DE1923522C3 - Verfahren zur Erzeugung einer Bezugsphasenlage - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Bezugsphasenlage in einem Kmpfanger 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.

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 Oszillaiors 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 Eingangssignale 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 dos 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 y, sign χ - sign χ und einmal den größten Wert aller Komponentenbeträge bestimmen.
Die genannten Komparatoren erfordern eine Taktsteuerung durch mehrere unterschiedliche Impulsfolgen für die Bildung der Extremwerte und von sign y, -sign y, sign χ, -sign χ.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Trägerrückgewinnung die Notwendigkeit der mehrfachen Taktsteuerung und der Extremwertbestimmung zu vermeiden durch zusätzliche Ausnutzung der Werte sign (y - x) und sign (y + x), die in den Bereichen B und C bzw. A und B der Phasenbezugsebene positiv sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die mittels vorgesehener Verstärkerelemente aus den Komponenten des Eingangssignals abgeleiteten Zweistufenwerte: E = sign ν, F = sign .ν, G = sign (y - χ).

H = sign (y + χ) einem Sollwert-Dekoder zufiihrbar sind, durch den die das Voreilen und/oder das Nacheilen der Bezugsphase kennzeichnenden Kombinationen EFGH für die Einstellung und/oder die Rückstellung eines die Steuergröße dem spannuagssteuerbaren Oszillator zuführenden Kippelements ausnutzbar sind.

Hierdurch werden die Vorteile erzielt, daß die Ableitung der erforderlichen 4 Extremwerte für jedes übertragene Informationselement mittels einer verhältnismäßig einfachen logischen Schaltung durchführbar ist Die beiden Werte signy und sign χ fallen außerdem für die Steuerung des Phasendifferenzrechners an. Aus den genannten 4 Werten, die gemeinsam für jeden der 8 Sektoren der Bezugsebene ein Wort bilden, wird dann durch einen Sollwert-Dekoder die der speichernden Kippstufe zuzuführende Regelgröße bestimmt

Die Erfindung wird an Abbildungen erklärt Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Empfängers für 4-phasen-umgetastete Signale. In Fig. 2 ist die Zuordnung der Worte der Binär-Ausgangswerte der logischen Schaltung zu den 8 Sektoren der Phasenbezugsebene dargestellt

In dem in Fig. 1 gezeigten 4-Phasen-Datenempfänger werden die Eingangssignale durch den geregelten Verstärker V1 verstärkt und in den beiden Demodulatoren Wy, Worunter Einwirkung der Rechtccksignale sign cos ω t und sign sinus ω t in ihre Komponenten y, χ zerlegt Diese beiden Komponenten werden getrennt über die Tiefpaßfilter TPy, TPx einer logischen Schaltung zugeführt

Mittels der als Begrenzer wirksamen Operationsverstärker Vl, V3 werden unmittelbar aus den Komponenten y, χ die Werte sign y und sign χ abgeleitet. Für die Bildung des Wertes sign (y - x) dient der Operationsverstärker V4, dem beide Komponenten y, .vüber getrennte Serienwiderstände seinen beiden zueinander komplementären Eingängen -, + zugeführt werden. Dieser Operationsverstärker ist dabei als begrenzender Differenzverstärker wirksam. Der Wert sign (y + x) wird durch den Operationsverstärker VS bestimmt, den beide Komponenten y, χ über getrennte Widerstände dem einen Eingang gemeinsam zugeführt werden.

Die in den Zuleitungen der Tiefpaßfilter zu den Operationsverstärkern vorgesehenen Parallel- und Serienwiderstände sorgen für richtigen Abschluß der Tiefpaßfilter TPy und TPx.

Die Ausgangsklemmen der 4 Operationsverstärker sind im Schaltbild mit den Buchstaben E, 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-Rechteckspannungen sign cos ω t, sign sin ω ί der Demodulatoren Wy, Wx auf 8 diskrete Werte beschränkt, von denen 4 ein Nacheilen und 4 ein Voreilen der Bezpgsphase kennzeichnen. Die Verteilung der möglichen Werte des Wortes EFGH auf die Sektoren des Phasensternes ist in Fig. 2 dargestellt.

Tritt beispielsweise an den Ausgängen der Operationsverstärker das Wort 1111 auf, so bedeutet dieses, daß die Bezugsphase des Oszillators hinter dem im ersten Quadranten liegenden Phasentastsignal nachläuft. Die aus dem Wort 1111 zu bildende Regelgröße muß positiv sein und den Oszillator beschleunigen.

Die Ausgänge E, F sind über nicht dargestellte Verstärkerschaltungen mit den Eingängen eines Phasendifferenzrechners verbunden, der beispielsweise in der durch die deutsche Auslegeschrift 12 22 103 bekanntgewordenen Weise aufgebaut ist

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 spannungssteüerbaren Oszillator dient

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.

Hat das Wort EFGH einen dieser zugeschriebenen Werte, die durch den in Fig. 2 durch + gekennzeichneten Sektoren angehören, so wird die betreffende negierende UND-Schaltung i/l ... i/4 leitend gesteuert; sie liefert ein negatives, während die übrigen 3 gesperrt bleibenden UND-Schaltungen positives Ausgangspotential liefern. Es kann daher die nachfolgende negierende UND-Schaltung i/5 nicht beeinflußt werden, so daß diese positives Ausgangspotential liefert Nimmt jedoch das Wort EFGHkeinen derzugeschrie-

benen Werte an, so bleiben alle Schaltungen U1 ... i/4 gesperrt; sie liefern alle positives Ausgangspotential, das die nachfolgende negierende UND-Schaltung zum Ansprechen bringt so daß diese durch ihr negatives Ausgangspotential den Dateneingang D des bistabilen Elements Kl beaufschlagt. Beim nächsten Impuls der Taktimpulsfolge A wird die Information an D in die bistabile Kippstufe des Elements K 1 hineingescho-

3; ben, wo diese Information beim darauffolgenden Taktimpuls gelöscht wird unter Einschreibung der dann anstehenden Information.

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 Element K 1 vorzunehmen haben.

Als spannungssteuerbarer Oszillator VCO kann beispielsweise ein Wienbrücken-Oszillator dienen, der durch die Steuergröße auf die 4fache Trägerfrequenz einregelbar ist. Seine Regelung kann beispielsweise durch eine Kapazitätsvariationsdiode erfolgen, die durch die über das Filter P zugeführte Steuergröße des bistabilen Elements K 1 beeinflußbar ist. Sollte wegen unbeabsichtigter Polungsfehler die Regelung nicht auf die richtige Steuerphase erfolgen, so ist das Filter P an den komplementären Ausgang Q des Elements A' 1 anzulegen. Das Filter C, R 1, R 2 bestimmt das Einschwingverhalten des Regelkreises und wird auf günstige Störsicherheit oder leichtes Anschwingen oder geringen Phasenfehler berechnet.

Die Ausgangsspannung des Oszillators VCO wird über einen Impulsformer JF der aus den beiden bitabilen Elementen K 2, K 3 bestehenden Zählkette zugeführt. Diese teilt die Frequenz des Oszillators VCO im Verhältnis 4 : 1 herunter, wobei an je einem Ausgang jedes Elementes λ' 2, K 3 die beiden um 90° gegeneinander phasenverschobenen Spannungen sign cos ω 1 und sign sin o> ι für die Speisung der De-

modulatoren Wy, Wx entnehmbar sind.

Die Taktimpulse A werden in üblicher Weise aus den Übergängen der Signalkomponcnten sign .ν und signy genommen. Sie liegen in der Mitte des demodulierten Signalimpulses λ: (+) und ν (+), d. h. da, wo das Signal mit der größten Sicherheit erkannt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer Bezugsphasenlage in einem Empfänger 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, nach Patent 15 12 561, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels vorgesehener Verstärkerelemente (Vl, V3, VA, VS) aus den Komponenten (y, x) des Eingangssignals abgeleiteten 2-Stufenwerte:

E = sign y, F = sign χ, G = sign (y - χ), H = sign (y + χ)

einem Sollwert-Dekoder (Ul, Ul, ί/3, UA, US) zuführbar sind, durch den die das Voreilen und/oder das Nacheilen der Bezugsphase kennzeichnenden Kombinationen EFGH Tür die Einstellung und/oder Rückstellung eines die Steuergröße dem spannungssteuerbaren Oszillator (VCO) zuführenden Kippelements (Kl) ausnutzbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den als Verstärkerelemente (Vl, V3) für die Ableitung der 2-Stufenwerte sign>» und sign χ vorgesehenen Operationsverstärkern die Komponenten (y, *.) jeweils einem Eingang (+) über je einen Widerstand zuführbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Verstärkerelement (VA) für die Ableitung des 2-Stufenwertes sign (y-x) vorgesehenen Operationsverstärker die Komponenten (y, x) getrennt über je einen Widerstand den zueinander komplementären Eingängen (+, -) zuführbar sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Verstärkerelement (VS) für die Ableitung des 2-Stufenwertes -sign (y + x) vorgesehenen Operationsverstärker die Komponenten (y, x) parallel über je einen Widerstand dem Eingang (-) zuführbar sind.

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 CA 1, R 2, C) zuführbar ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippelement (K 1) aus der Kaskadenanordnung einps Dateneingangs (D) und einer bistabilen Kippschaltung besteht, in die die im Dateneingang anliegende Steuergröße (R') durch einen Steuertakt (A) überführbar ist.