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Verfahren zur Nachrichtenübertragung durch Tangensmodulation Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachrichtenübertragung mit einer derartig kombinierten
Amplituden- und Phasenmodulation, daß die Ortskurve des modulierten Trägers eine
Gerade darstellt, die senkrecht zu dem Vektor des unmodulierten Trägers liegt (Tangensmodulation).
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Für den Nachrichten-Weitverkehr über Richtfunkverbindungen muß das
zu übertragende Signal einem höherfrequenten Träger aufmoduliert und im Zuge der
Strecke mehrmals demoduliert und dem Träger wieder aufgegeben werden. Da aber jede
Demodulation und Modulation eine Erhöhung der Übertragungsverzerrungen zur Folge
hat, besteht der Bedarf nach einem verzerrungsarmen Modulationsverfahren, das eine
relativ geringe Bandbreite benötigt.
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Bisher übliche Modulationsverfahren sind die verschiedenen Arten der
Impulsmodulation sowie die Frequenz- oder Phasenmodulation. In beiden Fällen muß
eine wesentlich größere Bandbreite des Hochfrequenzkanals zur Verfügung gestellt
werden, als das eigentliche Basisband einnimmt. Die Modulations-und Demodulationseinrichtungen
hierfür sind relativ kompliziert, insbesondere wenn sie mit Halbleiterelementen
ausgeführt werden sollen. Prinzipiell kann dabei der erforderliche Rauschabstand
durch Erhöhung der Bandbreite gewonnen werden. Bei sehr breiten Basisbändern, die
mit »Kleinhub-FM« übertragen werden, wird davon wegen der höheren Verzerrungen kein
Gebrauch gemacht. Die für Kleinhub-FM nötige Bandbreite ist unabhängig vom Hub und
beträgt etwa das Vierfache der Basisbandbreite.
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Es wurde daher bereits versucht, die Amplitudenmodulation (AM) zur
Richtfunkübertragung zu verwenden. Bei gleichem Rauschabstand wie für die Kleinhub-FM
würde sie nämlich nur die doppelte Basisbandbreite benötigen, und es könnten dabei
die Modulations- und Demodulationseinrichtungen wesentlich einfacher ausgeführt
sein. Mit Rücksicht auf Verzerrungen blieb diese Modulationsart auf die Übertragung
schmaler Basisbänder beschränkt.
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Ein anderer Versuch, die Bandbreite durch die Verwendung der Amplitudenmodulation
zu vermindern, ist durch das in der deutschen Patentschrift 658 906 beschriebene
Modulationsverfahren bekanntgeworden. Dieses arbeitet mit zwei getrennten Modulatoren,
von denen der eine den Träger zunächst phasenmoduliert und der andere diesen zusätzlich
derart amplitudenmoduliert, daß mit zunehmender Phasenabweichung die Trägeramplitude
größer wird. Diese Modulationsart läßt sich aber wegen der relativ hohen Verzerrungen
nur für schmalbandige Systeme verwenden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man zur Vermeidung
von Verzerrungen unter Wahrung des der Amplitudenmodulation eigenen Vorteils, weniger
Bandbreite zu benötigen, zweckmäßigerweise erst den Träger mit dem Signal amplitudenmoduliert
und dann ein Seitenband des dabei entstandenen Zweiseitenband-AM-Signals um 180°
in der Phase dreht.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden die zur Durchführung einer derartigen
als Tangensmodulation bekannten Modulationsart notwendigen Modulations-und Demodulationseinrichtungen
angegeben. Wenn diese auch im einzelnen aus bereits bekannten Stufen bestehen, so
stellen sie doch in ihrer Gesamtheit eine Erfindung dar, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß auf der Senderseite zuerst ein vorzugsweise in zwischenfrequenter Lage
befindlicher Träger mit der zu übertragenden Nachricht amplitudenmoduliert wird
und daß von dieser amplitudenmodulierten Schwingung der um den konstanten Winkel
4gp, in der Phase gedrehte und in der Amplitude um den konstanten Faktor pvergrößerte
unmodulierte Träger os d q, vektoriell subtrahiert wird, daß auf der Empfangsseite
die beispielsweise durch Synchronisation eines Quarzoszillators mit der ankommenden
Schwingung zurückgewonn.ene Trägerschwingung in einem Phasenschieber um den konstanten
Winkel Acp, gedreht und auf das 1 -fache der mittleren Eingangsamplitude
vercos d T,; stärkt wird, darauf von der Eingangsschwingung vektoriell subtrahiert
wird, worauf aus der hierdurch erhaltenen Schwingung durch Amplitudenmodulation
die Nachricht wiedergewonnen wird.
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Die Erfindung soll an Hand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild der Modulationseinrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung; F i g. 2 veranschaulicht das für
die Tangensmodulation gültige Vektordiagramm;
F i g. 3 zeigt das
Blockschaltbild der Demodulationseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
der Erfindung und F i g. 4 das zugehörige Vektordiagramm.
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Gemäß der F i g. 1 gelangt das Basisband. über die Leitung d an einen
Amplitudenmodulator 1 und moduliert dort die Amplitude einer von dem Oszillator
4 erzeugten, beispielsweise auf der mittleren Zwischenfrequenz des Systems liegenden
Schwingung. Die unmodulierte Schwingung des Oszillators 4 gelangt außerdem über
einen Phasenschieber 3, der die Phase um 180° -I- 4cp, dreht, an eine Addierstufe
2. Durch die Addition des amplitudenmodulierten Trägers a mit der unmodulierten,
um den WinkelAp, gedrehten Hilfsspannung b entsteht gemäß dem in der F i g. 2 dargestellten
Vektorbild der tangensmodulierteTräger c. Dabei muß das Amplitudenverhältnis der
Hilfsspannung und der amplitudenmodulierten Trägerspannung betragen. Aus der Addierstufe
tritt dann die
tangensmodulierte Zwischenfrequenz aus , und kann in bekannter Weise verstärkt,
gemischt und übertragen werden.
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In der Einrichtung gemäß F i g. 3 wird analog zum Modulationsvorgang
eine tangensmodulierte Schwingung demoduliert. Die Trägerrückgewinnungseinrichtung
8, die z. B. aus einem durch die ankommende Schwingung synchronisierten Quarzoszillator
oder auch aus einem Quarzfilter mit Verstärker bestehen kann, erzeugt den unmodulierten
Träger. Dieser wird durch den Phasenschieber 7 um 180° + 4qg, gedreht und in der
Addierstufe 6 mit einer Amplitude - i relativ zum ankommenden tangensmoducos d @pz
lierten Signal zu diesem addiert. Demnach wird, wie F i g. 4 zeigt, zur empfangenen
tangensmodulierten Trägerschwingung c die unmodulierte Hilfsspannung b unter dem
Winkel Acp, hinzugefügt, so daß als Resultierende ein amplitudenmodulierter Träger
a entsteht. Dieser wird durch einen herkömmlichen AM-Detektor 5 demoduliert, so
daß an dem Ausgang e wieder das ursprüngliche Basisband zur Verfügung steht. Hierbei
kann, wie nachstehend erläutert werden soll, der Winkel 4p2 frei gewählt werden,
wodurch sich die Linearität der nachfolgenden Demodulation verbessern läßt.
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Das erfindungsgemäße Modulationsverfahren hat gegenüber anderen denkbaren
Methoden den Vorteil, daß die Modulationstiefen des übertragenen und des im Modulator
erzeugten Signals frei wählbar sind und daß sich der resultierende Modulationsgrad
aus dem Modulationsgrad der Amplitudenmodulation und der Größe des Winkels dcp,
ergibt. Die Modulationstiefe des übertragenen Signals ist zweckmäßigerweise so zu
wählen, daß ein ökonomisches Optimum im Aufwand erzielt wird. Dies ist etwa bei
gleicher Belastung mit Wärme- und Klirrgeräusch der Übertragung gegeben. Im Modulator
selber spielt das Wärmegeräusch nahezu keine Rolle. Das Klirrgeräusch läßt sich
erheblich vermindern, wenn die Modulationstiefe reduziert wird. Es ist daher zweckmäßig,
im Amplitudenmodulator nur einen kleinen Modulationsgrad (z. B. m < 0,1) anzuwenden
und diesen bei der Umwandlung in eine Tangensmodulation auf den gewünschten Wert
(z. B. m - 0,5) zu bringen. Wie aus dem Zeigerdiagramm nach i F i g. 2 ersichtlich,
ist deswegen dcpl < 45° zu wählen. Durch die modulatorseitige Trägererzeugung
in der beschriebenen Art ergibt sich der weitere Vorteil, daß bei Parallelbetrieb
mehrere Bänder, auch die ZF-Träger, synchronisiert werden können. Dies war bei der
bisher üblichen Frequenzmodulation nicht möglich. Deshalb waren bei gemeinsamer
Trägerversorgung die tiefen Basisbandfrequenzen durch systemeigene Pfeifstörungen
gefährdet und konnten nicht mit hochwertigen Signalen belegt werden. Bei der hier
vorgeschlagenen Trägererzeugung und -gewinnung genügt ein einziger Muttergenerator
für eine ganze Strecke, so daß systemeigene Pfeifstörungen nicht mehr auftreten
können. Die mit der Trägerrückgewinnung verbundene Gefahr der Klirrstörung kann
nur die um eine bis zwei Größenordnungen niedrigeren Basisbandfrequenzen betreffen
und wirkt sich deshalb weniger störend aus.