DE69629641T2

DE69629641T2 - Übertragungssystem mit verbesserter tonerkennung

Info

Publication number: DE69629641T2
Application number: DE69629641T
Authority: DE
Inventors: Harm Braams; Marinus Cornelis MOERMAN
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2016-04-11
Also published as: WO1996033581A2; EP0770310B1; KR100386489B1; KR970704307A; DE69629641D1; EP0770310A2; US5850437A; CN1155961A; WO1996033581A3; JPH10501954A; TW308761B; CN1099198C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem mit einem Sender zum Übertragen eines Tons über einen Übertragungskanal zu einem Empfänger, wobei der genannte Empfänger einen Detektor aufweist zum Detektieren des Vorhandenseins der genannten Tons in dem empfangenen Signal.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Empfänger, einen Tongenerator und auf ein Verfahren zur Tondetektion.
Ein Übertragungssystem der eingangs beschriebenen Art ist aus dem Artikel: "ADSI: maximising the synergy between the network and terminals" von B. Bowles in "Telephony", den 29. August 1994 bekannt.
Neulich sind Telephonterminals mit einer Bildwiedergabeanordnung verfügbar geworden. Diese Telephonterminals arbeiten entsprechend der Norm: "Analogue Display Service Interface" (ADSI). Die genannte Norm ermöglicht eine Übertragung von Daten nebst der Übertragung von Sprachsignalen zu und von dem Telephonterminal.
Um zwischen Sprache und Daten unterscheiden zu können wird ein sog. CAS-Signal (CPE Alerting Signal) von dem Sender übertragen um anzugeben, dass ein Datensignal übertragen wird. Das CAS-Signal wird durch zwei Töne gebildet, die eine Frequenz von 2130 Hz und 2750 Hz haben, die während 80 ms gleichzeitig übertragen werden. Dieser Doppelton soll unter der vorhandenen Sprache detektiert werden, was eine zuverlässige Detektion des Doppeltons ziemlich schwer macht.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Übertragungssystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wobei eine zuverlässige Detektion eines Tones möglich ist.
Dazu weist die vorliegende Erfindung das Kennzeichen auf, dass der Detektor einen Korrelator aufweist zum Herleiten eines kombinierten Korrelationssignals, das repräsentativ ist für eine Kombination einer Anzahl Korrelationssignale, die je repräsentativ sind für einen Korrelationswert des empfangenen Signals und eines von einer Anzahl phasenverschobener Bezugssignale, wie in den Ansprüchen 1, 8, 10 und 14 definiert.
Durch Herleitung eines kombinierten Korrelationssignals, das repräsentativ ist für eine Kombination einer Anzahl Korrelationssignale eines Eingangssignals und einer Anzahl phasenverschobener Bezugssignale, wird ein nützliches Korrelationssignal erhalten, und zwar ungeachtet der Phase des Eingangssignals. Außerdem wird jedes der Korrelationssignale einen Beitrag zu dem kombinierten Korrelationssignal liefern, was zu einer zuverlässigen Schätzung des Vorhandenseins des zu detektierenden Tones führt.
Es sei bemerkt, dass das US Patent 4.216.463 einen Tondetektor beschreibt, bei dem eine Anzahl Korrelationssignale bestimmt werden, und zwar unter Verwendung phasenverschobener Bezugssignale. In diesem Tondetektor wird kein kombiniertes Korrelationssignal hergeleitet, aber nur das größte Korrelationssignal wird als Ausgangssignal verwendet. Es gibt keinen Beitrag der Korrelationssignale zu einem kombinierten Korrelationssignal, was zu einer weniger zuverlässigen Detektion des Vorhandenseins eines Signalisierungstones führt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Korrelator vorgesehen ist zum Herleiten modifizierter Korrelationssignale aus den Korrelationssignalen, wobei eine gerade Funktion benutzt wird, und zum Addieren der genannten modifizierten Korrelationssignale.
Eine gerade Funktion hat die Eigenschaft, dass f(x) gleich f(–x) ist. Beispiele gerader Funktionen sind f(x) = x², f(x) = x⁴. Eine einfache und effektive Art und Weise zum Kombinieren der Korrelationssignale ist das Addieren deren Absolutwerte. Das Nehmen des Absolutwertes eines Signals kann auch als eine gerade Funktion betrachtet werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Bezugssignale vier Bezugssignale aufweisen, die eine Phasendifferenz von π/4 untereinander aufweisen. Die Verwendung eines Korrelators, der aus dem Ausgangssignal und vier Bezugssignalen mit einer Phasendifferenz von π/4 untereinander, ein kombiniertes Korrelationssignal herleitet, hat sich als ein gutes Kompromiss zwischen Leistung und Komplexität erwiesen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Detektor einen Korrelator aufweist zum Herleiten eines kombinierten Korrelationssignals, das repräsentativ ist für eine Anzahl Korrelationssignale, die je repräsentativ sind für einen Korrelationswert des Eingangssignals und eines einer Anzahl phasenverschobener Bezugssignale.
Die Verwendung wenigstens eines zusätzlichen Korrelators, der sich während der Messperioden, die gegenüber der Messperiode des Korrelators verschoben sind, in einem Messzustand befindet, ermöglicht die Detektion eines Tones mit einer unbekannten Eintreffzeit. Durch Verwendung untereinander verschobener Messperioden kann gewährleistet werden, dass immer wenigstens ein Korrelationsmittel sich während des kompletten Intervalls, in dem der zu detektierende Ton vorhanden ist, in dem Messzustand befindet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Übertragungssystem nach der vorliegenden Erfindung,
2 eine digitale Ausführungsform eines Tondetektors, der bei einem Übertragungssystem nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
3 ein Zeitdiagramm verschiedener Signale in dem Tondetektor nach
2,
4 einen Tondetektor mit vier Korrelatoren zur Verwendung in einem Übertragungssystem nach der vorliegenden Erfindung,
5 ein Zeitdiagramm des Tondetektors nach 4,
6 eine alternative Anordnung der in dem Tondetektor nach 4 zu verwendenden Zähler,
7 ein Flussdiagramm einer Softwareimplementierung des Tondetektors nach 4,
8 ein Übertragungssystem nach einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
9 eine Alternative für das Entscheidungselement 207 nach 8 und
10 die Ausgangssignale der Stärkenmessanordnungen 216 und 218 als Funktion des Dralls.
In dem Übertragungssystem nach 1 wird ein zu übertragendes Signal einem sender 2 zugeführt. Der Ausgang des Senders 2 trägt das zu übertragende Signal, möglicherweise in Kombination mit einem Signalsierungston. Dieser Ausgang ist über einen Übertragungskanal mit einem Terminal 6 gekoppelt. Der Eingang des Terminals 6 ist mit einem Eingang einer Selektors 8 und mit einem Eingang eines Tondetektors 10 verbunden.
Der Eingang des Tondetektors 10 ist mit einem Eingang eines Tiefpassfilters 12 verbunden. Der Ausgang des Tiefpassfilters 12 ist mit einem Eingang des Korrelators verbunden, der die Korrelationselemente 14, 16, 18 und 20 umfasst. Der Eingang des Kor relationselementes 14 [16, 18, 20] ist mit einem ersten Eingang eines Multiplizierers 24 [26, 28, 30] verbunden, dessen Ausgang mit einem Integrator 32 [34, 36, 38] verbunden ist. Ein Ausgang eines Bezugsgenerators, der das Ausgangssignal ϕ₁ [ϕ₂, ϕ₃, ϕ₄] trägt, ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 24 [26, 28, 30] verbunden.
Die Ausgänge der Korrelationselemente 14, 16, 18 und 20, welche die Korrelationssignale tragen, werden durch die Ausgänge der Integratoren 32, 34, 36 bzw. 40 gebildet. Diese Ausgänge sind mit entsprechenden Eingängen eines Addierers 42 verbunden. Der Ausgang des Addierers 42 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsstufe 44 verbunden. Ein Bezugssignal THR wird einem zweiten Eingang der Vergleichsstufe 44 zugeführt.
Der Ausgang der Vergleichsstufe 44 ist mit einem Steuereingang des Selektors 8 verbunden. Ein Telephonhörer 56 und ein LCD-Schirm 58 sind mit dem Selektor 8 verbunden.
In dem Übertragungssystem nach 1 werden die von dem Terminal 6 empfangenen, übertragenen Daten dem Hörer 56 oder der (LCD) Wiedergabeanordnung 58 zugeführt, und zwar in Abhängigkeit von dem Empfang eines einzigen Signalisierungstones. Nachdem der Signalisierungston von dem Tondetektor 10 detektiert worden ist, wird eine Umschaltung vorgenommen.
Das empfangene Signal wird von dem Tiefpassfilter 12 gefiltert zum Eliminieren von Störsignalen, wie Rausch- und Sprachanteilen außerhalb des Frequenzbereichs entsprechend dem zu detektierenden Signalisierungston. In den korrelierenden Elementen 14, 16, 18 und 20 wird das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 12 mit einem entsprechenden Bezugssignal mit der Phase ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ multipliziert. Die Frequenz des Bezugssignals entspricht der Frequenz des zu detektierenden Signalisierungstons. Die Integratoren 32, 34, 36 und 40 bestimmen den integrierten Wert des Ausgangssignal des entsprechenden Multiplizierers 24, 26, 28 bzw. 30 und bestimmen danach den Absolutwert des integrierten Wertes. Die Ausgangssignale der Integratoren 32, 34, 36 und 40 werden von dem Addierer 42 zu einem kombinierten Korrelationssignal addiert. Ein kombiniertes Korrelationssignal, das im Wesentlichen von Null abweicht, wird vorhanden sein, wenn das Eingangssignal einen Signalisierungston mit einer Frequenz umfasst entsprechend der Frequenz f_c des Bezugssignals. Die erlaubte Frequenzabweichung ist abhängig von der verwendeten Messzeit. Diese verwendete Messzeit wird durch die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Rückstellzeitpunkten der Integratoren 32 ... 40 definiert. Eine endliche Messzeit T_m führt zu einer rechtwinkligen Fensterfunktion, angewandt auf das Ausgangssignal der Multiplizierer. Dies führt in einer Frequenzdomäne zu einer Filterfunktion entsprechend:
Die Übertragungsfunktion nach (1) zeigt eine Hauptkeule mit einer Breite gleich 1/T_m, was zu einer Bandbreite von etwa 1/T_m führt. Dadurch, dass für die Messzeit ein geeigneter Wert gewählt wird, kann jede gewünschte Frequenzauflösung erhalten werden. Weil die Messzeit T_m auf einfache Art und Weise geändert werden kann, kann die Frequenzauflösung auch auf einfache Weise geändert werden.
Durch Verwendung von vier Bezugssignalen mit einer Phasenerhöhung um π/4, wird immer ein höheres Korrelationssignal erzeugt, ungeachtet der Phase des Bezugstons. Es zeigt sich, dass die Amplitudenvariation des kombinierten Korrelationssignals als Funktion der Phase des Signalisierungstons weniger ist als 10%.
Das Ausgangssignal des Addierers 42 wird von der Vergleichsstufe 44 mit einem Schwellenwert THR verglichen. Von der Vergleichsstufe 44 wird ein Detektionssignal erzeugt, wenn das kombinierte Korrelationssignal den Schwellenwert übersteigt, was das Vorhandensein eines Signalisierungstons angibt.
Es dürfte einleuchten, dass die zu addierenden, korrelierten Signale durch Gewichtung der Korrelationssignale mit einem Faktor, der von dem wirklichen Korrelati onswert abhängig ist, erhalten werden. Dieses Gewichten entspricht der Durchführung eines nicht linearen Vorgangs an dem Korrelationssignal. Die Anwendung einer derartigen Gewichtung führt zu einem verringerten Einfluss des Korrelationssignals mit einer geringen Größe, die durch Störanteile beeinträchtigt werden kann.
Es dürfte einleuchten, dass wenn ein Doppelton zum Signalisieren verwendet wird, zwei Tondetektoren, je einen für jeden Ton erforderlich sind. Die Tondetektoren können die gleiche Konstruktion haben wie der Detektor 10, sollen aber für verschiedene Tonfrequenzen entworfen werden. Dies kann auf einfache Weise gemacht werden durch Änderung der Frequenz des Bezugssignals. Der Doppelton wird als anwesend betrachtet, wenn die beiden Tondetektoren das Vorhandensein des entsprechenden Tones angeben. Im Falle eines Doppeltons werden die zwei Ausgänge der Tondetektoren in einem UND-Gatter kombiniert und das Ausgangssignal des UND-Gatters wird dem Eingang des Selektors 8 zugeführt.
In dem digitalen Tondetektor 10 nach 2 wird das Eingangssignal einem Tiefpassfilter 12 zugeführt. Der Ausgang des Tiefpassfilters ist mit einem Eingang eines Slicers 60 verbunden. Der Ausgang des Slicers 60 ist mit einem Eingang des durch die Korrelationselemente 62, 64, 66 und 68 gebildeten Korrelators verbunden. Der genannte Eingang der Korrelationselemente 62, 64, 66, 68 ist mit einem ersten Eingang eines EXKLUSIV-NOR-Gatters 70, 74, 78 bzw. 82 verbunden. Zweite Eingänge der EXKLUSIV-NOR-Gatter 70, 74, 78 und 84 sind mit entsprechenden Ausgängen eines Bezugssignalgenerators 86 verbunden, welche die Ausgangssignale ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ tragen. Der Ausgang des EXKLUSIV-NOR-Gatters 70 [74, 78, 82] ist mit einem VOR/RÜCKWÄRTS-Steuereingang eines Vor/Rückwärtszählers 72 [76, 80, 84] verbunden. Jedem der Vor/Rückwärtszähler 72, 76, 80 und 84 wird ein Taktsignal und ein Rückstellsignal zugeführt. Die Ausgänge der Zähler 72, 76, 80 und 84, die je ein Ausgangssignal entsprechend dem Absolutwert des Zählwertes tragen, sind mit einem Eingang eines Addierers 88 verbunden. Der Ausgang des Addierers 88 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsstufe 90 verbunden. Einem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 90 wird ein Schwellensignal THR zugeführt. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 90 bildet das Ausgangssignal des Tondetektors 10.
Das Eingangssignal des Tondetektors 10 wird von dem Tiefpassfilter 12 gefiltert und danach von dem Slicer 60 in ein binäres Signal umgewandelt. Das Ausgangssignal des Slicers 60 wird in jedem der Korrelationselemente 62, 64, 66 und 68 mit einem entsprechenden binären Bezugssignal verglichen, das von dem Bezugssignalgenerator 86 erzeugt wird. Die von dem Bezugssignalgenerator erzeugten Bezugssignale haben eine wechselseitige Phasendifferenz von π/4. Der Vergleich des Ausgangssignals von dem Slicer 60 mit dem Bezugssignal wird durch die EXKLUSIV-NOR-Gatter 70, 74, 78 und 82 durchgeführt. Das Ausgangssignal eines EXKLUSIV-NOR-Gatters hat einen logischen Wert "0", wenn die beiden Eingangssignale je einen anderen logischen wert haben, und einen logischen Wert "1", wenn die beiden Eingangssignale einen gleichen logischen Wert haben.
Die Ausgangssignale der betreffenden EXKLUSIV-NOR-Gatter 70, 74, 78 und 82 steuern die Zählrichtung entsprechender Vor-Rückwärtszähler 72, 76, 80 und 84. Wenn das Ausgangssignal des Slicers denselben logischen Wert hat wie das Bezugssignal, wird der Vor-Rückwärtszähler den Zählwert bei jedem Taktimpuls steigern. Wenn das Ausgangssignal des Slicers einen logischen Wert hat, der von dem logischen Pegel des Be zugssignals abweicht, wird der Vor-Rückwärtszähler den Zählwert bei jedem Taktimpuls verringern. Wenn das Bezugssignal nahezu dieselbe Phase hat wie das Ausgangssignal des Slicers, wird der Zählwert des Vor-Rückwärtszählers schnell zunehmen, was eine Anzeige für einen großen (positiven) Korrelationswert ist. Wenn das Bezugssignal nahezu dieselbe Frequenz hat wie das Ausgangssignal des Slicers 60, aber eine gegenüber dem Ausgangssignal des Slicers 60 entgegengesetzte Phase, wird der Zählwert des Vor-Rückwärtszählers schnell abnehmen, was eine Anzeige für einen großen (negativen) Korrelationswert ist. Wenn es zwischen dem Bezugssignal und dem Ausgangssignal des Slicers 60 keine Korrelation gibt, wird das Ausgangssignal des EXKLUSIV-NOR-Gatters mehr oder weniger beliebig den logischen Wert "0" oder "1" annehmen. Dies bedeutet, dass der Vor Rückwärtszähler den Zählwert auf beliebige Weise steigern und verringern wird, was zu einem mittleren Zählwert gleich Null führt.
Die Absolut-Zählwerte der Vor-Rückwärtszähler 72, 76, 80 und 84 werden von dem Addierer 88 periodisch addiert und der Vergleichsstufe 90 zugeführt, die das Ausgangssignal des Addierers 88 mit einem Schwellenwert THR vergleicht. Nach der Addition der Absolutwerte der Zählvorgänge werden die Vor-Rückwärtszähler 72, 76, 80 und 84 durch ein Rückstellsignal R zurückgestellt.
Die Taktfrequenz ist im Allgemeinen ein Vielfaches der Frequenz des zu detektierenden Tones. Dies führt zu einer verbesserten Unterdrückung von Störanteilen in den Ausgangssignalen des Slicers 60. Wenn das Ausgangssignal des Slicers 60 manchmal einen falschen logischen Wert hat, und zwar wegen eines Störsignals, wird in der Hälfte der Fälle eine "0" in eine "1" geändert und in der Hälfte der Fälle wird eine "1" in eine "0" geändert. Diese Fehler neigen dazu, dass sie einen Mittelwert gleich Null haben, wenn eine Vielzahl von Taktzyklen je Periode des Bezugssignals vorhanden ist.
3 zeigt eine Anzahl Wellenformen, die in dem Tondetektor nach 2 vorhanden sind. Die Graphik 92 zeigt das Taktsignal CLK, das dem Slicer 60 sowie den Vor-Rückwärtszählern 72, 76, 80 und 84 zugeführt wird. Die Graphik 94 zeigt ein Ausgangssignal des Slicers 60. Die Graphiken 96, 98, 100 und 102 zeigen die Bezugssignale ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄. Es ist ersichtlich, dass die Frequenz des Taktsignals CLK der achtfachen Frequenz der Bezugssignale entspricht. Wie oben erläutert, führt dies zu einer besseren Unterdrückung der Störsignale.
Die Graphik 104 zeigt das Ausgangssignal des EXKLUSIV-NOR-Gatters 70. Das genannte Ausgangssignal hat während der meisten Zeit einen logischen Wert "1". In der Graphik 104 ist der Zählwert des Vor-Rückwärtszählers 72 als eine Funktion der Zeit gegeben. Es ist ersichtlich, dass bei jedem Taktimpuls des Taktsignals CLK der Zählwert um 1 gesteigert wird. Vor dem ersten Taktimpuls ist der Zählwert gleich Null und bei dem letzten Taktimpuls ist der Zählwert auf +9 gestiegen.
Die Graphik 106 zeigt das Ausgangssignal des EXKLUSIV-NOR-Gatters 74. In dem genannten Ausgangssignal erscheinen die beiden logischen Werte "0" und "1", aber der logische Wert "1" überherrscht einigermaßen. In der Graphik 106 ist der Zählwert des Vor-Rückwärtszählers 76 als eine Funktion der Zeit gegeben. Es ist ersichtlich, dass der Zählwert zunimmt, wenn das Ausgangssignal des EXKLUSIV-NOR-Gatters einen Wert "1" hat und dass der Zählwert abnimmt, wenn der Wert des Ausgangssignals des EXKLUSIV-NOR-Gatters den Wert "0" hat. Der Zählwert des Vor-Rückwärtszählers 76 nimmt mit der Zeit zu, aber weniger schnell als der Zählwert des Vor-Rückwärtszählers 72. Der Endwert ist hier +3.
Die Graphik 108 zeigt das Ausgangssignal des EXKLUSIV-NOR-Gatters 78. Die logfischen Werte "0" und "1" erscheinen während nahezu gleichen Zeitteilen. Dies führt zu einer abwechselnden Vorwärts- und Rückwärtszählung des Vor-Rückwärtszählers 80. Das Endergebnis ist ein Zählwert gleich +1.
Die Graphik 110 zeigt das Ausgangssignal des EXKLUSIV-NOR-Gatters 78. Hier überherrscht der logische Wert "0", was in den meisten Fällen zu der Rückwärtszählung des Vor-Rückwärtszählers 84 führt, mit dem Endergebnis von –3.
Wenn die Absolutwerte, der schlussendlichen Zählungen der Vor-Rückwärtszähler 72, 76, 80 und 84 addiert werden, wird ein Wert gleich 16 gefunden, was das Vorhandensein des zu detektierenden Tones angibt.
In dem Tondetektor nach 4 wird einem Tiefpassfilter 12 ein Eingangssignal zugeführt. Der Ausgang des Tiefpassfilters 12 ist mit einem Eingang eines Slicers 60 verbunden. Der Ausgang des Slicers 60 ist mit vier Korrelatoren 112, 114, 116 und 118 verbunden. Jeder der Korrelatoren umfasst vier Korrelationselemente 62, 64, 66 und 68 und einen Addierer 88. Die Korrelationselemente in jedem der Korrelatoren können auf dieselbe Art und Weise konstruiert werden wie die Korrelationselemente in 1 oder 2. Jedem der Korrelatoren 112, 114, 116 und 118 wird ein entsprechendes Rückstellsignal R₁, R₂, R₃ und R₄ zugeführt. Diese Rückstellsignale werden nicht gleichzeitig zugeführt, aber sie werden in der Zeit gleichmäßig verteilt. Die Ausgangssignale der Korrelatoren 112, 114, 116 und 118 werden mit Eingängen eines Selektors 120 verbunden. Der Ausgang des Selektors 120 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsstufe 122 verbunden. Einem zweiten Eingang der Vergleichsstufe 122 wird ein Schwellenwert THR zugeführt. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 122 ist der Ausgang des Tondetektors 10.
Der Tondetektor nach 4 kann verwendet werden, wenn die Eintreffzeit des Tones nicht im Voraus bekannt ist. Der Tondetektor umfasst eine Anzahl Korrelatoren, die sich während zueinander verschobenen Messperioden in dem Messzustand befinden. Auf diese Weise gibt es immer wenigstens einen Korrelator, der sich während des Vorhandenseins eines Signalisierungstones in dem Messzustand befindet. Eine Bedingung dazu ist, dass die Dauer des Tones die Überlappung zwischen den Messperioden zweier Korrelatoren, die nacheinander zurückgestellt werden, nicht übersteigt.
Der Selektor 120 bestimmt den Inhalt des Addierers eines Korrelators am Ende der Messperiode und führt diesen Wert der Vergleichsstufe zu, und zwar zum Vergleichen mit dem Schwellenwert. Daraufhin wird der Korrelator bewertet und zurückgestellt. Diese Bewertung und Rückstellung des Korrelators wird zyklisch durchgeführt.
5 zeigt das Timing der Bewertung und der Rückstellung der Korrelatoren in dem Tondetektyor nach 4. In der Graphik 121 nach 5 ist das Timing des Rückstellsignals R₁, das dem Korrelator 112 zugeführt wird, dargestellt. In den Graphiken 123, 127 und 129 ist das Timing für die Rückstellsignale R₂, R₃ und R₄ für die Korrelatoren 114, 116 und 118 dargestellt. Aus 5 dürfte es einleuchten, dass die Korrelatoren auf zyklische Weise bewertet und rückgestellt werden. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass es immer einen Korrelator gibt, der sich während des Vorhandenseins eines Signalisierungstones einer durch die Graphik 125 angegebenen Dauer in dem Messzustand befindet, ungeachtet des Timings des Signalisierungstones. Im Allgemeinen kann für die Beziehung zwischen dem Rückstellintervall (oder Messperiode) T_m und der Dauer T_t _one des zu detektierenden Signalisierungstons Folgendes geschrieben werden:
In (2) ist n die Anzahl Korrelatoren. Aus (2) ist ersichtlich, dass die Differenz zwischen der Messperiode und der Tondauer abnimmt, wenn die Anzahl Korrelatoren zunimmt. Der Vorteil einer Messzeit in dem Bereich der Tondauer ist, dass die Messung nur dann durchge führt wird, wenn es einen Ton gibt. Dies führt zu der Eliminierung eines Störungsbeitrags zu dem Ausgangssignal des Korrelators während des Fehlens des zu detektierenden Tones. Dies führt zu einer zuverlässigeren Detektion des Signalisierungstons.
6 zeigt eine alternative Implementierung des Tondetektors nach 2 unter Verwendung einer Vielzahl von Korrelatoren. Die Anordnung nach 4 umfasst einen ersten Satz von Speicherzellen mit den Speicherzellen 150, 158, 166 und 174, einen zweiten Satz von Speicherzellen 114 mit den Speicherzellen 152, 160, 168 und 176, einen dritten Satz von Speicherzellen 116 mit den Speicherzellen 154, 162, 170 und 178 und einen vierten Satz von Speicherzellen 118 mit den Speicherzellen 156, 164, 172 und 180.
Jeder Satz von Speicherzellen entspricht einem Korrelator. Die Anordnung umfasst einen Satz von Zählern 119 mit Zählern 182, 184, 186 und 188. Diese Zähler werden einmal je Periode des Taktsignals CLK aktualisiert. Die Richtung der Aktualisierung wird bestimmt durch die von den EXKLUSIV-NOR-Gattern 70, 74, 78 und 82 in 2 erzeugten Vor-Rückwärtssignalen bestimmt.
Zu dem Zeitpunkt, wo der Korrelator 112 bewertet werden soll, werden die nachfolgenden Subtraktionen durchgeführt: der Zählwert des Zählers 182 weniger des Inhaltes der Speicherzelle 150, der Zählwert des Zählers 186 weniger des Inhaltes der Speicherzelle 166 und der Zählwert des Zählers 188 weniger des Inhaltes der Speicherzelle 174. Die Absolutwerte der genannten Subtraktionen werden addiert und als Korrelationswert benutzt. Daraufhin wird der Zählwert des Zählers 182 in die Speicherzelle 150 kopiert, der Zählwert des Zählers 184 wird in die Speicherzelle 158 kopiert, der Zählwert des Zählers 186 wird in die Speicherzelle 160 kopiert und der Zählwert des Zählers 188 wird in die Speicherzelle 174 kopiert. Dieser Kopiervorgang entspricht dem Rückstellen zu dem Zeitpunkt, der mit R₁ des Satzes von Zählern 112 in 4 assoziiert ist. Es sei bemerkt, dass die Zähler 182, 184, 186 und 188 in dem Satz von Zählern 119 niemals rückgestellt werden. Dasselbe geschieht mit dem Satz von Zählern 112, 116 und 118 zu Zeitpunkten, die mit den Rückstellsignalen R₂, R₃ bzw. R₄ assoziiert sind. Der Vorteil dieser Art von Verarbeitung ist eine Reduktion der Größe der rechnerischen Komplexität, im Tausch zu etwas größeren Speicheranforderungen.
In dem Flussdiagramm nach 7 haben die Inschriften in den Blöcken die nachfolgende Bedeutung:
In dem Programm nach dem Flussdiagramm nach 7 wird eine Anzahl Zähler gleich der Anzahl Bezugssignale in jedem Korrelator verwendet. Diese Zähler werden in der Instruktion 130 alle auf Null gesetzt. In der Instruktion 132 wird der EXKLUSIV-NOR-Wert aller Bezugssignale und des gesliceten Eingangssignals berechnet, was zu einer Anzahl EXKLUSIV-NOR-Werte führt, gleich der Anzahl Bezugssignale. In der Instruktion 136 werden alle Zähler in Reaktion auf den berechneten EXKLUSIV-NOR-Wert angepasst. In jedem Korrelator werden die Zähler, die mit dem EXKLUSIV-NOR-Wert mit dem logischen Wert "0" assoziiert sind, verringert und die Zähler, die mit dem EXKLUSIV-NOR-Wert mit dem logischen Wert "1" assoziiert sind, werden gesteigert.
In der Instruktion 138 wird geprüft, ob ein Korrelator bewertet werden soll, und zwar wegen des Ablaufs der Messzeit. Diese Prüfung erfolgt durch Überprüfung des Wertes eines Abtastwertzählers SCTR. Wenn dieser Zähler einen vorbestimmten Wert erreicht hat, soll ein Korrelator bewertet werden.
In der Instruktion 140 werden die Absolutwerte der Zählungen der Zähler des zu bewertenden Korrelators addiert. In der Instruktion 142 wird geprüft, ob diese Summe einen Schwellenwert THR übersteigt. Wenn die Summe den Schwellenwert übersteigt, wird an dem Ausgang des Detektors in der Instruktion 144 eine Angabe des Vorhandenseins des zu detektierenden Tones gegeben. In der Instruktion 146 werden alle Zähler des gerade bewerteten Korrelators rückgestellt und in der Instruktion 148 wird der Abtastwertzähler SCTR rückgestellt. In der Instruktion 149 wird der nächste zu bewertende Korrelator selektiert. Diese Selektion erfolgt derart, dass alle Korrelatoren zyklisch bewertet werden. Die Korrelatoren dürfen eine vorbestimmte Anzahl Abtastwerte laufen, bevor sie wieder bewertet werden.
Wenn in der Instruktion 138 bestimmt wird, dass keine Bewertung eines Korrelators durchgeführt zu werden braucht, wird in der Instruktion 147 der Abtastzähler SCTR gesteigert. Nach Beendigung der Instruktion 147 oder 149 springt das Programm zu der Instruktion 132 um den nächsten Abtastwert des Eingangssignals zu nehmen.
Zum Steigern der Verarbeitungsgeschwindigkeit des beschriebenen Programms ist es möglich, in der Instruktion 140 die zu bewertenden Zählerwerte zu zusätzlichen Variablen zu übertragen und mit der Instruktion 146 fortzufahren. Zur Bewertung der Werte in den zusätzlichen Variablen ist nun eine komplette Messperiode eines Korrelators verfügbar. Durch Verwendung dieser Modifikation kann die Abtastrate wesentlich gesteigert werden, oder die Verarbeitungsleistung des zu verwendenden Prozessors kann auf entsprechende Weise verringert werden.
Der Tondetektor nach der vorliegenden Erfindung eignet sich durchaus dazu, in Software für einen programmierbaren Prozessor implementiert zu werden. Die Parameter des Tondetektors (Tonfrequenz, Frequenzauflösung) können auf sehr einfache Weise durch Änderung nur des Wertes einiger Konstanten geändert werden. Das Ergebnis ist ein vielseitiger, zuverlässiger Tondetektor mit einer niedrigen Implementierungskomplexität. In dem Übertragungssystem nach 8 wird ein zu übertragendes Signal einem Sender 202 zugeführt. Der Ausgang des Senders 202 trägt das zu übertragende Signal, möglicherweise in Kombination mit einem Signalisierungston. Dieser Ausgang ist über einen Übertragungskanal 204 mit einem Terminal 206 gekoppelt. Der Eingang des Terminals 206 ist mit einem Eingang eines Selektors 208 sowie mit einem Eingang eines Tondetektors 210 verbunden.
Der Eingang des Tondetektors 210 ist mit einem Eingang eines Tiefpassfilters 212 verbunden. Der Ausgang des Tiefpassfilters 212 ist mit einer AVR-Schaltung 214 verbunden. Der Ausgang der AVR-Schaltung 214 ist mit einem Eingang eines Stärkenmessmittels 215 verbunden. Der Eingang des Mittels 215 ist mit einem ersten Eingang einer ersten Tonstärkenmessanordnung 216 sowie mit einem Eingang einer zweiten Tonstärkenmessanordnung 218 verbunden.
Der Ausgang der ersten Tonstärkenmessanordnung 216 ist mit einem ersten Eingang eines Teilers 220 verbunden. Ein Signal MAX₁, das den Maximalwert des Ausgangssignals der Stärkenmessanordnung 216 darstellt, ist mit einem zweiten Eingang des Teilers 220 verbunden.
Der Ausgang der zweiten Tonstärkenmessanordnung 218 ist mit einem ersten Eingang eines Teilers 222 verbunden. Ein Signal MAX₂, das den Maximalwert des Ausgangssignals der Stärkenmessanordnung 218 darstellt, ist mit einem zweiten Eingang des Teilers 222 verbunden.
Der Ausgang des Teilers 220 ist mit einem ersten Eingang der Entscheidungsmittel 227 verbunden. Der erste Eingang der Entscheidungsmittel 227 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsstufe 211 und mit einem ersten Eingang eines Addierers 223 verbunden. Der Ausgang des Teilers 22 ist mit einem zweiten Eingang der Entscheidungsmittel 227 verbunden. Der zweite Eingang der Entscheidungsmittel 227 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsstufe 229 und mit einem zweiten Eingang eines Addierers 223 verbunden. Der Ausgang des Addierers 223 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsstufe 225 verbunden. Ein erstes Bezugssignal TH₁ wird einem zweiten Eingang der Vergleichsstufe 211 sowie einem zweiten Eingang der Vergleichsstufe 229 zugeführt. Ein zweites Bezugssignal TH₂ wird einem zweiten Eingang der Vergleichsstufe 226 zugeführt.
Ein Ausgang der Vergleichsschaltung 211, der Vergleichsschaltung 225 und der Vergleichsschaltung 229 ist mit einem entsprechenden Eingang eines UND-Gatters 213 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 213 ist mit einem Steuereingang des Selektors 228 verbunden. Ein Telephonhörer und ein LCD-Schrim 258 sind mit dem Selektor 228 verbunden.
Das Übertragungssystem nach 8 ist insbesondere vorgesehen zum Verarbeiten von Doppelton-Signalen mit verschiedenen Stärken, auch als "Twist" bezeichnet. In dem Übertragungssystem nach 8 werden die zu übertragenden Daten durch den Sender 202 über das Übertragungsmedium 204 zu dem Terminal 206 übertragen. In dem Terminal 206 werden die übertragenen Daten, die von dem Terminal 206 empfangen werden, dem Hörer 256 oder der (LCD) Wiedergabeanordnung 258 zugeführt, und zwar abhängig von dem Empfang von zwei Signalsierungstönen. Nachdem die Signalisierungstonsignale von dem Tondetektor 210 detektiert worden sind, wird eine Änderung durchgeführt.
Das empfangene Signal wird von dem Tiefpassfilter 212 gefiltert zum Eliminieren von Störsignalen wie Rauschanteilen und Sprachanteilen außerhalb des Frequenzbereichs entsprechend dem zu detektierenden Signalisierungston. Die AVR-Schaltung schafft ein Ausgangssignal mit einer konstanten Ausgangsleistung zu dem Eingang der Tonstärkenmessanordnungen 216 und 218.
Die Tonstärkenmessanordnung 216 ist vorgesehen zum Erzeugen einer Stärkenmessung für den ersten Ton und die Stärkenmessanordnung 218 ist vorgesehen zum Erzeugen einer Stärkenmessung für den zweiten Ton. Die Stärkenmessanordnungen 216 und 218 umfassen Korrelatoren nach 1, 2, 4 oder 6 und 7. Im falle eines CAS-Signal, das in der oben genannten ADSL-Norm verwendet wird, hat der erste Ton eine Frequenz von 2130 Hz und der zweite Ton hat eine Frequenz von 2750 Hz. Das Ausgangssignal der Tonstärkenmessanordnung 216 wird von dem Teiler 220 gegenüber dem maximal möglichen Ausgangssignal der genannten Tonstärkenmessanordnung 216 normalisiert. Dies bedeutet, dass der Ausgang des Teilers 220 zwischen 0 und einem vorbestimmten konstanten Wert variiert. Diese Normalisierung wird gemacht zum Erhalten von Stärkenmessungen mit demselben Bereich für die beiden Tonsignalen, ungeachtet der (frequenzbestimmten) Differenzen zwischen den Stärkensignalen von den Stärkenmessanordnungen 216 und 218.
An dem Ausgang des Addierers 223 ist ein kombinierter Stärkenmesswert verfügbar. Die Vergleichsstufe 225 vergleicht den kombinierten Stärkenwert mit dem Bezugswert TH₂. Die Vergleichsstufen 227, und 231 vergleichen die Stärkenwerte an den Ausgängen der Teiler 220 bzw. 222 mit dem Bezugswert TH₁. Wenn vorausgesetzt wird, dass das maximale Ausgangssignal der Teiler 220 und 222 gleich 221 ist, sind geeignete Werte für den Schwellenwert TH₁ und TH₂ 0,24 bzw. 0,8. Nur dann, wenn alle drei Schwellenwerte überschritten werden, wird das Tonpaar von dem UND-Gatter 213 als vorhanden betrachtet, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit der Entscheidung führt in dem Fall, dass die zwei Tonsignale in ihrer Stärke verschieden sind.
Es ist ersichtlich, dass es möglich ist, auf die Vergleichsstufen 221 und 229 zu verzichten. Dies wird zu weniger genauen Grenzen führen, die an den erforderlichen Wert der einzelnen Stärkenmessungen gestellt werden, aber es gibt noch immer den Vorteil einer besseren Zuverlässigkeit der Detektion durch den höheren Wert von TH₂.
In der Entscheidungsschaltung 227 nach 9 ist der erste Eingang mit einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 227 sowie mit einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 229 verbunden. Ein zweiter Eingang der Entscheidungsschaltung 227 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 231 und mit einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 233 verbunden. Ein erstes Bezugssignal TH₁ wird einem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 227 sowie einem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 233 zugeführt. Ein drittes Bezugssignal TH₃ wird einem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 229 sowie einem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 231 zugeführt.
Der Ausgang der Vergleichsschaltung 227 ist mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters 235 verbunden und der Ausgang der Vergleichsschaltung 231 ist mit einem zweiten Eingang eines UND-Gatters 235 verbunden. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 229 ist mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters 237 verbunden und der Ausgang der Vergleichsschaltung 231 ist mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 237 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 235 ist mit einem ersten Eingang eines ODER-Gatters 239 verbunden und der Ausgang des UND-Gatters 237 ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 239 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gatters 239 bildet den Ausgang der Entscheidungsmittel 227.
In der Entscheidungsschaltung nach 9 wird vorausgesetzt, dass der Bezugswert TH₁ wesentlich kleiner ist als TH₃. Mögliche Werte von TH₁ und TH₃ sind 0,2 bzw. 0,4–0,5. Der Ausgang des UND-Gatters 235 wird "1" sein, falls und nur falls die normalisierte Stärkenmessung U₁₆ den Wert TH₁ übersteigt und die normalisierte Stärkenmessung U₁₈ den Wert TH₃ übersteigt. Der Ausgang des UND-Gatters 237 wird "1" sein, falls und nur falls die normalisierte Stärkenmessung U₁₈ den Wert TH₁ übersteigt und die Stärkenmessung U₁₆ den Wert TH₃ übersteigt. Dies bedeutet, dass der Ausgang eines der UND-Gatter 235 oder 237 eine "1" ist, wenn die Stärke eines der Tonsignale einen Wert von 0,8 übersteigt und der andere den Wert 0,2 übersteigt. Folglich wird der Ausgang des ODER-Gatters 239 unter diesen Umständen "1" sein. Die Zuverlässigkeit der Detektion des Tonpaares hat gegenüber de4r bekannten Anordnung wesentlich zugenommen, weil es in der bekannten Anordnung notwendig war, den Schwellenwert für die beiden Tonsignale auf ein und demselben Pegel zu setzen (beispielsweise 0,2). Es ist ersichtlich, dass falls das Tonpaar von der Entscheidungsschaltung nach 9 detektiert wird, die kombinierte Tonstärkenmessung großer ist als 1. Folglich arbeiten die Entscheidungsmittel nach 9 auf Basis der kombinierten Stärkenmessung ohne dass diese wirklich berechnet wird.
10 zeigt ein erstes normalisiertes Stärkensignal U₂₀, das zweite normalisierte Ausgangsstärkensignal U₂₂ und die Summe des ersten und des zweiten normalisierten Stärkensignals. Diese normalisierten Stärkensignale werden von dem Teiler 220, dem Teiler 222 bzw. dem Addierer 223 berechnet. Aus 10 ist ersichtlich, dass im Falle eines Null-Twistwertes die normalisierten Stärkensignale U₂₀ und U₂₂ beide einen Wert 0,64 haben. Die Summe dieser Signale ist 1.32. Ein geeigneter Schwellenwert TH₂ ist 0,8 und ein geeigneter Schwellenwert TH₁ ist 0,24. Mit dieser Wahl wird ein Twist von 6 dB von dem Detektor toleriert. Wenn nur das kombinierte Schwellensignal mit einem Bezugswert verglichen wird, soll dieser Bezugswert größer sein als 1, damit Detektion eines einzelnen Tones als eine Kombination von Tönen vermieden wird. Eine geeignete Wahl könnte ein Wert gleich 1,2 sein.
Text in der Zeichnung
1

22 Bezugssignalgenerator
8 Selektor

2

86 Bezugssignalgenerator

Fig. 7
8

208 Selektor

Claims

Übertragungssystem mit einem Sender (2) zum Übertragen eines Tons über einen Übertragungskanal zu einem Empfänger, wobei der genannte Empfänger einen Detektor (10) aufweist zum Detektieren des Vorhandenseins der genannten Tons in dem empfangenen Signal, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor einen Rechner aufweist zum Herleiten eines kombinierten Korrelationssignals, das repräsentativ ist für eine Kombination einer Anzahl Korrelationssignale, die je repräsentativ sind für einen Korrelationswert des empfangenen Signals und eines von einer Anzahl phasenverschobener Bezugssignale (ϕ₁,ϕ₂,ϕ₃,ϕ₄).
Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelator vorgesehen ist zum Herleiten modifizierter Korrelationssignale aus den Korrelationssignalen, wobei eine gerade Funktion benutzt wird, und zum Addieren der genannten modifizierten Korrelationssignale.
Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Bezugssignale wenigstens drei Bezugssignale umfasst.
Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugssignale vier Bezugssignale mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von π/4 umfassen.
Übertragungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor wenigstens einen zusätzlichen Korrelator aufweist, und dass der Korrelator und der zusätzliche Korrelator untereinander verschobene Messperioden haben.
Übertragungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor Mittel aufweist zum Umwandeln des empfangenen Signals in ein binäres Eingangssignal, dass der Korrelator Vergleichsmittel aufweist zum Herleiten eines Vergleichssignals durch Vergleich des logischen Wertes des binären Eingangssignals mit dem logischen Wert eines binären Bezugssignals, dass der Korrelator Akkumulationsmittel aufweist und dass der Korrelator vorgesehen ist zum Steigern oder Verringern des Wertes in dem Akkumulator, und zwar in Abhängigkeit des Wertes des Vergleichssignals.
Übertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelator vorgesehen ist zum Ermitteln des Wertes des Vergleichssignals, und zwar wenigstens zweimal je Periode des Bezugssignals.
Terminal mit einem Detektor (2) zum Detektieren des Vorhandenseins eines Tons in einem empfangenen Signal, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor einen Korrelator (14, 16, 18, 20) aufweist zum Herleiten eines kombinierten Korrelationssignals, das repräsentativ ist für eine Anzahl Korrelationssignale, die je repräsentativ sind für einen Korrelationswert des empfangenen Signals und eines einer Anzahl phasenverschobener Bezugssignale (ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, ϕ₄).
Terminal nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor einen zusätzlichen Korrelator aufweist, und dass der Korrelator und der zusätzliche Korrelator untereinander verschobene Messperioden haben.
Detektor (2) zum Detektieren des Vorhandenseins eines Tons in einem Eingangssignal, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor einen Korrelator (14, 16, 18, 20) aufweist zum Herleiten eines kombinierten Korrelationssignals, das repräsentativ ist für eine Kombination einer Anzahl Korrelationssignale, die je repräsentativ sind für einen Korrelationswert des Eingangssignals und eines einer Anzahl phasenverschobener Bezugssignale (ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, ϕ₄).
Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor wenigstens einen zusätzlichen Korrelator aufweist, und dass der Korrelator und der zusätzliche Korrelator untereinander verschobener Messperioden haben.
Detektor nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, das der Detektor Mittel aufweist zum Umwandeln des Eingangssignals in ein binäres Eingangssignal, dass der Korrelator Vergleichsmittel aufweist zum Herleiten eines Vergleichssignals dur einen Vergleich des logischen Wertes des binären Eingangssignals mit dem logischen Wert eines binären Bezugssignals, dass der Korrelator Akkumulationsmittel aufweist und dass der Korrelator vorgesehen ist zum Steigern oder verringern des Wertes in dem Akkumulator, und zwar in Abhängigkeit von dem Wert des Vergleichssignals.
Detektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelator vorgesehen ist zum Ermitteln des Wertes des Vergleichssignals, und zwar wenigstens zweimal je Periode des Bezugssignals.
Verfahren zum Detektieren des Vorhandenseins eines Tons in einem Eingangssignal, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Herleiten eines kombinierten Korrelationssignals umfasst, das repräsentativ ist für eine Kombination einer Anzahl Korrelationssignale, die je repräsentativ sind für einen Korrelationswert des Eingangssignals und eines einer Anzahl phasenverschobener Bezugssignale.