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Schaltungsanordnung zur Trägerrückgewinnung bei mehrstufiger Phasenmodulation
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Trägerrückgewinnung bei
mehrstufiger Phasenmodulation, indem aus dem Empfangssignal mit achtstufiger Phasenmodulation
ein synchroner Bezugeträger gewonnen wird.
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Bei der mehrstufigen Phasenmodulation wird die Trägerfrequenz in verschiedenen
Phasenlagen zur Verfügung gestellt und abhängig vom zu übertragenden Datensignal
wird die entsprechende Phase der Trägerfrequenz auf die Ubertragungsleitung durchgeschaltet.
Bei der achtstufigen Phasenmodulation unterliegt der Träger einer Tastmodulation
durch das zu übertragende Datensignal, die acht Phasenstufen für die entsprechenden
Zeitaugenblicke ergibt, nämlich 0,
Beim Empfang der phasenmodulierten Trägerschwingung auf der Empfangseeite ist es
erforderlich, die einzelnen Phasenstufen der Größe nach zu erkennen und das Datensignal
zurückzubilden. Dazu ist eine Bezugsphase erforderlich, die dem unmodulierten Träger
entspricht. Den unmodulierten Träger ebenfalls zu übertragen und auf der Empfangsseite
für den Vergleich zu verwenden, ist aufwendig und unsicher, da unter Umständen die
beiden Signale, nämlich der modulierte und der
unmodulierte Träger
unterschiedliche Laufzeitbedingungen auf der ubertragungsstrecke vorfinden.
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Eine weitere bekannte Methode besteht darin, den modulierten Träger
zu vervielfachen, so daß die Phasensprünge herausfallen und anschließend wieder
zu teilen, so daß die unmodulierte Trägerfrequenz entsteht. Die Vervielfachermethode
erfordert, daß im vorliegenden Fall die empfangene phasenmodulierte Drägerschwingung
verachtfacht wird. Dies ist sehr aufwendig und trotzdem würde eine Unsicherheit
in der Phase um W bestehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für die Trägerrückgewinnung
aufzuzeigen, bei der eine Vervielfachung nicht erforderlich ist. Die Schaltung soll
eine Kombination von einfachen Schaltungseinheiten darstellen, was die Benutzung
von integrierten Schaltungen als Grundbaustein ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß acht Phasenvergleicher angeordnet
sind, daß jeder Phasenvergleicher an dem einen Eingang das phasenmodulierte Empfangssignal
und am anderen Eingang ein Vergleichssignal erhält, daß die Vergleichssignale gegenseitig
in der Phase um t ver-8 schoben sind, daß vier Produktmodulatoren angeordnet sind,
die das Produkt der Ausgänge von jeweils zwei Phasenvergleichem bilden, daß ein
fünfter Produktmodulator angeordnet, der das Produkt der' Ausgänge des ersten und
des dritten Produktmodulators bildet, daß ein sechster Produktmodulator angeordnet
ist, der das Produkt der Ausgänge des zweiten und vierten Produktmodulators bildet,
daß ein siebenter Produktmodulator angeordnet ist, der
das Produkt
der Ausgänge des fünften und sechsten Produkt modulators bildet, daß das Ausgangssignal
des siebenten Produktmodulators einen Oszillator steuert und daß die vom Oszillator
abgegebene Wechselspannung überPasenschieber als Vergleichssignal an den acht Phasenvergleichen
anliegt.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen synchronen Bezugsträger
aus dem empfangenen phasenmodulierten Signal zu gewinnen, wobei ein RAckgewinnungsverfahren
für den Träger benutzt wird, dessen Phasen-Verglei chs-Charakteristik äquivalent
eine periodische Funktion mit der Periode 4 ist. Dabei müssen die anderen 4 Bestandteile
des Verfahrens lineare Elemente sein. Die Schaltungsanordnung ermöglicht den Aufbau
in einer integrierten Schaltkreistechnik.
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Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels
erläutert, das in den Figuren dargestellt ist.
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Fig.1 zeigt ein Blockschaltbild mit einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Fig.2 zeigt einen Phasenvergleicher zu Fig.1.
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Fig.3 zeigt einen Produktmodulator zu Fig.i In Fig.1 liegt am Punkt
1 das Empfangssignal, nämlich die phasenmodulierte rägerschwingung an. Die Phasenvergleicher
2
bis 9 liefern an den Ausgängen 10 bis 17 einen Spannungswert, der proportional zu
cos "ist, wobei mit ç die Phasendifferenz zwischen den beiden anliegenden Eingangssignalen
bezeichnet ist. Jeweils die Aflsgangssignale.von zwei Phasenvergleichern- 2 bis
9 werden einem Produktmodulator 18 bis 21 zugeführt. Die vier Produktmodulatoren
geben an en Ausgängen 22 bis 25 das Produkt der beiden ihnen zugeführten Eingangssignale
ab. Jeweils zwei Ausgänge der vier Produktmodulatoren werden einem weiteren Produktmodulator
26 und 27 zugeführt, dessen Ausgänge 28 und 29 den siebten Produktmodulator 30 steuern.
Das am Ausgang 31 des siebten Produktmodulators 30 entstehende Gleichsannungssignal
steuert den Oszillator 72, der die Trägerfrequenz erzeugt, in der Phase nach, so
daß am Ausgang 33 des Oszillators die unmodulierte, in der Phase korrigierte Trägerschwingung
entsteht. Von der Trägerschwingung des Oszillators 32 wird das Vergleichssignal
für die Phasenvergleicher 2 bis 9 abgeleitet. Da die Vergleichssignale für die einzelnen
Phasenvergleicher gegeneinander um einen Phasenwert von 8 verschoben sind, wird
die echselspannung des Oszillators über Phasenschieber 34 bis 40 an den einen Eingang
der Phasenvergleicher zugeführt. Die Phasenverschieber 34, 36, 38 und 40. bewirken
eine Phasenverschiebung zwischenEin--gangs- und Ausgangssignal um 2 während die
Phasenschieber 35, 37 und 39 eine Phasenverschiebung um' bewirken. -Die am Ausgang'
.33 des Oszillators 32 entstehende Trägerfrequenz wird für die Demodulation der
übertragenen Datensignale verwendet. Durch einen Vergleich zwischen der empfangenen
phasenmodulierten Trägerfrequenz und der vom Oszillator abgegebenen Prequenz wird
die Größe der Phasenstufe festgestellt und daraus mit Hilfe eines Decodierers
das
Datensignal zurückgewonnen.
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Zur Klärung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig.1 wird
angenommen, daß die Phase des am Ausgang 33 des spannungsgesteuerten Oszillators
32 auftretende Wechselspannungssignal um den Phasenwert w von der des Eingangssignals
an der Klemme 1 abweicht. Dann hat der Ausgang 10 des Phasenvergleichers 2 einen
Wert, der proportional zu cos q ist und der Ausgang 11 des Phasenvergleichers 3
nimmt einen Wert an, der proportional zu cos
= sin ç und somit orthogonal zum Ausgang 10 ist. Entsprechend sind die Ausgänge
12 und 13 der Phasenvergleicher 4 und 5 proportional zu cos
bzw. sin
Die Ausgänge 14 und 15 der Vergleicher 6 und 7 sind proportional zu cos
bzw. sin
und die Ausgänge 16 und 17 der Vergleicher 8 und 9 sind proportional zu cos
bzw. sin
Daher sind alle Ausgänge orthogonal zueinander. Am Ausgang 22 des Produktmodulators
18 entsteht das Produkt der Ausgänge 10 und 11. Der Wert am Ausgang 22 ist proportional
zu sin 2 , denn sin ç . cos ? = 1 sin 2 während sich am Ausgang 23 cos
sin
ergibt. Dieses Produkt der Ausgänge 12 und 13 bildet der Produktmodulator 19. Entsprechend
erhält man aus dem Produktmodulator 20 am Ausgang 24 den Wert sin
cos ( 2t ), der proportional ist zu cos 2 #, während sich andererseits am Ausgang
25 des Produktmodulators 21 ein Wert ergibt. welcher 1 sin(2 Q - 3 t) 1 cos
ist. Die Ausgänge 22 und 24 werden dem Produktmodulator 26 zugeführt. Die Ausgänge
23 und 25 sindan den Produktmodulator 27 geführt. Am Ausgang 28 des Produktmodulators
26
entsteht ein Spannungswert, der propor-1 1 1 tional ist zu sin 4 9, da 2 sin 2 .
7 cos 2 y = E sin 4 tf ist, während das Produkt der Ausgänge 23 und 25, das im Produktmodulator
27 gebildet wird und am Ausgang 29 entsteht, den Wert von 8 cos 4 9 aufweist. Das
Produkt der 8 Ausgänge 28 und 29 bildet der Produktmodulator 30. Am Ausgang 31 entsteht
ein Wert von 128 in 8#, der proportional ist zu sin 8 Dies stellt die gewünschte
Phasen-Vergleichs-Charakteristik mit der Periode 4 dar. Der Ausgang 31 des Produktmodulators
4 30 ergibt einen Spannungswert, der den Oszillator 32 in seiner Phase steuert.
Am Ausgang 33 des Oszillators 32 entsteht die synchrone Trägerfrequenz, die phasenrichtig
über die Verzögerungsglieder 34 bis 40 dem Phasenvergleicher 2 bis 9 zugeführt wird.
Damit zwischen den Vergleichssignalen der einzelnen Phasenvergleicher eine Phasendifferenz
ton i8 entsteht, ist es erforderlich, daß die Phasenverschieber 34, 36 38 und 40
eine Phasenverschiebung von bewirken, während die Phasenschieber 35, 37 und 39 eine
Phasenverschiebung von # e8 rzeugen.
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Die Fig.2 zeigt eine Baustufe der Trägerrückgewinnungsschaltung nach
Fig.1, nämlich einen Phasenvergleicher. Dabei wird die prinzipielle Arbeitsweise
der Phasenvergleicher 2 bis 9 in Fig.1 aufgezeigt. An den Eingangen 1 und 2 liegen
die beiden Eingangssignale an, die sich in der Phase voneinander um den Wert F unterscheiden.
Eine Bewertungaschaltung 3 gibt am Ausgang 4 den Summenwert der Eingangsspannungen
an den Eingängen 1 und 2 ab, während am Ausgang 5 die Differenz der beiden Eingangsspannungen
entsteht. Damit ein Gleichspannungssignal
entsteht, sind die Gleichrichterstufen
6 und 7 eingeschaltet, die jeweils eine quadratische Kennlinie aufweisen. An den
Ausgängen 8 und 9 entstehen die Werte A cos² #/2 bzw. A sin² #/2 wobei A eine Konstante
ist, die vom Wirkungsgrad der Gleichrichterstufen 6 und 7 abhängt. Zwischen den
beiden Ausgängen 8 und 9 entsteht # # daher ein Wert, dessen Betrag A cos² 2 - A
sin² 2 = A cosf beträgt. Dies bedeutet, daß eine Bausture gemäß der Pig.2 als Phasenvergleicher
arbeitet.
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Die Fig.3 zeigt eine weitere Baustufe der Fig.1, nämlich einen Produktmodulator.
An den Eingängen 1 und 2 liegen die beiden Eingangssignale an, deren Produkt gebildet
werden soll. Die beiden Brückenschaltungen 3 und 4 enthalten Dioden, die jeweils
eine quadratische Kennlinie aufweisen. Die beiden an den Querzweigen der Diodenbrücken
3 und 4 entstehenden Spannungen werden einem Differenzverstärker 5 zugeführt. Am
Ausgang 6 entsteht das Produkt der beiden Eingangssignale. Wenn man annimmt, daß
die Eingänge 1 und 2 Spannungswerte erhalten, die den Werten sin q und cos # proportional
sind, so entsteht am Ausgang 6 ein Wert von ccs2 .2 6 ein Wert von cos29 - sin²#=
cos 24 - sin (2 tæ Dies rührt daher, daß die beiden Eingangssignale in den Brücken
3 und 4 quadriert werden und aus den beiden Werten im Differenzverstärker die Differenz
gebildet wird. Die Phase des Wertes am Ausgang 6 unterscheidet sich von der Phase
des Produktes der Eingangasignale an den Klemmen 1 1.
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und 2 um s, da sin #. cos # = 2 sin 2 #. Am Ausgang 6 entsteht somit
die orthogonale Komponente des Produktes. Die Ausgänge der Produktmodulatoren liefern
die orthogonalen
Komponenten des Produktes, so daß eine Schaltung
nach Fig.3 als Produktmodulator verwendet werden kann.
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3 Patentansprüche 3 Figuren