DE2518320A1

DE2518320A1 - Verfahren und detektorschaltung zum feststellen einer signalaktivitaet im tonfrequenzbereich bei einer fernsprechverbindungsleitung

Info

Publication number: DE2518320A1
Application number: DE19752518320
Authority: DE
Inventors: Giancarlo Monti; Isidoro Poretti
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1974-04-24
Filing date: 1975-04-24
Publication date: 1975-11-20
Also published as: CA1047658A; US3985956A; FR2269247A1; FR2269247B1; BR7501653A; GB1501726A; SE7504752L; JPS50140208A; IT1014614B; DK174275A; AU8038975A; ES435939A1; BE825536A; NL7504782A

Description

9550-75/H/Ro.

Ital.Anm.Nr. 21869 A/74

vom 24.4.1974

Societä Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a. Piazzale Zavattari, 12, Mailand/Italien

Verfahren und Detektorschaltung zum Feststellen einer Signalaktivität im Tonfrequenzbereich bei einer Fernsprech-Verbindungsleitung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Detektorschaltung zum Durchführen des Verfahrens. Die Erfindung eignet sich insbesondere bei einem TDM-Fernsprech-Übertragungssystem mit Interpolation von Abtastproben und wird in dieser Anwendung erläutert, kann jedoch in Übertragungssystemen beliebiger Art angewendet werden, wenn es darauf ankommt, die Anwesenheit eines Signals im Tonfrequenzbereich zu erkennen.

Bei übertragungssystemen mit Interpolation von Abtastproben besteht eines der wesentlichen Probleme darin, einen PCM-Zeitkanal jeweils dann einer Verbindungsleitung zuzuteilen, wenn auf dieser tonfrequente Signale erscheinen, also Nutzsignale, die zur empfangsseitigen Endstelle zu übertragen sind.

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Es sind bereits Detektorschaltungen zum Feststellen solcher Tonfrequenzsignale bekannt. Sie sollen sowohl die Sprechsignale als auch die Signalisierungszeichen im Tonfrequenzbereich erkennen, und zwar möglichst schnell, zumal eine Verzögerung mit Sicherheit den Verlust eines Anfangsteiles einer Gesprächs- bzw. Signalisierungs-Nachricht zur Folge hat. Ferner wird eine selektive Erkennung gefordert. Denn es soll vermieden werden, daß ein Zeitkanal gegebenenfalls auf Veranlassung von parasitären Signalen, wie z.B. Leitungsrauschen und Echozeichen, zugeteilt wird, da andernfalls bekanntlich mit einer Herabsetzung der Leistungsfähigkeit des Interpolationssystems zu rechnen ist. Die Empfindlichkeitseigenschaften einer Detektorschaltung der genannten Art stehen also im Zusammenhang mit der Eingreif geschwindigkeit und mit der Bedingung, daß die Detektorschaltung nur bei Anwesenheit von effektiven Nutzsignalen tätig wird. Störsignale sollen dagegen zuverlässig abgewiesen werden.

Bei Detektorschaltungen bekannter Art wurde die Unterscheidung zwischen Nutz- und Rauschsignalen von Schaltungselementen durchgeführt, die auf den Signalpegel und auf dessen Dauer ansprechen. Zu diesem Zweck wurden Schwellenschaltungen verwendet, die bei einem über dem Schwellwert liegenden Signalpegel ansprechen, und Integriergliedern, die bei einem Andauern des Signals über eine vorbestimmte Zeitspanne ansprechen. Der Schwellwert und die Integrationszeit wurden derart gewählt, daß ein Eingriff des Sprachdetektors bei einem Eingangssignal gewährleistet ist, dessen Signalpegel über -40 dBmO liegt. Dieser Pegelwert entspricht dem bei zwischenstaatlichen Verbindungen maximal zulässigen Rauschpegel.

Das Nutzsignal wird also zur Zeit anhand seines Pegels und seiner Dauer erkannt. Signale mit einem unter dem Schwellpegel liegenden Pegel und mit einer im Vergleich zur vorbestimmten Zeitspanne kürzeren Dauer werden als parasitäre

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Signale gewertet. Ihnen wird kein Zeitkanal zugeteilt. Es gibt jedoch Nutzsignale, deren Pegel unter dem normalerweise als Ausscheidungspegel vorbestimmten Schwellwert liegt und die daher nicht in der Lage sind, einen Eingriff der Detektorschaltung zu veranlassen. Ein typisches Beispiel hierfür sind die sogenannten Reibelaute und Zischlaute. Bei den Reibelauten handelt es sich um solche Laute, die nach Umwandlung in elektrische Schwingungen einen niedrigen Energiegehalt aufweisen, welcher oft für einen Eingriff des Detektors unzureichend ist, da sie den vorbestimmten Schwellwert nicht überschreiten, wie es z.B. bei einem am Anfang eines Wortes stehenden "s" der Fall ist. So wird ein Wort wie "seven" durch Detektoren bekannter Art nur wie "even" übertragen, da der Anfangskonsonant "s" den Detektor nicht zu aktivieren vermag und daher nicht initübertragen wird. Die Aktivierung der Detektorschaltung erfolgt erst bei dem ersten Vokal "e". Dies wird bei einem Gespräch vom hörenden Teilnehmer als sehr störend empfunden, da er zahlreiche unvollständige Worte empfängt. Andererseits kann dieser tibelstand nicht etwa durch eine Herabsetzung des Schwellwertes der Detektorschaltung behoben werden, weil diese durch eine solche Maßnahme allzu empfindlich wird und damit auch auf Leitungsrauschen ansprechen kann. Die folglich durch Störsignale vorgetäuschte vermehrte Signalaktivität im Tonfrequenzbereich kann nicht in Kauf genommen werden, da sie zu einer Verminderung der Leistungsfähigkeit des Interpolationssystems führt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Detektorschaltung anzugeben, das bzw. die die Ansprechempfindlichkeit erhöht, ohne eine unzulässige Störanfälligkeit in Kauf zu nehmen. Insbesondere soll die Abhängigkeit von einem relativ hohen Signalpegel entfallen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche.

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Bei der Durchführung von Untersuchungen, die zur Vermeidung der erläuterten Nachteile der bekannten Detektorschaltungen durchgeführt wurden, wurde eine geeignete, vom Signalpegel unabhängige, auswertbare Größe gesucht. Dabei wurde gefunden, daß eine zuverlässige Größe zur Ermittlung der Signalart durch den Frequenzgehalt des Signals und insbesondere durch die Anzahl der Richtungswechsel, d.h. der Nulldurchgänge gegeben ist, welche die durch das Signal hervorgerufene elektrische Schwingung innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne aufweist. Existiert nämlich auf einer Fernsprech-Verbindungsleitung lediglich das Leitungsrauschen, dann ist die Anzahl der Nulldurchgänge innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne (z.B. 25 mSek.) praktisch konstant bzw. nur in einem bestimmten Bereich veränderlich. Bei einem Gesprächsbeginn ergibt sich dagegen, wiederum auf die vorbestimmte Zeitspanne bezogen, eine Änderung bei den Nulldurchgängen, deren Anzahl nun außerhalb des vom Leitungsrauschen bestimmten Bereiches zu liegen kommt. Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß eine echte Aktivität im Tonfrequenzbereich dadurch festgestellt werden kann, daß die Anzahl der Nulldurchgänge, d.h. der Richtungswechsel der durch das Eingangssignal hervorgerufenen elektrischen Schwingung ausgewertet wird. Zu diesem Zweck spricht die Detektorschaltung erfindungsgemäß nicht auf den Pegel des Leitungssignals, sondern auf die Anzahl der Richtungswechsel der entsprechenden elektrischen Schwingung an.

Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens enthält die Detektorschaltung vorzugsweise eine Freigabeschaltung, durch welche die Empfindlichkeit der Detektorschaltungsanordnung begrenzbar ist.

An einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltschema einer Detektorschaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen ersten Detektor; Fig. 2a Zeitdiagramme für die Schaltung nach Fig. 2; und

Fig. 3a, 3b bzw. 3c je ein Ausführungsbeispiel für einen zweiten Detektor.

Die PCM-Signale, die auf der an die Sprach-Detektorschaltungsanordnung angeschlossenen Verbindungsleitung auftreten, gelangen nach dem Blockschaltschema gemäß Fig. 1 an den Eingang einer als Nulldurchgangsdetektor arbeitenden ersten Detektor ZC. Dieser liefert an seinem Ausgang b einen Impuls bei jeder Änderung des Vorzeichen-Bits der Codeworte, die zu den auf der Verbindungsleitung ankommenden PCM-Abtastproben gehören. Diese Impulse gelangen an den Eingang einer Zähleinheit CZ zur Erfassung der Anzahl der jeweils innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne (z.B. 25 mSek.) festgestellten Änderungen des Vorzeichen-Bits .

Bei Wahl einer Zeitspanne von 25 mSek. und einer Abtastfrequenz von 8 kHz besteht die Zähleinheit CZ in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Schieberegister SR mit einer Aufnahmefähigkeit von 200 Bit, welches mit der Abtastfrequenz fortgeschaltet wird, und dessen Inhalt mit einer Periodizität in der Größenordnung von einigen Millisekunden ausgelesen wird, sowie aus einem Zähler CN, welcher an den Ausgang des Schieberegisters SR angeschlossen ist.

Das Ausgangssignal c der Zähleinheit CZ gelangt an den Eingang eines zweiten Detektors ZD, welcher zur Erfassung der Änderungen der Nulldurchgangszahl im Vergleich zu vorbestimmten Schwellwerten dient und an seinem Ausgang jeweils dann ein Signal abgibt, wenn die Anzahl dieser Änderungen vorbestimmte, als Bezugswerte dienende Grenzwerte überschreitet.

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Die Aktivierung der Sprach-Detektorschaltung ist von der Aktivierung einer Schwellwertschaltung CS abhängig, welche der Sprach-Detektorschaltung parallelgeschaltet ist und ein UND-Glied N. nur dann freigibt, wenn der Pegel des Eingangssignals (am Eingang von ZC) einen vorbestimmten Schwellwert, z.B. -50 dBmO, überschreitet. Die Schwellwertschaltung ist wegen der hohen Empfindlichkeit der hier beschriebenen Sprach-Detektorschaltung vorgesehen, welche durch Störungen verschiedener Art, wie z.B. Eintonsignale mit niedrigem Pegel, Nebensprechen, Raumgeräusche usw. aktiviert werden könnte. Derartige Störungen könnten eine den gewählten Bezugswert überschreitende Änderung der Nulldurchgangszahl zur Folge haben. In einem solchen Falle verhindert die Schwellwertschaltung eine Aktivierung der Sprach-Detektorschaltung, wenn der Pegel der eingangsseitigen Störsignale unter dem Schwellwert von -50 dBmO liegt.

Zur Erfassung von Signalisierungstönen, beispielsweise eines Ruftones usw. ist eine Detektorschaltung RV herkömmlicher Art vorgesehen, welche den Signalpegel auswertet und zu der die Signalfrequenz auswertenden Sprach-Detektorschaltung parallelgeschaltet ist. Die Parallelschaltung kommt über ein ODER-Glied N~ zustande. Die Detektorschaltung RV ist hauptsächlich zur Erfassung von Signalen mit konstanter Nulldurchgangszahl vorgesehen, ermöglicht aber auch die Feststellung von sonstigen Signalen im Tonfrequenzbereich. Sie besteht aus einer Schwellwertschaltung (-40 dBmO), einem Integrierglied und einem differenzierten Haltestromkreis.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den ersten Detektor ZC (Nulldurchgangsdetektor) nach Fig. 1, welchem eingangsseitig die Signalfolge a zugeführt wird. Diese Signalfolge entsteht dadurch, daß aus den am Eingang der Sprach-Detektorschaltung ankommenden PCM-Codeworten in an sich bekannter Weise jeweils das Vorzeichen-Bit abgeleitet wird. Die Signalfolge gelangt an einen Eingang eines Torgliedes (UND-Gliedes) N₃, an dessen Ausgang eine 1-Bit-Speicherschaltung MM

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geschaltet ist, und gelangt gleichzeitig an einen Eingang eines Exklusiv-ODER-Gliedes N*, das an einem anderen Eingang das Ausgangssignal der Speicherschaltung MM erhält.

Betrachtet man einen beliebigen Zeitpunkt, zu welchem ein Vorzeichen-Bit in der Speicherschaltung gespeichert ist, so wird in Koinzidenz mit einem Impuls der Impulsfolge tj^ (Fig. 2a), durch die das Exklusiv-ODER-Glied N. an einem weiteren Eingang beaufschlagt wird, das in der Speicherschaltung gespeicherte, zu einem vorangegangenen Pulsrahmen gehörende Vorzeichen-Bit mit dem momentan am Torgliedeingang anstehenden Vorzeichen-Bit verglichen. Am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes N. erscheint also immer dann ein Impuls, wenn das momentan am Torgliedeingang anstehende Vorzeichen-Bit vom vorangegangenen Vorzeichen-Bit verschieden ist, so daß bei jedem Nulldurchgang des Vorzeichen-Bits ein Impuls abgegeben wird. Nach diesem Vergleich steuert ein Impuls einer Impulsfolge t, (Fig. 2a) an einem weiteren Eingang des Torgliedes Ng die Übergabe des momentan anstehenden Vorzeichen-Bits an die Speicherschaltung MM, so daß dieses Vorzeichen-Bit danach für einen Vergleich mit dem darauffolgenden Vorzeichen-Bit zur Verfügung steht.

Fig. 3a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des zweiten Detektors ZD nach Fig. 1, bestehend aus der Hintereinanderschaltung eines Digital-Analog-Umsetzers DA, eines Differenziergliedes DV, einer Schwellwertschaltung SA und eines Zeitgliedes

Das am Ausgang der Zähleinheit CZ erscheinende Binärmuster, welches die in der gewählten Zeitspanne von 25 mSek. festgestellte Anzahl von Nulldurchgängen angibt, wird durch die Einheit DA in ein der Nulldurchgangszahl proportionales, analoges Signal umgewandelt. Dieses Signal wird durch das Differenzierglied DV differenziert, an dessen Ausgang ein Signal auftritt, dessen Amplitude der Änderungsgeschwindigkeit der Nulldurchgänge proportional ist, und welches in der Schwellwertschaltung SA mit einem Bezugssignal verglichen wird. Der Pegel des

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Bezugssignals wird mit einer Amplitude gewählt, welche die maximale Amplitude des am Ausgang des Differenziergliedes DV in Abwesenheit von tonfreguenten Signalen abnehmbaren Signals übersteigt. Die Schwellwertschaltung SA gibt also immer dann ein Ausgangssignal ab, wenn ein dem Leitungsrauschen überlagertes tonfrequentes Signal eine gegenüber dem gewählten Bezugswert größere Änderung der Nulldurchgangszahl bewirkt.

Nachdem das Differenzierglied DV eine auf das Auftreten eines tonfrequenten Signales zurückzuführende Änderung der Nulldurchgangszahl angezeigt hat, klingt sein Ausgangssignal wieder ab. Aus diesem Grunde hält das Zeitglied CT¹ die Sprach-Detektorschaltung noch für 150 ms nach Ermittlung des Beginnes eines Nutzsignals aktiviert und gleicht somit die Eingriffsverzögerung der Detektorschaltung RV aus.

Fig. 3b zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform des zweiten Detektors ZD nach Fig. 1, bei dem ein Digital-Analog-Umsetzer DA¹ vorgesehen ist, dem ausgangsseitig eine Schwellwertschaltung SA¹ nachgeschaltet ist. Am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzters DA¹ erscheint ein analoges Signal, wie dieses bereits im Zusammenhang mit der Fig. 3a beschrieben worden ist. Dieses analoge Signal wird nun in der Schwellwertschaltung SA¹ mit einem Bezugssignal verglichen, welches ein positives oder negatives Vorzeichen hat, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Anwesenheit eines tonfrequenten Signals die Nulldurchgangszahl im Vergleich zu der lediglich bei Leitungsrauschen zu erwartenden Nulldurchgangszahl erhöht oder verringert hat. Der Pegel dieses Bezugssignals wird also in Abhängigkeit von der Nulldurchgangszahl, die sich auf einer Verbindungsleitung ergibt, wenn nur Leitungsrauschsignale vorhanden sind, und von den möglichen Abweichungen von diesem Nennwert festgelegt. Die Schwellwertschaltung SA¹ erzeugt demnach ein Ausgangssignal, solange die Nulldurchgangszahl außerhalb des Bereiches liegt, in welchem die Nulldurchgangszahl der Anwesenheit lediglich des Leitungsrauschens entspricht.

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Fig. 3c zeigt eine weitere bevorzugte AusfOhrungsform des Detektors ZD nach Fig. l_f wobei eine digitale Schwellwertschaltung SD vorgesehen ist, welche einen Vergleich zwischen dem an ihrem Eingang anstehenden Binärmuster und zwei als Bezugsmuster dienende Binärmustern vornimmt. Diese Bezugs-Binärmuster werden im Zusammenhang mit der minimalen Nulldurchgangszahl und der maximalen Nulldurchgangszahl bestimmt, die sich auf einer Verbindungsleitung in Anwesenheit nur des Leitungsrauschens ergeben. Die Schwellwertschaltung SD ist demnach solange aktiviert, wie das an ihrem Eingang c anstehende Binärmuster von den bei Vorhandensein lediglich des Leitungsrauschens zu erwartenden Binärmustern abweicht. Bei dem Erkennungsverfahren gemäß der Erfindung wird somit zum Erkennen einer Signalaktivität im Tonfrequenzbereich der Frequenzgehalt des Eingangssignals beurteilt. Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, die Anzahl der Richtungswechsel (Vorzeichenwechsel) oder Nulldurchgänge der elektrischen Schwingung festzustellen, die durch das Eingangssignal hervorgerufen wird, diese Nulldurchgänge innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne abzuzählen und die Änderungen der Nulldurchgangszahl innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne zu erfassen. Hierbei werden im einzelnen zur Erfassung der Nulldurchgänge die Änderungen des Vorzeichen-Bits im Code, welcher dem PCM-Eingangssignal zugeordnet ist, ständig überwacht. Bei jedem Vorzeichenwechsel des Eingangssignals muß nämlich dessen elektrische Schwingung durch Null gehen. Jeder Änderung des Vorzeichen-Bits entspricht daher ein Nulldurchgang des Eingangssignals.

Die Änderungen der Nulldurchgangszahl werden vorzugsweise dadurch erfaßt, daß das digitale Signal, welches die in einer vorbestimmten Zeitspanne abgezählte Nulldurchgangszahl darstellt, in ein analoges Signal umgewandelt wird, daß dieses analoge Signal differenziert wird, und daß danach festgestellt wird, ob das differenzierte Signal außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Hierzu kann die Ausführungsform des Detektors ZD gemäß Fig. 3a verwendet werden.

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Nach der anderen Ausführungsform gemäß Fig. 3b wird festgestellt, ob das der Nulldurchgangszahl proportionale, analoge Signal außerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu liegen kommt.

Nach der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 3c werden die Änderungen der Nulldurchgangszahl dadurch erfaßt, daß das digitale Signal, welches der Nulldurchgangszahl des dem PCM-Eingangssignal zugeordneten Codes entspricht, mit zwei digitalen Bezugssignalen verglichen wird.

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Claims

- 11 - Patentansprüche

1.)^Verfahren zum Feststellen einer Signalaktivität im Tonfrequenzbereich bei einer Fernsprech-Verbindungsleitung, insbesondere bei einem TDM-Fernsprech-Übertragungssystem mit Interpolation von Abtastproben, dadurch gekennzeichnet , daß die Änderungen der Anzahl der Richtungswechsel der elektrischen Schwingung, die durch das Eingangssignal im System hervorgerufen wird, innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne erfaßt werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der Richtungswechsel durch ständiges überwachen der Änderungen des Vorzeichen-Bits im Code, welcher dem Eingangssignal (PCM) zugeordnet ist, ermittelt wird.

3.) Detektorschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2,gekennzeichnet durch die Reihenschaltung eines ersten Detektors (ZC) zum Erfassen der Richtungswechsel der Abtastproben, einer Zählschaltung (CZ) zum Abzählen der Richtungswechsel innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne und eines zweiten Detektors (ZD) zum Erfassen der Änderungen der Anzahl der Richtungswechsel innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne in Bezug auf zwei vorbestimmte Schwellwerte.

4.) Detektorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor (ZD) die Reihenschaltung eines Digital-Analog-Umsetzers (DA) für das Ausgangssignal der Zählschaltung (CZ), eines Differenziergliedes (DV), einer Schwellwertschaltung (SA) und eines Zeitgliedes (CT') umfaßt.

5.) Detektorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor (ZD) die Reihenschaltung eines Digital-Analog-Umsetzers (DA¹) für das

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Ausgangssignal der Zählschaltung (CZ) und einer Schwellwertschaltung (SA¹) umfaßt.

6.) Dtektorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Detektor (ZD) eine digitale Schwellwertschaltung zum Vergleichen des Ausgangssignals der Zählschaltung (CZ) mit einem digitalen Bezugssignal enthält.

7.) Detektorschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung (CZ) eine Speicherschaltung (SR) und einen Zähler (CN) enthält.

8.) Detektorschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Freigabeschaltung enthält, durch welche die Empfindlichkeit der Detektorschaltung begrenzbar ist.

9.) Detektorschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Reihenschaltung aus den Detektoren (ZC, ZD) und der Zählschaltung (CZ) eine weitere Detektorschaltung (RV) liegt, welche ebenfalls zum Erkennen einer Signalaktivität im Tonfrequenzbereich dient und aus der Reihenschaltung einer Schwellwertschaltung und eines Integriergliedes gebildet ist.

S098A7/078S