DE3400691C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DE-AS 28 42 667. Solche Schaltungsanordnungen befinden sich in Zwischenregeneratoren von digitalen Nachrichten­ übertragungssystemen, bei denen ein adressenfreies Fehler­ ortungsverfahren angewendet wird. Sie dient dazu, ein von der Endstelle an alle Zwischenregeneratoren ausgesendetes Fehlerortungssignal mit hinreichender Sicherheit zu er­ kennen und ein die Erkennung anzeigendes Steuersignal zu erzeugen, das im Zwischenregenerator bestimmte Schaltzu­ stände zur Fehlerortung auslöst.

Die bekannte Schaltungsanordnung ist für ein Kennungs­ signal ausgelegt, bei dem periodisch Abschnitte wieder­ kehren, die eine erhöhte Anzahl von Einsbits oder Nullbits enthalten.

Das digitale Empfangssignal, das darauf zu überprüfen ist, ob es ein Kennungssignal enthält, wird gleichgerichtet und einem Schwingkreis zugeführt, der auf die Periodizi­ tät der Abschnitte des Kennungssignals abgestimmt ist. Der Schwingkreis liefert eine deutliche Ausgangsspannung, wenn das digitale Eingangssignal diese Periodizität auf­ weist und wirkt daher als Frequenzdiskriminator für das Eingangssignal.

Dabei muß der Schwingkreis erhebliche Anforderungen an Güte und Konstanz erfüllen, weil allein aufgrund seiner Frequenzabstimmung das Kennungssignal erkannt werden soll.

Aus "telcom report" 4, (1983), Heft 1, Seiten 37 bis 42, ist ein digitales Nachrichtenübertragungssystem bekannt, bei dem das Kennungssignal wie beim eingangs genannten System periodisch wiederkehrende Abschnitte enthält, deren Bitmuster jedoch eine Folge von gleichen Bits mit vorge­ gebener Anzahl ist, nämlich eine Folge von neun Nullbits. Eine Schaltungsanordnung zum Erkennen solcher Kennungs­ signale ist dort nicht gezeigt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für ein solches Kennungssignal anzugeben, die von der erst­ genannten Schaltungsanordnung ausgeht, jedoch bei ver­ gleichsweise geringem Aufwand für den Schwingkreis die Er­ kennung mit großer Sicherheit gestattet.

Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Zeitdiskriminatoren als solche sind bekannt. Beispielhaft wird hier auf die Patentschrift DE-AS 29 29 079 verwiesen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung liegt darin, daß sie die wegen der Fernspeisung bestehenden strengen Forderungen nach geringem Leistungs­ verbrauch erfüllt, wogegen übliche digitale Schaltungen zum Vergleich des digitalen Empfangssignals mit dem vorge­ gebenen Bitmuster, die sich prinzipiell anbieten würden, einen zu hohen Leistungsverbrauch hätten.

Die Weiterbildung gemäß dem Anspruch 2, ergibt den Vorteil, daß zusätzlich zur reinen Feststellung, ob ein Kennungs­ signal vorliegt oder nicht, die Unterscheidung ver­ schiedener Kennungssignale, die sich durch die Dauer der periodisch wiederkehrenden Abschnitte unterscheiden, möglich ist.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 bedeutet, daß die Im­ pulse, wenn sie mit der vorgegebenen Periode wiederkehren, vom Frequenzdiskriminator in eine der Impulsdauer propor­ tionale Spannung umgesetzt werden, so daß die verschiedenen Kennungssignale durch einfachen Vergleich der Ausgangs­ spannung mit Bezugsspannungen voneinander unterschieden werden können.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispiels­ weise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung, und

Fig. 2 einen Stromlaufplan als Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die nachfolgend beschriebene Schaltungsanordnung ist in der Lage, nicht nur ein, sondern mehrere Kennungssignale zu erkennen und zu unterscheiden.

Jedes der Kennungssignale besteht aus einem verwürfelten Digitalsignal, in das periodisch wiederkehrende Abschnitte eingefügt sind, die durch eine Reihe von aufeinander­ folgenden gleichen Bits markiert sind und deren Dauer für das Kennungssignal charakteristisch ist. Die Kennungs­ signale haben eine Bitfolgefrequenz von 34 Mbit/s und eine Wiederholfrequenz der periodisch wiederkehrenden Abschnitte von 22,5 kHz.

Ein erstes Kennungssignal enthält in den periodisch wieder­ kehrenden Abschnitten neun aufeinanderfolgende Nullbits, und ein zweites Kennungssignal enthält in den periodisch wiederkehrenden Abschnitten eine solche Anzahl von Null­ bits, daß die Abschnitte eine Dauer von 3 bis 10 µs haben, d. h. bei der angegebenen Bitfolgefrequenz etwa 102 bis 340 Nullbits.

Im Blockschaltbild nach Fig. 1 gelangt das digitale Ein­ gangssignal, das im Hinblick auf das Vorliegen eines Kennungssignals überprüft werden soll, auf den Eingang eines Zeitdiskriminators 1. Dieser Zeitdiskriminator spricht auf jede Serie von aufeinanderfolgenden Nullbits an, die lang genug ist, um für einen Abschnitt eines Kennungssignals charakteristisch zu sein. Da im normalen Eingangssignal wegen der Verwürfelung keine Nullfolgen mit mehr als fünf Nullbits vorkommen und da die Abschnitte des ersten Kennungssignals durch neun aufeinanderfolgende Null­ bits gekennzeichnet sind, ist der Zeitdiskriminator so eingestellt, daß er bei acht aufeinanderfolgend empfange­ nen Nullbits einen Ausgangsimpuls an einen nachge­ schalteten Frequenzdiskriminator 2 abgibt.

Der Frequenzdiskriminator 2, der im wesentlichen aus einem Parallelschwingkreis besteht, spricht auf solche Eingangsimpulse dann an, wenn sie sich mit der für Ken­ nungssignale vorgegebenen Periode wiederholen. In diesem Falle steigt seine Ausgangsspannung schnell an und über­ schreitet die Schwelle eines nachgeschalteten Komparators 3, der daraufhin ein die erfolgreiche Erkennung des Ken­ nungssignals anzeigendes Steuersignal an seinem Ausgang abgibt.

Soweit bisher beschrieben, bedeutet die Erfindung dadurch eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, daß das Kennungssignal nicht allein aufgrund der Periodizi­ tät irgendwelcher Abschnitte identifiziert wird, sondern daß zunächst im Zeitdiskriminator festgestellt wird, ob überhaupt welche Abschnitte vorliegen, die für Abschnitte eines Kennungssignals charakteristisch sind. In anderen Worten: Der Zeitdiskriminator bewirkt eine Vorselektion, so daß an die Selektivität des Frequenzdiskriminators nicht so hohe Ansprüche gestellt zu werden brauchen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung stellt der Zeit­ diskriminator nicht nur fest, ob ein für ein Kennungs­ signal charakteristischer Abschnitt im Empfangssignal vor­ liegt, sondern auch, ob ein als solcher erkannter Ab­ schnitt für das erste oder das zweite Kennungssignal charakteristisch ist. Dies geschieht dadurch, daß er den erzeugten Impuls, der, wie oben erwähnt, bei acht auf­ einanderfolgend empfangenen Nullbits beginnt, mit den letzten dieser Reihe von aufeinanderfolgend empfange­ nen Nullbits beendet.

Somit hat ein Ausgangsimpuls des Zeitdiskriminators 1 im Falle eines für das erste Kennungssignal charakteris­ tischen Abschnitts eine Dauer von 3 bis 10 µs minus der Dauer von 7 Bits.

Die Information darüber, auf welches der Kennungssignale ein vom Zeitdiskriminator an den Frequenzdiskriminator abgegebener Impuls hindeutet, ist also in der Impuls­ dauer enthalten.

Da die durch Impulse mit der vorgegebenen Wiederhol­ frequenz (22,5 kHz) bewirkte Ausgangsspannung des Fre­ quenzdiskriminators bei Impulsen mit längerer Dauer größer ist als bei Impulsen mit kürzerer Dauer, bewirkt der Frequenzdiskriminator eine Impulsdauer-Amplituden- Wandlung, so daß die Information über die Art des identi­ fizierten Kennungssignals nun durch die Höhe der Frequenz­ diskriminator-Ausgangsspannung gegeben ist.

Der Komparator 3 vergleicht nun die Höhe der Ausgangsspan­ nung mit vorgegebenen Bezugsspannungen und gibt im Falle des ersten Kennungssignals (niedrigere Ausgangsspannung) ein Steuersignal an seinem Ausgang A 1 und im Falle des zweiten Kennungssignals (höhere Ausgangsspannung) ein Steuersignal sowohl am Ausgang A 1 als auch an einem weiteren Ausgang A 2 ab.

Ein Ausführungsbeispiel der bisher beschriebenen Erfin­ dung zeigt die Fig. 2 in Form eines Stromlaufplans.

Das digitale Eingangssignal wird gegen Masse dem Eingang E zugeführt. Dieser Eingang E ist über einen Koppel­ kondensator C 1 zur Unterdrückung von Gleichstromanteilen des Eingangssignals mit der Basis eines Transistors T 1 verbunden, die durch eine zwischen dem positiven Pol +U einer Versorgungsspannungsquelle und Masse geschaltete Spannungsteilerschaltung aus Widerständen R 1 und R 2 vor­ gespannt ist.

Der Kollektor des Transistors T 1 ist über einen Kollektor­ widerstand R 3 mit dem positiven Pol +U der Versorgungs­ spannungsquelle verbunden, wogegen sein Emitter über einen Emitterwiderstand R 4 mit Masse verbunden ist. Diese Transistorschaltung, deren Ausgangsspannung die Kollektor­ spannung ist, wirkt als Invertierstufe für das Eingangs­ signal. Hat das über den Koppelkondensator C 1 auf die Basis des Transistors T 1 gekoppelte binäre Eingangs­ signal den Binärwert Null, d. h. eine niedrige Spannung, so sperrt der Transistor T 1 und hat dadurch eine hohe Kollektor-Ausgangsspannung. Wechselt dieses Eingangs­ signal auf den Binärwert Eins, d. h. auf eine höhere Spannung, so leitet der Transistor T 1 und hat dadurch eine niedrigere Kollektor-Ausgangsspannung.

Diese Kollektor-Ausgangsspannung wird über einen Koppel­ kondensator C 2 auf die Basis eines Transistors T 2 ge­ koppelt, der mit einem weiteren Transistor T 3 einen Emitterwiderstand R 5 hat, der mit Masse verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T 2 ist direkt und der Kollektor des Transistors T 3 über einen Kollektorwider­ stand R 6 mit dem positiven Pol +U der Versorgungsspan­ nungsquelle verbunden. Die Basis-Vorspannung des Tran­ sistors T 3 liefert ein Spannungsteiler, der aus drei in Reihe zwischen den positiven Pol +U der Versorgungsspan­ nungsquelle und Masse geschalteten Widerständen R 7, R 8 und R 9 besteht. Der Verbindungspunkt der Widerstände R 8 und R 9 ist zur Arbeitspunkteinstellung des Transistors T 2 über einen Widerstand R 10 mit dessen Basis verbunden, und die Basis des Transistors T 3 ist über einen Koppel­ kondensator C 3 wechselstrommäßig an Masse gelegt. Zwischen den Kollektor des Transistors T 3 und Masse ist ein Ladekondensator C 4 geschaltet.

Dieser Schaltungsteil funktioniert wie folgt: Beim Wechsel des binären Eingangssignals am Eingang E in den niedrigen Spannungszustand (Binärwert Null) erhöht sich, wie bereits erwähnt die Spannung, an der Basis des Transistors T 2, so daß dieser leitend wird. Dabei erhöht sich die Emitterspannung dieses Transistors T 2 bezogen auf Masse und wegen des gemeinsamen Emitterwiderstandes auch die auf Masse bezogene Emitterspannung des Tran­ sistors T 3. Dessen Basis-Emitterspannung wird somit kleiner, wodurch er gesperrt wird. In diesem Zustand, also bei einem Binärzustand Null am Eingang E, wird der Ladekondensator C 4 über den Kollektorwiderstand R 6 des Transistors T 3 geladen. Dieser Ladevorgang wird beendet, sobald der Zustand am Eingang E vom Binärzustand Null auf den Binärzustand Eins wechselt, was zur Umkehrung der beschriebenen Spannungszustände führt und den Transistor T 3 leitend werden läßt, so daß der Ladekondensator über diesen Transistor T 3 entladen wird.

Solange aber am Eingang E der Binärzustand Null besteht, dauert die Aufladung des Ladekondensators C 4 an. Seine Ladespannung wird in einer Schwellenwertschaltung mit einer Schwellenspannung verglichen, wobei die Zeit­ konstante der Kondensatoraufladung, (Produkt aus Wider­ standswert des Widerstands R 6 und Kapazität des Lade­ kondensators C 4) und die Schwellenspannung so gewählt sind, daß die Schwellenspannung nach acht aufeinander­ folgend empfangenen Nullbits überschritten wird.

Die Schwellenwertschaltung besteht aus zwei Transistoren T 4 und T 5, deren Emitter über einen gemeinsamen Emitter­ widerstand R 10 mit Masse verbunden ist. Die Basisspan­ nung des Transistor T 4 ist die auf Masse bezogene Lade­ spannung des Ladekondensators C 4, und die Basis-Vorspan­ nung des anderen Transistors T 5, also die Schwellenspan­ nung der Schwellenwertschaltung, liefert ein Spannungs­ teiler, der aus zwei in Reihe zwischen den positiven Pol +U der Versorgungsspannungsquelle und Masse ge­ schalteten Widerständen R 11 und R 12 besteht. Die Basis des Transistors T 5 ist über einen Koppelkondensator C 5 wechselstrommäßig an Masse gelegt. Der Kollektor des Tran­ sistors T 4 ist direkt und der Kollektor des Transistors T 5 über eine Spule S 1 mit dem positiven Pol +U der Ver­ sorgungsspannungsquelle verbunden. Die Spule S 1 bildet zusammen mit einem ihr parallel geschalteten Kondensa­ tor C 6 einen Parallelschwingkreis, dessen Resonanzfre­ quenz auf die vorgegebene Wiederholfrequenz der im Ken­ nungssignal periodisch wiederkehrenden Abschnitte abge­ stimmt ist.

Mit Bezug auf das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild läßt sich der Parallelschwingkreis als Frequenzdiskri­ minator und der ihm vorgeschaltete Schaltungsteil als Zeitdiskriminator bezeichnen.

Die Schwellenwertschaltung im Zeitdiskriminator arbeitet wie folgt: Solange die Ladespannung des Ladekondensators, also die Basisspannung des Transistors T 4 niedriger ist als die Basisspannung des Transistors T 5, sperrt der Transistor T 4, und durch den Transistor T 5 fließt Strom aus der Versorgungsspannungsquelle über die Spule S 1. Sobald die erste dieser Spannungen die letztere über­ schreitet, d. h. sobald nacheinander acht Nullbits empfangen worden sind, wird der Transistor T 4 leitend und der durch den Transistor T 5 und damit durch die Spule S 1 fließende Strom gesperrt. Der Strom durch die Spule S 1 und den Transistor T 5 setzt erst wieder ein, wenn die hohe Spannung am Ladekondensator wieder ver­ schwindet, was nach dem oben beschriebenen am Ende der empfangenen Folge von Nullbits der Fall sein wird.

Falls solche Unterbrechungen mit einer der Resonanzfre­ quenz des Schwingkreises gleichen Wiederholfrequenz auf­ treten, regen sie den Schwingkreis zum Schwingen an und kommen somit in ihrer Wirkung Stromimpulsen gleicher Dauer gleich, die mit derselben Wiederholfrequenz auftreten.

Somit gibt der Zeitdiskriminator jeweils bei einer Folge von empfangenen Nullbits, die durch ihre Länge für einen Abschnitt eines Kennungssignals charakteristisch ist, (weil sie aus mindestens acht Nullbits besteht), einen Stromimpuls, dessen Impulsdauer der Länge der empfangenen Folge von Nullbits entspricht, an den Frequenzdiskriminator.

Dabei ist eine kürzere Impulsdauer für Abschnitte des ersten Kennungssignals und eine längere für Abschnitte des zweiten Kennungssignals charakteristisch.

Da Stromimpulse unterschiedlicher Dauer, vorausgesetzt sie treten mit einer der Resonanzfrequenz gleichen Wiederholfrequenz auf, im Schwingkreis eine unterschied­ liche Amplitude der durch sie angeregten Schwingung be­ wirken, sind die beiden Kennungssignale aufgrund der Amplitude der im Schwingkreis angeregten Schwingung von­ einander unterscheidbar.

Zum Zwecke der Amplitudenunterscheidung ist der Schwing­ kreis über eine induktive Anzapfung an einen Komparator gekoppelt. Die induktive Anzapfung besorgt eine Spule S 2, die zusammen mit der Schwingkreisspule S 1 einen Über­ trager bildet und deren Anschlüsse über einen Lastwider­ stand R 13 miteinander verbunden sind. Der eine Anschluß der Spule S 2 ist über einen Koppelkondensator C 7 wechsel­ strommäßig an Masse gelegt, der andere Anschluß ist über einen Widerstand R 15 mit dem einen Eingang eines Komparators V 1 und über einen Widerstand R 16 mit dem einen Eingang eines Komparators V 2 verbunden. Am anderen Eingang der beiden Komparatoren liegt jeweils eine Bezugs­ spannung, die an einem Spannungsteiler abgegriffen wird, wobei am Komparator V 1 eine niedrigere und am Komparator V 2 eine höhere Bezugsspannung liegt. Die Bezugsspannungen liefert ein Spannungsteiler, der aus einer zwischen den positivem Pol +U der Versorgungsspan­ nungsquelle und Masse geschalteten Reihenschaltung von Widerständen R 17, R 18, R 19 und R 20 besteht. Wechselstrom­ mäßig sind die beiden Eingänge der Komparatoren, an denen eine Bezugsspannung liegt, über Koppelkondensa­ toren C 8 und C 9 auf Masse gelegt. Die Ausgänge der Ope­ rationsverstärker sind über jeweils einen Widerstand R 21 bzw. R 22 mit dem positiven Pol +U der Versorgungsspan­ nungsquelle verbunden, damit in dem Zustand, in dem die Eingangsspannung niedriger als die Bezugsspannung ist, am Ausgang eine definierte Spannung herrscht.

Erscheint nur am Ausgang A 1 des Komparators V 1 ein Ausgangssignal in Form einer gegenüber der definierten Spannung, niedrigerern Spannung, so bedeutet dies, daß das digitale Eingangssignal des Eingangs E der beschriebenen Schaltungsanordnung als das erste Kennungssignal identifiziert ist. Erscheint aber an beiden Ausgängen A 1 und A 2 der Komparatoren V 1 und V 2 ein solches Ausgangssignal, so bedeutet dies, daß das digitale Eingangssignal als das zweite Ken­ nungssignal identifiziert ist. Diese Ausgangssignale werden als Steuersignale zum Auslösen verschiedener Schalt­ funktionen für die Fehlerortung in einer nicht gezeigten Fehlerortungsschaltung verwendet.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zum Erkennen eines Kennungssignals in Form eines digitalen Signals, das periodisch wiederkehrende Abschnitte mit vorgegebener Dauer und vorgegebenem Bitmuster enthält, mit einem Frequenzdiskriminator, der auf die Periodizität der periodisch wiederkehrenden Abschnitte anspricht und von dessen Ausgangsspannung ein dem empfangenen Kennungssignal entsprechendes Steuersignal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bitmuster in Form einer Reihe von aufeinanderfolgenden gleichen Bits dem Frequenzdiskriminator (2) ein Zeitdiskriminator (1) vorgeschaltet ist, der ausschließlich dann anspricht und einen Impuls an den Frequenzdiskriminator (2) gibt, wenn während einer Zeitdauer, die für einen Abschnitt eines Kennungssignals charakteristisch ist, gleiche aufeinanderfolgende Bits empfangen worden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zeitdiskriminator (1) dem Impuls eine Dauer gibt, die der Dauer des Empfangs von aufeinander­ folgenden gleichen Bits entspricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Frequenzdiskriminator (2), wenn die ihm zugeführten Impulse sich mit der für ein Kennungs­ signal charakteristischen Wiederholungsfrequenz wieder­ holen, eine Ausgangsspannung liefert, deren Höhe der Dauer dieser Impulse und damit der Dauer der periodisch wiederkehrenden Abschnitte des Kennungssignals ent­ spricht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Frequenzdiskriminator (2) ein Kompa­ rator (3) nachgeschaltet ist, der durch Vergleich der Frequenzdiskriminator-Ausgangsspannung mit vorgegebenen Bezugsspannungen verschiedene durch unterschiedlich lange Abschnitte gekennzeichnete Kennungssignale von­ einander unterscheidet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitdiskrimi­ nator (1) einen Schaltungsteil (T 2, T 3, R 5, C 3, C 4, R 6 bis R 9) enthält, der eine der Dauer des einen Binärzustandes des Eingangssignals proportionale Spannung erzeugt und eine Schwellenwertschaltung (T 4, T 5, R 10, R 11, R 12, C 5), die aufgrund dieser Spannung die Impulse für den Frequenz­ diskriminator (C 6, S 1) erzeugt, wobei diese Impulse jeweils beginnen, wenn die Spannung den Schwellenwert überschreitet und enden, wenn die Spannung den Schwellenwert unter­ schreitet.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Spannung erzeugende Schaltungs­ teil einen über einen Widerstand (R 6) aufladbaren Lade­ kondensator (4) aufweist, der aufgeladen wird, sobald und solange das Eingangssignal (E) den einen Binärzu­ stand aufweist und entladen wird, wenn dieser eine Binärzustand auf den anderen wechselt, und daß die Lade­ spannung des Ladekondensators (4) die Eingangsspannung der Schwellenwertschaltung (T 4, T 5, R 10, R 11, R 12, C 5) ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Kennungssignalen, deren Abschnitte durch mindestens neun aufeinanderfolgende gleiche Bits markiert sind, die Zeitkonstante für die Aufladung des Ladekondensators (C 4) und der Schwellenwert der Schwellen­ wertschaltung derart gewählt wird, daß die Schwelle bei acht aufeinanderfolgend empfangenen gleichen Bits über­ schritten wird.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdis­ kriminator (2) ein Parallelschwingkreis (C 6, S 1) ist, dessen Ausgangsspannung durch induktive Anzapfung dem nachgeschalteten Komparator (3) zugeführt wird.