DE1437173B2 - Schaltungsanordnung zur demodulation frequenzumgetasteter digitaler tekegraphiesignale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Demodulation von mit zwei verschiedenen Tastfrequenzen umgetasteten digitalen Telegraphiesignalen u. dgl. unter Benutzung von Gattern und Impulsgeneratoren zur Steuerung dieser Gatter.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zur Demodulation von mit zwei verschiedenen Tastfrequenzen umgetasteten digitalen Telegraphiesignalen sind Diskriminatoren, also analog arbeitende Bausteine vorgesehen, um zwischen den beiden Tastfrequenzen zu unterscheiden. Die Einschwingzeiten dieser Diskriminatoren begrenzen die Signalimpulsfolge und damit die Informationsdichte der Telegraphiesignale, die mit diesen bekannten Schaltungen zu demodulieren sind.

Unter Inanspruchnahme einer älteren Priorität ist auch eine Schaltungsanordnung zur Demodulation von mit Tastfrequenzen aus zwei verschiedenen Frequenzbereichen umgetasteten digitalen Telegraphie-Signalen vorgeschlagen worden. Bei dieser Schaltungsanordnung sind drei hintereinandergeschaltete Kipp-Schaltungen vorgesehen, von denen die erste mit dem negativen Nulldurchgang des Telegraphiesignals angestoßen wird und deren Kippzeiten so abgestimmt sind, daß der nächstfolgende negative Nulldurchgang bei Tastfrequenzen aus dem einen Frequenzband in die Kippzeit der zu zweit geschalteten Kippschaltung und bei Tastfrequenzen aus dem anderen Frequenzband in die Kippzeit der zu dritt geschalteten Kippschaltung fällt. Die beiden zuletzt geschalteten Kippschaltungen steuern mit Tastimpulsen, die mit den negativen Nulldurchgängen zusammenfallen über Torschaltungen eine bistabile Kippstufe, die mit der Umtastung der empfangenen Telegraphiesignale umgetastet wird. Die Umschaltung der bistabilen Kippstufe erfolgt immer erst am Ende der demodulierten Telegraphiesignal-

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Demodulation möglichst schnell anspricht und durchgeführt wird.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch drei hintereinandergeschaltete monostabile Kippgeneratoren, von denen der erste durch den in der einen Richtung verlaufenden Nulldurchgang der modulierten Signal-Schwingung, der zweite durch die Rückschaltung des ersten und der dritte durch die Rückschaltung des zweiten zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses angestoßen wird, und durch einen vierten monostabilen Kippgenerator, der durch den in der anderen Richtung verlaufenden Nulldurchgang der modulierten Signal-Schwingung zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses angestoßen wird, und dadurch, daß zwei UND-Gatter mit je zwei Eingangsanschlüssen vorgesehen sind, von denen der erste Eingang des ersten UND-Gatters durch den Ausgangsimpuls des zweiten Kippgenerators, der erste Eingang des zweiten UND-Gatters durch den Ausgangsimpuls des dritten Kippgenerators und der zweite Eingang beider UND-Gatter durch den Ausgangsimpuls des vierten monostabilen Kippgenerators aufgetastet wird.

Einschwingvorgänge, wie sie bei den oben erwähnten bekannten Schaltungsanordnungen auftreten, sind nach der Erfindung vermeidbar. Nach der Erfindung liegt die Demodulation bereits nach dem Ablauf der halben Feriode des demcdulierten Telegraphiesignals vor, also um eine halbe Telegraphiesignalperiode früher als bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung. Abgesehen von dem Zeitgewinn werden dadurch mit der Erfindung auch Demodulationsfehler vermeidbar, die bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung dann zu erwarten sind, wenn die Tastfrequenz schon in der zweiten Hälfte der Telegraphiesignalperiode wechselt.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann als Digitalfilter aufgefaßt werden, und gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung kann man dessen Bandbreite durch Verändern der Zeitdauer Tl der Ausgangsimpulse des ersten Kippgenerators einstellen.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 im Blockschaltbild einen Demodulator nach der Erfindung,

F i g. 2 im Zeitdiagramm die bei dem Demodulator aus F i g. 1 auftretenden Impulse bei Empfang einer ersten vorgegebenen Frequenz und

F i g. 3 im Zeitdiagramm die bei dem Demodulator aus F i g. 1 auftretenden Impulse bei Empfang einer zweiten vorgegebenen Frequenz.

Bei den hier in Frage stehenden Modulationen ist die Frequenz unmittelbar der Informationsinhalt, der übertragen werden soll. Unabhängig von der Art der Information bzw. digitalen Kodifizierung entspricht dabei eine erste Frequenz einem Impuls, während eine zweite Frequenz einer Impulslücke entspricht. Dementsprechend wird der übertragene Informationsinhalt auch durch die jeweilige Periodenlänge der übertragenen Schwingung repräsentiert. Entsprechendes gilt auch für die Abstände zwischen den Nulldurchgängen der empfangenen Schwingung.

Wenn/s die Luckenfrequenz ist, dann ist Ts = -7-

^{J n} fs

die Periodenlänge für die Lückenfrequenz; und wenn f_m die Impulsfrequenz ist, dann ist ijif = y—die Penodenlänge der Impulsfrequenz. Bei Demodulatoren nach der Erfindung werden die Nulldurchgänge der empfangenen Schwingung ermittelt, und es wird festgestellt, ob die Abstände im Bereich Ts ± ΔΤ oder im Bereich Tm ± fliegen, wobei

ist. Insoweit arbeitet ein Demodulator nach der Erfindung analog einem Bandpaßfilter, das auf die Impulsoder Lückenfrequenz abgestimmt ist, wobei jedoch der Ausgang am Filter innerhalb der Bandbreite immer der gleiche ist und außerhalb der Bandbreite Null ist und die Einschwingzeit außerordentlich niedrig ist.

In F i g. 1 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, mit dem frequenzmodulierte Schwingungen demoduliert werden könnnen. Von dem Empfänger 10 werden Schwingungen, die in der eingangs beschriebenen Art moduliert sind, empfangen. Diese Schwingungen gelangen über eine Leitung, z. B. ein Tekfonkabel oder eine Radio-Telefonübertragung zu dem Empfänger 10. Der Empfänger 10 enthält die hierzu erforderlichen Empfangselemente. Die frequenzmodulierte Schwingung kann zur Übertragung einer anderen Trägeifrequenz aufmoduliert sein, die eine höhere Schwingungszahl hat; sie wird dann eingangsseitig demoduliert, und die demodulierte frequenzmodulierte Schwingung gelangt auf den Empfänger 10. Da Verfahren und Vorrichtungen hierzu bekannt sind, werden sie hier im einzelnen nicht beschrieben. Dem

Empfänger 10 ist ein Bandpaßfilter 11 nachgeschaltet, das alle Frequenzen passieren läßt, die in der frequenzmodulierten Schwingung enthalten sein können. Wenn z. B. die Frequenz f_s und f_m 1500 bzw. 1700 Hz betragen, dann beträgt die Durchlaßbreite des Bandpaßfilters II 200 Hz, und das Filter ist auf 1600 Hz abgestimmt. Die Ausgangsspannung des Bandpaßfilters 11 gelangt, nachdem sie gegebenenfalls durch einen nicht dargestellten Verstärker verstärkt wurde, zu dem Ampl itudenbegrenzer 12. In dem Amplitudenbegrenzer 12 wird die von dem Bandpaßfilter 11 kommende Sinusschwingung im wesentlichen in Rechteckform umgewandelt. In dem Amplitudenbegrenzer werden die Spitzen der Sinusschwingungen abgeschnitten, so daß die in Fig. 2, Zeile(a), und F i g. 3, Zeile(d), dargestellten Impulsformen am Ausgang des Amplitudenbegrenzers entstehen. Die Zeile (α) aus F i g. 2 entspricht der Impulsfrequenz f_m und die Zeile (α) aus F i g. 3 der Lückenfrequenz /_s. Die auf diese Weise amplitudenbegrenzte Schwingung gelangt dann zu einer impulserzeugenden und logischen Schaltung des Demodulators nach der Erfindung. An den Ausgang des Amplitudenbegrenzers 12 sind in Reihe geschaltete monostabile Multivibratoren 13, 14, 15 angeschlossen: Die Multivibratoren 13, 14, 15 werden aufeinanderfolgend durch die Vorderfianke der Ausgangsspannung des. vorgeschalteten Amplitudenbegrenzers au sgelöst.

Die Schaltzeit des ersten Multivibrators 13 ist mit T₁ bezeichne t. Dieser Multivibrator wird durch den positiven Durchgang der Ausgangsspannung des Amplitudenbegrenzers 12 ausgelöst. Die Schaltzeit des Multivibrators 14 ist mit T₂ bezeichnet. Dieser Multivibrator wird durch die Rückflanke des Ausgangssignals des Multivibrators 13 ausgelöst. Eis Schaltzeit des dritten Multivibrators 15 ist mit T₃ bezeichnet. Dieser Multivibrator wird durch die Rückflanke des Ausgangsimpulses des Multivibrators 14 ausgelöst. Die Multivibratoren 13, 14, 15 werden also aufeinanderfolgend betätigt, wobei der Multivibrator 13 durch die Vorderflanke der Ausgangsspannung des Amplitudenbegrenzers 12 für die Zeit T₁ eingeschaltet ist. Der zweite Multivibrator 14 ist demgegenüber um die Zeitspanne T₁ verzögert für die Zeitdauer T₂ eingeschaltet, vni der dritte Multivibrator 15 ist um die Zeitdauer T₁ + T₂ verzögert für die Zeitdauer T₃ eingeschaltet. Die Multivibratoren 14 und 15 sind ausgangsseitig an Stromtore 16 bzw. 17 angeschlossen. Die Anordnung ist so getroffen, daß das Stromtor 16 während der Zeitspanne T₂ und das Stromtor 17 während der Zeitspanne T₃ geöffnet ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Ausgang des Multivibrators 13 nicht an ein Stromtor angeschlossen ist. Durch die Zeitspanne T₁ — die Schaltzeit des Multivibrators 13 — wird demnach die Zeitspanne festgelegt, innerhalb derer ein Demodulator nach der Erfindung kein Eingangssignal verarbeiten kann. Demzufolge kann die Bandbreite des Demodulators nach der Erfindung durch Verändern der Zeit T₁ eingestellt werden. Die Ausgangssignale des Amplitudenbegrenzers 12 gelangen also zu den hintereinandergeschalteten Multivibratoren und schalten die Stromtore 16 und 17 so, daß diese Impulse, die während einer vorbestimmten Zeitspanne an ihren Eingang gelangen, durchlassen. Die Eingangsimpulse, die an die Stromtore 16 und 17 gelangen, werden von der Ausgangsspannung des Amplitudenbegrenzers 12 abgeleitet. Diese wird zu diesem Zweck an einen monostabilen Multivibrator 18, dessen Schaltzeit mit T₄ bezeichnet ist, gelegt. Der Multivibrator 18 wird durch die Rückflanke eines Ausgangsimpulses des Amplitudenbegrenzers 12 ausgelöst. Um in der Zeichnung zum Ausdruck zu bringen, daß der Multivibrator 18 durch die anderen Impulsflanken als der Multivibrator 13 ausgelöst wird, ist in der Zeichnung ein Wechselrichter 19' eingezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, daß der Multivibrator 18 auch direkt durch die Rückflanke der Ausgangsspannung des Amplitudenbegrenzers 12 ausgelöst werden kann. In einem solchen Fall gerät der Wechselrichter 19' in Fortfall.

Der Multivibrator 13 wird also bei Beginn einer ersten Halbperiode der frequenzmodulierten Schwingung ausgelöst, während der Multivibrator 18 bei Beginn einer zweiten Halbperiode der frequenzmodulierten Schwingung ausgelöst wird. Es besteht also ein zeitlicher Abstand zwischen der Auslösung des Multivibrators 13 und der des Multivibrators 18, der der Information, die übermittelt wurde, entspricht. Wenn die Schaltzeiten T₂ und T₃ der Multivibratoren 14 und 15 entsprechend festgelegt werden, dann werden die Stromtore 16 und 17 so betätigt, daß die Impulse des Multivibrators 18 je nach der aufgeprägten Information zu einem von zwei Ausgangsanschlüssen 19 und 20 gelangen.

Die Schaltzeiten der verschiedenen Multivibratoren werden nach folgenden Überlegungen festgelegt. Vor allem wird die Schaltzeit T₄ des Multivibrators 18 sehr kurz im Verhältnis zu den Schaltzeiten der anderen Multivibratoren festgelegt, da der Multivibrator 18 dazu dient, den Zeitpunkt festzulegen, an dem die zweite Halbperidoe der Ausgangsspannung des Amplitudenbegrenzers 12 beginnt. Wenn die Schaltzeit T zwischen Ts ± Δ T für die Lücke und T_M ± Δ Τ für den Impuls liegt, dann gilt mit einer Bandbreite

entsprechend 2 Δ T und mit Ts = ->— und Tm= ->—

Js J m

T₁ = T- Δ T, T₂ = IAT, T₃ = 2 Δ Τ,
T₄ < < Γ.

Wenn /_s die höhere Frequenz ist, gilt f_s > f_m und

Die Funktionsweise der Erfindung ergibt sich aus den Darstellungen in F i g. 2 und 3. In F i g. 2 zeigt Zeile (α) die Ausgangsspannung der Impulsfrequenz am Amplitudenbegrenzer 12, Zeile (b) die Ausgangsspannung am Multivibrator 13 mit der Schaltzeit T₁, Zeile (c) die Ausgangsspannung am Multivibrator 14 mit der Schaltzeit T₂ und Zeile (d) die Ausgangsspannung des Multivibrators 15 mit der Schaltzeit Τ_Ά. Wie bereits oben ausgeführt, wird durch den Multivibrator 13 der Bandpaß betätigt, wobei die Multivibratoren 14 und 15 die Stromtore 16 bzw. 17 öffnen. Das Stromtor 16 ist dabei geöffnet während der Impulse aus Zeile (c) F i g. 2 und das Stromtor 17 ist geöffnet während der Impulse Zeile (d) aus F i g. 2. In Zeile (e) der F i g. 2 sind die Ausgangsimpulse des Multivibrators 18 dargestellt, die am Beginn jeder zweiten Halbperiode der frequenzmodulierten Schwingung ausgelöst werden. Ein Vergleich der Zeilen (c bis e) aus F i g. 2 zeigt, daß die Impulse Zeile (e) aus F i g. 2 des Multivibrators 18 mit den Impulsen der Zeile (d) zusammenfallen. Diese Impulse können

also das Stromtor 17 passieren und gelangen an den Ausgangsanschluß 20. Dabei ist gleichzeitig das Stromtor 16 geschlossen, so daß an dem Ausgangsanschluß 19 keine Impulse liegen. Die Impulse am Ausgangsanschluß 19 sind in F i g. 2 in Zeile (/) und die Impulse am Ausgangsanschluß 20 in F i g. 2, Zeile (g) dargestellt.

Die Vorrichtung arbeitet bei einer Eingangsspannung mit der Frequenz /_s, wie im folgenden an Hand der F i g. 3 erläutert.

In F i g. 3 zeigt Zeile (a) die Ausgangsimpulse des Amplitudenbegrenzers 12, Zeilen (b), (c) und (d) die Ausgangsspannung an den Multivibratoren 13, 14 bzw. 15 entsprechend wie im Text zu F i g. 2 beschrieben, Zeile (e) die Ausgangsimpulse des Multivibrators 18, die bei Beginn jeder zweiten Halbperiode der frequenzmodulieiten Schwingung ausgelöst werden, Zeile (/) die Spannung am Ausgangsanschluß 19 und Zeile (g) die Spannung am Ausgangsanschluß 20. Ein Vergleich der Zeilen (c) bis (e) aus F i g. 3 zeigt wiederum, daß die Ausgangsimpulse am Multivibrator 18 mit den Ausgangsimpulsen am Multivibrator 14 zusammenfallen. Demzufolge ist zu dieser Zeit das Stromtor 16 geöffnet und die Impulse des Multivibrators 18 gelangen an den Ausgangsanschluß 19 [vgl. Zeile (J)]. Das-.Stromtor 17 ist währenddessen geschlossen, so daß keine Impulse an den Ausgangsanschluß 20 gelangen können [vgl. Zeile (g) aus F i g. 3].

Wenn mit P der Abstand zwischen den Nulldurchgängen des Eingangssignals bezeichnet wird, dann entsteht an dem Stromtor 16 ein Ausgangssignal, wenn

T₁ < P < T₁ + T₂
und an dem Stromtor 17 ein Ausgangssignal, wenn

T₁ + T₂ < P < T₁ + T₂ + T₃

Es ist möglich, daß in Schaltsystemen mit großer Informationsdichte jede Periode der Eingangsschwingung entweder einen Impuls oder eine Lücke kennzeichnet, so daß jeder Impuls am Ausgangsanschluß 19 bzw. 20 einen Impuls oder eine Lücke kennzeichnet. Bei üblichen Systemen gehören jedoch zu jedem Impuls und jeder Lücke mehrere Perioden der Eingangsschwingung. In einem solchen Fall treten bei jedem Impuls und bei jeder Lücke auch mehrere Impulse an den Ausgangsanschlüssen 19 und 20 auf. Diese Impulse können über eine bistabile Kippstufe 23 in binäre Datenimpulse umgewandelt werden. In einem solchen Fall können Fehlerquellen durch Störgeräusche ausgeschaltet werden, indem den Ausgangsanschlüssen 19 und 20 und der bistabilen Kippstufe 23 ein Paßglied 22 zwischengeschaltet wird, das bewirkt, daß die bistabile Kippstufe 23 erst anspricht, wenn eine bestimmte Anzahl von Impulsen an den Ausgangsanschlüssen 19 bzw. 20 vorliegt. Die Vorrichtung 22 kann wie tin Tiefpaßfilter bekannter Bauart ausgebildet sein.

Die Erfindung wurde an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in der F i g. 1 dargestellt ίο ist, beschrieben.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Demudulation von mit zwei verschiedenen Tastfrequenzen umgetasteten digitalen Telegrafiesignalen und dergleichen unter Benutzung von Gattern und Impulsgeneratoren zur Steuerung dieser Gatter, gekennzeichnet durch drei hintereinandergeschaltete monostabile Kippgeneratoren (13, 14, 15), von denen der erste durch den in der einen Richtung verlaufenden Nulldurchgang der modulierten Signalschwingung, der zweite durch die Rückschaltung des ersten und der dritte durch die Rückschaltung des zweiten zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses angestoßen wird, und durch einen monostabilen Kippgenerator (18), der durch den in der anderen Richtung verlaufenden Nulldurchgang der modulierten Signalschwingung zur Erzeugungeines Ausgangsimpulses angestoßen wird, und dadurch, daß zwei UND-Gatter (16, 17) mit je zwei Eingangsanschlüssen vorgesehen sind, von denen der erste Eingang des ersten UND-Gatters (16) durch den Ausgangsimpuls des zweiten Kippgenerators (14), der erste Eingang des zweiten UND-Gatters (17) durch den Ausgangsimpuls des dritten Kippgenerators (15) und der zweite Eingang beider UND-Gatter (16, 17) durch den Ausgangsimpuls des Kippgenerators (18) aufgetastet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite durch Verändern der Zeitdauer T₁ der Ausgangsimpulse des ersten Kippgenerators (13) einstellbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und/ oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Schaltzeiten (T₁, T₂ und T₃) der ersten drei Kippgeneratoren (13, 14, 15), daß im Falle der niedrigen Tastfrequenz die den vierten Kippgenerator (18) anstoßende Rückflanke in die S;haltzeit (T₃) des dritten Kippgenerators (15) fällt, dagegen bei der hohen Tastfrequenz in die Schaltzeit T₂ des zweiten Kippgenerators (14).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen