.1.1. Proiectarea filtrului trece-jos cu patru celule

Dupa cum se stie, fiecare celula FTJ, introduce la frecventa de taiere o atenuare de 3 dB fiecare. In cazul nostru, toate cele patru celule, trebuie sa introduca impreuna o atenuare de numai 2 dB la frecventa de taiere.

Avem a(w)= 10 lg (1 +w ) rezulta: h_t =f_t / f_o = ⁴ 10 ^Da/10

a =20 lg | U₁/U₂|

3dB

Da= 0,5dB

h_t

In cazul nostru avem Da =2 dB / 4 celule = 0,5 dB pentru o celula

h_t

rezulta f_o = f_t / h_t = 941 Hz / 0,591025 =1592 Hz

Valorile elementare ale filtrului trece-jos se calculeaza in raport cu frecventa f_o prin denumirea valorilor calculate anterior. Pentru aceasta alegem valoarea rezistentei de normare R_o =10 Kr . Aceasta alegere am facut-o ,stiind ca pentru un amplificator operational bA 741 rezistentele de intrare si iesire au valori tipice de I Mr. respectin 100 r si considerand R_o = 10 KW , capacitatea de memorare se calculeaza cu relatia :

Co=1 /woRo = 1 / 6, 28* 1592 * 10⁴ = 10 ^-8 =10 mF

Rezulta R₁ = R₂ =R₀ = 10 K W

C₁ = C₀ 2 = 14,14 mF

C₂ = C₀/ 2 = 7,07 mF

Schema unei singure celule este :

Filtrul trece jos este construit din patru celule identice cu cea de sus legate intre ele in cascada.

5.1.1.2. Proiectarea filtrului opreste-banda

La acest filtru, aliura caracteristicii, mai lenta sau mai abrupta, depinde de factorul de calitate Q conform relatiei de mai sus.

a_FOB(w) = 10lg w w j

(1 - w

In cazul nostru, celul FOB trebuie sa introduca la frecventa de 941 Hz o atenuare de numai 1 dB, polul sau fiind axat la 1209 Hz.

a(w

1 dB

941 1209 f[Hz]

w=f/fo

0,778329 1

Punem conditia:

10lg w w j -2) +1 =1 si rezulta

(1 - w

[0,778⁴ + 0,778²(1/Q² - 2) +1] / [(1- 0,778²)²] = 10^0,1=1,2589

Din calcule rezulta Q=3,88

Daca alegem Ro=10 K Ohni si fo=1209 Hz, atunci

Co=1 / woRo =1 / 6,28 *1209 * 10⁴ =13,17 mF

Valorile denormate ale elementelor celulei FOB sunt:

C₁=C₂=C₀ =13,17 mF

C₃=2C₀= 26,34 mF

1/R₁=2Q T R₁=1/2Q TR₁=R₀/2j W

1/R₂=2Q T R₂=1/2Q TR₂=R₀/2j= 10⁴ * 2 * 3,88= 77,6 KW

1/R₃=1/R₂+1/R₁TR₃=1260 W

Schema FOB cu valori denormate este :

In final, FTJ directional de la intrarea receptorului DTMF va avea urmatoarea schema:

5.1.2. Proiectarea FTS (filtru trece sus-directional)

Si acest filtru trebuie sa asigure o rejectie cu 40 dB, fata de grupul de frecvente vicin. Vom incerca proiectarea lui de asemenea cu celulele de gradul doi de tipul Butterworth.

Un FTS obtine dintr-un FTJ facand transformarea RC : CR , dupa cum urmeaza:

RC:CR

T

Pentru functia de transferse face transformarea:

s 1 / s

H_FTJ(s) = 1 T H_FTS(s) = s²

s² + 2s +1    s² + 2s +1

Atenuarea unei celule FTS este ilustrata in figura urmatoare:

a=20 lg U₁ / U₂

- 40 dB/dec

3 dB

1

Din analiza structurii FTS rezulta ca:

H_FTS(s) = s² = s²

s² + [( G₂ / C₁) + (G₂ / C₂)]s + G₁G₂ / C₁C₂ s² + 2s +1

Rezulta echivalenta :

G₁G₂ / C₁C₂ =1 ( G₂ / C₁) + (G₂ / C₂) =

Daca C₁ = C₂ = 1 T R₁ = 1 / 2 ; R₂=

Formula atenuarii (pentru o celula FTS de gradul doi) devine :

a(w) = 10 lg | U₁(jw) / U₂(jw) | = 10 lg ( 1 + 1/w

Revine acum problema intalnita in proiectarea filtrului trece-jos, atenuarea introdusa de o singura celula este mult prea mica; de aceea este necesar sa conectam mai multe celule de gradul doi in cascada . Calculam numarul de celule necesar cu relatia (1'):

a(w) = 10 lg ( 1 + w²ⁿ) , unde

n = gradul filtrului ;

w = f_t/f , f= frecventa la cere se calculeaza arenuarea;

f_t= frecventa de taiere a filtrului;

Punem conditia

a(w) = 10 lg (1+ w²ⁿ

sau

lg (1+w²ⁿ

sau

lg [ 1+(1209/941)²ⁿ] = 4

Efectuand calculele rezulta n = 19 celule . Dar o celula are gradul doi, T

T N = (19+1)/2 = 10 celule. Bineinteles ca solutia realizarii filtrului trece sus, inseriind 10 celule de grad doi nu convine; de aceea el poate fi realizat dintr-un FTS cu patru celule urmat de un FOB, dupa cum este evidentiat mai jos:

a_FTS[dB]

FTS cu patru celule

f[Hz] a_FOB[dB]

FOB

a_FTS[dB] 941 1209 f[Hz]

FTS care rezulta

FTS cu patru celule va trebuii sa introduca la frecventa de taiere ( 1209 Hz) o atenuare de 2 dB.

FOB trebuie sa introduca la frecventa de taiere(941 Hz) o atenuarede 1 dB, pentru ca impreuna cu cei doi dB ai filtrului trece-sus cu patru celule sa rezulte 3 dB la frecventa de taiere pentru FTS final.

5.1.2.1. Proiectarea filtrului trece-sus cu patru celule

Fiecare celula a FTS introduce la frecventa de taiere o atenuare de 3 dB fiecare. In cazul nostru, toate cele patru celule trebuie sa introduca impreuna o atenuare de numai 2dBla frecventa de taiere, adica 0,5 dB fiecare.

Deoarece :

a(w) = 10 lg (1 + 1/w T Da = 10 lg (1+ 1/ h_t

rezulta :

h_t ^Da/10 -1 = f_t/f₀

In cazul nostru : Da = 2dB / 4 celule = 0,5 (pentru o celula)

a= 20 lg | U₁ / U₂ |

3 dB

0,5 dB

h_t

Avem : h_t

rezulta : f₀ = f_t * h_t = 714 Hz

Valorile elementelor filtrului trece-sus se calculeaza in report cu frecventa f₀. Alegem valoarea de normare R₀ = 10 KW W

Capacitatea de normare este :

C₀= 1/ w R₀ = 1/ 6,28 * 714 * 10⁴ = 22,3 nF

Rezulta :

C₁=C₂=C₀ = 22,3 nF

R₁=R₀/ 2 = 7,07 KW

R2=R₀ 2 = 14,14 KW

Scema unei celule FTS este :

Filtrul trece-sus cu patru celule va contine patru structuri identice cu cea de mai sus legate in cascada.

5.1.2.2 Proiectarea filtrului opreste-banda

Vom proiecta acest filtru tinand seama ca acesta trebuie sa introduca o atenuare de 1 dB la frecventa de 1209 Hz, polul sau fiind central la frecventa de 941 Hz :

a(w

1dB

941 1209 f [Hz]

1,2848 w=f/f₀

Punem conditia :

10 lg w w (1/Q² - 2) + 1 = 1

(1 - w

sau : 1,28⁴ + 1,28² ( 1/ Q² - 2) +1 = 10^0,1 =1,2589

Din calcule rezulta Q=3,88.

Daca alegem R₀ = 10 KW si f₀=941 Hz , atunci

C₀ = 1 / w R₀ = 16,9 mF

Valorile denormate sunt urmatoarele :

C1=C2=C0 = 16,9 nF

C3=2C0=33,8 mF

R1=R0/2Q = 1288 W

R2=R0*2Q=77,6 KW

R3=R1R2 / R1R2=1260 W

Schema FOB cu valori denormate va fi :

In final, FTS directional de la intrarea receptorului DTMF va avea urmatoarea schema:

5.2. Proiectarea unuia dintre cele 8 FTB din cadrul unui receptor DTMF

Pentru exemplificarea proiectarii am ales filtrul trece banda care are frecventa centrala de 1477 Hz. Acest filtru va fi realizat cu ajutorul a doua filtre: un FTJ, si un FTS. Cele doua filtre legate in cascada vor da impreuna caracteristica FTB ce trebuie realizata, ca in figura de mai jos :

a_FTJ

20 dB

FTJ

1,5 dB

20 dB f[Hz]

FTS

1,5 dB

20 dB

FTB

1,5 dB

1336 1477 1633

Conform specificatiilor de catalog , filtrele trece-banda vor trebuii sa asigure o rejectie cu 20 dB fata de frecventele vecine.

La fel ca in cazul fitrelor directionale anterioare, , realizarea filtrului trece-banda numai cu celule de gradul doi nueste posibila datorita numarului mare de celule care rezulta. De aceea am optat pentru realizarea FTJ si FTS din componenta FTB cu cate un FTJ, respectiv FTS cu trei celule de gradul doi, completate cu cate o celula FOB care sa imbunatateasca panta in zona frecventelor vecine.

5.2.1. Proiectarea FTJ din cadrul FTB

Acest filtru este la randul sau compus dintr-un FTS realizat cu trei celule FOB, avand caracteristicile din figura urmatoare :

a_FTJ

FTJ cu trei celule

0,5 dB

a_FOB f[Hz]

FOB

1 dB

f[Hz]

FTJ care rezulta

1,5 dB

1477 1633 f[Hz]

5.2.1.1. Proiectarea FTJ a trei celule

Se foloseste acelasi tip de celula trece-jos de gradul doi ca in cazurile anterioare.

Cele trei celule trecuie sa introduca impreuna o atenuare de 0,5 dB , deci fiecare celula va rebuii sa aiba o atenuare

Da= 0,5 / 3 = 0,166 dB

h_t = f_t/ f₀ = 0,4447

Rezulta f₀ = f_t/ h_t = 1477 / 0,4447 = 3321 Hz

Calculam valorile elementelor filtrului in raport cu f₀.

Alegem :

R0 = 10 KW = 10m ⁴ W si rezulta C₀ :

C₀ = 1/ w R₀ = 1 / 6,28 * 3321*104 = 4,79 nF

Rezulta :

R1=R0 = 10 KW

C1= C0 2 = 6,77 nF

C2= C0 / 2 = 3,38 nF

Schema unei singure celule este :

FTJ va contine trei astfel de celule identice legate in cascada.

5.2.1.2 Proiectarea filtrului opreste-banda

Se foloseste acelasi tip de celula FOB ca si in cazul filtrelor directionale ; acesta va trebuii sa introduca la frecventa de 1477 Hz o atenuare de 1 dB, polul sau fiind pe frecventa de 1633 Hz. Pentru aceasta trebuie sa calculam factorul de calitate care este necesar.

Punem conditia :

10 lg w w (1/Q² - 2) + 1 = 1

(1 - w

w

sau : 0,904⁴ + 0,904² ( 1/ Q² - 2) +1 = 1,2589

Din calcule rezulta Q= 9,49

Daca alegem R₀ = 10 K W si f₀ = 1633 Hz , atunci :

C₀ = 1 / w R₀ = 1 / 6,28 * 1633 * 10 ⁴ = 9,75 nF

Valorile denomate ale celulei FOB sunt :

C1=C2=C0=9,75nF

C3=2C0=19,5nF

R1=F0 /2Q =526,8W

R2=2QR0=180,98KW R3=R1R2/R1R2/R1+R2=525,2W

Schema FOB cu valori denormate va fi :

5.2.2. Proiectarea FTS din cadrul FTB

Si acest filtru este la randul sau compus dintr-un FTS realizat cu trei celule de gradul doi si o celula FOB , avand cxaracteristica ilustrata mai jos :

a_FTS

F FTS cu trei celule

0,5dB

a_FOB

FOB

1 dB

a_FTS

FTS care rezulta

1477 f[Hz]

5.2.2.1 Priectarea FTS cu trei celule

Se foloseste acelasi tip de celula trece-sus ca in cazul filtrelor directionale.

Cele trei celule trebuie sa introduca impreuna o atenuare de 0,5 dB, deci fiecare celula va trebuii sa aiba o atenuare

Da = 0,5 / 3 = 0,166 dB

h_t

Rezulta :

f₀ = f_t * h^t = 1477 * 0,4447 = 657 Hz

Calculam valorile elementelor filtrului in raport cu f₀ :

Alegem R₀ = 10 ⁴ W si rezulta C₀ :

C₀ = 1 / w R₀ = 1/ 6,28 * 657 * 10⁴ = 24,24 nF

Rezulta :

C1=C2=C0= 24,24 nF

R1=R0/R2=7,07 KW

R2=R0 2=14,14 KW

Schema unei celule FTS este :

FTS va contine o succesiune de trei astfel de celule.

5.2.2.2 Proiectarea filtrului opreste-banda din cadrul FTS

Tipul de celula este acelasi ca pana acum ; polul sau este situat la frecventa de 1477 Hz va trebuii sa introduca o atenuare de 1 dB.

Conditia este :

10 lg w w (1/Q² - 2) + 1 = 1,2589 * w

(1 - w

sau : 1,105⁴ + 1,105² ( 1/ Q² - 2) +1 = 1,2589

Efectuand calculele rezulta Q = 9,54

Alegem R₀= 10 K W si f₀ = 1336 Hz rezulta :

C₀ = 1 /w R₀ = 1/ 6,8 * 1336 * 10⁴ =11,9 nF

Valorile denomate ale elementelor celulei vor fi :

C1=C=C0 =11,9 nF

C3=2C0 = 23,8 nF

R1=R0 / 2Q = 54 W

R2=2QR0= 190,8 KW

R3=R1R2 /R1+R2=522,5 W

Schema FOB cu valori denomate va fi :

Schema finala a filtrului trece-banda pe frecventa de 1477 Hz este urmatoarea:

CAPITOLUL 6 . CARACTERISTICILE DE FRECVENTA ALE CIRCUITELOR SELECTIVE PROIECTATE

Pentru trasarea acestor caracteristici vom calcula atenuarile introduse de filtrele proiectate la diferite frecvente,(frecventele utilizate in semnalizarea DTMF , precum si unele apropiate lor). Asadar, caracteristicile obtinute sunt unele teoretice si evalueaza o comportare aproximativa a filtrelor , caracteristicile reale putand diferii functie de variatia valorilor componentelor fata de valorile calculate.

6.1. Caracteristicile de frecventa ale filtrului trece-jos directional

Pentru a trasa aceasta caracteristica vom calcula mai intai atenuarea FTJ cu patru celule apoi pe cea a celulei FOB. Suma lor reprezinta atenuarea FTJ directional (FTJD).

Relatiile de calcul sunt urmatoarele :

a_FTJ = 4 * 10 lg [1 + (f/f₀)⁴] , f₀ =1592 Hz

a_FOB = 10lg w w (1/Q² -2) +1

(1 - w

w= f/ f₀ = f / 1209

Q = 3,88

a_FTJD = a_FTJ +a_FOB

Rezultatele sunt trecute in tabelul urmator :

Caracteristica de frecventa a filtrului trece-jos directional este data in figura 6.1.

6.2. Caracteristica de frecventa a filtrului trece-sus directional

Calculam mai intai atenuarea filtrului trece-sus directional cu patru celule , apoi pe cea a FOB .

Suma lor va da atenuarea filtrului trece-sus directional (FTSD) .

Se utilizeaza relatiile de calcul :

a_FTS = 4* 10 lg [1+(f₀/f)⁴] , f₀ = 714 Hz

a_FOB = w w (1/Q² -2) +1 , w =f/f₀=f/941 (1 -w

Q=3,88

a_FTSD = a_FTS + a_FOB

Tabelul urmator prezinta rezultatele obtinute :

In figura 6.2. este data caracteristica filtrului trece-sus directional.

6.3. Caracteristica de frecventa a filtrului trece-banda (1477 Hz)

Filtrul trece-banda este format dintr-un FTJ si un FTS. Acestea, la randul lor, sunt alcatuite dintr-un filtru trece-jos (FTJ1) si o celula opreste-banda (FOB1) , respectiv un filtru trece-sus (FTS2) si o celula opreste-banda (FOB2).

Calculam mai intai atenuarile filtrelor componente(FTJ1 , FOB1, FTS2 si FOB2), iar suma lor va da atenuarea filtrului trece-banda.

Pentru calcul utilizam relatiile :

a_FTJ1 = 3*10 lg [1 + (f /f₀)⁴ ] , f₀ =3321 Hz

a_FOB1 =10 lg w w (1/Q² -2) +1 , w =f/f₀=f/1633 (1 -w

Q= 9,49

a_FTJ = a_FTJ1 + a_FOB1

a_FTS2 = 1 *10 lg [1+(f₀ / f)⁴ ], f₀ = 657 Hz

a_FOB2 = 10 lg w w (1/Q² -2) +1 , w =f/f₀=f/1633    (1 -w

Q= 9,54

a_FTS = a_FTS2 + a_FOB

a_FTB = a_FTJ + a_FTS

Rezultatele sunt date in urmatorul tabel :

Figura 6.3. prezinta caracteristica de frecventa a filtrului trece-banda.

CAPITOLUL 7. REALIZAREA UNUI RECEPTOR DTMF CU CIRCUITE INTEGRATE SPECIALIZATE

7.1. Scurta prezentare a receptorului DTMF specializat MT 8870 D-1

In ultimii ani tot mai multe firme au proiectat si au scos pe piata o serie de circuite dedicate in mod special receptiei codurilor DTMF . Printre acestea se numara si firma MITEL, producatoare a circuitelor receptoare din seria MT 8870. Circuitele din aceasta serie se pot deosebi intre ele prin tipul capsulei si a numarului de pini.

O varianta des intalnita a acestui receptor DTMF integrat o constituie circuitul MT 8870 D-1 , inglobat intr-o capsula de plastic DIP prevazuta cu 18 pini.

Cateva caracteristici ale acestui circuit sunt :

- receptor DTMF complet

- consum scazut de putere

- garda de timp reglabila

amplificator cu castig intern incorporat

mod power-down (putere scazuta)

- mod inhibit

- compatibil cu MT 8870 C si MT 8870 C-1

Aplicatii

sistem receptor DTMF

- sisteme repetoare/radio mobile

- sisteme carti de credit

- sisteme de control de la distanta (telecomenzi)

- calculatoare personale

- roboti telefonici

Descriere functionala

Circuitul MT 8870 D este un receptor DTMF monolitic care ofera un gabarit si un consum redus de putere si performante ridicate. Arhitectura sa interna contine inclusiv sectiunea filtrelor, reparate in doua sectiuni : grupul de frecvente inalte si grupul de frecvente joase. Un numarator digital le urmareste permanent pentru a verifica daca frecventa si durata tonurilor este cea corespunzatoare inainte de a se trece la codificarea perechilor de tonuri si generarea codurilor pe iesirile Q₀ Q₄ .

Sectiunea filtrelor

Separatia grupurilor de tonuri joase /inalte se realizeaza prin aplicarea semnalului DTMF la intrarile a doua FTB cu capacitati comutate de ordinul 6, a caror benzi de trecere corespund gruparilo de frecvente joase si inalte.

Sectiunea de filtrare incorporeaza si filtre trece-banda pe frecventele de 350 Hz si 450 Hz pentru rejectia unor tonuri care fac exceptie (tonuri de disc). Fiecare iesire de fil;tru este urmata de o sectiune de filtru de ordinul I , cu capacitati comutate care netezeste semnalul inainte de limitare. Limitarea este realizata de comparatoare cu castig inalt , prevazute cu histerezis pentru a prevenii detectia unor semnale de nivel scazut nedorite . Iesirea din comparatoare furnizeaza semnale valabile logic la frecventele semnalelor DTMF de intrare.

Sectiunea de decoder

Dupa sectiunea filtrelor urmeaza decoderul care foloseste tehnici de numarae digitala pentru delimitarea frecventelo de intrare si pentru a verifica daca ele corespund frecventelor standard DTMF . Un algoritm de mediere complex protejeaza impotriva simularii tonurilor de catre semnale externe precum semnalul vocal si asigura o toleranta la mici deviatii de frecventa.

Acest algoritm de mediere a fost proiectat sa asigure o combinatie optima de imunitate la pauzele de vorba si tolerante la prezenta unor frecvente de interferenta si zgomot. Cand decoderul recunoaste prezenta a doua tonuri valabile , numita conditie de semnal in specificatii, iesirea Est trece in stare activa orice producere ulterioara a conditiei de semnal provoaca o trecere a lui Est in starea inactiva.

7.2. Aplicatie de receptor DTMF cu circuitul MT 8870 D-1

Circuitul MT 8870 D-1 are urmatoarea dispunere a pinilor :

O varianta de schema electrica in care poate fi utilizat acest circuit este cea din figura 7.1.

Descrierea functionarii schemei

Semnalul DTMF se aplica la bornele L_a , L_b . Condensatoarele C₁, C₂ impiedica inaintarea curentului continuu din linia telefonica spre circuitul integrat. Diodele D₁ D₃ asigura protectia la supratensiunile ce pot aparea accidental in linie.

Semnalul DTMF aplicat circuitului MT 8870 pe intrarea diferentiala este prelucrat de acesta si scos pe iesirile Q₁ Q₄ sub forma unui cod de patru biti . Acestea intra intr-un decodificator binar /zecimal (MMC 4511) care, pe baza combinatiilor de biti de la intrare ( A,B,C,D) comanda aprinderea segmentilor unui afisor cu catod comun corespunzator cifrei receptionate.

Tabele de stari ale intrarilor si iesirilor celor doua circuite integrate sunt date mai jos :

Tabel 7.1. Tabel de stari a circuitului MT 8870 D-1

Tabelul 7.2. Tabela de stari a decodificatorului binar-zecimal( MMC 4511).

Se observa ca ,folosind decodificatorul 4511, nu putem afisa caracterele * ,# , A ,B , C, D, iar pentru caracterul D va afisa cifra 0.

CONCLUZII

Proiectul analizeaza in primul rand aspectul de sistem al utilizarii codurilor de semnalizare de abonat alaturi de celelalte coduri de semnalizare din echipamentele de comunicatie. Din acest studiu au rezultat conditiile tehnice generale de proiectare ale unui receptor de coduri de tip DTMF.

Capitolul 1 este o scurta istori a comunicatiilor, prezentand avantajele pe care le ofera acesta, precum si directiile de dezvoltare spre care tinde in prezent.

Capitolul 2 reprezinta o descriere generala a tipurilor de semnalizari folosite in comutatia telefonica, accentul punandu-se pe semnalizarea de tip DTMF (Dual Tone Multi Frecventa). Sunt prezentate avantajele acestui tip de semnalizare de abonat fata de altele, precum si modul in care se realizeaza acesta.

Capitolul 3 studiaza unele solutii posibile pentru realizarea unui sistem de receptie DTMF. Sunt prezentate atat variante de receptoare realizate cu filtre active RC , cat si structura si modul de implementare a unui receptor digital.

Capitolul 4 prezinta conditiile tehnice pe care trebuie sa le indeplineasca un receptor DTMF, realizat cu filtre active.

Capitolul 5 cuprinde proiectarea unor subansamble specifice unui receptor de coduri de tip DTMF si urmareste in primul rand intelegerea modului de proiectare decat obtinerea unor performante tehnice de nivel inalt. Solutia adoptata este una de compromis, in sensul ca nu s-au obtinut parametrii tehnici specificat (a se vedea capitolul 6), dar esential este faptul ca s-a inteles functionarea si realizarea unui sistem receptor DTMF.

Capitolul 7 Prezinta o varianta de receptor realizata cu un circuit integrat specilaizat. Se observa ca aceasta solutie este mult mai fiabila, in sensul ca se obtin un gabarit mic si o functionare in limitele parametrilor specificati.

In concluzie, solutia realizarii receptoarelor de coduri de tip DTMF sub forma integrala este o solutie de varf, atazi unanim acceptata de catre toate companiile de telecomunicatii. Totusi nu trebuie uitat faptul ca s-a ajuns aici, pornind de la receptoare realizate cu filtre pasive ,apoi active si ca acestea inca mai ocupa locuri importante in anumite subansamble din echipamentele de telecomunicatii actuale .

BIBLIOGRAFIE

1. Electrical Communication - Volume 54 , Number 4, 1979

2. G. Niculescu - Sisteme de comunicatie telefonica, 1988

3. T. Radulescu - Telecomunicatii ,1994

4. Al. Serbanescu, L. Anton , G. Alexandrescu - Semnale, circuite si sisteme, -Culegere de probleme, vol 2.

5. Al. Serbanescu - Sisteme practice de semnalizare , 1981