DE19506544C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Detektieren von analogen Tonsignalen mit einer vorgegebenen Frequenz - Google Patents

Description

In Kommunikationssystemen, insbesondere in öffentlichen und privaten Vermittlungsanlagen, sind analoge Tonsignale mit ei­ ner vorgegebenen Frequenz zu detektieren. Derartige analoge Tonsignale stellen beispielsweise analoge Gebührenimpulse mit einer Frequenz von 12 bzw. 16 kHz dar. Von den Betreibern von Kommunikationssystemen werden hinsichtlich der Genauigkeit der Detektion von analogen Tonsignalen schmale Frequenz- und Pegelbereiche vorgegeben, in denen ein analoges Tonsignal als Tonsignal mit einer vorgegebenen Frequenz zu detektieren ist.

Zur Detektion von analogen Tonsignalen mit einer vorgegebenen Frequenz sind bekannterweise digitale oder analoge Bandpaß­ filter vorgesehen. Der Einsatz analoger Bandfilter bedeutet bei der durch die Betreiber geforderten Detektionsgenauigkeit Filterkomponenten mit engen Toleranzen und folglich einen er­ heblichen wirtschaftlichen Aufwand. Bei einer Realisierung des Bandpaßfilters durch ein Digitalfilter ist bei der gefor­ derten Genauigkeit ein erheblicher Rechenaufwand und folglich wirtschaftlicher Aufwand - insbesondere Programmaufwand - er­ forderlich.

Des weiteren ist für Detektion eines analogen Tonsignales mit einer vorgegebenen Frequenz eine Zählung der Perioden des analogen Tonsignals innerhalb einer bestimmten Meßzeit be­ kannt, bei dem das Zählergebnis mit einem die obere und unte­ re zu detektierende Grenzfrequenz repräsentierenden oberen und unteren Grenzwert verglichen wird. Liegt die Anzahl der gezählten Perioden am Ende der Meßzeit zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert, wird die Detektion eines analogen Tonsignals mit einer vorgegebenen Frequenz indiziert. Für die Zählung und die aufwendigen Grenzwertvergleiche ist ein erheblicher schaltungstechnischer sowie programtechnischer Aufwand erforderlich.

In der DE 44 06 483 A1 ist ein Tondetektor für die Detektion von Tonsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen beschrieben, bei dem mit Hilfe einer Abtasteinrichtung und einer Pegel­ durchlaufeinrichtung die Periodendauern von ankommenden Tönen gemessen werden. Die gemessenen Periodendauern werden mit vordefinierten, gespeicherten Schwellwerten verglichen und die Vergleichsergebnisse gespeichert, sofern die gemessenen Periodendauern zwischen ein gewähltes Paar von Minimal- und Maximalwerten fallen. Mit Hilfe einer weiteren Tondetek­ toreinrichtung kann gleichzeitig ein in der Frequenz unter­ schiedlicher zusätzlicher Ton detektiert werden.

In der DE 37 13 802 C2 ist eine Detektorschaltung beschrie­ ben, die anzeigt, ob die Frequenz eines elektrischen Wechsel­ signals innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfrequenzbereichs liegt. Hierbei werden höherfrequente Zählimpulse während ei­ ner Periode des Wechselsignals gezählt und mit gespeicherten Sollwerten verglichen.

Des weiteren ist aus der Druckschrift, elektrische Meßtech­ nik, Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen, E. Schrüfer, erste Auflage, Hanser Verlag, 1983, Seiten 313 f., 318f. bekannt, dass bei Zeit- und Frequenzmessungen Im­ pulse einer Frequenz F während eines Zeitintervalls T in ei­ nem Zähler mitgezählt werden. Anschliessend werden mit Hilfe der Digitaltechnik zur Frequenzmessung entweder die Perioden des unbekannten Signals während einer konstanten, bekannten Messzeit gezählt oder zur Zeitmessung während einer Periode des unbekannten Signals Impulse einer konstanten, bekannten Messfrequenz gezählt und von dem erhaltenen Zählwert der Kehrwert gebildet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Detektieren von analogen Tonsignalen unter Berücksichtigung eines erheblich eingegrenzten Frequenzdetektionsbereiches mit geringstem technischen Aufwand zu realisieren. Die Aufgabe wird von dem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und von der Schaltungs­ anordnung gemäß dem Patentanspruch 5 gelöst.

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Verfahrensschritte auf eine Minimie­ rung des schaltungstechnischen Aufwandes abgestimmt sind. Hierbei werden die digitalisierten Tonsignale mit Hilfe eines Zählers gezählt und mit Hilfe einer Logik, die bei vorteil­ hafter Abstimmung der Zählerstände durch ein Minimum an logi­ schen Verknüpfungsgliedern realisierbar ist, Pegel am Ausgang der Logik gebildet, die den Beginn und das Ende eines Bewer­ tungszeitraums anzeigen. Tritt innerhalb dieses Bewertungs­ zeitraums bzw. dieses Zeitfensters ein Bewertungsimpuls auf, so werden die am Zähler ankommenden digitalen Tonsignale als Tonsignale detektiert, die die vorgegebene Frequenz aufwei­ sen, z. B. bei Gebührenimpulsen eine vorgegebene Frequenz von 16 kHz. Die Meßtaktsignale werden derart gebildet, daß die Bewertungsimpulse jeweils am Ende der Periode der Meß­ taktsignalen auftreten, wobei die Dauer der Periode der Meß­ taktsignale durch jeweils ausgehend von einem ersten Zähler­ stand repräsentierenden ersten Zeitpunkt und durch einen Zeitpunkt bestimmt ist, bei dem ausgehend vom ersten Zähler­ stand, der eine vorgegebene Frequenz der Tonsignale repräsen­ tierender zweiter Zählerstand auftritt. Dies bedeutet, daß der Bewertungsimpuls bei einer Zählung von Tonsignalen mit exakt der vorgegebenen Frequenz in der Mitte des Bewertungs­ zeitraums bzw. des Zeitfensters auftritt. Die Meßtaktsignale können in einem separaten Meßtaktgenerator erzeugt werden oder von vorhandenen Taktsignalen, in digitalen Kommunikati­ onssystemen stets erforderlich, mit geringstem technischen Aufwand abgeleitet werden. Nach dem Auftreten des Bewer­ tungsimpulses ist der Zählerstand des Zählers - beispiels­ weise durch einen Nadelimpuls - auf den Ausgangszählerstand - z. B. der Zählerstand 0 - zurückzusetzen, wodurch ein neuer Meßzyklus eingeleitet wird.

Für das eindeutige Erkennen der Detektion eines analogen Ton­ signals mit einer vorgegebenen Frequenz wird der durch den Bewertungsimpuls innerhalb des Bewertungszeitraums erfaßte Pegel - beispielsweise High-Pegel - bis zum erwarteten Auf­ treten eines folgenden Bewertungsimpulses verlängert. Hier­ durch wird den nachfolgenden Einrichtungen durch einen konti­ nuierlichen Pegel - beispielsweise High-Pegel - die Detektion von analogen Tonsignalen mit einer vorgegebenen Frequenz an­ gezeigt.

Bei einem Überlauf des Zählers, d. h. bei einem Höchstzähler­ stand, verursacht durch Zählen von Tonsignalen mit einer er­ heblich über der vorgegebenen Frequenz liegenden Frequenz, wird das Zählen von digitalen Tonsignalen bis zum folgenden Rücksetzen des Zählers in den Ausgangszählerstand dadurch un­ terbrochen, daß die digitalen Tonsignale nicht mehr an den Zähler geführt werden.

Zur Minimierung des schaltungstechnischen Aufwandes sind die die obere und die untere Grenzfrequenz repräsentierenden Zäh­ lerstände auf die zu detektierende, eine vorgegebene Frequenz aufweisenden analogen Tonsignalen abzustimmen, d. h. daß weni­ ge Zählerausgänge durch wenige, die Logik realisierende Gat­ ter - logische Verknüpfungsglieder - erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft in einem digitalen Kommunikationssystem realisiert, da bereits vorhandene Funktionen bzw. Schaltungskomponenten, wie Zähler und Einrichtungen zum Bilden von Taktsignalen mitbenutzt wer­ den können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer Schaltungsanord­ nung zum Detektieren von analogen Tonsignalen mit einer vor­ gegebenen Frequenz sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die er­ findungsgemäße Schaltungsanordnung anhand der Fig. 1 näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Komparator K, an dessen Ein­ gang E analoge Tonsignale ts sowie auch analoge Tonsignale ts mit einer vorgegebenen Frequenz fn von beispielsweise 16 kHz - Gebührensignale - geführt werden. Der Komparator wandelt die ankommenden, analogen Tonsignale ts in digitale, binäre Tonsignale dts um, wobei die digitalen Tonsignale durch annä­ hernd rechteckige Signale repräsentiert sind. Der Ausgang A des Komparators K ist mit einem ersten Eingang E1 eines Schalters S1 verbunden. Über diese Verbindung werden die di­ gitalen Tonsignale dts mit einer die Periodendauer der ana­ logen Tonsignale ts repräsentierenden Periodendauer T über­ mittelt. Ein zweiter Eingang E2 des Schalters S1 ist auf Erd­ potential geschaltet.

Der Ausgang AS des Schalters S1 ist an einen Eingang E, d. h. an den Takteingang eines binären Zählers Z geführt. In diesem Zähler Z werden die Perioden T der ankommenden, digitalen Tonsignale dts binär gezählt, d. h. eine beispielsweise "Binä­ re 1" wird im Takt der Periode T durch den Zähler Z getaktet. Hierbei liegen die Zählerstände ZS an den Ausgängen A des Zählers Z jeweils in binärer Form vor. Bei einer vorgegebe­ nen Frequenz fn von 16 kHz der Tonsignale ts repräsentiert bei einer beispielhaft geforderten Genauigkeit ein Zähler­ stand ZS von "68" die untere Grenzfrequenz fu und ein Zähler­ stand ZS von "72" die obere Grenzfrequenz fo, bei der ankom­ mende Tonsignale ts noch als Tonsignale ts mit einer vorgege­ benen Frequenz fn detektiert werden sollen. Folglich sind in der an die Ausgänge A des Zählers Z angeschlossenen Logik L logische Verknüpfungsglieder V vorgesehen, mit deren Hilfe der den Zählerstand ZS "64" repräsentierende Ausgang A mit dem den Zählerstand ZS "4" repräsentierenden Ausgang A sowie den den Zählerstand ZS "8" repräsentierenden Ausgang A derart verknüpft wird, daß am Ausgang AL der Logik L ein vorgegebe­ nes Potential P - beispielsweise High-Potential - gesteuert wird, sofern an den Ausgängen A des Zählers Z der jeweilige Zählerstand ZS durch ein entsprechendes Potential - beispielsweise ebenfalls High-Potential - angezeigt wird. Auf diese Weise wird der in der Fig. 1 dargestellte Be­ wertungszeitraum ZF bzw. das Zeitfenster ZF gebildet. Die Verknüpfungsglieder V sind beim Ausführungsbeispiel durch zwei AND-Gatter (1, 3) und durch ein NAND-Gatter (2) reali­ siert. Andere Realisierungen für weitere Zählerstände ZS und mit Hilfe anderer schaltungstechnischer Komponenten - bei­ spielsweise andere logische Verknüpfungsglieder oder Multi­ plexerschaltkreise - sind unter Berücksichtigung einer Reali­ sierung mit geringstem schaltungstechnischem Aufwand vorzu­ nehmen.

Über den Ausgang AL der Logik L wird der den Bewertungszeit­ raum ZF repräsentierende Pegel P an einen ersten Eingang E1 eines Abtasters S2 geführt. Der zweite Eingang E2 dieses Ab­ tasters S2 ist auf Erdpotential geschaltet. Der Ausgang AA des Abtasters S2 ist mit einer retriggerbaren monostabilen Kippstufe MKS verbunden. Ein Steuereingang STE des Abtasters S2 ist des weiteren auf einen Steuerausgang STA eines Meß­ taktgenerators geführt. Im Meßtaktgenerator MTG werden Meß­ taktsignale mts gebildet, bei denen am Ende jeder Periode Tmess ein Bewertungsimpuls bi auftritt. Die Dauer des Bewer­ tungsimpulses bi ist gegenüber der der Dauer der Periode Tmess sehr klein gewählt. Die Dauer der Periode Tmess ist des weiteren derart zu bemessen, daß bezogen auf das Ausführungs­ beispiel mit Tonsignalen ts mit einer zu detektierenden Fre­ quenz von 16 kHz der Bewertungsimpuls bi zu einem Zeitpunkt auftritt, bei dem im Zähler Z der Zählerstand ZS 70 erreicht wird. Dies bedeutet, daß bei einem analogen Tonsignal ts, das exakt eine Frequenz von 16 kHz aufweist, der Bewertungsimpuls bi in der Mitte des Bewertungszeitraums ZF auftritt.

Die Meßtaktsignale mts werden im Meßtaktgenerator MTG erzeugt - beispielsweise mit Hilfe eines digitalen Taktgenerators - oder in vorteilhafterweise aus Taktsignalen tas, die bei­ spielsweise in einem nicht dargestellten Kommunikationssystem erzeugt werden, abgeleitet - beispielsweise durch eine en­ sprechende Taktteilung und Impulsbildung.

Der Meßtaktgenerator MTG weist des weiteren einen Rück­ setzausgang AR auf, der mit einem Rücksetzeingang R des Zäh­ lers Z verbunden ist. Über diesen Rücksetzausgang AR werden dem Zähler Z Rücksetzimpulse rsi zugeführt, durch die der Zähler Z auf den Ausgangszählerstand ZS0, vorteilhaft ist dies der Zählerstand 0, zurückgesetzt wird. Der Rücksetzim­ puls rsi ist ein Nadelimpuls und wird am Ende des Bewer­ tungsimpulses bi gebildet.

Des weiteren weist der Zähler Z einen Überlaufausgang ÜA auf, der mit dem Steuereingang STE des Schalters S1 verbunden ist. Über diese Verbindung wird ein Überlaufimpuls üi übermittelt, der beim Überlauf des Zählers Z auftritt. Der Überlaufausgang ÜA repräsentiert somit den letzten Ausgang A des Zählers Z. Durch den Überlaufimpuls üi wird das am zweiten Eingang E2 anliegende Erdpotential an den Eingang E, d. h. Takteingang des Zählers Z gesteuert, wodurch in diesem bis zum Auftreten des folgenden Rücksetzimpulses rsi keine digitalen Tonsignale dts mehr gezählt werden. Durch das folgende Rücksetzsignal rsi wird der Zähler Z auf den Ausgangszählerstand ZS0 ge­ setzt, wodurch der Überlaufimpuls üi verschwindet und der Schalter S1 die digitalen Tonsignale dts wieder an den Ein­ gang E des Zählers Z schaltet.

Für die kontinuierliche Anzeige der Detektion von ankommenden Tonsignalen dts mit der vorgegebenen Frequenz fn werden die am Ausgang AA des Abtasters S2 innerhalb des Bewertungsimpul­ ses bi abgetasteten Pegel P durch die retriggerbare monosta­ bile Kippstufe MKS derart verlängert, daß an deren Ausgang AM kontinuierlich der Pegel P, insbesondere High-Pegel, vor­ liegt.

Beim Ankommen von analogen Tonsignalen ts mit einer unter oder über der Grenzfrequenz fu, fo liegenden Frequenz f wer­ den Bewertungszeiträume ZF zu Zeiten gebildet, bei der der Bewertungsimpuls bi nicht auftritt. Dies bedeutet, daß durch den Bewertungsimpuls bi kein Pegel P abgetastet wird und am Ausgang AM der Kippstufe MKS ein Pegel - insbesondere Low- Pegel - angezeigt wird, der das Nichtvorliegen von Tonsigna­ len TS mit einer vorgegebenen Frequenz fn anzeigen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Detektieren von analogen Tonsignalen (ts) mit einer vorgegebenen Frequenz (fn) dadurch gekennzeichnet,

• - daß die analogen Tonsignale (ts) in digitale, binäre Tonsi­ gnale (dts) umgesetzt werden,
• - daß die Perioden (T) der digitalen Tonsignale (dts) ausge­ hend von einem Ausgangszählerstand (ZS0) gezählt werden, wobei
• - bei einem eine vorgegebene untere Grenzfrequenz (fu) der Tonsignale (ts) repräsentierenden Zählerstand (ZS1) ein Bewertungszeitraum (ZF) beginnt und
• - bei einem eine vorgegebene obere Grenzfrequenz (fo) der Tonsignale (ts) repräsentierenden Zählerstand (ZS2) der Bewertungszeitraum (ZF) endet,
• - daß Meßtaktsignale (mts) derart gebildet werden, daß je­ weils am Ende einer Periode (Tmess) der Meßtaktsignale (mts) ein Bewertungsimpuls (ni) auftritt, wobei die Dauer einer Periode (Tmess) der Meßtaktsignale (mts) durch je­ weils einen ausgehend von einem ersten Zählerstand (ZS0) repräsentierenden ersten Zeitpunkt und durch einen zweiten Zeitpunkt bestimmt ist, bei dem, ausgehend vom ersten Zäh­ lerstand (ZS0) der, eine vorgegebene Frequenz (fn) der Ton­ signale (ts) repräsentierender zweiter Zählerstand (ZSn) auftritt,
• - daß bei einem Auftreten eines Bewertungsimpulses (bi) in­ nerhalb des Bewertungszeitraums (ZF) die detektierten Ton­ signale (ts) als Tonsignale (ts) mit der vorgegebenen Fre­ quenz (fn) bestimmt sind,
• - daß nach Auftreten des Bewertungsimpulses (bi) der Zäh­ lerstand (ZS) auf den Ausgangszählerstand (ZS0) zurückge­ setzt wird und
• - daß bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Höchstzäh­ lerstandes das Zählen von digitalen Tonsignalen (dts) bis zum folgenden Rücksetzen in den Ausgangszählerstand (ZS0) unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Auftreten eines Bewertungsimpulses (bi) inner­ halb des Bewertungszeitraumes (ZF) für die Dauer eines Bewer­ tungsimpulses (bi) dieser bis zum erwarteten Auftreten eines folgenden Berwertungsimpulses (bi) verlängert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Zählerstände (ZS1, ZS2, ZSn) auf die vorgegebene Frequenz (fn) der analogen Tonsignale (ts) sowie deren obere und untere Grenzfrequenz (fo, fu) abgestimmt sind, wobei durch die obere und unter Grenzfrequenz (fo, fu) der Frequenzbereich bestimmt ist, in dem detektierte Tonsi­ gnale (ts) als Tonsignale (ts) mit der vorgegebenen Frequenz (fn) bestimmt sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das die Detektion von analogen Tonsignalen (ts) mit einer vorgegebenen Frequenz in einer Kommunikationseinrichtung durchgeführt wird.

5. Schaltungsanordnung zum Detektieren von analogen Tonsigna­ len (ts) mit einer vorgegebenen Frequenz (fn) dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Komparator (K) zur Umsetzung der zugeführten analo­ gen Tonsignale (ts) in digitale, binäre Tonsignale (dts)
• - mit einem Zähler (Z) zur Zählung der Perioden (T) der digi­ talen Tonsignale (dts), ausgehend von einem Ausgangszähler­ stand (ZS0), verbunden ist,
• - daß an die Ausgänge (A) des Zählers (Z) eine Logik (L) an­ geschlossen ist, an deren Ausgang (AL),
• - bei einem eine vorgegebene untere Grenzfrequenz (fu) der Tonsignale (ts) repräsentierenden Zählerstand (ZS1) ein den Beginn eines Bewertungszeitraumes (ZF) anzeigender Pe­ gel (P) und
• - bei einem eine vorgegebene obere Grenzfrequenz (fo) der Tonsignale (ts) repräsentierenden Zählerstand (ZS2) ein das Ende des Bewertungszeitraumes (ZF) anzeigender Ruhe­ pegel gesteuert wird,
• - daß ein Meßtaktgenerator (MTG) vorgesehen ist, der Meßtakt­ signale (mts) mit jeweils einem am Ende einer Periode (Tmess) auftretenden Bewertungsimpuls (ni) bildet, wobei die Dauer der Periode (Tmess) der Meßtaktsignale (mts) durch jeweils einen ausgehend von einem ersten Zählerstand (ZS0) repräsentierenden ersten Zeitpunkt und durch einen Zeitpunkt bestimmt ist, bei dem ausgehend vom ersten Zäh­ lerstand (ZS0) der, eine vorgegebene Frequenz (fn) der Ton­ signal (ts) repräsentierender zweiter Zählerstand (ZSn) auftritt,
• - daß der Ausgang (AL) der Logik (L) mit Eingang (E1) und der Ausgang (AM) des Meßtaktgenerators (MTG) mit einem Steuer­ eingang (STE) eines zum Abtasten des Ausgangs (AL) der Lo­ gik (L) während des Bewertungsimpulses (bi) vorgesehenen Abtasters (S2) verbunden ist, wobei bei Auftreten eines Pe­ gels (P) innerhalb des Bewertungsimpulses (bi) am Ausgang (AA) des Abtasters (S2) die detektierten Tonsignale (ts) als Tonsignale (ts) mit der vorgegebenen Frequenz (fn) be­ stimmt sind, und
• - daß ein Rücksetzausgang (A) des Meßtaktgenerators (MTG) einen Rücksetzimpuls (rsi) bereitstellt und mit einem Rücksetzeingang (ER) des Zählers (Z) verbunden ist, wobei durch den nach dem Bewertungsimpuls (bi) auftretenden Rücksetzimpuls (rsi) der Zählerstand (ZS) auf den Aus­ gangszählerstand (ZS0) zurückgesetzt wird, und
• - daß zwischen Zähler (Z) und dem Komparator (K) ein Schal­ ter (S1) eingefügt ist, dessen Steuereingang (STE) mit ei­ nem Überlaufausgang (ÜA) des Zählers (Z) verbunden ist, wobei bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Höchstzäh­ lerstandes das Zählen von digitalen Tonsignalen (dts) bis zum folgenden Rücksetzen in den Ausgangszählerstand (ZS0) dadurch unterbrochen wird, daß durch den Schalter (S1) die Verbindung unterbrochen und Erdpotential an den Ein­ gang (E) des Zählers (Z) geschaltet wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abtaster (S2) ein Verzögerungselement (MKS) nachge­ schaltet und derart ausgestaltet ist, daß bei einem Auftreten eines Pegels (P) während des Bewertungsimpulses (bi) am Aus­ gang (AA) des Abtasters (S2) dieser bis zum erwarteten Auf­ treten eines folgenden Pegels (P) verlängert wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster (S2) durch einen Umschalter (S2) realisiert ist, wobei ein Eingang (E) mit dem Ausgang (AL) der Logik (L), der weitere Eingang (E) mit Erdpotential und der Ausgang (AS) mit dem Verzögerungselement (MSK) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungselement (MKS) durch eine retriggerbare monostabile Kippstufe realisiert ist.