DE2264031B2 - Verfahren zur frequenz- und pegelmaessigen auswertung einer pilotspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur frequenz- und pegelmäßigen Auswertung einer über wenigstens eine TF-Strecke geführten Pilotspannung, wobei durch die frequenzmäßige Auswertung feststellbar ist, welche von mehreren vorgegebenen Frequenzen vorhanden ist Die Pilotspannung hat dabei insbesondere eine in der NF-Lage gelegene und in Stufen veränderbare Frequenz und kann vorzugsweise zur Pegelüberwachung und/oder Pegelregelung dienen.

Es ist bereits ein Frequenzanalysator bekannt (US-PS 34 50 989). bei dem ein elektrisches Signal verschiedenen Bandpässen zugeführt wird und die Ausgangsspannungen jeweils zweier benachbarter Bandpässe mit Hilfe eines !Comparators miteinander verglichen werden. Dabei bestimmt jeder Komparator, welcher von zwei benachbarten Frequenzdetektoren das größere Ausgangssignal abgibt. Mit Hilfe einer an die Komparatoren angeschlossenen Relaisschaltung werden dann Frequenzen in Frequenzbereichen bestimmt, die einander überlappen können, wie dies insbesondere bei der Bestimmung der Formanten von Sprachsignalen der Fall ist.

Es ist ferner bereits bekannt (US-PS 34 53 540). in einem Frequenzanalysator Filter mit einem kleinen Q zu verwenden.

Diese Verwendung bezieht sich auf die einzelnen, in einem Bandpaß enthaltenen RLC-Kreise. Weiterhin ist bei dieser Anordnung lediglich eine frequenzmäßige Auswertung vorgesehen, wobei die Anordnung dazu dien:, Nutzsignale von Rauschsignalen zu trennen.

Man kann zum Zwecke der Fernmeldung. Fernsteuerung od. dgl. Steuerfrequenzen in der Weise übertragen, daß je nach der zu übertragenden Information eine von mehreren möglichen Frequenzen gesendet wird. Dabei kann es in einer Station z. B. von Interesse sein, zu ermitteln, welche der möglichen Frequenzen empfangen wird. Andererseits kann auch der Fall vorliegen, daß von mehreren auf einer Übertragungsstrecke gelegenen Stationen jede auf eine eigene Frequenz ansprechen soll, so daß es genügt, festzustellen, ob diese eine Frequenz empfangen wird oder nicht.

Aus den Unterrichtsblättern der Deutschen Bundespost, Ausgabe B, Fernmeldewesen, Nr. 9,1959, Seite 175 ist es bereits bekannt, in Einrichtungen der TF-Übertragungstechnik zur Überwachung von Nachrichtenwegen Pilotfrequenzen einzuspeisen und an geeigneter Stelle deren Pegel zu messen. Zu diesem Zweck wird die Pilotspannung durch ein steiles, schmalbandiges Filtei ausgesiebt, verstärkt und gleichgerichtet. Wegen dei durchweg relativ hohen Pilotfrequenzen können zui Erzeugung der Pilote Quarzgeneratoren verwende' werden, die eine hohe Frequenzkonstanz aufweisen. Au der Empfangsseite kommen z. B. Quarzfilter zui Anwendung.

Es ist ferner bereits bekannt (DT-OS 20 44 001), be einer Einrichtung zur pilotgesteuerten Ersatzschaltunj von NF-Übertragungswegen einen Pilot zur Übermitt lung von vier Informationen über den Zustand zweie Übertragungskanäle heranzuziehen. Dabei kann de Pilot eine von vier möglichen Frequenzen annehmer die bei 300 Hz, 315 Hz, 330 Hz und 345 Hz liegen.

Man kann mit Hilfe einer in der Frequenz umsteuerbaren Pilotspannung zugleich durch Auswertung des Pilotpegels eine Pegelmessung bzw. Pegelregelung vornehmen und durch Auswertung der Frequenz Steuerkriterien, insbesondere für Ersatzschaltungs-2wecke, gewinnen. Verwendet man dabei in den Pilotempfängern Bandpässe, so ergibt sich ein relativ großer Schaltungsaufwand, wenn mehrere benachbarte Pilotfrequenzen mit größeren Toleranzen behaftet sind.

Eine Verwendung einfacher Schwingkreise als Frequenzdiskriminatoren ist insofern mit Schwierigkeiten verbunden, als bei hoher Güte des Schwingkreises bereits geringe Frequenzabweichungen genügen, um ein sicheres Ansprechen des Frequenzdiskriminators in Frage zu stellen und bei einer Verwendung von Schwingkreisen geringerer Güte ein fehlerhaftes Ansprechen der den Schwingkreisen nachgeschalteten Auswerteeinrichtungen nur dann sicher vermieden werden kann, wenn der Abstand der Steuerfrequenzen entsprechend groß gewählt ist. Dies bedingt jedoch einen Bedarf an Bandbreite, der in vielen Fällen nicht zur Verfugung steht, insbesondere dann, wenn in einem Niederfrequenzübertragungskanal unterhalb des Sprachbandes noch mehrere Steuerfrequenzen übertragen werden sollen.

Weitere Schwierigkeiten können sich ergeben, wenn der Pilotpegel Schwankungen unterworfen ist, die sich auf die Frequenzauswertung auswirken können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der vorstehend näher bezeichneten Art zu schaffen, das im Hinblick auf Toleranzen der auszuwertenden Frequenzen und auf Pegelschwankungen der Wechselspannung eine möglichst sichere Signalgabe hinsichtlich Pegel und Frequenz gestattet.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß je vorgegebener Frequenz ein auf diese Frequenz abgestimmter Schwingkreis vorgesehen ist und daß die Pilotspannung diesen Schwingkreisen zugeführt wird und daß durch Gleichrichtung der Schwingkreisspannungen gewönnene Gleichspannungen abhängig von ihrem Wert Signalgaben steuern, und daß für jede Frequenz, deren Vorhandensein eine Signalgabe veranlassen soll, durch Vergleich geprüft wird, ob die aus dem jeweiligen Schwingkreis stimmende Gleichspannung Vergleichsweise die jeweils größte ist, und ein positives Ergebnis dieser Prüfung als Auslösekriterium für die Signalgabe dient und daß zur Auswertung des Pegels der Pilotspannung eine eigene, innerhalb des Variationsbereiches der Frequenz frequenzunabhängige Pegelauswerteschaltung vorgesehen ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Verfahren, das besonders unempfindlich gegen Frequenzverwerfungen ist, mit denen im Hinblick auf die Übertragung des Pilots über eine TF-Strecke zu rechnen ist. Weiterhin wird eine besonders große Sicherheit bei der Signalgabe auch bei relativ großen Abweichungen der Frequenz vom Sollwert erzielt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sowohl für die Erzeugung als auch für die Auswertung der Frequenzen ein besonders geringer Aufwand erforderlich ist. Dieser Vorteil wirkt sich in besonderem Maße aus, wenn die Frequenz im NF-Bereich gelegen ist, da in diesem Frequenzbereich die Realisierung steiler Filter und frequenzgenauer Generatoren mit besonders großem Schaltungs- und Platzaufwand verbunden ist.

Man kann den Vergleich der Gleichspannungen so vornehmen, daß in einer ersten Stufe jede Gleichspannung mit jeder anderen verglichen wird und daß die Ergebnisse dieser Vergleiche in einer zweiten Stufe miteinander logisch verknüpft werden. So*kann z. B. mit Hilfe eines Und-Gatters festgestellt werden, ob alle Vergleiche einer Gleichspannung mit den anderen Gleichspannungen zum Ergebnis geführt haben, daß diese Gleichspannung die größere ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich das Verfahren dadurch weiter vereinfachen, daß je eine Signalgabe veranlassender Frequenz die aus dem zugehörigen Schwingkreis gewonnene Gleichspannung mit dem zuordnungsfrei gewonnenen Maximalwert der anderen Gleichspannungen verglichen wird. In diesem Zusammenhang ist unter einer zuordnungsfreien Gewinnung der Gleichspannung eine solche Gewinnung zu verstehen, deren Ergebnis der Maximalwert für sich allein, d. h. ohne Informationen über die Zuordnung dieses Wertes zu einer bestimmten Schwingkreisfrequenz ist

Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders einfache Art des Vergleichs insbesondere dann, wenn nach dem Verfahren nur beim Vorhandensein einer bestimmten von mehreren möglichen Frequenzen ein Signal abgegeben werden soll, wie dies insbesondere bei einzelnen Stationen eines Signalübertragungsweges der Fall ist, die jeweils nur auf eine bestimmte Frequenz ansprechen sollen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens derart ausgebildet, daß für den Vergleich ein Spannungsdiskriminator mit einer durch eine Steuerspannung steuerbaren Ansprechschwelle vorgesehen ist und daß an den einen Eingang des Spannungsdiskriminators die eine und an den zusätzlichen Eingang für die Steuerspannung die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen gelegt ist.

Für den Fall, daß der Spannungsdiskriminator durch einen mit zwei Transistoren aufgebauten Schmitt-Trigger gebildet ist, wird die Ermitterverbindung der beiden Transistoren zweckmäßigerweise, insbesondere über einen Widerstand, an den zusätzlichen Eingang geführt. Dient als Spannungsdiskriminator eine Operationsverstärkerschaltung, so wird zweckmäßigerweise dem einen Eingang des Operationsverstärkers die eine und dem anderen Eingang die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Gleichspannungen zugeführt.

Ferner kann man zur zuordnungsfreien Gewinnung des Maximalwertes der anderen Gleichspannungen jede dieser Gleichspannungen über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode an einen gemeinsamen Anschluß führen, so daß an diesem Anschluß der Maximalwert auftritt.

Die Erfindung wird anhand der in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. I eine Schaltungsanordnung zur Signalgabe in Abhängigkeit von der in vier Stufen veränderbaren Frequenz einer Pilotspannung,

Fig. 2 einen Schmitt-Trigger mit steuerbarer Ansprechschwelle und

Fig. 3 einen mit einem Operationsverstärker aufgebauten Spannungsdiskriminator mit steuerbarer Ansprechschwelle.

In Fig. 1 ist als Teil einer Einrichtung zur Umschaltung eines gestörten Übertragungsweges auf einen Ersatzweg eine Auswerteschaltung gezeigt, die sowohl den Pilotpegel als auch die jeweilige Frequenz unabhängig voneinander anzeigt, dargestellt. Bei dieser Einrichtung wird ein Pilot außer zur Pegelauswertung

auch zur Übertragung von vier Informationen über den Zustand zweier Nachrichtenübertragungswege benutzt. Zu diesem Zweck kann der Pilot eine von vier möglichen Frequenzen annehmen, die bei /"1=300 Hz, /2 = 315 Hz,/3 = 330 Hz und /"4 = 345 Hz liegen.

In der dafür nötigen Auswerteschaltung ist die Pegelmessung von der Frequenzerkennung getrennt. Dies ermöglicht in dem Teil, der die gesendete Frequenz auswertet, die Verwendung von Schwingkreisen mit geringer Güte. Durch Vergleich der gleichgerichteten Ausgangsspannungen der verschiedenen Schwingkreise miteinander kann die jeweilige Frequenz innerhalb einer großen Pegel- und Frequenztoleranz eindeutig angezeigt werden. Zur Pegelmessung wird die Pilotspannung frequenzunabhängig gleichgerichtet.

Auf der in F i g. 1 nicht näher dargestellten Sendeseite der Einrichtung wird aus dem NF-Band ein Bereich von 300 Hz bis 350 Hz durch eine Bandsperre ausgespart. Hinter der Bandsperre wird der Pilot eingespeist. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird auf der Empfangsseite dieser Bereich und damit auch der Pilot durch einen Bandpaß 2 wieder ausgesiebt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Fall vor, daß zusätzlich zu der Frequenzauswertung bzw. Frequenzerkennung auch eine Pegelauswertung vorgesehen ist. Für Anwendungsfälle, bei denen nur die Frequenzerkennung allein von Interesse ist, kann die Pegelmessung entfallen. Die eigentliche Pegelmessung ist von der Frequenzmessung getrennt. Die Pilotspannung wird in der Schaltung zur Mittelwertgleichrichtung gleichgerichtet, so daß an deren Ausgang eine frequenzunabhängige Gleichspannung U zur Verfugung steht.

Für jede der vier vorgesehenen Frequenzen ist auf der Empfangsseite ein auf dieser Frequenz abgestimmter Schwingkreis vorgesehen. Mit diesen Schwingkreisen 41 bis 44, die eine Güte von etwa 30 besitzen, wird festgestellt, welche Frequenz gesendet wird. Die Wechselspannungen, die an den voneinander entkoppelten Parallelschwingkreisen abfallen, werden mit den Gleichrichtern 51 bis 54 gleichgerichtet. Ist eine der Frequenzen /"2 bis /"4 vorhanden, so soll eine Signalgabe veranlaßt werden. Zu diesem Zweck ist je eine Signalgabe veranlassender Frequenzen ein Schmitt-Trigger vorgesehen, wobei der Eingang e 1 des Schmitt-Triggers 61 an den Gleichrichter 5Z der Eingang e 2 des Schmitt-Triggers 62 an den Gleichrichter 53 und der Eingang e 3 des Schmitt-Triggers 63 an den Gleichrichter 54 direkt angeschlossen ist. An den Ausgängen a 1 bis β 3 der Schmitt-Trigger 61 bis 63 wird digital angezeigt, welche der Frequenzen /"2 bis /4 gesendet wird.

Die Schmitt-Trigger 61 bis 63 besitzen noch einen zweiten Eingang & mit dem die Ansprechschwelle eingestellt werden kann. Beispiele für Spannungsdiskriminatoren mit steuerbarer Ansprechschwelle sind in den F i g. 2 und 3 gezeigt

Das Vorhandensein der Frequenz ft soll dagegen keine Signalgabe veranlassen. Aus diesem Grunde ist für die Frequenz f\ kein eigener Schmitt-Trigger vorgesehen. Das Vorhandensein der Frequenz f\ wird dadurch erkannt daß die Ausgänge al bis a 3 kein Signal abgeben.

Auf diese Weise ist eine Identifizierung, d. h. Feststellung welche der Frequenzen die größte Gleichspannung erzeugt mit Hilfe einer Zahl von Spannungsdiskriminatoren möglich, die der um eins verminderten Zahl der Frequenzen ist. Zur Feststellung.

ob eine bestimmte Frequenz vorhanden ist, ist nur ein einziger Spannungsdiskriminator erforderlich.

Da die Schwingkreisgüten gering sind, wirken sich Frequenz- und toleranzbedingte Schwankungen nur gering auf die Ausgangsgleichspannungen aus. Die Ausgänge der Gleichrichter 51 bis 54 sind über die Dioden 611 bis 613; 621 bis; 623; 631 bis 633 in der in Fig. 1 dargestellten Weise verknüpft und an die Eingänge si bis s3 der Schmitt-Trigger 61 bis 63

ίο geführt, so daß die Ansprechschwellen mit der Höhe des Pegels verändert werden. Die Verknüpfung ist so vorgenommen, daß jeder Gleichrichter jeweils über eine eigene Diode an die Steuereingänge aller Schmitt-Trigger geführt :st mit Ausnahme eines

'5 gegebenenfalls mit dem Eingang unmittelbar an diesen Gleichrichter angeschlossenen Schmitt-Triggers. So ist z. B. der Gleichrichter 52 über die Dioden 622 und 632 an die Eingänge s2 und s3 der Schmitt-Trigger 62 und 63 geführt.

Die Ausgangsspannung eines Gleichrichters verschiebt damit die Schwellen der Schmitt-Trigger, deren Eingänge nicht mit diesem Gleichrichter verbunden sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß jeweils die höchste der vier gleichgerichteten Spannungen die Schwellen der übrigen Schmitt-Trigger so weit erhöht, daß sie nicht ansprechen können, obwohl sie von den ihnen zugeordneten Schwingkreisen infolge der geringen Güte eine Spannung erhalten. Die Güte der Schwingkreise ist so bemessen, daß unter Berücksichtigung möglicher Frequenzabweichungen und Schwingkreistoleranzen für den Arbeitsbereich in der Umgebung des Resonanzpunktes der Schwingkreiskurve ein Sicherheitsabstand vom Schnittpunkt der Resonanzkurve mit der benachbarten Resonanzkurve eingehalten wird.

Der in Fig. 2 gezeigte Schmitt-Trigger ist mit den Transistoren 21 und 22 aufgebaut, deren Emitter unmittelbar miteinander verbunden und über den Widerstand 27 an die negative Versorgungsspannung geführt sind. Die Eingangsspannung Ue gelangt über den Widerstand 24 an die Basis des Transistors 21, die über den Widerstand 25 mit negativer Versorgungs spannung verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 21 ist über den Widerstand 23, der Kollektor des Transistors 22 über den Widerstand 28 an positive Versorgungsspannung geführt. Die Basis des Transi stors 22 ist einerseits über den Widerstand 26 an der Kollektor des Transisotrs 21 und andererseits über der Widerstand 22 an negative Versorgungsspannunj gelegt

Bei diesem Schmitt-Trigger ist die Emitterverbindun§ der Transistoren 21,22 über den Widerstand 30 an einer zusätzlichen Steuereingang angeschlossen. Mit Hilfe dei an den Steuereingang gelegten Spannung Us läßt sicr die Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers steuern. Au diese Weise läßt sich erreichen, daß der Schmitt-Triggei mir dann anspricht wenn die Eingangsspannung U_t größer als die Steurspannung L/s ist

Da die Ausgangsspannung des Schmitt-Trigger

abhängig von der eingestellten Schwellenspannung ist wird zweckmäßigerweise eine in der Figur nicht nähei dargestellte Schaltstufe nachgeschaltet die eint sehwellwertunabhängige Spannung abgibt

Der in F i g. 3 gezeigte Spannungsdiskriminator nacl Art eines Schmitt-Triggers ist mit Hilfe des Operations ■Verstärkers 16 aufgebaut und läßt sich mit besonder geringer Leistung steuern. Der Minuseingang de Operationsverstärkers 16 ist über den Widerstand 13 ai

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die negative Versorgungsspannung L/_fl2 geführt, die halb so groß ist wie die Versorgungsspannung U_B des Operationsverstärkers. Der Minuscingang liegt daher, solange die Dioden 611 bis 613 gesperrt sind, auf mittlerem Potential. Für die vom Gleichrichter 2 aus über den Widerstand 12 an den Piuseingang geführte Gleichspannung wirkt der Operationsverstärker 16 als nicht invertierender Verstärker.

Der Operationsverstärker 16 ist dadurch rückgekoppelt, daß sein Ausgang über den aus den Widerständen 17 und 18 bestehenden Spannungsteiler an Masse gelegt und der Abgriff dieses Spannungsteilers über den Widerstand 15 mit dem Pluseingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Der Pluseingang ist ferner über den Kondensator 19 an den Minuseingang und über den Widerstand 14 an Versorgungsspannung geführt. Die

Widerstände 14 und 15 bilden einen Spannungsteiler mit dem die Ansprechschwelle festgelegt wird.

Für die an den Pluseingang geführte Gleichspannung verhält sich die beschriebene Schaltung wie ein Schmitt-Trigger.

Zur Steuerung der Ansprechschwelle des Spannungsdiskriminators wird der mit Hilfe der Dioden 611 bis 613 gebildete Maximalwert der anderen Gleichspannungen über den Widerstand 11 an den Minuseingang geführt Dabei bilden die Widerstände 11 und 13 einen Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die Steuerspannung am Minuseingang so eingestellt wird, daß der Spannungsdiskriminator dann nicht anspricht, wenn der genannte Maximalwert größer als die vom Gleichrichter 51 abgegebene Gleichspannung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

«09534/202

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur frequenz- und pegelmäßigen Auswertung einer über wenigstens eine TF-Strecke geführten Pilotspannung, wobei durch die frequenzmäßige Auswertung feststellbar ist, welche von mehreren vorgegebenen Frequenzen vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß je vorgegebener Frequenz (/1 bis /4) ein auf diese Frequenz «o (/1 bis f4) abgestimmter Schwingkreis [Ui bis U4) vorgesehen ist, daß die Pilotspannung diesen Schwingkreisen zugeführt wird, daß durch Gleichrichtung (Gleichrichter 51 bis 54) der Schwingkreisspannungen gewonnene Gleichspannungen abhän- ¹S gig von ihrem Wert Signalgaben steuern, daß für jede Frequenz [f2 bis /4), deren Vorhandensein eine Signalgabe veranlassen soil, durch Vergleich geprüft wird, ob die aus dem jeweiligen Schwingkreis stammende Gleichspannung vergleichsweise die jeweils größte ist, und ein positives Ergebnis dieser Prüfung als Auslösekriterium für die Signalgabe dient, und daß zur Auswertung des Pegels der Pilotspannung eine eigene, innerhalb des Variationsbereiches der Frequenz frequenzunabhängige Pe- gelauswerteschaltung (3) vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Signalgabe veranlassender Frequenz [fl bis /4) die aus dem zugehörigen Schwingkreis (42 bis 44) gewonnene Gleichspannung mit der ohne Zuordnung zu einer bestimmten Pilotfrequenz gewonnenen größten der anderen Gleichspannungen verglichen wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch ?. dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich ein Spannungsdiskriminator (61 bis 63) mit einer durch eine Steuerspannung steuerbaren Ansprechschwelle vorgesehen ist und daß an den einen Eingang (el bis e3) des Spannungsdiskriminators die eine und an den 4<> zusätzlichen Eingang (s 1 bis s 3) für die Steuerspannung die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen gelegt ist (F ig. 1).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsdiskriminator durch einen mit zwei Transistoren (21, 22) aufgebauten Schmitt-Trigger gebildet ist, bei dem die Ermitterverbindung der beiden Transistoren (21, 22), insbesondere über einen Widerstand (30), an den zusätzlichen Eingang fs^geführt ist (F i g. 2).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsdiskriminator (61) eine Operationsverstärkerschaltung dient, bei der dem einen Eingang des Operationsverstärkers die eine und dem anderen Eingang die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Gleichspannungen zugeführt ist.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur zuordnungsfreien Gewinnung des Maximalwertes der anderen Gleichspannungen jede dieser Gleichspannungen über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode (611 bis 613; 621 bis 623; 631 bis 633) an einen gemeinsamen Anschluß geführt ist, so daß an diesem Anschluß (Si bis 53) der ^fl5 Maximalwert auftritt.

7. Verfahren oder Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier vorgesehenen Frequenzen 300 Hz, 315 Hz. 330 Hz und 345 Hz die Schwingkreisgüte etwa 30 beträgt.