DE2264031C3 - Verfahren zur frequenz- und pegelmäßigen Auswertung einer Pilotspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zui frequenz- und pegelmäßigen Auswertung einer übei wenigstens eine TF-Strecke geführten Piloispannung wobei durch die frequenzmäßige Auswertung feststell bar ist, welche von mehreren vorgegebenen Frequenzer vorhanden ist. Die Pilotspannung hat dabei insbesonde re eine in der NF-Lage gelegene und in Stufer veränderbare Frequenz und kann vorzugsweise zui Pegelüberwachung und/oder Pegelregelung dienen.

Es ist bereits ein Frequenzanalysator bekannt (US-PS 34 50 989), bei dem ein elektrisches Signal verschiede nen Bandpässen zugeführt wird und die Ausgangsspan nungen jeweils zweier benachbarter Bandpässe mi; Hilfe eines Komparators miteinander verglichen wer den. Dabei bestimmt jeder Komparator, welcher vor zwei benachbarten Frequenzdetektoren das größere Au'gangssignal abgibt. Mit Hilfe einer an die Kompanitoren angeschlossenen Relaisschaltung werden danr Frequenzen in Frequenzbereichen bestimmt, die einander überlappen können, wie dies insbesondere bei det Bes'immung der Formanten von Sprachsignalen der Fall ist.

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

Diese Verwendung bezieht sich auf die einzelnen, in einem Bandpaß enthaltenen RI.C Kreise. Weiterhin isi bei dieser Anordnung lediglich eine frequenzmäßige Auswertung vorgesehen, wobei die Anordnung dazu dient, 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, daO 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 Filter ausgesiebt, verstärkt und gleichgerichtet. Wegen der durchweg relativ hohen Pilotfrequenzen können zur Erzeugung der Pilote Quarzgeneratoren verwendet werden, die eine hohe Frequenzkonstanz aufweisen. Aul der Empfangsseite kommen z. B. Quarzfilter zur Anwendung.

Es ist ferner bereits bekannt (DT-OS 20 44 001), bei einer Einrichtung zur pilotgesteuerten Ersatzschaltung von NF-Übertragungswegen einen Pilot zur Übermittlung von vier Informationen über den Zustand zweier Übertragungskanäle heranzuziehen. Dabei kann der Pilot eine von vier möglichen Frequenzen annehmen, 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 Ersatzschaltung*- zwecke, gewinnen. Verwendet man dabei in den Pilotempfängern Bandpässe, so ergibt sich ein relativ großer Schahungsaufwand, 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 Steiierlrcquenzcn 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 Pegetschwankungen 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 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 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 werderi. So kann /.. 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 Spannungsdisknminator mit einer durch eine Steuerspanniing steuerbaren Ansprechschwelle vorgesehen ist und daß an den ei.'cn Eingang des Spannungsdiskriminators die eine und an den zusätzlichen Eingang für die Steuerspannung die andere Jer 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 Operationsvcrstärkerschaltung, 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 Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Signalgabe in Abhängigkeit von der in vier Stufen veränderbaren Frequenz einer Pilotspannung,

F i g. 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 Ausweneschaltung 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 Nachrichtenübertrngungswegc benutzt. Zu diesem Zweck kann der Pilot eine von vier möglichen Frequenzen annehmen, die bei f\ = 300 Hz. /2 = 315 Hz, η = 330 H/. und Λ» = 345 H/ liegen.

In der dafür nötigen Auswcrteschaltiing ist die Pegelmessung von der Frequcnzerkennung 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 Frequenzioleranz eindeutig angezeigt werden. Zur Pegelmessung wird die Pilotspannung frequenzunabhängig gleichgerichtet.

Auf der in Fi g. 1 nicht näher dargestellten Sendeseile 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 Fig. 1 hervorgeht, wird auf der Empfangsseile dieser Bereich und damit auch der Pilol durch einen Bandpaß 2 wieder ausgesiebt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Fall vor, daß zusätzlich zu der Frequenzausweriung bzw. Frequenzerkennung auch eine Pegelauswerüing 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 Mittclwertgleichrichtung gleichgerichtet, so daß an deren Ausgang eine frequenzunabhängige Gleichspannung //zur Verfügung 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 52, der Eingang e2des Schmitt-Triggers 62 an den Gleichrichter 53 und der Eingang e3 des Schmitt-Triggers 63 an den Gleichrichter 54 direkt angeschlossen ist. An den Ausgängen a 1 bis a 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 s, 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 f\ soll dagegen keine Signalgabe veranlassen. Aus diesem Grunde ist für die Frequenz /1 kein eigener Schmitt-Tngger vorgesehen. Das Vorhandensein der Frequenz f\ wird dadurch erkannt, daß die Ausgänge al bis a3 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 Spanniingsdiskriminator erforderlich.

Da die Schwingkreisgüten gering sind, wirken sich Frequenz- und tolcranzbedingte 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 ist mit Ausnahme eines 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 s 3 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 isi 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 Ur gelangt über den Widerstand 24 an die Basis des Transistors 21. die über den Widerstand 25 mit negativer Versorgungsspannung 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 Transistors 22 ist einerseits über den Widerstand 26 an den Kollektor des Transisotrs 21 und andererseits über den Widerstand 22 an negative Versorgungsspannung

gelegt.

Bei diesem Schmitt-Trigger ist die Emitierverbindung der Transistoren 21,22 über den Widerstand 30 an einen zusätzlichen Steuereingang angeschlossen. Mit Hilfe der an den Steuereingang gelegten Spannung Us läßt sich die Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers steuern. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß der Schmitt-Trigger nur dann anspricht wenn die Eingangsspannung Ve größer als die Steurspannung L&ist

Da die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers

abhängig von der eingestellten Schwellenspannung ist

wird zweckmäßigerweise eine in der Figur nicht näher

dargestellte Schaltstufe nachgeschaltet die eine

schwellwertunabhängige Spannung abgibt

Der in Fig. 3 gezeigte Spannungsdiskriminator nach Art eines Schmitt-Triggers ist mit Hilfe des Operationsverstärkers 16 aufgebaut und läßt sich mit besonders geringer Leistung steuern. Der Minuseingang des Operationsverstärkers Ϊ6 ist über den Widerstand 13 an

die negative Versorgungsspannung I'n; geführt, die halb so groß im wie die Versorgungsspannung Un ties Operationsverstärkers. Der Minuseingang liegt daher, solange die Dioden fell bis 613 gesperrt sind, auf niiitlerem Potential. Für die vom Gleichrichter 2 aus über den Widerstand 12 an den Pluseiiigang geführte (ileiehspannung wirkt der Operationsverstärker 16 als nicht invertierender Verstärker.

Der Operationsverstärker 16 ist dadureh rückgekoppelt, daß sein Ausgang über den aus ilen Widerständen 17 und 18 bestehenden Spannungsteiler an Masse gelegt und der Abgriff dieses Spannungsteilers über den Widerstand 15 mit dem l'iuseingaiig des Operationsverstärkers verbunden ist. 15er Pluseingang ist leiner über den Kondensator 19 an den Mintiseingang und über ilen Widerstand 14 an Versorgiingsspanniing geführt. Die Widerstände 14 und 15 bilden einen Spannungsteiler, mit dem die Anspreehsehwelle festgelegt wird.

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

Zur Steuerung der Anspreehsehwelle 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 Widerstünde Il und 13 einen Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die Sieuerspannung am Minuseingang so eingestellt wird, daß der Spaniiungsdiskriminaior dann nicht anspricht, wenn der genannte Maximalwert größer als die vom Gleichrichter 51 abgegebene Gleichspannung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 613/234

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 (/Ί bis /4) ein auf diese Frequenz (f\ bis /4) abgestimmter Schwingkreis (U 1 bis t/4) vorgesehen ist, daß die Pilotspamung diesen Schwingkreisen zugeführt wird, daß durch Gleichrichtung (Gleichrichter 51 bis 54) der Schwingkreisspannungen gewonnene Gleichspannungen abhängig von ihrem Wert Signalgaben steuern, daß für jede Frequenz (/"2 bis /4), deren Vorhandensein eine Signalgabe veranlassen soll, 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 (/2 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 2, 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 zusätzlichen Eingang (51 bis s3) für die Steuerspannung die andere der beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen gelegt ist (F i g. 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 ^geführt ist (Fig. 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 Maximalwert auftritt.

7. Verfahren oder Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier vorgesehenen Fre quenzen 300 Hz. 315Hz, 330 Hz und 345 H/ du Schwingkreisgüte etwa 30 beträgt.