Wechselstrom-Signalisier ungsanlage. Die Erfindung bezieht sich auf Wechsel strom-Signalisierungsanlagen, wie sie bei spielsweise für die Tonfrequenz-Signalisie- rung über Telephonleitungen verwendet wer den.
Bei der erfindungsgemässen Anlage, in welcher Signale durch Ströme mit einer Mehrzahl von gleichzeitig einer Leitung zu geführten Frequenzen übertragen werden und in welcher die Signalempfangsausrüstung eine Energiebegrenzungsvorrichtung auf weist, wirkt die Energiebegrenzungsvorrich- tung so, dass die Signalempfangsausrüstung über den ganzen normalen Bereich der zu empfangenden Signalpegel eine konstante Ausgangsleistung gibt, und dass wenigstens die halbe Ausgangsleistung der genannten Vorrichtung reiner Signalstrom sein muss,
um einen wirksamen Signalempfang zu ermög- liehen.
Es ist bekannt, in Anlagen der oben er wähnten Art Mittel vorzusehen, die die Be tätigung einer Signalempfangsvorrichtung durch elektrische Ströme verhindern, welche gewisse, durch alle richtigen Zeichen einge haltenen Grenzen nicht einhalten.
Gewöhnlich werden sogenannte Schutz- stromkreise vorgesehen, welche zur Wirkung kommen, sobald Strom gewisser Stärke mit anderer als Signalfrequenz empfangen wird, um die Betätigung der Empfangseinrichtung durch gleichzeitig ankommenden Signalfre- quenzstrom zu verhindern. Solche Schutz stromkreise arbeiten gewöhnlich, wenn Strom anderer als Signalfrequenz mit einem be stimmten oder darüber liegenden Pegel emp fangen wird, ungeachtet dem Pegel,
welchen gleichzeitig eintreffende Signalströme auf weisen. Wenn daher der Schutzstromkreis genügend empfindlich gemacht wird, um die Betätigung des Empfängers durch Sprech ströme mit niedrigem Pegel und einer Sig- nalfrequenzkomponente zu verhindern, so verhindert er auch den wirksamen Empfang starker Signale, falls diese von Geräusch strom, das heisst Strömen anderer als Signal- frequenz, mit verhältnismässig niedrigem Pegel begleitet sind.
Eine bekannte Empfangseinrichtung ar beitet so, dass sie, wenn jedes Signal zwei oder mehr Frequenzen umfasst, auf das Sig nal anspricht, sobald der Strom jeder ein zelnen Frequenz mit einem bestimmten mini malen oder darüber liegenden Pegel empfan gen wird. Ströme mit einer Signalfrequenz mit hohem Pegel und mit wenigstens einer weiteren Signalfrequenz mit verhältnismässig niedrigem Pegel können daher die Emp fangseinrichtung noch betätigen, so dass der Empfänger auch dann noch wirksam arbei tet, wenn die lFrequenzpegel schwanken, vor ausgesetzt, dass sie über .dem genannten i42ini- mum liegen.
Dieser Zustand kann beispielsweise der art zustandekommen, dass in Sprechströmen beide Signalfrequenzen mit stark verschie denen Pegeln vorkommen. Die Anlage gemäss vorliegender Erfindung kann so ausgeführt werden, dass die Signalempfangseinrichtung dann Signale wirksam empfangen kann, wenn alle Signalfrequenzen gleichzeitig und mit Pegeln empfangen werden, die nur inner halb bestimmter Grenzen voneinander ver schieden sind.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes werden Signale mit zwei Frequenzen gleicher Leistung über mittelt. Die Signalempfangsausrüstung wird dann zweckmässig derart ausgeführt, dass sie unter Berücksichtigung der durch die Lei- tungscharakteristiken und durch die inner halb des Empfängers selbst auftretenden nor malen Änderungen nur auf solche Signale anspricht.
Ferner wird die Ausrüstung zweckmässig derart ausgebildet, dass in Ab weichung von den früheren Signalisierungs- anlagen eine Unterscheidung zwischen den Signalströmen und den Sprechströmen er folgt, welche nicht von einer Zeitdimension abhängt, indem die Signalempfangsaus- rüstung ohne nennenswerte Verzögerung ar beitet. Bei früheren Empfängerarten wurden zur Unterscheidung die Frequenz oder die Wellenform herangezogen, und es waren einige 100 Millisekunden nötig, bevor der Empfänger entscheiden konnte, ob das Kri terium zutrifft oder nicht.
Es wäre jedoch möglich, das Energiever hältnis der Signalkomponenten anders als auf Gleichheit festzulegen, da es sehr un wahrscheinlich ist, dass ein praktisch kon stantes Energieverhältnis bei Geräusch- oder Sprechströmen während längerer Zeit be stehen kann. Es ist jedoch vorteilhaft, den zulässigen Bereich der relativen Pegel der Frequenzkomponenten irgend eines Signals verglichen mit dem Gesamtbereich der abso luten Energiepegel, über den der Empfänger arbeitet, klein zu halten.
Zum Beispiel arbeitet ein weiter unten beschriebener Empfänger bei Änderungen der gesamten in den Empfänger eintretenden Leistung im Verhältnis 1000 :1 befriedigend, vorausgesetzt; da.ss das Leistungsverhältnis innerhalb den Grenzen 11/2 :1 oder 2:1 bleibt. Auf diese Weise wird der Empfänger für richtige Signale wirksam, deren Pegel irgendwo innerhalb des in der Praxis zu er wartenden Bereiches liegt.
Es sollen nun die Energieverhältnisse betrachtet werden, welche für praktische Ausführungen der Erfindung angewendet werden können. Die Dämpfungsfrequenz- charakteristik einer durchschnittlichen Tele- phonleitung ändert während langer Perioden sehr wenig, so dass durch geeignete Einstel lung des relativen Sendepegels der Signal frequenzen gewährleistet werden kann, dass die Komponenten eines 111ehrfachfrequenz- signals mit nahezu genau gleichen Pegeln empfangen werden, obschon natürlich der absolute Wert dieser Pegel beträchtlich ändern kann.
In den später anhand der Zeichnung be schriebenen vorzugsweisen Ausführungsfor men der Erfindung, die für Zweifrequenz signale eingerichtet sind, könnte die Aus gangsenergie des Energiebegrenzers bei idea len Verhältnissen genau auf den zweifachen Betrag der zur Betätigung eines von zwei frequenzabhängigen Relais nötigen Minimal- energie eingestellt werden. Die Empfangs- ausrüstung würde dann auf ein Signal an sprechen, vorausgesetzt, dass keine andern Frequenzen vorhanden sind.
In der Praxis muss eine gewisse Toleranz zugelassen wer den, da die Einstellung der Relais mit der Zeit etwas ändert, und da während dem Empfang eines Signals ein gewisser Ge räuschstrom vorhanden sein kann. Es hat sich bei den oben erwähnten Ausführungs formen gezeigt, dass eine Erhöhung von 25 bis 50 % der die Relais erreichenden, zu ihrer Betätigung minimal notwendigen Gesamt energie zulässig ist und trotzdem noch ein sehr guter Schutz gegen irrtümliches Arbei ten vorhanden ist. Dies bedeutet, dass die Austrittenergie der Begrenzungsvorrichtung auf den zweieinhalb- bis dreifachen Wert des zur Betätigung eines Relais erforder lichen Minimalbetrages eingestellt werden kann.
Häufig genügt es, die Signalisierungs- anlage so einzurichten, dass beide Frequen zen mit gleicher Energie ausgesandt werden, wobei man dem Empfänger eine etwas grö ssere Toleranz gibt, um der verschiedenen Dämpfung der Leitung und des Empfängers für diese beiden Frequenzen zu begegnen. Es kann jedoch in andern Fällen ratsam sein, die Sendepegel so einzustellen, dass die Fre quenzen mit gleichen Pegeln empfangen wer den, und die Begrenzungsvorrichtung erfor dert nur genügend Toleranz, um eventuelle Fabrikationsunterschiede verschiedener Lei tungen und der Empfangsausrüstung un wirksam zu machen.
Es ist aus dem Gesagten ersichtlich, dass die Toleranzen zweckmässigerweise dem Be trag der Änderung, welche in den einen Empfänger erreichenden Pegeln auftreten kann, und auch dem Betrag der Änderung der Charakteristiken eines jeden Empfängers angepasst werden.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist ein maximales Verhältnis der Geräusch energie zur Signalenergie von i/2 zulässig, doch würde ein solches von 1/, auch noch im Rahmen der Erfindung liegen.
Die Erfindung eignet sich besonders in Telephonanlagen zum Schutze gegen irrtüm liche Betätigung der Signalempfangsaus- rüstung durch Tonfrequenzzeichen. Die in Telephonanlagen benützten Tonfrequenzzei- chen weisen einen beträchtlichen Gehalt an Harmonischen auf und können aus diesem Grunde die verschiedenartigsten Signalemp fänger betätigen.
Wenn beispielsweise Freizeichenstrom an eine Leitung angeschlossen wird, so ist ge wöhnlich die Grundfrequenz dieses Stromes verglichen mit den Signalfrequenzen, auf welche die Empfangsausrüstung allein an sprechen soll, niedrig, doch können die Har monischen mit den Signalfrequenzen zusam menfallen. Bei einem solchen Meldestrom ist ferner gewöhnlich die Amplitude der Grund frequenz verglichen mit den Amplituden der *Harmonischen gross, so dass der Anteil der Signalfrequenzen an der die Energiebegren- zungsvorrichtung verlassenden Energie nur klein ist.
Daher wird, ungeachtet des abso luten Pegels des Meldestromes, von der Energiebegrenzungsvorrichtung nicht genü gend Signalfrequenzenergie abgegeben, um die Signalempfangsvorrichtung betätigen zu können.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Aus führungsbeispiele ausführlich beschrieben. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 und 2 je eine Zweifrequenz empfangsausrüstung.
Die Stromkreise der Fig. 1 und Fig. 2 sprechen auf Frequenzen von 600 und 750 Hertz an, wobei Abstand und Lage im Fre quenzband so gewählt sind, dass sie in den Sprechströmen nicht so lange auftreten kön nen, da.ss der Empfänger betätigt werden könnte.
Die Ausrüstung ist in erster Linie fü_ automatische Fernwahl und für den Emp fang von in der Form von Zweifrequenz signalen übermittelten Ziffern über die Lei tung, an die sie angeschlossen ist, bestimmt. Die Signale besitzen natürlich eine kleine Amplitude gegenüber den Sprechströmen, um Interferenz mit benachbarten Stromkreisen zu verhüten.
Die Fig. 1 zeigt einen abgestimmten Stromkreis, der über einen Ausgleichs- und Eingangsübertrager, welcher den Durchgang von Strömen aus der Amtsseite DS nach dem Stromkreis verhindert und den Eintritt von Signalen aus der Leitung LS erlaubt, mit der Fernleitung verbunden ist. Der Strom kreis enthält -C% erstärkerröhren V1 und V2, wobei letztere zusammen mit dem Gitter kondensator C und der Ableitung L als Ver stärker und LautstärkebegrenzungsvorTich- tung arbeitet.
Die Klemmen FB - und F'B -f- sind mit einer Heizbatterie zur Speisung der Heiz drähte der Röhren V1 und V2 verbunden, während die Anodenbatterie an die Klemme PB -I- angeschlossen ist.
Dieser Begrenzungsverstärker arbeitet wie folgt: Wenn dem Gitter der Röhre V2 eine durch ein Signal normaler Stärke bewirkte Gitterschwingung aufgedrückt wird, so fliesst während der positiven Spannungshalbwelle ein Gitterstrom. Während dieser Gitterstrom fliesst, werden die von der Kathode abgewor fenen Elektronen vom Gitter angezogen und laden den Kondensator C negativ. Am Ende der positiven Halbwelle ist die Gittervor- spannung der Röhre V2 um die Spannung erhöht, auf die der Kondensator aufgeladen worden ist.
Während der negativen Halb welle der aufgedrückten Spannung fliesst kein Gitterstrom, und der Kondensator C entlädt sich über die Ableitung L. Durch passende Wahl der Werte für die Ableitung L und den Kondensator C kann die Ent ladung klein gehalten werden. Wenn die aufgedrückte Spannung einen konstanten Be trag besitzt, dann wird während den aufein ander folgenden positiven Halbwellen der Kondensator noch mehr negativ geladen, bis ein Grenzzustand erreicht wird, bei welchem die Amplitude der aufgedrückten Spannung gleich der Gittervorspannung der Röhre ist.
In diesem Zustand fliesst kein Gitterstrom mehr, die Gittervorspannung bleibt konstant und die Röhre V2 befindet sich in einem Zustand, in welchem die Begrenzungsvor richtung ihre maximale Ausgangsleistung gibt.
Nachdem die Signale durch die Röhren V1 und V 2 verstärkt worden sind, gelangen sie über den Transformator T nach vier pa rallel geschalteten abgestimmten Stromkrei sen G1, G2,<B>81</B> und S2, von denen jeder über eine Gleichrichterbrückensclialtung BRl bis BR4 mit einer Relaiswicklung<I>GR,</I> JR und <I>HR</I> verbunden ist.
Die abgestimmten Stromkreise G1 und G2 und das mit zwei Wicklungen versehene Relais GR wirken als zusätzliche Schutzein- richtung. Die Stromkreise G1 und G2 sind auf die Frequenzen 500 Hertz bezw. 900 Hertz abgestimmt. Die eine oder andere die ser Frequenzen oder beide sind gewöhnlich im Sprechstrom vorhanden, und wenn daher gewöhnlicher Sprechstrom empfangen wird, wird das Relais GR aller Wahrscheinlichkeit nach aufziehen und den Stromkreis nach dem Leiter<I>IL</I> öffnen.
Wenn die empfangenen Signale die eine oder andere oder beide der von den Stromkreisen G1 und G2 durch gelassenen Frequenzen mit genügender Ener gie enthalten, so zieht das Relais GR auf und öffnet den Stromkreis der Empfangs- einrichtung nach der durch letztere gesteuer ten Relaisgruppe.
Wenn die Ausgangsleistung der Röhre 172 die Frequenzen 600 und 750, auf welche die Stromkreise<B>81</B> und 82 abgestimmt sind, mit genügend grossem Pegel enthält, so ziehen die Relais JR und<I>HR</I> auf, und falls Relais GR nicht erregt ist, wird der zur Impuls gabe dienende Draht geerdet, an den ein Gleichstromrelais IRl angeschlossen ist.
Die Begrenzungswirkung der Röhre V2 ist derart, dass die von dieser Röhre durch gelassene Leistung nicht mehr als dreimal grösser ist als jene, welche zur Betätigung jedes der Relais JR und<I>HR</I> genügt. Wenn daher in einem Überwachungssignal nur die Frequenzen 600 und 750 vorhanden sind, je doch das Energieverhältnis zwischen ihnen grösser als 2 : 1 ist, so wird nur eines der Relais JR und<I>HR</I> erregt, und es findet kein wirksamer Signalempfang statt.
Wenn andere Frequenzen gleichzeitig mit den Frequenzen 600 und 750 auftreten und einen wesentlichen Teil, das heisst mehr als ein Drittel, der von der Röhre V2 durchge lassenen Leistung bilden; und wenn dann die Amplituden der Signalfrequenzen gleich sind, so zieht weder das Relais JR noch das Re lais HR auf, obschon allerdings, wenn ihre Amplituden beträchtlich verschieden sind, eines der Relais aufziehen kann. Ein Grenz fall für richtiges Arbeiten ist der, dass das Signal rein und die Energie der das Relais Jll erreichenden Signalfrequenz für die Be tätigung dieses Relais gerade genügend stark ist, und dass der andere Signalfrequenz strom doppelt so gross ist, wie der erste Strom.
Im andern Grenzfall besteht die Austrittsleistung aus genau gleichen Teilen Geräuschstrom und Zweifrequenzsignalstrom, so dass die Relais JR und HR gerade noch aufziehen. Wenn ein beträchtlicher Ge räuschstrom vorhanden ist, dann müssen die Pegel der beiden Signalfrequenzen, wenn das Signal zur Wirkung kommen soll, annähernd gleich sein. Dies ist in der Praxis fast immer der Fall.
Das Relais JR ist ein rasch abfallendes, auf Impulse ansprechendes Relais und das Relais HR ein langsameres Relais, das keine empfindliche Einstellung erfordert. Es be steht keine Gefahr, dass die Wählimpulse durch Fremdströme, beispielsweise durch Sprechströme, gestört werden, und während der Impulsgabe ist daher der Kontakt des Relais<I>HR</I> durch die automatische Aus rüstung, welche ihm eine Erde anlegt, kurz geschlossen.
Auf diese Weise sind die Ar beitsvorgänge der an den Impulsgabeleiter <I>IL</I> angeschlossenen Ausrüstung während der Impulsgabe nur noch vom Relais IR aber nicht vom Relais HR abhängig, so dass, ob gleich Zweifrequenzwählimpulse gesendet werden, tatsächlich nur eine Frequenz wirk sam verwendet wird.
Beide Relais werden jedoch beim Empfang von ÜTberwachungs- signalen wirksam. Der Gitterkondensator C und die Ablei tung L der beschriebenen Stromkreise sind so bemessen, dass die Empfangsausrüstung durch eine plötzliche Spannungswelle von gegen über den Signalwellen erhöhter Amplitude gesperrt wird.
Der Kondensator C wird rasch durch die erste positive Halbwelle der hohen -Span nungswelle auf ein hohes negatives Poten tial aufgeladen, so dass die Gittervorspan- nung der Röhre V2 um einen solchen Be trag erhöht wird, dass die Röhre am Arbei ten verhindert wird. Während der darauf folgenden negativen Halbwelle wird der Kon densator über die Ableitung L teilweise ent laden. Im allgemeinen besitzt eine hohe Spannungswelle ihre grösste Amplitude an ihrem Anfang und nimmt dann rasch nach null ab.
Während der zweiten und den dar auffolgenden positiven Halbwellen der auf gedrückten Spannung fliesst daher kein 'Git terstrom, und der Kondensator C wird nicht weiter aufgeladen, sondern er entlädt sich weiter über die Ableitung L. Der Konden sator und die Gitterableitung können so be messen werden, dass die während der Span nungswelle dem Kondensator C erteilte Span nung während einem Zeitraum abgebaut wird, welcher verglichen mit dem Zeitraum für den Empfang eines andern Signals kurz ist.
Spannungswellen treten am ehesten am Anfang und am Ende der Wählimpulse auf. Wenn der Kondensator C so angeordnet ist, dass er mit in bezug auf das Ausschwingen der Spannungswelle genügender Geschwin digkeit entladen wird, so kehrt der Empfän ger genügend rasch in den für richtigen Empfang der Impulse erforderlichen Zustand zurück.
Es ist zu beachten, dass mit dem Begren zungsverstärker der Fig. 1 der zur Ver hütung des Empfanges eines Zeichens erfor derliche Pegel der ausserhalb des Signalisie- rungsbereiches liegenden Frequenzen mit dem Pegel des Signals selbst ändert, so dass Geräuschenergie mit niedrigem Pegel, wel- ehe den Empfang von Signalfrequenzen mit Pegeln gleicher Grössenordnung verhindert, den Empfang von Signalfrequenzen mit viel höherem Pegel nicht verhindert. Der Wert dieser Eigenschaft lässt sich am besten an hand eines bestimmten Falles betrachten.
Es sei angenommen, dass der Pegelbereich für Signalfrequenzen, innerhalb welchem der Empfänger arbeiten soll, von 0 bis - 20 db gehe. Im einen genügenden Schutz gegen Sprechströme zu bieten, muss der Empfänger bei ausserordentlichen Frequenzen mit einer Gesamtenergie von 6 db unterhalb dem Pegel der Signalfrequenzen ausser Wirkung gesetzt werden. Bisher wurde dies dadurch erreicht, dass man einen Stromkreis vorsah, welcher arbeitete, wenn der Pegel dieser Frequenzen gleich<B>-2,6</B> db war. Dies bedeutete, da.ss wenn der Pegel des Geräusches oder des Tones je - 26 db überschritt, der Empfän ger ausser Wirkung gesetzt wurde und bei einem richtigen Signal nicht arbeiten konnte.
Der Empfänger nach Fig. 1 ist so ge baut, dass Geräusche mit einem totalen Ener giepegel von - 26 db nur dann den Verlust eines Signals verursachen, wenn dieses Signal das Grenzpegel von - 20 db besitzt, das heisst, um 6 db über dem Geräuschpegel liegt. In ähnlicher Weise würde, wenn das Signal frequenzpegel den hohen Wert von - 10 db besitzt, das Geräusch, welches eine Störung verursachen könnte, ein Pegel besitzen müs sen, das um 6 db tiefer liegt, also den Wert von -16 db besitzt.
Die Ausrüstung ist insbesondere zum Schutze gegen Störungen durch Tonsignale in automatischen Telephonanlagen wertvoll. Die Pegel dieser Töne sind immer 8 bis 10 db geringer als das Signalisierungspegel, und solche Töne setzen einen Schutzstromkreis der bisher bekannten Art bei nahezu jeder Gelegenheit ausser Betrieb, während die an hand der Fig. 1 beschriebenen Stromkreise keine derartigen Störungen zeigen.
Die Abb. 2 zeigt einen Zweifrequenz- Signalempfaugsstromkreis, in welchem die Begrenzungseinrichtung in einer von der oben anhand der Fig. 1 beschriebenen etwas abweichenden Form zur Wirkung kommt, insofern als der Begrenzungsverstärker an dere als Signalfrequenzen in wesentlich stär kerem Masse verstärkt als die Signalfrequen zen selbst.
Der Eintrittsstrom geht wie bisher über einen Eingangstransformator 1T nach einer ersten Röhre V1, deren Anodenstromkreis die Primärwicklung 3, 4 eines Transformators T enthält. Die Sekundärwicklung 5, 6 ist mit dem Gitter einer zweiten Röhre V2 des Be grenzungsverstärkers verbunden.
Der Begrenzungsverstärker ist so ausge bildet, dass er eine konstante Ausgangslei stung gibt, von der die Hälfte von der Signal frequenz sein muss, um einen wirksamen Signalempfang zu ermöglichen.
Der Anodenstromkreis der Röhre I'2 ent hält die Primärwicklung eines Ausgangs transformators 0T, an dessen Sekundärwick lung abgestimmte Stromkreise L2, C2 und L4, C4 angeschlossen sind, die die Signal frequenzen über die Gleichrichterbrücken ssR3, BR4 nach den Relais HR und JR wei tergeben.
Eine dritte Wicklung 1, 2 des Transfor mators T ist in Reihe zu zwei parallel geschalteten Reihenresonanzstromkreisen L1, Cl und L3, C3 geschaltet, welche ähnlich wie die Stromkreise<I>L2,</I> C2 und<I>L4,</I> C4 abge stimmt sind. Diese abgestimmten Strom kreise bilden einen teilweisen gurzschluss zum Transformator bei Signalfrequenzen, so dass eine dem Gitter der Röhre V2 aufge drückte Spannung von Signalfrequenz klei ner ist, als wenn die dritte Wicklung nicht vorhanden wäre.
Wenn dem Empfänger nur Signalfre quenzen normaler Stärke zugeführt werden, so genügt die Verstärkung der Röhre V2 immer noch, um die Relais<I>HR.,</I> JR zu be tätigen. Wenn andere Frequenzen gleichzei tig mit den Signalfrequenzen vorhanden sind, so ist die diesen andern Frequenzen ent sprechende, dem Gitter der Röhre V2 aufge drückte Spannung im Vergleich zu der sie erzeugenden Eintrittsspannung wesentlich grösser als die Spannung für die Signalfre- quenzen, so dass am Austritt aus der Röhre V2 das Energieverhältnis der andern Fre quenzen und der Signalfrequenzen grösser ist als das Eintrittsverhältnis.
Die Ausrüstung wird als "Frequenzverzerrungsausrüstung" bezeichnet. Da die Begrenzungsvorrichtung die Gesamtausgangsleistung der Empfangs ausrüstung auf einem konstanten Wert hält, wird die Austrittsleistung für die Signalfre quenzen auf einen Wert herabgesetzt, der zur Betätigung der Relais<I>HP</I> und JP nicht genügt, wobei der Eintrittspegel für andere Frequenzen immer noch bedeutend niedriger ist als der Pegel der Signalfrequenzen. Auf diese Weise kann der Schutz gegen falsche Betätigung durch Sprechfrequenzströme er heblich erhöht werden. Es hat sich nämlich erwiesen, dass sehr selten eine Stimme zwei bestimmte Frequenzen aufweist, ohne dass ein geringer Energiebetrag anderer Frequen zen vorhanden ist.
AC signaling system. The invention relates to alternating current signaling systems, such as those used for audio frequency signaling via telephone lines, for example.
In the system according to the invention, in which signals are transmitted by currents with a plurality of simultaneously one line to conducted frequencies and in which the signal receiving equipment has an energy limiting device, the energy limiting device acts so that the signal receiving equipment over the entire normal range of the to be received Signal level gives a constant output power, and that at least half the output power of said device must be pure signal current,
to enable effective signal reception.
It is known to provide means in systems of the type mentioned above that prevent the loading of a signal receiving device from being operated by electrical currents, which do not comply with certain limits that are kept by all the correct characters.
So-called protective circuits are usually provided, which come into effect as soon as a current of a certain strength is received with a frequency other than the signal frequency, in order to prevent the receiving device from being actuated by signal frequency current arriving at the same time. Such protection circuits usually work when current other than signal frequency is received at a certain level or above, regardless of the level
which simultaneously arriving signal streams have. If, therefore, the protective circuit is made sufficiently sensitive to prevent the receiver from being actuated by low-level speech currents and a signal frequency component, it also prevents the effective reception of strong signals if they are caused by noise, i.e. currents other than signals - frequency, are accompanied by a relatively low level.
A known receiving device works in such a way that, when each signal comprises two or more frequencies, it responds to the signal as soon as the current of each individual frequency is received at a certain minimum or higher level. Currents with a signal frequency with a high level and with at least one further signal frequency with a relatively low level can therefore still operate the receiving device, so that the receiver still works effectively when the frequency levels fluctuate, provided that they are above i42 are minimal.
This state can arise, for example, in such a way that both signal frequencies with strongly different levels occur in speech streams. The system according to the present invention can be designed so that the signal receiving device can then receive signals effectively when all signal frequencies are received simultaneously and with levels that are different from each other only within certain limits.
In a preferred embodiment of the subject matter of the invention, signals with two frequencies of the same power are transmitted. The signal receiving equipment is then expediently designed in such a way that it only responds to such signals, taking into account the normal changes resulting from the line characteristics and the normal changes occurring within the receiver itself.
Furthermore, the equipment is expediently designed in such a way that, unlike the earlier signaling systems, a distinction is made between the signal streams and the speech streams, which does not depend on a time dimension in that the signal receiving equipment works without any significant delay. Earlier types of receivers used frequency or waveform to differentiate, and it took a few hundred milliseconds before the receiver could decide whether the criterion was true or not.
However, it would be possible to set the energy ratio of the signal components to something other than equality, since it is very unlikely that a practically constant energy ratio can exist for a long time in the case of noise or speech flows. It is advantageous, however, to keep the allowable range of relative levels of the frequency components of any signal small compared to the total range of absolute energy levels over which the receiver operates.
For example, a receiver described below will perform satisfactorily with changes in the total power entering the receiver in a ratio of 1000: 1, provided; that the performance ratio remains within the limits 11/2: 1 or 2: 1. In this way, the receiver is effective for correct signals whose level is somewhere within the range to be expected in practice.
Let us now consider the energy ratios which can be used for practical embodiments of the invention. The attenuation frequency characteristic of an average telephone line changes very little during long periods, so that by setting the relative transmission level of the signal frequencies appropriately, it can be ensured that the components of a multiple frequency signal are received at almost exactly the same level, although of course the absolute value of this level can change considerably.
In the preferred Ausführungsfor men of the invention, which are set up for two-frequency signals, and are set up for two-frequency signals, the output energy of the energy limiter could be set to exactly twice the amount of the minimum energy required to operate one of two frequency-dependent relays under ideal conditions . The receiving equipment would then respond to a signal, provided that no other frequencies are available.
In practice, a certain tolerance must be allowed because the setting of the relays changes somewhat over time and because a certain current of noise may be present while a signal is being received. It has been shown in the above-mentioned execution forms that an increase of 25 to 50% of the relay reaching the minimum required total energy for their actuation is permissible and still a very good protection against erroneous work is available. This means that the exit energy of the limiting device can be set to two and a half to three times the value of the minimum amount required to operate a relay.
It is often sufficient to set up the signaling system in such a way that both frequencies are transmitted with the same energy, whereby the receiver is given a somewhat greater tolerance in order to counter the different attenuation of the line and the receiver for these two frequencies. In other cases, however, it may be advisable to set the transmission level so that the frequencies are received at the same level, and the limiting device only requires sufficient tolerance to make any manufacturing differences between different lines and the receiving equipment ineffective.
It can be seen from what has been said that the tolerances are expediently adapted to the amount of change that can occur in the levels reaching a receiver and also to the amount of change in the characteristics of each receiver.
In the embodiments described, a maximum ratio of the noise energy to the signal energy of i / 2 is permissible, but such a ratio of 1 / would still lie within the scope of the invention.
The invention is particularly suitable in telephone systems for protection against erroneous actuation of the signal receiving equipment by means of audio frequency signals. The audio frequency signals used in telephone systems have a considerable content of harmonics and for this reason can operate a wide variety of signal receivers.
For example, if dial tone current is connected to a line, the fundamental frequency of this current is usually low compared to the signal frequencies to which the receiving equipment is supposed to speak alone, but the harmonics with the signal frequencies can coincide. In the case of such a signaling current, the amplitude of the base frequency is usually large compared to the amplitudes of the * harmonics, so that the proportion of the signal frequencies in the energy leaving the energy limiting device is only small.
Therefore, regardless of the absolute level of the signaling current, the energy limiting device does not emit enough signal frequency energy to operate the signal receiving device.
The invention is described in detail with reference to some exemplary embodiments from shown in the drawing. In the drawing, FIGS. 1 and 2 each show a two-frequency receiving equipment.
The circuits of FIGS. 1 and 2 respond to frequencies of 600 and 750 Hertz, the spacing and position in the frequency band being selected so that they cannot occur in the speech streams for so long that the receiver is actuated could.
The equipment is primarily intended for remote automatic dialing and for the reception of digits transmitted in the form of two-frequency signals over the line to which it is connected. The signals naturally have a small amplitude compared to the speech currents in order to prevent interference with neighboring electrical circuits.
Fig. 1 shows a coordinated circuit which is connected to the trunk line via a compensation and input transformer which prevents the passage of currents from the office side DS to the circuit and allows the entry of signals from the line LS. The circuit contains the amplifier tubes V1 and V2, the latter working together with the grid capacitor C and the discharge line L as an amplifier and volume limiting device.
The terminals FB - and F'B -f- are connected to a heating battery for feeding the heating wires of the tubes V1 and V2, while the anode battery is connected to the terminal PB -I-.
This limiting amplifier works as follows: If a grid oscillation caused by a signal of normal strength is imposed on the grid of the tube V2, a grid current flows during the positive voltage half-wave. While this grid current is flowing, the electrons thrown from the cathode are attracted to the grid and charge the capacitor C negatively. At the end of the positive half-cycle, the grid bias of the tube V2 is increased by the voltage to which the capacitor was charged.
During the negative half-wave of the applied voltage, no grid current flows, and the capacitor C discharges via the lead L. By choosing the right values for the lead L and the capacitor C, the discharge can be kept small. If the applied voltage is constant, then the capacitor is charged even more negatively during the successive positive half-waves until a limit state is reached in which the amplitude of the applied voltage is equal to the grid bias of the tube.
In this state, the grid current no longer flows, the grid bias voltage remains constant and the tube V2 is in a state in which the limiting device gives its maximum output power.
After the signals have been amplified by the tubes V1 and V 2, they pass through the transformer T to four matched circuits connected in parallel G1, G2, 81 and S2, each of which via a rectifier bridge circuit BRl to BR4 is connected to a relay winding <I> GR, </I> JR and <I> HR </I>.
The coordinated circuits G1 and G2 and the relay GR with two windings act as an additional protective device. The circuits G1 and G2 are respectively on the frequencies 500 Hertz. 900 Hertz matched. One or the other of these frequencies, or both, are usually present in the speech stream and therefore if ordinary speech stream is received the relay GR will in all likelihood pick up and open the circuit to the conductor <I> IL </I>.
If the received signals contain one or the other or both of the frequencies passed through by the circuits G1 and G2 with sufficient energy, the relay GR pulls up and opens the circuit of the receiving device after the relay group controlled by the latter.
When the output power of the tube 172 contains the frequencies 600 and 750, to which the circuits <B> 81 </B> and 82 are tuned, with a sufficiently high level, the relays JR and <I> HR </I> open , and if relay GR is not energized, the wire used to give impulses is grounded, to which a DC relay IRl is connected.
The limiting effect of the tube V2 is such that the power allowed through this tube is not more than three times greater than that which is sufficient to operate each of the relays JR and HR. Therefore, if only frequencies 600 and 750 are present in a monitoring signal, but the energy ratio between them is greater than 2: 1, only one of the relays JR and HR will be energized and it will not find an effective one Signal reception takes place.
If other frequencies occur simultaneously with the frequencies 600 and 750 and form a substantial part, that is to say more than a third, of the power passed through by the tube V2; and when the amplitudes of the signal frequencies are then the same, neither the relay JR nor the relay HR pulls up, although, however, if their amplitudes are considerably different, one of the relays can pull up. A borderline case for correct work is that the signal is pure and the energy of the signal frequency reaching the relay Jll is just strong enough to operate this relay, and that the other signal frequency current is twice as large as the first current.
In the other borderline case, the output power consists of exactly the same parts of noise current and two-frequency signal current, so that the relays JR and HR just close. If there is a considerable flow of noise, then the levels of the two signal frequencies must be approximately the same for the signal to take effect. This is almost always the case in practice.
The JR relay is a rapidly falling relay that responds to pulses and the HR relay is a slower relay that does not require any sensitive adjustment. There is no risk of the dialing impulses being disturbed by external currents, for example speech currents, and during the impulse the contact of the relay <I> HR </I> by the automatic equipment, which applies an earth to it, is short closed.
In this way, the work processes of the equipment connected to the impulse ladder <I> IL </I> are only dependent on the relay IR but not on the relay HR during the impulse transmission, so that, regardless of whether two-frequency dialing pulses are sent, only one frequency actually works sam is used.
However, both relays become effective when monitoring signals are received. The grid capacitor C and the discharge device L of the circuits described are dimensioned in such a way that the receiving equipment is blocked by a sudden voltage wave of increased amplitude compared to the signal waves.
The capacitor C is quickly charged to a high negative potential by the first positive half-wave of the high voltage wave, so that the grid bias of the tube V2 is increased by such an amount that the tube is prevented from working. During the negative half-cycle that follows, the capacitor is partially discharged via the L lead. In general, a high voltage wave has its greatest amplitude at its beginning and then rapidly decreases towards zero.
During the second and the following positive half-waves of the applied voltage, no grid current flows, and the capacitor C is no longer charged, but continues to discharge via the lead L. The capacitor and the grid lead can be measured in this way that the voltage imparted to the capacitor C during the voltage wave is reduced during a period of time which is short compared to the period for the reception of another signal.
Voltage waves are most likely to occur at the beginning and at the end of the dialing pulses. If the capacitor C is arranged so that it is discharged with sufficient speed with respect to the decay of the voltage wave, the receiver returns quickly enough to the state required for correct reception of the pulses.
It should be noted that with the limiting amplifier of FIG. 1, the level of the frequencies outside the signaling range required to prevent the reception of a character changes with the level of the signal itself, so that low-level noise energy, which before the reception of signal frequencies with levels of the same order of magnitude is prevented, the reception of signal frequencies with a much higher level is not prevented. The value of this property is best seen in a specific case.
It is assumed that the level range for signal frequencies within which the receiver is supposed to work is from 0 to -20 db. In order to offer sufficient protection against speech currents, the receiver must be disabled at extraordinary frequencies with a total energy of 6 db below the level of the signal frequencies. Up to now this has been achieved by providing a circuit that worked when the level of these frequencies was <B> -2.6 </B> db. This meant that if the level of the noise or tone exceeded -26 db, the receiver was disabled and could not work with a correct signal.
The receiver according to FIG. 1 is constructed in such a way that noises with a total energy level of - 26 db only cause the loss of a signal if this signal has the limit level of - 20 db, i.e. 6 db above the noise level lies. Similarly, if the signal frequency level has the high value of -10 db, the noise that could cause interference would have to be at a level 6 db lower, i.e. -16 db.
The equipment is particularly valuable in protecting against interference from tone signals in automatic telephone systems. The level of these tones are always 8 to 10 db lower than the signaling level, and such tones put a protective circuit of the previously known type out of operation on almost every occasion, while the circuits described with reference to FIG. 1 show no such interference.
Fig. 2 shows a two-frequency Signalempfaugsstromkreis in which the limiting device comes into effect in a slightly different form from that described above with reference to FIG. 1, insofar as the limiting amplifier amplifies other than signal frequencies to a much stronger degree than the signal frequencies even.
As before, the incoming current goes via an input transformer 1T to a first tube V1, the anode circuit of which contains the primary winding 3, 4 of a transformer T. The secondary winding 5, 6 is connected to the grid of a second tube V2 of the limiting amplifier Be.
The limiting amplifier is designed in such a way that it gives a constant output power, half of which must be the signal frequency in order to enable effective signal reception.
The anode circuit of the tube I'2 contains the primary winding of an output transformer 0T, whose secondary winding is connected to matched circuits L2, C2 and L4, C4, which transmit the signal frequencies via the rectifier bridges ssR3, BR4 to the relays HR and JR .
A third winding 1, 2 of the transformer T is connected in series to two parallel series resonance circuits L1, Cl and L3, C3, which are similar to the circuits <I> L2, </I> C2 and <I> L4, </ I> C4 are coordinated. These coordinated circuits form a partial short circuit to the transformer at signal frequencies, so that a signal frequency voltage that is pressed onto the grid of tube V2 is smaller than if the third winding were not present.
If only signal frequencies of normal strength are fed to the receiver, the amplification of the tube V2 is still sufficient to activate the relays <I> HR., </I> JR. If other frequencies are present at the same time as the signal frequencies, the voltage that corresponds to these other frequencies and is pressed onto the grid of the tube V2 is significantly greater than the voltage for the signal frequencies in comparison to the input voltage that generates it, so that at the outlet from the tube V2 the energy ratio of the other frequencies Fre and the signal frequencies is greater than the entry ratio.
The equipment is referred to as "frequency distortion equipment". Since the limiting device keeps the total output power of the receiving equipment at a constant value, the output power for the signal frequencies is reduced to a value that is not sufficient to operate the relays <I> HP </I> and JP, the input level for other frequencies is still significantly lower than the level of the signal frequencies. In this way, the protection against incorrect actuation by speech frequency currents can be increased significantly. It has been shown that very seldom a voice has two specific frequencies without a small amount of energy from other frequencies being present.