DE1766622C - Frequenzvielfachempfanger fur dif ferential phasenmodulierte Signale - Google Patents

Description

Stand der Technik

In einem Frequenzvielfachsystem werden die Kanäle üblicherweise durch Bandpaßfilter getrennt, während in einem Phasenmodulationssystem von digitalen Signalen die Kanäle ohne Verwendung eines Filters getrennt werden können. Das Kineplex-System (USA.-Patentschrift 2 905 812) und das Rectiplex-System (USA.-Patentschrift 3 353 101) sind Beispiele dieser Anordnung. Bei diesen Systemen werden die Kanäle dadurch getrennt, daß die Schaltung eine IntegrierfunktioTi hat. Dieses Verfahren ist deshalb vorteilhaft, weil das Frequenzband wirksam ausgenutzt werden kann, da kein Kanaltrennfilter verwendet wird und damit die Notwendigkeit eines teuren Filters aus- ·5 geschlossen werden kann.

Bei diesem System werden die Frequenzen der Trägerweüen der Kanäle in einem konstanten Intervall \orgesehen. Jede Frequenz ist gleich einem ungeradzahligen Vielfachen von 1/2 eines Intervalls zwischen den Frequenzen. Ein Intervall zwischen Frequenzen o₀ steht nämüch mit der Frequenz der Trägerwelle des K-ten K an eis i->_ck in folgender Beziehunc:

[2 K 4-1).

(I)

Dies ist die Bedingung für die Trennung der Kanäle ohne Verwendung des Filti .s. Die ankommenden Signale werden zu den Demodulierkreisen der entsprechenden Kanäle gegeben. Aufgefunden und durch die zu den Kanälen gehörenden Demodulationsbezugssignale integriert. Die Frequenz eines Bezugssignals ist gleich der Frequenz der Trägerwelle des Kanals. Der aufgefundene Ausgang enthält die Di(Terenzfrequenzkomponente (Schwebungskomponentc) zwischen den Eingangssignalen und den Bezugssignalen und der Summenfrequenzkomponente dieser Signale. Das Ausgangssignal des Kanals hat eine Frequenz, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen von o₀ gemü(3 der vorher erwähnten Bedingung ist. Wenn die Frequenz des Bezugssignals m_ir und des Eingangssignals m_rt sind, kann somit die Frequenz der Summenfrequenzkomponente aus der Gleichung(l) in folgender Weise ausgedrückt werden:

Die Frequenz der Differenzkomponente kann ausgedrückt werden als

,.,_tk - „_ir =

- "* (2r + D

Dar nicht gleich k ist (r f A-), ist jede der Frequenzen gleich einem ganzzahligen Vielfachen von «>₀. Wenn dieses für eine konstante Zeitperiode T (T = 2π/ω₀), wird der Integrationsausgang Null. Dies ergibt sich aus folgender Gleichung:

I A cos (N Hi₀I + H) d/

= A !sin (N ■ 2 .-t + H) - sin H) = 0.

(N ist gleich eine gerade Zahl außer 0.)

55

65 Da wie bei der Signalkomponente. des eigenen Kanals die Frequenz des Signals gleich der Frequenz des Bezugssignals ist (k = r), wird die Frequenzkomponente der Differenzfrequenzkomponente Null, und der Ausgang enthält eine Gleichstromkomponente. Diese Gleichstromkomponente vird durch die Phasendifferenz zwischen dem Eingangssigna! und dem Bezugssignal bestimmt. Da das Eingangssignal phasenmoduliert ist, kann das Informationssignal erhalten werden, indem der. Wert dieser Gleichspannungskomponente am Integrationsausgang ausgewertet wird.

Bei dieser vorstehend beschriebenen Methode sind das Verfahren der Erzeugung der demodulierenden Bezugssignale und das Verfahren des Auffindens der Phasendifferenz problematisch. Bei diesem System ist es notwendig, die Phasendifferenz zwischen der Phase eines bestimmten Signalelementes und der Phase eines anderen Elementes, das dem ersten Elementzeitlich vorangeht, aufzufinden. Bei einem Phasenmodulationssystem einer einzigen Trägerwelle wird die Verzögerung mit dem Demodulierverfahren ermittelt. Bei diesem Verfahren wi^rd das Produkt eines Signals, das durch Verzögerung des Eingangssignals um die Länge eines Elementes durch eine Verzögerungsleitung erhalten wird, und eines anderen Signals, das nicht über eine Verzögerungsleitung läuft und nicht verzögert wird, gebildet. Gemäß diesem Verfahren können die Erzeugung des Demodulierbezugssignals und die Auffindung der Phasendifferenz gleichzeitig ausgeführt werden. Bei einem Frequenzvielfachsystem, bei dem Kanäle nicht durch ein Filter getrennt sind, ist es unmöglich, die Auffindung durch einen Verzögerungskreis in der oben beschriebenen Weise auszuführen. Dies ist darauf 7'irückzuführen, daß die Eingangssignale aus Signalen einer Mehrzahl von Kanälen bestehen, die miteinander gemischt sind und deren Frequenzen nicht eine einzige Frequenz sind, so daß diese, auch wenn die Eingangssignale verzögert werden, nicht als Demodulierbezugssignale verwendet werden können. Bei dem Rectiplex-System kann das Bezugssignal z. B. dadurch erhalten werden, daß die Phasenverschiebung des Bezugssignals durch das Ausgangssignal eines Integrierkreises aufgefunden wird, welches das demodulierte Signal ist, und daß ein automatischer Phasensteuerkreis (nachfolgend als APC-Krcis bezeichnet) an einen Oszillator gelegt wird, dessen Ausgangssignal als Bezugssignal verwendet wird. Die Phasendifferenz kann dadurch erhalten werden, daß ein Phasenmodulierkreis in einem Dcmodulicrbezugssignalkreis eingesetzt wird und daß der Phasenmodulationskreis durch das Ausgangssignal des zeitlich vorangehenden Signalelementes betätigt wird.

Das vorstehend erläuterte System, das einen APC-Kreis verwendet, hat jedoch die Nachteile des APC-Kreises, die darin bestehen, daß der /1 PC-Kreis ein störanfälliger Kreis ist. Wenn er einmal außer Phase kommt, dauert es eine lange Zeit, bis die Phase wieder in eine stabile Lage gebracht wird, und es ist manchmal auch möglich, daß er außertritt bleibt und darüber hinaus der Betrieb langsam wird.

Aufgabe

Die Aufgabe besteht darin, das Demodulierbezugs* signal ohne die Verwendung eines APC-Kreises herzustellen und die Phasendifferenz zu den benachbarten Signalelementen aufzufinden. Diese Aufgabe wird

durch die im Anspruch | angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben,

Vorteile

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Frequenzmultiplexempfiingers wird erreicht, daß mit möglichst geringem Schaltungsaufwand das Demodulierbezugssignal erzeugt wird und die Phasendifferenz zwischen benachbarten Signalelementen aufgefunden wird.

Erläuterung der Erfindung

Ausrührungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der F i g. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 ein Schaltbild dieser Aiisführjngsform und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausrührungsform.

Die Signale in der Schaltung nach Fig.! verlaufen in folgender Weise. Zuerst werden die Eingangssignale Il durch Phasenauffindungskreise 12 und 12' aufgefunden, und die Ausgange der Phasenauffindungskreise 12 und 12' werden durch die Integrierkreise 13 und 13' integriert. Diese Integrierkreise führefi den Integriervorgang über eine bestimmte Zeitperiode aus. Die Endwerte, die durch diese Integration erhältlich sind, sind Ausgangssignale, die nicht durch eine Zwischenkanalstörung beeinflußt werden, und durch Abtasten und Formen dieser Ausgangssignale in einem Relaiskreis 14 kann die gewünschte Demodulationsimpulswellenform erhalten werden. Die Demodulationsbezugssignale werden in diesem Fall über Wege ausgesandt, die durch gestrichelte Linien in der Zeichnung dargestellt sind. Diese Bezugssignale sind durch die Phasenmodulation der Ausgangssignale eines Oszillators 20 in den Modulatoren 18 und 18' und einem Mischer 17 erhältlich. Aus einem später noch zu beschreibenden Grund ist das Ausgangssignal des Mischers 17 gleich der Phase des Eingangssignal. Wenn deshalb die Demodulation u.Her Verwendung dieses Ausgangssignals ausgeführt wird, tritt das Demodulationsausgangssigna! als Phasendifferenz zwischen dem vorangehenden Signalclement auf. und dies führt dazu, daß die Differential-Phasenauffindung genau ausgeführt worden ist. Die Modulation des Ausgangssignals des Oszillators 20 kann durch das folgende Verfahren ausgeführt werden. Die Eingangssignale werden verzweigt, durch die Phasenauffindungskreise 21 und IV aufgefunden und den Integrierkreisen 22 und 22' wie in dem vorher erwähnten Fall zugeführt. Der durch die integration erhältliche Wert wird durch einen Haltekrcis 23 während der Periode des Signais des nachfolgenden Signalelementcs gehalten. Der Ausgang des Haltekreises 23 stellt somit die Phase des zeitlich vorangehenden Signalelementes dar. Dieser Ausgang wird auf einem konstanten Wert während der Periode des Elementes eines bestimmten Signals gehalten. Dieser Wert veranlaßt Modulatoren 18 und 18', so zu arbeiten, daß die Bezugssignale zum Modulieren der Informationssignale erhalten werden. Mit 16 und 19 sind ^"'Phasenschieber bezeichnet.

Der vorstehende Vorgang kann durch die folgenden einfachen Formein ausgedruckt werden. Zuerst wird der Fall beschrieben, bei dem die Trägerwelle des Eingangssignals mit der Schwingungsfrequenz des Oszillators 20 zusammenfällt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Eingangssignal ausgedrückt als

A cos (ω₍, +

Der Ausgang des Oszillators kann ausgedrückt werden als:

B cos K,+ θ₀). (3)

ίο Das Demodulier-Bezugssignal des Phasenauffindungskreises 21 ist die Welle der Formel (3), während das Bezugssignal des Detektors 2Γ ein Signal ist, das durch Verschieben der Phase des Ausganges des Oszillators durch den 90°-Phasenschieber 19 erhältlieh ist und dessen Wellenform ist:

B cos (,„_c, + (->„ - 90°) = B sin K, + W₀). (4)

Die Ausgänge der Halteicreise 23 und 23' sind somit erhältlich, indem das Signal des vorangehenden Elementes durch den Betrieb der Phasenauffindungskreise und Integrierkreise demoduliert wird. Diese Ausgangssignale H und H' können ausgedrückt werden als
H = cos(W,_, - W„), (5)

H' = -SIn

₁-, - (J₀),

worin W₁-_, die Phase des vorangehenden Signalelementes ist. Die Modulatoren 18 und 18' werden durch diese Werte des Gleichstroms betätigt. Die Ausgänge A/ und M' der Modulatoren 18 und 18' können ausgedrückt werden als

M = K cos (W₁-_, - W₀) cos („_>cl + W₀), (7)

M' = K sin (W₁,, - (■)„) sin (i„_a + W„), (8)

worin K eine Konstante ist, die durch A und B bestimmt wird. Deshalb kann der Ausgang R des Mischers 17 ausgedrückt werden als

R = M + M'= Kcos(,„_cl+ W₁.,).

Dieses stellt die Wellenform mit der Phase des vorangehenden Signalelementes dar. Diese kann somit als Bezugr.signal für das Demodulieren des Informationssignals ohne Bezug auf die Phase des Oszillators verwendet werden. Auch wenn die Frequenz der Trägerwelle etwas von der Frequenz des Oszillators verschieben ist, kann diese als eine Art von Phasenverschiebung angenähert werden, und ein nahezu genaues Bezugssignal kann durch den vorstehenden Kreis erhalten werden.

DerAufigangdesPhasenauffindungskreises 12'kann ausgedrückt werden als

A cos (v>_c, + H₁) ■ K cos ft»,., -(- W,_|)

(10)

AK

6ο = —j,— j

W₁.

co.s(W,-

und der Ausgang des Integrierkreises 13' kann ausgedrückt werden als

2.τ
-~-J COS (2f.i„ + W, + «,_,) + COS (W_f - «,_,)

= AK .-τ cosiW.. - W.. .K

Ii M

und gleichermaßen kann der Ausgang des Integrierkreises 13 ausgedrückt werden als

A K .-7 cos (M, - H₁ ι - 90 ).

(12)

Die Phasen der Kanäle werden aufgefunden, und die Weilenformen werden durch 14 geformt, und <lA Ausgangssignal von 14 wird zu den Anschlüssen 1$ und 15 ausgesendet.

Nachfolgend wird die Schaltung nach der Erfindung im einzelnen mit Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben. P i g. 2A zeigt den Demodulier-Bezugssignal-Formkreis und die Teile, die,durch Blöcke in der Schaltung entsprechend den Blocken der F i g. I eingeschlossen sind. Mit 18. 18'. 21 und 21 sind bekannte Ringmodulatoren mit Dioden bezeichnet. 24 und 24 sind Kreise mit Funktionen, die den Funktionen der Integrierkreise 22 und 22' und der Haltekreise 2.1 und 23' der F i g. 1 äquivalent sind, und jeder der Kreise 24. 24' enthält zwei Integrierkreise und zwei Schalter. F.in Integrierkreis besteht aus einem Widerstand, einem Kondensator und einem Gleichstromverstärker und bildet einen Miller-Integrator. Die Rückstellung des Integrierkreises und das Halten des Ausgangssignals werden durch Schalter SWl und SW2 ausgeführt. Wenn somit der Schalter SWl geschlossen ist, wird der Kondensator entladen, und das Ausgangssignal des Integrierkreises wird auch Null. Wenn der Schalter SW 2 geschlossen ist. wird der Eingang kurzgeschlossen, und das Ausgangssignal des Integrierkreises hält den vorangehenden Zustand. Es sind zwei Integrierkreise vorhanden, und diese werden durch einen Schalter SW 3 aus folgendem Grund geschaltet. Unter dem Gesichtspunkt des wesentlichen Zweckes der Arbeitsweise der Schaltung sind hier ein Integrierkreis und ein Haltekreis erforderlich. Der Integrierkreis ist nämlich erforderlich, um das Signal eines bestimmten Elementes zu integrieren, sein Ausgangssignal zu dem Haltekreis am Ende des Signalelementes zu übertragen und dann die Signale des nächsten Elementes zu integrieren. Der Haltekreismußdenübertragenen Integrierausgang während der Periode des nächsten Signalelementes halten.

Bei dem System nach F i g. 2A wird derselbe Vorgang ausgerührt, ohne daß im besonderen ein Haltekreis vorgesehen ist, und zwar durch Schalten der Integrierkreise durch den Schalter. Dies geschieht deshalb, weil das Ausgangssigna! des Integrierkreises den vorangehenden Wert hält, wenn der Ausgang des Integrators kurzgeschlossen ist. Der eine der beiden Integrierkreise führt somit den Integriervorgang aus. während der andere Integrierkreis den Integrierausgang des vorangehenden Signalelementes hält. In dem nächsten Signalelement hält der erste Integrierkreis das Integrierausgangssignal ohne Änderung als Haltekreis. und der letztere Integrierkreis integriert erneut das Signal nach Rückstellung. Deshalb ist der Schalter SW3 in der Schaltung mil dem Integrierkreis verbunden, der sich im Haltebetrieb befindet.

F i g. 2 B zeigt eine Demodulierschaltung. in der 12 und 12' Phasenauffindungskreise. 13 und 13' Integrierkreise. 16 ein 90^Γ-Ρη35εη5ΰηί(^Γ und 14 und 14' Abtast- und Formkreise sind. In F i g. 1 ist nur ein Aussana gezeigt, während in F i g. 2 die beiden Ausaänse aetrennt gezeigt sind. 15 ist der Ausgang des Kanals 1. und 15 ist der Ausgang des Kanals 2.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Abtast- und Formkreise 14 und 14' beschrieben.

Die Transistoren TrI. Tr 2 und Tr3 bilden einen Verstärker, der als Begrenzer arbeitet, und die Tran- > sistorcn Tr 4 und Tr5 bilden einen bistabilen Multi vibrator. Wenn das Basispotential des Transistors TrI positiv ist, werden die Transistoren TrI und Tr} »Ein«, und der Transistor Tr2 wird »Aus«. Wenn Abtastimpulse über die Kondensatoren eintreffen.

wird die Diode Dl »Ein«, Die Diode Dl wird »Aus«, der Transistor Tr4 wird »Aus«, und der Transistor TrS wird «Ein«. Wenn das Basispotential des Transistors Tr 1 negativ ist, tritt ein Vorgang auf, der umgekehrt zu dem obigen Vorgang ist. Auf diese

Weise wird eine Wellenform, die durch Abtasten

und Formen der Polarität des Ausganges des Integrier kreiseserhältlich ist.andern Anschluß 15 abgenommen

Bei der Schaltung nach F i g. 3, die eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt, werden die

Signale von drei Kanälen phasenmultiplex, und dieses Schaltbild zeigt einen Empfänger zum Empfangen von phasenmodulierten Signalen von acht Phasen. Die Vorrichtung ist nahezu der Phasenmodulation von vier Phasen äquivalent, die oben mit Bezugnahme auf Γ ig. 1 und 2 beschrieben worden ist; jedoch besteht ein geringer Unterschied darin, daß ein Addierkreis 25. ein Subtrahierkreis 26. Abtast- und Formkreise 27 und 27'. ein ausschließlicher »Oder«- Kreis 28 und der dritte Kanalausgangsanschluß 15" hinzugefügt werden. Als Kreise 25. 26 und 28 können bekannte Kreise verwendet werden, und die Kreise 14 und 14' gemäß F i g. 2 können als Kreise 27 und 27' verwendet werden. Diese Schaltung wird nachfolgend beschrieben. Wie sich aus den Formeln (11) und (12)

J5 ergibt, haben die Integrierkreise 13 und 13' Gleichstromkomponenten

und

AK TCOS (M₁ -H₁

AK

90 )

Diese Komponenten werden geändert, wie sich aus der Formel (13) ergibt, indem sie durch den Addierkreis 25 laufen:

AK .-τ !cos (H₁ -«,.,- 90 )♦■ cos (M₁ H₁ ,)·

= i 2 AK .τ cos («j - H₁., - 45 ) (13»

und werden geändert, wie sich aus Formel (14) ergibt, wenn sie durch den Si'.btrahirrkreis 26 laufen:

AK π ;~os (M₁ - Wj_, - 90 ) - cos [H, - «,·_,)!

= i"2 AK: .7 cos (M₁-- Mj,, +45 ). (14)

Auf diese Weise werden die Ausgänge mit Phasendifferenzen von 45 aufgefunden. Deshalb kann, indem der ausschließliche »Oder«-Ausgang dieser beider Ausgänge erhalten wird, die Demodulation der Signals des dritten Kanals ausgeführt werden.

Durch die Verwendung der vorstehend beschriebe nen Vorrichtung nach der Erfindung ist ein auto rnatischer Phasenkontrollkreis. der durch eine ge schlossene Schleife gebildet wird, nicht notwendig und der Kreis kann eiue offene Schleife werden Dadurch wird der Betrieb sicher und stabil gemacht

und darüber hinaus kann der Betrieb, auch wenn die Übertragungsleitung angeschlossen wird, nachdem «ie für eine lange Zeitperiode abgeschaltet war. schnell wieder hergestellt werden, da kein Mitziehen auftritt, wie es bei einem System mit einer geschlossenen *> 'ijhleife erforderlich ist. Auch wird gemäß der Erfindung nur die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalelementen, die einander benachbart sind, erkalten, und die Beträge der Phasen der anderen vorangegangenen Signalelemente geben keinen Ein- to fluß, so daß der Änderung der Phase des Kanals auch mit Leichtigkeit gefolgt werden kann.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Frequenzmultiplexempfänger für differentialphasenmodulierte Signale, gekennzeichnet durch zwei zur Erzeugung des Demodulierbezugssignals vorgesehene Phasenauffindungskreise (21, 2Γ), von denen dem einen (21) ein ort- liches Signal (20) und dem anderen (21') das ortliche Signal (20) mit 90 Phasendifferenz zugeführt werden und die jeweils über einen Integrierkreis (22. 22'). einen Haltekreis (23, 23') und einen Modulator (18, 18'). dem außerdem die örtliche bzw. die phasenverschobene ortliche Schwingung zugeführt wird, mit einem Mischer (17) verbunden sind, sowie durch zwei zum Auffinden der Phase des Hinpangssignals (11) vorgesehene Phasenauffindungskreise (12,12'), von denen dem einen (12') das Ausgangssignal des Mischers (I?) und dem anderen (12) das um 90° phasenverschobene Ausgangssignal des Mischers (17) zugeführt werden und die je über einen Integrierkreis (13,13') mit dem Ausgang des Empfängers verbunden sind.

1. Empfänger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Addierkreis (2S) und einen Subtrahierkreis (26), die jeweils über beide Integrierkreise (Ij, 13') mit den Phasenauffindiingskreisen(12.12'] Tür das Eingangssignal verbunden sind und deren Ausgangssignale zusammengefaßt werden (27,27' 28) (F i g. 3).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen