AT391233B

AT391233B - Wechselstromtelegraphiesignals, repraesentativen bewertungssignals

Info

Publication number: AT391233B
Application number: AT241084A
Authority: AT
Inventors: Manfred Ing Listopad; Philip Dipl Ing Webley
Original assignee: Sat Systeme Automatisierung
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1990-09-10
Also published as: CH668876A5; DE3525172A1; ATA241084A; DE3525172C2

Description

Nr. 391 233

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines der Signalqualität eines von einem Empfänger empfangenen frequenzmodulierten Signals, insbesondere eines frequenzmodulierten Wechselstromtelegrafiesignals, repräsentativen Bewertungssignals, mit einer Komparatorschaltung, wobei dem einen Eingang dieser Komparatorschaltung eine aus dem frequenzmodulierten Empfängersignal abgeleitete Spannung und dem anderen Eingang eine Referenzspannung, die dem mittleren Empfangspegel entspricht, zugeführt ist, und wobei am Ausgang dieser Komparatorschaltung das Bewertungssignal abgenommen wird.

Eine solche Schaltungsanordnung wurde bereits durch die AT-PS 325 684 bekannt, bei der eine Gleichrichtung des gesamten Signals vorgesehen ist.

Bei dieser bekannten Schaltung ergibt sich allerdings der Nachteil, daß falls ein stark verrauschtes, in der Frequenz umgetastetes Wechselspannungssignal oder ein solches mit starken Amplitudeneinbrüchen ansteht, so erfolgt durch die Gleichrichtung des gesamten Signales eine volle Übertragung auch der Störsignale, da eine Berücksichtigung des Signal-Rauschverhältnisses bei dieser Lösung nicht möglich ist

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Schaltung vorzuschlagen, bei der eine Anpassung des Signal-Rauschverhältnisses möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die aus dem frequenzmodulierten Empfängersignal abgeleitete Spannung durch eine Amplitudendemodulatorschaltung gewonnen wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird daher durch die Amplitudendemodulatorschaltung der Rauschanteil von dem Signalanteil getrennt, sodaß von der Amplitudendemodulatorschaltung ein Signal erhalten wird, welches den Momentanamplituden der Rauschimpulse bzw. Amplitudeneinbrüchen rasch nachfolgt. Hiedurch ist es möglich ein rauschpegelspezifisches Signal zu erhalten, und zwar unabhängig davon, wie groß oder wie klein die tatsächliche Amplitude des frequenzmodulierten Signals ist. Dieser Rauschpegel kann dann mit einem Referenzwert ins Verhältnis gesetzt bzw. verglichen und das Ergebnis dieses Vergleiches als "Stör"-Bewertungssignal herangezogen werden, da entgegen dem vorgehaltenen Stand der Technik keine Gleichrichtung des gesamten verrauschten Signals vorliegt.

Das erfindungsgemäß zu verarbeitende Signal enthält somit zwei Informationen, nämlich einerseits die Information, die in der Frequenzmodulation steckt, also die zu übertragende Signalinformation und zweitens die Stör- bzw. Rauschinformation, welche in den Amplitudenänderungen des ffequenzmodulierten Signales steckt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen ist auf einfache Art und Weise die Gewinnung und weitere Verarbeitung dieses den Amplituden des frequenzmodulierten Signales aufmodulierten Störsignales möglich, wodurch auch eine entsprechende Rauschunterdrückung erzielt werden kann.

Weiters ist es möglich, sobald die Amplitude des an den Eingang der Amplitudendemodulatorschaltung anliegenden Signals einen durch die Referenzspannung vorgebbaren unteren Grenzwert unterschreitet, das Eingangssignal des Empfängers als gestört zu bewerten. Über dieses Bewertungssignal kann z. B. selbsttätig auf einen Ersatzübertragungsweg umgeschaltet werden, oder es kann ein weniger störempfindliches Übertragungsverfahren gewählt werden, wie z. B. durch Reduktion der Übertragungsgeschwindigkeit.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann darin bestehen, daß der Eingang der Amplitudendemodulatorschaltung mit dem Ausgang einer Filterschaltung verbunden ist, deren Bandbreite der Bandbreite des zu empfangenden Nutzsignales entspricht

Bei verrauschten Eingangssignalen des Empfängers kann durch die Rauschspannung das Vorhandensein eines ungestörten Empfangssignals vorgetäuscht werden, sobald das Rauschsignal genügend hohe Amplitudenwerte aufweist. Wird der Eingang der Amplitudendemodulatorschaltung mit einem Empfängersignal, das bereits durch ein Empfänger-Kanalfilter bandbegrenzt ist, beaufschlagt so wird in der Amplitudendemodulatorschaltung nur das bandbegrenzte Rauschsignal demoduliert. Da Rauschsignale im allgemeinen sehr breitbandig sind, ist die Amplitude des bandbegrenzten Rauschsignales nur bei extrem hohen Rauschamplituden größer als der Referenzwert der Komparatorschaltung. Es kommt daher nicht zur Vortäuschung ungestörter Eingangssignale durch Rauschsignale mit großer Amplitude.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann darin bestehen, daß der Referenzspannungseingang der Komparatorschaltung über eine Schaltung zur Erzeugung eines einem durchschnittlichen Wert des Ausgangssignals der Amplitudendemodulatorschaltung proportionalen Signals, wie z. B. über einen Mittelwertbildner, eine Tiefpaßfilterschaltung od. dgl., an den Ausgang der Amplitudendemodulatorschaltung angeschlossen ist.

Dabei ist unter einem durchschnittlichen Wert des Ausgangssignals der Amplitudendemodulatorschaltung die Amplitude des ungestörten Signales zu verstehen, d. h. ohne daß Rauschsignale überlagert oder Amplitudeneinbrüche vorhanden sind. Bei einer ungestörten Übertragung ist dies ein konstanter Wert (entsprechend der Amplitude), von dem ein bestimmter prozentueller Anteil (z. B. 10 %) als Referenzwert und damit als untere Schranke der Amplitude für ein Anprechen der Komparatorschaltung herangezogen wird. Bei kurzzeitigen Empfangsstörungen wie z. B. Amplitudeneinbrüchen oder Rauschimpulsen wird das Ausgangssignal der Amplitudendemodulatorschaltung den Momentanamplituden rasch nachfolgen, wobei der Referenzwert annähernd konstant bleibt. Dadurch werden besonders kurzzeitige Empfangsstörungen bevorzugt erkannt. Bei langsamen Änderungen der Amplitude, wie z. B. bei längerdauernden Änderungen im Übertragungskanal (hervorgerufen z. B. durch alterungsbedingte Verschlechterungen der Übertragungseigenschaften) wird der Referenzwert selbsttätig der mittleren Amplituden des Signals nachgeführt. -2-

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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in Verbindung mit Empfängern, welche mit regelbaren Verstärkern ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Amplitudendemodulatorschaltung an den Ausgang des regelbaren Verstärkers geführt ist, und daß, gegebenenfalls über einen Regelverstärker, an den Steuereingang des regelbaren Verstärkers der Ausgang einer Vergleichsschaltung angeschlossen ist, bei welcher an einem ersten Eingang das Ausgangssignal der Amplitudendemodulatorschaltung und an einem zweiten Eingang eine Referenzspannung anliegt.

Derartige Empfängerschaltungen beinhalten einen Amplitudenregelkreis zur Regelung der Amplitude des der Frequenzmodulationsschaltung zugeführten Signals. Durch die Verwendung der Amplitudendemodulatorschaltung und der Referenzspannungsquelle sowohl für den Amplitudenregelkreis als auch für die Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Bewertungssignales für die Signalqualität ergibt sich eine einfache Realisierung derartiger Empfängerschaltungen.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Ausgangssignal des Amplitudenregelkreises für die Bewertung der Signalqualität herangezogen wird. Die Referenzspannung der Komparatorschaltung ist dabei wiederum ein prozentueller Anteil der Referenzspannung für die Vergleichsschaltung, die den Sollwert für den Amplitudenregelkreis des Empfängers darstellt.

Der Komparator spricht bei Unterschreiten des durch die Referenzspannung (UE) vorgegebenen Minimalwertes der Amplitude des Empfängersignals an; dies bedeutet, daß der Empfänger-Amplitudenregelkreis die Signalschwankungen am Eingang des Empfängers nicht mehr ausregeln kann und daher über das Bewertungssignal andere Maßnahmen für die Verbesserung des Empfangersignals eingeleitet werden können.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Amplitudendemodulatorschaltung kann darin bestehen, daß die Amplitudendemodulatorschaltung zwei Quadrierschaltungen und eine diesen nachgeschaltete Summierschaltung aufweist.

Diese Schaltungsanordnung zur Amplitudendemodulation ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn im Empfänger zwei Signalverarbeitungskanäle vorhanden sind, deren Signale sich nur durch eine Phasenverschiebung von 90° voneinander unterscheiden. Es wird durch Quadrieren der beiden Signale und nachfolgende Summierung der beiden Quadrate direkt eine der Amplitude der Eingangsspannung proportionale Gleichspannung erzeugt Diese Schaltung weist sich daher - im Vergleich zu den üblich verwendeten Hüllkurvengleichrichterschaltungen zur Amplitudendemodulation - durch ein besonders günstiges Zeitverhalten aus. Außerdem führt diese Anordnung dazu, daß sich bei konstantem Eingangspegel ein Ausgangssignal ohne Welligkeit ergibt, sodaß auf die sonst notwendige Filterung am Ausgang verzichtet werden kann.

Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Zusammenschaltung einer Wechselstrom-Telegrafieeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Bewertungssignals für die Signalqualität des Empfangssignals.

Fig. 2 das Zeigerdiagramm einer frequenzmodulierten Sinusschwingung, wie sie bei derartigen Übertragungssystemen verwendet wird;

Fig. 3 den Zeitverlauf eines solchen Signals;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Tiefpaßfilterschaltung zur Erzeugung des Referenzwertes;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei einer Empfängerschaltung mit einem Amplitudenregelkreis;

Fig. 6 zeigt eine insbesondere hinsichtlich des Bauteileaufwandes sparsame Realisierung einer Schaltung nach Fig. 5, wobei die Amplitudendemodulatorschaltung und die Referenzspannungsquelle für den Amplitudenregelkieis und die Schaltung zur Erzeugung des Bewertungssignals gemeinsam ausgeführt sind und

Fig. 7 eine besonders vorteilhafte Realisierung einer Amplitudendemodulatorschaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Bewertungssignals bei Empfängern, bei denen das Empfangssignal und ein gleichartiges um 90° phasenverschobenes Signal gleichzeitig zur Verfügung stehen.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Wechselstromtelegrafieeinrichtung bestehend aus dem Wechselstromtelegrafiesender (1) und dem Wechselstromtelegrafieempfänger (2), welche über eine Übertragungsleitung verbunden sind. Da im allgemeinen auf ein und derselben Übertragungsleitung mehrere Wechselstromtelegrafieverbindungen im Frequenzmultiplex bestehen, umfaßt der Wechselstromtelegrafieempfänger eine Filterschaltung (6). Am Ausgang der Filterschaltung (6) steht ein frequenzmoduliertes Signal (UDE) zur Verfügung. Im Falle der Frequenzumtastung kann dieses Signal entsprechend Fig. 2 durch einen Vektor mit der Amplitude (A), welcher mit der Winkelgeschwindigkeit WK ± Wjj rotiert dargestellt werden. Die Fig. 3 zeigt die Darstellung dieses Signals (UpE) im Zeitbereich als

Sinusschwingung, bei der die Periodendauer entsprechend dem gerade übertragenen Digitalsignal 2π 2π - bzw. - beträgt. ωΚ " ωΗ ωΚ + ωΗ -3-

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Durch den Einfluß von Störungen auf der Übertragungsleitung kann die Amplitude (A) des Signales (Upg) so verkleinert werden, daß der Empfänger (2) nicht mehr in der Lage ist, das Signal (Upg) richtig zu verarbeiten.

Die erfindungsgemäße Schaltung sorgt dafür, daß für den Fall, daß die Vektorlänge (A) den Wert (Ug) unterschreitet an den Wechselstromtelegrafieempfänger ein Signalqualitäts-Bewertungssignal (SQ-Signal) abgegeben wird. Dieses Signal teilt dem Wechselstromtelegrafiesystem mit, daß das zu diesem Zeitpunkt empfangene Signal z. B. nicht ausgewertet werden darf, oder daß von einem bestehenden Übertragungsweg auf einen anderen Übertragungsweg umgeschaltet weiden muß.

Dieses für die Betriebssicherheit eines Wechselstromtelegrafiesystems wichtige Signal wird dadurch erzeugt, daß das frequenzmodulierte Empfangssignal amplitudendemoduliert und mit einer geeigneten Referenzamplitude verglichen wird. Dementsprechend umfaßt die Schaltung zur Erzeugung des Signalqualitäts-Bewertungssignals eine Amplitudendemodulatorschaltung (3) deren Eingang mit einem Ausgang der Empfängerschaltung (6) verbunden ist und an deren Ausgang ein Signal (Up^) abgreifbar ist, das ein Maß für die Amplitude des Wechselstromtelegrafiesignals (UDE) darstellt.

Dieses Signal liegt an dem einen Eingang einer Komparatorschaltung (5) an, an deren zweitem Eingang eine Referenzspannung (Ur) als Ausgangssignal einer Referenzspannungsquelle (4) anliegt. Am Ausgang des Komparators (5) ist das Signalqualitäts-Bewertungssignal (SQ) abgreifbar.

Die Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung einer Schaltung zur Erzeugung des Signalqualitäts-Bewertungssignal. Eine Amplitudendemodulatorschaltung (3) ist mit seinem Eingang an den Ausgang der Filterschaltung (6) eines Wechselstromtelegrafieempfängers (2) angeschlossen. Das Ausgangssignal der Amplitdendemodulatorschaltung (3) liegt direkt an einem ersten Eingang einer Komparatorschaltung (5) und an dem Eingang einer Tiefpaßfilterschaltung (7) an, deren Ausgang mit dem zweiten Eingang der Komparatorschaltung (5) verbunden ist. Am Ausgang der Komparatorschaltung (5) ist das Signalqualitäts-Bewertungssignal (SQ) abgreifbar.

Bei dieser Schaltungsanordnung wird die Referenzamplitude (Ur) mit der die Signalamplitude in der Komparatorschaltung (5) verglichen wird aus der Signalamplitude selbst durch Tiefpaßfilterung abgeleitet Wenn die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilterschaltung (7) so niedrig gewählt wird, daß die üblicherweise bei Wechselstromtelegrafieeinrichtungen auf Grund von Übertragungsstörungen in der Übertragungsleitung auftretenden Amplitudeneinbrüche nicht mehr im Ausgangssignal (Ur) der Tiefpaßfilterschaltung auftreten, so werden diese kurzzeitigen Störungen besonders gut erkannt, ohne daß langsame Veränderungen an dem Übertragungsverhalten der Übertragungsleitung die Erzeugung des SQ-Signals beeinflussen.

Die Fig. 5 zeigt die Zusammenschaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Signalqualitätssignals mit einer Wechselstromtelegrafieempfängerschaltung (2) welche einen geregelten Verstärker (8) aufweist.

Der Regelkreis des Wechselstromtelegrafieempfängers (2) umfaßt dabei den geregelten Verstärker (8), eine Demodulatorschaltung (9) zur Gewinnung der Amplitude des Empfängersignals als Regelgröße, eine Referenzspannungsquelle (10) als Sollwertvorgabeeinrichtung und eine Vergleicherschaltung (11). Die Schaltung zur Gewinnung des SQ-Signals besteht entsprechend Fig. 1 aus der Amplitudendemodulatorschaltung (3), der Referenzspannungsquelle (4) und der Komparatorschaltung (5).

Die Fig. 6 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend Fig. 5, welche darin besteht, die in der Schaltung nach Fig. 5 je zweimal vorkommenden Funktionselemente: Referenzspannungsquelle (10) bzw. (4) und Demodulatorschaltung (9) bzw. (3) so anzuordnen, daß mit nur jeweils einer Referenzspannungsquelle (4) bzw. einer Demodulatorschaltung (3) das Auslangen gefunden wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Demodulatorschaltung (3) in den Regelkreis des Wechselstromtelegrafieempfängers einbezogen wird.

Am Ausgang der Amplitdendemodulatorschaltung (3), deren Eingang an den Ausgang des geregelten Verstärkers (8) geführt ist, ist ein Signal (Ur^) abgreifbar, dessen Größe der Amplitude des Empfängersignals proportional ist Die Referenzspannungsquelle (4) dient gleichzeitig als Referenzspannung für die Gewinnung des SQ-Signals durch den Komparator (5) und als Sollwert für den Sollwert-Istwert-Vergleicher (VE) (12) in dem die Regelabweichung als Stellgröße gebildet und dem geregelten Verstärker (8) als Verstärkungsstellsignal zugeführt wird.

Die Fig. 7 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild einer Amplitudenregelschaltung und Schaltung zur Erzeugung eines Signalqualitäts-Bewertungssignales entsprechend Fig. 6 bei einer Wechselstromtelegrafieempfängerschaltung, welche zwei parallel angeordnete Signalveraibeitungskanäle aufweist, welche jeweils einen geregelten Verstärker umfassen und wobei die Ausgangssignale (UBj") und (Ugj") der geregelten Verstärker orthogonale harmonische Signale gleicher Amplitude sind (z. B. Sinus- und Cosinus-Schwingungen gleicher Frequenz und Amplitude). Details dieser Empfängerschaltung sind - da nicht erfindungswesentlich - nicht gezeigt. Die Eingänge zweier Quadrierschaltungen (15) bzw. (16) sind mit den Ausgängen der geregelten Verstärker verbunden und führen somit die Signale (Ugi") bzw. (UBu). In den -4-

Claims

Nr. 391 233 Quadrierschaltungen werden die Quadrate der jeweiligen Eingangssignale gebildet und in einer Summierschaltung (17) addiert, deren beiden Eingänge mit den Ausgängen der beiden Quadrierschaltungen verbunden sind. Das Ausgangssignal der Summierschaltung (17) ist ein Maß für das Quadrat der Amplitude des Eingangssignales

Der Istwert wird in einer weiteren Summierschaltung (18) mit einem Sollwert, welcher als Ausgangssignal einer Referenzquelle (19) auftritt, summiert und als Regeldifferenz dem Integrator (21) zugeführt. Das Ausgangssignal (UE) des Integrators bildet die Stellgröße für die geregelten Verstärker über welche der Amplitudenregelkreis geschlossen ist. Durch diesen Regelkreis wird die Amplitude der Spannung (Ußj«) und (Uß2«) unabhängig von der Amplitude der Eingangsspannung (UEE) konstant gehalten. Das Summenausgangssignal der Summierschaltung (17) wird in einem Komparator (20) mit einer Referenzspannung, z. B. einer von der Referenzspannung der Referenzspannungsquelle (19) abgeleiteten Spannung, verglichen. Unterschreitet nun das dem Amplitudenquadrat des Eingangssignals proportionale Summensignal den durch die Referenzspannung vorgegebenen Minimalwert, so wird vom Komparator (20) an dem Ausgang (SQ) über das Signalqualitäts-Bewertungssignal eine Fehlermeldung abgegeben. Diese Fehlermeldung kann z. B. von einer externen Überwachungsschaltung ausgewertet oder optisch bzw. akustisch zur Anzeige gebracht werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines der Signalqualität eines von einem Empfänger empfangenen frequenzmodulierten Signals, insbesondere eines frequenzmodulierten Wechselstromtelegrafiesignals, repräsentativen Bewertungssignals, mit einer Komparatorschaltung, wobei dem einen Eingang dieser Komparatorschaltung eine aus dem frequenzmodulierten Empfängersignal abgeleitete Spannung und dem anderen Eingang eine Referenzspannung, die dem mittleren Empfangspegel entspricht, zugeführt ist, und wobei am Ausgang dieser Komparatorschaltung das Bewertungssignal abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem frequenzmodulierten Empfängersignal abgeleitete Spannung durch eine Amplitudendemodulatorschaltung gewonnen wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Amplitudendemodulatorschaltung (3) mit dem Ausgang einer Filterschaltung (6) verbunden ist, deren Bandbreite der Bandbreite des zu empfangenden Nutzsignales entspricht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungseingang der Komparatorschaltung (5) über eine Schaltung (7) zur Erzeugung eines einem durchschnittlichen Wert des Ausgangssignals der Amplitudendemodulatorschaltung (3) proportionalen Signals, wie z. B. über einen Mittelwertbildner, eine Tiefpaßfilterschaltung oder dgl., an den Ausgang der Amplitudendemodulatorschaltung (3) angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, bei welcher der Empfänger wenigstens einen regelbaren Verstärker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Amplitudendemodulatorschaltung (3) an den Ausgang des regelbaren Verstärkers (8) geführt ist, und daß, gegebenenfalls über einen Regelverstärker (21), an den Steuereingang des regelbaren Verstärkers (8) der Ausgang einer Vergleichsschaltung (12; 18) angeschlossen ist, bei welcher an einem ersten Eingang des Ausgangssignal der Amplitudendemodulatorschaltung (3) und an einem zweiten Eingang eine Referenzspannung anliegt (Fig. 6; Fig. 7).
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudendemodulatorschaltung (3), wie an sich bekannt, zwei Quadrierschaltungen (15,16) und eine diesen nachgeschaltete Summierschaltung (17) aufweist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-