NO148434B - Fremgangsmaate og kopling for skjelning av elektriske talesignaler el.l. fra frekvenskonstante tonesignaler - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en kopling for skjelning av elektriske talesignaler eller liknende fra frekvenskonstante tonesignaler som skiftevis opptrer som inngangssignal.

En sådan fremgangsmåte og kopling blir f.eks. benyttet

i telefonnett for på enkel måte å kunne fastslå på ett eller annet sted i en valgt telefonforbindelse, .f.eks. på den anropen-des abonnentstasjon, om det mottas anropstoner, f.eks. opptatt-eller ringetone, eller om den anropte abonnent melder seg.

Ved en første kjent fremgangsmåte av den innlednings-

vis angitte type foretas skjelningen mellom elektriske talesignaler og tonesignaler på enkel måte ved at det til tonesignalene er tilordnet et første frekvensbånd i hvilket tonesignaler ligger, og at det til talesignalet er tilordnet et andre, forskjellig frekvensbånd. Den koplingstekniske realisering av denne fremgangsmåte skjer f.eks. ved hjelp av et båndsperrefilter som sperrer for gjennomgang av et i det første frekvensbånd liggende tonesignal, men som imidlertid lar signaler som ligger utenfor det første frekvensbånd, slippe gjennom koplingen. Det er her en ulempe at en sådan kopling bare er avstemt til et tonesignal med en bestemt, på forhånd gitt frekvens, slik at anvendelsen av en sådan kopling i f.eks. telefonnett med forskjellige anrops-tonefrekvenser ikke er mulig uten tidligere forstemning av bånd-sperref ilteret . Dessuten ligger frekvensen for anropstonene i telefonnettene i midten av talefrekvensbåndet, og nærmere bestemt i området mellom 200 og 900 Hz. Talesignaler som opptrer innenfor anropstone-frekvens-båndet, blir derfor feilaktig klassifi-sert som anropstone.

Ved en ytterligere kjent fremgangsmåte blir graden av amplitudemodulasjon av det mottatte inngangssignal benyttet som kriterium for skjelningen mellom elektriske talesignaler og tonesignaler, dvs. ved en forutbestemt grad av amplitudemodulasjon angis et talesignal og ved et signal med konstant amplitude angis et tonesignal. Da talesignaler imidlertid også kan opptre med i hovedsaken konstant amplitude, og omvendt anropstoner kan oppvise en amplitudemodulasjon, f.eks. på grunn av innsvingnings-forløp etc, opptrer uunngåelige feil ved skjelningen mellom talesignaler og tonesignaler..

Formålet med oppfinnelsen er derimot å tilveiebringe

en fremgangsmåte og en koplingsanordning av den innledningsvis angitte art som på pålitelig måte skjelner mellom elektriske talesignaler og frekvenskonstante tonesignaler, idet koplingen skal kunne anvendes uavhengig av den aktuelle frekvens for tonesignalet eller tonesignalene og skal ha enenkel oppbygning og kunne fremstilles på prisgunstig måte.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art som er kjennetegnet ved at frekvensen til et sammenlikningssignal føres etter inngangssignalets øyeblikksfrekvens med en forutbestemt endringshastighet, og at det tilveiebringes et fasedifferansesignal som kontinuerlig kjennetegner faseforskjellen mellom inngangssignal og sammenlikningssignal, og at tilstedeværelse av tonesignalet angis ved konstant faseforskjell innenfor et forutbestemt tidsintervall og tilstedeværelse av talesignalet angis ved variabel faseforskjell innenfor det forutbestemte tidsintervall.

Det angitte formål løses videre ved hjelp av en elektrisk kopling som skiftevis tilføres elektriske talesignaler og frekvenskonstante tonesignaler som inngangssignal, og som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter en fasesammenliknerkopling som på en første inngang mottar inngangssignalet og på en utgang avgir et fasedifferansesignal som kontinuerlig inneholder faseforskjellen mellom inngangssignalet og et sammenlikningssignal som over en tilbakekoplingsgren fra utgangen kan tilføres til fasesammenliknerkoplingens andre inngang med en frekvens som med en forutbestemt endringshastighet kan føres etter inngangssignlets øyeblikksfrekvens, og en etter fasesammenliknerkoplingen innkoplet utgangskrets som ved konstant faseforskjell innenfor et forutbestemt tidsintervall angir tilstedeværelse av tonesignalet, og som ved variabel faseforskjell innenfor det forutbestemte tidsintervall angir tilstedeværelse av talesignalet.

I den foreliggende beskrivelse og i kravene benyttes uttrykkene "føre etter" og "etterføring" i den betydning at sammenlikningssignalets frekvens "bringes til å følge" eller "etter-justeres i forhold til" inngangssignalets øyeblikksfrekvens med en forutbestemt endringshastighet.

Fordelene med oppfinnelsen består særlig i at fre-kvensmodulasjonsgraden for elektriske talesignaler og frekvenskonstante tonesignaler tjener som kriteriun for skjelningen mellom disse to signaler, hvilket muliggjør en pålitelig og feilfri skjelning mellom de to skiftevis opptredende signaler.

Dersom det opptrer et talesignal som stadig oppviser en viss frekvensmodulasjon, må sammenlikningssignalets frekvens føres etter talesignalets øyeblikksfrekvens flere ganger innenfor et forutbestemt observasjonstidsrom, slik at faseforskjellen mellom inngangssignal og sammenlikningssignal svinger eller varierer med tiden. Dersom det derimot opptrer et tonesignal med i hovedsaken konstant frekvens, skjer en engangsetterføring av sammenlikningssignalets frekvens til tonesignalets frekvens. Deretter er faseforskjellen mellom disse to signaler konstant i tid og det angis tilstedeværelse av et tonesignal. Fremgangsmåten henholdsvis koplingen er således uavhengig av nivåsving-ninger av inngangssignalet.

En ytterligere vesentlig fordel med oppfinnelsen består i at tonesignalets absolutte frekvensposisjon er uten innflytelse på virkemåten for koplingen ifølge oppfinnelsen, dvs. koplingen ifølge oppfinnelsen kan uten noe som helst koplingsteknisk inn-grep med samme pålitelighet skjelne frekvenskonstante tonesignaler med en frekvens på f.eks. 450 Hz eller 600 Hz eller 800 Hz fra elektriske talesignaler. Koplingen ifølge oppfinnelsen kan således anvendes uten endri-nger i telefonnettene til de forskjellige nasjonale teleforvaltninger hvor de frekvenskonstante anropstoner har forskjellige frekvenser.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skjer etterfø-ringen eller etterjusteringen av sammenlikningssignalets frekvens fortrinnsivs automatisk i avhengighet av den i tid opptredende endring av faseforskjellen mellom inngangssignal og sammenlikningssignal .

Sammenlikningssignalet tilveiebringes fortrinnsvis som et firkantsignal, og inngangssignalet blir i et første fremgangs-måletrinn omformet til et firkantsignal. Fasedifferansesignalet kan da frembringes som en rekkefølge av separate firkantpulser med en bredde som er et mål for den momentane faseforskjell mellom sammenlikningssignal og inngangssignal. Fasedifferansesigna-let blir deretter fortrinnsvis omformet til et digitalt signal som ved konstant faseforskjell antar verdien "1" og véd en endring av f asef orsk jellen antar verdien "0". Verdien "0" opptrer altså alltid bare når en etterføring av sammenlikningssignalets frekvens blir nødvendig på grunn av en endring av inngangssignalets øye-blikksf rek vens . Etterføringen av sammenlikningssignalets frekvens kan ifølge oppfinnelsen skje med en forholdsvis stor endringshastighet, dvs. meget raskt. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppviser således alle fordeler med digital signalbehandling.

I koplingen ifølge oppfinnelsen inneholder tilbakekoplingskretsen på sin inngang fortrinnsvis en reguleringssignal-eller styresignal-frembringelseskrets etter hvilken det er innkoplet en spenningsstyrt oscillator som f.eks. har et frekvensområde fra 100 Hz til 20 kHz og hvis utgang er forbundet med den andre inngang til fasesammenliknerkoplingen.

Foran fasesammenliknerkoplingen er det fortrinnsvis innkoplet en signalformerkopling som omformer inngangssignalet til et firkantsignal. Den spenningsstyrte oscillator avgir fortrinnsvis også en f i rkantsvingning, og f asesammenliknerkoplingen inne-^ holder koplingselementer som avgir fasedifferansesignalet som en rekkefølge av firkantformede enkeltpulser hvis bredde er et mål for den momentane faseforskjell mellom de signaler som er til stede på fasesammenliknerkoplingens innganger. Som koplingselementer i fasesammenliknerkoplingen kan det f.eks. benyttes en på egnet måte oppkoplet flip-flop. Styresignalfrembringelseskretsen inneholder fortrinnsvis et lavpassfilter som omformer fasedifferansesignalet til et styresignal for styring av den spenningsstyrte oscillator. Den på forhånd gitte endringshastighet med hvilken sammenlikningssignalets frekvens løper etter inngangssignalets øyeblikksfrekvens, kan bestemmes f.eks. ved dimensjonering av dette lavpassfilter.

Mellom fasesammenliknerkoplingens utgang og inngangs-tilkoplingen til utgangskretsen ligger fortrinnsvis en logikkopling som tilføres fasedifferanssignalet, Ved en i tid konstant faseforskjell mellom inngangssignalet og sammenlikningssignalet, dvs. ved en konstant bredde av enkeltpulsene i fasedifferansesignalet, avgir logikkoplingen et digitalt signal med en første tilstand til utgangskretsen og sperrer dessuten fortrinnsvis inngangen til styresignal-frembringelseskretsen ved hjelp av en egnet portkopling..Ved en endring av faseforskjellen, dvs. når det altså blir nødvendig med en etterføring av sammenlikningssignalets frekvens, avgir logikkoplingen den andre tilstand av det digitale signal til utgangskretsen, åpner portkoplingen til styresignal-frembringelseskretsen og slipper frem fasedifferansesignalet til denne krets.

Utgangskretsen i koplingen ifølge oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis en parallellkopling av et integrasjonsledd og et differensieringsledd i kombinasjon med passende portkoplin-ger. Dersom utgangskretsen i et forutbestemt tidsintervall fra logikkoplingen utelukkende mottar det digitale signal med den førs-te tilstand, f.eks. med verdien "1", avgir integrasjonsleddet et signal som angir tilstedeværelse av tonesignalet. Dersom utgangskretsen derimot innenfor det forutbestemte tidsintervall mottar begge tilstander av det digitale signal, f.eks. altså

ved siden av verdien "1" også verdien "0", avgir differensieringsleddet et signal som angir tilstedeværelse av et talesignal. Dersom det på koplingen ifølge oppfinnelsen ikke er til stede

noe inngangssignal, avgir integrasjonsleddet og/eller differensieringsleddet et tredje signal som kjennetegner denne tilstand.

Foran signalformerkoplingen kan det innkoples en forsterker dersom inngangssignalet mottas med for lavt eller sving-ende nivå.

Det er særlig fordelaktig at fasesammenliknerkoplingen, tilbakekoplingsgrenen og logikkoplingen realiseres som en faselåst koplet tilbakekoplingskrets (faselåst sløyfe) hvis spesifi-kasjoner er valgt slik at det ved tilstedeværelse av et frekvens-konstant tonesignal skjer en fasestiv tilbakekopling, at den faselåste sløyfe altså "fanger" eller "kopler". Ved tilstedeværelse av et frekvensmodulert talesignal er det derimot innenfor et forutbestemt tidsintervall stadig nødvendig å etterføre sammenlikningssignalets frekvens etter den varierende øyeblikksfrekvens for inngangssignalet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegnin-gen, der fig. 1 viser et blokkoplingsskjerna av en første utførel-sesform av koplingen ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser et blokk-koplingsskjerna av en andre utførelsesform av koplingen ifølge oppfinnelsen.

Det på fig. 1 viste blokkoplingsskjerna av en første utførelsesform av koplingen ifølge oppfinnelsen oppviser på koplingens inngang en forsterker 18 etter hvilken det er innkoplet en signalfdrmer 16 som omformer det forsterkede inngangssignal til et firkantsignal og avgir dette til den første inngang a til en fasesammenliknerkopling 2. Til den andre inngang b til fasesammenliknerkoplingen 2 blir det fra en spenningsstyrt oscillator 6 tilført et sammenlikningssignal hvis frekvens kan føres etter øyeblikksfrekvensen for det på inngangen a tilstedeværende inngangssignal med en forutbestemt endringshastighet som er et multiplum større enn en forutbestemt nedre modulasjonsfrekvens for talesignalet, og f.eks. beløper seg til 40 Hz. For dette formål er det foran inngangen til den spenninasstyrte oscillator 6 anordnet en styresignal-frembringelseskopling 4 hvis inngang er forbundet med utgangen c fra fasesammenliknerkoplingen 2. Styresignal-frembring-el seskoplingen 4 og den spenningsstyrte oscillator 6 fremstiller en tilbakekoplingsgren for fasesammenliknerkoplingen 2. Sammen med fasesammenliknerkoplingen 2 utgjør tilbakekoplingsgrenen 4, 6 en fasestivt koplet tilbakekoplingskrets eller faselåst sløyfe (PLL) som forsøker å gjennomføre en fasestiv kopling mellom inngangssignalet og sammenlikningssignalet.

Den spenningsstyrte oscillator 6 er utformet som firkant-bølgeoscillator. Fasesammenliknerkoplingen 2 inneholder f.eks. en over dioder styrbar flip-flop som kopler om ved hver positiv flanke av inngangssignalet og ved hver positiv flanke av sammenlikningssignalet og derved på utgangen c avgir en rekkefølge av firkantpulser med en bredde som er et mål for den momentane faseforskjell mellom inngangssignal og sammenlikningssignal. Styresignal-frembringelseskoplingen 4 inneholder en lavpasskrets hvis grense-frekvens bestemmer den maksimale endringshastighet med hvilken sammenlikningssignalets frekvens kan etterføres, dvs. den hastig-het med hvilken en fasestiv kopling kan gjennomføres.

På fasesammenliknerkoplingens 2 utgang c er det foran utgangskretsen 14 anordnet en logikkopling 7 som tilføres fase-dif f eransesignalet. Logikkoplingen 7 frembringer et digitalt signal med verdien "1" så lenge fasedifferansesignalets enkeltpulser oppviser en konstant bredde, dvs. så lenge en konstant faseforskjell foreligger mellom inngangssignal og sammenlikningssignal. Ved en tidsvarierende faseforskjell, dvs. ved en endring av fasedifferansesignalets pulseredde, avgir logikkoplingen 7 et digitalt signal med verdien "0"..

Det digitale utgangssignal fra logikkoplingen. 7 tilfø-res til utgangskretsen 14 som inneholder en parallellkopling au et integrasjonsledd 10 og et differensieringsledd 12. Dersom utgangskretsen 14 under et forutbestemt tidsintervall mottar bare det digitale signal "1", reagerer integrasjonsleddet 10 etter observasjonstidsintervallet og avgir et utgangssignal som angir eller indikerer tilstedeværelsen av et tonesignal. Dersom det derimot under observasjonstidsintervallet fra logikkoplingen 7

ved siden av verdien "1" også mottas verdien "0", reagerer differensieringsleddet 12 og avgir et utgangssignal som angir tilstedeværelsen av et talesignal. Både integrasjonsleddet 10 og differensieringsleddet 12 kan for dette formål være forbundet med en portkopling som til passende tidspunkter tillater passering av ut-gangssignalene fra integrasjonsleddet hhv. differensieringsleddet.

Det digitale utgangssignal eller et tilsvarende signal fra logikkoplingen 7 blir videre over en strektegnet vist styre-ledning tilført til en portkopling på inngangen til etyresignal-frembringelseskretsen 4. Så lenge denne portkopling fra logikk-koplingen 7 mottar et signal med verdien "1", så lenge altså fase-dif f eransesignalets enkeltpulser oppviser en konstant bredde, sperres denne portkopling, slik at tilbakekoplingsgrenen er elektrisk frakoplet. Dersom denne portkopling fra "logikkoplingen 7 derimot mottar et signal med verdien "0", åpnes denne portkopling, og tilbakekoplingsgrenen 4, 6 mottar da fasedifferansesignalet fra fasesammenliknerkoplingens utgang c, for å gjennomføre en etter-føring av sammenlikningssignalets frekvens.

Fig. 2 viser en utførelsesform av koplingen ifølge oppfinnelsen i hvilken både fasesammenliknerkoplingen 2, tilbakekoplingsgrenen 4, 6 og logikkoplingen 7 på fig. 1 er vist i ett stykke som en fasestivt koplende tilbakekoplingskrets PLL hvis spesifi-kasjoner og oppkopling er valgt slik at det ved tilstedeværelse av et tonesignal skjer en fasestiv tilbakekopling over tilbakekoplingsgrenen innenfor hele observasjonstidsintervallet, mens en fasestiv tilbakekopling ikke lykkes innenfor hele observasjonstidsintervallet ved tilstedeværelse av et uunngåelig frekvensmodulert talesignal. Utgangssignalet fra den fasestivt koplende tilbakekoplingskrets PLL foran hvis utgang det ligger en kopling som svarer til logikkoplingen 7, tilføres til utgangskretsen 14

som kan ha en oppbygning i overensstemmelse med fig. 1. Foran

tilbakekoplingskretsen PLL ligger en seriekopling av/ en forsterker 18 og en signalformerkopling 16 som forsterker inngangssignalet og deretter omformer dette til et firkantsignal.

Som fasestivt koplende tilbakekoplingskrets eller faselåst sløyfe PLL blir det fortrinnsvis benyttet en krets av fjerde orden som ved tilstedeværelse av en konstant faseforskjell mellom inngangssignal og sammenlikningssignal innregulerer seg på fase-dif f eranseverdi en 0.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for skjelning av elektriske talesignaler eller liknende fra frekvenskonstante tonesignaler som skiftevis opptrer som inngangssignal, karakterisert ved at frekvensen til et sammenlikningssignal føres etter inngangssignalets øyeblikksfrekvens med en forutbestemt endringshastighet, og at det tilveiebringes et fasedifferansesignal som kontinuerlig kjennetegner faseforskjellen mellom inngangssignal og sammenlikningssignal, og at tilstedeværelse av tonesignalet angis ved konstant faseforskjell innenfor et forutbestemt tidsintervall, og tilstedeværelse av talesignalet angis ved variabel faseforskjell innenfor det forutbestemte tidsintervall.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 , karakterisert ved at den endringshastighet med hvilken sammenlikningssignalets frekvens etterføres, er et multiplum av en forutbestemt nedre modulasjonsfrekvens for talesignalet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at endringshastigheten ligger over 10 Hz Pr- sekund.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakter-r i s e r t ved at etterføringen av sammenlikningssignalets frekvens reguleres automatisk i' avhengighet av den i tid opptredende endring av faseforskjellen mellom inngangssignal og sammenlikningssignal.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at sammenlikningssignalet avgis som firkantsignal, at inngangssignalet omformes til et firkantsignal og at fasedifferansesignalet frembringes som en rekkefølge av firkantformede enkeltpulser hvis bredde er et mål for den momentane faseforskjei1 mellom sammenlikningssignal og inngangssignal.

6. Elektrisk koplingsanordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-5, for skjelning av elektriske talesignaler eller liknende fra frekvenskonstante tonesignaler som skiftevis tilføres som inngangssignaler til koplingens inngang, karakterisert ved at den omfatter en fasesammenliknerkopling (2) som på en første inngang (a) mottar inngangssignalet og på en utgang (c) avgir et fasedifferansesignal som kontinuerlig inneholder faseforskjellen mellom inngangssignalet og et sammen likningssignal som over en tilbakekoplingsgren (4, 6) fra utgangen (c) kan tilføres til fasesammenliknerkoplingens (2) andre inngang (b) med en frekvens som med en forutbestemt endringshastighet kan føres etter inngangssignalets øyeblikksfrekvens, og en etter fasesammenliknerkoplingen (2) innkoplet utgangskrets (14) som ved konstant faseforskjell innenfor et forutbestemt tidsintervall angir tilstedeværelse av tonesignalet, og ved variabel faseforskjell innenfor det forutbestemte tidsintervall angir tilstedeværelse av talesignalet.

7. Elektrisk kopling ifølge krav 6, karakterisert ved at tilbakekoplingsgrenen (4, 6) på sin inngang inneholder en styresignal-frembringelseskrets (4) etter hvilken det er innkoplet en spenningsstyrt oscillator (6) hvis utgang er forbundet med den andre inngang (b) til fasesammenliknerkoplingen (2).

8» Elektrisk kopling ifølge krav 7, karakterisert ved at den spenningsstyrte oscillator (6) har et frekvensområde fra 100 Hz til 20 kHz.

9. Elektrisk kopling ifølge et av kravene 6-8, karakterisert ved at det mellom fasesammenliknerkoplingens (2) utgang (c) og utgangskretsens (14) inngangstilkopling er anordnet en logikkopling som ved tidskonstant faseforskjell mellom inngangssignal og sammenlikningssignal avgir et digitalt signal med verdien "1", og ved variabel faseforskjell avgir verdien "0".

10. Elektrisk kopling ifølge krav 9, karakterisert ved at utgangskretsen (14) inneholder en parallellkopling av et integrasjonsledd (10) og et di fferensieringsledd (12), og at integrasjonsleddet (10) avgir et signal ved tidskonstant faseforskjell og differensieringsleddet (12) avgir et signal ved tids-foranderlig faseforskjell.

11. Elektrisk kopling ifølge et av kravene 6-10, karakterisert ved at det foran fasesammenliknerkoplingen (2) er anordnet en signalformerkopling (16) som omformer inngangssignalet til et firkantsignal, at den spenningsstyrte oscillator (6) er utformet som firkantbølgeoscillator, og at fasesammenliknerkoplingen (2) inneholder koplingsanordninger som avgir fasedifferansesignalet som en rekkefølge av firkantformede enkeltpulser med en bredde som er et mål for den momentane faseforskjell mellom de på inngangene (a, b) tilstedeværende signaler.

12. Cl ek tri sk kopling if eltjc et av kravene 7-11, k a r a k - t e r i g e r t ved at. s ty res j gnal - f remb r.i nyel sesk retsen (4) inneholder en 1 avpasskre ts.

13. Elektrisk kopling ifø.lge et av kravene 9-12, karakterisert ved at sty resi yna.l-f rembringel seskretsen (4) inneholder en av logikkoplingen (7) styrbar portkopling som ved tidskonstant raseforskjell mellom inngangssignal og sammenliknings signal sperrer imganyen til styresignal-frembringelseskretsen (4).

14. Elektrisk kopling ifølge et av kravene b-13, karakterisert ved at det foran signalformerkoplingen (16) er anordnet en forsterker (18).

15. Clektrisk kopling ifølge et av kravene 6-14, karakterisert ved at fasesammenliknerkoplingen (2), tilbakekoplingsgrenen (4, 6) og logikkoplingen (7) er oppbygget integrert som en fasestivt koplende tilbakekoplingskrets (PPL) hvis fangom-råde strekker seg fra ca. 100 Hz til 20 kHz.

16. Elektrisk kopling ifølge krav 15, karakterisert ved at den fasestivt koplende tilbakekoplingskrets (PPL) er av fjerde orden.