DE2824565A1

DE2824565A1 - Schaltungsanordnung zum erkennen einer frequenz in einem pcm-signal

Info

Publication number: DE2824565A1
Application number: DE2824565A
Authority: DE
Inventors: Jacques Luder
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1978-12-21
Also published as: NL7806252A; LU79790A1; IT7823972A0; FR2394213B1; GB2000345B; CA1111588A; BR7803730A; BE867445A; FR2394213A1; JPS6224980B2; US4194092A; JPS545321A; GB2000345A; SE418136B; DE2824565C2; SE7806681L; DK259178A; IT1094884B; IE781170L; IE46855B1

Description

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM ERKENNEN EINER FREQUENZ IN EINEM PCM-SIGNAL

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art und bezieht sich auf die Technik der Verarbeitung eines Signals, das im PCM-Kode vorliegt, d.h. dessen Ausgangssignal abgetastet wurde und bei dem die Amplitude jeder Abtastprobe digitalisiert wurde.

Die Erfindung betrifft insbesondere das Erkennen einer gegebenen Frequenz in einem derartigen Signal.

Bei dieser Frequenz kann es sich beispielsweise um eine Erkennungsfrequenz bei der Datenübertragung über eine Fernsprechleitung handeln. Werden Daten über eine Fernsprechleitung übertragen, so müssen die an den Leitungsenden vorhandenen Echounterdrücker ausgeschaltet werden. Hierzu setzt man vor die eigentliche Datenübertragung eine besondere Frequenz und sieht in Höhe der Echounterdrücker Vorrichtungen vor, die diese Frequenz erkennen können und daraufhin die Echounterdrücker ausschalten.

In analog arbeitenden Echounterdrückern wird dieses Ziel mit Hilfe von Filtern erreicht. Bei digital arbeitenden Echounterdrückern würde die direkte Umsetzung der in der Analogtechnik verwendeten Verfahren in die Digitaltechnik teure Vorrichtungen erfordern. In der DE-OS 24 37 87 3 wird bereits eine vereinfachte Schaltungsanordnung für diese Zwecke vorgeschlagen.

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Ein Ziel der Erfindung gemäß Hauptanspruch ist es, die Zahl der Bausteine in einer derartigen Vorrichtung weiter zu verringern und ihre Zuverlässigkeit zu erhöhen. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf den Unteranspruch verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beiden beiliegenden Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für den Fall, daß £ genau gleich 1 ist.

Fig. 2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für den Fall, daß 6 etwas größer als 1 ist.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für den Fall, daß ρ = 4, q = 1 und £ = 1 ist. Beispielsweise werde für die Abtastfrequenz eines PCM-Telefonkanals f = 80O0 Hz gewählt; die Aufgabe der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 besteht darin, das Vorhandensein einer Frequenz von f, = 20OO Hz festzustellen. Bei dieser Frequenzkonstellation gibt es ebenso viele Abtastproben, die einen Vorzeichenwechsel in Bezug auf die vorhergehende Abtastprobe aufweisen, wie Abtastproben, die keinen derartigen Vorzeichenwechsel zeigen.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 empfängt auf einem Eingang 9 das Vorzeichen der aufeinanderfolgenden Abtastproben. Ein Exklusiv-ODER-Glied 20 liefert ein binäres Signal CS, das angibt, ob das Vorzeichen einer gerade betrachteten Abtastprobe vom Vorzeichen der vorhergehenden Abtastprobe abweicht oder nicht. Dieses Glied 20 überwacht das Binärsignal am Eingang und am Ausgang einer bistabilen Kipp-

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stufe 21, die die mit der Abtastfrequenz f₂ aufeinanderfolgenden Vorzeichen empfängt.

Das binäre Signal CS wird einem Vorwärts-Rückwärtszähler 10 über zwei UND-Glieder 11 und 12 zugeführt. Der Vorwärts-Rückwärtszähler besitzt jeweils einen Eingang für das Vorwärts- und einen Eingang für das Rückwärtszählen ("+" und "-"). Diese beiden Eingänge sind mit den Ausgängen der Glieder 11 und 12 verbunden. Das den Vorwäjrtszählvorgang steuernde Glied 11 empfängt außer dem Binärsignal CS die Abtastfrequenz fj in Form von kurzen Impulsen t8OOO Hz). Das den Rückwärtszählvorgang steuernde Glied 12 empfängt das Binärsignal CS in logisch invertierter Form sowie ebenfalls die Abtastfrequenz f_. Jedesmal wenn ein Impuls über das Glied 11 auf den Vorwärtssteuereingang "+" des Vorwärts-Rückwärtszähler s Io gegeben wird, rückt dieser um einen Schritt vor; jedesmal wenn ein Impuls über das Glied 12 auf den Rückwärtszähleingang "-" gegeben wird, rückt der Vorwärts-Rückwärtszähler 10 um einen Schritt zurück.

Ein dritter Eingang dieses Vorwärts-Rückwärtszählers, der im hier betrachteten Beispiel drei bistabile Kippstufen aufweist, wird "Oll" genannt. Ein von einer Klemme 13 kommender und auf diesen dritten Eingang gegebener Impuls stellt den Vorwärts-Rückwärtszähler auf einen Zustand "Oll" ein, der der Mitte ρ des Zählbereichs des Zählers zwischen den Zuständen OOO und HO entspricht. Die Klemme 13 empfängt Taktimpulse mit einer Wiederholungsfrequenz t.

Die Ausgänge des Vorwärts-Rückwärtszählers 10 führen zu einem UND-Glied 14, das nur dann ein Binärsignal "1" lie-

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fert, wenn der Vorwärts-Rückwärtszähler über seine oben angeführte Zählkapazität hinausgeht, d.h. in diesem Fall, wenn der Zähler seine volle Kapazität (Zustand 111) erreicht.

Der Ausgang des Glieds 14 steht mit dem Eingang einer bistabilen Speicherstufe 15 in Verbindung, die durch einen von einer Klemme 19 kommenden Impuls auf Null zurückgestellt wird. Der logisch invertierte Ausgang dieser bistabilen Kippstufe ist an ein Ausgangs-UND-Glied 16 angeschlossen, das ebenfalls durch den von der Klemme 19 kommenden Impuls gesteuert wird. Der Ausgang 17 dieses UND-Glieds 16 bildet den Ausgang der Vorrichtung. Die Klemme 19 empfängt Taktimpulse mit einer Wiederholungsperiode t¹, die ein Vielfaches der Taktperiode t darstellt.

Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen : Wenn die Abtastfrequenz viermal so groß ist wie die zu erkennende Frequenz, dann beobachtet man im Durchschnitt für aufeinanderfolgende Abtastperioden, daß das Vorzeichen ebenso oft gewechselt wie beibehalten wird.Folglich arbeitet der Vorwärts-Rückwärtszähler 10 mit einer Geschwindigkeit von 8OOO Hz abwechselnd als Vorwärts- und als Rückwärtszähler. Zu Beginn einer Periode t stellt ein von der Klemme 13 kommender Impuls den Zähler auf die Mitte seiner Vor- und Rückwärtszählkapazität. Wenn er diese Kapazität nicht überschreitet, d.h. wenn er niemals den Zustand 111 erreicht, dann liegt die Frequenz von 2000 Hz vor. Die Aufgabe der Rückstellung auf den Zustand OJLl durch den die Periode t definierenden Impuls besteht darin, ein Frequenzband um 20OO Hz herum festzustellen. Je kürzer diese Periode ist, desto breiter ist das festgestellte Frequenzband.

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Es ist anzumerken, daß bei Abwesenheit dieser Frequenz der Vorwärts-Rückwärtszähler 10 rasch durch Überschreiten entweder der Vorwärts- oder der Rückwärtszählkapazität den Zustand 111 erreicht und dadurch die Kippstufe 15 ihren Zustand ändert.

Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nicht nur verifiziert, ob im Durchschnitt die gesuchte Frequenz vorhanden ist, sondern ebenfalls angibt, ob das zu überwachende Signal kurzzeitig, aber in erheblichem Maße von dieser durchschnittlichen Frequenz abweicht,

Dadurch liefert diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ohne Einsatz von besonderen Mitteln ein Kriterium für die Regelmäßigkeit der Frequenz.

Kommt es während der gesamten Meßdauer t· zu einer Frequenzschwankung, so wird das Signal nicht als gesuchte Frequenz betrachtet. Die Länge der Periode t· definiert die Unempfindlichkeitsschwelle gegenüber Schwankungen.

Besitzt -2 einen Wert, der von vier verschieden ist, so wird das Zählgleichgewicht nicht durch Vorrücken bzw. Zurückschreiten um einen Schritt erreicht, da die Analyse des Signals angibt, daß im Durchschnitt nicht mehr das Vorzeichen einer Abtastprobe ebenso oft gewechselt wie beibehalten wird, wenn die zu erkennende Frequenz angelegt wird.

Betrachtet man allgemeiner ausgedrückt q Perioden mit der zu erkennenden Frequenz, dann gibt es im Durchschnitt ρ - 2q Abtastproben ohne Vorzeichenwechsel und 2q Abtastproben mit Vorzeichenwechsel. Es genügt daher, wenn der Vorwärts-Rückwärtszähler um ρ - 2q Schritte nach jedem Auftreten eines

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Vorzeichenwechsels weiterrückt und bei jedem fehlenden Vorzeichenwechsel um 2q Schritte zurückschreitet; selbstvers tändlich werden, wenn q gleich 1 und wenn ρ eine gerade Zahl ist, diese beiden Schrittzahlen durch 2 geteilt. Im Endeffekt wird die Anzahl der Schritte, beispielsweise a, um die man den Vorwärts-Rückwärtszähler bei jedem Auftauchen eines Vorzeichenwechsels weiterrücken läßt, und die Anzahl der Schritte, beispielsweise r, um die man der Vorwärts-Rückwärtszähler bei jedem fehlenden Vorzeichenwechsel zurückschreiten läßt, so gewählt, daß das Verhältnis — gleich P - 2q

Der Vorwärts-Rückwärtszähler 10 kann auch mit Hilfe

eines Addierers mit nachfolgenden D-Kippstufen hergestellt werden, die auf eine erste Gruppe von Eingängen des Addierers zurückgeschleift werden; eine zweite Gruppe von Eingängen des Addierers wird an den Ausgang eines Speichers, beispielsweise eines Festwertspeichers angeschlossen, in dem die Zahlen a und r gespeichert sind und der unter der Steuerung mit der Frequenz f₂ der Signale CS und es" ausgelesen wird, d.h. unter Bezugnahme auf. Fig. 1 durch die Ausgangssignale der Glieder 11 und 12. Der Zustand des Vorwärts-Rückwärtszählers wird selbstverständlich durch die entsprechenden Zustände der Kippstufen bestimmt, und die Anfangsstellung des Vorwärts-Rückwärtszählers zu Beginn jeder Periode t wird dadurch erreicht, daß die Kippstufen zwangsläufig in ihre entsprechenden Zustände gebracht werden.

Die Kapazität, der entsprechend der Vorwärts-Rückwärtszähler ausgelegt ist, wird durch ρ und q bestimmt. Weiter

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oben wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem ρ = 4q war.

Wenn ρ größer als 4q ist, lassen sich aufeinanderfolgende Abtastgruppen ohne Vorzeichenwechsel getrennt von einigen Abtastproben mit Vorzeichenwechsel beobachten. Es ist leicht einzusehen, daß diese Gruppen aus einer Anzahl von Abtastproben bestehen, die höchstens gleich einer Zahl k ist, so daß k-1 ^. < k ist. In diesem Fall ist es also erforderlich, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler ausgehend vom mittleren Bereich seiner Kapazität mindestens um k.2q Schritte rückwärts zählen kann, ohne seine Kapazität zu überschreiten. Je weiter die Kapazität über 2,k.2q hinausreicht, desto breiter kann das Frequenzband um f.. sein, das sich feststellen läßt.

In ähnlicher Weiso läßt sich zeigen, daß, wenn ρ zwischen 2q und 4q liegt, der Vorwärts-Rückwärtszähler ausgehend vom mittleren Bereich seiner Kapazität um mindestens k*.(p-2q) Schritte ohne überschreiten seiner Kapazität vorrücken können muß, wobei k¹ eine ganze Zahl derart ist, daß k¹-1 ^ ·« k¹ ist. Auch hier gilt, daß, je weiter die Kapazität über 2.k*.(p-2q) hinausreicht, desto breiter das Frequenzband um f, ist, das festgestellt werden kann.

Wenn die Frequenz f, nicht ganz genau ein Unter-Vielfaches oder ein Bruchteil der Frequenz f_ ist, oder wenn die Frequenz f, nicht genau ein einfacher Bruchteil der Frequenz f„ ist (niedrige p- und q-Werte), wird die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 leicht verändert. Diese veränderte Vorrichtung wird in Fig. 2 dargestellt. Es wird in diesem Fall angenommen,

daß C.f =*-'f ist, mit € nahe dem Wert 1. 2 3 1

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Beispielsweise soll eine Rufzeichenfrequenz f, von 2100 Hz für eine Abtastfrequenz f von 0000 Hz festgestellt werden. Unter diesen Bedingungen nimmt man für ρ den Wert 4 und für q den Wert 1 sowie für £■ den Viert 1,05.

In Fig. 2 werden die Bauteile mit gleicher Funktion wie in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Zwischen dem Glied 12 und dem Rückwärtszähleingang des Zählers 10 wird ein ODER-Glied 18 vorgesehen, das einerseits den Ausgang des Glieds und andererseits eine Impulsfolge mit der Frequenz ( £ -l)*f=400 Hz empfängt, d.h. somit einen Impuls alle zwanzig Impulse der Abtastfrequenz f_. Diese auf das ODER-Glied 18 gegebenen Impulse werden im Verhältnis zu den Impulsen f_? leicht verzögert, damit sie mit diesen nicht zusammenfallen. Aufgrund dieser Änderung führt man nach zwanzig Impulsen der Abtastfrequenz f_ einen zusätzlichen Impuls auf dem Rückwärtszähleingang des Vorwärts-Rückwärtszählers 10 ein, und bei Vorhandensein der Frequenz 2100 Hz erreicht dann der Zähler niemals den Zustand 111.

Selbstverständlich müßte dieser zusätzliche Impuls auf den Vorwärtszähleingang gegeben werden, wenn C beispielsweise 0,95 wäre.

Auf diese Weise erhält man ein sehr einfaches Mittel zur Anpassung der Vorrichtung an verschiedene zu überwachende Frequenzen.

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Claims

Po 10 647 D

5. Juni 1978 2824565

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS

CIT-ALCATEL S.A. 12, rue de la Baume* 75008 PARIS, Frankreich

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM ERKENNEN EINER FREQUENZ IN EINEM PCM-SIGNAL

PATENTANSPRÜCHE

1 - Schaltungsanordnung zum Erkennen einer Frequenz f^ in einem Signal, das in PCM-Form verschlüsselt vorliegt, bei dem die PCM-Abtastfrequenz f_ in etwa -^ . f, mit ρ und q ganze Zahlen und ρ größer als 2q ist, wobei die Schaltungsanordnung einen Schaltkreis enthält, der bei jedem Vorzeichenwechsel des Signals einen Impuls liefert, sowie einen Zählkreis, der diese Impulse während einer Meßperiode zählt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählkreis aus einem Vorwärts-Rückwärtszähler (1O) besteht, der mit der Frequenz f- zählt und bei jedem Auftauchen des Impulses in einer ersten Richtung um eine Anzahl von a Schritten weiterrückt, während er bei nichtvorhandenem Impuls um eine Anzahl r von Schritten in Gegenrichtung weiterrückt, wobei a und r derart gewählt werden, daß das Verhältnis ■§ gleich - ist, sowie ein Mittel vorgesehen ist, mit dem festgestellt wird, ob der Zähler um mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Schritten, die von ρ und q abhängig ist, von einer gegebenen Stellung

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abweicht, auf die er zu Beginn einer Meßperiode eingestellt wird, wobei die Frequenz f, dann als vorliegend angenommen wird, wenn während der Meßperiode diese Feststellung negativ ausfällt.

2 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei

%,. fο ⁼ "σ * ^fl ^m^~ ^ ^{nane deltl} Wert "1" ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler (10) darüber hinaus mit der Frequenz l£ -1 j . f₂ Impulse für eine korrigierende Verschiebung in die Gegenrichtung empfängt, wenn £ größer als "1", und zur korrigierenden Verschiebung in die erste Richtung, wenn £ kleiner als "1" gewählt ist.

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