<Desc/Clms Page number 1>
Mehrfrequenz-Signalsystem
Die Erfindung bezieht sich auf Signalsysteme, bei welchen Informationen in Form von Bündeln vorgegebener Sprech- bzw. Niederfrequenzen übertragen werden und die beispielsweise für die Wählsignaloder sonstige Signalgabe in Telephonanlagen verwendbar sind.
Die niederfrequente Wählsignalgabe in Telephonanlagen bietet gegenüber der üblichen Signalgabe mit unterbrochenem Gleichstrom zahlreiche Vorteile. Beispielsweise ermöglicht sie die Verwendung des gleichen Kanals für die Signalgabe und für den Sprechverkehr sowie die Anwendung von mit Drucktasten gesteuerten Zifferngebern, wodurch die Bedienungsgeschwindigkeit und die Betriebssicherheit der Apparate erhöht, deren Handhabung erleichtert und deren Aufbau vereinfacht wird.
Zur Ausnutzung dieser Vorteile der niederfrequenten Signalgabe muss das Problem gelöst werden, im Signalsystem zwischen gültigen Signalen und Rausch- und Sprechfrequenzen zu unterscheiden, die ebenfalls in der Leitung auftreten. Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, um Störungen der Signalgabe durch das Rauschen und fremde Sprechströme zu unterbinden. Alle diese Massnahmen zielen z. B. bei der Wählsignalgabe darauf ab, den Ziffernempfänger dagegen zu schützen, dass er durch Sprechströme oder andere, nicht wählsignalgebende Ströme in der Telephonleitung betätigt wird.
Bei den bisherigen Vorschlägen beruht dieser Schutz fast ausschliesslich auf statistischer Basis, in dem der Signalempfänger so bemessen wird, dass 0er nur auf Signale mit einem Charakteristikum anspricht, dessen zufälliges Auftreten in Sprech-oder Störströmen laut Statistik unwahrscheinlich ist. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, die Signalempfänger mit scharfen Bandpassfiltern und Amplitudensieben auszustatten, so dass sie nur dann ein Signal, z. B. einen Wählimpuls registrieren, wenn die Signalenergie innerhalb des ausgefilterten schmalen Frequenzbandes über einem vorgegebenen Minimalwert liegt.
Ein anderer Vorschlag geht dahin, die gleichen Schaltelemente in Verbindung mit einem ausserhalb des schmalen Signalfrequenzbandes, aber innerhalb des Frequenzbandes der störenden Ströme liegenden Überwachungskanal zu verwenden und den Empfänger zu sperren, wenn ein erheblicher Teil der Gesamtenergie in den Überwachungskanal gelangt, also z. B. ein Gespräch über die Leitung geführt wird. Die statistische Betriebssicherheit solcher Systeme kann durch die Forderung verbessert werden, dass ein gültiges Signal aus zwei Frequenzkomponenten bestehen muss, die zusätzlich gegebenenfalls mit einer vorgegebenen zeitlichen Differenz übertragen werden. Alle diese bekannten Systeme, die auf Grund statistischer Überlegungen die Betriebssicherheit zu verbessern suchen, sind mit einem erheblichen Aufwand und mit hohen Kosten verbunden.
Beispielsweise muss man bei dem zuletzt erwähnten Vorschlag der Signalempfänger die ankom- mende Energie auf Frequenzinhalt und Zeitdifferenzen untersuchen.
Ein allgemeines Ziel der Erfindung liegt nun darin, die Betriebssicherheit von Mehrfrequenz-Signal- systemen auf verhältnismässig einfachem Wege und mit niedrigen Kosten zu verbessern, so dass insbesondere ihre praktische Anwendung zur Signalgabe in Telephonanlagen wirtschaftlich vertretbar ist. Die angestrebte Verbesserung der statistischen Betriebssicherheit von Mehrfrequenzsystemen soll dabei ohne Erhöhung der Anzahl der für die Identifizierung der Signale verwendeten Kenngrössen, wie Frequenz usw., erzielt werden.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildetes, der geschilderten Zielsetzung entsprechendes MehrfrequenzSignalsystem enthält einen eine Vielzahl von in Gruppen geordneten Signalfrequenzen erzeugenden Oszil- lator, eine Steuereinrichtung für die selektive Kombination von zwei oder mehr ein bestimmtes Informa- tionssignal bildenden Signalfrequenzen, von denen jede einer andern Gruppe der verfügbaren Signalfre-
<Desc/Clms Page number 2>
quenzen angehört, und einen Empfänger für die Informationssignale und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der Frequenzgruppen im Empfänger einfache Siebschaltungen vorgesehen sind, deren Durchlassbereich wesentlich grösser sein kann als der Bandbreite einer Frequenzgruppe entspricht,
wobei der Ausgang jeder Siebschaltung mit einem selektiven Amplitudenbegrenzer verbunden ist, an dessen Ausgang nur jene Frequenz mit einer vorbestimmten Amplitude auftreten kann, die am Eingang vorherrschend ist, und dass jeder Begrenzerausgang über Filter, von denen jedes nur einen Durchla. l3bereich entsprechend je einer der verschiedenen, einer Frequenzgruppe zugeordneten Signalfrequenzen aufweist, an ein Register angeschlossen ist, das zur Aufzeichnung der von den Signalfrequenzen dargestellten Informationen dient.
Bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung wird ein Signalgeber verwendet, der zwei Frequenzen erzeugt, von denen jede in einem andern Band innerhalb des Sprech-oder Niederfrequenzspektrums liegt ; diese beiden Bänder werden der Einfachheit halber nachfolgend als A-bzw. B-Bander bezeichnet. Mit dem Signalgeber ist über den gleichen Weg, der auch für den Sprechverkehr mit der Telephonzentrale dient, ein Signalempfänger verbunden, der zwei Bandsperrfilter enthält, welche die Bänder B bzw. A unterdrücken, so dass zwei nachfolgend als A-bzw. B-Kanäle bezeichnete Niederfrequenz- spektren verbleiben, von denen das eine das Band A, nicht aber das Band B und das andere das Band B, nicht aber das Band A enthalt. Jeder Kanal ist also nach dem Band bezeichnet, das er enthält.
Der Ausgang des Bandsperrfilters für den Kanal A, d. h. das Band A und das gesamte Sprechfrequenzspektrum, ausgenommen das Band B, wird einem extrem verzögerungsfrei arbeitenden Begrenzer zugeführt. Dieser Begrenzer beschneidet nicht nur die Amplituden der Signale, sondern erzeugt auf Grund eines nachfolgend als"Kaperung"bezeichneten Phänomens eine Ausgangsspannung, in der im allgemeinen keine bestimm- te Einzelfrequenz besonders hervortritt, solange nicht eine bestimmte Frequenzkomponente auf der Eingangsseite des Begrenzers gegenüber allen andern Frequenzkomponenten vorherrscht und dadurch den Be- grenzer"kapert".
Der Begrenzer ist mit einer Vielzahl von selektiven Kreisen oder Filtern verbunden, welche die zugeordneten Signalfrequenzen übertragen und alle andern Frequenzen unterdrücke ! !. Diese selektiven Kreise sind ihrerseits mit zugeordneten Registriereinrichtungen verbunden, die beispielsweise ein Relais enthalten können, das bei Auftreten der Resonanzfrequenz des zugeordneten Filterkreises betätigt wird. Das Bandsperrfilter für den Kanal B, welches das Band B und das gesamte Sprechfrequenzspektrum, ausge- nommen das Band A, überträgt, ist in ähnlicher Weise mit einem weiteren extrem verzögerungsfrei ar- beitendenBegrenzer verbunden, dem ebenfalls selektive Kreise für die Signalfrequenzen im Band B nachgeschaltet sind.
Auf diese selektiven Kreise folgen zugeordnete Registriereinrichtungen, die ähnlich den
EMI2.1
der den Energiespiegel bei allen Frequenzen im Sprechfrequenzband ausserhalb der Signalbänder A und B erhöht und auf diese Weise die statistische Betriebssicherheit des Systems weiterhin verbessert.
Ein allgemeines Merkmal der Erfindung beruht somit auf der Verwendung eines Signalgebers, der für die Übertragung, den Empfang und die Auswertung Signalkomponenten erzeugt, die unterscheidbar
EMI2.2
nenten von gültigen Signalen in eine Mehrzahl von Gruppen aufteilt, den Signalinhalt jeder Gruppe auf das Vorhandensein von einer und nur einer Signalkomponente untersucht und eins allfällige Koinzidenz von Ausgangsspannungen als Anzeige für ein vollständiges Signal feststellt.
Zu den Merkmalen der Erfindung zählen ferner empfangsseitig Netzwerke, welche die Gruppen von Signalkomponenten voneinander trennen und Störfrequenzen samt andern Signalgruppen durchlassen, sowie Amplitudenbegrenzer, die alle Frequenzkomponenten mit Ausnahme einer einzigen, in der auf ihren Signalinhalt zu untersuchenden Empfangsenergie allenfalls vorherrschenden Frequenzkomponente unterdrücken. Ferner wird In Verbindung mit jedem Amplitudenbegrenzer ein selektives Netzwerk angewendet,
EMI2.3
wird. Schliesslich ist der Signalempfänger mit Einrichtungen zur Kombination der Ausgänge dieser selektiven Netzwerke ausgestattet, um dadurch die Registrierung eines vollständigen oder gültigen Signals zu ermöglichen.
Die geschilderten und weiteren Merkmale der Erfindung sollen nun an Hand von Ausfilhrungsbeispie- len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert werden. Die Fig. 1. 2 und 3 stellen schema-
<Desc/Clms Page number 3>
tische Schaltbilder eines erfindungsgemNsen Signalsystems dar. Fig. 4 gibt die richtige Aneinanderreihung der Fig. l, 2 und 3 an. Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei dem im Übertragungsweg einVerzerrer eingeschaltet ist. Fig. 6 stellt den Frequenzgang der Dämpfung bestimmter Bestandteile des Systems nach den Fig. 1, 2, 3 und 5 dar.
Fig. 7 zeigt schliesslich die Kennlinie der Kombination des Begrenzers nach Fig. l und des nachgeschalteten selektiven Kreises nach Fig. 2.
Das in Fig. 1 dargestellte Signalsystem nach der Erfindung umfasst einen W hlsignalgeber 10 einen Teilnehmerkreis 11, die beide parallel zur Teilnehmerleitung 12 geschaltet sind. Der Teilnehmerkreis 11 kann üblichen Aufbau haben und ist deshalb nur im Blockschema dargestellt. Der Signalgeber 10 hat acht getrennte Oszillatoren, von denen vier auf verschiedenen Frequenzen im Bereich von 650 bis 1000 Hz und
EMI3.1
diese Frequenzen innerhalb des Obertragangsbandes der Teilnehmerleitung liegen. Der Signalgeber 10 ist mit Steuerorganen, vorzugsweise mit durch Druckknöpfe betätigten Kontakten 13 ausgestattet, die es ermöglichen, die Schwingungen dieser Oszillatoren wahlweise an die Leitung 12 zu einem Signalempfänger anzulegen, der die restlichen Teile der Fig. 1 und alle Teile der Fig. 2 und 3 umfasst.
Die druckknopfgesteuerten Kontakte 13 sind, wie durch strichlierte Linien angedeutet worden ist, mechanisch miteinander derart gekuppelt, dass das Drücken eines Druckknopfes einen Stromkreis von der horizontalen oder gemeinsamen Ader 15 über eine der vertikalen oder Individuellen Adern 16, die den vier Oszillatoren im Band A zugeordnet sind, sowie einen ähnlichen Stromkreis für einen der höherfrequenten Oszillatoren Im Band B schliesst und gleichzeitig die Kontakte 17 im Teilnehmerkreis öffnet. Auf diese Weise wird der Ausgang eines Oszillators eines jeden Bandes direkt mit der Leitung 12 gekoppelt. wodurch ein zusammengesetztes Signal zum Signalempfänger 14 übertragen wird, der bei einem typischen Anwendungsbeispiel derZiffemempf nger in einer Telephonzentrale sein kann.
Der Teilnehmerkreis 11 ist in äinnlicher Weise über die Leitung 12 mit der Zentrale verbunden, die einen Übertragungsweg für den Sprechverkehr darbietet, der nur durch ein Aderpaar 20 angedeutet ist.
Der Signalempfänger 14 enthält als Eingangsstufe einen Transistor 21 in Emitterfolgeschaltung, der von einem Widerstand 22 überbrückt ist. Der Widerstand 22 bewirkt eine Impedanzanpassung an die Leitung 20, deren Wellenwiderstand in der Grössenordnung von 900 Ohm liegt. Der Ausgang des in Emitterfolgeschaltung arbeitenden Transistors 21 führt unter Impedanzanpassung über die Adern 18 und 19 zu zwei Bandsperrfiltern 23 und 24, die an den Emitterwiderstand 25 angeschlossen sind. Die Bandsperrfil- tee 23 und 24 haben gleichen schaltungsmässigen Aufbau, unterscheiden sich aber hinsichtlich der Bemessung ihrer Schaltelemente voneinander. Jeder Längszweig des dargestellten T-Filters enthält eine Paral- lelschaltung von Induktivität und Kapazität.
Der Querzweig enthält in Serienschaltung eine Induktivität und eine Kapazität sowie eine durch Parallelschaltung einer Induktivität und einer Kapazität gebildete Impedanz. Das A-Bandfilter 23 bewirkt im Frequenzbereich des B-Bandes, d. h. im Bereich von 1000 bis 1500 Hz, eine Einfügungsdämpfung in der Grössenordnung von 30 Dezibel, wogegen das B-Bandfilter 24 eine ähnliche Dämpfung innerhalb des A-Bandes bewirkt. Die Bandfilter 23 und 24 trennen somit die zwei Signalbänder voneinander, bewirken aber keine Unterdrückung irgendwelcher sonstiger Teile der übertragenen Frequenzspektren.
Die Ausgangsadern 26 und 27 der Bandsperrfilter sind mit zugeordneten Begrenzern 30 bzw. 31 verbunden, die innerhalb eines weiten Bereiches von Eingangspegeln, beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 1 mV bis 1 V, eine vollständige Amplitudenbegrenzung bewirken. Der an das Bandsperrfilter 23 angeschlossene Begrenzer 30 bildet das erste Schaltelement des tiefen oder A-Signalkanals. Der Begrenzer 30 enthält eine erste Verstärkerstufe, die über eine impedanztransformierende Stufe mit einer komplementär-symmetrischen oder Gegentakt-Ausgangsverstärkerstufe verbunden ist.
Die erste Verstärkersttt- fe, die nur eine vorläufige Begrenzung bei hohen Signalpegeln bewirkt und Signale mit niedrigem Pegel mit geringer Verzerrung verstärkt, enthält einen pnp-Transistor 32, indessen Emitterkreis zwischen dem Emitter und dem negativen Pol einer 48 V-Batterie 34 über einen gegen Erde durch eine grosse Kapazität überbrückten Vorschaltwiderstand 35 eine Diode 33 eingeschaltet ist. Ferner sind zur Beschränkung der Kollektorspannungsanderungen zwei gegensinnig gepolte, parallele Dioden 36 in Serie mit einem den Gleichstrom blockierenden Kondensator 37 parallel zum Kollektorwiderstand 40 geschaltet.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wird ein Transistor der General Electric-Type 2N 43 verwendet, dessen Kollektor mit dem negativen Pol 34 einer 48 V-Quelle verbunden und dessen Basis über einen Vorwiderstand 41 an den negativen Pol 42 einer 20 V-Quelle angeschlossen ist. Die Schaltelemente sind so bemes- sen, dass der Emitterstrom des Transistors gleich dem Strom über den Widerstand 35 ist. Bei Anwendung einer solchen Eingangsstufe ändert sich der Kollektorstrom bei Auftreten starker Signale von Null auf den doppelten Betrag des Ruhewertes, wobei die Stromähderung praktisch rechteckigen Verlauf hat.
Der
<Desc/Clms Page number 4>
Widerstand 40 hat einen hohen Widerstandswert und würde demgemäss eine hohe Spannung erzeugen, wenn nicht die Dioden 36 vorhanden wären, welche zwar bei kleinen Amplituden eine hohe Verstärkung zulassen, aber die Spannungsänderungen am Kollektor auf 1, 2 V begrenzen. Diese Spannungsbegrenzung vermeidet störende Beeinflussungen der Vorspannungen durch übermässige Belastung der nachfolgenden Transistoren und sichert somit unabhängig vom Eingangspegel ein symmetrisches Ausgangssignal im gesamten Arbeitsbereich.
Der Kollektor des Transistors 32 ist direkt mit der Basis eines weiteren Transistors 43 gekoppelt, der in Emitterfolgeschaltung bzw. als Impedanzwandler arbeitet und dessen Kollektor direkt mit dem negativen Pol 34 der 48 V-Quelle verbunden ist, während sein Emitter über einen Widerstand 48 mit dem negativen Pol 42 der 20 V-Quelle in Verbindung steht. Der Transistor 43 bewirkt eine Verminderung der Impedanz im Kollektorkreis des Transistors 32 um den Faktor 1 - CL, wobei der Stromverstärkungsfaktor des
EMI4.1
sind zwei komplementäre Transistoren 44 und 45 in Gegentaktschaltung verbunden.
Beispielsweise kann für den Transistor 44 ein pnp-Transistor der General Electric-Type 2N 43 und für den Transistor 45 ein npn-Transistor der General Electric-Type 2N 167 verwendet werden. Diese beiden Transistoren werden abwechselnd leitend, wobei jeweils ein Transistor fast augenblicklich gesättigt wird, wenn der andere nichtleitend wird, so dass die gemeinsame Ausgangsader 46 eine Reihe von Rechteckimpulsen führt, deren Nulldurchgänge mit jenen in der Eingangsspannung des Begrenzers 30 übereinstimmen. Wenn eine Frequenzkomponente imEingangssigna1 stärker als alle übrigenFrequenzkomponenten zusammenist, dannlhat die mittlere Grundwelle der so erhaltenen Rechteckwelle die Frequenz dieser Komponente.
Die Begren- zermde kann somit in einem beliebigen Zeitpunkt durch eine vorherrschende Frequenzkomponente der Eingangsspannung"gekapert"werden und erzeugt dann als Ausgangssignal eine RechteckwelIe, deren Grundfrequenz der vorherrschenden Frequenzkomponente in der Eingangsspannuag entspricht.
Der Ausgang des Begrenzers 30 ist über Pegelregelwiderstl ! nde 49. von denen nur einer dargestellt ist, mit vier selektiven Kreisen verbunden, die als scharf abgestimmte Bandpassfilter in Form von einfachen Antiresonanzkreisen aus Induktivität und Kapazität ausgebildet sind. Jedes dieser vier Filter 47 ist auf eine bestimmte Signalfrequenz des A-Bandes abgestimmt. Eine Klemme 50 jedes Filters 47 ist mit einer an negativemPotentialliegenden Ader 51 und die zweite Klemme 52 ist mit der Basis eines Transistors 53 verbunden, der als C-Verstärker wirkt und die erste Stufe eines Leistungsverstärkers 54 bildet.
Der Emitter des Transistors 53 ist mit Hilfe eines Widerstände 5S und 59 enthaltenden Spannungsteilers inbezug auf die Basiselektrode positiv vorgespannt, so dass der Kollektor nichtleitend ist, solange das Ausgangssignal an der Ader 52 vom zugeordnetem selektiven Kreis 47 nicht einem bestimmten Schwellenwert, d. h. einen diese Vorspannung übertreffenden Wert hat. Durch zusätzliche Verstärkerstufen, welche Transistoren 55 und 56 umfassen, wird jeweils dann, wenn der Schwellenwert im Verstärkereingang für ausreichend lange Zeit überwunden wird, ein einseitig gerichteter Ausgangsstrom mit einer Stärke erhalten, die genügt, um die Registriereinrichtungen oder Relais 57 in Fig. 3 zu betätigen.
DieGesamtkennlinie der Kombination von Begrenzer 30 und selektivem Kreis 47 bei beliebigem Absolutpegel des Signals und veränderlichen Werten des Störabstandes im Begrenzereingang ist in Fig. 7 dar-
EMI4.2
VgDezibel auf der Abszisse und den relativen Ausgangspegel des betreffenden selektiven Kreises 47, welcher der Frequenz der Spannung V s entspricht, auf der Ordinate, u. zw. ebenfalls in Dezibel. Beispielsweise liefert ein Bezugssignal ohne jede Störung, wie es durch den Buchstaben R an der Kennlinie angedeutet worden ist, den maximalen Ausgangspegel (Bezugspegel) am selektiven Kreis. Wenn anderseits die Störspannung gleich der Signalspannung ist 01/V s = 0 db), so wird der Ausgangspegel (Punkt E) auf ungefähr 3 Dezibel unter den Bezugspegel abgesenkt.
Ist die Störspannung um 3 Dezibel kleiner als die Si-
EMI4.3
senkt, wie. dies durch den Punkt D angegeben ist. In einem praktischen Anwendungsfall für die Wählsi- gnalgabe in einer Telephonanlage, bei welcher der Störabstand in der Grössenordnung von 5 Dezibel liegt, kann die den selektiven Kreisen47 8achgeschalteteRegistriereinrichttmg57 eine Ansprechschwelle haben, die einem Ausgangspegel von-2 Dezibel entspricht, weil alle gültigen Signale einen Ausgangspegel haben, der diesen Schwellenwert wesentlich übersteigt. Die Anwendung eines hohen Schwellenwertes für die Registriereinrichtung bietet den wesentlichen Vorteil, dass ein Übergreifen gültige Signale auf benachbarte Kanäle und eine falsche Betätigung der Registriereinrichtungen derselben vermieden wird.
Jedes selektive Netzwerk 47 ist mit einem Leistungsverstärker 54 und einem Relais 57 verbunden ; diese Relais sind mit A, B und C bezeichnet. Wenn daher der Begrenzer 30 durch eine der im A-Band lie-
EMI4.4
<Desc/Clms Page number 5>
Das Bandsperrfilter 24 des Kanals B, welches nur das Signalband A unterdrückt, ist mit einem identi- schen Begrenzer 31 verbunden, der seinerzeit in ähnlicher Weise, wie dies schon beschrieben worden ist, mit selektiven Netzwerken 60 für die einzelnen Signalfrequenzen im B-Band in Verbindung steht. Die Ausgänge der Bandpassfilter 60 sind mit Leistungsverstärkern 61 und Relais 62 verbunden, die mit E, F, G und H bezeichnet sind. Die Kontakte der Relais 57 und 62 für die A-und B-Bänder, die der Deutlichkeit halber von den Relais getrennt gezeichnet sind, sind in logischer Ordnung so zusammengeschaltet, dass 16 Kombinationen von jeweils zwei betätigten Relais, von denen jedes einem der beiden Kanäle ange- hört, 16 Arten von Informationen, z. B. Bits eines Kodes oder Ziffern, darstellen.
Diese Rekombination oder Synthese der Signalkomponenten wird durch ein Netzwerk 65 erreicht, das vier Arbeitskontakte 66, nämlich einen von jedem Relais 62 des B-Bandes, aufweist. Jeder dieser Kontakte liegt in Reihe mit vier Stromwegen 63 und jeder dieser Stromwege enthält einen Arbeitskontakt, der einem der Relais 57 des A-Bandes zugeordnet ist. In diesen Stromwegen liegen 16 Lämpchen 64, die mit den Ziffern 1-0 und den Buchstaben U - Z bezeichnet sind und von denen eines seitens einer Batterie 70 gespeist wird, wenn gleichzeitig ein Arbeitskontakt einesRelais des Bandes A und ein Arbeitskontakt eines Relais des Bandes B geschlossen werden. Die Lämpchen 64 sollen den Auswertekreis des Systems in einer Telephonzentrale
EMI5.1
Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte ohne weiteres ersichtlich sein, wie zwei gültigen Signa1fre- quenzen vom Signalgeber 10 gemeinsam über die Telephonleitung 12 übertragen, hernach getrennt und zur Registrierung in der Zentrale ausgewertet werden. Die Bemessung des Signalempfängers in der Zentra-
EMI5.2
auflektivitätskurven und die Registriereinrichtungen hohe Empfindlichkeit haben. Mit einer Erhöhung der Empfindlichkeit und einer Verbreiterung der Selektivitätskurven wird aber die Wahrscheinlichkeit der Registrierung falscher Signale als gültige vergrössert, so dass von dieser Bemessung die Betriebssicherheit des Systems abhängt.
Es ist deshalb wesentlich, dass das erfindungsgemässe System zwischen gültigen Signalen und Störsignalen, die allenfalls Frequenzen enthalten, welche mit jenen der gültigen Signale übereinstimmen, zuverlässig unterscheidet.
Da der das Mikrophon enthaltende Teilnehmerkreis 11 in den Signalpausen, also beispielsweise zwischen dem Abheben des Handapparates und der Einleitung der Signalgabe durch Betätigung der Druckta- sten, mit der Teilnehmerleitung verbunden ist, wird der Signalempfänger durch Sprechströme oder Rauschenergie beeinflusst, die vom Mikrophon herrühren. Betrachtet man zunächst den Fall, dass der Signalempfänger in der Zentrale mit der Teilnehmerleitung verbunden und der Teilnehmer nicht abgeschaltet ist, so können die Sprechfrequenzen oder Rauschfrequenzen, die durch das Mikrophon eingeführt werden, Komponenten in einem der Bänder A oder B in beiden enthalten. Die in der Zentrale aufgenom-
EMI5.3
aber nur dann, wenn diese Frequenz gegenüber dem gesamten restlichen Frequenzspektrum mit Ausnahme des Bandes B vorherrscht.
Wenn eine solche vorherrschende Frequenz nicht existiert, so Ist das Ausgangssignal des Begrenzers 30 auf verschiedene Frequenzkomponenten aufgeteilt oder dispergiert. Das Ausgangssignal des Begrenzers 30 an der Ader 46 hat somit nur dann, wenn der Begrenzer durch eine vorherschende Signalfrequenz für hinreichende Zeit gekapert worden ist, eine genügende Energie, um über den selektiven Kreis 47 an die Basis des Transistors 53 oder an dessen Gegenstück im Leistungsverstärker 54 eine Spannung anzulegen, die zur Betätigung eines der Signalrelais 57 ausreicht.
Daraus folgt, dass eine der beiden Koinzidenzbedingungen, nämlich die Betätigung eines der Relais 57, nur dann erfolgen kann,
EMI5.4
In analoger Weise muss die über das Bandsperrfilter 24 übertragene und dem Exttembegrenzer 31 zu- geführte Energie eine vorherrschende Komponente mit einer der Frequenzen Fs, Fó. F oder Ft deg Re- quenzselektiven Netzwerkes 60 enthalten, um die zweite Koinzidenzbedingung, nämlich das Ansprechen eines der Relais 62, herbeizuführen. Die Wahrscheinlichkeit, dass in einem Sprechspektrum oder in einem Rauschspektrum diese beiden Frequenzen gleichzeitig vorherrschen, ist praktisch unendlich klein.
Falls der Signalempfänger feststellt, dass in einem Rausch- oder Sprechfrequenzspektrum eine der Signalfrequenzen auftritt und gegenüber den übrigen Frequenzkomponenten dieses Spektrums vorherrscht, wird eines der Relais in dem entsprechenden A- oder B-Band betätigt. Bei Fehlender zweiten Koinzi- denzbedingung, nämlich dem Vorherrschen einer Signalfrequenz im andern Band, wird aber kein Signal registriert.
<Desc/Clms Page number 6>
Die Verstärker 54 und 61 in den A- und B-Kan1 ! len brauchen nur geringe Empfindlichkeit zu haben.
Mit andern Worten können sie eine relativ hohe Ansprechschwelle aufweisen, die eine direkte Funktion der konstanten Ausgangsamplitude der Begrenzer 30 und 31 ist. Die Selektivität und Empfindlichkeit der selektiven Netzwerke, der Leistungsverstärker und der Registriereinrichtungen hängt nicht von dem Pegelbereich ab, in dem die allenfalls aufzunehmenden gültigen Signale liegen können. Der Eingangspegel vom Begrenzer zu diesem Teil des Signalempfängers ist vielmehr eine Funktion des eingangsseitigen Ster- abstandes.
Dieses Merkmal des erfindungsgemässen Systems ist äusserst vorteilhaft, weil dadurch die Gefahr vermieden wird, dass starke gültige Signale oder Rauschsignale eine ausreichende Energie erlangen, um zwei oder mehr Relais im gleichen Kanal zu betätigen, was zu einer Mehrdeutigkeit führen würde.
Die Betriebssicherheit des beschriebenen Systems kann durch Anwendung der Modifikation nach Fig. 5 noch weiterhin erhöht werden. Das in Fig. 5 dargestellte System ist weitgehend identisch mit dem in den
EMI6.1
1, 2Signalempfänger 114 verbunden ist Der Signalempfänger 114 enthält wieder Filter 123 und 124, die vorzugsweise aus Bandsperren für die Bänder A und B ausgebildet sind, nachgeschaltete Begrenzer 130 und 131, Bandpassfilter 147 und 160, Relaiskreise 165 und Auswerte-oder Anzeigeeimichtungen 164 ; überdies
EMI6.2
eine Dämpfung bewirkt.
Der Zweck dieses linearen Verzerrers besteht darin, den relativen Pegel der Energie ausserhalb der Signalbänder zu erhöhen, d. h. jene Komponenten von Sprech-oder Störfrequenz- spektren, die ausserhalb der Bänder A oder B liegen, bezüglich der Komponenten innerhalb dieser Bänder zu begünstigen. Der Empfang gültige Signale wird dadurch nicht beeinflusst, vorausgesetzt nur, dass die eingeführte Signaldämpfung nicht das Verhältnis von Störspannung zu Signalspannung über den für die Feststellung der gültigen Signale durch den Signalempfänger maximal zulässigen Wert in der Grössenordnung von -6 Dezibel erhöht.
Normalerweise kann ein geeignet kleines Veth'tnis von Störspannung zu Signalspannung leicht eingehalten werden, beispielsweise wenn der Störpegel 15 Dezibel oder mehr unterhalb des Nutzsignalpegels liegt ; der Verzerrer 175 kann dann eine Dämpfung von 6 bis 8 Dezibel einführen, ohne die Feststellung von gültigen Signalen zu erschweren. Bei Fehlen eines gültigen Signals bietet der Verzerrer 175 den Vorteil einer weiteren Verminderung der Wahrscheinlichkeit, dass die Begrenzer 130 und 131 durch Frequenzkomponenten von Störungen, die innerhalb der Signalbänder liegen, gekapert werden ; die schmalen Bandpassfilter 147 und 116 übertragen daher eine Energie, die wesentlich geringer ist als jener Wert, bei dem die Ansprechschwelle des Leistungsverstärkers und der Relais 165 erreicht wird.
Diese Modifikation des Signalsystems erreicht durch eine scheinbare Erhöhung des Verhältnisses vonStör-zu Signalspannung tatsächlich eine grössere Sicherheit bei der Signalgabe, weil dadurch der Art der Störungen, welche zur fehlerhaften Registrierung eines Signals bei Fehlen eines gültigen Signals führen können, eine weitere Beschränkung auferlegt wird. Bei Einschaltung des Verzerrers 175 kann ein Störgeräusch ein Signal nur dann vortäuschen, wenn es zwei Signalfrequenzen gleichzeitig enthält und wenn jede dieser Frequenzen hinsichtlich ihres Pegels alle übrigen Komponenten des betreffenden Störgeräusches um den Dämpfungsbetrag des Verzerrers 175 plus dem Störabstand übertrifft, welcher der Ansprechschwelle des Leistungsver-
EMI6.3
machen.
Ferner müssen infolge der den Relais 165 und den schmalen Bandfilter 147 und 160 innewohnenden Ansprechverzögerung die Signalfrequenzen für eine wesentliche Zeitdauer vorherrschen, beispielsweise für 30-40 Millisekunden. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer falschen Signalregistrierung ist daher noch wesentlich geringer als ohne Verzerrer 175. Der Frequenzgang der Einfügungsd mpfung des Verzerrers 125 und dieDämpfungscharakteristiken der Bandsperrfilter 123 und IM der Kanäle A und B sind in Fig. 6 dargestellt.
Die Betriebssicherheit des erfindungsgemässen Systems beruht weitgehend auf der vorteilhaften Anordnung oder Reihenfolge der einzelnen Bestandteile des Systems. Beispielsweise wird durch die Trennung der beiden Gruppen von Frequenzen mittels der Bandsperrfilter 23 und 24 vor der nichtlinearen Verstärkung das Entstehen von Kreuzmodulationsprodukten der Signalkomponenten in den Bändern A und B vermieden.
Ferner ermöglicht diese vorhergehende Trennung der Frequenzgruppen eine separate Amplitudenbegrenzung jeder Signalkomponente, so. dass deren relative Pegelwerte erhöht werden. Überdies ergibt sich bei Trennung der einzelnen Gruppen und nachfolgende Amplitudenregelung, dass irgendeine Differenz der Empfangspegel der Signalkomponenten ohne Bedeutung ist, weil der Ausgang eines jeden Begrenzers unabhängig vom Eingangspegel konstant ist. Die Empfindlichkeit oder Ansprechschwelle der Registriereinrichtungen ist daher, wie schon erwähnt, eine Funktion des festgelegten vorgegebenen Ausgangspegels der
<Desc/Clms Page number 7>
Begrenzer, der seinerseits n'u : vom Störabstand der Signalfrequenzkomponenten abhängt.
Die frequenzselektiven Netzwerke müssen deshalb keine hohe Flankensteilheit aufweisen, d. h. sie können den erläuterten einfachen Aufbau in Form von Parallelschwingungskreisen aus Induktivitäten und Kapazitäten haben.
Die vorteilhafte Beziehung des Verhältnisses von Signal zu Rauschen (Störabstand) zur Ausgangsleistung der selektiven Kreise kann aus der folgenden, von Fig. 7 abgeleiteten Tabelle entnommen werden.
Nimmt man an, dass die Ausgangsleistung der selektiven Kreise bei Vorhandensein eines reinen Signals gleich einer Konstante K ist, so kann die jeweilige Ausgangsleistung unter verschiedenen Bedingungen als Funktion dieses Bezugswerte K ausgedrückt werden.
EMI7.1
<tb>
<tb>
Störabstand <SEP> Ausgangsleistung- <SEP>
<tb> Vs/Vi
<tb> co <SEP> K
<tb> 8 <SEP> db <SEP> K-0, <SEP> 5 <SEP> db <SEP>
<tb> 4db <SEP> K-l <SEP> db
<tb> 2db <SEP> K-l, <SEP> 5db <SEP>
<tb> 0 <SEP> db <SEP> K-3 <SEP> db
<tb>
Ausser den erläuterten, auf der Relativlage der Bandsperrfilter und der Begrenzer beruhenden Vorteilen, ergibt sich noch der weitere Vorteil einer günstigen Ausnutzung der Begrenzer, weil diese ausser der bekannten Funktion der automatischen Amplitudenbegrenzung drei zusätzliche wichtige Funktionen erfüllen :
1.
Bei Vorhandensein einer vorherrschendenFrequenzkomponente im Eingang erhöhen sie den relativen Pegel dieser Frequenzkomponente auf der Ausgangsseite ;
2. sie ergeben automatisch eine Art Überwachungswirkung, indem sie die Registrierung einer Frequenz verhindern, die ein Nutzsignal vortäuscht, wenn diese Frequenz nur von einer ausreichenden Energie im übrigen Sprechfrequenzspektrum begleitet ist ;
3. die verwendete Mehrzahl von Begrenzern führt zu der logischenForderung des Vorhandenseins von beispielsweise zwei und nur zwei vorherrschenden Frequenzen für die Bildung eines gültigen Signals.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind hauptsächlich in Verbindung mit Telephonanlagen erläutert worden. Die Anwendbarkeit des erfindungsgemässen Systems ist aber nicht auf diesen Fall beschränkt, vielmehr überall dort gegeben, wo kodierte Informationselemente durch jeweils mehrere Komponenten übertragen werden, welche empfangsseitig aufgenommen und wieder zusammengesetzt werden müssen, um das jeweils übertragene Informationselement zu rekonstruieren. Solche Systeme bieten den statistischen Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit der Störung durch ein Rauschen, das alle Frequenzkomponenten enthält, erheblich geringer ist, als dies bei der Übertragung einer Einzelkomponente der Fall wäre.
Die Erfindung erreicht eine weiterhin erhöhte statistische Betriebssicherheit, ohne die Übertragung zusätzlicher Frequenzkomponenten des Signals und eine Prüfung der empfangenen Signale auf mehr als eine einzige Kenngrösse, im vorliegenden Fall die Frequenz, zu erfordern.
Um diesen allgemeinen Erfindungsgedanken noch besser zu verdeutlichen, sei wieder auf das schon behandelte Anwendungsbeispiel in der Telephontechnik zurückgegriffen. Wie dargetan wurde, besteht jeles übertragene Signal aus zwei Frequenzkomponenten, die empfangsseitig festgestellt und rekombiniert werden müssen, um ein vollständiges Informationselement, beispielsweise eine Ziffer, zu gewinnen. Die Komponenten des Signals haben eine unterscheidbare Kenagrösse, d. h. im vorliegenden Fall verschiedene Frequenzen. Dadurch, dass dem Gesamtsystem die Forderung zugrunde liegt, dass die Signalkomponenten oder Signa1frequenzen inGruppen unterteilbar sein sollen, die für sich wieder unterscheidbare Kenngrössen haben, wird eine verbesserte statistische Betriebssicherheit erzielt.
Bei den erläuterten Systemen müssen nicht nämlich nur zwei Frequenzen auf der Empfangsseite aufgenommen und festgestellt werden, vielmehr müssen beide Frequenzen auch in vorgegebene Gruppen fallen und in diesen über alle aufgenommenen Frequenzen, ausgenommen jede der andern Gruppe oder Gruppen, vorherrschen.
Mathematisch ausgedrückt betrifft die Erfindung ein System zur Erzeugung und Feststellung von Signalen, die aus je n-Komponenten von insgesamt m verfügbaren, in n-Gruppen unterteilten Komponenten bestehen, wobei diese Gruppen aus m, m. m,... mn Komponenten zusammengesetzt sind, so dass m = mt + mz + m3... mn gilt.
Die Anzahl N von möglichen Kombinationen dermassen erzeugbarer Signale ist :
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
nso ist : m nm ! (2)
EMI8.2
EMI8.3
Beim vorstehend erläuterten System ist : m=8 ; #=2; m1=m2=4 und
EMI8.4
Die Anzahl N von möglichen Kombinationen Ist kleiner als bei einem einfach beschränkten Kode, bei dem stets n Komponenten aus einer Gruppe von m Komponenten ausgewählt werden ;
für diesen Fall gilt nämlich :
EMI8.5
EMI8.6
EMI8.7
EMI8.8
Betriebssicherheit ausgetauscht werden können, und bei einigen Signalsystemen, wie etwa bei jenen, die zur Herstellung von Telephonverbindungen verwendet werden, ist der Übertragnngskanal mehr als ausrei- chend breit, um den Anforderungen hinsichtlich der Übertragungsgeschwindigkeit zu genügen.
Demnach ist der Verlust von 12 Kombinätionsmöglichkeiten im Vergleich zu dem weniger beschränkten Kode und von 240 Kombinationsmöglichkeiten im Vergleich zu dem unbeschränkten Kode von geringer Bedeutung
EMI8.9
gleichzeitig übertragen werden, erlaubt die Trennung der Komponentengruppen die Verwendung einer Vielzahl von Begrenzern, von denen jeder dieMaximalamplitude der zugeordneten Signalkomponente in-
EMI8.10
<Desc/Clms Page number 9>
fürBandsperrfilter werden jedoch bevorzugt, weil sie die Ausnutzung des vollen Sprechkanals unter Ausblendung jeweils eines Bandes, für den Schutz, gegen falsche Signale ermöglichen.
Das beschriebene System verwendet Signale, die die Form eines 2 von 8-Kodes haben. Die Anzahl der ausgewählten Komponenten und die Gesamtzahl von verfügbaren Komponenten ist aber nicht auf die- ses Beispiel beschränkt. So können etwa auch drei Komponenten von drei Gruppen mit je vier Komponenten ausgewählt werden, so dass insgesamt zwölf Komponenten vorliegen und ein 3 von 12-Kode entsteht.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen nur den Grundgedanken der Erfindung erläutern und lassen zahlreiche ; dem Fachmann ohne weiteres erkennbare Abwandlungen zu.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Mehrfrequenz-Signalsystem zur Übertragung von Informationssignalen, beispielsweise der Wählsignale von Telephonteilnehmern, mit einem eine Vielzahl von in Gruppen geordneten Signalfrequenzen erzeugenden Oszillator, einer Steuereinrichtung für die selektive Kombination von zwei oder mehr ein bestimmtes Informationssignal bildenden Signalfrequenzen, von denen jede einer andern Gruppe der verfügbaren Signalfrequenzen angehört, und einem Empfänger für die Informationssignale, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der Frequenzgruppen im Empfänger einfache Siebschaltungen (23,24) vorgesehen sind, deren Durchlassbereich wesentlich grösser sein kann als der Bandbreite einer Frequenzgruppe entspricht, wobei der Ausgang jeder Siebschaltung mit einem selektiven Amplitudenbegrenzer (30, 31) verbunden ist,
an dessen Ausgang nur jene Frequenz mit einer vorbestimmten Amplitude auftreten kann, die am Eingang vorherrschend ist, und dass jeder Begrenzerausgang über Filter (47, 60), von denen jedes nur einen Durchlassbereich entsprechend je einer der verschiedenen, einer Frequenzgruppe zugeordneten Signalfrequenzen aufweist, an ein Register (65) angeschlossen ist, das zur Aufzeichnung der von den Signalfrequenzen dargestellten Informationen dient.