Dual Tone Multifrequency (DTMF), Mehrfrequenzverfahren (MFV)

Was ist Dual Tone Multifrequency (DTMF)?

Dual Tone Multifrequency (DTMF) oder Mehrfrequenzverfahren (MFV) bezeichnet die Töne, die ein Telefon beim Drücken der Tasten erzeugt. Diese Töne werden mit dem Sprachkanal übertragen.

DTMF wird verwendet, um automatisierte Systeme zu steuern und die Absicht des Benutzers zu signalisieren, zum Beispiel die Nummer, die er wählen möchte. Jede Taste hat zwei Töne mit bestimmten Frequenzen, deshalb wird die Technik auch Zweiton-Mehrfrequenzverfahren genannt.

Wie funktioniert das Mehrfrequenzverfahren?

Die DTMF-Technologie funktioniert, indem das Telefon bei jedem Tastendruck Töne mit bestimmten Frequenzen erzeugt und diese über die Telefonleitung wiedergibt. Die Geräte am anderen Ende der Telefonleitung hören die spezifischen Töne ab und decodieren sie in Befehle.

Diese Befehle werden in der Regel verwendet, um eine Telefonnummer zu wählen, lassen sich aber auch zur Signalisierung von Telefonsteuerungsbefehlen oder zur Steuerung von Fernbedienungsgeräten verwenden, da die Steuerungstöne auf demselben Kanal wie das Sprachsignal abgespielt werden. Es handelt sich um ein In-Band-Signalisierungssystem; dies unterscheidet sich von Out-of-Band-Systemen wie dem Signaling System 7.

DTMF spezifiziert acht verschiedene Töne. Sie sind in eine hohe und eine tiefe Gruppe unterteilt. Jeder Tastendruck entspricht zwei Tönen, einer aus der hohen Gruppe und einer aus der niedrigen Gruppe. Dies ermöglicht insgesamt 16 Tasten.

Diese Tasten bestehen aus den Ziffern 0 bis 9, * (Stern), # (Raute) und den Buchstaben A bis D. Die Buchstabentasten werden in der Regel nicht verwendet und sind bei den meisten Verbrauchertelefonen nicht vorhanden. Die Telekommunikationsindustrie entschied sich für zwei gleichzeitige Töne für jede Taste, um die Möglichkeit auszuschließen, dass die menschliche Stimme das System auslöst.

DTMF-Geschichte und Ablösung des Impulswahlverfahrens

Vor dem DTMF-Verfahren verwendeten Telefonsysteme das Impulswahlverfahren, um Nummern zu signalisieren. Beim Impulswahlverfahren wird die Verbindung zwischen dem Handapparat und der zentralen Schalttafel schnell unterbrochen und wieder hergestellt. Dies wurde mit einem Drehwählgerät erreicht (der Drehscheibe bei alten Telefonen), das die Verbindung während der Drehung unterbrechen konnte. Dies wird auch als Schleifenunterbrechung bezeichnet. Dies ist vergleichbar mit dem Senden von Morsezeichen per Telegraf durch Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung. Das Impulswahlverfahren hat viele Nachteile, die zur Entwicklung von DTMF führten:

• Das Impulswahlverfahren ist ein langsamer Prozess, da es Zeit braucht, um die Verbindungen herzustellen und zu trennen.
• Größere Zahlen würden mit einem Drehtelefon länger dauern; deshalb haben Vorwahlen für Großstädte kurze und die von kleineren Orten längere Vorwahlen.
• Das Impulswahlverfahren begrenzte die maximale Entfernung zwischen dem Handapparat und der Telefonzentrale und konnte nicht für Ferngespräche verwendet werden.
• Außerdem war eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Handapparat und der Telefonzentrale erforderlich.
• Zudem waren die Kontrollsysteme für das Impulswahlverfahren mit ihren vielen Reihen von Magnetrelais und Zählern kompliziert zu bauen und zu warten.

Die Telekommunikationsindustrie entwickelte die Multifrequenzsignalisierung (MF) als Vorläufer des DTMF. Sie beruht auf denselben Prinzipien wie DTMF, wurde aber nur von Fernnetzbetreibern zur Signalisierung anderer Vermittlungsstellen verwendet. MF bewies die Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit der zugrunde liegenden Technologie, so dass DTMF für den Privatgebrauch entwickelt wurde.

Das von Bell System entwickelte DTMF wurde am 18. November 1963 für den öffentlichen Gebrauch eingeführt. Es ist unter dem Markennamen Touch-Tone bekannt und wurde schnell als Standard akzeptiert und weltweit übernommen.

DTMF in digitalen und VoIP-Systemen

DTMF wurde ursprünglich mit analoger Elektronik entwickelt. Die ursprünglichen Systeme verwendeten abgestimmte Spulen mit Anzapfungen an geeigneten Stellen, um den richtigen Ton zu erzeugen. Moderne Telefone setzen integrierte Ein-Chip-Schaltungen zur Erzeugung der Töne ein.

Reine VoIP-Systeme (Voice over Internet Protocol) verwenden keine DTMF-Töne für die Signalisierung. VoIP-Systeme setzen das Session Initiation Protocol (SIP) ein, um ihre Absicht zu signalisieren und zu wählen. Um die Integration mit älteren Systemen und eine breite Interoperabilität zu ermöglichen, verfügen die meisten VoIP-Systeme auch über DTMF-Kapazitäten mittels Steuerleitungen oder beispielsweise Einwahlsystemen. Sie können auch DTMF auf dem eingehenden Stream akzeptieren, wenn ein verlustfreier Encoder verwendet wird.

Moderne Mobiltelefone verwenden ebenfalls keine DTMF-Töne zum Wählen, da es sich um rein digitale Systeme handelt. Die gesamte Telefonnummer, die angerufen werden soll, wird gespeichert und als Teil des Wählvorgangs an die Basisstation des Mobilfunkmastes gesendet, so dass keine DTMF-Töne notwendig sind. Sobald die Verbindung hergestellt ist, können Mobiltelefone jedoch DTMF-Töne für herkömmliche Telefonsysteme erzeugen.

Andere Verwendungen der Mehrfrequenztechnik

Die Benutzerfreundlichkeit und die Allgegenwärtigkeit von DTMF haben zu seiner weiten Verbreitung geführt. An entfernte Geräte kann eine Telefonleitung mit einem DTMF-Decoder angeschlossen werden, der Befehle zur Aktivierung oder Deaktivierung entgegennimmt. Militärtelefone verwenden die zusätzlichen Buchstabentasten, um Anrufen Priorität einzuräumen. Funkamateure können DTMF-Töne zur Steuerung von Zwei-Wege-Funkgeräten oder Repeatern verwenden.

Firmentelefonsysteme können DTMF-Signale verwenden, um durch ein Telefonmenü zu navigieren. Ein Unternehmen kann DTMF auch einsetzen, um Kreditkartentransaktionen über das Telefon zu akzeptieren. Münztelefone, die Kreditkarten akzeptieren, verwenden DTMF zur Übertragung der Kartendaten. Sprachgesteuerte Menüsysteme ersetzen diese Systeme jedoch zunehmend.

DTMF verwendet Tonfrequenzen, sodass sich Tastendrucke auch zum Abspielen erkennbarer Melodien missbrauchen lassen. Da jede Taste zwei Töne erzeugt und diese nicht direkt mit Standard-Musiknoten übereinstimmen, ist dies jedoch keine exakte Korrelation.