CZ288999B6

CZ288999B6 - Způsob a zařízení k modulaci tarifních impulzů v telefonním zařízení

Info

Publication number: CZ288999B6
Application number: CZ19982026A
Authority: CZ
Inventors: Hubertus Brandt; Klaus Geiger
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2001-10-17
Also published as: PL182355B1; EP0870395A2; HUP9901678A2; CZ202698A3; HUP9901678A3; PL327607A1; WO1997024852A2; WO1997024852A3

Abstract

Zp sob a za° zen jsou ur eny k modulaci tarifn ch impulz v telefonn m za° zen , p°en en²ch do telefonn ho za° zen jako impulzovit vznikaj c sledy kmit oscila n frekvence, kter le nad hovorov²m frekven n m p smem. Aby se umo nilo digit ln vyhodnocen tarifn ch impulz p°i mal²ch n roc ch na p°em nu A/D, vytv °ej se modul torem (5) tarifn impulzy (6) s n zkofrekven n m pod lem v hovorov m p smu, modifikovan obd ln kov²mi impulzy, kter umo uj konverzi s pomoc levn ho kod ru (7).\

Description

(57) Anotace:

Způsob a zařízení jsou určeny k modulaci tarifitích impulzů v telefonním zařízení, přenášených do telefonního zařízení jako impulzovitě vznikající sledy kmitů oscilační frekvence, která leží nad hovorovým frekvenčním pásmem. Aby se umožnilo digitální vyhodnocení tarifitích impulzů při malých nárocích na přeměnu A/D, vytvářejí se modulátorem (5) tarifní impulzy (6) s nízkofrekvenčním podílem v hovorovém pásmu, modifikované obdélníkovými impulzy, které umožňují konverzi s pomocí levného kodéru (7).

CO

OD σ> o oo co CM

N O

Způsob a zařízení k modulaci tarifních impulzů v telefonním zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu modulace tarifních impulzů přijímaných v telefonním zařízení a přenášených do telefonního zařízení jako impulzovitě vznikající sledy kmitů oscilační frekvence, která leží nad hovorovým pásmem, přičemž sledy kmitů tarifních impulzů se modulují tak, že vzniknou modifikované tarifní impulzy se spektrálním podílem, který leží pod oscilační frekvencí sledů kmitů. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Tarifní impulzy jsou impulzovitě vznikající (sinusové) sledy kmitů oscilační frekvence (fo) 12 kHz popř. 16 kHz. Tyto sledy kmitů se obvykle selektují pásmovou propustí a následně detekují (Martin Hebel, Handbuch fur den Selbstwahlfemverkehr, 1962, str. 146).

Aby se zaručila selektivita, požadovaná v některých zemích, musí se používat filtry vysokého řádu, nebo se vyhodnocení uskutečňuje za frekvenčním čítačem. Dnes se obvykle používají běžně prodávané integrované obvody (IC).

Ve spise EP 279 025 AI je popsán způsob modulace tarifních impulzů přijímaných v telefonním zařízení a přenášených do telefonního zařízení jako impulzovitě vznikající sledy kmitů oscilační frekvence, která leží nad hovorovým pásmem, přičemž sledy kmitů tarifních impulzů se modulují tak, že vzniknou modifikované tarifní impulzy se spektrálním podílem, který leží pod oscilační frekvencí sledů kmitů, a odpovídající zařízení. Způsobem podle spisu EP 279 025 AI se tarifní impulzy v telefonním zařízení modulují tak, že vznikne součin ze signálu generátoru a signálu nosného kmitočtu. Za tím účelem je upraven přijímač pro tarifní signály s multiplikátorovým zapojením, které vytváří součin ze signálu generátoru a signálu nosného kmitočtu, který je přiváděn přes dolní propust, aby se odřízla vysokofrekvenční část nad nosným kmitočtem. Následně zapojená pásmová propust, detektor obalové křivky a hlásič prahové hodnoty vytvářejí na výstupu tarifní signály.

Úkolem vynálezu je vytvořit zjednodušený způsob a zjednodušené zařízení k modulaci tarifních impulzů, pomocí nichž je možno potlačit zejména zrcadlové frekvence.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje způsob modulace tarifních impulzů přijímaných v telefonním zařízení a přenášených do telefonního zařízení jako impulzovitě vznikající sledy kmitů oscilační frekvence, která leží nad hovorovým pásmem, přičemž sledy kmitů tarifních impulzů se modulují tak, že vzniknou modifikované tarifní impulzy se spektrálním podílem, který leží pod oscilační frekvencí sledů kmitů, podle vynálezu, jehož podstatou je, že k modulaci sledů kmitů tarifních impulzů se použije modulační kmitání s modulační frekvencí, která se mění mezi dvěma hodnotami, z nichž jedna leží přibližně o hodnotu frekvence uvedeného spektrálního podílu pod oscilační frekvencí sledu kmitů a druhá leží o přibližně stejnou hodnotu frekvence nad oscilační frekvencí sledu kmitů.

Podle výhodného provedení vynálezu se sledy kmitů tarifních impulzů modulují tak, že vznikají modifikované tarifní impulzy se spektrálním podílem, které se digitálně vzorkují pomocí prostředků identických s prostředky ke vzorkování hovorového signálu v telefonním zařízení.

- 1 CZ 288999 B6

Podle výhodného provedení vynálezu se sledy kmitů tarifních impulzů modulují tak, že vznikají modifikované tarifní impulzy se spektrálním podílem uvnitř hovorového pásma.

Sledy kmitů tarifních impulzů se s výhodou modulují obdélníkovými impulzy.

Podle výhodného provedení vynálezu se vyhodnocení modifikovaných tarifních impulzů po digitálním vzorkování uskutečňuje pomocí digitálního signálového procesoru.

Uvedený úkol dále splňuje zařízení k modulaci tarifních impulzů v telefonním zařízení se sériovým zapojením ve směru toku signálu sestávajícím z pásmové propusti, která je naladěna na oscilační frekvenci sledu kmitů, z modulátoru, z digitálního kodéru a signálového procesoru pro dodávání modifikovaných tarifních impulzů se spektrálním podílem, který leží pod oscilační frekvencí sledů kmitů, podle vynálezu, jehož podstatou je, že modulátoru je přiřazen generátor kmitů pro modulační kmitání s modulační frekvencí proměnlivou mezi dvěma hodnotami, ze kterých jedna leží o přibližně hodnotu frekvence uvedeného spektrálního podílu pod a druhá o přibližně stejnou hodnotu frekvence nad oscilační frekvencí sledů kmitů.

Podle výhodného provedení vynálezu má kodér vzorkovací rychlost, která leží pod dvojnásobkem oscilační frekvence sledů kmitů.

Kodér má s výhodou vzorkovací rychlost, která odpovídá vzorkovací rychlosti pro hovorový signál v telefonním zařízení.

Kodér je s výhodou identický s kodérem, který je určen pro hovorové signály v telefonním zařízení.

Podle výhodného provedení vynálezu je generátor kmitů spojen s modulátorem pro napájení obdélníkovým signálem jako modulačním signálem.

Podle výhodného provedení vynálezu má modulátor přepínač pro přepínání mezi sledem kmitů a invertovaným sledem kmitů, ovládaný obdélníkovým signálem jako modulačním signálem.

Předmět vynálezu se znaky nezávislých nároků má následující výhody.

Za předpokladu podle vynálezu, že tarifní impulzy se modulují vhodným modulačním způsobem tak, že dostaneme spektrální podíl při frekvenci hlavně v pásmu od 300 Hz do 3400 Hz, se může vyhodnocování modifikovaného tarifního impulzu uskutečnit s pomocí digitálního signálového procesoru, který přes CoDec přijímá signál, vzorkovaný pouze s 8 kHz (původní tarifní impulz s oscilační frekvencí f_G vyžaduje pro digitální vyhodnocení rychlost vzorkování 32 kHz, což vyžaduje rychlejší a dražší AD-převodník).

Tarifní impulz, například f_G = 16 kHz se násobí obdélníkovým impulzem, jehož frekvence odpovídá frekvenci (základní harmonické), např. 14 kHz (f_R). Tento obdélníkový impulz k modulaci se nechá lehce generovat. Spektrální rozložení periodického obdélníkového signálu se nechá spočítat pomocí Fourierovy řady. Základní harmonická obdélníkového signálu, modulována tarifním impulzem, poskytuje spektrální podíl fA, který se nechá vyhodnocovat, přičemž f_A se rovná rozdílu mezi f_G af_R (např. 2 kHz). Efektivní hodnota modifikovaného tarifního impulzu je úměrná efektivní hodnotě tarifního impulzu.

Dalšími výhodami tohoto řešení jsou:

Dvě verze zapojení hardware (pro 12 popř. 16 kHz) postačují pro většinu zemí.

Jednoduchý hardware (standardní operační zesilovače jsou laciné a použitelné).

-2CZ 288999 B6

Jednodušší pásmový filtr.

Vyhodnocení frekvenční selektivity, úrovně a doby impulzu pro software je možné v digitálním signálovém procesoru (se známými výhodami).

Stejný pravoúhlý signál o velikosti 14 kHz se nechá použít pro tarifní impulzy 12 kHz a 16 kHz, aby se dosáhlo spektrálního podílu f_A = 2 kHz ve spektru modifikovaného tarifního impulzu.

U dosud popsaného řešení je nutné použít analogickou dolní propust nebo pásmovou propust k potlačení zrcadlových frekvencí, které mohou vést k nežádoucí odezvě zařízení k rozeznávání tarifních impulzů (příklad: oscilační frekvence sledů kmitů tarifních impulzů 16 kHz, modulační frekvence 18 kHz. U této kombinace je výsledná frekvence 2 kHz, která se nechá vyhodnotit digitálním signálovým procesorem. Pokud se nyní vyskytne rušivá frekvence 20 kHz, potom má jeden z produktů modulace rovněž frekvenci 2 kHz.). Dolní propust popř. pásmová propust, potřebné k potlačení takových rušivých produktů modulace, musí mít relativně strmé čelo a mají proto určité nároky na konstrukční prvky (zesilovač, přesné odpory a kondenzátory).

Podle vynálezu se podařilo zejména vyeliminovat jiným způsobem zrcadlové frekvence a tím ušetřit filtry. Přitom se sledy kmitů tarifních impulzů přednostně modulují obdélníkovým signálem. Frekvence tohoto modulačního signálu není konstantní, ale periodicky se mění mezi dvěma hodnotami, ze kterých jedna leží pod oscilační frekvencí sledů kmitů a druhá leží o stejnou hodnotu nad oscilační frekvencí sledů kmitů (příklad: oscilační frekvence sledů kmitů tarifních impulzů =16 kHz, první modulační frekvence = 14 kHz, druhá modulační frekvence = 18 kHz). Doby mezi dvěma přepnutími modulační frekvence musí být delší, než vyhodnocovací doby v digitálním signálovém procesoru o velikosti např. 15 ms.

Pokud se modulační produkty pozorují při oscilační frekvenci, která odpovídá oscilační frekvenci sledů kmitů tarifních impulzů, dostaneme při každé zobou modulačních frekvencí stejnou složku 2 kHz, která tak konstantně leží na digitálním signálovém procesoru a vede k identifikaci.

Při přivádění rušivé frekvence (např. 20 kHz, viz výše) se složka 2 kHz objeví pouze ve spojení sjednou zobou modulačních frekvencí. Digitální signálový procesor tedy obdrží 15 milisekund dlouhý signál 2 kHz a potom po dobu 15 milisekund neobdrží žádný signál. Takový vzorek musí digitální signálový procesor odmítnout.

Realizování přepínání frekvence je relativně jednoduché a nenese s sebou žádné další náklady, protože pokud se modulační frekvence vytváří v PAL (Programmable Array Logic), je třeba ho jenom jinak naprogramovat.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná provedení vynálezu jsou znázorněna na obrázcích a blíže vysvětlena v následujícím popisu.

Znázorňují:

obr. 1: blokové schéma zařízení podle vynálezu k rozeznání tarifních impulzů, obr. 2: časové vývojové diagramy,

-3i obr. 3: blokové schéma dalšího zařízení podle vynálezu k rozeznání tarifních impulzů.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení k rozeznání tarifních impulzů, znázorněné na obr. 1 jako blokové schéma, je připojeno svým vstupem 1 na vodiče a/b ústředny telefonního zařízení. Tímto způsobem se tarifní impulzy přivádějí k diferenciálnímu zesilovači 2, ze kterého se po zesílení dostávají k pásmové propusti

3. Její výstup je na jedné straně spojen přímo s jedním vstupem modulátoru (MUX) 5, zatímco io na druhé straně druhý vstup přijímá tarifní impulzy z pásmové propusti 3 přes invertor 4. Pro modulační signál ve tvaru obdélníkového signálu R má modulátor 5 další vstup.

Výstup modulátoru 5 opouští modifikované tarifní impulzy 6, které postupují ke kodéru (CoDec) 7 k vytvoření digitálně vzorkovaného signálu, který se přivádí k digitálnímu signálovému 15 procesoru (DSP) 8, který spolupracuje přes mikroprocesorovou sběrnici (μΡ-Interface) 9 s mikroprocesorem.

Funkce přednostního příkladného provedení:

Průběh rozeznání tarifního impulzu je následující:

1. Převzetí signálu na vodičích a/b před pásmovou propustí 3 (tarifní blokovací filtr).

2. Vytvoření diferenciálního napětí pomocí diferenciálního zesilovače 2.

3. Filtrování pásmovou propustí 3 pro oscilační frekvenci tarifních impulzů. Pásmová propust 3 nezaručuje frekvenční selektivitu, ale musí potlačovat frekvence, které vedou ke stejnému spektrálnímu podílu jako tarifní impulzy. Například fit - f_G = f\, pokud f_G Ír.

4. Vytvoření invertovaného signálu pomocí invertoru.

5. Analogový přepínač v modulátoru 5 přepíná (řízen obdélníkovým signálem) mezi výchozím a invertovaným signálem (odpovídá násobení obdélníkovým signálem bez stejnosměrné složky).

6. Výstupní signál je nyní hotov pro vyhodnocení.

7. Digitalizuje se pomocí CoDec 7 a přivádí se k digitálnímu signálovému procesoru (DSP) 8.

8. DSP provádí nejdříve filtraci pásmovou propustí. Vyžadovaná frekvenční selektivita (+ -

5 00 Hz v některých státech) se nechá lehce realizovat. Vyhodnocení se provádí pomocí následného amplitudového a časového vyhodnocení, jak je například známo z identifikace tónového signálu přístrojů konstrukční řady Integrál 3 firmy Bosch Telecom GmbH.

Za nepříznivých podmínek může dojít k poruchám při identifikaci tarifových impulzů. Pokud 45 obnáší např. oscilační frekvence sledů kmitů tarifních impulzů 16 kHz a modulační frekvence kHz, potom je výsledná frekvence, kterou má digitální signálový procesor vyhodnotit, 2 kHz. Při rušivé frekvenci 20 kHz na vodičích a/b je ale jeden z produktů modulace, vytvořených v modulátoru 5, rovněž 2 kHz. Zde nám pomáhá další řešení vynálezu, ke kterému je na obr. 3 znázorněno příkladné provedení. Obr. 2 vysvětluje funkci.

Obr. 2 znázorňuje časové průběhy během Časového úseku 60 milisekund. Na obrázku 2A je v tomto časovém úseku k dispozici oscilační frekvence f_G sledu kmitů tarifního impulzu. Modulační frekvence (frekvence fit obdélníkového signálu R na obr. 3) se mění v časových

-4CZ 288999 B6 intervalech 15 milisekund mezi 14 kHz a 18 kHz. Obrázek 3 ostatně odpovídá - pokud souhlasí vztahové značky - v principu obrázku 1. Rozdílová frekvence f\, která opouští modulátor 5, zahrnuje časový interval 2kHz, znázorněný na obrázku 2A.

Obrázek 2B znázorňuje stejné poměry pro existenci rušivé frekvence f_s o velikosti 20 kHz na vodičích a/b. Tentokrát se rozdílová frekvence £a mění mezi 6 kHz a 2 kHz. Tato změna nevede žádaným způsobem k rozeznání tarifního impulzu.

Obrázek 3 je oproti obrázku 1 ještě doplněn potřebnými prostředky k vytvoření změny modulační frekvenci íLa = Ír. K tomu slouží frekvenční čítač F, který produkuje měnící se modulační frekvence fl popř. f2. které se přepínačem S střídavě propojují v taktu 15 ms s modulátorem 5. Při oscilační frekvenci f_G o velikosti 16 kHz obnáší fl = 14 kHz a £2 = 18 kHz. Přes přepínací vstup U se frekvenční dělič F nechá ale také přepnout na poměry pro oscilační frekvenci f_G o velikosti 12 kHz; frekvence fl af2, které střídavě tvoří modulační frekvenci, obnášejí potom například 10 popř. 14 kHz.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob modulace tarifních impulzů přijímaných v telefonním zařízení a přenášených do telefonního zařízení jako impulzovitě vznikající sledy kmitů oscilační frekvence, která leží nad hovorovým pásmem, přičemž sledy kmitů tarifních impulzů se modulují tak, že vzniknou modifikované tarifní impulzy (6) se spektrálním podílem, který leží pod oscilační frekvencí sledů kmitů, vyznačující se tím, žekmodulaci sledů kmitů tarifních impulzů se použije modulační kmitání s modulační frekvencí, která se mění mezi dvěma hodnotami, z nichž jedna leží přibližně o hodnotu frekvence uvedeného spektrálního podílu pod oscilační frekvencí sledu kmitů a druhá leží o přibližně stejnou hodnotu frekvence nad oscilační frekvencí sledu kmitů.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m, že sledy kmitů tarifních impulzů se modulují tak, že vznikají modifikované tarifní impulzy (6) se spektrálním podílem, které se digitálně vzorkují pomocí prostředků identických s prostředky ke vzorkování hovorového signálu v telefonním zařízení.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že sledy kmitů tarifních impulzů se modulují tak, že vznikají modifikované tarifní impulzy (6) se spektrálním podílem uvnitř hovorového pásma.

4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že sledy kmitů tarifních impulzů se modulují obdélníkovými impulzy.

5. Způsob podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že vyhodnocení modifikovaných tarifních impulzů (6) se po digitálním vzorkování uskutečňuje pomocí digitálního signálového procesoru (8).

6. Zařízení k modulaci tarifních impulzů v telefonním zařízení, přenášených do telefonního zařízení jako impulzovitě vznikající sledy kmitů oscilační frekvence, která leží nad hovorovým pásmem, se sériovým zapojením ve směru toku signálu sestávajícím z pásmové propusti (3), která je naladěna na oscilační frekvenci sledu kmitů, z modulátoru (5), z digitálního kodéru (7) a signálového procesoru (8) pro dodávání modifikovaných tarifních impulzů (6) se spektrálním podílem, který leží pod oscilační frekvencí sledů kmitů, vyznačující se tím, že

-5CZ 288999 B6 modulátoru (5) je přiřazen generátor kmitů pro modulační kmitání s modulační frekvencí (f_mo<1) proměnlivou mezi dvěma hodnotami (fl, f2), ze kterých jedna leží o přibližně hodnotu frekvence uvedeného spektrálního podílu pod a druhá o přibližně stejnou hodnotu frekvence nad oscilační frekvencí (f_G) sledů kmitů.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že kodér (7) má vzorkovací rychlost, která leží pod dvojnásobkem oscilační frekvence sledů kmitů.

8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že kodér (7) má vzorkovací rychlost, která odpovídá vzorkovací rychlosti pro hovorový signál v telefonním zařízení.

9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že kodér (7) je identický s kodérem, který je určen pro hovorové signály v telefonním zařízení.

10. Zařízení podle jednoho z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že generátor kmitů je spojen s modulátorem (5) pro napájení obdélníkovým signálem jako modulačním signálem.

11. Zařízení podle jednoho z nároků 6 až 10, vyznačující se tím, že modulátor (5) má přepínač pro přepínání mezi sledem kmitů a invertovaným sledem kmitů, ovládaný obdélníkovým signálem jako modulačním signálem.