DE1938804C3

DE1938804C3 - Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung

Info

Publication number: DE1938804C3
Application number: DE1938804A
Authority: DE
Inventors: Jean-Baptiste Saint Quay Perros Jacob; Pierre Lannion Lavanant
Original assignee: Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1968-07-30
Filing date: 1969-07-30
Publication date: 1980-02-21
Also published as: GB1271528A; DE1938804A1; FR1603175A; DE1938804B2; BE736262A; NL6911559A; CH504823A; US3683162A; SE344527B

Description

65 Die Erfindung betrifft einen numerischen Frequenzempfänger der insbesondei in der Fernmeldetechnik verwendbar ist

Bei Fernsprechanlagen wild 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-Empfangsvorrichtungen bekannt, welche Analogsignale empfangen, die 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 μβ 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 einen Artikel von R. Legros 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 Beschreibung 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 Verarbeitungsteil ermöglicht eine Analyse

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:

-Bi Y\

Y- Y₂

dabei ist X die mit der Entnahmefrequenz ankommende Eingangsentnahme,

5 die mit der gleichen Entnahmefrequenz austretende Ausgangsentnahme,

B\ und B₂ jeweils ein das Filter kennzeichnender konstanter Koeffizient, und

Vi und Y₁ sind Zwischenergebnisse.

Der Speicher des Filters speichert die Größen B\, B₁, Κ, und V₂.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Größen B\ und B₁, Y\ und Y₁ 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 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.

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 Speicher und ein Kreis zur Analyse der Energie in den verschiedenen Filtern des Empfängers.

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 ft das Produkt B₁ Y₁ gebildet und in dem Register 1 gespeichert wird, während die neue Entnahme .Yin dem Register 2 gespeichert wird, zur Zeit h die Operationen X — Bi Y₁ und B\ V₁ durchgeführt werden, das erste Ergebnis in das Register 2 und das zweite Ergebnis in das Register 1 geschrieben werden, zur Zeit ft die Operation

γ = x - B₁Y₂ - ß, y,

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 Recher.zeitpunkten fortschreitet

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die Kreise zur Analysierung der Energie in den Filtern aus vier Schieberegistern, welche auf Befehl parallel und 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

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65 den Prüfkreis des Maximalwertes eintreten und das das Energiemaximum aufweisende Filter dem Register entspricht, das die erste 1 an seinem Ausgang besitzt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ihre Stabilität, da die Charakteristiken der numerischen Filter, welche allein mit Genauigkeiten von arithmetischen Rechnungen verbunden sind, nur auf Betriebsfehler der sie bildenden logischen Kreise ansprechen. Dies bedeutet, daß diese Filter keine Abweichungen, sondern lediglich im Fall des Versagens 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 B\ und B₂ festgelegt sind, es zur Änderung der Charakteristiken (Durchlaßband, Dämpfung) eines Filters genügt, die Koeffizienten zu ändern, was durch einfache Abänderung der Matrix des Speichers der Koeffizienten erfolgen kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erifndung werden im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:

F i g. 1 eine Darstellung zur Erläuterung der Gleichung mit endlichen Differenzen,

Fig.2 eine Darstellung zur Erläuterung der Gleichung mit endlichen Differenzen als »Serien«-Kombination von zwei Gleichungen mit Differenzen erster oder zweiter Ordnung,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer für den Frequenz-Fmpfanger gemäß der Erfindung gewählten Filterart,

Fig.4 ein allgemeines Schaltbild eines Frequenz-Empfängers gemäß der Erfindung,

F i g. 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 definiert sind, d. h., daß dann, wenn die Erregung des Filters e (t) und die Antwort r(t) ist die Beziehung zwischen e(r)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).T>\& Beziehung zwischen E(s) und R (s) ist algebraisch und kann folgendermaßen geschrieben werden:

R(s)= E(s)x H(s)

H (s) wird als die Obergangsfunktion des Filters oder auch Funktion des Systems genannt

Das Problem der Definition der kontinuierlichen Filter besteht darin, die Funktion H(s) zu bestimmen, welche die gewünschte Antwort 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-Transformation zum Lösen der linearen Differentialgleichungen verwendet wird, wird die Z-Transformation benutzt, um die die numerischen linearen Filter beschreibenden ic Gleichungen endlicher Differenzen zu lösen.

Eine lineare Gleichung mit endlichen Differenzen von der Ordnung m kann folgendermaßen geschrieben werden:

' -τ:

yinT) = Σ L,x(nT - /T) - Σ K,y[nT- iT).

(1)

Diese Form (1) macht die iterative Art der Differenzengleichung offensichtlich. Mit den m vorhergehenden Werten des Ausgangs y und den (r + 1) 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 (1) jedesmal dann durchzuführen, wenn eine neue Entnahme auftritt, d. h. bei jeder Entnahmeperiode T.

Die Definition eines numerischen Filters besteht darin, die Konstanten K,- und L-, zu bestimmen, welche die geforderten Filterungsbedingungen befriedigen.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung (1). Die geschlossene Umrandung Σ ist die algebraische Summe der Summe

i = 0

welche durch den oberen Teil der Figur dargestellt wird, und der Summe

Σ K₁ yinT- iT),

1= 1

welche durch den unteren Teil der Figur dargestellt wird. Die mit L, und K, zu multiplizierenden Elemente sind durch Dreiecke dargestellt, weiche 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-Parallel«-Kombinationen von Differenzgleichungen der ersten oder der zweiten Ordnung verwendet. Beispielsweise folgende zwei Gleichungen:

j-, (nT) = K_{11 yi} UiT - T) + K₁₁ .j>, InT - 2 T) + L₁₁ x(nT) y₂ (nT) = K₂₁ y₂ (nT - T) + K₂,y₂ (nT - 2T) + L₂₁ y, {nT).

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 F i g. 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 Fig.2 dargestellten Art zu verstehen.

Für den Übergang zur Z-Transformation wird angenommen, daß die Eingangsentnahmen χ (nT) und die Ausgangsentnahmen y(nT) für n<0 Null sind. Die Z-Transformation der Folge von χ (nT) ist dann folgendermaßen zu schreiben:

von X^enthaltenden geschlossenen Kurve (C) erhält man (Theorem der Residuen):

35 χ(ηΤ) =

-¹ dz mit j = \ - 1 . (4)

Die inverse Z-Transformation definiert somit explizit die Reihe χ (nT), die einer Funktion X(z)zugeordnet ist. Für bestimmte Reihen kann die geschlossene Integrationskurve der Kreis vom Radius 1 und mit dem Mittelpunkt 0 sein.

Im folgenden wird die Z-Transformation benutzt, um eine explizite Lösung der Gleichung (1) der linearen Differenzen der Ordnung m zu erhalten. Zuerst wird dazu die Beziehung(l) in neuer Form geschrieben:

-iT) =

.10 1 = 0

X{z) = Σ

(3)

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 x(nT) = 0 für n<0 und x(nT) = 1 für >0 gegeben durch:

X(z) =

1 -

55

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"-¹ und Integration längs einer den Ursprung und die singulären Punkte (Pole) i Σ 3

I=On=O

-" = Σ L₁-Ex

I=On=O

Wird berücksichtigt, daß die Z-Transformalion einer um i Entnahmen verzögerten Reihe gleich der Z-Transformation der ursprünglichen Reihe multipliea ziert mit z-'ist, wird die Beziehung (6) zu:

)Y₁K₁Z-' = X (ζ) Σ L, ζ-'

1=0 i-0

= X(Z)-H(Z).

Y(z) = X (z) -H=

030 208/34

Auf diese Weise ist die Z-Transformation der Ausgangsgröße y als das Produkt der Z-Transformation der Eingangsgröße A' und der charakteristischen Funktion H(z) des Systems gegeben und zu einer Übergangsfunktion analog. H (z) 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)d\iTc\\ eine Beziehung von der Art (4) definiert.

Wird als Eingangssignal genommen:

χ (nT) =1 für/i = 0
x(nT) = 0 fiir η ^ 0

d. h. dasjenige, das als Einheitsstufe bezeichnet werden kann, so ergibt sich in (7) X(z) = 1 und Y(z) = H (z), und bei Verwendung der inversen Z-Transformation ist zu erkennen, daß die inverse Transformalion von H (z) die Antwort des Systems auf das vorstehend definierte Signal χ (ηT) ist, d. h. gewissermaßen auf die Einheitsstufe bzw. den Einheitssprung.

Es ist nunmehr zu erkennen, wie es die Funktion H(z) ermöglicht, die Frequenzselektivität des durch sie definierten Systems zu charakterisieren. Es wird nunmehr angenommen, daß das Eingangssignal das folgende komplexe Signal ist:

x(nT) = e^Jno

(8)

10

und

(s + af + b¹ '

Dies führt zu folgenden Korrespondenzen:
s + a

(s + af + b²
-e-"³"· cos

15

20

25

Die Lösung der Gleichung (5), d. h. das Ausgangssignal, kann dann in folgender Weise geschrieben werden:

1 - 2e-"^r · cos (bT) · ζ"¹ + e"²"⁷ · ζ"²

(s + a)² + b²

^ e-^-sintoTjz"¹

~* 1 - 26-"⁷^-COS(ZJT)-Z-¹ + e"²"⁷" z"² '

b) Technik der Probefrequenzentnahme
Die Differenzgleichung

j'(η T) = x(nT) — χ(ηΤ— ιηΤ)
besitzt als Übergangsfunktion in z
H(z) = 1 - ζ""¹

welche m regelmäßig aus dem Einheitskreis beabstandete Nullstellen besitzt, und zwar an den Punkten:

yinT) = F(e'^mT)e

jviT\ ^Jn to T

(9)

Wenn in der Beziehung (10) die Subtraktion durch eine Addition ersetzt wird, wird die Obergangsfunktion Werden in (5) die Ausdrücke von (8) und (9) 35 zu 1 + z~^m, welche m regelmäßig auf dem Einheitskreis eingesetzt, so wird folgendes Ergebnis erhalten: verteilte, bzw. beabstandete Nullstellen besitzt, und

zwar an den Punkten:

F(e
¹

^lo>T) - '^

~ ji ω 7

40

k = 0, 1 m- 1 .

Die Antwort auf ein sinusförmiges Eingangssignal, von dem Proben entnommen werden, kann aus diesem 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 Bandpuß-Fiiiersäi^e geeignet ibt.

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:

,•"ΞΓΊ s + si

ih 1 -

(s + a)² + b^z

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 =/e*>"o⁷"gewählt, und er besitzt keine N'uüsieiien. Seine ubergangsfunktion in ζ ist somit:

55

Demnach besitzt die Mehrzahl der Resonanzkreise als Ubergangsfunktion eine der zwei folgenden Formen:

s + a

H(z) =

1 - I

+ rz'²

Es wird angenommen, daß r= 1 ist, d.h. daß die Polstellen auf dem Einheitskreis liegen und daß der Winkel ω_Γ einer Polstelle des Resonators derart ist, daß die Polstelle mit einer Nullstelle des Kammfilters zusammenfällt. Demnach ist:

«>_r = —— für die Funktion 1 - ζ ^m

J)I

In k + ~

JH

für die Funktion 1 + z"^m

Die Polstellen des Resonators annulieren somit die k-te Nullstelle des Kammfilters und sind konjugiert. Von nun an wird als »Elementarfilter« der Resonator bezeichnet, der dazu verwendet wird, die k-ie 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:

H(e^iu>T) --=

sin m »j 772

COS m T — COS in. T

des

welche Null ist für jedes ω, das eine Nullstelle Kammfilters ist, und zwar mit Ausnahme von ω_Λ

— Die Phase in Abhängigkeit von der Frequenz ist mit Ausnahme der Diskontinuitätsstelle vollkommen linear, wo die Phasenänderungen im Bogenmaß π sind (Radiant).

— Der Phasenunterschied zwischen zwei zusammengesetzten Filtern der Resonanzfrequenz ω_Γ und ω_Γ + ι ist π für ü)r< ω < ω_Γ + ι 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

15

••'k

25

30

35

40

50

55

entsprechend dem verwendeten Filtertyp. Es sei ω* die Amplitude der Entnahme bei der Frequenz üu-7! Ein Elementarfilter der Resonanzfrequenz ω* in Reihe mit einem Kammfilter der Verzögerung mT und dem Gewinn ω* sin w^T werden verwendet um eine Frequenz-Elementarantwort von ω* mit der Frequenz (Unrund 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 Elementarfilter von ungerader Zahl mit — 1 multipliziert werden.

Das Eingangssignal des Filters wird an den Eingang des Kammfilters angelegt, welcher zwischen allen Elementarfiltern aufgeteilt ist, dann mit den Verstärkerngen bzw. Übertragungsfaktoren der Filter und mit — 1 für die ungeradzahligen Filter multipliziert Die Ausgangsgrößen aller Elementarfilter werden dann

60

20 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 des Einheitskreises auf einen Radius der Größenordnung von e~^al = 1 — 2~²⁶ zu verschieben. Auf dem Kreis mit dem Radius e-^ergeben sich folgende Übergangsfunktionen:

für das Kammfilter:

H(z) = 1 - e-"'"⁷" z""¹

für das Elementarfilter:
H(z) = -= ^r

— 2e" (cos »ij T) 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-Gleichungen sind für die erste Zelle:

45 "in —

— B_n

— B₂

und die zweite Zelle:

^rC) =

- S₂₁ I_{1 (2)} —

₂₁ I_{1 (2)}

¹ 2(2)

S₂ = Y_m - y.

^[2ß|

mit Y = Y(nT), Y₁ = Y^(nT-T), Y₂= Y₂(nT-2T), wobei die Indizes (1) und (2) angeben, daß sich die Ausdrücke jeweils auf die Zellen (1) und (2) beziehen.

In Fig.4, welche das allgemeine Schaltbild eines erfindungsgemäßen Frequenz-Empfängers zeigt ist ein »Filterungs«-Teil, der aus einem Rechenkreis CC und angeschlossenen Speichern M, M₂ und M3 besteht und ein »Verarbeitungs«-Teil TRunterschieden.

Von dem Rechenkreis sind folgende Operationen durchzuführen:

Y = X - B₂ Y₂ - B₁ Y₁
S = Y - Y₂

In diesen Gleichungen bedeuten:

Y die Eingangs-Probeentnahme in dem Filter, welche alle 125 μ5 ankommt;

S die Ausgangs-Probeentnahme des Filters, die alle 125 μϋ abgegeben wird;

B\ und B₂ konstante Koeffizienten, und

Yi und Y₂ Zwischenergebnisse.

Der Logarithmus zur Basis 2 von Y\ ist in dem Speicher Mi gespeichert; der Logarithmus zur Basis 2 von Yi ist in dem Speicher M₂ gespeichert; die Logarithmen zur Basis 2 der Koeffizienten B\ und B₂ sind in dem Speicher M₃ gespeichert Am Ausgang SO des Rechenkreises CC treten zeitlich verschoben entweder das Ergebnis Y oder die Ausgangs-Probeentnahme S auf. Die Speicher Mi, M₂, M₃ geben ihre Informationen in den Rechenkreis CCjeweils durch die Eingänge a, b und c ein. Der Eingang EX der Eingangs-Probeentnahmen X in den Rechenkreis erfolgt über d

F i g. 5 zeigt in mehr Einzelheiten die den Rechenkreis CC bildenden Elemente. Dieser Rechenkreis setzt sich zusammen aus einem Block ASj zur Addition und Subtraktion von Logarithmen sowie einem Block AS2 zur Addition und Subtraktion linearer Größen. Die Eingänge der Speicher Mi, M₂ und M₃ zu dem Block AS\ erfolgen über a, bund c. Da die Größen Yi, Y₂, B\ und B₂ in 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, Bu Y\ und die Größe Y₂. Das Register R₂ speichert nacheinander die Größe X, dann X-B₂Y₂ und dann die Größe Y. Schließlich speichert das Register R₃ die die Ausgangs Probeentnahme darstellende Größe S. Die Größe 5 wird anschließend zu dem Bearbeitungsteil TR (F i g. 6) geleitet

Die Arbeitsweise der Rechenvorrichtung wird durch einen Impulsverteiler oder eine Zeitbasis gesteuert Die Verarbeitung in einer Filterzelle erfolgt in vier elementaren Zeitabschnitten fi bis U- Während jedes Elementar-Zeitabschnittes wird eine bestimmte Anzahi von Operationen durchgeführt, von denen mehrere gleichzeitig beginnen können. Andererseits ist es aufgrund der Tatsache, daß der Frequenzempfänger kontinuierlich arbeitet, erforderlich, daß die Zeit fi die letzte Zeit t\ des vorhergehenden Zyklus überdeckt, und daß die Zeit, bzw. der Zeitabschnitt U, den ersten Zeitabschnitt t"\ des folgenden Zyklus überdeckt, bzw. überlappt

Auf diese Weise beginnen zur Zeit T\ für den laufenden Zyklus gleichzeitig die Addition der Logarithmen LB₂ + LY₂ und das Einschreiben A'der Eingangsprobeentnahn 2 in das Register R₂, und dann werden die Logarithmen LB₂ und LY₂ in lineare Größen umgewandelt und B₂ Y₂ wird in das Register R^ eingeschrieben. Für die Zeit ti des vorhergehenden Zyklus, welche die Zeit fi 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 LYin den Speicher M1 der LY\ eingeschrieben.

Die Zeit t\ kann somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:

Tabelle I

(Die Pfeile / geben an, daß die Operationen gleichzeitig beginnen).

	Block /IS₁	Wandler C₁	Register R₁	Register R₂	Register R₃	Wandler C₂	>	Speicher M₁
	Operation LB₂ + LY₅	Umwandlung Log—Lin B₅ Y₅	Einschreiben B₅ Y₅	Einschreiben X	Einschreiben S	Umwandlung Lin — Log Y	Einschreiben LY
laufender Zyklus <^
				Block AS₂
		Operation Y- Y₂ = S








'gehender Zyklus

Zur Zeit h beginnen gleichzeitig für den laufenden Zyklus die Addition der Logarithmen LB; + LY₁ und die Subtraktion der linearen Größen X-B₁Yt. Dann werden die Logarithmen LB\ + LY\ in lineare Größen umgewandelt, und die Größe B\ Y_x in das Register R₁

eingeschrieben. Parallel dazu wird die Größe X — B₁ Y₂ in das Register R₂ eingeschrieben.

Die Zeit t? kann somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:

Tabelle II

Block AS₁

Operation
LB₁ +LY₁

Block AS₂

Operation
X-B₂ Y₂

Wandler C,	*	Register .R₁
Umwandlung Log - Lin B₁ Y₁		Einschreiben B₁Y₁

Register R₂
Einschreiben X - B₂ Y₂

Zur Zeit ti beginnen gleichzeitg folgende drei z Operationen:

1. Die Addition des Logarithmus LY₂ in dem Block

2. Die Addition und Subtraktion der Größen

X-B₂Y₂- BiY_x = Y
indem BIoCk^S₂;

3. Das Einschreiben von LY\ in den Speicher M₂.

Die erste Operation erfolgt durch Umwandlung von LY₂ in einen Linearwert und nachfolgendes Einschreiben von Y₂ in das Register R_x. Der zweite Vorgang erfolgt durch Einschreiben von Vin das Register R₂.

Die Zeit ti kann somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:

Tabelle 111

Block AS_x	—	Block AS₂	Wandler C₁	—	Register R₁
LY₂		Operation Λ' - B₂ Y₂ - B, Y_x = )'	Umwandlung		Einschreiben
			Log—Lin y₂
	Speicher M₂		Register R₂
Einschreiben LY_x		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 5 in das Register R3 eingeschrieben und die Größe LYin dem Speicher M\ gespeichert. Für den folgenden Zyklus erfolgt die Addition der Logarihtmen LB₂ + LY₂ und das Einschreiben von X in das Register R₂. Dann wird die Umwandlung von B₂ Y₂ in einen Linearwert es durchgeführt, und diese Größe wird in das Register R₂ eingeschrieben.

Die Zeit U kann somit folgendermaßen zusammengefaßt werden:

030 208/34

Tabelle IV

18

laufender Zyklus

	Block ,4S₁
	Operation LS₂ + Ly₂

	Register R₂
	Einschreiben X

	Block AS₂
~*	Operation Y- Y₂ = S

r	Wandler C₂
—>	Umwandlung Lin — Log von Y

Wandler C₁

Umwandlung Log—Lin B₂ Y₂

Register R₃

Einschreiben S

Speicher M₁

Einschreiben LY

Register R₁

Einschreiben B-, Y-,

Fig.6 zeigt die einzelnen Elemente des Verarbei- Dieser Kode wird als »zwei aus fünf«-Kode

tungsteils TR der Ausgangssignale der Filter. In dem 35 bezeichnet, d.h. daß eine Ziffer durch Überlagerung »Verarbeitungs«-Teil werden durchgeführt die Detek- zweier Frequenzen kodiert wird, nämlich: tion 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 40 aufeinanderfolgenden Entnahmen, und ein Summen-Speicher der Entnahmen MSE enthält die »Summen«- 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-Signalisierungsifrequenzen von der Art ·

l/P+ \IQ bezieht (eins aus P+ 1 aus Q). Es ist bekannt, daß dies der SOCOTEL-Kode ist.

700 + 900

700 + 1100

900 + I100

700 + 1300

900 + 1300

1100 + 1300 700 + 1500 900 + 1500

9 -■» 1100 + 1500

1300 + 1500

1. Bei Kreisen zwischen Zentralen verwendbarer Multifrequenz-Kode.

Für die Ziffern werden fünf Kode-Frequenzen verwendet (nämlich Kode Oi — 1 — 2 — 4 — 7), zu denen eine Kontroll-Frequenz f_c und eine Signalisierungsfrequenz /ji hinzugefügt werden müssen.

50

55

F₀ =	700Hz	Fc =	1900Hz
F₁ =	900Hz	Fu =	1700Hz
K — *¹ 2*	1100 Hz
Fa =	1300Hz
F₁ =	1500Hz

2. Tastatur-Kode, der zwischen dem Teilnehmer und

seiner Anschlußzentrale verwendbar ist und bei

dem es sich um einen Kode l/P + l/<pmit

P= 3und<? = 4 handelt.

60 P₁ = 1500Hz P₂ = 1650Hz P₃ = 1800 Hz

Q₁ = 2200 Hz

Q₂ = 2350 Hz

Qi = 2500Hz

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:

1	19 *-Pi -*	4 —	1938 Λ + 02	804 7 -P₁	+ 03	10	20	Q₄
2	*-Pi-*	5 —	^2 + 02	8 -P₂	+ 03	11	*-P₂ +*	Qa
3	-P₃ r	6 ->	P₃ + Q₁	9 - P₃	+ 03	12	*-P₃ +*
fÖl
V δι

Der Speicher MSE(Fig.6) ist ein Umlauf-Speicher (Serien-Parallel), wlecher ein Wort von 12 Bit pro Fiter des Frequeszempfängers aufweist, d. h_ 7 Worte für einen Emofänger von 7 Filtern im betrachteten Fall. 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-Probeen.nahme des Filters in das Register Rj (siehe F i g. 5) eingeschrieben, dessen Ausgang 5 mit dem zweiten Eingang 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 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 der 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 Q 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 vorhandene Frequenz festgestellt ist, wird der Kode 1IP + MQ binär mit 4 Bit kodiert und zum Ausgang des Frequenzempfängers übertragen.

Damit das Ergebnis am Ausgang des Frequem:empfängers 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.

ίο Es wird angenommen, daß ein Eingangssignal X in dem Frequenzempfänger aus der Summe zweier sinusförmiger Signale besteht, deren Frequenzen /i = 900 Hz und /₂ = 1300 Hz sind, deren Amplituden jedoch gleich sind. Es wird ferner angenommen, daß zwei benachbarte Filter F₁ 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

F i g. 7 zeigt drei Darstellungen 7-1, 7-11 und 7-III der Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit für Entnahmezeitpunkte, die um die Dauer 7"einer Entnahmeperiode voneinander entfernt sind.

Die Darstellung 7-1 zeigt die Amplitude des aus f\ + fi bestehenden Eingangssignals X zu zehn aufeinanderfolgenden und jeweils um Γ 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 Z₂ von 1300 Hz erhält.

Die Darstellung 7-I1I zeigt die Amplitude der Ausgangssignale des Filters F₂, das auf 1100 Hz eingemittet ist und das somit weder die auf 900 Hz eingemitteten Frequenzen /i noch die auf 1300 HZ eingemitteten Frequenzen h erhält. Es ist zu bemerken, daß trotz eines Amplitudenmaßstabs der Ausgangssignale von F2, der zehnmal größer als der von Fi oder von f\ + ti 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 Z₂, das am Ausgang von Fi erhalten wird.

Im folgenden wird an Hand der Fig.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 versetzte Resonanzfrequenzen besitzenden Zellen oder Baugruppen und arbeitet mit sechs Elementarzeiten, da festgestellt wurde, daß während der vierten 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 beginnen die Operationen der zweiten Zelle, der fünfte und sechste Zeitabschnitt werden allein für die zweite Zelle des laufenden Zyklus benutzt, und das Ende der Behandlung bzw. Verarbeitung dieser zweiten Zelle 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 Ci E\ die erste Verarbeitungszelle der ersten Entnahme, C₂ E\ die zweite Verarbeitungszelle der ersten Entnahme, Ci E₂ die erste Verarbeitungszelle der zweiten Entnahme, C₂ E₂ die zweite Verarbeitungszelle der zweiten Entnahme, usw. darstellt. Die Verarbeitung von G ffiin den Zeiten u bis k des ersten Zyklus und während der Zeit t_x des zweiten Zyklus (Fig.9). In gleicher Weise erfolgt die Verarbeitung von Ci Ei während der Zeiten ij bis U des zweiten Zyklus und die Verarbeitung von C₂ E₂ erfolgt in den Zeiten U bis k des zweiten Zyklus und in der Zeit fi (nicht dargestellt) des dritten Zyklus, usw. Ein vollständiger Zyklus entspricht dabei der Verarbeitung einer Entnahme.

Im folgenden wird als Beispiel die numerische Arbeitsweise 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
B_i2 = B₂₂ = 0,973 = B₂.

Damit ergeben sich folgende Differenzen-Gleichungen:

y_(I) = χ- 1,414 y₁₍₁₎ - 0,973 y₂₍₁₎

S=Y-Y γ — c _ ι 414 y _ 007·; ν

¹G) — ^ύ1\32 1,'tl't JlC) «!"'^JJ2(2l

c—v _ ν

^J2 — ^l (2) ^J2(2) -

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 (A"kann sich zwischen 0 und 1000 ändern)

In Binärdarstellung ist \X\ = 0010110000 mit Sg (Vorzeichen) X = 1, wobei das Vorzeichen von A"mit 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.-Bi 1,414

In Binärdarstellung ist der Logarithmus von Bi gleich

ILB₁I = 0000,100000

mit Sg LBi = 1 und Sg Bi = 0

(Da Bi größer als 1 ist, besitzt es einen positiven Logarithmus).

2.-B₂ = -0,973

In binärer Darstellung ist der Logarithmus von B₂ gleich

JLB₂I = 0000,000101

TTUtSgLB₂ = Ound SgB₂ = 0

(Da B₂ kleiner als 1 ist, besitzt es einen negativen Logarithmus).

3. -1; der Logarithmus von 1 ist Li = 0000,000000
mit SgLi = 1 undSg-(-l) = 0

In den Fig.8 und 9 sind in Form von Tabellen die Binärwerte von LBi und LB₂, welche in dem Speicher Mi gespeichert sind, der Binärwert von LVi, der in Mi 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

ίο Register R\, R₂ und Ri 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

j5 Fig. 9 zeigt die Verarbeitung der zweiten Eingangs-Probeentnahme. Für jede Elementarzeit, bzw. jeden Elementartakt tu h ■ ■ ■ ist somit der geänderte oder nicht geänderte Zustand der Speicher Mu M₂ und Mi sowie der der Register R_x bis Ri angegeben. Da jedoch Ri nur beim Takt fi auftritt, ist es nur für diesen Takt alleine angegeben.

Bei Beginn der Operationen sind die Register Ru R₂ und Ri auf Null, und zwar ebenso wie die Speicher M_x für LVi, M₂ für LY₂. Es wird nunmehr Fi g. 8 nach Ankunft der ersten Probeentnahme betrachtet:

Beim Takt fi erfolgt:

das Einschreiben 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 V₂(I) in das Register R_x mit seinem Vorzeichen 1; mit LB₂ = 0000000101 (siehe Tabelle I der Beschreibung).

Beim Takt verfolgt:

die Addition (oder Subtraktion) des Inhalts der Register Ri und R₂ mit Einschreiben des Ergebnisses in das Register R₂ am Ende des Taktes t₂; es ist die Operation X-B₂ y₂₍i), deren Resultat (0010110000) das gleiche wie zur Zeit t_x bleibt, da B₂ Y₂ = 0 ist; gleichermaßen wird in das Register R_x das Resultat des Produktes (Null) -Bi Vi(D eingeschrieben; mit LB_x = 0000100000 (siehe Tabelle II der Beschreibung).

Beim Takt i3 erfolgt:

die Addition (oder die Subtraktion des Inhalts der Register R_x und R₂ mit Einschreiben in das Register R₂ am Ende der Zeit ij, d. h. die Operation

X-B₂ Y₂₀₎ - B₁ Vi(D = Y₀)

erscheint als 0010110000 mit dem Vorzeichen 1; das Einschreiben des Speicherwortes LYi in den Speicher M₂ am Ende der Zeit tr, die Operation — 1 χ A₂(I) mit Einschreiben des Resultats in das Register Ri am Ende des Takts h (siehe Tabelle III der Beschreibung).

Beim Takt verfolgt:

am Ende des Takts U das Einschreiben des Logarithmus des Inhaltes des Registers R₂ in den Speicher M_x- der Inhalt des Registers R₂ ist in Binärform die Zahl 0010110000, welche in logarithmischer Form Olli, 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 5]/32, nämlich 0000000101; das

Einschreiben des Produkts — B₂ Yi(I), das mit seinem Vorzeichen 1 Null ist, in das Register R\.

Beim Takt i₅ erfolgt:

die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts de·· Register R\ und R₂ mit Einschreiben in das Register R> am Ende des Taktes t_s; diese Operation Si/32 — B₂ Y₂$) führt zur Binärzahl 0000000101 mit dem Vorzeichen 1, da — B₂ Vim Null ist; das Einschreiben des Produktes — B\ Ki(2), das Null ist mit dem Vorzeichen 1, in da: Register R\.

Beim Takt fe erfolgt:

die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts dei Register Ri und Ro mit Einschreiben in das Register R. am Ende des Taktes k, wobei es sich um die Operation

5,/32 - B₂ Y₂₁₂) - B₁ Y_H2) = Verhandelt, die immer zur gleichen Binärzahl 0000000101 führt, da — B₂ K₂₁₂) und — ßi₍₂₎ Null sind; schließlich die Operation — 1 χ K₂P) mit Einschreiben in das Registei R\ am Ende der Zeit k und das Einschreiben von LY\ ir den Speicher M₂.

Die folgende Zeit, bzw. der folgende Takt h betriff! somit gleichzeitig das Ende der Verarbeitung der laufenden Entnahme C₂ £i und den Beginn der Verarbeitung der folgenden Entnahme Q E₂ (Fig.9). Das Register R₃ zeigt die Ausgangsgröße S nach der Verarbeitung der ersten Entnahme an, welche der Übertrag des Registers R₂ des Takts t_b, d. h. 0000000101 ist; das Register R, 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 M₃ findet man wie beim Takt t, des ersten Zyklus die Größe LB₂, ausgedrückt durch die Binärzahl 0000000101. In dem Speicher M\ ist seit der Zeit, bzw. dem Takt U des vorhergehenden Zyklus der Logarithmus der Eingangs-Probeentnahme geblieben, und zwar in Bir.ärdarstellung, d.h. 0111011000. Der Speicher M₂ 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 — B₂ Y₂, die am Ende des Takts t₂ in das Register R₂ in Form der Binärzahl 0010110000 eingeschrieben wird, was praktisch darauf hinausläuft, R₂ zu transferieren, da Rj Null ist; gleichermaßen wird in das Register R\ das Ergebnis des Produkts — B\ Y\ eingeschrieben, d. h. die Summe der Speicher M₃ und Mi, nämlich die Binärzahl 0011110000 mit LB₁ = 000010000 und

LY= 0111011000.

Beim Takt t₃ 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 t₃, d. h. die Operation

X-B₂Y₂-B₁ Υ,,

welche zur Binärzahl 0001000000 führt; das Einschreiben des Speicherwortes LY\ in den Speicher M₂ am

!5 Ende der Zeit /₃; die Oⁿeration Ix X~ mit

Einschreiben des Ergebnisses in das Register /?_t am Ende des Taktes J₃.

Beim Takt U des zweiten Zyklus erfolgt:

das Einschreiben der Größe LY, die in Binärdarstellung die Zahl 0111011000 ist, in den Speicher Mi 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. Si/32, nämlich 0000000010; das Einschreiben des Produkts - B₂ Y₂, das mit seinem Vorzeichen 1 Null ist, in das Register R\.

Beim Takt is des zweiten Zyklus erfolgt:

die Addition (oder die Subtraktion) des Inhalts der Register /?i und R₂ mit Einschreiben in das Register R₂ am Ende des Taktes ft; dies läuft praktisch darauf hinaus, den Inhalt des Registers ^₂ beizubehalten, da der Inhalt von Ry Null ist; das Einschreiben des Produktes — B\ Y\ in das Register R_u d. h. der Summe der Speicher M₃ und Mi, 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 Ri und R₂ mit Einschreiben der Binärzahl 0000001001 in das Register R₂ am Ende des Taktes t_b, und schließlich die Operation - 1 χ Y₂ mit Einschreiben in das Register /?i, nämlich hier ein Resultat Null mit dem Vorzeichen 1.

Hierzu 5 Bl. ;lt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Numerische Frequenz-Empfangsvorrichtung für eine Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, wobei diese Vorrichtung zum Empfang numerischer Frequenzen nicht direkt die analogen Sprachfrequenzsignale empfängt, die im allgemei nen 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 n-Code) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung einen »Füterungs«- Teil (CC, MX,M2, MZ) und sinen »Verarbeitungs«- Teil (TR, Fig.4) aufweist, daß der Filterungs-Teil (CC, MX, M2, M3) soviele Bandpaß-Analysen-Filter (n) aufweist wie in den empfangbaren Signalen verschiedene Frequenzkomponenten (n) vorhanden sind, und daß der Verarbeitungs-Teil (77?,) 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 (MX, M2, MZ) besteht, daß der Rechenkreis (CC) Mittel aufweist, die auf der Theorie der numerischen linearen Filter basieren und durch die endlichen Differenzen-Gleichungen definiert sind, deren Lösung durch Verwendung der Z-Transformation erhalten wird, welche ausgedrückt wird durch:

Y= X-B₂Y₂-B₁Y_x S = Y-Y₂

35

45

wobei X die Eingangs-Probeentnahme, die mit der Entnahmefrequenz ankommt, ist, wobei

S die Ausgangs-Probeentnahme ist, die mit der Entnahmefrequenz abgeht, wobei

Bt und B₂ charakteristische konstante Koeffizienten eines Filters,

Vi und V^ Zwischenergebnisse sind,

wobei die Größen B\, B₂, Y_u Y₂ in den zugehörigen Speichern (MX, M2, M3) 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 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenkreis (CC, F i g. 5) gebildet wird von einem ersten Rechenblock (AS₁, 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

60 linearer Form gespeicherten Größen erhält und die Addition oder die Subtraktion der linearen Größen durchführt, einem ersten Wandler (Cu F i g. 5), der die Ausgangsgrößen des ersten Blocks in logarithmischer Form empfängt und diese in lineare Größen umwandelt, einem ersten Register (R_u F i g. 5), in das die linearen Größen am Ausgang des ersten Umwandlers eingeschrieben sind, einem zweiten Register (R₂), das die linearen Ausgangsgrößen des zweiten Blocks (AS₂) und die linearen Größen der Eingangs-Probeentnahmen erhält, einem zweiten Wandler (C₂), 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, F i g. 6) gebildet wird von einem Detektor-Addier-Block (DA, F i g. 6), in 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 »Summenw-Ergebnisse enthält, die zu jedem Filter des Empfängers gehören, Kreisen zur Analyse der Energie in den Filtern (RAEF), welche 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, welche 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 (Mu Fig.4), der die Logarithmen der Größen K₁ und Y empfängt und dessen Ausgang einerseits mit dem Rechenkreis und andererseits mit dem Eingang eines zweiten Speichers (M₂, F i g. 4) verbunden ist, welcher die Logarithmen der Größen Y₂ erhält, sowie einem dritten Speicher (Mz), 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 Mz) 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-Empfangsvorrichtung 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 U 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-F.mpfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor-Addierer (DA, Fig.6) einerseits zwei Eingänge aufweist, von deD°n der eine mit dem Ausgang des dritten Registers des Rechenkreises (Rz) 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 Reche.,kreis gehörige Filter summiert werden und die so erhaltenen Summen einem Speicher zugeführt werden, der synchron mit den Reciienzeitpunkten 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 Schieberegistern bestehen, welche gleichzeitig den Inhalt der entsprechenden letzten Worte des Summenspeichers der Probeentnahmen erhalten, daß diese Register nach Einstellung mit den wertungsstarken 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 in der Weise, daß das Vorhandensein einer Frequenz aus einer Gruppe von Filtern gewährleistet sein muß, wobei der Kreis 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-EmpfangEvorrichtung nach den Ansprüchen 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 ii des laufenden Zyklus die Zeit t'_b 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.

60