DE2712831A1 - Sprechgeschuetzter frequenzselektiver zeichenempfaenger - Google Patents
Sprechgeschuetzter frequenzselektiver zeichenempfaengerInfo
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- H04Q1/45—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current with voice-band signalling frequencies using multi-frequency signalling
- H04Q1/457—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current with voice-band signalling frequencies using multi-frequency signalling with conversion of multifrequency signals into digital signals
Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 77
Sprachgeschützter frequenzselektiver Zeichenempfänger
Die Erfindung betrifft einen sprachgeschützten frequenzselektiven Zeichenempfänger für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen,
bei dem die zu empfangenden Zeichen aus mehreren gleichzeitig auftretenden Einzelfrequenzen bestehen.
Für Wähl- und Sighalisierungsaufgaben der Fernsprechtechnik werden
Mehrfrequenzcodesignale verwendet, wobei jedes Zeichen aus einer Kombination von zwei Frequenzen besteht. Entsprechend dem
verwendeten Code arbeiten bisher bekannte Empfänger mit Filteran-Ordnungen zur Trennung der beiden Frequenzkomponenten, die dann
anschließend weiterverarbeitet werden. Aufgrund der hohen Anforderungen an die gegenseitige Sperrdämpfung, z.B. wegen erforderlicher
Sprachschutzmaßnahmen, benötigt man Filter relativ großer Steilheit, die in der Herstellung sehr teuer sind und
einen erheblichen Platzbedarf beanspruchen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen sprachgeschützten
frequenzselektiven Zeichenempfänger zu schaffen, der keine aufwendigen Filteranordnungen benötigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
für einen Zeichenempfänger der oben genannten Art
dadurch gelöst, daß das aus den Einzelfrequenzen zusammengesetzte analoge Summensignal in ein aus positiven und negativen
Impulsen gleicher Amplitude bestehendes digitales Signal umgewandelt wird, wobei die Dauer der einzelnen Impulse gleich <iem
Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des analogen Summensignals ist, und daß das so erhaltene digitale
Signal mit für die einzelnen Nutzzeichen normierten Impulsmustern Som 1 StI / 18.3.77 809840/0046
ORIGINAL INSPECTED
77 P 5 03 1 BRD
verglichen wird. 3 ? 7 1 ? fi 91
Ein Mehrfrequenzcodesignal besteht aus einer linearen Addition zweier oder mehrerer Sinusschwingungen verschiedener Frequenz
in Form einer Schwebung. Rechnergestützte Untersuchungen haben ergeben, daß jede Schwebung eigene Charakteristika aufweist, die
hauptsächlich durch ihre Einzelschwingungen bestimmt sind. Die Startphasenlage verursacht lediglich eine zeitliche Verschiebung
des Schwebungsbildes. Bei Amplitudenunterschieden der Einzelschwingungen bis etwa 6dB ändert sich zwar das Schwebungsbild,
die Periode der Schwebung ändert sich dagegen nur geringfügig. Demzufolge ist die Periodendauer ein Charakteristikum für eine
aus bestimmten Einzelschwingungen zusammengesetzte Schwebung und kann zur Auswertung der Frequenzen der darin enthaltenen
Einzelschwingungen benutzt werden. Weiterhin ist der zeitliche Abstand zwischen zwei Nulldurchgängen des digitalen Signals
der in diesem Zeitabschnitt auftretenden Amplitude des analogen Signals proportional. Der maximale Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Nulldurchgängen ist ein weiteres Charakteristikum einer gegebenen Schwebung. Die zeitliche Folge der Nulldurchgänge
beschreibt also den wesentlichen zeitlichen Verlauf einer Schwebung.
Das Lösungsprinzip beruht auf dem Vergleich des aufbereiteten digitalen Signals mit fest vorgegebenen Impulsmustern. Für jede
der η auszuwertenden Frequenzkombinationen wird jeweils über eine Schwebungsperiode ein Norm-Impulsmuster als Vergleichsnormal
vorgegeben. Zur Ermittlung der anstehenden Frequenzkombination benötigt der Zeichenempfänger gemäß der Erfindung daher
keine aufwendigen Filteranordnungen, sondern kann mit integrierbaren digitalen Schaltungsanordnungen bestückt werden, die den
notwendigen Vergleich des aufbereiteten digitalen Signals mit dem normierten Impulsmuster durchführen.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zeichenempfängers ist dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich des digitalen
Signals mit dem normierten Impulsmuster nur diejenigen Impulse verwendet werden, deren Länge eine vorgegebene Mindestdauer tm
überschreitet.
Jf
77 P 6 03 1 BRD
Die Längen dieser Impulse sind in bestimmten Bereichen annähernd gleich und wiederholen sich in Abständen von einer halben Periodendauer.
Es werden daher nur diese Bereiche zur Auswertung herangezogen, die dazwischenliegenden Bereiche werden als nicht signifikant
bei der Auswertung weggelassen. Dadurch verringert sich der notwendige Schaltungsaufwand.
Eine beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zeichenempfängers
ist dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Signal während einer vorgegebenen Zeitdauer in einen Speicher eingelesen
wird, wobei gleich große Zeitintervalle gebildet werden, und Jedem Zeitintervall ein bestimmter Speicherplatz zugeordnet wird,
daß der Wert der einzelnen Speicherplätze mit den Werten der Speicherplätze eines weiteren Speichers, in dem das normierte
Impulsmuster abgespeichert ist, in der Weise verglichen wird, daß die maximale Anzahl von Koinzidenzen zwischen den Werten
entsprechender Speicherplätze festgestellt wird, wobei nach jedem Vergleichsvorgang eine Adressenverschiebung im ersten Speicher
um ein Zeitintervall vorgenommen wird. Auf diese Weise kann die Periodendauer auf einfache Art ermittelt werden. Als Speicher
können zum Beispiel integrierte Halbleiterspeicher eingesetzt werden, so daß sich insgesamt für den Zeichenempfänger bei einer
hohen Zuverlässigkeit ein geringer Raumbedarf ergibt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Merkmale eines Zweifrequenzsignals,
Fig. 1 die Merkmale eines Zweifrequenzsignals,
Fig. 2 das Prinzip der Aufspaltung des digitalen Signals in positive und negative Impulse,
Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel zur Gewinnung der positiven Impulse Fig. k das Auswerteprinzip für die Ermittlung der Periodendauer,
Fig. 5 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Zeichenempfängers.
809840/0(Hf
Tl COPY '
Fig. 1a zeigt ein Mehrfrequenzsignal in seiner analogen Form. Es ist zu erkennen, daß sich der Schwebungsverlauf nach der Periodendauer
T wiederholt. Fig. 1b zeigt den Verlauf des aus dem analogen Summensignal z.B. mit Hilfe harter Begrenzung gewonnenen
digitalen Signals. Es zeigt sich, daß der zeitliche Abstand zwischen zwei Nulldurchgängen des digitalen Signals proportional
der in diesem Zeitabschnitt auftretenden Amplitude des analogen Summensignals ist, so daß die zeitliche Folge der Nulldurchgänge
den wesentlichen zeitlichen Verlauf der Schwebung beschreibt. In Fig. 1c sind schraffiert die Bereiche dargestellt,
in welchen die Länge der einzelnen Impulse ei m vorgegebene
Mindestdauer tm überschreitet. Innerhalb dieser schraffierten Bereiche die sich in Abänden von einer halben Periodendauer
wiederholen, sind die Längen der einzelnen Impulse annähernd gleich. Daher werden zur Auswertung nur die schraffierten Bereiche
herangezogen und die dazwischenliegenden Bereiche mit relativ kleinen Amplituden als nichtsignifikant bei der Auswertung
weggelassen.
Aufgabe der Signalaufbereitung im Zeichenempfänger ist es daher, der Auswerteschaltung nur diejenigen Teile der Schwebung vorzeichenrichtig
anzubieten, die die wesentlichen Informationen enthalten, das heißt die in Fig. 1c schraffierten Bereiche. Dazu
wird beim hier beschriebenen AusfUhrungsbeispiel das digitale Signal, wie es in Fig. 1b dargestellt ist, in zwei digitale
Signale gespalten, die im folgenden P-Impulse (positive Impulse) und M-Impulse (Minusimpulse) genannt werden. Diese entsprechen
den positiven bzw. den negativen Halbwellen des analogen Summensignals. Dabei werden, wie in Fig. 2 dargestellt ist, nur diejenigen
positiven bzw. negativen Impulse des digitalen Signals in P- bzw. M-Impulse umgewandelt, deren Länge eine vorgegebene
Mindestdauer tm überschreiten. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel wird daher der zweite positive Impuls des digitalen
Signals BA nicht in einen P-Impuls PI umgesandelt.
Ein Realisierungsbeispiel zur Gewinnung der P-Impulse ist in
Fig. 3 gezeigt. Der linke Teil der Schaltung, der aus dem Verzögerungsglied MF1 und dem Flipflop FF1 besteht, verzögert die
übergänge von 0 auf L des digitalen Eingangssignals BA um die
809840/0046
COPY
Zeit tm. Dadurch werden die L-Zustände um die Zeit tm gekürzt.
Ist ein L-Zustand des Eingangssignals BA kürzer als tm (nicht signifikanter Impuls), wird am Ausgang A des Gatters nichts
ausgegeben. Der rechte Teil der in Fig. 3 gezeigten Schaltung verzögert die übergänge vom L- auf den O-Zustand der verkürzten
Signale um tm, so daß am Ausgang B P-Impulse geliefert werden,
welche die gleichen Längen wie die vom Begrenzer gelieferten haben, falls ihre Länge größer als die vorgegebene Zeit tm ist.
Der Takt T wird benötigt, wenn die beiden Verzögerungsglieder MF1 und MF2 als Zähler ausgebildet sind und die Zeit tm durch
Zählen einer bestimmten Anzahl von Taktimpulsen erzeugt wird. Die M-Impulse können mit einer gleich aufgebauten Anordnung erzeugt
werden, wenn man am Eingang das negierte Begrenzersignal BA anlegt. Sowohl die P- als auch die M-Impulse sind gegenüber
dem in Fig. 1b gezeigten digitalen Signal um die Zeit tm verzögert, was aber für die nachfolgende Auswertung ohne Bedeutung
ist.
Das Prinzip der Auswertung beruht nun auf dem Vergleich des zu P- und M-Impulsen aufbereiteten digitalen Signals des empfangenen
analogen Summensignals mit fest eingeschriebenen Impulsmustern. Für jede deren auszuwertenden Frequenzkpmbinationen
wird jeweils über eine Schwebungsperiode ein Norm-Impulsmuster
vorgegeben. Diese Norm-Impulsmuster werden aus der jeweiligen Frequenzkombination unter der Bedingung gewonnen, daß beide
Einzelschwingungen amplitudengleich sind. Da beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Norm-Impulsmuster aus Folgen von P- und
M-Impulsen besteht, benötigt man zu dessen Speicherung einen Speicher für die P-Impulse und einen Speicher für die M-Impulse,
das heißt ein Speicherpaar. Der Zeichenempfänger benötigt also η fest programmierte Speicherpaare und ein Spei dierpaar für das
auszuwerfende Eingangssignal. Als fest programmierte Speicher können sogenannte ROMs (Read Only Memory) verwendet werden
während als Speicherpaar für das auszuwertende Eingangssignal sigenannte RAMs (Random Access Memory) verwendet werden können.
Da zunächst kein zeitlicher Zusammenhang zwischen den in den Speicher RAM eingelesenen P- und M-Impulsen und den in den
Speichern ROM gespeicherten Norm-Impulsmustern besteht, sind mehrere Durchläufe für eine Auswertung gemäß der Erfindung not-
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wendig, während denen der Inhalt des Speichers RAM zeitlich.
verschoben werden muß. Der zeitliche Ablauf eines solchen Auswertevorgangs ist in Fig. 4 dargestellt. Zur Vereinfachung ist
nur eine Impulsart dargestellt. Die anfallenden Impulse (P- bzw. M-Impulse) werden während einer bestimmten Zeit Tm in den
Speicher RAM eingelesen. Dabei wird die Zeit Tm in gleich große Zeitintervalle quantisiert, wobei jedem Zeitintervall per Adresse
(siehe Fig. 4a) ein Speicherplatz im Speicher RAM und in den Speichern ROM zugeordnet ist. Die Auswertung der so im Speicher
RAM eingeschriebenen Impulse (dargestellt in Fig. 4c) erfolgt durch Vergleich mit den Speicherinhalten der Speicher ROM. Ein
solcher Speicherinhalt ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt. Beim Vergleich dieses Impulsmusters mit dem neu eingespeicherten
Impulsmuster ergeben sich, da zwischen den beiden Impulsmustern
1$ zunächst noch kein zeitlicher Zusammenhang besteht, zwei Koinzidenzen
für den ersten Durchlauf, wie aus Fig. 2c zu entnehmen ist. Die beiden bestehenden Koinzidenzen sind schraffiert angedeutet.
Durch Verschiebung des Speicherinhaltes in dem Speicher RAM zwischen den jeweils aufeinanderfolgenden Vergleichen, die man
nicht in Echtzeit· sondern mit einem wesentlich schnelleren Takt vornehmen kann, wird für eine bestimmte Verschiebung eine maximale
Anzahl von Koinzidenzen mit einem der fest vorgegebenen Impulsmuster festgestellt, siehe Fig. 4f. Dies ist dann der Fall,
wenn sich das im Speicher RAM eingelesene Impulsmuster mit dem für eine Frequenzkombination charakteristische Norm-ImpulsmiEter
in einem der Speicher ROM zeitlich deckt. Damit ist die Aufgabe der Signalerkennung im Prinzip gelöst.
Durch Vorgabe der Anzahl von Koinzidenzen lassen sich Störungen und Frequenztoleranzen berücksichtigen, so daß eine sichere Zeichenauswertung
erreicht werden kann, denn diese Maßnahme bietet die Möglichkeit der Sperrung der Zeichenauswertung, wenn Signale
zum Empfängereingang gelangen, die von Sprache und Geräuschen verursacht sind und somit zusätzliche Frequenzkomporienten aufweisen.
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In Fig. 5 ist das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Zeichenempfängers dargestellt, bei dem das beschriebene
Auswerteprinzip angewendet wird. Dabei sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Einzelschaltungsanordnungen
dargestellt. Eine Begrenzerschaltung B formt die Eingangssignale, das heißt die analogen Summensignale, in digitale
Signale um. Diese werden dann in der Signalaufbereitungsschaltung SA, wie oben beschrieben, in P- und M-Impulse umgewandelt.
Ein Taktgenerator TG liefert die vom Zeichenempfänger benötigten Taktimpulse, wobei in den einzelnen Baugruppen des Zeichenempfängers
Taktumsetzer vorgesehen sind, welche den vom Taktgenerator TG gelieferten Grundtakt den jeweils geforderten Arbeitsgeschwindigkeiten
anpassen.
Wird in der Signalaufbereitungsschaltung SA ein Eingangssignal festgestellt, so lieferte diese ein Signal an die Zählschaltung
ZS, welche dadurch gestartet wird. Ab einem bestimmten Zählerstand, der eine bestimmte Vorlaufzeit gewährleistet, durch die
mögliche Einschwingvorgänge auf der Übertragungsleitung berücksichtigt werden können, gibt die Zählschaltung ZS für einen bestimmten
Zeitraum ein Signal an ihren Ausgang 1 ab, welches die Torschaltungen T1 und T2 öffnet, so daß die P-Impulse über die
die
Torschaltung T1 und/M-Impulse über die Torschaltung T2 in den Speicher RAM eingelesen werden können. Dieser Speicher RAM verfügt über zweimal η-Speicherplätze, für die P- und M-Impulse. In die einzelnen Speicherplätze wird während eines Impulses eine logische L und während einer Impulspause eine logische 0 eingeschrieben. Die zeitliche Quantisierung und damit auch gleichzeitig die Adressierung der Speicherplätze übernimmt eine Steuerschaltung St1, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem Schieberegister besteht. Diese Steuerschaltung St1 wird von der Zählschaltung gleichzeitig mit den beiden Torschaltungen T1 und T2 freigegeben. Die Anzahl der Speicherplätze RAM ist gleich der Anzahl der Stufen des Schieberegisters der Steuerschaltung St1. Das Signal am Ausgang 1 der Zählschaltung ZS steht solange an, daß gemäß einem vorgegebenen Zeitraum Tm (siehe Fig. 4) alle Speicherplätze des Speichers RAM
Torschaltung T1 und/M-Impulse über die Torschaltung T2 in den Speicher RAM eingelesen werden können. Dieser Speicher RAM verfügt über zweimal η-Speicherplätze, für die P- und M-Impulse. In die einzelnen Speicherplätze wird während eines Impulses eine logische L und während einer Impulspause eine logische 0 eingeschrieben. Die zeitliche Quantisierung und damit auch gleichzeitig die Adressierung der Speicherplätze übernimmt eine Steuerschaltung St1, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem Schieberegister besteht. Diese Steuerschaltung St1 wird von der Zählschaltung gleichzeitig mit den beiden Torschaltungen T1 und T2 freigegeben. Die Anzahl der Speicherplätze RAM ist gleich der Anzahl der Stufen des Schieberegisters der Steuerschaltung St1. Das Signal am Ausgang 1 der Zählschaltung ZS steht solange an, daß gemäß einem vorgegebenen Zeitraum Tm (siehe Fig. 4) alle Speicherplätze des Speichers RAM
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besetzt sind. Nach Ablauf der Zeit Tm sind dann auch die Torschaltungen
T1 und T2 wieder gesperrt.
In den Speichern ROM 1 bis ROMi befinden sich den einzelnen auftretenden Nutzzeichen zugeordnete normierte Impulsmuster.
Diese Speicher verfügen, ebenso wie der Speicher RAM über zweimal η Speicherplätze für die P- und für die M-Impulse.
Die Adressierung während des eigentlichen Vergleichsvorganges wird von der Steuerschaltung St2 übernommen, die im wesentlichen
aus einem Schieberegister besteht. Gestartet wird die Steuerschaltung St2 über ein Signal, welches während der eigentlichen Auswertezeit
am Ausgang 2 der Zählschaltung ZS anliegt. Zum Vergleich der eingespeicherten Impulsmuster wird nacheinander der
Inhalt jedes Speicherplatzes des Speichers RAM mit dem Inhalt der entsprechenden Speicherplätze der Speicher R0M1 bis ROMi
mit Hilfe der Vergleichsschaltungen V1 bis Vn verglichen.
Nach jedem Durchlauf wird der Inhalt des Speichers RAM um einen Speicherplatz verschoben. Dies ist dadurch möglich, daß die
zweimal η Speicherplätze als Schieberegister ausgebildet sind. Der Schiebeimpuls für diese Verschiebung wird von der Steuerschaltung
St2 nach jedem Umlauf abgeleitet. Eine andere Möglichkeit würde darin bestehen, nach jedem Durchlauf die Adressierung
des Speichers RAM entsprechend zu ändern.
Die Vergleichsschaltungen V1 bis Vi vergleichen den Inhalt der Speicherplätze des Speichers RAM mit dem Inhalt der Speicherplätze
der Speicher R0M1 bis ROMi. Dabei liefert irgendeine Vergleichsschaltung V für jedes Zeitintervall dann einen Impuls,
wenn die Inhalte der verglichenen Speicherplätze übereinstimmen. Bei jedem Durchlauf liefert jeder Vergleicher eine unterschiedliche
Anzahl von Impulsen an seinem Ausgang. Diese werden von i Zählern, nämlich Z1 bis Zi, in der Auswerteschaltung A gezählt.
Bei überschreiten eines vorgegebenen Zählerstandes, der den Störabstand und die Frequenztoleranz des Eingangssignals berücksichtigt,
werden die dem entsprechenden Speicher ROM zugeordneter Ausgänge der Auswerteschaltung A freigegeben. Damit ist die
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Auswertung beendet, und über das Gatter G wird die Zählschal tung ZS zurückgestellt, so daß ein neuer Auswertevorgang beginnen
kann.
3 Patentansprüche
5 Figuren
5 Figuren
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Leerseite
Claims (3)
1.ySprachgeschützter frequenzselektiver Zeichenempfänger für
V_f>ernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, bei dem die zu
empfangenden Zeichen aus mehreren gleichzeitig auftretenden Einzelfrequenzen bestehen, dadurch gekennzeichnet,
daß das aus den Einzelfrequenzen zusammengesetzte analoge Summensignal in ein aus positiven und negativen Impulsen gleicher
Amplitude bestehendes digitales Signal umgewandelt wird, wobei die Dauer der einzelnen Impulse gleich dem Abstand zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des analogen Summensignals ist und daß das so erhaltene digitale Signal mit für die einzelnen
Nutzzeichen normierten Impulsmustern verglichen wird.
2. Zeichenempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich des digitalen Signals mit dem normierten
Impulsmuster nur diejenigen Impulse verwendet werden, deren Länge eine vorgegebene Mindestdauer tm überschreitet.
3. Zeichenempfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das digitale Signal während einer vorgegebenen Zeitdauer in einen Speicher eingelesen wird, wobei gleichgroße Zeitintervalle
gebildet werden und jedem Zeitintervall ein bestimmter Speicherplatz zugeordnet wird, daß der Wert der in den einzelnen
Speicherplätzen abgespeicherten Informationen mit den
Informationswerten der Speicherplätze eines weiteren Speichers, in dem das normierte Impulsmuster abgespeichert ist, in der
Weise verglichen wird, daß die maximale Anzahl von Koinzidenzen zwischen den Werten entsprechender Speicherplätze festgestellt
wird, wobei nach jedem Vergleichsvorgang eine Adressenverschiebung im ersten Speicher um ein Zeitintervall vorgenommen wird.
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ORIGINAL INSPECTED
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