DE2712831B2 - Sprachgeschützter frequenzselektiver Zeichenempfänger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen sprachgeschützten frequenzselektiven Zeichenempfänger für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, bei dem die zu empfangenden Zeichen aus mehreren gleichzeitig auftretenden Einzelfrequenzen bestehen und 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.

Für Wähl- und Signalisierungsaufgaben der Fernsprechtechnik werden Mehrfrequenz-Codesignale verwendet, wobei jedes Zeichen aus einer Kombination von zwei Frequenzen besteht. Entsprechend dem verwendeten Code arbeiten die meisten bekannten Empfänger mit analogen Filteranordnungen zur Trennung der beiden Frequenzkomponenten, die anschließend einzeln weiterverarbeitet werden. Aufgrund der hohen Auforderungen an die gegenseitige Sperrdämpfung z. B. wegen erforderlicher Sprachschutzmaßnahmen, benötigt man dabei Filter relativ großer Steilheit, die in der Herstellung sehr teuer sind, einen erheblichen Platzbedarf beanspruchen und sich nicht integrieren lassen.

Es sind auch bereits Zeichenempfänger der eingangs genannten Art bekannt, die zur Trennung der beiden Frequenzkomponenten digitale Filteranordnungen verwenden. Aber auch diese digitalen Filteranordnungen erfordern wegen der hohen Anforderungen, die an die Filter gestellt werden, einen erheblichen Aufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen sprachgeschützten frequenzselektiven Zeichenempfänger zu schaffen, der keine Filteranordnungen· benötigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen

ίο Zeichenempfänger der oben genannten Art dadurch gelöst, daß das digitale Signal mit für die einzelnen Nutzzeichen normierten Impulsmustern verglichen wird.

Ein Mehrfrequenz-Codesignal besteht aus einer

is -Inearen Addition zweier oder mehrer 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 Schwcbungsbüdcs. Bei Amplitudenunterschieden der Einzelschwingungen bis etwa 6 dB 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 jeweiis über eine Schwebungsperiode ein Norm-Impulsmuster als Vergleichsnormal vorgegeben. Zur Ermittlung der anstehenden Frequenzkombination benötigt der Zeichenempfänger gemäß der Erfindung daher keine Filteranordnungen. Auf diese Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Zeichenempfänger eine komplizierte Baugruppe eingespart, so daß der Zeicnenempfänger ganz mit herkömmlichen aul dem Markt befindlichen integrierten Baugruppen bestückt werden kann.

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 im überschreitet.

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 eraiittelt 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 zeigt

F i g. 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 Umpulse,

Fig.4 das Auswerteprinzip für die Ermittlung der Periodendauer,

Fig.5 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zeichenempfängers.

Fig. la zeigt ein Mehrfrequenzsignal in seiner analogen Form. Es ist zu erkennen, daß sich der Schwebungsverlauf nach der Periodendauer Γ wieder- jo holt. F i g. 1 b 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. Ic sind schraffiert die Bereiche dargestellt, ii. welchen die Länge der einzelnen Impulse eine vorgegebene Mindestdauer tm überschreitet. Innerhalb dieser schraffierten Bereiche die sich in Abständen 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 Ausu»erteschaltung nur diejenigen Teile der Schwebung vorzeichenrichtig anzubieten, die die wesentlichen Informationen enthalten, das heißt die in Fig. ic schraffierten Bereiche. Dazu wird beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel das digitale Signal, wie es in F i g. 1 b dargestellt ist, in zwei digitale Signale gespalten, die im folgenden P-lmpulse (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 im überschreiten. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel wird daher der zweite positive Impuls des digitalen Signals BA nicht in einen P-Impuls t>^;> P/umgewandelt.

Ein Realisierungsbeisp'?! zur Gewinnung der P-lmpulse ist in F i g. 3 gezeigt. Der linke Teil der Schaltung, der aus dem Verzögerungsglied MFl und dem Flipflop FFl besteht, verzögert die Übergänge von 0 auf L des digitalen Eingangssignals BA um die 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 ß 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 MFl 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 gegenübe· dem in Fig. Ib gezeigten digitalen Signa! um die Zeit im 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 der auszuwertenden Frequenzkombinationen wird jeweils über eine Schwebungsperiode e.^:n 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-lmpulse und einen Speicher für die M-Impulse, das heißt ein Speicherpaar. Der Zeichenempfänger benötigt also η fest programmierte Speicherpaare und ein Speicherpaar für das auszuwertende Eingangssignal. Als fest programmierte Speicher können sogenannte ROMs (Read Only Memory) verwendet werden, während als Speicherpaar für das auszuwertende Eingangssignal sogenannte 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-Impulsmuslern bestem, sind mehrere Durchläufe für eine Auswertung gemäß der Erfindung notwendig, während denen der Inhalt des Speichers RAM zeitlich verschoben werden muß. Der zeitliche Ablauf eines solchen Auswertevorganges ist in F i g. 4 dargestellt. Zur Vereintachung ist nur eine Impulsart dargestellt. Die anfallenden Impulse (P- bzw. M-Impuise) werden während einer bestimmten Zei' Tm in den Speicher RAM eingelcsen. 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. Die Auswertung der so im Speicher RAM eingeschriebenen Impulse (dargestellt in Fig.4c) erfolgt durch Vergleich mit den Speicheriniialten der Speicher ROM. Ein solcher Speicherinhalt ist beispielhaft in Fig.4 dargestellt. Beim Vergleich dieses Impulsmusters mit i>m neu eingespeicherten Impulsmuster ergeben sich, da zwischen den beiden Impulsmustern 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 F i g. 4f. Dies ist dann der Fall, wenn sich das im Speicher RAM cingclescne Impulsmuster mit dem für eine Frequenzkombination charakteristische Norm-Impulsmuster 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 MMojinhw.ejt Her Sperrung der ZeicheriSüE'.'/er'.ung, wenn Signale zum Empfängereingang gelangen, die von Sprache und Geräuschen verursacht sind und somit zusätzliche Frequenzkomponenten aufweisen.

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 von dem Taktgenerator TG gelieferten Grundtakt den jeweils geforderten Arbeitsgeschwindigkeiten anpassen.

Wird in der Signalaufbereitungsschaltung SA ein Eingangssignal festgestellt, so liefert diese ein Signal an die Zählschaltung ZS, welche dadurch gestartet wird. Ab einem bestimmten Zählerstand, der eine bestimmte Vorlaufzeii gewährleistet, durch die mögliche Einschwingvorgänge auf der Übertragungsleitung berücksichtigt werden können, gibt die Zählschaltung ZS für einen bestimmten Zeitraum ein Signal an ihrem Ausgang 1 ab. welches die Torschaltungen T\ und 72 öffnet, so daß die P-Impulse über die Torschaltung 71 und die M-Impulse über die Torschaltung 72 in den Speicher RAM eingelesen werden können. Dieser Speicher RAM verfügt über zweimal n-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 Sl 1, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem Schieberegister besteht. Diese Steuerschaltung Sl 1 wird von der Zählschaltung gleichzeitig mit den beiden Torschal· tungen TX und T2 freigegeben. Die Anzahl der Speicherplätze RAM ist gleich der Anzahl der Stufen des Schieberegisters der Steuerschaltung Sl X. Das Signal am Ausgang 1 der Zählschaltung ZS steht solange an, daß gemäß einem vorgegebenen Zeitraum

ίο Tm (siehe Fig.4) alle Speicherplätze des Speichers RAM besetzt sind. Nach Ablauf der Zeit Tm sind dann auch die Torschallungen TI und 72 wieder gesperrt.

In den Speichern ROMi bis ROMi'befinden sich den einzelnen auftretenden Nutzzeichen zugeordnete nor mierte 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 Ver-

übernommen, die im wesentlichen aus einem Schieberegister besteht. Gestartet wird die Steuerschaltung Si 2 über ein Signal, welches während der eigentlichen Auswertezeit am Ausgang 2 der Zählschaltung ZS anliegt. Zum Vergleich der eingespeicherten Impiilsmuster wird nacheinander der Inhalt jedes Speicherplatzes des Speichers RAM mit dem Inhalt der entsprechenden Speicherplätze der Speicher ROM 1 bis ROMi mit Hilfe derV^rgleichsschaltungen Vl bis Vn verglichen.

Nach jedem Durchlauf wird der Inhalt des Speichers

jn 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 St 2 nach jedem Umlauf abgeleitet. Eine andere Möglichkeit

würde darin bestehen, nach jedem Durchlauf die Adressierung des Speichers RAM entsprechend zu ändern.

Die Vergleichsschaltungen Vl bis Vi vergleichen den Inhalt der Speicherplätze des Speichers RAM mit dem Inhalt der Speicherplätze der Speicher ROMX 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

■15 unterschiedliche Anzahl von Impulsen an seinem Ausgang. Diese werden von i Zählern, nämlich Z1 bis Zi, in der Auswerteschaltung A gezählt. Bei Oberschreiten eines vorgegebenen Zählerstandes, der den Störabstand und die Frequenztoleranz des Eingangssignals berücksichtigt, werden die dem entsprechenden Speicher ROM zugeordneten Ausgänge der Al sverteschaltung A freigegeben. Damit ist die Auswertung beendet und über das Gatter C wird die Zählschaltung ZS zurückgestellt, so daß ein neuer Auswertevorgang beginnen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Sprachgeschützter fiequenzselektiver Zeichenempfänger für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, bei dem die zu empfangenden Zeichen aus mehreren gleichzeitig auftretenden Einzelfrequenzen bestehen und 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, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Signal mit für die einzelnen Nutzzeichen normierten Impulsmustern verglichen wird.

2. Zeichenempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich des dighalen Signals mi * 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 V/eise 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.