DE2515769A1

DE2515769A1 - Frequenzselektiver signalempfaenger

Info

Publication number: DE2515769A1
Application number: DE19752515769
Authority: DE
Inventors: Lorenz Gasser; Dietrich Dr Ing Illi
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1975-04-10
Filing date: 1975-04-10
Publication date: 1976-10-21
Also published as: GB1518006A; BE841906R; AU1290076A; FR2307402A1

Description

standard elektrik lqrenz
aktiengesellschaft 251 5769

Stuttgart

L.Gasser-D.Uli 43-6

Frequenzselektiver Signalempfänger

Die Erfindung betrifft einen frequenzselektiven Signalempfänger, insbesondere zur Erkennung von tonfrequenten Wahlinformationen, die aus Schwingungen vorgegebener Frequenz bestehen, in Fernsprechanlagen.

Frequenzselektive Signalempfänger sind in verschiedener Ausführung bekannt geworden, so ist es z.B. üblich, die Frequenzselektion mit Hilfe von entsprechend geschalteten Induktivitäten und Kapazitäten zu erreichen. Ein anderer Weg ist in der DAS 1 267 272 vorgeschlagen. Die dort angegebene Schaltungsanordnung (vgl. Fig.2) geht davon aus, daß zur Frequenzerkennung auch das Prinzip der Fourieranalyse benutzt werden kann.

Für Fernsprechanalgen der Zukunft ist es vorteilhaft, die heute übliche Nummernschaltwahl durch Tastwahl zu ersetzen, Die Tastwahl erlaubt eine nahezu dreifach höhere Wählgeschwindigkeit und dadurch auch eine Reduktion der Belegungszeit der Wahlzeichempfänger und -register, deren Anzahl geringer angesetzt werden kann als bei der Nummernschalterwahl, Der erforderliche Sprachschutz hat zu einem Zweifrequenz-

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code geführt: jeder Wahlziffer ist eine Kombination von zwei gleichzeitig ausgesandten Schwingungen bestimmter Frequenz zugeordnet, die zwei voneinander getrennten Frequenzbereichen angehören.

Die unmittelbare Anwendung der oben erwähnten Ausführungen eines selektiven Signalempfängers bringt für die Tastwahl Probleme; es ist eine Eigenschaft der Tastwahl, daß die Dauer einer Wahlinformation individuell vom jeweiligen Teilnehmer bestimmt wird. Die mittlere Tastenbetätigungszeit beträgt etwa 200 msec, bei einer Betätigungszeit von 40 msec soll ein solcher Empfänger noch sicher ansprechen und die gewählte Ziffer identifizieren. Die Auswertezeit eines Signalempfängers wird jedocfflauf "eine Zeitspanne von ca. 36 msec eingeschränkt, da Einschwingvorgänge zu Beginn einer Wahlinformation nicht zur Auswertung herangezogen werden können.

In Verbindung mit dem in der DAS 1 267 272 vorgeschlagenen Signalempfänger, von dem die Erfindung im wesentlichen ausgeht, ergeben sich dadurch hauptsächlich zwei Schwierigkeiten: aus Gründen des Sprachschutzes und hoher Störunempfindlichkeit ist es vorteilhaft die zur einwandfreien Erkennung benötigte Auswertezeit T des Signalempfängers in der Größenordnung der minimalen Tastenbetätigungszeit von 36 msec zu wählen. Es ist also wichtig, das Eintreffen eines Tastwahlsignals und den Beginn der Auswertezeit T möglichst gut zu synchronisieren, d.h., dafür zu sorgen, daß die Auswertezeit T innerhalb der Dauer der Tastenbetätigungszeit zu liegen kommt. Diese Vorsorge ist bei dem in der DAS 1 267 272 angegebenen Signalempfänger nicht getroffen.

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Die andere Schwierigkeit besteht darin, daß insbesondere, wenn das Eingangssignal (=Tastwahlzeichen) des Signalempfängers aus konstruktiven Gründen amplitudenbegrenzt werden soll, das Ausgangssignal des Empfängers (=Markierung eines entsprechenden Ausgangs) noch von der Phasenlage'τ* des Eingangssignals zum Vergleichssignal (in der DAS 1 267 272: Suchfrequenz 0ύ_ο) abhängt, selbst wenn diese die gleiche Frequenz besitzen; dies ist unerwünscht, denn das Ausgangssignal soll lediglich von der Frequenz des Eingangssignals abhängen.

Die Erfindung geht aus von einem frequenzselektiven Signalempfänger, an dessen Eingang Signale unterschiedliche Frequenzspektren anliegen können und der das jeweils anliegende Signal im eingeschlossenen Zustand überprüft, ob sein Spetrum einer von mehreren bestimmten Frequenzgruppen entspricht. Insbesondere geht die Erfindung von einem frequenzselektiven Signalempfänger aus, wobei das zu untersuchende Signal nach einer Gruppentrennung einer Korrelationsschaltung zugeführt wird, in der es auf zwei Kanäle aufgeteilt wird, in der dein einen der Kanäle eine Vergleichsschwingung direkt, dem anderen um 90° phasenverschoben über je eine Multiplikationseinrichtung zugeführt wird und in der die Ausgangssignale der Multiplikationseinrichtungen je einem Integrator zugeführt werden, der das Produkt aus zu erkenndendem Signal und Vergleichsschwingung über die Dauer einer Auswertezeit integriert, und wobei im Anschluß an diese Korrelationsschaltung die auf den beiden Kanälen laufenden Signale in je einer Quadrierschaltung quadriert und danach in einer Addierschaltung addiert werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben erläuterten Schwierigkeiten, die beim Einsatz eines solchen Empfängers zur Erkennung von Tastwahlzeichen auftreten, zu beheben, das heißt, insbesondere eine optimale

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Tastwahlzeichenerkennung zu gewährleisten. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Korrelationsschaltung aus N parallel geschalteten Korrelationseinheiten aufgebaut ist, daß der Beginn der Auswertezeiten der Korrelationseinheiten um eine Verzögerungszeit gegeneinander verschoben ist, wobei alle Auswertezeiten so gewählt sind, daß sie zumindest um die Verzögerungszeit geringer sind als die minimale Signaldauer, und daß der Addierschaltung ein Schwellenwertgeber nachgeschaltet ist, der seinen Ausgang nur dann markiert, wenn das Ausgangssignal der Addierschaltung über einem bestimmten Schwellenwert liegt.

Der erfindungsgemäße Signalempfänger besitzt den Vorteil, daß fast alle Bauteile als integrierte Schaltungen ausgeführt werden können und somit ein geringerer Platzbedarf als z.B. bei den bekannten,pasiven Filter besteht. Ausgestaltungen des Signalernpfängers sind den Un te ran Sprüchen zu entnehmen.

Vor der genaueren Beschreibung der Erfindung sollen die mathematischen Grundlagen und das Lösungsprinzip kurz skiziert werden. Die Erfindung geht dabei im wesentlichen von dem in der DAS 1 267 272 beschriebenen Prinzip aus. Fig.l zeigt das Schaltbild eines frequenzselektiven Empfängers. Am Eingang E liegt das zu untersuchende Signal el mit der Gleichung

el -es ei cos (ut+ f )

Nach einer Begrenzerschaltung B wird das Signal e~ zwei Multiplizieren! Ml und M2 zugeführt. im folgenden wird nur ein Kanal betrachtet. Das Signal e3 hat dann die Form:

e3 = eT" sgn [cos (£Jt+?)J

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In einem Multiplikator Ml wird dieses Signal e31 mit einem Vergleichssignal e4, das von einem Generator G stammt und die Frequenz fo hat, multipliziert:

e4 = e4 sgn (cos ω t)
e5l = e31«e4

In einem Integrator inti wird dann das Signal e6l erzeugt:

T2

e6l= 5 ^{e51 dt}
Tl

Der Wert dieses Integrals hängt von der Integrationsdauer T2-Tl,von.der KreisfreqiBnz iO des Signals el und von der Phasenlage ψ des Signals e31 zur Zeit t=0 ab. Erwünscht ist jedoch nur die Abhängigkeit von der Frequenz co Deshalb wird das zu untersuchende Signal einem zweiten Kanal zugeführt (e32), wird im Multiplikator M2 mit dem . durch.einen Phasenverschieber um 90° verschobenen Vergüchssignal e4' multipliziert und im Integrator INT2 integriert, so daß ein Signal

T2+TO/2

e62= J e52 dt
Tl+TO/2

erzeugt wird. Eine Synchronisierschaltung SYN dient zur Steuerung der Integratoren IiJTl und INT2. Die Signale e61 und e62 werden in Quadrierschaltungen SQl und SQ2 quadriert und in einer Addierscha tung ADD addiert. Das Ausgangssignal e8 des Empfängers hat damnach die Form:

e8= (e61)²+(e62)²

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Dieses Signal ist in normierter Form e8/e8' in Fig.2 dargestellt; dabei wurde eine bestimmte Integrationsdauer T2-T1=2O TO (TO=Schwingungsdauer der Vergleichsschwingung eH) gewählt. Die an den drei dargestellten Kurven angegebenen Parameter sind die Frequenzabweichungen Δf/fO des zu untersuchenden Signals el von der Frequenz fo des Vergleichssignals e4. Man erkennt, daß die Abhängigkeit des Signals e8 von der Phaseu des Signals el um so stärker ist, je genauer die Frequenz ^ des Signals el mit der Frequenz 2 X fο des Vergleichssignals übereinstimmt. Andererseits bleiben die Kurven aber über einem bestimmten Wert, sofern die Frequenzabweichung Λf/fο unter einen bestimmten Wert sinkt. Dies nutzt die Erfindung insofern aus, als das Signal e8 eine bestimmte Schwelle SCH überschreiten muß; damit ist sichergestellt, daß die Frequenz des zu untersuchenden Signals el mit einer normierten Frequenzabweichung von höchstens 1,5*10 mit der Frequenz 2 Tf fο des"Vergleichssignals ek übereinstimmt.

Dem Addierer ADD in Fig.l ist dementsprechend eine Schwellenschaltung S nachgeschaltet, die den Ausgang A des Empfängers markiert, wenn das Signal e8 die Sehwelle SCH überschreitet.

Dieses Prinzip benutzt die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgaben. Der erfindungsgemäße Signalempfänger wird nun anhand der Figuren 3j 4 und 5 erläutert.

Es zeigen:

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Fig.3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Empfängers,

Pig.4 Ausschnitt aus dem Blockschaltbild nach Fig.3,

Fig.5 Ausschnitt aus Fig. 4,

Fig.6 Zeitdiagramm zur Arbeitsweise des Empfängers.

Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Empfängers. Die ankommende Wahlinformation e, die aus einer zwei Frequenzen enthaltende Schwingung besteht, die voneinander getrennten Frequenzgruppen angehören (Zweifrequenzcode) wird über einen Hochpaß HP bzw. einen Tiefpaß TP aufgespalten. Danach gelangt die Schwingung, die nur noch eine Frequenz enthält, über Begrenzerschaltungen HB bzw. TB an Korrelationsschaltungen A₃ B₃...H, in denen das oben erläuterte Prinzip der Frequenzerkennung angewendet wird. Die Vergleichsfrequenz ist dabei jeweils eine der Frequenzen fl...f8, die im Zweifrequenzencode vorkommen, d.h. in der Korrelationsschaltung A wird die Schwingung mit einer Schwingung mit der Vergleichsfrequenz fl verglichen, in der Korrelationsschaltung B mit f2, usw. Dabei bilden die Frequenzen fl...f4 die eine Frequenzgruppe des Zweifrequenzcodes, die Frequenzen f5»-.f8 die andere. Die beiden Ausgangsleitungen jeder Korrelationsschaltung A...H entsprechen den mit e6l und e62 bezeichneten Leitungen in Fig.l. Die Schwingung wird in den Korrelationsschaltungen A...H parallel verarbeitet, deren Ausgangssignal gelangt dann zu einer Auswerteschaltung AW, die alle acht Signalpaare seriell

quadriert,

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paarweise addiert, mit dem geeigneten Schwellenwert vergleicht und in einer Koinzidenzschaltung daraufhin überprü.ffc, ob jeweils gleichzeitig eine Schwingung aus den beiden Frequenzgruppen vorliegt. Ist dies der Fall, wird einer der Ausgänge A1...A8 entsprechend der vorliegenden Signal-Kombination aktiviert. Damit ist die Wahlinformation erkannt und steht zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.

Fig. 4 zeigt den gestrichelt umrandeten Teil der Fig. 3 in den näheren Einzelheiten. Jede Korrelationsschaltung, z.B. die Korrelationsschaltung A, besteht aus vier Korrelationseinheiten, z.B. Al, A2, A3 und A4, die identisch aufgebaut sind und untereinander parallel geschaltet sind. Die zu einer Korrelationsschaltung gehörigen Korrelationseinheiten erhalten jeweils die gleiche Vergleicnsfrequenζ, z.B. erhalten die Korrelationseinheiten Al...A4 die Vergleichsfrequenz fl. Der Unterschied zwischen den einzelnen Korrelationseinheiten einer Korrelationsschaltung besteht darin, daß ihre Auswertezeiten (= die Summierzeit des Produktes aus Signal und Ver- ·. gleichssignal) gegeneinander versetzt sind, um eine möglichst gute Synchronisation zu erreichen. Die Ausgangsleitungen der Korrelationsschaltungen A...D sind über UND-Schaltungen U1...U16 mit den entsprechenden Ausgangsleitungen Y der Korrelationsschaltungen E...H zusammengeht und mit einer Quadrierschaltung SQ verbunden. Die nach dem Ende einer Auswertezeit (z.B. der Auswertezeit der Korrelationseinheiten Al_r Bl, Cl...Hl) parallel an den UND-Schaltungen Ul...Ul6 anliegenden Signale werden, gesteuert von einer Steuereinheit CU) seriell der Quadrierschaltung SQ zugeführt. Das

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letztere Signal an der UND-Schaltung U16 muß quadriert sein, bevor am Ende der Ausrectezeit der nächsten Korrelations einheiten (z.B. A2, B2_/...H2) die neuen Signale anliegen.

Die quadrierten Signale werden über UND-Schaltungen Ul7 und U18 abwechselnd in Registern ZRl und ZR2 eingespeist und zwar so, daß jeweils die beiden aus einer Korrelationseinheit stammenden Signale in den beiden Registern stehen. Danach werden die zusammengehörigen Signale in einer Addierschaltung ADD addiert. Das Ergebnis dieser Addierschaltung entspricht dem Ausgangssignal e8 der Addierschaltung von Fig.l. Die Amplitude der Ausgangssignale wird danach in einer Kontrollschaltung CC mit dem festgelegten Schwellwert in einer Schwellenschaltung S verglichen. Die Kontrollschaltung CC markiert ihren Ausgang, wenn dieser Schwellenwert überschritten wird, d.h., wenn erkannt worden ist, daß die Wahlinformation eine der Frequenzen fl...f8 enthält. Die Markiersignale der Kontrollschaltung CC werden nacheinander in ein Register R eingeschrieben. Durch eine synchrone Steuerung des Übergangs von der parallelen Verarbeitung zur seriellen Verarbeitung (beim Eingeben in die Quadrierschaltung SQ) und des Übergangs von der seriellen Verarbeitung zur parallelen Verarbeitung (beim Einschreiben in das Register R) wird sichergestellt, daß derjenige Speicherplatz des Registers R markiert wird, der der Korrelationsschaltung entspricht, deren VergJsLchs frequenz in der Wahlinformation enthalten ist. Als Beispiel sei angenommen, daß die Wahlinformationen aus den Frequenzen f2 und f5 besteht. Dementsprechend überschreiten die Ausgangssignale der Korrelationsschaltungen B und E nach der Quadrierung und Addition den Schwellenwert und die Plätze 2 und 5 im Register R werden markiert.

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Nach der Auffüllung des Registers R wird der Inhalt des Registers einer Koinzidenzschaltung K zugeleitet, die aufgrund der markierten Stellen die Wahlinformation unter Berücksichtigung des benutzten Zweifrequenzcodes erkennt und dementsprechend einen ihrer Ausgänge Al...A markiert.Damit ist die Wahlinformation erkannt.

Fig.5 zeigt den Aufbau der Korrelationseinheit Al. Das Signal Z wird den Multiplikatoren Mill und M112 zugeführt. Außerdem erhalten die Multiplikatoren die Vergleichsfrequenz fl direkt, bzw. um 90° phasengedreht über einen Phasenschieber Pll. Die Integratoren INTl und INT2 der Pig.l sind durch Vorwärts-Rüekwärtszähler VRZlIl und VRZ112 realisiert. Ein Generator HP erzeugt Taktimpulse, deren zeitlicher Abstand At so klein gewählt wird, daß eine Integration möglichst gut angenähert wird. Das Produkt des Signales und des Vergleichssignales (e51 und e52 in Pig.l) wird entsprechend seinem Vorzeichen mit jedem Takt im Vorwärts-Rückwärtszähler addiert oder subtrahiert. Damit wird während der Auswertezeit der Korrelationseinheit Al eine Integration angenähert. Nach Beendigung der Auswertezeit veranlaßt die Steuereinheit CU die Auslesung des Zählerinhalts über UND-Schaltungen UVlIl bzw. UV112 zur weiteren Verarbeitung in der Auswerteschaltung AW. Es soll noch bemerkt werden, daß die in Fig.4 dargestellten Ausgangsleitungen der Korrelationsschaltungen und die Leitungen von den UND-Schaltungen Ul...Ul6 bis zur Kontrollschaltung CC entsprechend Pig.5 als Leitungsbündel zu betrachten sind. Pig.6 zeigt zur Verdeutlichung ein Zeitdiagramm zur Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Empfängers.

Dabei bedeutet TKj die Auswertezeit der j-ten Korrelationseinheit der Korrelationsschältung K. Die Auswertezeiten TKj

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CO

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sind um eine Verzögerungszeit TD gegenüber den vorherigen Auswertezeiten (TK(j-1) versetzt. Die Verzögerungszeit TD steht der Auswerteschaltung AW zur Weiterverarbeitung der Ausgangssignale der jeweiligen Korrelationseinheiten zur Verfügung. Es handelt.sich also um eine zyklische Betriebsweise. Bei einer minimalen Signaldauer T_MI =36msec der Wahlinformation e beträgt die Verzögerungszeit TD ungefähr 7msec₃ falls 4 Korrelationseinheiten verwendet werden.

3 Patentansprüche

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Claims

L.Gasser-D.Uli 43-6 Patentansprüche

1. Frequenzselektiver Signalempfanger, insbesondere zur Erkennung von tonfrequenten Wahlinformationen in Fernsprechanlagen, wobei das zu untersuchende Signal einer Korrelationsschaltung zugeführt wird, in der es auf zwei Kanäle aufgeteilt wird, in der dem einen der Kanäle eine Vergleichsschwingung direkt, dem anderen um 90° phasenverschoben über je eine Multiplikationseinrichtung zugeführt wird und in der die Ausgangssignale der Multiplikationseinrichtungen je einem Integrator zugeführt werden, der das Produkt aus zu erkennendem Signal und Vergleichsschwingung über die Dauer einer Auswertezeit integriert, und wobei im Anschluß an diese Korrelationsschaltung die auf den beiden Kanälen laufenden Signale in je einer Quadrierschaltung quadriert und danach in einer Addierschaltung addiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsschaltung (z.B. A) aus N parallel geschalteten Korrelationseinheiten (z.B.Al. A4) aufgebaut ist, daß der Beginn der Auswertezeiten (TAl...TA4) der Korrelationseinheiten (Al...A4) um eine Verzögerungszeit (TD) gegeneinander verschoben ist, wobei alle Auswertezeiten (TAl...TA4) so gewählt sind, daß sie zumindest um die Verzögerungszeit (TD) geringer sind als die minimale Signaldauer (TMIN), und daß der Addierschaltung (ADD) ein Schwellenwertgeber (S) nachgeschaltet ist, der seinen Ausgang nur dann markiert, wenn das Ausgangssignal der Addierschaltung (ADD) über einem bestimmten Schvä-lenwert (SCH) liegt.

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2. Frequenzselektiver Signalempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Integratoren innerhalb jeder der Korrelationseinheiten (z.B.Al) aus je einem Vorwärts-Rückwärtszähler (VRTl11,VRZ112) gebildet werden, der, gesteuert vom Takt eines Taktgenerators (HF), seine zum Zeitpunkt des Eintreffens eines Taktimpulses anliegenden Eingangssignale während der Dauer der Auswertezeit (TAl) der Korrelatoreinheit (Al) entsprechend ihrem Vorzeichen addiert bzw. subtrahiert.

3. Frequenzselektiver Signalempfänger zur Erkennung vontonfrequenten Wahlinformationen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wahlinformationen im Zweifrequenzencode am Empfänger anliegen, daß K/2 parallel geschaltete Korrelationsschaltungen (A...D) und ein Hochpaß (HP) parallel zu weiteren K/2 parallel geschalteten Korrelationsschaltungen (E...H) und einen Tiefpaß (TP) geschaltet sind, daß die Vergleichsschwingungen in den insgesamt K Korrelationsschaltungen (A...H) die K Frequenzen des jeweiligen Zweifrequenzencode besitzen, wobei die Ausgangssignale der K Korrelationsschaltungen (A.,,H) am Ende der Auswertezeit (z.B. TAl, TBl,.,,THl)nacheinander während der Dauer einer Verzögerungszeit (TD) in der Quadrierschaltung (SQ) quadriert und die jeweils zu den beiden Kanälen einer Korrelationsschaltung gehörigen Werte in der Addierschaltung (ADD) addiert werden, daß hinter die Addierschaltung (ADD) eine Kontrollschaltung (cc) geschaltet ist, die mit dem Schwellenwertgeber (S) verbunden ist und daß eine Koinzidenzschaltung (K) vorgesehen ist, an deren Eingängen die K Markierungen der Kontrollschaltung (cc) parallel anliegen, und die entsprechend der Kombination zweier Markierungen über ein Ausgangsregister (AR) denjenigen Ausgang (Al...An) des Signalempfängers markiert, der der empfangenen Wahlinformation entspricht.

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