DE1923522B2

DE1923522B2 - Four:phase data receiver phase control - uses decoder for regulating signal for VCO for demodulator input

Info

Publication number: DE1923522B2
Application number: DE19691923522
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 7900 Ulm Rail
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1969-05-08
Filing date: 1969-05-08
Publication date: 1977-04-07
Also published as: DE1923522A1

Abstract

A four phase data receiver is phase controlled by controlling a voltage controlled oscillator by eight binary combinations generated by a measured signal decoding circuit. The received signal is processed through two demodulators and two signals are applied to generate x and y components that are separated by filters. Four operational amplifiers generate the signs of x and y, as well as the signs of the sum and differences. The resulting sign signals are coupled to a decoding circuit that generate outputs of specific combinations relating phase shift relative to a reference. The decoder output sets a flip-flop to control the rate of a voltage controlled oscillator. An impulse generator controls two flip-flops to provide phase shift of the two signals to the demodulators.

Description

E = sign >·,
F - sign x,
G = sign (y - χ), H = sign Cv + χ) E = sign>,
F - sign x,
G = sign (y - χ), H = sign Cv + χ)

1:51: 5

einem Sollwert-Dekoder (U i, Ul, t/3, U4, US) zuführbar sind, durch den die das Voreilen und/oder das Nacheilen der Bezugsphase kennzeichnenden Kombinationen EFGH für die Einstellung und/oder Rückstellung eines die Steuergröße dem spannungssteuerbaren Oszillator (VCO) zuführenden Kippelements (K\) ausnutzbar sind.a setpoint decoder (U i, Ul, t / 3, U 4, US) can be fed, through which the leading and / or lagging of the reference phase characterizing combinations EFGH for setting and / or resetting a control variable of the voltage controllable oscillator (VCO) feeding tilting element (K \) are exploitable.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den als Verslärkerelemente (Vl, V3) für die Ableitung der 2-Stufenwerte sign ν und sign χ vorgesehenen Operationsverstärkern die Komponenten (y, x)jeweils einem Eingang (+) über je einen Widerstand zuführbar sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the as Verslärkerelemente (Vl, V3) for the derivation of the 2-level values sign ν and sign χ provided for operational amplifiers, the components (y, x) each having an input (+) via a resistor are supplied.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Verstärkerelement (VA) für die Ableitung des 2-Stufenwertes ugn(y-x) vorgesehenen Operationsverstärker die Komponenten (y, x) getrennt über je einen Widerstand den zueinander komplementären Eingängen (+, -) zuführbar sind.3. The method according to claim 1, characterized in that the operational amplifier provided as an amplifier element (VA) for the derivation of the 2-step value ugn (yx) , the components (y, x) separated via a resistor to the mutually complementary inputs (+, - ) can be supplied.

4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Verstärkerelement (V5) für die Ableitung des 2-Stufenwertes -sign (ν + χ) vorgesehenen Operationsverstärker die Komponenten (V, x) parallel über je einen Widerstand dem Eingang (-) zuführbar sind.4. The method according to claim i, characterized in that as the amplifier element (V5) for the derivation of the 2-step value -sign (ν + χ) provided operational amplifier the components (V, x) in parallel via a resistor each to the input (-) are supplied.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße (R') dem spannungssteuerbaren Oszillator (VCO) über ein den Einschwingvorgang des Oszillators bestimmendes Tiefpaßfilter (R 1, R 2, CJ zuführbar ist.5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the control variable (R ') can be fed to the voltage-controllable oscillator (VCO) via a low-pass filter (R 1, R 2, CJ) which determines the transient response of the oscillator.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippelement (K t) aus der Kaskadenanordnung einfs Dateneingangs (D) und einer bistabilen Kippschaltung besteht, in bo die die im Dateneingang anliegende Steuergröße (R') durch einen Steuertakt (A) überführbar ist.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the tilting element (K t) consists of the cascade arrangement einfs data input (D) and a bistable flip-flop circuit, in bo the control variable (R ') present in the data input by a control clock ( A) is transferable.

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Bezugsphasenlage in einem Empfanger für 4-phasenmodulierte Signale mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, bei welchem Verfahren jedes Eingangssignal in seine Komponenten aufgespalten wird und eine aus diesen Informationen jeweils erhaltene Kombination von 8 möglichen Kombinationen, von denen 4 ein Voreilen und 4 ein Nacheilen der Bezugsphase gegenüber den Eingangssignalen anzeigen, zur Erzeugung eines 2-Stufensignals verwendet wird, dessen Mittelwert als Steuerspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator ausgenutzt wird.The main patent relates to a method for generating a reference phase position in a receiver for 4-phase-modulated signals with a voltage-controlled oscillator, in which method each input signal is broken down into its components and one obtained from this information in each case Combination of 8 possible combinations, 4 of which indicate a lead and 4 a lag of the reference phase compared to the input signals, for Generation of a 2-stage signal is used, whose Mean value is used as the control voltage for the voltage-controlled oscillator.

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Gegenstandes des Hauptpatentes. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird die Information mittels digitaler 4-Phasenumtastung eines Trägers übertragen, wobei die Phasenlage des jeweils vorangegangenen Signalelements als Bezugsphase verwendet wird. Auf der Empfangsseite wird ein phasengeregelter Oszillator mit der 4fachen Trägerfrequenz betrieben, der für die Demodulation des Empfangssignals und für die Zerlegung in seine Komponenten mittels eines Frequenzteilers zwei gegeneinander um genau 90° phasenverschobene Rechteckspannungen liefert. Die Phase dieser Rechteckspannungen ist gegenüber dem Eingangssignal vierdeutig, man kann daher die übertragene Information nur durch einen Phasendifferenzrechner, vorzugsweise durch den in dem deutschen Patent 12 22 103 beschriebenen, zurückgewinnen. Die Frequenz des spannungssteuerbaren Oszillators wird durch eine Steuergröße geregelt, die ein Maß für die mittlere Phasenabreichung der Bezugsphasenlage im Empfänger von ihrem durch die empfangenen Eingangssignale bestimmten Sollwert ist. Die Steuergröße ist dabei der zeitliche Mittelwert einer Spannung am Ausgang einer Kippstufe, die nur die Werte 1 und 0 annehmen kann. Der Übergang dieser Spannung von 1 nach 0 liegt genau im Sollwert der Bezugsphasenlage. Da die Phasen der empfangenen Eingangssignal als Folge von Übertragungsstörungen und zeitlichem Übersprechen um den Sollwert in beiden Richtungen schwanken, ergibt sich eine Regelkennlinie, die bei kleinen Schwankungen besonders genau regelt, was ein zusätzlicher Vorteil dieses Verfahrens gegenüber vorgeschlagenen, proportional regelnden Methoden ist. Beim Gegenstand des Hauptpatentes wird dabei als mittlere Regelgröße die Ausgangspannung einer Kippstufe verwendet, die aus den in den einzelnen Gebieten der Phasenebene entstehenden Vorzeichen der Signalkomponenten genommen wird. Die Bestimmung dieser Werte geschieht durch als Komparatoren benutzte Differenzverstärker, die mit umschaltbarer Gegenkopplung versehen sind und die einmal die vier Komponentenvorzeichen sign y - sign ν. sign .ν - sign χ und einmal den größten Wert aller Komponentenbelräge bestimmen.The invention relates to a further development of the subject matter of the main patent. In the method described there, the information is transmitted by means of digital 4-phase shift keying of a carrier, the phase position of the respective preceding signal element being used as the reference phase. On the receiving side, a phase-controlled oscillator is operated with 4 times the carrier frequency, which supplies two square-wave voltages that are phase-shifted by exactly 90 ° using a frequency divider to demodulate the received signal and break it down into its components. The phase of these square-wave voltages is ambiguous compared to the input signal, so the transmitted information can only be recovered using a phase difference calculator, preferably the one described in German Patent 12 22 103. The frequency of the voltage-controllable oscillator is regulated by a control variable which is a measure of the mean phase deviation of the reference phase position in the receiver from its setpoint value determined by the received input signals. The control variable is the mean value over time of a voltage at the output of a multivibrator, which can only assume the values 1 and 0. The transition of this voltage from 1 to 0 lies exactly in the setpoint of the reference phase position. Since the phases of the received input signal fluctuate around the target value in both directions as a result of transmission interference and temporal crosstalk, the result is a control characteristic that regulates particularly precisely in the event of small fluctuations, which is an additional advantage of this method compared to proposed, proportionally regulating methods. In the subject of the main patent, the output voltage of a multivibrator is used as the mean controlled variable, which is taken from the sign of the signal components arising in the individual areas of the phase level. These values are determined by differential amplifiers used as comparators, which are provided with switchable negative feedback and which have the four component signs sign y - sign ν. sign .ν - sign χ and determine once the largest value of all component deposits.

Die genannten Komparatoren erfordern eine Taktsteuerung durch mehrere unterschiedliche Impulsfolgen für die Bildung der Extremwerte und von sign y, -sign y sign .ν, -sign .ν.The said comparators require a clock control through several different pulse sequences for the formation of the extreme values and of sign y, -sign y, sign .ν, -sign .ν.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Trägerrückgewinnung die Notwendigkeit der mehrfachen Taktsteuerung und der Extremwertbestiinmung zu vermeiden durch zusätzliche Ausnutzung der Werte sign (y - x) und sign Cv + \), die in den Bereichen B und Γ bzw. A und B der Phasenbezugsebene positiv sind.The invention is based on the object of avoiding the need for multiple clock control and extreme value determination during carrier recovery by additionally using the values sign (y − x) and sign Cv + \), which are in areas B and Γ or A and B of the phase reference plane are positive.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die mittels vorgesehener Verstärkerelemente aus den Komponenten des Eingangssignal abgeleiteten Zweistufenwerte: E = sign 3', F = sign .ν. G = sign (y - χ), This object is achieved in that the two-stage values derived from the components of the input signal by means of provided amplifier elements: E = sign 3 ', F = sign .ν. G = sign (y - χ),

H = sign (y + χ) einem Sollwert-Dekoder zuführbar sind, durch den die das Voreilen und/oder das Nacheilen der Bezugsphase kennzeiehnenden Kombinationen EFGH fur die Einstellung und/oder die Rückstellung eines die Steuergröße dem spannungssteuerbaren Oszillator zuführenden Kippelements ausnulzbasind. H = sign (y + χ) can be fed to a setpoint decoder, by means of which the combinations EFGH characterizing the leading and / or lagging of the reference phase are used for setting and / or resetting a flip-flop that supplies the control variable to the voltage-controllable oscillator.

Hierdurch werden die Vorteile erzielt, daß die Ableitung der erforderlichen 4 Extremwerte für jedes übertragene Inlbrmationselement mitteis einer verhä'inismüßig einfachen logischen Schaltung durchführbar ist. Die beiden Werte sign ν und sign v fallen außerdem für die Steuerung des Phasendifferenzrechners an. Aus den genannten 4 Werten, die gemeinsam für ieden der 8 Sektoren der Bezugsebene ein Wort bilden, wird dann durch einen Sollwert-Dekoder die der speichernden Kippstufe zuzuführende Regelgröße bestimmt.This has the advantages that the derivation of the required 4 extreme values for each Transferred inhalation element in the middle of a proportionality simple logic circuit is feasible. The two values sign ν and sign v fall also for controlling the phase difference calculator. From the mentioned 4 values that have in common form a word for each of the 8 sectors of the reference plane, is then determined by a setpoint decoder determines the controlled variable to be fed to the storing multivibrator.

Die Erfindung wird an Abbildungen erklärt. Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausi'ühwr.gsbchpiels eines Empfängers für 4-phasen-iimgetastete Signale. In Fig. 2 ist die Zuordnung der Worte de^r Binär-Ausgangswerte der logischen Schaltung zu den 8 Sektoren der Phasenbezugsebene dargestellt.The invention is explained using illustrations. Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a Ausi'ühwr.gsbchpiels a receiver for 4-phase keyed signals. In FIG. 2, the assignment of the words de ^r binary output values of the logic circuit is shown to the 8 sectors of the phase reference plane.

In dem in Fig. 1 gezeigten 4-Phasen-Datenempfanger werden die Eingangssignale durch den geregelten Verstärker V 1 verstärkt und in den beiden Demudulatoren Hy, M-'.v unter Einwirkung der Rechtccksignalc sign cos w ι und sign sinus ω ι in ihre Komponenten ν, λ zerlegt. Diese beiden Komponente:' werden genennt über die Tiefpaßfilter 77V. TPx einer logischen Schaltung zugeführt.. In the example shown in Figure 1 is 4-phase data receiver, the input signals are amplified by the controlled amplifier V 1 and in the two Demudulatoren Hy, M - 'v under the influence of Rechtccksignalc sign cos w ι and sign sinus ω ι into its components. ν, λ decomposed. These two components: 'are named via the 77V low-pass filter. TPx fed to a logic circuit.

Mittels der als Begrenzer wirksamen Operationsverstärker Vl, V3 werden unmittelbar aus ilen Komponenten r, .ν die Werte sign y und sign .ν abgeleitet. Für die Bildung des Wertes sign (γ - χ) dient der Operationsverstärker Γ 4, dem beide Komponenten v, .vi'iber getrennte Serienwidcrstände seinen beiden zueinander komplementären Eingängen -, + zugeführt werden. Dieser Operationsverstärker ist dabei als begrenzender Differenzverstärker wirksam. Der Wert sign (y + x) wird durch den Operationsverstärker V 5 bestimmt, den beide Komponenten ν, ν über getrennte Widerslände dem einen Eingang gemeinsam zugeführt worden. Means effective as a limiter amplifier operation Vl, V 3 are r directly from ilen components .ν the values of y and sign sign .ν derived. The operational amplifier Γ 4 is used to generate the value sign (γ - χ) , to which both components v, .vi are fed to its two mutually complementary inputs -, + via separate series resistors. This operational amplifier acts as a limiting differential amplifier. The value sign (y + x) is determined by the operational amplifier V 5, to which the two components ν, ν have been fed jointly to the one input via separate contradictions.

Die in den Zuleitungen der Tiefpaßfilter zu den Operationsverstärkern vorgesehenen Parallel- und Serienwiderstände sorgen für richtigen Abschluß der I iefpaßfilter TPy und TPx. The parallel and series resistors provided in the leads of the low-pass filters to the operational amplifiers ensure the correct termination of the low-pass filters TPy and TPx.

Die Ausgangsklemmen der 4 Operationsverstärker sind im Schaltbild mit den Buchstaben F., F, G, H bezeichnet. Die an diesen Klemmen jeweils beim Vorliegen eines Eingangssignals auftretenden Binärwerte sollen dementsprechend ein Wort EFGH bilden. Das Wort EFGH ist entsprechend der jeweiligen Phasenlage des Eingangssignals zu den Austast-Rechlcckspannungen sign cos ω ι, sign sin ω ι der Demodulatoren H ι. H.v auf S diskrete Werte beschränkt, von denen 4 ein Nacheilen und 4 cm Voreilen der Bezugsphase kennzeichnen. Die Verteilung der möglichen Werte des Wortes EFGH auf die Sektoren des Phascnstcrnes ist in Fig. 2 dargestellt.The output terminals of the 4 operational amplifiers are marked with the letters F., F, G, H in the circuit diagram. The binary values occurring at these terminals when an input signal is present should accordingly form a word EFGH . The word EFGH is sign cos ω ι, sign sin ω ι of the demodulators H ι according to the respective phase position of the input signal to the blanking square voltages. Hv limited to S discrete values, 4 of which denote a lag and 4 cm lead of the reference phase. The distribution of the possible values of the word EFGH over the sectors of the phase structure is shown in FIG.

Tritt beispielsweise an den Ausgängen der Operationsverstärker das Wort 1111 aiii, so bedeutet die:,es. daß die Bezugsphase des Oszillators hinter dem im ersten Quadranten liegenden PhasenUistsignai nachläuft. Die aus dem Wort 1111 zu bildende Regelgröße muß positiv sein und den Oszillator beschleunigen.For example, if the word 1111 aiii appears at the outputs of the operational amplifiers, it means:, es. that the reference phase of the oscillator lags behind the phase Uistsignai in the first quadrant. The controlled variable to be formed from word 1111 must be positive and speed up the oscillator.

Die Ausgänge E, Fsinü über nicht dargestellte Verstärkerschaltungen mit den Eingängen eines Phasendiffercnzrechners verbunden, der beispielsweise in der durch die deutsche Auslegeschrift 12 22 103 bekanntgewordenen Weise aufgebaut ist.The outputs E, Fsinu are connected via amplifier circuits (not shown) to the inputs of a phase difference calculator, which is constructed, for example, in the manner made known by the German Auslegeschrift 12 22 103.

Die 4 Ausgänge E, F, G. //sind über nicht dargestellte Verstärkerschaltungen mit den Eingängen eines Sollwert-Dekoders verbunden, der für die Ableitung der Regelgröße R' für den spannungssteuerbaren Oszillator dient.The 4 outputs E, F, G. // are connected via amplifier circuits (not shown) to the inputs of a setpoint decoder, which is used to derive the controlled variable R ' for the voltage-controllable oscillator.

In dem Sollwert-Dekoder sind 4 negierende UND-Schaltungen i/l, Ul, i/3, i/4 vorgesehen. Ihre Eingänge sind in der den UND-Schaltungen zugeschriebenen Wortfolge entsprechenden Weise mit den Leitungen E, F, G, H sowohl unmittelbar als auch über Inverter/I bis /4 verbunden.4 negating AND circuits i / l, Ul, i / 3, i / 4 are provided in the setpoint decoder. Their inputs are connected to the lines E, F, G, H in the word sequence assigned to the AND circuits, both directly and via inverters / I to / 4.

Hat das Wort EFGH einen dieser zugeschriebenen Werte, die durch den in Fig. 2 durch + gekennzeichneten Sektoren angehören, so wird die betreffende negierende (JND-Schaitung Ul ... U4 leitend gesteuert; sie liefert ein negatives, während die übrigen 3 gesperrt bleibenden UND-Schaltungen positives Ausgangspotential liefern. Es kann d.iher die nachfolgende negierende UND-Schaltung US nicht beeinflußt werden, so daß diese positives Ausgangspotential liefert.If the word EFGH has one of these assigned values, which belong to the sectors marked by + in Fig. 2, the relevant negating (JND circuit Ul ... U4 is turned on ; it delivers a negative, while the other 3 remain blocked AND circuits deliver positive output potential, i.e. the subsequent negating AND circuit US cannot be influenced, so that it delivers positive output potential.

Nimmt jedoch das Wort EFG H keinen derzugeschriebenen Werte an, so bleiben alle Schaltungen UX ... U4 gesperrt; sie liefern alle positives Ausgangspotential, das die nachfolgende negierende UND-Schaltung zum Ansprechen bringt, so daß diese durch ihr negatives Ausgar'.ispotential den Dateneingang D des bistabilen Elemen; A'I beaufschlagt. Beim nächsten Impuls der Taktimpulsfolge A wird die Information an Din die bistabile Kippstufe des Elements K 1 hineingeschoben, wo diese Information beim darauffolgend^ Taktimpuls gelöscht wird unter Einschreibung <^ι dann anstehenden Information.However, if the word EFG H does not accept any of the values assigned, all circuits UX ... U4 remain blocked; they all supply positive output potential, which brings the subsequent negating AND circuit to respond, so that this through their negative Ausgar'.ispotential the data input D of the bistable element; A'I charged. With the next pulse of the clock pulse sequence A , the information is pushed into Din the bistable multivibrator of the element K 1, where this information is deleted with the following clock pulse, with the information then pending being written in.

Der beschriebene Sollwert-Dekoder liefert ein negatives Ausgangspotential für alle diejenigen Worte EFGH, die ein Abbremsen des Oszillators zu bewirken haben. Es kann selbstverständlich auch auf die andere Gattung von Worten Bezug genommen werden, oder es können auch UND-Schaltungen für beide Gattungen vorgesehen werden, die entgegengesetzte Einspeicherungen im E.ement A 1 vorzunehmen haben. The setpoint decoder described provides a negative output potential for all those words EFGH that have to cause the oscillator to slow down. Reference can of course also be made to the other genre of words, or AND circuits can also be provided for both genres, which have to carry out opposite storage in the E. element A 1.

Als spannungssteuerbarer Oszillator VCO kann beispielsweise ein Wienbrücken-Oszillator dienen, der durch die Steuergröße auf d:e 4fache Trägerfrequenz einregelbar ist. Seine Regelung kann beispielsweise durch eine Kapazitätsvariationsdiode erfolgen, die durch die über das Filter P zugeführte Steuergröße des bistabilen Elements A' 1 beeinflußbar ist. Sollte wegen unbeabsichtigter Polunii*-|V!iler die Regelung nicht auf die richtige Steuerphase erfolgen, so ist das Filter P an den komplementären Ausgang Q des Elements K 1 anzulegen. Das Filter C", R I. A' 2 bestimmt das Einseliwingverhalten des Regelkreise und wird auf günstige Störsicherheu oder leichte¹- Anschwingen oder gelingen Phasenfehler bein hnet.A Wien Bridge oscillator, for example, can serve as the voltage-controllable oscillator VCO, which can be adjusted to d: e 4 times the carrier frequency by means of the control variable. It can be regulated, for example, by a capacitance variation diode which can be influenced by the control variable of the bistable element A ′ 1 supplied via the filter P. If, due to unintentional polunii * - | V! Iler, the regulation does not take place in the correct control phase, then the filter P is to be applied to the complementary output Q of the element K 1. The filter C ″, R I. A '2 determines the self-tuning behavior of the control loop and is based on favorable immunity to interference or slight ¹ -oscillation or if phase errors occur.

Die Ausgangsspannung des Oszillators VCO wird über einen Impulsformer .//·' der aus den beiden bii.ibilcn !-'lementen A 2. A3 bestehenden Zählkette zugeführt. Diese teilt die Frequenz des Oszillators CC"O im Verhältnis 4 : I herunter, wobei an je einem Ausgang jedes Elementes A 2, A 3 die beiden um 90° gegeneinander phasenverschobenen Spannungen sign cos ω ι und sign sin ω ι für die Sneisune der De-The output voltage of the oscillator VCO is fed via a pulse shaper .//· 'to the counting chain consisting of the two bi.ibilcn! -' elements A 2. A3. This divides the frequency of the oscillator CC ″ O in a ratio of 4: I, with the two voltages sign cos ω ι and sign sin ω ι for the Sneisune of the De at one output of each element A 2, A 3 -

modulatoren Wy. Wx entnehmbar sind.modulators Wy. Wx are removable.

Die Taktimpulse A werden in üblicher Weise aus den Übergängen der Signalkomponenlen sign ν und signy genommen. Sie liegen in der Mitte des demodulierten Signalimpulses .v( + ) und y ( + ), d. h. da, wo das Signal mit der größten Sicherheit erkannt werden kann.The clock pulses A are taken in the usual way from the transitions of the signal components sign ν and sign y . They are in the middle of the demodulated signal pulse .v (+) and y (+), ie where the signal can be recognized with the greatest certainty.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Method for generating a reference phase position in a receiver for 4-phase modulated signals with a voltage-controlled oscillator, in which method each input signal is split into its components and a combination of 8 possible combinations obtained from this information, 4 of which lead and 4 indicate a lag of the reference phase compared to the input signals, is used to generate a 2-stage signal, the mean value of which is used as a control voltage for the voltage-controlled oscillator, according to Patent 15 12 561, characterized in that the amplifier elements (Vl, V3, VA, VS) 2-step values derived from the components (v, x) of the input signal: