DE19626226A1

DE19626226A1 - Verfahren und Anordnung zum Erkennen von Gebührenimpulsen in einer Telefonanlage

Info

Publication number: DE19626226A1
Application number: DE19626226A
Authority: DE
Inventors: Hubertus Brandt; Klaus Geiger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Tenovis GmbH and Co KG
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1996-06-29
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2016-06-30
Also published as: DE19626226C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von der Gattung, wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben.

Gebührenimpulse sind impulsförmig auftretende (Sinus-)Schwingungszüge einer Schwingungsfrequenz (fG) von 12 kHz bzw. 16 kHz. Üblicherweise werden diese mit einem Bandpaßfilter selektiert und anschließend detektiert (Martin Hebel, Handbuch für den Selbstwählfernverkehr, 1962, S. 146).

Um die in einigen Ländern geforderte Selektivität zu gewährleisten, müssen Filter hoher Ordnung verwendet werden oder muß die Auswertung nach dem Frequenzzählverfahren erfolgen. Üblicherweise werden heute käufliche ICs verwendet.

Vorteile der Erfindung

Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat folgende Vorteile:
Unter der erfindungsgemäßen Voraussetzung, daß die Gebührenimpulse mit einem geeigneten Modulationsverfahren so moduliert werden, daß sich ein Spektralanteil bei einer Frequenz insbesondere im Bandbereich von 300 Hz bis 3400 Hz ergibt, kann die Auswertung des modifizierten Gebührenimpulses mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors erfolgen, der über einen CoDec das mit nur 8 kHz abgetastete Signal empfängt (der ursprüngliche Gebührenimpuls mit der Schwingungsfrequenz fG verlangt für eine digitale Auswertung eine Abtastrate < 32 kHz, was einen schnellen und teueren AD-Umsetzer erfordert).

Der Gebührenimpuls von beispielsweise fG = 16 kHz wird mit einem Rechtecksignal multipliziert, dessen Frequenz (der Grundwelle) z. B. 14 kHz entspricht (fR). Dieses Rechtecksignal zur Modulation ist einfach zu generieren. Die spektrale Verteilung eines periodischen Rechtecksignals ist durch die Fourier-Reihe berechenbar. Die Grundwelle des Rechtecksignals, moduliert mit dem Gebührenimpuls, liefert den auszuwertenden Spektralanteil fA, wobei fA gleich der Differenz zwischen fG und fR ist (z. B. 2 kHz). Der Effektivwert des modifizierten Gebührenimpulses ist dem Effektivwert des Gebührenimpulses proportional.

Weitere Vorteile dieser Lösung:

- Zwei Hardwareschaltungsversionen (für 12 bzw. 16 kHz) sind für die meisten Länder ausreichend.
- Einfache Hardware (Standard-Operationsverstärker sind preiswert und verfügbar).
- Einfachere Bandfilter.
- Auswertung von Frequenzselektivität, Pegel und Impulszeiten per Software im digitalen Signalprozessor möglich (mit bekannten Vorteilen).
- Dasselbe Rechtecksignal von 14 kHz ist für 12 kHz- und 16 kHz-Gebührenimpulse einsetzbar, um einen Spektralanteil von fA = 2 kHz im Spektrum des modifizierten Gebührenimpulses zu erzielen.

Bei der bisher beschriebenen Lösung ist es notwendig, analoge Tiefpaß- bzw. Bandpaßfilter zur Unterdrückung von Spiegelfrequenzen zu verwenden, die zu unerwünschtem Ansprechen der Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen führen könnten (Beispiel: Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge der Gebührenimpulse 16 kHz, Modulationsfrequenz 18 kHz. Bei dieser Kombination ist die resultierende, von einem digitalen Signalprozessor auszuwertende Frequenz 2 kHz. Tritt nun eine Störfrequenz von 20 kHz auf, dann hat eines der Modulationsprodukte ebenfalls die Frequenz von 2 kHz). Die zur Unterdrückung solcher störender Modulationsprodukte erforderlichen Tiefpaß- bzw. Bandpaßfilter müssen relativ steile Flanken haben und erfordern deshalb einen gewissen Aufwand an Bauelementen (Verstärker, eng tolerierte Widerstände und Kondensatoren).

Mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es gelungen, die Spiegelfrequenzen auf eine andere Weise auszublenden und somit die Filter einzusparen. Dabei werden die Schwingungszüge der Gebührenimpulse bevorzugt mit einem Rechtecksignal moduliert. Die Frequenz dieses Modulationssignals ist jedoch nicht konstant, sondern wechselt bevorzugt periodisch zwischen zwei Werten, von denen einer unterhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge und der andere um den gleichen Betrag oberhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge der Gebührenimpulse liegt (Beispiel: Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge der Gebührenimpulse = 16 kHz, erste Modulationsfrequenz = 14 kHz, zweite Modulationsfrequenz = 18 kHz). Die Zeiten zwischen zwei Umschaltungen der Modulationsfrequenzen müssen länger sein, als die Auswertezeiten im digitalen Signalprozessor von z. B. 15 Millisekunden.

Betrachtet man die Modulationsprodukte bei einer Schwingungsfrequenz, die derjenigen der Schwingungszüge der Gebührenimpulse entspricht, so ergibt sich bei jeder der beiden Modulationsfrequenzen die gleiche Komponente von 2 kHz, die somit konstant am digitalen Signalprozessor anliegt und zur Erkennung führt.

Bei Anlegen einer Störfrequenz (z. B. 20 kHz, siehe oben) taucht die Komponente von 2 kHz nur in Verbindung mit einer der beiden Modulationsfrequenzen auf. Der digitale Signalprozessor bekommt also 15 Millisekunden lang ein 2 kHz-Signal und dann 15 Millisekunden lang kein Signal. Ein solches Muster muß der digitale Signalprozessor verwerfen.

Die Realisierung der Frequenzumschaltung ist relativ einfach und braucht keinen Mehraufwand zu bringen, wenn die Erzeugung der Modulationsfrequenzen in einem PAL (Programmable Array Logic) erfolgt, das nur anders programmiert werden muß.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es ist dargestellt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen,

Fig. 2 zeitliche Ablaufdiagramme und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1:
Aufbau des bevorzugten Ausführungsbeispiels:
Die als Blockschaltbild dargestellte Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen ist mit ihrem Eingang 1 an die a/b-Adern eines Amtsanschlusses einer Telefonanlage angeschlossen. Auf diese Weise werden die Gebührenimpulse einem Differenzverstärker 2 zugeführt, von wo aus sie nach Verstärkung zu einem Bandpaß 3 gelangen. Dessen Ausgang ist einerseits direkt mit einem Eingang eines Modulators (MUX) 5 verbunden, während andererseits ein zweiter Eingang die Gebührenimpulse aus dem Bandpaß 3 über einen Inverter 4 invertiert erhält. Für das Modulationssignal in Gestalt eines Rechtecksignals R hat der Modulator 5 einen weiteren Eingang.

Den Ausgang des Modulators 5 verlassen modifizierte Gebührenimpulse 6, die zu einem Coder (CoDec) 7 gelangen zur Bildung eines digital abgetasteten Signals, das einem digitalen Signalprozessor (DSP) 8 zugeführt wird, der über eine Mikroprozessor-Schnittstelle (µP-Interface) 9 mit einem Mikroprozessor zusammenarbeitet.

Funktion des bevorzugten Ausführungsbeispiels:
Der Ablauf der Erkennung eines Gebührenimpulses ist folgender:

1. Abgriff des Signals an der a/b-Ader vor dem Bandpaß 3 (Gebührensperrfilter).
2. Bildung einer Differenzspannung mit dem Differenzverstärker 2.
3. Filterung mit dem Bandpaß 3 für die Schwingungsfrequenz der Gebührenimpulse. Der Bandpaß braucht nicht die Frequenz selektivität zu gewährleisten, sondern muß Frequenzen unterdrücken, die zu dem gleichen Spektralanteil führen wie die Gebührenimpulse. Beispielsweise wird fR-fG = fA, wenn fG < fR ist.
4. Bildung eines invertierten Signals mit dem Inverter.
5. Ein analoger Schalter im Modulator 5 schaltet (angesteuert durch das Rechtecksignal) zwischen Original und invertiertem Signal (entspricht Multiplikation mit einem Rechtecksignal ohne Gleichanteil).
6. Das Ausgangssignal ist nun fertig für die Auswertung.
7. Es wird via CoDec 7 digitalisiert und einem digitalen Signalprozessor (DSP) 8 zugeführt.
8. Der DSP führt zunächst eine Bandpaßfilterung durch. Die geforderte Frequenzselektivität (± 500 Hz in einigen Ländern) ist leicht realisierbar. Die Auswertung erfolgt durch anschließende Amplituden- und Zeitbewertung, wie beispielsweise bekannt aus den Hörtonerkennern der Geräte der Baureihe Integral 3 der Bosch Telecom GmbH.

Unter ungünstigen Bedingungen kann es zu Störungen bei der Erkennung von Gebührenimpulsen kommen. Beträgt beispielsweise die Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge von Gebührenimpulsen 16 kHz und die Modulationsfrequenz 18 kHz, so ist die resultierende, vom digitalen Signalprozessor auszuwertende Frequenz 2 kHz. Bei einer Störfrequenz von 20 kHz auf den a/b-Adern ist jedoch eines der im Modulator 5 erzeugten Modulationsprodukte ebenfalls 2 kHz. Hier schafft eine Weiterbildung der Erfindung Abhilfe, zu welcher in Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Fig. 2 erläutert die Wirkungsweise.

Fig. 2 zeigt zeitliche Ablaufdiagramme während eines Zeitabschnittes von 60 Millisekunden. In Fig. 2A ist in diesem Zeitabschnitt die Schwingungsfrequenz f_G eines Schwingungszuges eines Gebührenimpulses vorhanden. Die Modulationsfrequenz f_mod (Frequenz f_R des Rechtecksignals R in Fig. 3) wechselt in Zeitintervallen von 15 Millisekunden zwischen 14 kHz und 18 kHz. Fig. 3 entspricht übrigens - soweit die Bezugszeichen übereinstimmen - im Prinzip der Fig. 1. Die Differenzfrequenz f_A, die den Modulator 5 verläßt, beträgt im gesamten in Fig. 2A dargestellten Zeitraum 2 kHz.

Fig. 2B zeigt die selben Verhältnisse für das Vorliegen einer Störfrequenz f_s von 20 kHz auf den a/b-Adern. Diesmal wechselt die Differenzfrequenz f_A zwischen 6 kHz und 2 kHz. Dieser Wechsel führt in gewünschter Weise nicht zur Erkennung eines Gebührenimpulses.

Fig. 3 ist gegenüber Fig. 1 noch ergänzt durch die erforderlichen Mittel zur Erzeugung des Wechsels der Modulationsfrequenz f_mod = f_R. Dazu ist ein Frequenzzähler F vorgesehen, der die wechselnden Modulationsfrequenzen f1 bzw. f2 liefert, die von einem Schalter S im Takt von 15 Millisekunden abwechselnd zum Modulator 5 durchgeschaltet werden. Bei einer Schwingungsfrequenz f_G von 16 kHz beträgt f1 = 14 kHz und f2 = 18 kHz. Über einen Umschalteingang U ist der Frequenzteiler F aber auch auf Verhältnisse für eine Schwingungsfrequenz f_G von 12 kHz umschaltbar; die Frequenzen f1 und f2, die wechselweise die Modulationsfrequenz bilden, betragen dann beispielsweise 10 bzw. 14 kHz.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von Gebührenimpulsen in einer Telefonanlage, die als impulsweise auftretende Schwingungszüge einer Schwingungsfrequenz übertragen werden, welche über dem Sprachfrequenzband liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge so moduliert werden, daß sich modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil ergeben, der unterhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge so moduliert werden, daß sich modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil ergeben, der sich mit Mitteln digital abtasten läßt, die identisch mit den Mitteln sind, die zur Abtastung der Sprachsignale innerhalb der Telefonanlage vorgesehen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge so moduliert werden, daß sich modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil innerhalb des Sprachfrequenzbandes ergeben.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge mit Rechteckimpulsen moduliert werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der modifizierten Gebührenimpulse (6) nach digitaler Abtastung mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors (8) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation eine Modulationsschwingung dient, die eine Modulationsfrequenz aufweist, welche zwischen zwei Werten wechselt, von denen einer um etwa den Frequenzwert des genannten Spektralanteils unterhalb und der andere um etwa denselben Frequenzwert oberhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.

7. Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen in einer Telefonanlage, die als impulsweise auftretende Schwingungszüge einer Schwingungsfrequenz übertragen werden, die über dem Sprachfrequenzband liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß in Signalflußrichtung hinter einem Bandpaß (3), der auf die Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge abgestimmt ist, ein Modulator (5) folgt,
dem ein digitaler Codierer (7), gefolgt von einem Signalprozessor (8) nachgeschaltet ist, und
der modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil liefert, der unterhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (7) für eine Abtastrate vorgesehen ist, die unterhalb dem Doppelten der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (7) für eine Abtastrate vorgesehen ist, die der Abtastrate für die Sprachsignale in der Telefonanlage entspricht.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (7) identisch mit einem Codierer ist, der für die Sprachsignale in der Telefonanlage vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (5) mit einem Rechtecksignal als Modulationssignal gespeist ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (5) einen Schalter aufweist, der durch das Rechtecksignal gesteuert zwischen dem Schwingungszug und dem invertierten Schwingungszug hin und her schaltet.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Modulator ein Schwingungserzeuger für die Modulationsschwingung zugeordnet ist, der eine Modulationsfrequenz (f_mod) liefert, welche zwischen zwei Werten (f1, f2) wechselt, von denen einer um etwa den Frequenzwert des genannten Spektralanteils unterhalb und der andere um etwa denselben Frequenzwert oberhalb der Schwingungsfrequenz (f_G) der Schwingungszüge liegt.