DE3245244C1 - Methode zur simultanen Übertragung von binären Daten und Telefonsprechsignalen innerhalb des Sprachbandes eines Telefon-Übertragungskanals - Google Patents

Description

• Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß beim bekannten
• Telefon-Übertragungskanal binäre Daten als moduliertes Hllfssignal D nur im Frequenzbereich 1800 Hz bis 2600 Hz übertragen werden, während der Rest des Sprachbandes, d. h. die Frequenzbereiche 300 Hz bis 1800 Hz und 2600 Hz bis 3400 Hz, der Übertragung der Telefonsprechsignale T dient.
• Gemäß der F i g. 2 können dagegen beim erfindungsgemäßen Telefon-Übertragungskanal beide Signalarten T und D gemischt über die gesamte Bandbreite 300 Hz bis 3400 Hz des Sprachbandes übertragen werden, so daß das Telefonsprechsignal T nicht mehr durch die Ubertragung verstümmelt wird.
• Gemäß der Fig. 3 enthält - eine Telefon-Sendestation 1, - einen ersten Telefonapparat 2, - eine Additionsschaltung 3, - einen ersten Modulator 4, - eine Datenaufbereitungsschaltung 5 mit einem Dateneingang 6, - einen Taktgenerator 7, sowie - einen ersten Sequenzgenerator 8 und - eine Telefon-Empfangsstation 9 - einen zweiten Telefonapparat 10, - eine Subtraktionsschaltung 11, - eine Ausscheidungsschaltung 12, bestehend z. B. in der angegebenen Reihenfolge aus einer Reihenschaltung eines Differentiators 13, eines Hochpasses 14 und eines ersten Impulsformers 15, - eine Taktautbereitungsschaltung 16, - einen zweiten Sequenzgenerator 17, - einen Demodulator 18, - einen zweiten Modulator 19, - einen zweiten Synchronisierer 20, sowie - einen zweiten Impulsformer 21 mit einem Datenausgang 22.
• Der Dateneingang 6 ist über die Datenautbereitungsschaltung 5 mit einem ersten Eingang und der Ausgang des Taktgenerators 7 einerseits mit einem Takteingang der Datenaulbereltungsschaltung 5 und andererseits über den ersten Sequenzgenerator 8 sowohl mit einem zweiten Eingang des ersten Modulators 4 als auch mit einem Dateneingang des ersten Sequenzgenerators 8 verbunden.
• Der Ausgang des Modulators 4 speist einen ersten Eingang und der erste Telefonapparat 2 einen zweiten Eingang der Additionsschaltung 3, deren Ausgang gleichzeitig der Ausgang der Telefon-Sendestation 1 ist.
• Der Ausgang der Telefon-Sendestation 1 ist über einen Telefon-Übertragungskanal 23, welcher möglicherweise durch Störer 24 gestört ist, auf den Eingang der Telefon-Empfangsstation 9 geschaltet.
• Der Eingang der Telefon-Empfangsstation 9 liegt sowohl am Plus-Eingang der Subtraktionsschaltung 11 als auch am Eingang der Ausscheidungsschaltung 12.
• Der Ausgang der letzteren speist den Minus-Eingang der Subtraktionsschaltung 11, den Eingang der Taktautbereitungsschaltung 16 und einen ersten Eingang des Demodulators 18. Der Ausgang der Taktautbereitungsschaltung 16 ist über einen ersten Eingang des zweiten Sequenzgenerators 17 und über den letzteren mit einem zweiten Eingang des Demodulators 18 und mit einem ersten Eingang des zweiten Modulators 19 verbunden.
• Der Ausgang des Modulators 18 speist seinerseits einen zweiten Eingang des zweiten Modulators 19 und in der angegebenen Reihenfolge über einen Synchronisator 20 und einen zweiten Impuisformer 21 den Datenausgang 22. Der-zweite Telefonapparat 10 ist am Ausgang der Subtraktionsschaltung 11 angeschlossen. Der Ausgang der Taktautbereitungsschaitung 16 ist zusätzlich noch mit einem Takteingang des Synchronisierers 20 verbunden.
• In der Telefon-Sendestation 1 wird ein rechteckformiges erstes Taktsignal erzeugt mit Hilfe des Taktgenerators 7, der z. B. ein bekannter quarzgesteuerter »bit rate frequency generator« vom Typ MC 14411 ist. Mit Hilfe dieses ersten Taktsignals erzeugt der erste Sequenzgenerator 8 ein quasi digitales erstes Hilfssignal mit abgerundeten Kanten und nicht unendlich steilen Flanken, welches dem ersten Modulator 4 als Trägersignal dient. Das erste Hilfssignal wird so gewählt, daß einerseits seine charakteristischen Merkmale es eindeutig von einem Telefonsprechsignal T unterscheiden und es anderseits das Telefonsprechsignal T wenig stört. Ein Signal ohne Harmonische, ohne Störband und ohne veränderliche Amplituden ist dazu am besten geeignet, also z. B. ein Pseudo-Rauschen oder noch besser eine Sequenz pseudostochastischer binärer Impulse.
• Im letzten Fall besitzt das erste Hilfssignal folgende Eigenschaften: - Es ist nicht harmonisch (Pseudo-Rauschen), - es besitzt zwei konstante Amplituden (Binäres Signal) und - seine Flanken ert'olgen in bekannten vorgegebenen Zeitaugenblicken.
• Die beiden letzten Eigenschaften ermöglichen seine spätere Trennung vom Telefonsprechsignal in der Telefon-Empfangsstation 9. Außerdem hat das menschliche Ohr den Eindruck, ein Rauschen zu hören, welches das Telefongespräch weniger stark stört als z. B. vorhandene Harmonische.
• In diesem Fall sind das erste und ein später erwähntes zweites Hilfssignal pseudo-stochastische Sequenzen binärer Werte, d. h. ihre Sequenzlängen sind genügend lang gewählt, damit ihre aufeinanderfolgenden binären Werte stochastische Zufaliswerte sind im Verhältnis zu den charakteristischen Merkmalen des Telefonsprechsignals T. Der erste Sequenzgenerator 8 besteht aus einem oder mehreren in Kaskade geschalteten Schieberegistern, z. B.
• vom Typ MC 14015, dessen bzw. deren einige Parallelausgänge über »Exklusiv-Oder«-Gatter, z. B. vom Typ MC 14507, auf den Dateneingang des ersten Sequenzgenerators 8, d.- h. auf den D-Eingang des ersten Schieberegisters zurückgekoppelt sind. Die am Dateneingang 6 der Datenautbereltungsschaltung 5 seriell erscheinenden zu übertragenden binären Daten werden in der Datenautbereitungsschaltung 5 aufbereitet, das heißt, z. B. mit dem ersten Taktsignal synchronisiert, so daß eine feste Phasenrelation entsteht zwischen den binären Daten einerseits und dem ersten Hilfssignal anderseits, welches durch die Art seiner Erzeugung ebenfalls mit dem ersten Taktsignal synchronisiert ist. Die Datenautbereitungsschaltung 5 ist z. B. ein D-Flip Flop vom Typ MC 14013, dessen D-Eingang den Dateneingang 6 und dessen »Clock«-Eingang den Takteingang der Datenaufbereitungsschaltung 5 bilden. Die so autbereiteten binären Daten werden dem ersten Hilfssignal mit Hilfe des ersten Modulators 4, der z. B. ein »Exklusiv-Oder«-Gatter vom Typ MC 14507 ist, aufmoduliert. Das so erhaltene modulierte erste Hilfssignal D wird in der Additionsschaltung 3 zum vom ersten Telefonapparat 2 gelieferten Telefonsprechsignal T dermaßen addiert, daß die Bandbreite des letzteren nicht eingeschränkt wird und es ohne Reduktion die volle Bandbreite 300 Hz bis 3400 Hz des Sprachbandes ausnutzt. Die Additionsschaltung 3 ist z. B. ein bekannter, mittels eines Operationsverstärkers aufgebauter Summenverstärker.
• Das Telefonsprechsignal T und das modulierte erste Hilfsslgnal D werden gleichzeitig über den Telefon-Übertragungskanal 23 übertragen, möglicherweise durch Störer 24 gestört und anschließend in der Telefon-Empfangsstation 9 empfangen.
• Die Taktaufbereitungsschaltung 16 besteht z. B. aus einem bekannten, mittels eines »bit rate frequency generator« vom Typ MC 14411 aufgebauten PLL-Phasenregelkrelses, dessen Aufgabe es ist, ein zweites Taktsignal synchron zum empfangenen ersten Hilfssignal zu erzeugen. Der zweite Sequenzgenerator 17 erzeugt mit Hilfe des zweiten Taktsignals - also synchron zum empfangenen ersten Hilfssignal - das zweite Hilfssignal auf eine ähnliche Weise, wie der erste Sequenzgenerator 8 das erste Hilfssignal erzeugt, nur daß hier sein Dateneingang über den zweiten Modulator 19, d. h. über ein »Exklusiv-Oder«-Gatter, von seinem Ausgang und vom Ausgang des Demodulators 18 angesteuert wird mit dem modulierten zweiten HilEssignal. Die Ausscheidungsschaltung 12 trennt das empfangene modulierte erste Hilfssignal D vom empfangenen Telefonsprechsignal T, und der Demodulator 18 demoduliert es anschließend synchron mit Hilfe des zweiten Hilfssignals. Das demodulierte erste Hilfssignal wird mit Hilfe des zweiten Taktsignals im Synchronisierer 20, z. B. einem D-Flip Flop vom Typ MC 14013, synchronisiert und anschließend durch den zweiten Impulsformer 21 autbereitet, d. h. seine Flankensteilheiten werden verbessert mittels z. B. eines bekannten Schwellwertschalters. In der Subtraktionsschaltung 11, welche z. B. aus einem bekannten, mittels eines Operationsverstärkers aufgebauten Differenzverstärkers besteht, wird das von der Ausscheidungsschaltung 12 gelieferte emptangene modulierte erste Hilfssignal D vom empfangenen Gesamtsignal abgezogen und das so erhaltene empfangene Telefonsprechsignal T anschließend dem zweiten Telefonapparat 10 zugeleitet.
• In der Ausscheidungsschaltung 12 wird die Tatsache ausgenutzt, daß das empfangene modulierte digitale erste Hilfsslgnal D im Gegensatz zum Telefonsprechsignal T viele transitorische Übergänge besitzt. Diese werden durch den Differentiator 13 in sehr kurze und daher hochfrequente Impulse umgewandelt, während der Differentiator 13 für das Telefonsprechsignal ein niederfrequenteres Signal ergibt, welches durch den Hochpaß 14 eliminiert wird. Der erste Impulsformer 15 restauriert anschließend wieder das durch den Differentiator 13 abgeänderte modulierte erste Hilfssignal D.
• Die mit MC 14... bezeichneten Bauelemente sind solche der Firma Motorola, Phoenix, Arizona und sind in deren Datenbuch »the european CMOS selection« beschrieben.
• Das modulierte erste Hilfssignal D kann z. B. breitbandig sein, mindestens die volle Bandbreite 300 Hz bis 3400 Hz des Sprachbandes ausnutzen und zum Übertragen von Angaben benutzt werden.
• Die Eigenschaften eines breitbandigen Systems sind: - eine schnelle binäre Übertragung, - eine große Kanal kapazität, - ein relativ großer Geräteaufwand und - ein relativ niedriger Störabstand.
• Das modulierte erste Hilfssignal D kann auch schmalbandig sein, z. B. eine Bandbreite von 3 Hz besitzen, und nur einen Teil der Bandbreite des Sprachbandes ausnutzen. In diesem Fall wird z. B. die Tatsache ausgenutzt, daß das Telefonsprechsignal T nicht statlonär und relativ arm an höheren Frequenzanteilen ist. Ein sinusförmiges erstes Hilfssignal D wird dann frequenzmäßig vorzugsweise im höheren Bereich des Sprachbandes, z. B. bei 2,6 kHz, gelegt.
• Die Eigenschaften eines schmalbandigen Systems sind: - eine langsame binäre Übertragung, - eine kleine Kanalkapazität, - ein niedriger Geräteaufwand und - ein relativ guter Störabstand.
• Solch ein schmalbandiges System wird z. B. verwendet zum Überfragen von Taximpulsen.
• In diesem schmalbandigen System kann der Taktgenerator 7 ein Sinusgenerator z. B. der Frequenz 2,6 kHz sein, und der erste Modulator 4 reduziert sich zu einem einfachen Ein/Aus-Schalter zur Amplitudentastung der Trägerlrequenz - 2,6 kHz. Die Datenautbereitungsschaltung 5 und der erste Sequenzgenerator 8 sind übertlüssig und können weggelassen werden. Die Ausscheidungsschaltung 12 reduziert sich zu einer Reihenschaltung eines PLL-Phasenregelkreises, z. B. vom Typ NE 567 der Firma Signetics, der der synchronen Wiederherstellung des modulierten ersten Hilfssignals D in der Telefon-Empfangsstation 9 dient, und eines nachgeschalteten ersten Impulsformers 15. Die Taktautbereitungsschaltung 16, der zweite Sequenzgenerator 17, der zweite Modulator 19 und der Synchronisierer 20sind ebenfalls überflüssig und können weggelassen werden.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur simultanen Übertragung von binären Datensignalen und von Telefonsprechsignalen über einen Telefonubertragungskanal mit Hilfe von Hllfssignalen, die als Träger mit den binären Daten moduliert sind und charakteristische Merkmale aufweisen, die sie eindeutig von den Telefonsprechsignalen unterscheiden und diese wenig stören, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfssignale (D) und die Telefonsprechsignale (T) mindestens teilweise ohne Reduktion im wesentlichen über die volle Bandbreite des Sprachbandes von 0,3 bis 3,4 kHz übertragen werden, und daß die Hilfssignale mit - von der Frequenz abgesehen- sich von den Telefonsprechsignalen (T) eindeutig unterscheidenden charakteristischen Merkmalen verwendet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfssignale (D) quasi digitale Signale mit abgerundeten Kanten und nicht unendlich steilen Flanken verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfssignale (D) Signale verwendet werden, deren Flanken in vorgegebenen Zeitabständen aufeinanderfolgen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfssignale (D) Signale mit einer pseudostochastischen Sequenz binärer Werte verwendet werden, deren Sequenzlänge genügend lang ist, damit die aufeinanderfolgenden binären Werte im Verhältnis zu den charakteristischen Merkmalen der Telefonsprechsignale (T) stochastische Zufallswerte sind.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfssignale (D) mit Ausnutzung mindestens der vollen Bandbreite des Sprachbandes verwendet werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hllfssignal (D) mit Ausnutzung nur eines geringen Teiles der Bandbreite des Sprachbandes verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein sinusförmiges Hilfssignai (D) verwendet wird, dessen Frequenz sich im höheren Frequenzbereich des Sprachbandes befindet.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Hilfsgenefator, einem Modulator, einem Dateneingang, einem Telefonapparat und einer Kombinatlonsschaltung, welche die Telefonsprechsignale in der Telefonsendestation mit den Hilfssignalen kombiniert und über den Telefonübertragungskanal zu einer Telefonempfangsstation überträgt, die einen Telefonapparat, einen Demodulator, eine Trennschaltung und einen Datenausgang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsschaltung als Addierer (3) und die Trennschaltung als Subtraktionsschaltung (11) ausgebildet sind und daß die Telefonempfangsstation (9) eine Ausscheidungsschaltung (12) aufweist, die einen Impulsformer (15) enthält und das HilEssignal (D) wieder herstellt und der Subtraktionsschaltung (11) zuführt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator der Telefon-Sendestation (1) als Ein/ Aus-Schalter ausgebildet ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Telefon-Sendestatlon (1) einen Sequenzgenerator (8) aufweist, der ein erstes Hilfsslgnal erzeugt, welches der Modulator (4) als Trägersignal erhält, und daß die Telefon-Empfangsstation (9) einen Sequenzgenerator (17), der ein zweites Hllfssignal erzeugt und von einem Modulator (19) steuerbar ist, der vom Ausgang des Sequenzgenerators (17) und des Demodulators (18) steuerbar- ist, aufweist, und daß die Ausscheidungsschaltung (12) mit einem Differenziator (13) versehen ist, der das übertragene Hllfssignal (D) in HF-lmpulse umwandelt, die durch einen in Serie geschalteten, die Telefonsprechsignale (T) sperrenden Hochpaß (14) hindurchtreten und vom Impulsformer (15) wieder herstellbar sind.

    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur simultanen Übertragung von binären Daten- und Telefonsprechsignalen über einen Telefon-Übertragungskanal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

    Eine solche Datenübertragung kann z. B. zum gleichzeitigen Übertragen von Telefonsprechsignalen und von Hillsdaten für den Telefonbetrieb, wie z. B. von Taxwerten, benutzt werden.

    Eine darartige Vorrichtung ist bereits bekannt (Electronics, 10.2.1982, Seiten 82 und 84). Dabei dienen als charakteristische Unterscheidungsmerkmale unterschiedliche Frequenzen. Im Sprachband (300 Hz bis 3400 Hz) des Telefon-Übertragungskanals wird ein mittlerer Frequenzbereich von z. B. 1,8 bis 2,6 kHz mittels einer Bandsperre unterdrückt. Stattdessen werden an dieser Stelle binäre Daten z. B. mit Hilfe eines Trägersignals übertragen. Das Telefonsprechsignal ist dadurch aber verstümmelt, da es nur die Frequenzbereiche 0,3 bis 1,8 kllz sowie 2,6 bis 3,4 kHz enthält. Außerdem werden im Sender und im Empfänger je eine Bandsperre benötigt.

    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne übermäßige Verminderung der Übertragungsgeschwindigkeit eine solche Verstümmelung der Übertragung von Telefonsprechsignalen weitgehend zu vermeiden.

    Außerdem ist es erwünscht, beide Signalarten in den Telefon-Empfangsstationen voneinander zu trennen, ohne dabei aufwendige statistische Analysen und Rechenmittel zu verwenden, so daß die Trennung als Augenblicksentscheidung in Realzeit ohne große Verzögerung erfolgen kann.

    Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben

    beansprucht. -Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

    Es zeigt Fig. 1 Eine Übertragungskennlinie eines bekannten Telefon-Übertragungskanals mit simultaner Datenübertragung binärer Daten.

    F i g. 2 Eine Ubertragungskennlinle eines erfindungsgemäßen Telefon-Übertragungskanals .

    Fig. 3 Ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Telefon-Übertragungskanals.

    Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile.

    Aus den Übertragungskennlinien der Fig. 1 und der F 1 g. 2 ist der grundsätzliche Unterschied ersichtlich zwischen dem bekannten und dem erfindungsgemäßen Telefon-Übertragunskanal.