DE1213889B - Phasenschiebernetzwerk fuer einen Modulator oder Demodulator phasenkodierter Signale - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche KL: 21 al -36/12

Nummer: 1213 889

Aktenzeichen: W 32702 VIII a/21 al

Anmeldetag: 30. Juli 1962

Auslegetag: 7. April 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Phasenschiebernetzwerk zum Parallelschalten mit einer Schwingungsquelle in einem Modulator oder Demodulator phasenkodierter Signale, die vorbestimmte Phasenlagen und -perioden aufweisen. Bekanntlich wird eine Phasendemodulation, die auch als Phasenschiebertastung bezeichnet wird, seit vielen Jahren bei der Übertragung von Telegrafiesignalen geringerer Geschwindigkeit über Leitungen verwendet. Mikrowellenanwendungen dieser Modulationsart sind als Polardaten-Übertragungssysteme bekanntgeworden. Bei solchen Systemen wird die Signalinformation im allgemeinen in binärer Form kodiert, wobei z. B. eine »1« einen Impuls und eine »0« einen Zwischenraum oder die Abwesenheit eines Impulses darstellen. Gemäß Übereinkunft sind in einem phasenmodulierten Signal die Impulse normalerweise von den Zwischenräumen um eine Phasenverschiebung des Trägers von z. B. 180° verschieden. Bei einem anderen Verfahren, das oft als Differential-Phasenschiebertastung bezeichnet wird, verschieben aufeinanderfolgende Impulse die Trägerphase zwischen zwei vorbestimmten Bezugsphasenlagen hin und her.

Der größte Vorteil der Phasenlageübertragung mit unterdrücktem Träger besteht darin, daß die Möglichkeiten des Modulationsvorganges dem optimalen praktischen Wert am nächsten gebracht werden können. Ein grundlegender und sehr wichtiger Vorteil ergibt sich auch daraus, daß eine Verringerung der Sendeleistung von über 12 db gegenüber der bei einem üblichen Amplitudenmodulationssystem mit dauernd vorhandenem Träger erreicht werden kann. Gleichermaßen weist eine binäre kodierte Phasenlagemodulation mit wirksam unterdrücktem Träger einen Vorteil von 6db Spitzensenderleistung gegenüber Ein-Aus-Modulatoren mit Träger für gleiche Empfangsfehlerzahl und ohne Vergrößerung der Kanalbandbreite auf. Solche Einsparungen an Sendeleistung treten auch bei höherwertig kodierten Phasenmodulationen auf.

Ein Umstand, der die Vorteile der Doppelseitenbandübertragung mit unterdrücktem Träger sowohl bei analoger als auch in phasenkodierter Modulation in Frage stellt, ist die Schwierigkeit, einen in der Phase genauen passenden Träger für die Demodulation zu erzeugen. Insbesondere ist ein örtlicher Träger bei einem üblichen Homodynedetektor oder Produktdemodulator erforderlich. Bekannte Analogsysteme mit unterdrücktem Träger haben den notwendigen kohärenten Träger im allgemeinen erhalten durch Verwendung erstens eines sehr genauen kristallgesteuerten Oszillators, der die Forderungen Phasenschiebernetzwerk für einen Modulator
oder Demodulator phasenkodierter Signale

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:
Norman Emil Chasek,
Stamford, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 10. August 1961 (130 610, 130 626)

an eine Normalfrequenzquelle erfüllt, zweitens von Dualmischeinrichtungen, bei denen die oberen und unteren Seitenbandfrequenzen mit der Frequenz eines örtlichen Oszillators gemischt werden, oder drittens geeigneter Misch- und Frequenzumsetzerschaltungen, die auf Trägerpilotsignale ansprechen, welche zusammen mit der Signalinformation in den Seitenbändern übertragen werden.

Bei bekannten binär kodierten Phasenlagesystemen, z. B. Systemen, bei denen der Nullphasenzustand einer Trägerschwingung einen Impuls und eine vorbestimmte Phasenverschiebung, üblicherweise 180°, einen Zwischenraum darstellen, sind im allgemeinen Frequenzverdopplerschaltungen in Verbindung mit einem örtlichen Oszillator und einem oder mehreren Phasendetektoren verwendet worden, um einen kohärenten Träger zu erzeugen. Schaltungen der erwähnten Art erfordern normalerweise sehr genaue örtliche Oszillatoren oder Trägerregeneriereinrichtungen oder beides.

Außer dem Wunsch nach einer vereinfachten Einrichtung hoher Geschwindigkeit zur Bereitstellung eines genauen örtlichen Bezugsträgers hat sich ein Bedürfnis für Datenübertragungsschaltungen ergeben,

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die mit höherwertigen Kodierungen arbeiten, ζ. B. tor die; Phäsenschiebung von der Höhe der an die mit einem ternären oder quaternären Kode im Gegen- variable Kapazität angelegten. Steuerspannung ab, so satz zu dem üblichen Binärkode. Solche Kodierungen daß zur Erzielung einer bestimmten Phasenschiebung scheinen insbesondere Vorteile mit Bezug auf die die Steuerspannung sehr sorgfältig eingestellt werden innerhalb einer gegebenen Bandbreite übertragbare 5 muß/; _r_. ■_■._' .,:.-Informationsmenge und das dabei zu erreichende .Die Erfindung will die Nachteile der bekannten Verhältnis zwischen Signal und Rauschen zu ver- Anordnungen vermeiden und ein Phasenschiebersprechen. ■ netzwerk zum Parallelschalten mit einer Schwin-

Tm Gegensatz zu einer binären Phasenlagemodula- gungsquelle in einem Modulator oder Demodulator tion ergibt eine Dreilagenphasenmodulation z". B. io phasenkodierter Signale, die vorbestimmte Phaseneine Verbesserung von etwa 1 db, während gleich- lagen und -perioden aufweisen, schaffen. Die Erfinzeitig die erforderliche Bandbreite um einen Faktor dung ist gekennzeichnet durch ein Element negativen von etwa 60% verringert wird. Eine Vierlagen- Widerstandes, z. B. eine Tunneldiode, das zumindest phasenmodulation verringert die notwendige Band- mit einem Element positiven Widerstandes und'mit breite für eine gegebene Datenmenge weiter bei nur 15 Schaltermitteln, z. B. mit einer Halbleiterdiode, die kleiner Erniedrigung des Schwellwertes im Vergleich in Übereinstimmung mit einem Steuersignal betrieben zu dem Dreilagenphasenkode. Im Vergleich zu der wird, verbunden ist, um die Größe eines der Widerüblichen binären Amplitudenmodulation oder Fre- Standselemente um einen Betrag so zu ändern, daß quenzschiebertastung hat eine binäre Phasenlage- sich das Vorzeichen des Gesamtwiderstandes, nicht modulation wenigstens eine Verbesserung von 6 db im ao aber der Betrag desselben ändert, wodurch eine Schwellwert zusätzlich zu der Verbesserung von 6 db . Phasenverschiebung einer von der Quelle herrührenin der erforderlichen Spitzensendeleistung. Aus die- den Schwingung bewirkt wird,
sen Gründen haben Phasenlagemodulationssysteme, Tunneldioden und ihre Eigenschaften sind an sich die mit Kodierungen der Basis 3 oder mehr arbeiten, bekannt. Sie sind auch bereits als Impulsverstärker in bisher wesentliche Beachtung gefunden, insbeson- 25 digitalen Schaltungen oder zur Kompensierung posidere dann, wenn nur kleine Leistungen zur Ver- .. tiver Widerstände verwendet worden,
fügung stehen, z. B. bei Übertragungen über Raum- Für binären Betrieb kann das Phasenschiebernetzsatelliten. Ungünstigerweise können bekannte Demo- werk eine Tunneldiode, einen Widerstand und einen dulatoren für binär kodierte Phasenlagemodulation Schalter, der die Größe des positiven Widerstandes nicht einfach entweder zur Wiederherstellung eines 30 ändert, z. B. eine Halbleiterdiode, enthalten. Vorgenauen örtlichen Bezugsträgers oder zum Dekodie- zugsweise sind der Widerstand und die Tunneldiode ren einer phasenkodierten Information mit der in Reihe geschaltet. Eine Phasenschieberdetektor-Basis 3 oder höher verwendet werden. Die Schwierig- schaltung zur Verwendung in einem Modulator kann keit, die beim Dekodieren einer solchen Information in seiner einfachsten Form, z. B. für binäre oder anaauftritt, besteht darin, daß der Demodulator auf eine 35 löge Anwendungen, einen Oszillator, der anfänglich Zahl von verschiedenen Kodesymbolen statt nur auf in Phase mit der ursprünglichen Trägerschwingung einen Impuls und einen Zwischenraum bei einem gehalten wird, eine Mischeinrichtung, eine Schaltung binären System ansprechen muß und daß der Demo- mit zwei Zuständen und eine Schaltdiode hoher Gedulator so aufgebaut sein muß, daß er mit den ver- schwindigkeit enthalten,
schiedenen Kodesymbolen passend zusammenwirkt. 40 Der Regenerator arbeitet in der folgenden Weise:

Zur Erzielung der notwendigen Phasenverschie- Wenn die Phase des empfangenen Signals entsprebungen bei Phasenlagemodulationssystemen sind chend einem vorbestimmten Kode so geändert wird, verschiedene Verfahren bekannt. So sind z. B. zwei daß sie von der Phase des Oszillators abweicht, bein Phase betriebene Verstärker, die an eine gemein- tätigt ein negativer Impuls von der Mischeinrichtung same Ausgangsschaltung gelegt und abwechselnd 45 die Schaltung mit zwei Zuständen, welche wiederum ausgelöst werden, verwendet worden, um 180°- die über dem Widerstand liegende Schaltdiode bePhasenverschiebungen zu erreichen. Weiterhin sind tätigt. Der in Reihe mit der Tunneldiode geschaltete abgeänderte Wheatstonesche Brückenschaltungen Widerstand ist somit entweder kurzgeschlossen (auf und kreuzgekoppelte Diodenschaltmatrizen verwen- den Wert Null herabgesetzt) oder nicht, entsprechend det worden, um eine gewünschte Phasenverschiebung 50 dem Zustand des Schalters. In jedem Fall wird die des Hochfrequenzträgers zu bewirken. Diese bekann- Phase des empfangenen Signals umgekehrt oder zu ten Phasenschiebermodulatoren erfüllen jedoch nicht der Bezugsphase des Oszillators zurückverschoben, die Anforderungen bezüglich möglichst großer Ein- Daß solche Phasenverschiebungen auftreten, ist am fachheit und höher Geschwindigkeit, die bei einem besten zu sehen, wenn man untersucht, was ge-Hochfrequenzübertragungssystem hoher Kapazität 55 schiebt, wenn der positive Widerstand getrennt kurznotwendig sind. Zusätzlich lassen sich die vorer- geschlossen wird. Da die Werte des positiven und wähnten Modulatoren nicht leicht so abändern, daß des negativen Widerstandes so gewählt sind, daß der z. B. kodierte Modulatoren nicht nur von η Phasen- Betrag des Serienwiderstandes konstant bleibt und lagen, sondern auch von η Amplituden erzeugt wer- nur das Vorzeichen des Widerstandes geändert wird, den können. 60 wenn der positive Widerstand kurzgeschlossen wird,

Es ist auch bereits ein Phasenmodulator bekannt, erzeugen die sich ergebenden periodischen Änderun-

bei dem zur Erzeugung einer Phasenschiebung eine gen des Vorzeichens mit der Modulationsgeschwin-

variable Kapazität verwendet wird, deren Wert durch digkeit eine zeitabhängige Widerstandsfunktion R (i).

Anlegen einer Steuerspannung geändert werden kann. Diese Funktion R (i) erzeugt Frequenzkomponenten,

Die maximal erreichbare Phasenschiebung beträgt 65 die in besonderer Beziehung sowohl zu dem ur-

dabei 25°, so daß. für größere Werte mehrere Vor- .sprünglichen Träger als auch zu den Seitenband-

richtungen in Reihe geschaltet werden müssen. Signalfrequenzen stehen und sich als Fourierreihe

Außerdem hängt bei dem bekannten.Phasenmodula- einer quadratischen Schwingung ausdrücken lassen*

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Das Produkt der örtlich erzeugten Frequerizkom- bei der Demodulation analoger ürid-binärer phasen- ^; ponenten und der Frequenzkomponenten des oberen kodierter Doppelseitenbanditiformatidn geeignet ist " und unteren Signalseitenbandes erzeugt einen ort- Der Regenerator 10 enthält, einen Signalempfänger liehen Träger, wobei der Oszillator genau in Phase 11, der vorzugsweise ein Empfänger mit konstantem und Frequenz. mit dem ursprünglichen kohärenten 5- Strom ist, der an einen Oszillator 12 angeschlossen Träger gehalten ist. Das Ausgangssignal des Oszilla- ist. Der Ausgang des Oszillators 12 ist sowohl einer tors stellt somit einen genauen kohärenten örtlichen Mischeinrichtung 13, deren^; Ausgang wiederum ver-Träger dar, der bei der Demodulation der Signal- wendet wird, um einen Kreis 14 mit zwei Zuständen, information, z. B. in einem üblichen Homodynedetek- z.B. einen Flip-Flop-Kreis, zu betätigen, als auch tor, verwendet werden kann. Kostspielige örtliche io einem Homodynedetektor 15 zur Demodulation der Oszillatoren, Frequenzverdoppler- und -teilerschal- Signalinforrnätion zugeführt. Der Ausgang des Fliptungen oder Frequenzdetektor- und -übertragungs- Flop-Kreises 14 ist an ein Phasenschiebernetzwerk 16 schaltungen, die für den Empfang der in bekannten angeschlossen, das innerhalb gestrichelter Linien dar-Systemen verwendeten Pilotfrequenzen erforderlich gestellt ist. sind, fallen also weg. 15 Dieses Netzwerk 16, das auch als (binärer Phasen-

Trägerregeneratoreinrichtungen, die für die Ver- lagedemodulator, wie es später iesehrieben wird, Wendung bei der Demodulation von Drei- und Vier- verwendet werden kann, enthält ein negatives Widerphasenlagesignalen geeignet sind, enthalten außerdem Standselement 20, vorzugsweise eine Tunneldiode, einen Steuerkreis, um ein Wobbein in der Phase des das in Reihe mit einem Widerstand 21 mit einem gewiederhergestellten Trägers zu verhindern, das durch 20 eigneten positiven Widerstandswert an die Klemmen die sich ändernden, um 90° in der Phase verschöbe- 26 und 27 geschaltet ist. Die Serienschaltung des nen Komponenten verursacht wird. positiven und des negativen Widerstandes ist somit

Eine vektorempfindliche Impulsregeneratorschal- parallel zu den Ausgangsklemmen des Sighalemp-

tung kann zusammen mit dem Dreiphasenträger- f ängers gelegt. Der Widerstand 22 stellt den inneren

regenerator verwendet werden, um zu bestimmen, 25 Widerstand des Empfängers 11 zuzüglich des Lei-

in welchem der Phasensektoren der Signälvektor im tungswiderstandes parallel zu der Tunneldiode 20

Vergleich zu dem Bezugsvektor liegt. Diese Kombi- und dem Widerstand 21 dar.

nation bildet einen vollständigen Demodulator von Ein Schalter S₁ für hohe Geschwindigkeiten, der

einem Phasenkode zu einem Pulskode. zur Erläuterung als Schaltdiode dargestellt ist, ist an

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 30 den Widerstand 21 angelegt und wird entsprechend

Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt den Steuerimpulsen von dem Flip-Flop-Kreis 14 so

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Träger- vorgespannt, daß er abwechselnd offene und ge--

regenerators, der für die Verwendung bei der Demo- schlossene Leitfähigkeitszustände aufweist. Die Schal-

dulation von analogen oder binären Doppelseiten- tung zur Erzeugung der zwei gewünschten Werte der

band-Phasenlagesignalen mit unterdrücktem Träger 35 Vorspannung am Ausgang des Flip-Flbp-Kreises und

geeignet ist, zum Abtrennen von dem übrigen Teil des Regenera-

F i g. 2 eine Darstellung der Strom-Spannungs- tors kann von bekannter Art sein. Andere Formen

Charakteristik einer Tunneldiode und insbesondere von elektrischen Schaltern, die auf elektrische Steuer-

deren negativen Widerstandsbereich, impulse ansprechen, sind bekannt Und können eben- ■

Fig. 3 verschiedene Wellenformen als Hilfsmittel 40 falls mit gleicher Wirksamkeit verwendet werden,

zur Erklärung bestimmter Merkmale der Einrichtung Zur Darstellung eines vollständigen Systems sind ein

nach Fig. 1, Phasendemodulator23, der eine Hochfrequenz-

F i g. 4 ein schematisches Schaltbild eines Träger- Endverstärkerstufe enthalten kann, und eine Trägerregenerators für die Verwendung bei der Demodula- oszillatorquelle 24 an einer entfernten Station dargetion von dreiphasenkodierter Information, 45 stellt. Die Sende- und Empfangseinrichtungen kön-

Fig. 5A und 5B ein Vektordiagramm und eine nen elektrisch durch jedes geeignete Übertragungs-Tabelle als Hilfsmittel zum Verständnis der Wir- mittel, welches durch die gestrichelte Linie 25 angekungsweise des Regenerators der F i g. 4, geben ist, verbunden werden.

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines Dreiphasendetek- Bei dem Phasenschiebernetzwerk 16 des Regenerators zur Verwendung in Verbindung mit dem Träger- 50 tors 10 ist der Wert des negativen Widerstandes der regenerator der F i g. 4, Tunneldiode in bezug auf den gesamten positiven

Fig. 7 ein schematisches Schaltbild eines Träger- Widerstand des Netzwerkes so gewählt, daß sieh nur

regenerators zur Verwendung bei der Demodulation das Vorzeichen der Widerstandskombination an den

von vierphasenkodierter Information, Klemmen 26 und 27 ändert, wenn der Widerstand 21

Fig. 8A und 8B ein Vektordiagramm und eine 55 kurzgeschlossen oder wieder in den Kreis eingeschal-Tabelle als Hilfsmittel zur Erläuterung der Wirkungs- tet wird. Die Phase der zugeführten Trägerwelle verweise des Regenerators der Fig. 7, schiebt sich somit um 180° als Funktion der Serien-

Fig. 9 ein schematisches Schaltbild eines binären schaltung des Widerstandes, d.h., die Trägerphase

Phasenlagemodulators, verschiebt sich jedesmal um 180°, wenn sich das

F i g. 10 verschiedene Wellenformen als Hilfsmittel 60 Vorzeichen des Widerstandes an den Klemmen 26

zur Erläuterung der Wirkung des Modulators der und 27 ändert. Diese periodische Änderung in dem

F i g. 9, Vorzeichen des Widerstandes bei der Modulations-

Fig. 11 ein schematisches Schaltbild eines Drei- geschwindigkeit erzeugt die vom Widerstand abge-

phasenlagemodulators und leiteten Frequenzkomponenten, die die Erzeugung

F i g. 12 ein schematisches Schaltbild eines Vier- 65 eines genauen kohärenten örtlichen Trägers möglich

phasenlagemodulators. machen. Der Wert des positiven Widerstandes, der

F i g. 1 zeigt einen Trägerregenerator 10, der zur erforderlich ist, um eine Änderung im Vorzeichen

Verwendung mit einem üblichen Homodynedetektor des' Widerstandes über eine 180°-Phaseriverschie-

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bung in dem Regenerator 10 zu erreichen, ist durch^; viele Vorteile. Diese schließen insbesondere sehr ge-

die folgende Gleichung gegeben: .. ringe negative Zeitkqnstanten und sehr 'hervorgehobene und im wesentlichen lineare Bereiche nega-

_ _ ^r₂₀ (r₂₂ — ^r2o]_ ■ tiven Widerstandes ein, Für eine spezielle Beschrei-

r₂₂ — 2r₂₀ : 5 bung der Festkörperphysik des Tunnelprozesses, die

: Aufschluß über die negative Widerstandscharakte-

worin die Indizes den Bezugszeichen der vorherer- ristik dieser Dioden gibt, wird Bezug genommen auf

wähnten Widerstandselemente der Schaltung ent- die Arbeit von L. Esaki, »New Phenomenon in

sprechen. ■ Narrow Germanium P-N Junctions«, in Physical

Daß die Phase des Trägers um 180° verschoben ίο-.Review, 1958, Vol. 109, S. 603/604.
wird, wenn der Widerstand21, der unter Berück- Die Arbeitsweise des Regenerators 10 der Fig. 1 sichtigung der obigen Gleichung ausgewählt ist, ent- ist im einzelnen folgende. Der Oszillator 12 wird anweder kurzgeschlossen oder elektrisch in den Strom fänglich in Phase mit dem ursprünglichen Träger, des Regenerators 10 wieder eingeschaltet wird, ergibt z.B. mittels eines geeigneten Identifizierungskodesieh aus folgendem. An den Klemmen26 und 27 des 15.symbols getastet, das entweder mit der Signalinfor-Phasenschiebernetzwerkes 16 kann der wiederherge- mation oder hilfsweise zu dieser übertragen wird, stellte Träger als Wenn die Phase des empfangenen Signals verschoben 7 sin ω ί wird, ζ. B. von 0 auf 180°, entspricht der Oszillator ^{0 c} . 12 langsam dieser Änderung, d. h., er ist bestrebt, in angegeben werden, wenn der Schalter S₁ offen ist. 20. seiner ursprünglich gestasteten Phasenlage zu verWenn der Schalter Sj den Widerstand 21 kurz- bleiben. Wenn dann sowohl der Oszillatorausgang schließt, bleibt der- Widerstandswert an den Klem- als auch das empfangene Signal der Mischeinrichtung men 26 und 27 konstant, jedoch ändert sich das Vor- 13 zugeführt werden, wird ein Ausgangssignal erzeichen des Widerstandes. Demgemäß kann bei kurz? zeugt, das die Phasendifferenz zwischen diesen beigeschlossenem Widerstand 21 die-Gleichung für den 25 den, wenn eine solche vorhanden ist, anzeigt. Der wiederhergestellten, Träger mit einem negativen Ausgang der Mischeinrichtung betätigt z.B. den Koeffizienten in folgender Form geschrieben werden: Flip-Flop-Kreis 14, der wiederum ein Vorspannungs-

T l—r \*mm t—T r - «in „■> t A- π ^si8^{nal ffir die} Schaltdiode S₁ erzeugt. Wenn z. B. die

I₀ 1 r₁₅1 sin ω, I₀ r₁₅ sin w_c -t- π. Phasendifferenz im wesentlichen 180° beträgt, wird

Der Wert des negativen Widerstandes hängt so- 30 die Schaltdiode S₁ in den leitfähigen Zustand vorge-

wohl von der der Tunneldiode zugeführten Vorspan- spannt. Der Widerstand 21 in Reihe mit der Tunnel-

nung als auch von dem durch diese fließenden diode 20 wird kurzgeschlossen, und die Phase der

Strom ab. Aus diesem Grunde soll der Signalemp- empfangenen Signalspannung wird von 180° zurück

fänger 11 vorzugsweise mit konstantem Strom arbei- auf 0° verschoben.

ten, so daß sichergestellt ist, daß der negative Wider- 35 Es ist zu bemerken, daß bei einem Doppelseitenstand der Tunneldiode während des Betriebes im bandanalogsignal mi unterdrücktem Träger die wesentlichen konstant bleibt. Zur Vereinfachung ist Trägerphase zwischen 0 und 180° mit der Moduladie Schaltung für die Vorspannung der Tunneldiode tionsgeschwindigkeit wechselt. Derselbe Grad der 20 und zum Abtrennen der Hochfrequenzteile von Phasenverschiebung wird im allgemeinen bei einem den Gleichstromteilen des Trägerregenerators nicht 40 binären Phasenlagesystem verwendet, da dieses die dargestellt. Eine für alle Ausführungsformen zum optimale Schwellwertbedingung ergibt, d. h., der Vorspannen der Tunneldiode und zum Verringern Kreuzkorrelationskoeffizient ist negativ. Demgemäß einer möglichen Selbsterregung der Diode bei der ist der Trägergenerator 10 insbesondere für die VerFrequenz/,, des unterdrückten Trägers anwendbare Wendung bei der Modulation beider Arten von Technik ist in Verbindung mit dem Modulator 100 45 Signalinformationen anwendbar,
in der nachfolgend beschriebenen F i g. 9 dargestellt. Um bildlich darzustellen, wie der Trägerregenera-

Um den Wert einer bei der Erfindung verwendeten tor 10 die Phase des empfangenen binären phasen-Tunneldiode besser zu verstehen, wird auf F i g. 2 kodierten Signals ändert, wird auf F i g. 3 Bezug geBezug genommen, die. eine typische Strom-Span- nommen. Fig. 3A zeigt einen Pulskodezug von nungs-Rurve für solch eine Einrichtung angibt. Zu- 5° Signalinformation in einer Form an, die z. B. zum sätzlich zeigt F i g. 2 eine beispielhafte Gleichstrom- Steuern eines binären Phasenlagemodulators verwenbelastungslinie 31 und eine Wechselstrombelastungs- det werden kann. F i g. 3 B gibt eine phasenlagemodulinie 32, die sich in einem Punkt 33 in dem Zwi- lierte erhöhte Kosinuswellenform der Art an, bei der schenbereich negativen Widerstandes der Strom- jeder aufeinanderfolgende Impuls des Kodezuges der Spannungs-Kurve schneiden. Wie ersichtlich, ist der 55 Fig. 3 A, dem ein Zwischenraum vorangeht, eine Bereich negativen Widerstandes sehr hervorgehoben; 180°-Phasenverschiebung der Trägerwelle bewirkt, er besteht zwischen der Spitze der Kurve, die durch Die »erhöhte Kosinuswellenform« bezieht sich auf den Punkte angegeben ist, und dem Tal, das durch eine Funktion der Art (1—cos Θ). Fig. 3C gibt die den Punkts angegeben ist. Die Wellenform34, die Art an, in der das empfangene binäre Signal der relativ zu der Wechselstrombelastungslinie32 ge- 60 Fig. 3B durch das Phasenschiebernetzwerk 16 des zeigt ist, gibt den vom Empfänger 11 zugeführten Si- Regenerators 10 angewandelt wird, so daß es in gnalstrom an, und die Wellenform 35, die relativ zu Phase mit dem Ausgang des Oszillators 12 zusameiner als Projektion von dem Arbeitspunkt 33 gezoge- menfällt. Der Ausgang des Oszillators 12 ist in nen Linie zu sehen ist, gibt die durch den Signalstrom F i g. 3 D dargestellt.

an der Tunneldiode 20 erzeugte Spannung an. Die 65 Es wird nun angenommen, daß der Diodenschal-Tunneldiode zeigt gegenüber üblichen negativen ter S₁ durch den Ausgang des Flip-Flop-Kreises 14 Widerstandseinrichtungen, z. B. dem Dynatron und so vorgespannt ist, daß er anfänglich in dem offenen einem Punktkontakttransistor in Emitterschaltung, oder nicht leitenden Zustand ist. Dann ist die erste

Phasenlagekodehalbwelle41 der Fig. 3B (entsprechend dem ursprünglichen Impuls 42 der Fig. 3A) ungefähr 180° außer Phase mit der willkürlich gewählten 0°-Bezugsphasenbedingung des Oszillators 12 (Wellenformabschnitt 43 der Fig. 3D). Wie vorher beschrieben worden ist, erzeugt diese Phasendifferenz einen Steuerimpuls an dem Ausgang der Mischeinrichtung 13, der wiederum den Flip-Flop-Kreis 14 in der Weise betätigt, daß er den Schaltzustand der Diode S₁ umkehrt. Wenn willkürlich angenommen wird, daß der Diodenschalter ursprünglich im offenen Zustand war, dann betätigt der erste Steuerimpuls von der Mischeinrichtung 13 den Flip-Flop-Kreis 14 in der Weise, daß die Schaltdiode S₁ in den anderen leitenden oder geschlossenen Zustand wechselt, wodurch der Widerstand 21 kurzgeschlossen wird und sich die Phase der Kodehalbwelle 41 um 180° verschiebt. Die abgeänderte Trägerwelle erscheint dann an den Klemmen 26 und 27 des Regenerators in der durch das Kodesymbol 45 der F i g. 3 C angegebenen Lage. Umgekehrt erzeugt die zweite oder Nullphasenlagekodehalbwelle 46 des in F i g. 3 B (entsprechend der Abwesenheit eines Impulses oder dem Zwischenraum 47 in F i g. 3 A) dargestellten, empfangenen Signals ein Steuersignal mit dem Wert 0, d. h. keinen Impuls an dem Ausgang der Mischeinrichtung 13, da sich das empfangene Signal in Phase mit dem Ausgang des Oszillators 12 befindet. Deshalb bleibt der Diodenschalter S₁ in seinem geschlossenen Zustand, der den Widerstand 21 kurzschließt. Das zweite Kodesymbol 48 in F i g. 3 C zeigt die Abwesenheit eines Impulses durch die Abwesenheit einer Phasenverschiebung. Die nächste folgende Phasenlagekodehalbwelle 49 der Fig. 3B, die um 180° außer Phase mit dem Oszillator ist, bewirkt einen Steuerimpuls an dem Ausgang der Mischeinrichtung 13 zur Betätigung des Flip-Flop-Kreises 14, der wiederum die Schaltdiode in der Weise vorspannt, daß diese wieder öffnet und den Widerstand 21 elektrisch in die Schaltung einbringt. Dies hat die Wirkung einer wiederholten Verschiebung der Phase der Kodehalbwelle 49 des empfangenen Signals um 180°, wie es durch die Kodehalbwelle 50 in F i g. 3 C angegeben ist, so daß diese mit der Phase des Oszillators, die durch den Wellenformabschnitt 51 in Fig. 3D angegeben ist, zusammenfällt.

Wie aus den Fig. 3B und 3C zu ersehen ist, entspricht der Flip-Flop-Kreis 14, immer wenn zwei oder mehr Perioden dieselbe aufeinanderfolgende Phasenerscheinung zeigen, nur der ersten Periode des Phasenwechsels und hält den Schalter S₁ in der entsprechenden Stellung, bis ein nachfolgender Phasenwechsel auftritt. Somit wird der Schalter S₁ nur betätigt, wenn eine tatsächliche Phasenverschiebung des empfangenen Signals auftritt. Diese Schalteigenschaft wird im allgemeinen auch bei nachfolgend noch zu beschreibenden Trägerregeneratoren bevorzugt.

Gemäß der Erfindung wird ein starker kohärenter Träger passender Phase, der den Oszillator in genauer Phase mit dem ursprünglichen Träger hält, erzeugt, indem das Produkt der Frequenzkomponenten, die durch die zeitveränderliche Widerstandsfunktion R(t) an den Regeneratorklemmen 26 und 27 erzeugt werden, und der Seitenbandfrequenzkomponenten des empfangenen Signals dem Eingang des Oszillators 12 zugeführt wird. Die Art, in der dies vor sich geht, kann leicht aus der folgenden theoretischen Analyse ersehen werden.

Das empfangene Signal 1 kann entweder in analoger oder binärer Phasenlageform definiert werden als

I(t) = / cos Wi t cos w_c t, (1)

worin α»,- die Modulationsfrequenz und w_c die für die Übertragung verwendete Trägerfrequenz sind.

Durch direkte trigonometrische Auflösung wird die Gleichung (1):

I(t) = COS (w_c + CO;) t+ COS (w_c — CO;) t .

(2)

Die dem Eingang des Oszillators 12 zugeführte Signalspannung, die ebenfalls zwischen den Klemmen 26 und 27 auftritt, kann somit in folgender Weise ausgedrückt werden:

Vg ~ —cos (co_c-)-ω,·)ί + —cos^ —<

R(t) .

(3)

In der Gleichung (3) gibt R(i) den zeitveränderlichen Wechsel des Vorzeichens des konstanten absoluten Widerstandswertes zwischen den Klemmen 26 und 27 an. Somit kann R (t) als eine durch die wechselnde elektrische Anwesenheit und Abwesenheit des Widerstandes 21 in Reihe mit dem durch die Tunneldiode 20 gegebenen negativen Widerstand erzeugte Widerstandsfunktion betrachtet werden. Die Widerstandsfunktion R(t) zeigt Frequenzkomponenten, die als eine Fourierreihe einer quadratischen Schwingung, die mit einer Geschwindigkeit von w_t auftritt, ausgedrückt werden können. Solch eine Welle nimmt die folgende Form an:

R(i) = R₁ cos (Oit + R₂ cos 3ω,·ί +

(4)

worin R₁ und R₂ die Fourier-Widerstandskoeffizienten der Auflösung sind. Diese Koeffizienten stehen in direkter Beziehung zu den negativen und positiven Schaltungswiderständen r₂₀ und r₂₁, deren Beziehung von der besonderen verwendeten ungeraden Harmonischen abhängt.

Durch Einsetzen der Gleichung (4) in die Gleichung (3) wird die folgende Gleichung für die an den Widerstandsklemmen 26 und 27 erzeugte Signalspannung abgeleitet, die dem Eingang des Oszillators zugeführt wird:

V_g = cos (x>_ct Λ -cos (co_c + 2w,)t

T R

-\ cos (w_c — 2ω,·) t + *—^ cos (w_c + 4 ω_;·) t

IR?
4

τη τη

-\ cos w_ct-\ cos (w_c — 2coi)t

4 4

. IR

T Ό

cos (w_c —4 Wi) t + ^J-^ cos (w_c + 2 Wi) t. 4 4

Aus Gleichung (5) ist zu sehen, daß zwei Ausdrücke mit Frequenzkomponenten von w_c auftreten, nämlich die beiden Ausdrücke

IR₁

cos w_ct.

4

Die so erzeugten Frequenzkomponenten w_c sperren den Oszillator 12, der anfänglich in der Nähe von w_c abgestimmt ist, sehr genau bei der Frequenz des

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unterdrückten Trägers. Der sich somit ergebende, an tung 66 und einen Flip-Flop-Kreis 67 enthält. Die dem Ausgang des gesperrten Oszillators erzeugte Mischeinrichtung 66 empfängt, ebenso wie die starke kohärente Träger wird dann einem üblichen Mischeinrichtung 13, einen Teil der empfangenen Homodynedetektor oder Produktdemodulator (nicht Signalinformation, bevor ihre Phase durch eine didargestellt) zur Demodulation des Signalinhaltes zu- 5 rekte Verbindung von einem geeigneten Netzwerkgeführt. Durch ein Beispiel wird gezeigt, daß der teiler 68 geändert wird, der z. B. einen dualen AusAusgang des gesperrten Oszillators cos co_ct zusammen gangsverstärker oder eine gerichtete Kopplungseinmit dem in Gleichung (1) angegebenen empfangenen richtung, wie dargestellt, sein kann. Dieser zweite Signal, ausgedrückt als Spannung, normalerweise Steuerkreis betätigt, in der Weise wie er ausgebildet einer Mischeinrichtung in dem Demodulatorkreis io ist, nicht nur den Schalter S₂, so daß der gewünschte zugeführt wird, so daß das folgende Produkt er- Grad der Phasenverschiebung, der für die Wiederzeugt wird: herstellung eines kohärenten Trägers erforderlich

γ ist, bewirkt wird, sondern kehrt auch die unerwünsch-

[V'cosWftcos ω _ct] [cosco_ct] = —cost»,·* ten, um 90° in der Phase verschobenen Komponen-

2 ■ i₅ ten in einer solchen Weise um, die Phasenschwan-

V kungen um die Bezugsphase verhindert.

~"~ IT ^{cos 03}C^t ■ Die Phasenumkehrungen des empfangenen Signals

^\ in dem Regenerator 60 können in Komponenten, die

^ ' in Phase liegen und die um 90° phasenverschoben

Das Produkt der Gleichung (6) wird dann durch 20 sind, aufgeteilt werden. Die Mischeinrichtung 13

ein Tiefpaßfilter gegeben, das nur den Ausdruck spricht auf in Phase liegende Änderungen an und betätigt daher den SchalterS_}, was eine Phasen-

— cosct> ί verschiebung von 0 oder 180° bewirkt. Die Misch-

2 ' einrichtung 66 spricht auf um 90° phasenverschobene

25 Änderungen an, da der Ausgang des örtlichen Os-

übrigläßt, welcher der ursprünglichen Signalinforma- zillators um 90° verschoben ist, und ein Ausgangs-

tion entspricht. signal, das den Flip-Flop-Kreis 67 betätigt, tritt für

Es ist somit ersichtlich, daß die Einrichtung mit die Phasenumkehrungen nur in der um 90° verschodem Regenerator 10 eine Einrichtung zur Erzeugung benen Ebene auf. Dies geschieht wegen der orthoeines starken kohärenten Trägers für die Demodula- 30 gonalen Beziehung sin χ sin χ = Va und sin χ cos χ tion jeder Signalinformation mit unterdrücktem Trä- = 0 (die Striche geben den Mittelwert an). Wenn die ger ergibt, die durch periodische Phasenverschie- Reaktanzen des Kondensators 61 und der Spule 62 bungen zwischen zwei vorbestimmten Zeitphasen- entsprechend gewählt sind, kann der Flip-Flop-Kreis lagen charakterisiert ist. Diese Technik ist im Grunde 67 den Schalter S₂ betätigen, um einen gewünschten bei allen Phasenlagekoden höherer Ordnung anwend- 35 vorbestimmten Grad des Phasenwechsels zwischen bar, z. B. bei Drei- und Vierphasenlagekoden, die 0 und 90° zu bewirken. Da zwei orthogonale z. B. mehrfache Phasenverschiebungen von 120 und Schleifen vorhanden sind, die unabhängig vonein-90° verwenden. Die Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines ander arbeiten, bei denen jedoch jede in einer der kohärenten Trägerregenerators 60, der für die Ver- einzelnen Schleife des Regenerators 10 in F i g. 1 entwendung in Dreiphasenlage-Übertragungssystemen 40 sprechenden Weise arbeitet, kann die resultierende geeignet ist. Zusätzlich zu den Schaltungselementen, mittlere, den örtlichen Oszillator betreibende Signaldie denen des Regenerators 10 (gleichermaßen iden- phase gleich 0° gemacht werden,
tifiziert) entsprechen, enthält der Regenerator 60 des Eine Signalphase von 0° kann z. B. mit einer 60°- weiteren einen Kondensator 61 und eine Spule 62, Phasenverschiebung durch die Betätigung lediglich die in Reihe mit der Tunneldiode 20 und dem Wider- 45 des Schalters S₂ bewirkt werden. Die Beziehung zwistand 21 an die Klemmen 26 und 27 geschaltet sind. sehen den Widerständen und Reaktanzen der Schal-Ein zweiter SchalterS₂, der vorzugsweise, wie darge- tungselemente der Fig. 4, die notwendig, ist, um stellt, eine Schaltdiode enthält, wird verwendet, um dieses Ergebnis hervorzurufen, ist folgende:
die Spule 62 getrennt kurzzuschließen.

Für die Demodulation von Drei- oder Vierphasen- 50 ^r20 _ ^r2i ~ ^r20 ί ΐ% /γ\

lagesignalen ist es lediglich erforderlich, daß ein ort- _r — _{r r} — _r -|_ _r ± jx
licher Träger in Phase mit einer der Phasenlagen

erzeugt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß worin jX die effektive Reaktanz in der Schaltung die Signalübertragung mit der Bezugsphase oder in ist und worin die Indizes den Bezugszahlen entan sich bekannter Weise durch Aussendung eines 55 sprechen, die vorstehend verwendet wurden, um die periodischen Identifizierungskodesymbols in dieser Widerstandselemente der Schaltung zu identifizieren. Phase begonnen wird. Wenn ein kohärenter Träger Durch willkürliche Bestimmung Q₁ = + 60° und in einem Drei- oder Vierphasenlagesystem durch Q₂ =— 60° für Dreiphasenlageanwendungen werden dieselbe Einrichtung wiederhergestellt wird, die soeben für den Regenerator 10 beschrieben worden ist, 60 _ X₁ — X₂ . .
kann ein Wobbein in der Phase des wiederherge- 1 ~ ^an ~ _r ^ ' stellten Trägers, das durch sich ändernde, um 90°- _un(j
phasenverschobene Komponenten verursacht wird, _y

auftreten. Zum Beispiel könnte im FaU des Drei- Q₂ = tan"¹ , (9)

phasenlagesystems die Phase ± 60° um die Bezugs- 65 r₂₂ — r₂₀ + r₂₁
phase wobbeln.

Deshalb ist ein zweiter Steuerkreis vorgesehen, worin X₁ und X₂ die induktiven und die kapazitiven der einen 90°-Phasenschieber 65, eine Mischeinrich- Reaktanzen an den Klemmen 26 und 27 darstellen.

"~ r20

Bei dem Vierphasenlage- oder quaternären Fall werden O₁ unda, vorzugsweise zu +45 und —45° gewählt.

Die Art, in der ein kohärenter örtlicher Träger wiederhergestellt und das Wobbein verhindert wird, ergibt sich am besten aus einer Beschreibung der Wirkungsweise des Generators 60 in Verbindung mit einer Vektordiagrammanalyse, die angibt, wie das empfangene Signal in gewünschter Weise kontinuier-Hch zu der Bezugsphasenlage, die bei 0° angenommen v/ird, verschoben wird. Unter Bezugnahme auf das Vektordiagramm der .Fig. 5A wird angenommen, daß das ankommende Signal phasenlagemoduliert ist, so daß es drei bestimmte Phasenverschiebungslagen von 180, 300 und 60° aufweist, wie es durch die in ausgezogenen Linien dargestellten Vektoren I, II und III angegeben ist. Es wird des weiteren angenommen, daß die effektiven Werte des Widerstandes und der Reaktanz an den Klemmen 26 und 27 des Regenerators 60 so gewählt sind, daß eine Phasenverschiebung von —60° lediglich durch Betätigung des Schalters S₂ erreicht wird. Die notwendigen Schaltungsparameter, die erforderlich sind, um eine solche Phasenverschiebung zu erreichen, werden leicht durch Verwendung der in den Gleichungen (8) und (9) angegebenen trigonometrischen Beziehungen erhalten. Als Hilfsmittel für das bessere Verständnis der Wirkungsweise des Regenerators zeigen sowohl das Vektordiagramm als auch die dazugehörige Tabelle der Fig. 5B die Schaltzustände von S₁ und S., für die verschiedenen berücksichtigten Phasenbeziehungen. Diese Tabelle gibt auch die passenden Betriebsbedingungen für die Mischeinrichtungen 13 und 66 in Hinblick auf die Schaltzustände an.

Wenn z. B. angenommen wird, daß die erste Phasenlage des empfangenen Signals bei 180° (I) auftritt, ist eine 180°-Phasenverschiebung erforderlieh, um die Signalphase zu der 0°-Bezugsphase zu wenden. Wie sowohl aus dem Vektor I in ausgezogener Linie als auch der Tabelle der Fig. 5B zu ersehen ist, erfordert dies, daß S₁ bewirkt wird, zu schließen. Wenn das empfangene Signal wiederum in eine neue Phasenlage verschoben wird, z. B. 300° (II), ist eine Phasenverschiebung von 60° erforderlich, um das Signal bei der O°-Bezugsphasenbedingung wiederherzustellen. Eine 60°-Phasenverschiebung erfordert, wie es durch den Vektor III in ausgezogener Linie angegeben ist, daß der Schalter S₁ zum Öffnen betätigt wird und der Schalter S₂ offen bleibt. Wenn ein nachfolgendes Signal mit 60° (III) empfangen wird, erfordert dies gleichermaßen eine 300°-Phasenverschiebung, um einen 0°-Träger am Eingang des Oszillators wiederherzustellen. Um dies zu erreichen, gibt der Vektor II in ausgezogener Linie an, daß der Schalter S₁ offen bleiben muß und der Schalter S₂ zum Schließen betätigt wird.

Aus der vorangehenden Beschreibung der Wirkungsweise des Regenerators 60 ist zu ersehen, daß die mit dem 90°-Phasenschieber 65 zusammenwirkende Steuerschleife so wirkt, daß sichergestellt ist, daß alle um 90° phasenverschobenen Komponenten des empfangenen Signals um einen Betrag mit oder ohne 180°-Widerstandsphasenverschiebung verschoben werden, so daß das empfangene, dem Eingang des Oszillators zugeführte Signal sich immer in der Bezugsphase befindet. Solche 90°-Phasenverschiebungen in Verbindung mit den 180°-Widerstands-Phasenverschiebungen des empfangenen Signals, die beide als eine Funktion der Modulationsgeschwindigkeit auftreten, sichern die Wiederherstellung eines starken kohärenten örtlichen Trägers, der für das Demodulieren der Signalinformation erforderlich ist. Sobald als eine Bezugsphase gewählt worden ist und ein kohärenter Träger in dem Dreiphasenlagefall wiederhergestellt ist, wird es erforderlich zu bestimmen, in welchem der Sektoren der Signalvektor in Hinblick auf den Bezugsvektor auftritt, so daß die Signalinformation genau rekonstruiert werden kann. Eine dies ausführende Technik arbeitet mit der in F i g. 6 dargestellten Detektorschaltung 80. Der Detektor enthält zusätzlich zu einem Signalempfänger 11, der derselbe sein kann, wie er bei dem Regenerator 60 verwendet worden ist, einen Begrenzer 81, dem Signale von dem Empfänger 11 zugeführt werden, Mischeinrichtungen 82 und 83, die parallel geschaltet sind und denen begrenzte Signale von dem Begrenzer 81 zugeführt werden, einen Regenerator 34 für positive Impulse, dem Signale von der Mischeinrichtung 82 zugeführt werden, und einen Regenerator 85 für negative Impulse, dem Signale von der Mischeinrichtung 85 zugeführt werden. Die von den Regeneratoren 84 und 85 erzeugten Signale, d. h. die Signale von den parallelen Wegen, werden addiert und bilden zusammen ein Ausgangssignal an der Klemme 86. Eine Bezugsträgerquelle 87, die den Ausgang des Oszillators 12 im Regenerator 60 enthalten kann, ist direkt an die Mischeinrichtung82 und über einen 240°-Phasenschieber 88 an die Mischeinrichtung 83 angeschlossen. Die Impulsregeneratoren können von üblicher Art sein, d. h\, sie sind so ausgebildet, daß sie arbeiten, wenn ein zugeführter Eingang des passenden Vorzeichens einen Schwellenwert überschreitet, z. B. die Hälfte der maximalen Amplitude, die von dem Ausgang der diesem zugeordneten Mischeinrichtung erwartet wird.

Im Betrieb wird das empfangene Signal zuerst begrenzt, so daß Amplitudenänderungen nicht die Phasenbestimmung beeinträchtigen.

Bei einem Dreiphasenlagesystem geht die Signalamplitude niemals auf Null. Der Begrenzer arbeitet deshalb immer. Wenn das empfangene Signal zusammen mit dem Geräusch eine resultierende Phase erzeugt, die innerhalb +60° der Bezugsträgerphase oder der um 240° verschobenen Trägerphase liegt, dann wird der Ausgang von jeder der Mischeinrichtungen größer als die Hälfte der erwarteten maximalen oder Spitzenamplitude des Signals in ihrer ungestörten Phasenlage. Unter diesen Bedingungen wird für jeden Phasenwinkel zwischen ± 60° der Bezugsphase ein positiver Ausgangsimpuls von dem Regenerator 84 erzeugt. Phasenwinkel zwischen 60 und 180° erzeugen keinen Ausgang von jedem Regenerator. Phasenwinkel zwischen 180 und 300° erzeugen jedoch einen negativen Ausgang von dem Impulsregenerator 82 als Ergebnis der 240°-Phasenver-Schiebung des empfangenen, der Mischeinrichtung 83 zugeführten Signals. Es ist somit ersichtlich, daß der Ausgang des Impulsgenerators 84 immer positiv und der Ausgang des Impulsregenerators 85 immer negativ ist. Der sich ergebende bipolare Ausgang kann dann in jede gewünschte Form zur Verwendung der üblichen Pulskodetechniken umgewandelt werden.

Wenn der Begrenzer als ideal angenommen wird, ist ein Verhältnis Spitzensignal zu Spitzengeräusch-

15 16

spannung von größer als 1,15 erforderlich, bevor verschoben wird, wenn eine um 90° phasenverscho-Fehler auftreten. Dies ist 1,2 db schlechter als bei bene Komponente des Signals auftritt. Dies ist wichdem binären 180°-Phasenlagefall. Jedoch wird bei tig, wenn ein genauer örtlicher Träger wiederherderselben Informationsgeschwindigkeit die Band- gestellt werden soll. Da das empfangene Signal ledigbreite um etwa 60% verringert. Somit hat das Drei- 5 lieh eine um 90° phasenverschobene Komponente phasenlagesystem eine absolute Verbesserung von haben kann, arbeitet diese Steuerschleife unabhängig etwa 1 db in bezug auf das binäre Phasenlagesystem. von der mit dem Schalter S₁ zusammenwirkenden Diese Verbesserung wird etwas größer, wenn die Schleife. Darüber hinaus stellt die Steuerschleife Statistik der Geräuschphasenwinkel in die Analyse sicher, daß jedes unerwünschte Wobbein oder einbezogen wird. io Schwankungen verhindert werden, die anderweitig

Fig. 7 zeigt als Schaltbild einen Trägerregenerator an jeder Seite der Bezugsphase auftreten könnten.
90, der für die Verwendung bei der Demodulation Mit einem starken kohärenten Träger, der an dem von Vierphasenlagesignalinformation geeignet ist. Ausgang des Oszillators 12 in dem Regenerator 90 Der einzige wesentliche Unterschied zwischen dem gemäß der Erfindung wiederhergestellt wird, können Regenerator 90 und dem Regenerator 60 besteht 15 die neu ausgerichteten, in Phase liegenden und um darin, daß der Diodenschalter S₁ im Regenerator 90 90° phasenverschobenen Komponenten des Viernur an den positiven Widerstand 21 angeschlossen phasenlagesignals dann mit einer üblichen Homoist, anstatt sowohl an den positiven Widerstand 21 dynedetektoreinrichtung der oben im Zusammenhang als auch den Kondensator 61 und die Spule 62. mit dem binären Phasenlageregenerator beschriebe-

Zur Betrachtung verschiedener dargestellter Be- 20 nen Art demoduliert werden. Der einzige bei dem triebsbedingungen für den Trägerregenerator 90 ist Vierphasenfall auftretende Unterschied besteht darin, es zweckmäßig anzunehmen, daß das erste phasen- daß ein Teil des wiederhergestellten Trägers zu der kodierte Symbol bei 0° empfangen wird, wobei die Bezugsphase um 90° verschoben ist. so daß die um beiden Schalter S₁ und S₂ offen sind, und daß eine 90° verschobenen Komponenten des empfangenen 90°-Trennung zwischen benachbarten kodierten 25 Signals demoduliert werden können.
Phasenlagen besteht. Die Vektoren I bis IV in ge- Aus dem Vorangegangenen wird leicht ersichtlich, strichelten Linien in Fig. 8 A zeigen die vier Phasen- daß andere Bezugsphasen als die im Zusammenlagen des empfangenen Signals, und die Vektoren in hang mit der Wirkungsweise der Trägerregeneratoren ausgezogenen Linien mit entsprechenden Bezugs- 60 und 90 beschriebenen mit gleicher Wirksamkeit zahlen stellen die auf Grund des Phasenschiebemetz- 30 verwendet werden können. Die spezielle gewählte Werkes erhaltenen neuen Phasenlagen des empfange- Bezugsphase hängt in erster Linie von der Beziehung nen Signals dar. Die Vektoren sind ebenfalls so be- zwischen den Widerständen und den Reaktanzen in zeichnet, daß sie den Zustand der Schalter S₁ und S₂ dem Phasenschiebernetzwerk und von dem Grad der für verschiedene betrachtete Phasenbeziehungen an- Phasenverschiebung pro verändertes Kodesymbol ab. geben. Zur Erklärung zeigt die Tabelle der Fig. 8B 35 Zusätzlich können kohärente Trägerregeneratoren in ebenfalls die für jede Phasenlage des empfangenen gleicher Weise gut in den sogenannten Differential-Signals erforderliche Phasenverschiebung, um das Phasenlagesystemen arbeiten, bei denen lediglich aufSignal bei einer willkürlich gewählten Bezugsphase einanderfolgende Impulse den Träger um eine vorvon 45° an dem Eingang des Oszillators zu halten. bestimmte Zahl von Graden verschieben, wobei die Dies wird deshalb die Phase sein, bei der ein kohä- 40 Abstände keine Phasenverschiebung in dem Modurenter Träger in dem dargestellten Betriebsbeispiel lationsvorgang verursachen.

wiederhergestellt wird. Die Tabelle der Fig. 8B gibt Fig. 9 zeigt einen binären Phasenlagemodulator ebenfalls die Betriebsbedingungen der Mischeinrich- 110 mit einer Hochfrequenzträgerquelle 111 mit zwei rung 13 und 66 wieder, was Aufschluß über die Aus- Ausgangsklemmen 112 und 113. Innerhalb der gegangssteuerimpulse gibt, die zur Betätigung der 45 strichelten Linie ist ein einziges Phasenschiebernetz-Schalter S₁ und S₂ in der gewünschten Weise ver- werk 100' gezeigt, das ein negatives Widerstandswendet werden. Gemäß den auseinandergesetzten element 115, vorzugsweise eine Tunneldiode, und Betriebsbedingungen wird die erste Phasenlage (I) einen Widerstand 116 mit einem geeigneten positiven des empfangenen Signals bei 0° offensichtlich um Widerstandswert enthält, die in Reihe an einem Paar 45° verschoben, wenn beide Schalter S₁ und S₂ offen 50 von mit den Ausgangssklemmen 112 und 113 ver- oder nicht leitend sind, wie es durch den Vektor Γ bundenen Leitungen liegen. Insoweit ist das Netzangegeben ist. Wenn die nächste Phasenlage des werk 100'im wesentlichen dem in dem Trägerregeneempfangenen Signals bei 90° (II) auftritt, ist aus dem rator 10 in Fig. 1 gezeigten Netzwerk 16 gleich-Vektordiagramm und der zugeordneten Tabelle der wertig. Ein Schalter 118 mit hoher Arbeitsgeschwin-Fig. 8 zu ersehen, daß eine 315°-Phasenverschie- 55 digkeit, der symbolisch innerhalb der gestrichelten bung erforderlich ist, um das empfangene Signal bei Linien gezeigt ist, ist an einen Widerstand 116 geder Bezugsphase von 45° wiederherzustellen. Dies legt und spricht auf eine geeignete Form modulieerfordert, was durch den Vektor W angegeben ist, render Nachricht, z. B. eine Pulskodeinformation, an. daß die Schaltdiode S₁ offen bleibt und die Schalt- Der Schalter 118 kann ein beliebiger elektronisch diode S₂ schließt. Die notwendigen Phasenverschie- 60 ansprechender Schalter sein; er ist als ein einfaches bungen und Schaltfolgen für die verbleibenden Signal- zweipoliges elektromagnetisches Relais 119 dargephasenlagen (DI und IV) sind klar ersichtlich und stellt, das durch eine Stromquelle 120 in Verbindung und werden aus einer Betrachtung des Vektordia- mit einem Eingangspulszug 121 betätigt wird. Aus gramms und der Tabelle leicht begreiflich. dem Nachfolgenden geht hervor, daß eine Schalt-

Wie in dem Regenerator 60 stellt die zweite 6g diode mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit insbesondere

Steuerschleife des dem Phasenschieber 65 zugeord- anwendbar ist, wenn es z. B. erwünscht ist, eine Um-

neten Regenerators 90 sicher, daß das empfangene Wandlung von einer Ein-Aus-Impulsmodulationsform

Signal immer zurück zu der Bezugsphase von 45° zu einerPhasenlageformvorzunehmen. In diesemFalle

17 18

wird die Schaltdiode einfach vorgespannt, so daß einanderfolgende Wechsel von einem Zwischenraum sie zwei Schaltzustände aufweist, von denen der eine zu einem Puls schließt oder öffnet und auf aufeineinen offenen oder nichtleitenden Zustand und der anderfolgende Wechsel von einem Puls zu einem andere einen geschlossenen oder leitenden Zustand Zwischenraum öffnet oder schließt. Bei dieser Arin bezug auf den durchfließenden Strom darstellt. 5 beitsweise kann die Phase der Trägerwelle an den Solche wechselnden Zustände der Vorspannung kön- Ausgangsklemmen 112 und 113 willkürlich bezeichnen meist leicht durch Verwendung eines üblichen net werden, um einen Wert +1 für 0°- oder einheit-Flip-Flop-Kreises erhalten werden, der durch einen liehe Phasenbedingung, wenn der Schalter 118 offen Auslösekreis betätigt wird, der auf die Anwesenheit ist, und einen Wert von — 1 entsprechend einer 180° oder Abwesenheit von Impulsen anspricht, die z. B. io außer Phase liegenden Bedingung, wenn der Schalter durch eine Pulskodemodulatorkodiereinrichtung er- 118 den Widerstand 116 kurzschließt, anzuzeigen, zeugt werden. Zahlreiche andere Wege, um dasselbe Die Schalttabelle an der linken Seite des Modulators Ergebnis zu erhalten, sind allgemein bekannt. zeigt die Schaltfolge für die dargestellte Arbeits-

Gemäß der Erfindung wird das Phasenschieber- weise.

netzwerk 100' verwendet, um die Phase des Hoch- 15 Um bildlich zu zeigen, wie die durch die Trägerfrequenzträgers um einen bestimmten Betrag in der- quelle 111 mit konstantem Strom erzeugte ursprüngselben Weise zu verschieben, wie die empfangene liehe Wellenform phasenlagemoduliert wird, wird auf Phasenlagesignalwelle durch das Netzwerk 16 in dem die Fig. 1OA und 1OB Bezug genommen. Fig. 1OA kohärenten Trägerregenerator verschoben wird. So- zeigt eine Signalinformation mit markierten Zwimit wird die einzige Beziehung zwischen dem Be- 20 schenräumen, die als ein Analogsignal dargestellt triebswert des negativen Widerstandes der Tunnel- werden kann, das in kodierter Form abgetastet und diode und dem damit in Reihe geschalteten positiven quantisiert wird, um zur getrennten Betätigung des Widerstand verwendet, um eine Signalphasenver- Schalters 118 verwendet zu werden. Die ausgezogene Schiebung von 180° immer dann zu bewirken, wenn Kurve36 der Fig. 1OB zeigt die Hochfrequenzder positive Widerstand in Reihe mit dem negativen 25 trägerwelle mit konstantem Strom und Phase, z. B. Widerstand entweder kurzgeschlossen oder wieder von der Quelle 111, und der gestrichelte Wellenteil in den Kreis eingeschaltet wird. In jedem Fall ändert 37 zeigt die um 180° verschobene Trägerwelle. Die der effektive Widerstand parallel zu der Quelle 111 in Phase liegende Bedingung (ausgezogene Linie) das Vorzeichen. Der notwendige Wert des positiven wird mit dem Widerstand 116 in der Schaltung und Widerstandes, der erforderlich ist, um eine 180°- 30 die außer Phase liegende Bedingung (gestrichelte Phasenverschiebung in dem Netzwerk 100' zu erhal- Linie) mit dem kurzgeschlossenen Widerstand 116 ten, kann in derselben Weise abgeleitet werden, wie erhalten. Wie ebenfalls aus diesen Wellenformen zu es für das Phasenschiebernetzwerk 16 der F i g. 1 ersehen ist, spricht die Schaltwirkung, immer wenn beschrieben ist. zwei oder mehr Impulse aufeinanderfolgend auf-

Da der Wert des negativen Widerstandes tatsäch- 35 treten, auf die Anwesenheit lediglich des ersten Imlich sowohl von der der Tunneldiode zugeführten pulses in der Folge an. Mit anderen Worten, der Vorspannung als auch von dem durch diese fließen- Schaltkreis wird nur betätigt, wenn ein Wechsel von den Strom abhängt, arbeiten die Signalquelle 111 einem Zwischenraum zu einem Impuls oder von oder der Empfänger in den Regeneratoren Vorzugs- einem Impuls zu einem Zwischenraum auftritt. Diese weise mit konstantem Strom. Die notwendige Vor- 40 Schalteigenschaft wird im allgemeinen bei nachfolspannung für die Tunneldiode bei jeder Ausführungs- gend beschriebenen Modulatoren bevorzugt,
form wird vorzugsweise, wie in Fig. 9 dargestellt Die Fig. 11 zeigt ein Schaltbild eines Dreiphasenist, von einer Gleichstromquelle 123 über ein Tief- lagemodulators 150. Zusätzlich zu den Schaltelemenpaßfilter 124 zugeführt. Das Filter 124 enthält z. B. ten, die denen des Modulators 110 entsprechen und einen Kondensator 125, der zu der Tunneldiode par- 45 gleichermaßen bezeichnet sind, enthält das Phasenallel geschaltet ist, ein Netzwerk mit Spulen 126 und Schiebernetzwerk des Modulators 150 des weiteren 127 und einen Kondensator 128 parallel zu der einen Kondensator 151 und eine Spule 152, die in Quelle 123. Ein veränderbarer Widerstand 129 in Reihe mit der Tunneldiode 115 und dem Widerstand Reihe mit der Quelle wird verwendet, um die Vor- 116 parallel zu der Quelle 111 geschaltet sind. Diese spannung der Tunneldiode auf den gewünschten 50 Anordnung erlaubt die Übertragung der Signalinfor-Wert einzustellen. Durch Verwendung einer Träger- mation, z. B. von einer unipolaren Dreipegel- oder quelle (oder eines Empfängers) mit konstantem einer bipolaren Kodiereinrichtung, in einen Drei-Strom dienen der Kondensator 125 und die Spulen phasenlagekode, wobei die Trägeramplitude im 126 und 127 des Filters 124 ebenfalls dazu, die Fre- wesentlichen konstant bleibt und nur die Trägerphase quenz einer möglichen Selbsterregung der Tunnel- 55 getrennt geändert wird. Zum Beispiel können die diode 115 auf die Trägerfrequenz f_c einzuschränken, Werte der Schaltungswiderstände und -reaktanzen so und daher hat eine solche Schwingung keine prak- gewählt sein, daß der Zug von Eingangsimpulsen die tische Folge. Schalter 118 und 153 in einer solchen Weise betätigt,

Mit den Komponenten des so dargelegten Phasen- daß der Träger bei jeder der drei symmetrisch ausschiebernetzwerkes 100' wird nun dessen Wirkungs- 60 gerichteten, um 120° voneinander entfernten Phasenweise als binärer Phasenlagemodulator im Zusam- lagen gebildet wird. Um solche Phasenverschiebungen tnenhang mit einer dargestellten Anwendung be- von 60, 180 und 300° mit der in der Tabelle der schrieben. Der Einfachheit halber wird angenommen, Fig. 11 dargestellten Schaltfolge zu erreichen, köndaß der Schalter 118 der Fi g. 9 eine übliche Schalt- nen z. B. die Impedanzen der Blindelemente von den liode zusammen mit der notwendigen Hilfsschaltung 65 Gleichungen abgeleitet werden, die für das Phasenjnthält, welche die Diode auf einen Zug von Ein- Schiebernetzwerk in dem Phasenlageregenerator 60 »angsimpulsen von einer Pulskodemodulatorkodier- der F i g. 4 anwendbar sind. Ein Vorteil des Moduiinrichtung ansprechen läßt, so daß diese auf auf- lators 150 in einem vollständigen Übertragungs-

system besteht darin, daß er eine absolute Verbesserung von etwa 1 db, ausgedrückt als Schwellenwert, gegenüber dem binären Phasenlagemodulator der F i g. 9 ergibt. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß in einem Dreiphasenlagesystem ein Verhältnis von Spitzensignal zu Spitzengeräuschspannung von etwa 1,15 erforderlich ist, um Fehler in dem System bei dem Empfänger einzubringen. Dies ist, wie ersichtlich, etwa 1,2 db schlechter als der Schwellenwert für einen binären Phasenlagemodulator. Jedoch wird die Bandbreite für dieselbe Informationsgeschwindigkeit um etwa 60% verringert. Da eine solche Bandbreitenverringerung zu einer Verbesserung von +2 db gegenüber dem binären System führt, beträgt die absolute Verbesserung des Dreiphasenlagesystems etwa 1 db. Ein gesonderter elektronischer Schalter 141 ist an die Leitungen der Ausgangsklemmen 112 und 113 des Modulators 150 gelegt. Dieser Schalter ermöglicht es, ein amplitudenmoduliertes Kodesymbol in Verbindung mit den phasenlagemodulierten Kodesymbolen in dem Modulator 150 ebenso wie in den verschiedenen anderen behandelten Modulatorausführungsformen zu verwenden. Eine Anzahl getrennt betätigter Schalter und Widerstände verschiedener Werte sind entsprechend an die Klemmen 112 und 113 geschaltet und ermöglichen die Anwendung von Koden mit nicht nur η Phasenlagen, sondern auch von η Amplituden.

F i g. 12 zeigt ein Schaltbild eines Vierphasenlagemodulators 160. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Modulator 160 und dem Modulator 150 besteht in der Verbindung des Schalters 118 lediglich mit dem positiven Widerstand 116 des Phasenschiebernetzwerkes. Diese Änderung ist erforderlich, damit die entsprechenden Schalter getrennt und unabhängig auf verschiedene Kodesymbole der Eingangssignalinformation ansprechen können. Mit anderen Worten, der Schalter 118 kann nicht, wenn er geschlossen ist, über den Schalter 153, wie in dem Modulator 150, hinweggehen, da der Träger in dem Vierphasenlagefall periodisch um 90° phasenverschoben mit den 0 bis 180°-Phasenlagen moduliert wird. Durch geeignete Auswahl der Werte der Widerstände und Reaktanzen des Phasenschiebernetzwerkes können Phasenverschiebungen von 45, 135, 215 und 315° z. B. leicht durch getrenntes Betätigen der Schalter 118 und 153 erreicht werden. Die dem Modulator 160 in F i g. 12 beigegebene Tabelle zeigt eine Schaltfolge zur Erzeugung eines vierphasenlagemodulierten Signals, wenn die Schaltungsparameter so gewählt sind, daß eine 45°-Bezugsphasenlage bewirkt wird, wenn beide Schalter 118 und 153 offen sind. Anders als bei der Forderung eines Eingangsimpulskodezuges, der durch vier an Stelle von drei getrennten Kodesymbolen zum Betätigen der Schalter gekennzeichnet ist, ist die Wirkungsweise des Modulators 160 im wesentlichen der des soeben beschriebenen Modulators 150 gleich.

Aus der vorangehenden Beschreibung der dargestellten Ausführungsform wird ersichtlich, daß Modulationskoden mit η Phasenlagen ebenso wie mit η Amplituden leicht erhalten werden können. Zum Beispiel können zusätzliche Schalter verwendet werden, um positive Widerstände, Kondensatoren und Spulen dem Phasenschiebernetzwerk zu- oder von diesem abzuschalten. Diese Elemente können in Serien oder parallel (oder in Serien- und Parallelkombinationen) mit der negativen Widerstandseinrichtung geschaltet werden. Während die verschiedenen Modulatoren im Zusammenwirken mit einen Hochfrequenzträger konstanter Amplitude, wie ir Fig. 1OB dargestellt, beschrieben worden sind, isi daruf hinzuweisen, daß der Träger in bekannter Ar in eine angehobene Kosinuswellenform umgewandeli werden kann. Die gewünschten Phasenverschiebungen des Trägers können somit zu Zeiten erhaltet werden, bei denen die Amplitude der Trägerwelle aul

ίο Null verringert wird. Dies kann bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein, um unerwünschte Übergangseffekte zu vermeiden oder zu verringern, die möglicherweise bei jeder Umkehrung des Trägers auftreten könnten. Die in den Modulatorschaltunger.

verwendeten Schalteinrichtungen können auf einer Eingangsimpulszug in einer Art ansprechen, bei de] nur aufeinanderfolgende Impulse den Träger um eine vorbestimmte Zahl von Graden verschieben; während die Zwischenräume keine Phasenverschie-

ao bung bei dem Modulationsvorgang bewirken. Bei einem solchen System hängt der Entscheidungsvorgang an dem Empfänger von dem vorher übertragenen Signal für die Bezugsphase ab, was zu einer angrenzenden geringen Abhängigkeit in Bezug auf die Fehlerwahrscheinlichkeit führt. Die Vorteile diesel Form der Phasendemodulation werden allerdings durch das Bestreben der Fehler, auf Grund von Geräuschen paarweise aufzutreten, abgeschwächt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Phasenschiebernetzwerk zum Parallelschalten mit einer Schwingungsquelle in einem Modulator oder Demodulator phasenkodiertei Signale, die vorbestimmte Phasenlagen und -periöden aufweisen, gekennzeichnet durci ein Element negativen Widerstandes, z. B. eine Tunneldiode, das zumindest mit einem Elemeni positiven Widerstandes und mit Schaltermittehx z. B. mit einer Halbleiterdiode, die in Überein-Stimmung mit einem Steuersignal betrieben wird_: verbunden ist, um die Größe eines der Widerstandselemente um einen Betrag so zu ändern, daß sich des Vorzeichen des Gesamtwiderstandes_; nicht aber der Betrag desselben ändert, wodurch eine Phasenverschiebung einer von der Quelle herrührenden Schwingung bewirkt wird.

2. Netzwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein in Reihe mit den Elementen positiven und negativen Widerstandes geschaltetes Blindwiderstandselement und durch ein dei Änderung dessen Blindwiderstandes dienendes Schaltermittel zum Erzeugen einer oder mehrerei vorbestimmter Phasenverschiebungen.

3. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blindwiderstandselemeni durch eine Reihenschaltung eines Kondensators mit einer Spüle gebildet ist und daß das Schaltermittel zum Kurzschließen mindestens eines Teils der Spule vorgesehen ist.

4. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3_:

das den Ausgang einer Radiofrequenz-Trägerschwingungsquelle überbrückt, für eine Schaltung zum Umwandeln impulskodierter Signale in phasenkodierte Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Netzwerkes in Serie liegen, dei die Widerstandselemente steuernde Schalter als auf ein bestimmtes Kodesignal des Impulskodes ansprechend ausgebildet ist und der das Blind-

Widerstandselement steuernde Schalter als auf ein anderes bestimmtes Kodesignal des Impulskode ansprechend ausgebildet ist.

5. Netzwerk nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen weiteren, den Ausgang der Trägerquelle überbrückenden Schalter, der zum Erzeugen eines weiteren Phasenlagensignals als auf ein weiteres bestimmtes Kodesignal des Impulskodes ansprechend ausgebildet ist.

6. Netzwerk nach Anspruch 1, das quer zum Ausgang eines Signalempfängers liegt, für eine Schaltung zum Erzeugen einer dem Umwandeln phasenkodierter Signale in impulskodierte Signale dienenden Trägerschwingung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in Serie liegen und eine Einrichtung zum Erzeugen der Schaltersteuersignale vorgesehen ist, die einen blockierten Oszillator und einen Mischer aufweist, dem die empfangenen Signale und die Oszillatorsignale zugeführt werden, sowie eine der Erzeugung einer kohärenten Trägerwelle dienende Einrichtung, z. B. ein Flip-Flop, aufweist, die zum Erzeugen eines Steuersignals als auf eine vorbestimmte Phasenänderung zwischen den empfangenen Signalen und dem Oszillator ansprechend ausgebildet ist.

7. Netzwerk mit weiteren Schaltern, entsprechend den Ansprüchen 4 oder 5, für eine Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen gesonderten Mischer und eine gesonderte Steuersignalerzeugungseinrichtung für jeden Schalter.

8. Netzwerk nach Anspruch 7 für eine Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen 90°-Phasenschieber, der zwischen dem Ausgang des blockierten Oszillators und einem Eingang mindestens einer der Mischvorrichtungen zum Verhindern eines Wobbeins im wiederhergestellten Träger liegt, das durch Ändern der um 90° in der Phase verschobenen Komponenten aus dem Oszillator zugeführten Signals verursacht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Electronics, 20. Januar 1961, S. 56 bis 59;

R. St. Ledley, »Digital Computer and Control Engineering«;

McGraw-Hill Book Comp., Inc., New York, Toronto, London, 1960, S. 679 bis 684;

Archiv für elektr. Übertragung (AEÜ), 1961,
Heft 3, S. 140.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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