DE1537980C3 - Nach dem Phasensprungprinzip arbeitendes Datenübertragungssystem zur Übertragung eines zweiwertigen Informationssignals - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Phasensprungprinzip arbeitendes Datenübertragungssystem zur Übertragung eines zweiwertigen Informationssignals in Form einer Trägerschwingung mit diskreten Phasenzuständen, bei dem auf der Sendeseite ein Trägergenerator mit einem Phasenmodulator verbunden ist, der mittels einer Steuerstufe diskrete Phasenzustände aus vom Trägergenerator erzeugten Trägerschwingungen entsprechend dem anliegenden Informationssignal auswählt und als Übertragungssignal abgibt, und bei dem auf der Empfangsseite über einen mittels eines Phasendetektors vorgenommenen Phasenvergleich zwischen dem ampfangenen Übertragungssignal und einem von einem Bezugsphasensignalgenerator abgegebenen Signal (Bezugsphasensignal) das zweiwertige Informationssignal wiedergewonnen wird. Ein zweiwertiges — binäres — Informationssignal weist Werte »0« und »1« auf, wie in einem Telegrafie- oder Fernsehschreibsystem oder bei einem Faksimileübertragungssystem. In solchen Systemen ist die Anwendung von Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation oder Phasenmodulation bekannt. Bei den bekannten schmalbandigen Systemen der in Rede stehenden Art ist jedoch die »Schrittgeschwindigkeit«,

d. h. die Anzahl der pro Zeiteinheit übertragenen Informationssignale bzw. Wertänderungen der Informationssignale, vergleichsweise stark eingeschränkt.

Zur Erhöhung der Schrittgeschwindigkeit hat man bereits eine Umwandlung der zweiwertigen Informa-

• 5 tionssignale in dreiwertige oder vierwertige Signale vorgenommen, was aufwendig ist.

Das Telegrafie-Modulationsverfahren nach der DT-AS 12 01862 sieht die Zusammenfassung von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Informationsimpulsen zu Dubletten vor. Diesen Dubletten sind Träger-' komponenten mit bestimmten Phasenzuständen zugeordnet. In einem solchen System können maximale Phasenänderungen von ± α auftreten, so daß man ein relativ breites Übertragungsband benötigt.

Mehrstufensysteme sind beispielsweise in dem Bucji von W. R. Ben net und j. R. Davey, »Data Transmission«, McGraw-Hill Book Company, New York, 1965, Kapitel 10, beschrieben. Dort ist u.a. auch eine Phasendifferenztechnik erläutert, wonach der Informationswert durch die Größe des Phasensprungs dargestellt wird. Auch nach dieser Technik treten Phasensprünge bis zu ± π auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Datenübertragungssystem der in Rede stehenden Art zu schaffen, das schmalbandig ist, sich durch die Möglichkeit einer hohen Schrittgeschwindigkeit auszeichnet sowie auch für die asynchrone Übertragung von Informationssignalen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auf der Sendeseite der Trägergenerator ein /7-Phasen-Generator mit geradzahligem η und n>4 zur Erzeugung von η Trägerschwingungen (Trägerkomponenten) gleicher Frequenz und einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 2ττ/η ist, daß durch den mit den η Ausgängen des n-Phasen-Generators verbundenen Phasenmodulator bei jeder Änderung des Wertes des zweiwertigen Informationssignals ein Übergang auf die in der gleichen Richtung jeweils nächstfolgende, in der Phase um 2π/η verschobene Trägerkomponente bewirkt wird — also eine schrittweise Phasenänderung in der gleichen Richtung und um den gleichen Betrag erfolgt —, und daß auf der Empfangsseite ein Amplitudendiskriminator, der aus n/2 auf unterschiedliche Schwellenwerte ansprechenden Schwellenwertstufen mit nachfolgender logischer Schaltung besteht, aus dem von dem Phasendetektor gelieferten Phasendifferenzsignal das zweiwertige Informationssignal wiedergewinnt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Datenübertragungssystem der — jeweils einer Wertänderung des Informationssignals entsprechende — Phasensprung jeweils und stets nur in ein und derselben Richtung (und um den gleichen Betrag) erfolgt, werden Verzerrungen des Übertragungssignals weitgehend vermieden, da die Dispersion der verschiedenen Trägerkomponenten gering und auch bei vergleichsweise hoher Schrittgeschwindigkeit ein schmales Frequenzband ausreichend ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen das Blockschaltbild des auf der Sendeseite vorgesehenen Modulators und des auf der Empfangsseite vorgesehenen Demodulators eines Datenübertragungssystems nach der Erfindung;

F i g. 3 ist ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Phasenlagen der Trägerschwingungen ^T.cägerkomponenten);

Fig.4 zeigt Signal-Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Datenübertragungssystems nach der Erfindung und

F i g. 5 das Blockschaltbild des Amplitudendiskriminators des Demodulators auf der Empfangsseite.

Das Ausführungsbeispiel betrifft ein 8-Phasen-Modulationssystem (n = 8). Die Erfindung ist jedoch auch bei einem 4-Phasen-Modulationssystem (n = A) oder einem 16-Phasen-Modulationssystem (n = 16) anwendbar.

Ein Oszillator 20 schwingt auf einer Frequenz 8 · f_a also dem 8fachen der Trägerfrequenz f_c. Ein 8-Phasen-Generator 30 enthält sieben bistabile Kippstufen 31 bis 37 und stellt einen Achtfach-Frequenzteiler dar. An den Ausgängen der Kippstufen 31 bis 37 sind acht

Trägerkomponenten Po, P\ P₇ gleicher Frequenz f_c

mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von π/4 verfügbar, so daß Trägerkomponenten der Frequenz f_c mit acht verschiedenen Phasenlagen und damit in acht Phasenstufen bereitstehen. Der Oszillator 20 bildet zusammen mit dem 8-Phasen-Generator 30 den Trägergenerator. F i g. 3 zeigt das Vektordiagramm der Trägerkomponenten. Ein mit dem 8-Phasen-Generator 30 verbundener Phasenmodulator 40 enthält einen Drehschalter 41 mit Kontakten 410 bis 417 und eine Steuerstufe 42 zum schrittweisen Weiterdrehen des Drehschalters 41. Die Steuerstufe 42 kann ein Ringzähler oder dergleichen sein, wenn es sich bei dem Drehschalter 41 um einen elektronischen Schalter handelt. Die Steuerstufe 42 steuert den Drehschalter 41 derart, daß jeweils in der gleichen Richtung ein schrittweises Weiterdrehen erfolgt, wenn sich ein an der Eingangsklemme 11 zugeführtes zweiwertiges Informationssignal vom Wert »0« auf den Wert »1« oder umgekehrt ändert (vgl. dazu F i g. 4). Die dadurch bedingte, stets in der gleichen Richtung schrittweise und um den gleichen Betrag erfolgende Änderung der Phase der Trägerkomponenten wird als das tragende Merkmal der Erfindung angesehen.

Beim Anlegen eines zweiwertigen Informationssignals a (Fig.4) an die Eingangsklemme 11 (Fig. 1) bewirkt die Steuerstufe 42 ein schrittweises Weiterdrehen des Drehschalters 41 in der gleichen Richtung, und zwar jeweils um einen Schritt, wenn eine Anstiegs- oder Abfallflanke des zweiwertigen Informationssignals a auftritt. Im einzelnen weist das so modulierte Signal der Frequenz /_c an der Ausgangsklemme 12 des Phasenmodulators 40 (F i g. 1) jeweils einen Phasensprung von π/4

zwischen den Phasenlagen P₀ und Pi, Pi und P2 Ρβ

und Pj, Pj und P₀ und jeweils zu dem Zeitpunkt auf, an dem das Informationssignal a seinen Wert zwischen »0« und »1« oder »1« und »0« ändert (vgl. dazu Kurve b in Fig.4). Dieses phasenmodulierte Ausgangssignal wird an der Ausgangsklemme 12 des Phasenmodulators 40 abgenommen und — nach entsprechender Verstärkung — auf die Empfangsseite übertragen (Übertragungssignal).

Auf der Empfangsseite stellt ein Demodulator die Phasenlagen Po, Pi,..., P7 der Trägerkomponenten fest; er gibt einen Signalwert »1« für die ungeradzahlig numerierten Phasenlagen P\, P₃, P₅, Pj und einen Signalwert »0« für die geradzahlig numerierten Phasenlagen P₀, P2, P*, Pt der Trägerkomponenten ab. Dieses ist durch die schrittweise Phasenverschiebung in der gleichen Richtung bei jeder Änderung des Signalwertes des zweiwertigen Informationssignals begründet.

F i g. 2 zeigt ein Beispiel eines solchen Demodulators. Das phasenmodulierte Empfangssignal wird dem Demodulator an der Eingangsklemme 13 zugeführt und in einem Verstärker 50 verstärkt, worauf eine Phasendiskrimination in einem Phasendetektor 60 erfolgt, der aus einer Multiplikationsstufe und einer Integrationsstufe aufgebaut ist. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 60 wird in einem Amplitudendiskriminator 70 in ein zweiwertiges Informationssignal umgewandelt, das an einer Ausgangsklemme 14 abgenommen wird. Ein Bezugsphasensignalgenerator 80 erzeugt eine Bezugsschwingung der Frequenz f_c (Bezugsphasensignal), deren Produkt mit dem phasenmodulierten Empfangssignal in der Multiplikationsstufe des Phasendetektors 60 erzeugt wird. Das Produktsignal wird in der Integrationsstufe des Phasendetektors 60 integriert. Das Ausgangssignal cdes Phasendetektors 60 ist in F i g. 4 dargestellt. Dabei sind die Phasenlagen Po, Pi,..., Pj der Trägerkomponenten angegeben, die dem entsprechenden Pegel des Ausgangssignals c zugeordnet sind. Die Phasenlage Po ist als Bezugsphase gewählt. Wie man aus F i g. 4 Kurve c erkennt, steigt der Ausgangspegel des Phasendetektors 60 schrittweise an, wenn sich die Phasenlage der Trägerkomponenten über die Phasenlagen Pi, P2, P3, P4, also bis zur Phasenlage π, ändert, und fällt schrittweise ab, wenn sich die Phasenlage weiter über die Phasenlagen Ps, P₆, Pj, Po, also bis zu der Phasenlage 2π, ändert. Der der Phasenlage Pi bzw. Pj bzw. P3 der Trägerkomponenten zugeordnete Ausgangspegel ist jeweils gleich groß wie der der Phasenlage P₇ bzw. P₆ bzw. P₅ zugeordnete Ausgangspegel. Der Amplitudendiskriminator 70 (Fig. 2) erfaßt diese verschiedenen Ausgangspegel in bezug auf vorgegebene Schwellenwerte E\, £2, £3, £4·

Ein Schaltungsbeispiel für den Aplitudendiskriminator 70 ist in F i g. 5 angegeben. Danach sind vier Schmitt-Trigger 711, 712, 713, 714 vorhanden, die jeweils auf Schwellenwerte Ei, £2, £3, Ea eingestellt sind und zum Aplitudenvergleich des Eingangssignals des Amplitudendiskriminators dienen. Jeweils ein »!«-Signal g\, g2, g3, gs, wird abgegeben, wenn das Eingangssignal des Amplitudendiskriminators einen Wert größer als der entsprechende Schwellenwert £1, £2, £3, £4 hat. Die Ausgänge der Schmitt-Trigger 711 bzw. 712 sind zu dem Und-Eingang bzw. dem Nicht-Eingang einer Und-Schaltung 72 geführt. Entsprechend sind die Ausgänge der Schmitt-Trigger 713 bzw. 714 zu dem Und-Eingang bzw. dem Nicht-Eingang einer Und-Schaltung 73 geführt. Die Ausgänge dieser Und-Schaltungen 72 und 73 liegen an einer Oder-Schaltung 74.

In einem bestimmten Zeitpunkt sei z. B. eine Phasenlage P2 vorhanden; die Signale g\ und g2 haben dann den »1«-Wert (g\ =£2= 1), während die Signale gz und gi, den »0«-Wert haben (£3 = #4 = 0). Daraus ergibt sich nach den Regeln der Schaltalgebra für das Ausgangssignal c/des Amplitudendiskriminators 70

d=hi+h₂ = g\ ■ g2 + g3 ■ gÄ=\ ■ 0 + 0 · 1=0.

Infolgedessen hat das Ausgangssignal d der Oder-Schaltung 74 den Wert »0«. Entsprechendes gilt für die

anderen geradzahligen Phasenlagen.

Wenn andererseits die Phasenlage P₅ vorliegt, gilt £Ί=£2 = #3=1 und £4 = 0. Nach den Regeln der Schaltalgebra folgt

d=h_i+h₂=g\ ■ g2+gi -^=I · 0+1 · 1 = 1.

Entsprechendes gilt für die anderen- u.hgeradzahligen Phasenlagen. '$=~-' '<

Der Amplitudendiskriminator 70 ermöglicht dadurch eine Unterscheidung ungeradzahliger Phasenlagen (Ausgangssignal d=\) und geradzahliger Phasenlagen (Ausgangssignal d=0) der Trägerkomponenten, so daß auf der Empfangsseite das zweiwertige Informationssignal a wiedergewonnen werden kann.

Der Bezugsphasensignalgenerator 80 erzeugt eine

Sinus- oder Rechteckwellenform gleichphasig mit der Trägerkomponente der Phasenlage Pq und ist in bekannter Weise mit dem 8-Phasen-Generator 30 der Sendeseite starr synchronisiert.

Die Erfindung ermöglicht die Übertragung von zweiwertigen Informationssignalen mit hoher Schrittgeschwindigkeit innerhalb eines vergleichsweise schmalen Frequenzbandes und ist auch für die asynchrone Übertragung von Informationssignalen geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Nach dem Phasensprungprinzip arbeitendes Datenübertragungssystem zur Übertragung eines zweiwertigen Informationssignals in Form einer Trägerschwingung mit diskreten, Phasenzuständen, bei dem auf der Sendeseite ein T,rägergenerator mit einem Phasenmodulator verbunden, ist, der mittels einer Steuerstufe diskrete Phasenzustände aus vom Trägergenerator erzeugten Trägerschwingungen entsprechend dem anliegenden Informationssignal auswählt und als Übertragungssignal abgibt, und bei dem auf der Empfangsseite über einen mittels eines Phasendetektors vorgenommenen Phasenvergleich zwischen dem empfangenen Übertragungssignal und einem von einem Bezugsphasensignalgenerator abgegebenen Signal (Bezugsphasensignal) das zweiwertige Informationssignal wiedergewonnen wird, dadurch gekennzeichnet,- daß auf der Sendeseite der Trägergenerator ein n-Phasen-Generator (20,30) mit geradzahligem η und η> 4 zur Erzeugung von π Trägerschwingungen (Trägerkomponenten) gleicher Frequenz (f_c) und einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 2π/η ist, daß durch den mit den π Ausgängen des /7-Phasen-Generators verbundenen Phasenmodulator (40) bei jeder Änderung des Wertes (»0« oder »1«) des zweiwertigen Informationssignals ein Übergang auf die in der gleichen Richtung jeweils nächstfolgende, in der Phase um 2nln verschobene Trägerkomponente bewirkt wird — also eine schrittweise Phasenände-. rung in der gleichen Richtung und um den gleichen Betrag erfolgt —, und daß auf der Empfangsseite ein Amplitudendiskriminator (70), der aus n/2 auf unterschiedliche Schwellenwerte ansprechenden Schwellenwertstufen (711, 712, 713, 714) mit nachfolgender logischer Schaltung (72, 73, 74) besteht, aus dem von dem Phasendetektor (60) gelieferten Phasendifferenzsignal das zweiwertige Informationssignal wiedergewinnt.

2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, unter Verwendung von acht (n = 8) Trägerkomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Sendeseite vorgesehene Trägergenerator aus einem Oszillator (20), der mit der achtfachen Trägerfrequenz (8 · f_c) schwingt, und einem Achtfach-Frequenzteiler (30) mit acht Ausgängen für die acht Trägerkomponenten gleicher Frequenz (f_c)besteht.