DE3424327A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur bestimmung der einhuellenden von signalkomponenten eines mehrfrequenzcodierten wahlzeichens - Google Patents

Description

• Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung
• der Einhüllenden von Signalkomponenten eines mehrfrequenzcodierten Wahlzeichens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Einhüllenden von Signalkomponenten eines mehrfrequenzcodierten Wahlzeichens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Aus der DE-OS 27 56 251 ist ein Verfahren zum Erkennen von mehrfrequenzcodierten digitalisierten Fernmeldesignalen (mehrfrequenzcodierten Wahlzeichen) bekannt. Mittels eines Digitalempfängers (Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfänger) werden durch Korrelation des abgetasteten, mehrfrequenzcodierten Wahlzeichens mit Bezugsfrequenzen die Einhüllenden der Signalkomponenten bestimmt, ein Leistungsvergleich der Einhüllenden durchgeführt und die Einhaltung vorgegebener Zeitbedingungen überprüft. Der Vergleich der Ausgangssignale der Korrelatoren wird von einem Mikrorechner durchgeführt, welcher diese mit einer im Mikrorechner gespeicherten festen Schwelle oder mit einer adaptiven Schwelle vergleicht. Zur Durchführung der Korrelation mit den Bezugsfrequenzen müssen die entsprechenden Schwingungszüge im Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfänger entweder unmittelbar erzeugt oder vorab berechnet werden, wozu eine Vielzahl von Abtastwerten dieser Schwingunqszüqe gespeichert werden muß. Die bei der Korrelation entstehende Vielzahl an Produkten aus Abtastwerten des Signals und der Rezugsschwingung muß gefiltert werden, um Modulationsprodukte bei Vielfachen der Signalfrequenz zu trennen. Für die Bestimmuna der Einhüllenden der Frequenkomponenten (Signalkomponenten) wird die Korrelation sowohl für die Sinusfunktion als auch für die Kosinusfunktion der jeweiligen Bezugsfrequenz durchgeführt.
• Das aus der DE-OS 27 56 251 bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, daß eine Vielzahl von Multiplikationen bei der Korrelation erforderlich ist und daß die dabei entstehenden Produkte aefiltert werden müssen, damit die Einhüllende bestimmt werden kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Einhüllenden von Frequenzkomponenten (Signalkomponenten) eines mehrfrequenzcodierten Signalzeichens anzugeben, wobei keine Korrelation der Signalkomponenten mit einer Vielzahl von gespeicherten Abtastwerten von Bezugsschwinoungen und keine zusätzliche Filterung der Korrelationsprodukte erforderlich sind.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Die Vorgabe der Koeffizienten des Quadraturresonators ist auf einfache Art und Weise durch die Festlegung der Resonanzfrequenz und die gewünschte Güte des Resonators möglich.
• Die Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens erfordert einen geringen Aufwand an Mitteln, insbesondere sind nur zwei Zustandsspeicher (Register) erforderlich.
• Ausführungsformen der Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher beschrieben und erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen digitalen Mehrfrequenzcode-rahlzeichenempfänger mit Einhüllenden-Berechnunq, Fig. 2 einen Quadraturresonator und Fig. 3 die am Ausgang des erfindungsgemäßen Quadraturresonators auftretende Einhüllende.
• Fig. 1 zeigt die Anordnung des erfindungsgemäßen Quadraturresonators z.B. QR1 im Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfänger MFE zwischen einem Bandpaßfilter z.B. BPU, welchem das mehrfrequenzcodierte Wahlzeichen s(k) zugeführt wird, und einer Auswerteschaltung AWS, welche den Leistungsvergleich der mittels der Quadraturresonatoren QRi bestimmten Einhüllenden Ei(k) der Signalkomponenten durchführt und die Einhaltung vorgegebener Zeitbedingungen des mehrfrequenzcodierten Wahl zeichens s(k) überprüft (zur Kennzeichnung der Abtastzeitpunkte t=k.T, wobei T das Abtastintervall hezeichnet, wird vereinfachend nur das Argument k verwendet; k ist ganzzahlig).
• Mehrfrequenzcodierte Wahlzeichen, d.h. Wechselstrosiqnale, werden in Fernsprechwählvermittlungsanlagen zur Übertragung der Wahlzeichen von einer Teilnehmerstation zur Vermittlungsstelle verwendet. Bei Tastwahlapparaten (Teilnehmerstation) werden beim Tastendruck mittels eines Mehrfrequenzsenders zwei sinusförmige Schwingungen vorgegebener Frequenz und Amplitude erzeugt. Diese beiden Schwingungen werden überlagert und über die Teilnehmeranschlußleitung im Sprachband zur Vermittlungsstelle übertragen. Dort werden diese im Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfänger MFE erkannt, ausgewertet und die dabei entstehenden Zeichen Z dienen zur Steuerung des Verbindungsaufbaus zum gerufenen Teilnehmer.
• Die mehrfrequenzcodierten Wahlzeichen s(k) bestehen aus einer Signalfrequenz aus einer unteren Signalfreauenzgruppe (697 Hz, 770 Hz, 852 Hz, 941 Hz) sowie einer Signalfrequenz aus einer oberen Signalfreouenzgruppe (1209 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz, 1633 Hz). Durch diese Verknüpfung der Signalfrequenzen der unteren und oberen Frequenzgruppe können bis zu 16 Wahl zeichen erzeugt werden. Die Trennung zwischen Signalkomponenten der unteren und oberen Frequenzgruppe wird mittels Bandpaßfilter BPu und BPo vorgenommen.
• Damit der Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfänger MFE, angeordnet in der Vermittlungsstelle, Wahlzeichen s(k) möglichst sicher erkennt und Störsignale wie Rauschen, Impulse und Sprachsignale eliminiert, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Quadraturresonator QR zur Gewinnung der Einhüllenden E(k) der Signalkomponenten angewandt. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind für die Ausführungsform mit acht verschiedenen Signalfrequenzen im Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfänqer MFE acht Quadraturresonatoren QRi (i = 1...8) erforderlich, welche zueinander parallel angeordnet sind. Da die interne Struktur der Quadraturresonatoren QRi zueinander identisch ist, ist für die folgende Beschreibung zur Vereinfachung der Laufparameter i weggelassen worden.
• Die Koeffizienten cO und c1 des in der Fig. 2 dargestellten Quadraturresonators QR werden beim erfindungsgemäßen Verfahren so eingestellt, daß die Resonanzfrequenz jeweils bei einer der Signalfrequenzen des mehrfrequenzcodierten Wahlzeichens s(k) liegen.
• Der Quadraturresonator QR besteht al1s einem Bandpaßfilter BP, einem nachgeschalteten Quadraturnetzwerk QN und einer diesem nachgeschalteten Verknüpfungsschaltuno VS. Mit Hilfe des Bandpaßfilters BP wird die Frequenzkomponente einer Sisnalfrequenzoruppe separiert. Mittels des Quadraturnetzwerks QN wird aus einer einzelnen Komponente yc(k) = cosi.k die zugehöriae Quadraturkomponente ys(k) = sin Qi.k erzeugt. Durch Quadrieren und Addition der am Ausgang des Ouadraturnetzwerks QN auftretenden Quadraturkomponenten y5(k) und yc(k) in der Verknüpfunosschaltung VS wird die Einhüllende E(k) bestimmt.
• Das Bandpaßfilter BP ist ein einfaches Filter zweiten Grades in der zweiten kanonischen Form.
• Am Eingang des Bandpaßfilters BP ist ein erster Multiplizierer Ml angeordnet, der das anliegende Signal su(k) bzw. sO(k) mit einem ersten Koeffizienten vr gewichtet. Der erste Koeffizient Vr ist so gewählt, daß die Verstärkung des Bandpaßfilters BP bei der Resonanzfrequenz gleich eins ist.
• Der Ausgang des ersten Multiplizierers M1 ist mit einem Eingang eines ersten Addierglieds Al verbunden, dessen weiterer Eingang mit einem Ausgang eines zweiten Addierglieds A2 verbunden ist. Die am Ausgang des ersten Addierolieds A1 entstehende Abtastfolge yc(k+2) wird zwei in Serie geschalteten Verzögerungsgliedern V1 und V2 (Zustandsspeicher des Quadraturresonators) zugeführt. Die Ausgänge der beiden Verzögerungsglieder V1 und V2 sind mit jeweils einem Multiplizierer M2 und M3 verbunden, deren Ausgänge mit jeweils einem Eingang des zweiten Addierglieds A2 verbunden sind.
• Die Einstellung des Bandpaßes BP auf die Resonanzfrequenz Qi erfolgt über die Koeffizienten C1 und co: - cl = 2*R*cos Qi - Co = -R2 Mit R ist der Polradius und mit Qi der Polwinkel bezeichnet.
• Zur Durchführung der Quadratur werden Signale innerhalb des Bandpaßfilters BP abgegriffen und dem Quadraturnetzwerk QN zugeführt.
• Die Abtastfolge yc(k+l) am Ausgang des ersten Verzogerungsgliedes V1 des Bandpaßfilters BP wird zusammen mit dem Koeffizienten a1 einem im Quadraturnetzwerk QN angeordneten vierten Multiplizierer M4 zugeführt. Die Abtastfolge yc(k) am Ausgang des zweiten Verzogerungsgliedes V2 des Bandpaßfilters BP wird zusammen mit dem Koeffizienten a2 einem im Quadraturnetzwerk QN angeordneten fünften Multiplizierer M5 zugeführt.
• Die Ausgänge der Multiplizierer M4 und M5 werden auf die Eingänge eines im Quadraturnetzwerk QN angeodneten dritten Addiergliedes A3 geführt, an dessen Ausgang die zu yc(k) gehörige Quadraturkomponente ys(k) anliegt.
• Zur Berechnung der Einhüllenden E(k) in der VerknüpfugsschaltungVS werden die mittels eines sechsten und siebten Multiplizierers M6 und M7 quadratierten Signale y52(k) und yc2(k) auf ein viertes Addierglied A4 geführt. An dessen Ausgang steht das Quadrat der Einhüllenden, E2(k) = y52(k) + yc2(k), an.
• Um die zur Signalkomponente yc(k)=cosQ ik zugehörige Quadraturkomponente ys(k) = sin Qik zu erzeugen, muß folgende Bedingung erfüllt werden: (1) al*yc(k+l) + a2*yc(k) = Ys(k) (2) al*cos (#i*(k+1)) + a2*cos (#i*k) = sin (#i*k) Aus dieser Forderung ergeben sich die Koeffizienten al und a2 zu -1 (3) al = ------ und sini i cos #i (4) a2 = ------sin #i Wie aus den Gleichungen (1) bis (4) hervorgeht, sind für die Durchführung der Verknüpfungen im Quadraturresonator QR lediglich vier Bezugswerte (Koeffizienten) (co, c1, a1, a2) und nicht der gesamte Schwingungszug erforderlich. Die zur Bildung der Quadraturkomponenten ys(k) und yc(k) erforderlichen Abtastwerte yc(k) und yc(k+l) sind in den Zustandsspeichern (Verzo"gerungsglieder V1, V2) bereits vorhanden.
• Wie aus Fig. 3 hervorgeht, tritt am Ausgang des Quadraturresonators QR die Einhüllende E(k) auf, wenn die Signalkomponente s(k) mit der Frequenz mit der Resonanzfrequenz Qi übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, so treten in der Einhüllenden E(k) höherfrequente Anteile auf, welche durch Filtern der Einhüllenden E(k) unterdrückt werden können. Dadurch können Amplitudenstreuungen in der Umgebung der Resonanzfrequenz Qi unterbunden werden. In Fig. 3 sind in Ordinatenrichtung die Amplituden der Signale s(k), E1(k), sU(k), Es(k) und so(k) und in Abszissenrichtung die Abtastzeitpunkte k.T (T=250ps) aufgetragen.
• - L e e r s e i t e

Claims (6)

1. Patentansprüche Verfahren zur Bestimmung der Einhüllenden von Signalkomponenten eines mehrfrequenzcodierten Wahl zeichens mittels eines Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfängers, welcher die Einhüllende für jede Signalfrequenz des mehrfrequenzcodierten Wahlzeichens bestimmt, für die Signalfrequenzen untereinander einen Leistungsvergleich durchführt und die Einhaltung vorgegebener Zeitbedingungen der mehrfrequenzcodierten Wahlzeichen überprüft, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Quadraturresonators, dessen Koeffizienten (a1, a2, cg, c1) so eingestellt werden, daß die Resonanzfrequenz (Ri) jeweils bei einer Frequenz Q i der Signalkomponenten (yi(k)) des mehrfrequenzcodierten Wahlzeichens (s(k)) liegt.
2. 2. Schaltungsanordnung in Form eines Quadraturresonators, welcher in dem Mehrfrequenzcode-Wahlzeichenempfänger zwischen einem Bandpaßfilter und der Auswerteschaltung angeordnet ist, zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quadraturresonator aus einem Bandpaßfilter (BP), einem nachgeschalteten Quadraturnetzwerk (QN) und einer diesem nachgeschalteten Verknüpfungsschaltung (VS) besteht, wobei mit Hilfe des Bandpaßfilters (BP) die Trennung der Signalkomponenten einer Signalfrequenzgruppe durchgeführt wird, mittels des Quadraturnetzwerks (QN) aus den einzelnen Signalkomponenten (yi(k)) die zugehörigen Quadraturkomponenten (YSi(k) yci(k)) erzeugt und durch Quadrieren und Addition der Quadraturkomponenten (YSi(k) yci(k)) die Einhüllende (Ei(k)) bestimmt wird.
3. 3. Quadraturresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandpaßfilter (BP) ein rekursives Filter in der zweiten kanonischen Form ist und daß das Quadraturnetzwerk (QN) eine Linearkombination der Zustandsgroßen bildet.
4. 4. Quadraturresonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandpaßfilter (BP) ein einfaches rekursives Filter zweiten Grades ist und daß ein einfaches Quadraturnetzwerk (QN) mit zwei Koeffizienten (al, a2) verwendet wird.
5. 5. Quadraturresonator nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem am Eingang des Bandpaßfilters (BP) angeordneten ersten Multiplizierer (M1) das mehrfrequenzcodierte Wahlzeichen (s(k)) und ein erster Koeffizient (vr) zugeführt werden, wobei der erste Koeffizient (vr) so gewählt ist, daß die Verstärkung des Bandpaßfilters (BP) bei der Resonanzfrequenz eins ist, daß der Ausgang des ersten Multiplizierers (M1) mit einem Eingang eines ersten Addierglieds (Al) verbunden ist, dessen weiterer Eingang mit einem Ausgang eines zweiten Addiergliedes (A2) verbunden ist, daß die am Ausgang des ersten Addiergliedes (A1) auftretende Abtastfolge (yc(k+2)) auf zwei in Serie geschaltete Verzögerungsglieder(V1, V2) und die Ausgänge der Verzögerungsglieder (V1, V2) auf jeweils einen Multiplizierer (M2, M3), deren Ausgänge mit jeweils einem Eingang des zweiten Addierglieds (A2) verbunden sind, geführt werden und daß dem zweiten Multiplizierer (M2) ein aus der Resonanzfrequenz (Qi) abgeleiteter erster Koeffizient (-c1)und dem dritten Multiplizierer (M3) ein dritter Koeffizient (-cg) zugeführt werden.
6. 6. Quadraturresonator nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfolge (yc(k+l)) am Ausgang des ersten Verzögerungsglieds (V1) des Bandpaßfilters (BP) einem Eingang eines im Quadraturnetzwerk (QN) angeordneten vierten Multiplizierers (M4) und die Abtastfolge (yc(k)) am Ausgang des zweiten Verzögerungsglieds (V2) des Bandpaßfilters (BP) einem Eingang eines im Quadraturnetzwerk (QN) angeordneten fünften Multiplizierers (M5) zugeführt werden, daß dem vierten Multiplizierer (M4) und dem fünften Multiplizierer (M5), deren Ausgänge jeweils mit einem Eingang eines im Quadraturnetzwerk (QN) angeordneten dritten Addierglieds (A3) verbunden sind, jeweils ein Koeffizient (al, a2) zugeführt wird, das der Ausgang des dritten Addierglieds (A3) mit beiden Eingängen eines in der Verknüpfungsschaltung (VS) angeordneten sechsten Multiplizierers (M6) und der Ausgang des zweiten Verzögerungsglieds (V2) mit beiden Eingangen eines siebten Multiplizierers (M7) verbunden ist und daß die Ausgänge der Multiplizierer (M6, M7) einem in der Verknüpfungsschaltung (VS) angeordneten vierten Addierglied (A4) zugeführt werden, an dessen Ausgang das Quadrat der Einhüllenden (Ei(k)) auftritt.