DE1938804B2 - Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung - Google Patents
Numerische Frequenz-EmpfangsvorrichtungInfo
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- H04Q1/457—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current with voice-band signalling frequencies using multi-frequency signalling with conversion of multifrequency signals into digital signals
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Description
der Energie in den verschiedenen Filtern.
Gemäß einer Besonderheit der Erfindung besitzt jedes Analysenfilter einen Rechenkreis und einen
Speicher. Von dem Rechenkreis sind folgende Operationen durchzuführen: ;
Y-X-B2Yi-B1Y,
S = Y- Yi
dabei ist Xdie mit der Entnahmefrequenz ankommende
Eingangsentnahme, - in
5 die mit der gleichen Entnahmefrequenz austretende Ausgangsentnahme,
B\ und B2 jeweils ein das Filter kennzeichnender
konstanter Koeffizient, und
Vi und Yi sind Zwischenergebnisse.
Der Speicher des Filters speichert die Größen B\, B2,
Ki und Y2.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung werden die Größen B\ und B2. Y\ >o
und Y2 in Form von Logarithmen auf der Basis 2 in der
Weise in den Speicher gebracht, daß die Multiplikationen durch Additionen von Logarithmen und die
Divisionen durch Subtraktionen von Logarithmen ersetzt werden, während die normalen Additionen und r>
Subtraktionen mittels linearer Größen erfolgen, wozu ein Wandler zur Umwandlung logarithmischer Größen
in lineare Größen und ein umgekehrt wirkender Wandler zur Umformung linearer Größen in logarithmische
Größen vorgesehen sind. )O
Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung entspricht dem Verarbeitungskreis ein Kreis zur
Summierung der Absolutwerte der Ausgangssignale, ein die »Summen«-Ergebnisse jedes Filters des Empfängers
für eine bestimmte Anzahl von Entnahmen enthaltender y, Speicher und ein Kreis zur Analyse der Energie in den
verschiedenen Filtern des E.npfängers.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung durch eine Zeitbasis
gesteuert und der Betrieb eines einzelligen Analysenfilters erfolgt in vier Elementarzeiten, wobei zur Zeit fi das
Produkt B2 Y2 gebildet und in dem Register 1
gespeichert wird, während die neue Entnahme Xin dem
Register 2 gespeichert wird, zur Zeit t2 die Operationen
X— B2 Y2 und B\ Y\ durchgeführt werden, das erste
Ergebnis in das Register 2 und das zweite Frgebnis in das Register 1 geschrieben werden, zur Zeit h die
Operation
Y= X- B2Y2-
50
ausgeführt und das Ergebnis in das Register 2 geschrieben wird, und zur Zeit U die Operation
S = Y — Y2 erfolgt, deren Ergebnis in das Register 3
geschrieben wird.
Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist der Speicher der Summen der Probeentnahmen ein
Umlaufspeicher, der synchron mit den sich auf jeden der Filter mit einem Wort von 12 Bit pro Filter beziehenden
Rechenzeitpunkten fortschreitet
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfühningsform der
Erfindung bestehen die Kreise zur Analysierung der Energie in den Filtern aus vier Schieberegistern, welche
auf Befehl parallel and zum gleichen Zeitpunkt den Inhalt der vier vom Ausgang des Verschiebespeichers
der Summen der Entnahmen kommenden ersten Worte erhalten, wobei nach Einstellung und Verschiebung
dieser Register mit führenden großen Werten die Ausgangsgrößen der vier Verschieberegister wieder in
den Prüfkreis des Maximalwertes eintreten und das da: Energiemaximum aufweisende Filter dem Registei
entspricht, das die erste 1 an seinem Ausgang besitzt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßer Vorrichtung ist ihre Stabilität, da die Charakteristiker
der numerischen Filter, welche allein mit Genauigkeiter von arithmetischen Rechnungen verbunden sind, nur aul
Betriebsfehler der sie bildenden logischen Kreise ansprechen. Dies bedeutet, daß diese Filter keine
Abweichungen, sondern lediglich im Fall des Versagen; eines logischen Kreises freie Fehler aufweisen.
Ein anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß aufgrund der Tatsache, daß die
Charakteristiken der Filter durch die Koeffizienten Bi
und B2 festgelegt sind, es zur Änderung der Charakteri
stiken (Durchlaßband, Dämpfung) eines Filters genügt die Koeffizienten zu ändern, was durch einfache
Abänderung der Matrix des Speichers der Koeffizienter erfoigen kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erifndung werden im folgenden beispielsweise an Hand der
Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung der Gleichung
mit endlichen Differenzen,
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Gleichung
mit endlichen Differenzen als »Serien«-Kombina· tion von zwei Gleichungen mit Differenzen erster oder
zweiter Ordnung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer für den Frequenz-Empfänger gemäß der Erfindung gewählten
Filterart,
F i g. 4 ein allgemeines Schaltbild eines Frequenz-Empfängers gemäß der Erfindung,
Fig. 5 ein Detail-Schaltbild eines Rechenkreises gemäß der Erfindung,
F i g. 6 ein Detail-Schaltbild des »Verarbeitungs«· Kreises der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 7 eine Darstellung zur Ermöglichung eines Vergleichs der Ausgangssignale von zwei das gleiche
Eingangssignal erhaltenden Filtern,
F i g. 8 ein Zahlenbeispiel der Arbeitsweise eines zweizeiligen Filters bei einer ersten Eingangsentnahme
und
F i g. 9 ein Zahlenbeispiel der Arbeitsweise des gleichen zweizeiligen Filters bei einer zweiten Eingangsentnahme.
Zur Vereinfachung des Verständnisses der nachfolgenden Ausführungen wird eine kurze Zusammenfassung
der Theorie der numerischen Filter gegeben.
Es ist bekannt, daß die kontinuierlichen linearen Filter
durch eine lineare Differentialgleichung definieit sind, d. h., daß dann, wenn die Erregung des Filters e (t) und
die Antwort r(t) ist, die Beziehung zwischen e(t) und
r(t) in Form einer linearen Differentialgleichung
gegeben ist (die Variable t ist die Zeit). Wenn die LAPLACE-Transformation verwendet wird, ist die
komplexe Frequenz s die Variable. Die Transformierte der Erregung ist E(s), und die Transformierte der
Antwort ist R (s). Die Beziehung zwischen E(s)und R (S1
ist algebraisch und kann folgendermaßen geschrieben werden:
R(s)= E(s)x H(s)
H (s) wird als die Obergangsfunktion des Filters odei
auch Funktion des Systems genannt
Das Problem der Definition der kontinuierlicher Filter besteht darin, die Funktion H(s) zu bestimmen
welche die gewünschte Ai-twort auf eine bekannte
Erregung ergibt und physikalisch realisiert werden kann.
Wenn die Theorie der kontinuierlichen linearen Filter auf der Theorie der linearen Differentialgleichungen
basiert, ist die Theorie der numerischen linearen Filter auf der Theorie der Gleichungen endlicher Differenzen
gegründet, Gleichermaßen wie die LAPLACE-Transforr.:_tion
zum Lösen der linearen Differentialgleichungen verwendet wird, wird die Z-Transformation benutzt,
um die die numerischen linearen Filter beschreibenden Gleichungen endlicher Differenzen zu lösen.
Eine lineare Gleichung mit endlichen Differenzen von der Ordnung in kann folgendermaßen geschrieben
werden:
'
m I')
v(iiT) = Σ LiX(IiT - iT) - Σ K,y(nT- iT).
II)
Diese Furiii (i) macht die iterative Art der
Differenzengleichung offensichtlich. Mit den m vorhergehenden Werten des Ausgangs y und den (r + I)
letzten Werten des Eingangs χ berechnet sich der neue Wert des Ausgangs y mit Hilfe der Beziehung (1).
Physikalisch betrachtet sind die Eingangsgrößen χ Probeentnahmen des kontinuierlichen Signals, und die
numerische Filterung zu reeller Zeit besteht darin, die Iteration (I) jedesmal dann durchzuführen, wenn eine
neue Entnahme auftritt, d. h. bei jeder Entnahmeperiode
Die Definition eines numerischen Filters besteht darin, die Konstanten K-, und L, zu bestimmen, welche
die geforderten Filterungsbedingungen befriedigen.
F i g. 1 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung (1). Die geschlossene Umrandung Σ ist die
algebraische Summe der Summe
iT),
welche durch den oberen Teil der Figur dargestellt wird, und der Summe
Σ/C1-.r(«7·- /7),
i = I
welche durch den unteren Teil der Figur dargestellt wird. Die mit Z., und K, zu multiplizierenden tiemente
sind durch Dreiecke dargestellt, welche in jeder Entnahmeperiode Elementarergebnisse liefern, deren
Summe die geschlossene Umrandung bildet.
In der Praxis werden anstelle von Gleichungen der Ordnung m »Serien«-, »Parallel«- und »Serien-Paral-Iel«-Kombinaticnen
von Differenzgleichungen der ersten oder der zweiten Ordnung verwendet. Beispielsweise
folgende zwei Gleichungen:
ViIhT) = K1, Vi («7"- T) + Kn y, (11T - 2 T) + Ln X UiT)
:22y2(iiT-2T) + L21 y, (;i7").
y2 (»ιΓ) = K21 Y2 (iiT - T) + K
Diese beiden Gleichungen bilden eine »Serien«-Kombination, in der die Ausgangsgröße y\ der ersten
Gleichung als Eingangsgröße der zweiten Gleichung verwendet wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In
dieser Figur stellen die Dreiecke immer Multiplikationselemente und die kreisförmigen Umrandungen Additionselemente
dar.
Die Gleichungen (2) können in Form einer einzigen Gleichung mit endlichen Differenzen der Ordnung 4
geschrieben werden. Die fundamentalen Eigenschaften der numerischen Filter sind jedoch einfacher an Hand
von Strukturen der in F i g. 2 dargestellten Art zu verstehen.
Für den Übergang zur Z-Transformation wird angenommen, daß die Eingangsentnahmen χ (ηT) und
die Ausgangsentnahmen y(nt) für n<0 Null sind. Die
Z-Transformation der Folge von x(nT) ist dann folgendermaßen zu schreiben: ,
von X(z) enthaltenden geschlossenen Kurve (C) erhält
man (Theorem der Residuen):
•x(h 7")
= ■ -i-r j
X (Z)Z"'1 dzmiij = \- \ . (4)
45
50 Die inverse Z-Transformation definiert somit explizit die Reihe x(nT), die einer Funktion X(^zugeordnet ist.
Für bestimmte Reihen kann die geschlossene Integrationskurve der Kreis vom Radius 1 und mit dem
Mittelpunkt 0 sein.
Im folgenden wird d'e Z-Transformation benutzt, um eine explizite Lösung der Gleichung (1) der linearen
Differenzen der Ordnung m zu erhalten. Zuerst wird dazu die Beziehung (1) in neuer Form geschrieben:
X(z) = f χ(ηΓ)γ-
π = 0
(3)
i = 0 i = 0
Mit der Z-Transformation von (5) ergibt sich:
In der Praxis existiert für bestimmte Reihen ein
äquivalenter Kurzausdruck der unendlichen Reihe. Beispielsweise ist die Z-Transformation der Reihe von
x(nT) mit χ(nT) = 0 für n<0 und x(nT) = 1 für
>0 gegeben durch:
= Σ Δ,Σχ
f=0n=0
X(z) = Σ
B=O
1 - z-
60 Wird berücksichtigt, daß die Z-Transformation einer
um /' Entnahmen verzögerten Reihe gleich der Z-Transformation der ursprünglichen Reihe multipliziert
mit z-' ist, wird die Beziehung (6) zu:
Die Transformationsvariable ζ ist komplex und X(z)
ist eine Funktion dieser komplexen Variablen.
Die Z-Transformation einer konvergenten Reihe definiert diese Reihe vollkommen. Durch Multiplikation
der 2 Glieder von (3) durch z"-' und Integration längs
einer den Ursprung und die singulären Punkte (Pole) Y(z) Σ K1 ζ'1 = X (ζ) Σ L1- ζ-'
/=0 1=0
65
Y(Z) =
= X(Z)- Η(ζ).
1 = 0
Auf diese Weise ist die Z-Transformation der Ausgangsgröße y als das Produkt der Z-Transformation
der Eingangsgröße χ und der charakteristischen Funktion H (z) des Systems gegeben und zu einer
Übergangsfunktion analog, /-/fc) ist ein in z~' rationaler
Bruch und eine Funktion der konstanten Koeffizienten der Gleichung mit endlichen Differenzen. Wird die
inverse Z-Transformation von Y(z) genommen, so ist y(nT)durch eine Beziehung von der Art (4) definiert.
Wird als Eingangssignal genommen:
x(nT) = I für» = 0
x(nT) = 0 für η / 0
x(nT) = 0 für η / 0
d. h. dasjenige, das als Einheitsstufe bezeichnet werden r,
kann, so ergibt sich in (7) X (z) = I und Y (z) = H (z), und bei Verwendung der inversen Z-Transformation ist
zu erkennen, daß die inverse Transformation von HM
die Antwort des Systems auf das vorstehend definierte Signal x(nT)\s\, d. h. gewissermaßen auf die Einheitsstu- _>u
fe bzw. den Einheitssprung.
Es ist nunmehr zu erkennen, wie es die Funktion H(z)
ermöglicht, tiie Frequenzselektivität des durch sie definierten Systems zu charakterisieren. Es wird
nunmehr angenommen, daß das Eingangssignal das >-> folgende komplexe Signal ist:
χ UiT) = c'
(8)
Die Lösung der Gleichung (5), d. h. das Ausgangssignal, kann dann in folgender Weise geschrieben werden:
(s + ο)2 + b2
Dies führt zu folgenden Korrespondenzen:
s + a
(s + a)2 + W
- e-
cos(/»T)z-
- 2e"7 cos(/>r)Vr
)1
(s + n)1 + h1'
C" · sin )
I - 2c "' · cosWf) ■ z"T + c'1-1":-
I - 2c "' · cosWf) ■ z"T + c'1-1":-
b) Technik der Probefrequenzentnahme
Die Differenzgleichung
Die Differenzgleichung
y(nT) = xiiiT) - x{nT - mT)
besitzt als Ubcrgangsfunktion in ζ H(z) = I - ζ-'"
besitzt als Ubcrgangsfunktion in ζ H(z) = I - ζ-'"
welche m regelmäßig aus dem Einheitskreis beabstandete Nullstellen besitzt, und zwar an den Punkten:
,-, 1'2 ir
-Ic — ^
k = 0, I m -
y(iiT) = F(e'"")e'
(9)
Wenn in der Beziehung (10) die Subtraktion durch eine Addition ersetzt wird, wird die Übergangsfunktion
Werden in (5) die Ausdrücke von (8) und (9) j-, zu 1 + z~m, welche m regelmäßig auf dem Einheitskreis
eingesetzt, so wird folgendes Ergebnis erhalten:
K-i
> - Ji (S) 7'
= H(t"-T).
verteilte, bzw. beabstandete Nullstellen besitzt, und ^war an den Punkten:
(K + τ)
Die Antwort auf ein sinusförmiges Eingangssignal, von dem Proben entnommen werden, kann aus d'esem
Ausdruck einfach abgeleitet werden.
Es können nunmehr die Techniken der Definition der numerischen Filter untersucht werden, von denen die
eine als Technik der impulsförmigen Invarianz und die andere als Technik der Probefrequenzentnahme bezeichnet
wird, wobei die erste am besten zur Definition der Resonatoren und die zweite am besten zur
Definition der Bandpaß-Fiitersätze geeignet ist.
a) Technik der impulsförmigen Invarianz
Es wird angenommen, daß ein numerisches Filter mit einer impulsförmigen Antwort gleich der entnommenen
impulsförmigen Antwort eines gegebenen kontinuierlichen Filters ausgehend von folgender Korrespondenz
definierbar ist:
Y{s) =Σ
ι s + si
f= 1
Die Amplituden-Antwortkurven dieser Filter in Abhängigkeit von der Frequenz besitzen eine Periode
von 21m im Bogenmaß und diese Filter werden allgemein als Kammfilter bezeichnet. Diese Filter
werden manchmal zur Realisierung spezieller Arten von Filtern verwendet, wie dies nachfolgend gezeigt wird. Es
wird z. B. ein einfacher Resonator in Reihe mit einem Kammfilter angeordnet. Für den Resonator werden
Polstellen für ζ = re±f"^T gewählt, und er besitzt keine
Nullstellen. Seine Übergangsfunktion in zist somit:
55
60
Demnach besitzt die Mehrzahl der Resonanzkreise als Übergangsfunktion eine der zwei folgenden Formen:
s + a
(s + af + b2
(s + af + b2
H(z) =
I - 2r (cos (-I0 T) z"1 +
Es wird angenommen, daß r = \ ist, d. h. daß die
Polstellen auf dem Einheitskreis liegen und daß der Winkel ωΓ einer Polstelle des Resonators derart ist daß
die Polstelle mit einer Nullstelle des Kammfilters zusammenfällt Demnach ist:
iTtk
Für die Funktion \ - ζ m
65
für die Funkuon 1 + ζ
Die Polstellen des Resonators annulieren somit die Ar-te Nulistelle des Kammfilters und sind konjugiert. Von
nun an wird als »Elementarfilter« der Resonator bezeichnet, der dazu verwendet wird, die k-le Nullstelle
des Kammfilters zu annulieren, bzw. aufzuheben. Die Anordnung aus einer Kaskadenschaltung eines Elementarfilters und eines Kammfilters bildet ein zusammengesetztes Filter mit den folgenden Eigenschaften:
— die Impulsantwort besitzt eine endliche Dauer mT.
— Die Amplitude der Antwort in Abhängigkeit von
der Frequenz ist:
sin m in T/2
COS in T — COS inr T
welche Null ist für jedes ω, das eine Nullstelle des Knmmfilters ist, und zwar mit Ausnahme von ωΓ.
addiert, um das Ausgangssignal des in Frage stehenden Filters zu erhalten. Dieses »resultierende« Filter besitzt
eine Impulsantwort der Dauer mTund eine Frequenz-Antwort von linearer Phase. Seine Amplituden-Antwort
entspricht den Spezifikationen bei den Entnahmefrequenzen und verbindet ohne Diskontinuität die
verschiedenen Entnahmepunkte. Ausgehend von dieser Technik kann eine Vielzahl verschiedener Filter
konstruiert werden.
Bei den praktischen Anwendungen ist es vorteilhaft, den folgenden Erwägungen Rechnung zu tragen:
Die Pole der Resonanzkreise der Elementarfilter können die Nullstellen des Kammfilters aufgrund der Quantisierung nicht völlig aufheben. Es ist auch ratsam, die Nullstellen und die Pole etwas in das Innere Jes Einheitskreises auf einen Radius der Größenordnung von e-"' = 1 — 2~26 zu verschieben. Auf dem Kreis mit
Die Pole der Resonanzkreise der Elementarfilter können die Nullstellen des Kammfilters aufgrund der Quantisierung nicht völlig aufheben. Es ist auch ratsam, die Nullstellen und die Pole etwas in das Innere Jes Einheitskreises auf einen Radius der Größenordnung von e-"' = 1 — 2~26 zu verschieben. Auf dem Kreis mit
mit Ausnahme der Diskontinuitätsstelle vollkommen linear, wo Jie Phasenänderungen im Bogenmaß π sind
(Radiant).
— Der Phasenunterschied zwischen zwei zusammengesetzten Filtern der Resonanzfrequenz ωΓ und ωΓ + ι ist
,τ für u)r<
ω <ωΓ+\ und Null außerhalb dieser Grenzen.
Die Amplitude eines beliebigen der zusammengesetzten Filter ist bei den Resonanzfrequenzen aller anderen
zusammengesetzten Filter Null.
Die Eigenschaften zeigen, daß eine vorher festgelegte Amplitudenantwort erhalten werden kann, indem die
abgewägten, bzw. bewerteten Ausgangsgrößen der aus einem Kammfilter und diesem zugeordneten Elementarfiltern
gebildeten Anordnung addiert werden, und zwar in der gleichen Weise, in der eine Funktion der Zeit
mit begrenztem Band aus bewerteten Summen der verzögerten Funktionen Sln ' gebildet werden kann.
Diese Besonderheit wird als »Probefrequenzentnahme« bezeichnet.
Eine Frequenz-Antwortfunktion mit genügend schmalem Band wird an Punkten entnommen, die
regelmäßige Frequenzabstände im Bogenmaß besitzen, nämlich
Sien luigciiuc *Juci"gäiigSiünk-
2.-7* ,„ =
- k = 0.
tionen:
für das Kammfilter:
H(z) = I
für das Elementarfilter:
H (ζ) =
H (ζ) =
entsprechend dem verwendeten Filtertyp. Es sei ω* die
Amplitude der Entnahme bei der Frequenz ω*7! Ein
Elementarfilter der Resonanzfrequenz ω* in Reihe mit
einem Kammfilter der Verzögerung mT und dem Gewinn ω* sin WtT werden verwendet, um eine
Frequenz-Elementarantwort von ω* mit der Frequenz
o)*Tund Null bei den anderen Entnahmefrequenzen zu
erzeugen.
Da die Phasen bei der Resonanz der aufeinanderfolgenden Elementarfilter von π verschieden sind, müssen
die Gewinne oder Verstärkungen der Hementarfilter von ungerader Zahl mit — 1 multipliziert werden.
Das Eingangssignal des Riters wird an den Eingang des Kammfilters angelegt, welcher zwischen allen
Elementarfiltern aufgeteilt ist dann mit den Verstärkungen bzw. Übertragungsfaktoren der Filter und mit — 1
für die ungeradzahligen Filter multipliziert. Die Ausgangsgrößen aller Elementarfilter werden da/: -.
^- mal _ - m
- 2e~"r(cosm4T)z + e"-"' ζ -
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Filtertyps, der zur Schaffung des erfindungsgemäßen
Frequenzempfängers gewählt wurde. In dieser Figur stellen die Rechtecke Tdie Verzögerungskreise um eine
Entnahmeperiode dar, die Kreise ( + ) bezeichnen Summierungskreise, und die dreieckigen bezeichnen
Multiplikationskreise.
Diese Filter bestehen aus zwei Zellen, bzw. Baugruppen von Resonatoren mit leicht verschobenen Resonanzfrequenzen.
Die erste Zelle erhält die Entnahme X als Eingangsgröße, d. h. das kodierte Multifrequenzsignal.
Die zweite Zelle erhält als Eingangsgröße die durch ^(Übertragungsfaktor der ersten Zelle) dividierte
Ausgangsgröße der ersten Zelle.
Die diese Filter definierenden Differenzen-Gieichungen
sind für dis erste Zelle:
Yti =
V, „, - B21 },,
c _ γ _ γ-
und die zweite Zelle:
mit Y= Y(nT), Yx = V, (nT-T% Y2= Υ2(ηΤ-2ΤΧ
wobei die Indizes (1) und (2) angeben, daß sich die
Ausdrücke jeweils auf die Zellen (1) und (2) beziehen.
In Fig.4, weiche das allgemeine Schaltbild eines
erfindungsgemäßen Frequenz-Empfängers zeigt, ist ein »Filterungs«-Teil, der aus einem Rechenkreis CC und
angeschlossenen Speichern Mu M2 und Mz besteht, und
ein »Verarbeitungs«-Teil 77? unterschieden.
Von dem Rechenkreis sind folgende Operationen durchzuführen:
y= X-B2Y2- Si Yi
S = Y - Y2
S = Y - Y2
alle 125 us ankommt;
5 die Ausgangs-Probeentnahme des Filters, die alle ä
125 us abgegeben wird;
Der Logarithmus zur Basis 2 von Y\ ist in dem ι ο
Speicher M\ gespeichert; der Logarithmus zur Basis 2 von Y2 ist in dem Speicher M2 gespeichert; die
Logarithmen zur Basis 2 der Koeffizienten B% und B2
sind in dem Speicher Λ/j gespeichert. Am Ausgang SO
des Rechenkreises CC treten zeitlich verschoben entweder das Ergebnis Voder die Ausgangs-Probeentnahme c auf. Die Speicher Mi, M2, Mz geben ihre
Informationen in den Rechenkreis CCjeweils durch die Eingänge a, b und c ein. Der Eingang EX der
Eingangs-Probeentnahnien X in den Rechenkreis
erfolgt über d.
'.
F i g. j zeigt in mehr Einzelheiten die den Rechenkreis
CC bildenden Elemente. Dieser Rechenkreis s;-tzt sich
zusammen aus einem Block AS\ zur Addition und Subtraktion von Logarithmen sowie einem Block AS2
zur Addition und Subtraktion linearer Größen. Die Eingänge der Speicher M\, M2 und Mz zu dem Block AS\
erfolgen über a, bund c Da die Größen Y\, Y2, B\ und B2
: 1 logarithmischer Form gespeichert sind, werden die
Multiplikationen durch Additionen von Logarithmen und die Divisionen durch Subtraktionen von Logarithmen ersetzt Die normalen Additionen und Subtraktionen erfolgen jedoch mit linearen Größen. Es ist somit
erforderlich, daß ein Wandler C, zur Verfügung steht,
der logarithmische Größen in lineare Größen umformt, sowie ein Wandler C2, der lineare Größen in
logarithmische Größen umformt. Das Register R
speichert nacheinander die Produkte B2, Y2, Bi, Vj unc
die Größe Y2. Das Register R2 speichert nacheinandei
die Größe X, dann X — B2 Y2 und dann die Größe y
Schließlich speichert das Register R3 die die Ausgangs
Probeentnahme darstellende Größe & Die Größe i wird anschließend zu dem Bearbeitungsteil TR(Fig.6]
geleitet
Die Arbeitsweise der Rechenvorricätung wird durch
einen Impulsverteiler oder eine Zeitbasis gesteuert Die Verarbeitung in einer FilterzeUe erfolgt in viei
elementaren Zeitabschnitten t\ bis U. Während jede:
Elementar-Zeitabschnittes wird eine bestimmte Anzahl von Operationen durchgeführt, von denen mehrere
gleichzeitig beginnen können. Andererseits ist es aufgrund der Tatsache, daß der Frequenzempfänger
kontinuierlich arbeitet, erforderlich, daß die Zeit t\ die
letzte Zeit t\ des vorhergehenden Zyklus überdeckt,
und daß die Zeit, bzw. der Zeitabschnitt U den ersten
Zeitabschnitt t'\ des folgenden Zyklus fiberdeckt, bzw.
überlappt
Auf diese Weise beginnen zur Zeit Ti für den laufenden Zyklus gleichzeitig die Addition der Logarithmen LB2 +LY2 und das Einschreiben Xaer Eingangsprobeentnahme in das Register R2, und dann werden die
Logarithmen LB2 und LY2 in lineare Größen umgewandelt und B2 Y2 wird in das Register Ri eingeschrieben.
Für die Zeit U des vorhergehenden Zyklus, welche die Zeit h des laufenden Zyklus überlagert, beginnen die
Subtraktion S= Y-Y2 der linearen Größen und die
Umwandlung der Größe Y vom linearen zum logarithmischen Wert Dann wird die Größe S in das
Register R3 und die Größe LYm den Speicher M1 der
L Y\ eingeschrieben.
Die Zeit t\ kann somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:
(Die Pfeile / geben an, daß die Operationen gleichzeitig beginnen).
f | Block AS1 | Wandler C1 | Register R1 | f | Register R2 | — + | Register R3 | Wandler C2 | —■--» | Speicher M, | |
Operation
LB2 + LY5 |
Umwandlung
Log -Lin B5 Y5 |
Einschreiben
B5 y5 |
Einschreiben
X |
Einschreiben
S |
Umwandlung
Lin — Log Y |
Einschreiben
LY |
|||||
aufender Zyklus | |||||||||||
Block AS1 | |||||||||||
Operation
Y- Y1 = S |
|||||||||||
gehender Zyklus i | |||||||||||
Zur Zeit h beginnen gleichzeitig für den laufenden
Zyklus die Addition der Logarithmen LBi + LYi und
die Subtraktion der linearen Größen X - B1 Y2. Dann
werden die Logarithmen LBi + L Yi in lineare Größen
umgewandelt, und die Größe S1 V1 in das Register Äi
eingeschrieben. Parallel dazu wird die Größe X — B1 Y2
in das Register A2 eingeschrieben.
Die Zeit ti kann somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:
Block AS1 | * | Wandler C1 | > | Register Ji1 |
Operation
LB1 + LY1 |
Umwandlung
Log - Lin B1 Y", |
Einschreiben
B1Y1 |
||
Block AS2 | Register R2 | |||
Operation
X - B1 Y2 |
Einschreiben
X - B2 Y2 |
|||
Zur Zeit ti beginnen gleichzeitg folgende drei 25 3. Das Einschreiben von LYi in den Speicher M2.
Operationen:
1. Die Addition des Logarithmus LY2 in dem Block , Die erste Operation erfolgt durch Umwandlung von
A§.
L Y2 in einen Linearwert und nachfolgendes Einschrei-
2. Die Addition und Subtraktion der Größen ben von Y2 in das Register A1. Der zweite Vorgang
erfolgt durch Einschreiben von Ym das Register R2.
X — B2Yi- Bi Yi = Y
Die Zeit t3 kann somit folgendermaßen zusammenge-
in dem Block AS2;
faßt werden:
Block ASi | ► | Block AS2 | Wandler C1 | · | Register R1 |
LY2 |
Operation
X — B2 Y2 — O) /j — Y |
Umwandlung | Einschreiben | ||
Log—Lin Y2 | Y2 | ||||
Speicher M2 | Register R2 | ||||
Einschreiben
Y |
|||||
· | |||||
Der Zeit u des laufenden Zyklus überlagert sich die
Zeit t" des folgenden Zyklus. Zu Beginn dieser Zeit beginnen gleichzeitig vier Operationen, und zwar zwei
für den laufenden Zyklus und zwei für den nachfolgenden Zyklus. Bei dem laufenden Zyklus erfolgt die lineare
Addition S = Y-Y2 und die Umwandlung der Größe
Y in einen logarithmischen Wert. Dann wird S in das Register R) eingeschrieben und die Größe LY in dem
Speicher Mi gespeichert. Für den folgenden Zyklus erfolgt die Addition der Logarihtmen LBi + LY2 und
das Einschreiben von X in das Register R2. Dann wird
die Umwandlung von B2 Y2 in einen Linearwert
durchgeführt, und diese Größe wird in das Register R2
eingeschrieben.
Die Zeit /4 kann somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:
18
laufender Zyklus
laufender Zyklus
Block AS1 | |
Operation LB2 + LY2 |
|
/ | Register R2 |
Einschreiben X |
|
Block /IS2 | |
Operation Y- Y2 = S |
|
f | |
U | Wandler C2 |
Umwandlung Lin — Log von Y |
Wandler C1 Umwandlung Log—LJnB2 Yi
Register R3
Einschreiben S
Speicher M1
Einschreiben LY
Register R1
Einschreiben B2Y2
F i g. 6 zeigt die einzelnen E'e nente des Verarbei-Dieser
Kode wird als »zwei aus fünf«-Kode
tungsteils TR der Ausgangssignale der Filter. In dem J5 bezeichnet, d. h. daß eine Ziffer durch Überlagerung
»Verarbeitungs«-Teil werden durchgeführt die Detektion
des Signals durch die Gleichrichtung der Amplituden und seine Integration durch eine Summierung der
Amplituden mittels der Detektor-Addier-Vorrichtung DA. Die Summierung der Amplituden erfolgt bei acht
aufeinanderfolgenden Entnahmen, und ein Summen-Speicher der Entnahmen MSE enthält die »Summet.«-
Ergebnisse jedes Filters des Empfängers.
Es wird angenommen, daß das Diagramm der F i g. 6
sich insbesondere auf den Fall eines Empfängers für Teilnehmer-Signalisierungsfrequenzen von der Art
l/P + MQ bezieht (eins aus P+ \ aus Q) Es ist bekannt, daß dies der SOCOTEL-Kode ist.
1. Bei Kreisen zwischen Zentralen verwendbarer
Multifrequenz-Kode.
Multifrequenz-Kode.
Für die Ziffern werden fünf Kode-Frequenzen verwendet (nämlich Kode 0 — 1 — 2 — 4 — 7), zu denen
eine Kontroll-Frequenz fc und eine Signalisierungsfrequenz
f,, hinzugefügt werden müssen.
zweier Frequenzen kodiert wird, nämlich:
Fn = | 700Hz | Fc = | 1900 | Hz |
F1 = | 900Hz | F1, = | 1700 | Hz |
F2 = | 1100 Hz | |||
F, = | 1300Hz | |||
F7 = | 1500Hz |
1 — 700 + 900
2 — 700 + 1100
3 -» 900 + 1100
4 — 700 + 1300
5 — 900 + 1300
6 — 1100 + 1300
7 — 700 + 1500
8 - 900 + 1500
9 — UOO + 1500 0 ->
1300 + 1500
2. Tastatur-Kode, der zwischen dem Teilnehmer und
seiner Anschlußzentrale verwendbar ist und bei
dem es sich um einen Kode MP + \IQm\\.
P= 3und(? = 4 handelt.
P1 = 1500Hz P2 = 1650Hz
P3 = 1800Hz
Q1 = 2200Hz
Q2 = 2350Hz
Qi = 250OHz
Q4 =·-■ 2650Hz
Eine Ziffer wird durch die Überlagerung zweier Frequenzen kodiert, von denen die eine zur Gruppe P
und die andere zur Gruppe Q gehört. Auf diese Weise werden gebildet:
19 | + | Qx | 4 | ^Px |
19 38
+ & |
804 7 -P1 |
+ | G3 | 10 -► |
20
P, +& |
|
2 | -P2 | + | Qx | 5 | -P2 | + G2 | 8 -P2 | + | G3 | π -» | P2 + Qa |
3 | -» P3 | + | Qx | 6 | - P3 | + G2 | 9 -> P3 | + | G3 | 12 — | P3 +Q* |
Der Speicher MSE(Fig.6) ist ein Umlauf-Speicher
(Serien-Parallel), wlecher ein Wort von 12 Bit pro Filter des Frequenzempfängers aufweist, d.h. 7 Worte für
einen Empfänger von 7 Filtern im betrachteten FaIL Dieser Schiebe-Speicher schreitet synchron mit den
Rechen-Zeitpunkten vor, die jeden der Filter betreffen. Während der Verarbeitung, bzw. Behandlung eines
Filters, wird das Wort des Speichers MSE am Ausgang des Speichers dargeboten und liegt somit an einem der
Eingänge der Addiervorrichtung DA durch den Draht SM an. Am Ende der das Filter betreffenden
Rechnungen wird die Ausgangs-Probeentnahme des Filters in das Register A3 (siehe F i g. 5) eingeschrieben,
dessen Ausgang S mit dem zweiten F.bgang der Addiervorrichtung DA verbunden ist. Die Ausgänge
dieser Addiervorrichtung liegen an den Eingängen des Schiebe-Speichers MSE Alle acht Entnahmeperioden,
d.h. nach der Summierung der Amplituden von acht Entnahmen, erfolgt die Analyse der Energien in jedem
Filter des Empfängers.
Die Kreise zur Analyse der Energie in den Filtern bestehen aus vier Schieberegistern RAEF, welche auf
Befehl parallel und zum gleichen Zeitpunkt den Inhalt der vier ersten Worte erhalten, welche am Ausgang des
Speichers MSE erscheinen. Nach Einstellung dieser Register werden sie mit den großen Werten voraus
verschoben (in Richtung der Pfeile), und die Ausgänge dieser vier Register führen in den Kreis TVM zur y,
Prüfung des Maximalwertes.
Um das die maximale Energie besitzende Filter zu definieren, genügt es, zu prüfen, welches der vier
Schieberegister als erstes eine »1« an seinem Ausgang aufweist (da diese Register mit den großen Werten
voraus verschoben werden). Mit dieser einzigen Prüfung gibt man sich jedoch nicht zufrieden. Wenn nämlich eine
reine Frequenz in einem Filter des Empfängers vorhanden ist, beträgt das Verhältnis zwischen der
Energie in diesem Filter und .^er Energie in den
benachbarten Filtern wenigstens 10 Dezibel. Es wird somit nur dann entschieden, daß eine Frequenz in einem
Filter vorhanden ist (bei vier oder drei je nachdem, ob es sich um die Gruppe (?oder um die Gruppe P handelt),
wenn das Verhältnis zwischen der Energie des Filters, das das größte Gewicht besitzt, und der Energie in
jedem der anderen Filter wenigstens 8 ist.
Der Kreis TVM des Maximalwertes besitzt vier Ausgänge, von denen ein einziger aktiv ist, wenn die
Prüfung gültig ist, und der die Nummer des Filters der Gruppe P (3 Frequenzen) oder der Gruppe Q (4
Frequenzen) anzeigt, welches den Maximalwert besitzt, d. h. die in der Gruppe vorhandene Frequenz angibt.
Nachdem nacheinander die in der Gruppe P vorhandene Frequenz und dann die in der Gruppe Q eo
vorhandene Frequenz festgestellt ist, wird der Kode 1IP + 1IQ binär mit 4 Bit kodiert und zum Ausgang des
Frequenzempfängers übertragen,
Damit das Ergebnis am Ausgang des Frequenzempfängers nicht Null ist, ist es erforderlich, daß eine
Frequenz vorhanden ist und nur eine einzige in jeder der Gruppen Pund Q. Es wird dann davon gesprochen, daß
das Ergebnis kohärent ist.
Fig.7 zeigt einen Vergleich der Ausgangssignale
zweier Filter, die das gleiche Eingangssignal erhalten.
Es wird angenommen, daß ein Eingangssignal X in
dem Frequenzempfänger aus der Summe zweier sinusförmiger Signale besteht, deren Frequenzen
f\ = 900 Hz und /2 = 1300 Hz sind, deren Amplituden
jedoch gleich sind. Es wird ferner angenommen, daß zwei benachbarte Filter Fi und F2 vorhanden sind, wobei
das Filter Fi aus einer auf 1300 Hz zentrierten, bzw.
eingemitteten Zelle und das Filter F2 aus einer auf 1100 Hz eingemitteten Zelle besteht.
Fig.7 zeigt drei Darstellungen 7-1, 7-11 und 7-ΠΙ der
Amplitude in Abhängigkeit von dti Zeit für Entnahmezeitpunkte, die um die Dauer 7"einer Lntnahmeperiode
voneinander entfernt sind.
Die Darstellung 7-1 zeigt die Amplitude d^s aus
f\ + h bestehenden Eingangssignals X zu zehn aufeinanderfolgenden und jeweils um 7"voneinander entfernten Zeitpunkten.
Die Darstellung 7-11 zeigt die Amplitude der
Ausgangssignale 5 des Filters Fi, das auf 1300Hz
eingemittet ist und somit im Maximum die Signale Fi von
1300 Hz erhält
Die Darstellung 7-III zeigt die Amplitude der Ausgangssignale des Filters F2, das auf 1100 Hz
eingemittet ist und das somit weder die auf 900 Hz eingemitteten Frequenzen /Ί noch die auf 1300 HZ
eingemitteten Frequenzen f2 erhält. Es ist zu bemerken,
daß trotz eines Amplitudenmaßstabs der Ausgangssignale von F2, der zehnmal größer als der von F\ oder
von /i + /2 ist, die Ausgangssignale von F2 sehr schwach
sind. Die Ausgangsenergien dieser zwei benachbarten Filter besitzen ein Verhältnis von etwa 30 Dezibel, und
folglich ist das ermittelte und zurückzuhaltende Signal allein das Signal f2, das am Ausgang von Fi erhalten
wird.
Im folgenden wird an Hand der F · g. 8 und 9 ein
Beispiel des tatsächlichen Vorgangs der Filterung durch die Rechenvorrichtung gemäß den Fig.4 und 5
erläutert. Die Arbeitsweise einer Filterzelle oder Filterbaugruppe bei vier Elementarzeiten ii bis U wurde
bereits beschrieben. Tatsächlich besteht ein Filter aus zwei leicht versetite Resonanzfrequenzen besitzenden
Zellen oder Baugruppen und arbeitet mit sechs Elementarzeiten, da festgestellt wurde, daß während der
vier te« Verarbeitungszeit einer Zelle auch die Operationen der ersten Zeit bzw. des ersten Zeitabschnitts der
nachfolgenden Zelle durchgeführt werden. Bei der Verarbeitung in einem Filter mit zwei Zellen wird die
erste Zeit zur Durchführung der letzten Vorgänge der zweiten Zelle des vorhergehenden Zyklus benutzt, die
zweite und die dritte Zeit werden allein zur Verarbeitung der ersten Zelle des laufenden Zyklus verwendet, in
den vierten Zeitabschnitt wird die Behandlung, bzw. Verarbeitung der ersten Zeile beendet und es beginne«
die Operationen der zweiten Zelle, der fünfte und sechste Zeitabschn:U werden allein für die zweite Zelle
des laufenden Zyklus benutzt, und das Ende der Behandlung bzw. Verarbeitung dieser zweiten Zeile
wird in der ersten Verarbeitungszeit der ersten Zelle des folgenden Zyklus durchgeführt werden. Es tritt somit
eine Überlappung der ersten Zeit fi und der vierten Zeit
U auf: im ersten Zeitabschnitt, bzw. beim ersten Takt erfolgt die Überlappung bei zwei benachbarten Zyklen,
und beim vierten Zeitabschnitt, bzw. beim vierten Takt erfolgt die Überlappung in den zwei Zellen, bzw.
Baugruppen eines gleichen Zyklus. Dies ist in den F i g. 8 und 9 zu erkennen, wo Q E\ die erste Verarbeitungszelle
der ersten Entnahme, C2 E\ die zweite Verarbeitungszelle der ersten Entnahme, Q E2 die erste Verarbeitungszelle
der zweiten Entnahme, Ci Ei die zweite
Verarbeitungszelle der zweiten Entnahme, usw. darstellt. Die Verarbeitung von C\ E\\n den Zeiten U bis tb
des ersten Zyklus und während der Zeit I] des zweiten
Zyklus (Fig. 9). In gleicher Weise erfolgt die Verarbeitung
von Ct Ei während der Zeiten t\ bis U des zweiten 1 -,
Zyklus und die Verarbeitung von C2 Et erfolgt in den
Zeiten f<bis fides zweiten Zyklus und in der Zeit U (nicht
dargestellt) des dritten Zyklus, usw. Ein vollständiger Zykius entspricht dabei der Verarbeitung einer Entnahme.
Im folgenden wird als Beispiel die numerische Arbeitsv/cise eines Filters mit zwei Zellen beschrieben.
Zur Vereinfachung der Rechnungen werden zwei identische Zellen verwendet, d. h. Zellen mit der
gleichen Resonanzfrequenz. Die Koeffizienten der .>■-,
Differenzen-Gleichungen besitzen folgende Werte:
B11 = B21 = 1,414 = B1
B12 = B22 = 0,973 = B2.
B12 = B22 = 0,973 = B2.
J(I
Damit ergeben sich folgende Differenzen-Gleichungen:
V111 = X - 1,414 V111, - 0,973 V2
2(1)
— V111 — V2n,
- 1,414 V1(2)-0.973 V212,
= Va, - V2
20,
Die Indexziffern zwischen Klammern beziehen sich auf die Zellen 1 oder 2 des Filters. Aus Vereinfachungsgründen werden im Zeitverlauf konstante Eingangszunahmen
angenommen, nämlich beispielsweise:
X = + 176 (Xkann sich zwischen 0 und lOOOändern) 4^
In Binärdarstellung ist \X\ = 0010110000 mit Sg
(Vorzeichen) X = \, wobei das Vorzeichen von Xmit 1
bezeichnet wird, wenn X positiv ist, und mit 0, wenn X
negativ ist.
Die Koeffizienten werden in Form von Logarithmen zur Basis 2 ausgedrückt.
1.-S1 1,414
In Binärdarstellung ist der L&garithmus von Si gleich
I LBi I = 0000,100000
mit Sg LSi = 1 und Sg B] = 0
(Da S1 größer als 1 ist, besitzt es einen positiven
Logarithmus).
2.-B2= -0373
In binärer Darstellung ist der Logarithmus von B2 gleich
ILB2] = 0000,000101
mit Sg LB2 = 0 und Sg B2 =■■ 0
(Da B2 kleiner als 1 ist, besitzt es einen negativen
Logarithmus).
3. - I; der Logarithmus von 1 ist L, - 0000,000000
mit 5^Li
-1) = 0
In den Fig.8 und 9 sind in Form von Tabellen die
Binärwerte von LSi und LB2, welche in dem Speicher
Mi gespeichert sind, der Binärwert von LVi, der in M\
aufgezeichnet ist, sowie der Binärwert von LY2, der in
M2 gespeichert ist, und auch der Wert ihres Vorzeichens
angegeben. Ferner ist zu finden der Inhalt jedes der Register R\, R2 und A3 der F i g. 5 im Verlauf der sechs
Elementar-Verarbeitungszeiten oder Verarbeitungstakte des Filters, und zwar für zwei aufeinanderfolgende
Entnahmen des Eingangssignals. Fig. 8 zeigt die Verarbeitung der ersten Eingangs-Probeentnahme und
F i g. 9 zeigt die Verarbeitung der zweiten Eingangs-Probeentnahme. Für jede Elementarzeit, bzw. jeden
F.lementartakt ii, t2... ist somit der geänderte oder
nicht geänderte Zustand der Speicher M], M2 und Mi
sowie der u*rr Register A1 bis R) angegeben. Da jedoch
Ry nur beim Takt U auftritt, ist es nur für diesen Takt
alleine angegeben.
Bei Beginn der Operationen sind die Register R], R2
und R) auf Null, und zwar ebenso wie die Speicher M] für
LKi, M2 für LY2. Es wird nunmehr Fig.8 nach Ankunft
der ersten Probeentnahme betrachtet:
Beim Takt fi erfolgt:
das Eintreiben der Entnahme X in das Register R2,
d. h. — wie bereits zu sehen war — der Binärgröße 0010110000 mit ihren Vorzeichen 1, und das Einschreiben
des Ergebnisses (das Null ist) -B2 V^i) in das
Register R] mit seinem Vorzeichen 1; mit LB2 = 0000000101 (siehe Tabelle I der Beschreibung).
Beim Takt verfolgt:
die Addition (oder Subtraktion) des Inhalts der Register R] und R2 mit Einschreiben des Ergebnisses in das
Register R2 am Ende des Taktes t2; es ist die Operation
X—B2 V2(I),deren Resultat (0010110000)das gleiche wie
zur Zeit fi bleibt, da B2 Y2 = 0 ist; gleichermaßen wird in
das Register R1 das Resultat des Produktes (Null)
-Si Vi(i) eingeschrieben; mit LB] = 0000100000 (siehe
Tabelle II der Beschreibung).
Beim Takt h erfolgt:
die Addition (oder die Subtraktion des Inhalts der Register R] und R2 mit Einschreiben in das Register R2
am Ende der Zeit k, d. h. die Operation
X-B2 V2(I) — Β, Vi(i) = V(i)
erscheint als 0010110000 mit dem Vorzeichen 1, das Einschreiben des Speicherwortes LVi in den Speicher
M2 am Ende der Zeit (3; die Operation — 1 χ A^i) mit
Einschreiben des Resultats in das Register R] am Ende
des Takts b (siehe Tabelle III der Beschreibung).
Beim Takt U erfolgt:
am Ende des Takts U das Einschreiben des Logarithmus des Inhaltes des Registers R2 in den Speicher Mu der
Inhalt des Registers R2 ist in Binärform die Zahl
0010110000, welche in logarithmischer Form 0111, 011000 ist; am Ende des Taktes U das Einschreiben in
das Register R2 des Inhalts des Registers R2 dividiert
durch 25 = 32, nämlich der Verstärkung der ersten Zelle, d. h. dann tatsächlich das Einschreiben des Inhalts
des um fünf Elemente nach rechts verschobenen Registers (auf der Seite der geringen Wertigkeit) in das
Register A2, d.h. von Si/32, :ämlich 0000000101; das
Einschreiben des Produkts — B2 Yq2y das mit seinem
Vorzeichen 1 Null ist, in das Register R\.
Beim Takt iserfolgi:
die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts der Register R\ und R2 mit Einschreiben in das Register R2
am Ende des Taktes f5; diese Operation $/32 - B2 Yq2)
führt -tat Binärzahl 0000000101 mit dem Vorzeichen I,
da _ B2 Yq2) Null ist; das Einschreiben des Produktes
— B\ Vi(2), das Null ist mit dem Vorzeichen 1, in das
Register Rx.
Beim Takt fe erfolgt:
die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts der Register Rx und R2 mit Einschreiben in das Register R2
am Ende des Taktes f6, wobei es sich um die Operation
5,/32 - B2 ΥΆ2) - Bx Kl(2) = K(2)
handelt, die immer zur gleichen Binärzahl 0000000101
führt, da — B2 Yq2) und — Bx{2) Null sind; schließlich die
Operation — 1 χ Yq2) mit Einschreiben in das Register
Rx am Ende der Zeit fe und das Einschreiben von LYx in
den Speicher Af2.
Die folgende Zeit, bzw. der folgende Takt fi betrifft
somit gleichzeitig das Ende der Verarbeitung der laufenden Entnahme C2 Ex und den Beginn der
Verarbeitung der folgenden Entnahme Cx E2 (F rg. 9).
Das Register R3 zeigt die Ausgangsgröße S nach der
Verarbeitung der ersten Entnahme an, welche der Übertrag des Registers R2 des Takts fe, d. h. 0000000101
ist; das Register A1 erhält die Größe B2 Y2, die Null ist.
Das Register R2 erhält die neue Eingangs-Probeentnahme,
die gemäß Annahme die gleiche wie im vorhergehenden Zyklus ist d. h. 0010110000 mit dem Vorzeichen
1. In dem Speicher Af3 findet man wie beim Takt fi des
ersten Zyklus die Größe LB2, ausgedrückt durch die
Binärzahl 0000000101. In dem Speicher Af] ist seit der
Zeit, bzw. dem Takt U des vorhergehenden Zyklus der Logarithmus der Eingangs-Probeentnahme geblieben,
und zwar in Binärdarstellung, d.h. 0111011000. Der Speicher Af2 bleibt im Zustand Null des ersten Zyklus.
Zur Zeit t2 des zweiten Zyklus erfolgt:
die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts der Register R\ und R2, d. h. die Operation X-B2Y2, die
am Ende des Takts f2 in das Register A2 in Form der
Binärzahl 0010110000 eingeschrieben wird, was praktisch darauf hinausläuft, R2 zu transferieren, da Rx Null
ist; gleichermaßen wird in das Register R\ das Ergebnis des Produkts — B\ Y1 eingeschrieben, d. h. die Summe
der Speicher M3 und Mx, nämlich die Binärzahl
001II10000 mit Z-Oi=OOOOIOOOO und
Z.K=01ll01l0O0.
Beim Takt tj des zweiten Zyklus erfolgt;
die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts der Register R\ und R2 mit Einschreiben in das Register R2
am Ende des Takts h d. h. die Operation
X - B2 Y2 - B1 Yx,
welche zur Binärzahl 0001000000 führt; das Einschreiben
des Speicherwortes LVi in den Speicher M2 am
Ende der Zeit /3; die Operation -IxX; mit
Einschreiben des Ergebnisses in das Register Rx am
Ende des Taktes h-
das Einschreiben der Größe LY, die in Binärdarstellung
die Zahl 0111011000 ist, in den Speicher M\ am Ende der
Zeit, bzw. des Taktes U; das Einschreiben des Inhalts des Registers R2 dividiert durch 25 = 32, nämlich der
Verstärkung der vorhergehenden Zelle, in das Register R2 am Ende des Taktes U, d. h. praktisch das
Einschreiben des um fünf Elemente nach rechts (auf der Seite geringer Wertigkeit) verschobenen Inhalts des
Registers in das Register R2, d. h. 5i/32, nämlich
0000000010; das Einschreiben des Produkts — B2 Y2.
das mit seinem Vorzeichen 1 Null ist, in das Register Rx.
Beim Takt h des zweiten Zyklus erfolgt:
die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts der Register Rt und R2 mit Einschreiben in das Register R2
am Ende des Taktes fs; dies lauf· praktisch darauf hinaus,
den Inhalt des Registers R2 beizubehalten, da der Inhalt
von Ri Null ist; das Einschreiben des Produktes — Bx Yx
in das Register Ru d. h. der Summe der Speicher Λ/3 und
Af 1, nämlich der Binärzahl 0000000111 nach Umwandlung
von logarithmisch zu linear.
Beim Takt fedes zweiten Zyklus erfolgt:
die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts der Register A1 und R2 mit Einschreiben der Binärzahl
0000001001 in das Register R2 am Ende des Taktes fe,
und schließlich die Operation - 1 χ Y2 mit Einschreiben
in das Register A1, nämlich hier ein Resultat Null mit
dem Vorzeichen 1.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung für eine Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen,
wobei diese Vorrichtung zum Empfang numerischer Frequenzen nicht direkt die analogen
Sprachfrequenzsignale empfängt, die im allgemeinen auf den Leitungen übertragen werden, sondern
nur numerische Signale in Form von Impulsen, die mittels einer am Eingang der Anlage angeordneten
!Codiereinrichtung gewonnen werden, in dem von den Sprachfrequenzen Proben entnommen und
binär kodiert werden und bei der ein Signal durch das Vorhandensein von zwei Frequenzen aus
mehreren möglichen Frequenzen (2 aus /j-Code) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangsvorrichtung einen »Filterungs«- Teil (CC M\,M% M3) und einen »Verarbeitungs«-
Teil (TR, Fig.4) aufweist, daß der Filterungs-Teil
(CQ Mt Ai 2, Ai 3) soviele Bandpaß-Analysen-Filter
(n) aufweist wie in den empfangbaren Signalen verschiedene Frequenzkomponenten (n) vorhanden
sind, und daß der Verarbeitungs-Teil (TR) eine Analyse der Energie in den verschiedenen Filtern
ermöglicht
2. Numerische Frequenz-Empfangs-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
»Filterungs«-Teil aus einem Rechenkreis (CC) und zugehörigen Speichern (M 1, M 2, Ai3) besteht, daß
der Rechenkreis (CC) Mittel aufweist, die auf der Theorie der numerischen linearen Filter basieren jo
und durch die endlichen Differenzen-Gleichungen definiert sind, dereu Lösun= durch Verwendung der
Z-Transformation erhalten wird, welche ausgedrückt wird durch:
Y■■
S ■■
X-B2Y2-BiYi
Y-Y2
wobei X die Eingangs-Probeentnahme, die mit der Entnahmefrequenz ankommt, ist, wobei
5 die Ausgangs-Probeentnahme ist, die mit der Entnahmefrequenz abgeht, wobei
B\ und B2 charakteristische konstante Koeffizienten
eines Filters,
Vi und Y2 Zwischenergebnisse sind,
wobei die Größen Bu B2, Vi, Y2 in den zugehörigen
Speichern (M 1, Ai 2, Af 3) aufgezeichnet werden und wobei eine bestimmte Anzahl von Eingangs-Probeentnahmen
empfangen wird, um das ankommende Signal zu bestimmen, sowie dadurch daß ein
»Verarbeitungs«-Teil (TR) für die Ausgangs-Probeentnahmen des Rechenkreises (CC) derart ausgestattet
ist, daß am Ausgang des Rechenkreises (CC), wo die Ausgangs-Probeentnahmen dann gefiltert
sind, der Verarbeitungs-Teil (TR), welcher über die
erforderlichen Mittel verfügt, ihre Summierung ausführt und durch Analyse der von jedem Filter
empfangenen Energie die Frequenzkombination bestimmt, welche die Identifizierung des Signals
ermöglicht.
3. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rechenkreis (CC, F i g. 5) gebildet wird von einem ersten Rechenblock (ASu F i g. 5), die die in
den zugehörigen Speichern in Form von Logarithmen gespeicherten Größen erhält und die Addition
oder Subtraktion der Logarithmen vornimmt, einem zweiten Rechenblock (AS2, Fig.5), der die in
45
60 linearer Form gespeicherten Größen erhält und die Addition oder die Subtraktion der linearen Größen
durchführt, einem ersten Wandler (Q, F i g. 5), der die Ausgangsgrößen des ersten Blocks in logarithmischer
Form empfängt und diese in lineare Größen umwandelt, einem ersten Register (R^, F i g. 5), in das
die linearen Größen am Ausgang des ersten Umwandlers eingeschrieben sind, eineui zweiten
Register (Rt), das die linearen Ausgangsgrößen des zweiten Blocks (AS2) und die linearen Größen der
Eingangs-Probeentnahmen erhält, einem zweiten
Wandler (Ci), der die linearen Ausgangsgrößen des zweiten Registers (R2) empfängt und diese in
logarithmische Größen umwandelt, wobei die in logarithmischer Form vorliegende Ausgangsgröße
des zweiten Wandlers (C2) in einem der zugehörigen
Speicher gespeichert wird, sowie einem dritten Register (R3), das die Ausgangs-Probeentnahme 5
des zweiten Blocks (AS2) in linearer Form erhält und
einer Zeitbasis, welche den Betrieb des Rechenkreises in kontinuierlicher Weise ermöglicht
4. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der »Verarbeitungs«-Teil (TR, Fig.6)
gebildet wird von einem Detektor-Addier-Block (DA, F i g. 6),i*j dem die Detektion des Signals durch
Gleichrichtung der Amplituden und seine Integration durch eine Summierung der Amplituden einer
bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Probeentnahmen vorgenommen werden, einem Umlauf-Speicher
(MSE), der die »Summen«-Ergebnisse enthält, die zu jedem Filter des Empfängers gehören,
Kreisen zur Analyse der Energie in den Filtern (RAEF), weiche die Summenergebnisse einer bestimmten
Anzahl von Filtern des Umlaufspeichers (MSE), die dem Ausgang des Speichers am nächsten
sind, erhalten, sowie einer Vorrichtung (TVM) zum Prüfen des Maximalwertes weiche unter den
Kreisen zur Analysierung der Energie denjenigen bestimmt, der die maximale Energie besitzt, wobei
die Arbeitsweise synchron mit der Zeitbasis des Rechenkreises und in kontinuierlicher Weise abläuft.
5. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch
drei beigegebene, bzw. zugehörige Speicher, nämlich einem ersten Speicher (M\, Fig.4), der die
Logarithmen der Größen Ki und Y empfängt und dessen Ausgang einerseits mit dem Rechenkreis und
andererseits mit dem Eingang eines zweiten Speichers (M2, Fig.4) verbunden ist, welcher die
Logarithmen der Größen Y2 erhält, sowie einem dritten Speicher (M3), der die Logarithmen der
konstanten Koeffizienten B\ und B2, die jedem Filter
eigen sind, erhält, wobei die Ausgänge des zweiten und dritten Speichers (M2 und M3) mit dem
Rechenkreis in der Weise verbunden sind, daß in diesen die Elemente eingeführt werden, welche es
ermöglichen, die Z-Transformierte zu lösen.
6. Numerische Frequenz-Empfangsvorriehtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß sie durch eine Zeitbasis gesteuert ist, daß der Rechenkreis (CC) in einem Zyklus mit vier
Elementarzeiten, bzw. Elementartakten für eine Filterzelle und eine Eingangs-Probeentnahme arbeitet,
daß bei jedem Elementartakt eine bestimmte Anzahl von Operationen durchgeführt wird, von
denen mehrere gleichzeitig beginnen können, wobei die Zeit, bzw. der Zeitabschnitt fi des laufenden
Zyklus den Zeitabschnitt U des vorhergehenden
Zyklus überlappt und der Zeitabschnitt U des laufenden Zyklus den Zeitabschnitt t"\ des folgenden
Zyklus in der Weise überlappt, daß ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht wird.
7. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen ! bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Detektor-Addierer (DA, Fig.6) einerseits zwei Eingänge aufweist, von denen der
eine mit dem Ausgang des dritten Registers des Rechenkreises (R>) und der andere mit dem Ausgang
des Summenspeichers der Probeentnahmen (MSE) verbunden ist, und andererseits Ausgänge besitzt, die
mit dem Speicher verbunden sind, daß die Ausgangssignale des Rechenkreises einen Teil
aufweisen, der das Vorzeichen des Signals angibt,
und einen Teil, der seine Amplitude angibt, daß die Amplituden von mehreren aufeinanderfolgenden
Entnahmen für jedes zu dem Rechenkreis gehörige Filter summiert werden und die so erhaltenen
Summen einem Speicher zugeführt -.«erden, der
synchron mit den Rechenzeitpunkten in der Weise fortschreitet, daß während der Behandlung eines
Filters das Summen-Speicherwort der Entnahmen an einem Eingang des Addierers erscheint, dessen
zweiter Eingang mit dem Ausgang des Rechenkreises verbunden ist
8. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kreise zur Analyse der Energie in den Filtern (RAEF, Fig.6) aus mehreren Schieberegi
stern bestehen, welche gleichzeitig den Inhalt der entsprechenden letzten Worte des Summenspeichers
der Probeentnahmen erhalten, daß diese Register nach Einstellung mit den wertungsstarken r>
Elementen voraus verschoben werden, und daß ihre Ausgänge mit einem Kreis zur Prüfung des
Maximalwertes verbunden sind.
9. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schieberegister geprüft werden, um das Register festzustellen, das die erste »1« an seinem
Ausgang aufweist, und daß andererseits zwischen der in diesem Filter vorhandenen Energie und der in
den benachbarten Filtern vorhandenen Energie ein bestimmtes Verhältnis bestehen muß, und zwar i.i
der Weise, daß das Vorhandensein einer Frequenz aus einer Gruppe von Filtern gewährleistet sein
muß, wobei der KrHs zur Prüfung des Maximalwertes soviele Ausgänge besitzt wie in der Gruppe
Frequenzen vorhanden sind und ein einziger Ausgang aktiv ist, wenn der Test gültig ist.
10. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung nach den Anjprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Filter aus zwei Zellen besteht, daß der Betrieb des Rechenkreises für eine Eingangs-Probeentnahme
in einem Zyklus von sechs Elementarzeiten abläuft, daß die Verarbeitung in jeder Zelle in
vier Elementarzeiten erfolgt, daß der Zeit t\ des laufenden Zyklus die Zeit /i des vorhergehenden
Zyklus der Verarbeitung der zweiten Zelle überlagert ist und daß zur Zeit U die die erste Zelle
betreffenden Operationen enden und die sich auf die zweite Zelle beziehenden Operationen beginnen,
wobei die Verarbeitung in jeder Zelle gemäß Anspruch 7 erfolgt
Die Erfindung betrifft einen numerischen Frequenzempfänger
der insbesondere in der Fernmeldetechnik verwendbar ist
Bei Fernsprechanlagen wird häufig der Mehrfrequenz-Kode verwendet der es mittels Sprachfrequenzströmen
ermöglicht, zwischen Ämtern eine Signalgebung zu erreichen.
Die Vorrichtung, welche einen korrekten Empfang der auf diese Weise übertragenen Informationen trotz
des Vorhandenseins zahlreicher Störsignale, die von der schlechten Qualität der Leitungen herrühren,gewährleisten
muß, ist der Frequenzempfänger. Da die Verwendung einer einzigen Übertragungsfrequenz zu gewissen
Konfusionsgefahren mit Störquellen führt, sieht der Mehrfrequenz-Kode für die Kreise die Übertragung
von zwei Frequenzen aus fünf vor, während der für die Teilnehmerleitungen verwendete Tastatur-Kode auf
zwei Frequenzgruppen überträgt von denen eine Frequenz jeder Gruppe empfangen werden muß.
Es sind Frequenz-Empfangsvoi richtungen bekannt,
welche Analogsignale empfangen, uie umgeschaltet dann durch herkömmliche Einrichtungen wie Induktivitäten
und Kondensatoren gefiltert werden, aber aufgrund der Änderungen der Charakteristiken der
Bestandteile weisen diese Vorrichtungen über die Zeit betrachtet keine gute Stabilität auf.
Die erfindungsgemäße Frequenz-Empfangsvorrichtung empfängt keine Analogsignale, sondern numerische
Signale in Form binär kodierter Impulse. Jeder Sender für eine Frequenz mit Sprachfrequenzen ist mit
einer Kodiereinrichtung an seinem Eingang in das Amt verbunden. Die Sprachfrequenzen werden hier beispielsweise
mit der Frequenz von 8000 Hz entnommen, und das Maß der entnommenen Amplituden wird alle
125 μ5 durch eine Binärzahl von 10 Bit zum Frequenzempfänger
übertragen, was einer möglichen Schätzung zur Folge etwa 1000 verschiedenen Pegeln der zu
messenden Amplitude entspricht
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung basiert auf der Theorie der linearen numerischen Filter, welche durch
die Gleichungen mit endlichen Differenzen bestimmt sind, deren Lösung durch Verwendung der Z-Transformation
erhalten wird.
In diesem Zusammenhang kann hingewiesen werden
auf einen Artikel von CM. R a d e r und B. Gold mit
dem Titel »DIGITAL FILTER DESIGN TECHNIQUES IN THE FREQUENCY DOMAIN«, erschienen
in der amerikanischen Zeitschrift »PROCEEDING OF THE I.E.E.E.«, Februar 1967; einen Artikel von H. A.
Helm mit dem Titel »THE Z TRANSFORMATION«, erschienen in der amerikanischen Zeitschrift »BELL
SYSTEM TECHNICAL JOURNAL«, Januar 1959 und aintn Artikel von R. Leg ro s in der Zeitschrift
»L'ONDE ELECTRIQUE« vom Februar 1965 mit dem Titel »LA TRANSFORMATION Z ET LES EQUATIONS
AUX DIFFERENCES«.
Trotz dieses Hinweises auf den Stand der Theorie wird in der "eschreibung nochmals eine kurze
Zusammenfassung im Hinblick auf die Anwendung dieser Theorie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gegeben werden.
Die numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie
einen »Filterungs« Teil und einen »Verarbeitungs«-Teil besitzt. Der Filterungsteil umfaßt soviele Bandpassanalysenfilter
als in den zum Empfang vorgesehenen Signalen verschiedene Frequenzkomponenten vorhanden
sind. Der Verarbeitunesteil ermöelicht eine Analyse
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