WO1997024852A2 - Verfahren und anordnung zum erkennen von gebührenimpulsen in einer telefonanlage - Google Patents

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M15/00—Arrangements for metering, time-control or time indication ; Metering, charging or billing arrangements for voice wireline or wireless communications, e.g. VoIP
    • H04M15/28—Arrangements for metering, time-control or time indication ; Metering, charging or billing arrangements for voice wireline or wireless communications, e.g. VoIP with meter at substation or with calculation of charges at terminal

Definitions

  • Charge pulses are pulse-shaped (sine) oscillation trains with an oscillation frequency (fG) of 12 kHz or 16 kHz. These are usually selected with a bandpass filter and then detected (Martin Hebel, handbook for self-dialing long-distance traffic, 1962, p. 146).
  • fG oscillation frequency
  • the charge impulses are modulated with a suitable modulation method in such a way that there is a spectral component at a frequency, in particular in the band range from 300 Hz to 3400 Hz, the modified charge pulse can be evaluated with the aid of a digital signal processor which uses a CoDec receives the signal sampled with only 8 kHz (the original charge pulse with the oscillation frequency fG requires a sampling rate> 32 kHz for digital evaluation, which requires a fast and expensive AD converter).
  • This square wave signal for modulation is easy to generate.
  • the spectral distribution of a periodic square wave signal can be calculated using the Fourier series.
  • the fundamental wave of the square-wave signal, modulated with the charge pulse supplies the spectral component fA to be evaluated, where fA is the difference between fG and fR (e.g. 2 kHz).
  • the effective value of the modified charge pulse is proportional to the effective value of the charge pulse.
  • the oscillation trains of the charge pulses preferably modulated with a square wave signal.
  • the frequency of this modulation signal is not constant, but preferably changes periodically between two values, one of which is below the oscillation frequency of the
  • the times between two switching of the modulation frequencies must be longer than the evaluation times in the digital signal processor of e.g. 15 milliseconds.
  • the signal processor therefore receives a 2 kHz signal for 15 milliseconds and then no signal for 15 milliseconds.
  • the digital signal processor must reject such a pattern.
  • the implementation of the frequency switching is relatively simple and does not need to bring any additional effort when generating the modulation frequencies in a PAL (Programmable Array Logic), which only has to be programmed differently.
  • PAL Programmable Array Logic
  • FIG. 1 a block diagram of an arrangement according to the invention for the detection of charge pulses
  • FIG. 2 timing diagrams
  • FIG. 3 a block diagram of a further arrangement according to the invention for the detection of charge pulses.
  • the arrangement 1 shown as a block diagram for the detection of charge pulses is connected with its input 1 to the a / b wires of an outside line of a telephone system.
  • the charge pulses are fed to a differential amplifier 2, from where they reach a bandpass filter 3 after amplification.
  • Its output is connected on the one hand directly to an input of a modulator (MUX) 5, while on the other hand a second input receives the charge pulses from the bandpass 3 inverted via an inverter 4.
  • the modulator 5 has another one for the modulation signal in the form of a square-wave signal R.
  • Modified charge pulses 6 leave the output of the modulator 5, which arrive at a coder (CoDec) 7 to form a digitally sampled signal which is fed to a digital signal processor (DSP) 8, which is connected via a microprocessor interface ( ⁇ P interface) 9 a microprocessor works together.
  • Coder coder
  • DSP digital signal processor
  • An analog switch in modulator 5 switches (controlled by the square-wave signal) between the original and the inverted signal (corresponds to multiplication with a square-wave signal without a DC component). 6. The output signal is now ready for evaluation.
  • DSP digital signal processor
  • the DSP first performs bandpass filtering.
  • the required frequency selectivity ( ⁇ 500 Hz in some countries) is easy to implement.
  • the evaluation is carried out by subsequent amplitude and time evaluation, as is known, for example, from the audio tone detectors of the Integral3 series from Bosch Telecom GmbH.
  • Figure 2 shows timing diagrams during a
  • FIG. 2A Period of 60 milliseconds.
  • the oscillation frequency f G of an oscillation train of a charge pulse is present in this period.
  • the modulation frequency f moc ⁇ (frequency f R of the square-wave signal R in Figure 3) changes in time intervals of 15 milliseconds between 14 kHz and 18 kHz.
  • FIG. 3 corresponds - in so far as the reference symbols match - in principle to Figure 1.
  • the difference frequency f A which leaves the modulator 5, is 2 kHz in the entire period shown in Figure 2A.
  • FIG. 2B shows the same conditions for the presence of an interference frequency f s of 20 kHz on the a / b wires. This time the difference frequency f A changes between 6 kHz and 2 kHz. In the desired manner, this change does not lead to the detection of a charge pulse.
  • a frequency counter F is provided, which provides the changing modulation frequencies fl and f2, respectively, by a switch S in time from 15 milliseconds can be switched through to modulator 5 alternately.
  • an oscillation frequency f G 16 kHz
  • fl 14 kHz
  • f2 18 kHz.
  • the frequency divider F can also be switched to conditions for an oscillation frequency f G of 12 kHz; the frequencies fl and f2, which alternately the
  • Forming the modulation frequency is then, for example, 10 or 14 kHz.

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Abstract

Verfahren und Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen in einer Telefonanlage, die als impulsweise auftretende Schwingungszüge einer Schwingungsfrequenz übertragen werden, die über dem Sprachfrequenzband liegt. Um eine digitale Auswertung der Gebührenimpulse bei geringem Aufwand für die A/D-Wandlung zu ermöglichen, werden durch Modulation (5) mit Rechteckimpulsen modifizierte Gebührenimpulse (6) erzeugt mit niederfrequenten Spektralanteilen im Sprachband, welche die Umsetzung mit Hilfe preiswerter Coder (7) erlauben.

Description

Verfahren und Anordnung zum Erkennen von Gebührenimpulsen in einer Telefonanlage
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von der Gattung, wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Gebührenimpulse sind impulsfδrmig auftretende (Sinus-) Schwingungszüge einer Schwingungsfrequenz (fG) von 12 kHz bzw. 16 kHz. Üblicherweise werden diese mit einem Bandpaßfilter selektiert und anschließend detektiert (Martin Hebel, Handbuch für den Selbstwählfernverkehr, 1962, S. 146) .
Um die in einigen Ländern geforderte Selektivität zu gewährleisten, müssen Filter hoher Ordnung verwendet werden oder muß die Auswertung nach dem Frequenzzählverfahren erfolgen. Üblicherweise werden heute käufliche ICs verwendet. Vorteile der Erfindung
Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat folgende Vorteile:
Unter der erfindungsgemäßen Voraussetzung, daß die Gebührenimpulse mit einem geeigneten Modulationsverfahren so moduliert werden, daß sich ein Spektralanteil bei einer Frequenz insbesondere im Bandbereich von 300 Hz bis 3400 Hz ergibt, kann die Auswertung des modifizierten Gebührenimpulses mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors erfolgen, der über einen CoDec das mit nur 8 kHz abgetastete Signal empfängt (der ursprüngliche Gebührenimpuls mit der Schwingungsfrequenz fG verlangt für eine digitale Auswertung eine Abtastrate > 32 kHz, was einen schnellen und teueren AD-Umsetzer erfordert) .
Der Gebührenimpuls von beispielsweise fG = 16 kHz wird mit einem Rechtecksignal multipliziert, dessen Frequenz (der Grundwelle) z. B. 14 kHz entspricht (fR) . Dieses Rechtecksignal zur Modulation ist einfach zu generieren. Die spektrale Verteilung eines periodischen Rechtecksignals ist durch die Fourier-Reihe berechenbar. Die Grundwelle des Rechtecksignals, moduliert mit dem Gebührenimpuls, liefert den auszuwertenden Spektralanteil fA, wobei fA gleich der Differenz zwischen fG und fR ist (z. B. 2 kHz) . Der Effektivwert des modifizierten Gebührenimpulses ist dem Effektivwert des Gebührenimpulses proportional.
Weitere Vorteile dieser Lösung:
- Zwei Hardwareschaltungsversionen (für 12 bzw.16 kHz) sind für die meisten Länder ausreichend.
- Einfache Hardware (Standard-Operationsverstärker sind preiswert und verfügbar) .
Einfachere Bandfilter. - Auswertung von Frequenzselektivität, Pegel und
Impulszeiten per Software im digitalen Signalprozessor möglich (mit bekannten Vorteilen) .
- Dasselbe Rechtecksignal von 14 kHz ist für 12kHz- und 16kHz-Gebührenimpulse einsetzbar, um einen Spektralanteil von fA = 2 kHz im Spektrum des modifizierten Gebührenimpulses zu erzielen.
Bei der bisher beschriebenen Lösung ist es notwendig, analoge Tiefpaß- bzw. Bandpaßfilter zur Unterdrückung von Spiegelfrequenzen zu verwenden, die zu unerwünschtem
Ansprechen der Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen führen könnten (Beispiel: Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge der Gebührenimpulse 16 kHz, Modulationsfrequenz 18 kHz. Bei dieser Kombination ist die resultierende, von einem digitalen Signalprozessor auszuwertende Frequenz 2 kHz. Tritt nun eine Störfrequenz von 20 kHz auf, dann hat eines der Modulationsprodukte ebenfalls die Frequenz von 2 kHz) . Die zur Unterdrückung solcher störender Modulationsprodukte erforderlichen Tiefpaß- bzw. Bandpaßfilter müssen relativ steile Flanken haben und erfordern deshalb einen gewissen Aufwand an Bauelementen (Verstärker, eng tolerierte Widerstände und Kondensatoren) .
Mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es gelungen, die Spiegelfrequenzen auf eine andere Weise auszublenden und somit die Filter einzusparen. Dabei werden die Schwingungszüge der Gebührenimpulse bevorzugt mit einem Rechtecksignal moduliert. Die Frequenz dieses Modulationssignals ist jedoch nicht konstant, sondern wechselt bevorzugt periodisch zwischen zwei Werten, von denen einer unterhalb der Schwingunsfrequenz der
Schwingungszüge und der andere um den gleichen Betrag oberhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge der Gebührenimpulse liegt (Beispiel: Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge der Gebührenimpulse = 16 kHz, erste Modulationsfrequenz = 14 kHz, zweite Modulationsfrequenz = 18 kHz) . Die Zeiten zwischen zwei Umschaltungen der Modulationsfrequenzen müssen länger sein, als die Auswertezeiten im digitalen Signalprozessor von z.B. 15 Millisekunden.
Betrachtet man die Modulationsprodukte bei einer Schwingungsfrequenz, die derjenigen der Schwingungszüge der Gebührenimpulse entspricht, so ergibt sich bei jeder der beiden Modulationsfrequenzen die gleiche Komponente von 2 kHz, die somit konstant am digitalen Signalprozessor anliegt und zur Erkennung führt .
Bei Anlegen einer Störfrequenz (z.B. 20 kHz, siehe oben) taucht die Komponente von 2 kHz nur in Verbindung mit einer der beiden Modulationsfrequenzen auf. Der digitale
Signalprozessor bekommt also 15 Milisekunden lang ein 2 kHz- Signal und dann 15 Milisekunden lang kein Signal. Ein solches Muster muß der digitale Signalprozessor verwerfen.
Die Realisierung der Frequenzumschaltung ist relativ einfach und braucht keinen Mehraufwand zu bringen, wenn die Erzeugung der Modulationsfrequenzen in einem PAL (Programmable Array Logic) erfolgt, das nur anders programmiert werden muß.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es ist dargestellt in Figur 1: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen, Figur 2 : zeitliche Ablaufdiagramme und Figur 3 : ein Blockschaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Figur 1: Aufbau des bevorzugten Ausführungsbeispiels:
Die als Blockschaltbild dargestellte Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen ist mit ihrem Eingang 1 an die a/b- Adern eines Amtsanschlusses einer Telefonanlage angeschlossen. Auf diese Weise werden die Gebührenimpulse einem Differenzverstärker 2 zugeführt, von wo aus sie nach Verstärkung zu einem Bandpaß 3 gelangen. Dessen Ausgang ist einerseits direkt mit einem Eingang eines Modulators (MUX) 5 verbunden, während andererseits ein zweiter Eingang die Gebührenimpulse aus dem Bandpaß 3 über einen Inverter 4 invertiert erhält . Für das Modulationssignal in Gestalt eines Rechtecksignals R hat der Modulator 5 einen weiteren
Eingang. Den Ausgang des Modulators 5 verlassen modifizierte Gebührenimpulse 6, die zu einem Coder (CoDec) 7 gelangen zur Bildung eines digital abgetasteten Signals, das einem digitalen Signalprozessor (DSP) 8 zugeführt wird, der über eine Mikroprozessor-Schnittstelle (μP-Interface) 9 mit einem Mikroprozessor zusammenarbeitet.
Funktion des bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels:
Der Ablauf der Erkennung eines Gebührenimpulses ist folgender:
1. Abgriff des Signals an der a/b-Ader vor dem Bandpaß 3 (Gebührensperrfilter) .
2. Bildung einer Differenzspannung mit dem Differenzverstärker 2.
3. Filterung mit dem Bandpaß 3 für die Schwingungsfrequenz der Gebührenimpulse. Der Bandpaß braucht nicht die Frequenz- selektivät zu gewährleisten, sondern muß Frequenzen unterdrücken, die zu dem gleichen Spektralanteil führen wie die Gebührenimpulse. Beispielsweise wird fR - fG = fA, wenn fG < fR ist.
4. Bildung eines invertierten Signals mit dem Inverter
5. Ein analoger Schalter im Modulator 5 schaltet (angesteuert durch das Rechtecksignal) zwischen Orginal und invertiertem Signal (entspricht Multiplikation mit einem Rechtecksignal ohne Gleichanteil) . 6. Das Ausgangssignal ist nun fertig für die Auswertung.
7. Es wird via CoDec 7 digitalisiert und einem digitalen Signalprozessor (DSP) 8 zugeführt.
8. Der DSP führt zunächst eine Bandpaßfilterung durch. Die geforderte Frequenzselektivität (± 500 Hz in einigen Ländern) ist leicht realisierbar. Die Auswertung erfolgt durch anschließende Amplituden- und Zeitbewertung, wie beispielsweise bekannt aus den Hörtonerkennern der Geräte der Baureihe Integral3 der Bosch Telecom GmbH.
Unter ungünstigen Bedingungen kann es zu Störungen bei der Erkennung von Gebührenimpulsen kommen. Beträgt beispielsweise die Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge von Gebührenimpulsen 16 kHz und die Modulationsfrequenz 18 kHz, so ist die resultierende, vom digitalen Signalprozessor auszuwertende Frequenz 2 kHz. Bei einer Störfrequenz von 20 kHz auf den a/b-Adern ist jedoch eines der im Modulator 5 erzeugten Modulationsprodukte ebenfalls 2 kHz. Hier schafft eine Weiterbildung der Erfindung Abhilfe, zu welcher in Figur 3 ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Figur 2 erläutert die Wirkungsweise.
Figur 2 zeigt zeitliche Ablaufdiagramme während eines
Zeitabschnittes von 60 Millisekunden. In Figur 2A ist in diesem Zeitabschnitt die Schwingungsfrequenz fG eines Schwingungszuges eines Gebührenimpulses vorhanden. Die Modulationsfrequenz fmocι (Frequenz fR des Rechtecksignals R in Figur 3) wechselt in Zeitintervallen von 15 Milisekunden zwischen 14 kHz und 18 kHz. Figur 3 entspricht übrigens - soweit die Bezugszeichen übereinstimmen - im Prinzip der Figur 1. Die Differenzfrequenz fA, die den Modulator 5 verläßt, beträgt im gesamten in Figur 2A dargestellten Zeitraum 2 kHz.
Figur 2B zeigt die selben Verhältnisse für das Vorliegen einer Störfrequenz fs von 20 kHz auf den a/b-Adern. Diesmal wechselt die Differenzfrequenz fA zwischen 6 kHz und 2 kHz. Dieser Wechsel führt in gewünschter Weise nicht zur Erkennung eines Gebührenimpulses.
Figur 3 ist gegenüber Figur 1 noch ergänzt durch die erforderlichen Mittel zur Erzeugung des Wechsels der Modulationsfrequenz fmod = ^R- Dazu ist ein Frequenzzähler F vorgesehen, der die wechselnden Modulationsfrequenzen fl bzw. f2 liefert, die von einem Schalter S im Takt von 15 Millisekunden abwechselnd zum Modulator 5 durchgeschaltet werden. Bei einer Schwingungsfrequenz fG von 16 kHz beträgt fl = 14 kHz und f2 = 18 kHz. Über einen Umschalteingang U ist der Frequenzteiler F aber auch auf Verhältnisse für eine Schwingungsfrequenz fG von 12 kHz umschaltbar; die Frequenzen fl und f2, die wechselweise die
Modulationsfrequenz bilden, betragen dann beispielsweise 10 bzw. 14 kHz.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Gebührenimpulsen in einer Telefonanlage, die als impulsweise auftretende Schwingungszüge einer Schwingungsfrequenz übertragen werden, welche über dem Sprachfrequenzband liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge so moduliert werden, daß sich modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil ergeben, der unterhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge so moduliert werden, daß sich modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil ergeben, der sich mit Mitteln digital abtasten läßt, die identisch mit den Mitteln sind, die zur Abtastung der Sprachsignale innerhalb der Telefonanlage vorgesehen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge so moduliert werden, daß sich modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil innerhalb des Sprachfrequenzbandes ergeben.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge mit Rechteckimpulsen moduliert werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der modifizierten Gebührenimpulse (6) nach digitaler Abtastung mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors (8) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation eine Modulationsschwingung dient, die eine Modulationsfrequenz aufweist, welche zwischen zwei Werten wechselt, von denen einer um etwa den Frequenzwert des genannten Spektralanteils unterhalb und der andere um etwa denselben Frequenzwert oberhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.
7. Anordnung zur Erkennung von Gebührenimpulsen in einer Telefonanlage, die als impulsweise auftretende Schwingungszüge einer Schwingungsfrequenz übertragen werden, die über dem Sprachfrequenzband liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in Signalflußrichtung hinter einem Bandpaß (3) , der auf die Schwingunsfrequenz der Schwingungszüge abgestimmt ist, ein Modulator (5) folgt, dem ein digitaler Codierer (7) , gefolgt von einem Signalprozessor (8) nachgeschaltet ist, und der modifizierte Gebührenimpulse (6) mit einem Spektralanteil liefert, der unterhalb der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (7) für eine Abtastrate vorgesehen ist, die unterhalb dem Doppelten der Schwingungsfrequenz der Schwingungszüge liegt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (7) für eine Abtastrate vorgesehen ist, die der Abtastrate für die Sprachsignale in der Telefonanlage entspricht.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (7) identisch mit einem Codierer ist, der für die Sprachsignale in der Telefonanlage vorgesehen ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (5) mit einem Rechtecksignal als Modulationssignal gespeist ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (5) einen Schalter aufweist, der durch das Rechtecksignal gesteuert zwischen dem Schwingungszug und dem invertierten Schwingungszug hin und her schaltet.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Modulator ein Schwingungserzeuger für die Modulationsschwingung zugeordnet ist, der eine Modulationsfrequenz (fmoc|) liefert, welche zwischen zwei Werten (fl, f2) wechselt, von denen einer um etwa den Frequenzwert des genannten Spektralanteils unterhalb und der andere um etwa denselben Frequenzwert oberhalb der Schwingungsfrequenz (fG) der Schwingungszüge liegt.
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