DE2047183B2

DE2047183B2 - Verfahren und schaltungsanordnung zur demodulation und phasendifferenzmodulierten datensignalen

Info

Publication number: DE2047183B2
Application number: DE19702047183
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys.Dr.rer. nat. 8000 München Bocker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-09-24
Filing date: 1970-09-24
Publication date: 1972-11-16
Also published as: BE773024A; GB1364064A; CH534988A; DE2047183A1; NL7113184A; IT938791B; FR2107923B1; FR2107923A1; SE371556B; US3798561A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Demodulation von phasendifferenzmodulierten Datensignalen, bei dem die binär codierten Daten durch bestimmte unterschiedliche Phasensprünge, die im zeitlich festgelegten Abstand eines Modulationsabschnittes aufeinanderfolgen und den auf einen Modulationsabschnitt entfallenden Schrittkombinationen der auszusendenden Daten zugeordnet sind, übertragen werden, im Empfänger ein Referenzoszillator angeordnet ist, dem ein aus binären Teilerstufen bestehender Frequenzteiler nachgeschaltet ist, der Phasenwerte in binär codierter Form bildet, und in einem Decodierer die gemäß der Codierung zugeordneten Schrittkombinationen zurückgebildet werden.

Für die Datenübertragung ist die Phasendifferenzmodulation bekannt. Bei der Phasendifferenzmodulation werden die zu übertragenden Daten nicht durch die Phasenlage der Trägerfrequenzschwingung, sondern durch die Änderung der Phasenlage gekennzeichnet. Hier werden beispielsweise bei binärer Modulation die »Nullen« durch je eine Phasenänderung, die »Einsen« dagegen durch keine Phasenänderung (oder umgekehrt) gekennzeichnet. Bei der vierwertigen Modulation werden je zwei binäre Schritte durch einen Modulationsvorgang ausgedrückt, und es bedeutet beispielsweise

ein Phasensprung um + 90°

das Schrittpaar (Dibit) »01«

ein Phasensprung um — 90°

das Schrittpaar (Dibit) »10«

ein Phasensprung um 180°

das Schrittpaar (Dibit) »11« und

keine Phasenänderung

das Schrittpaar (Dibit) »00«

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Die Demodulation auf der Empfangsseite erfolgt ßere Störsicherheit, da der als Mittelwert gebildete

mit Hilfe eines Taktgenerators, der eine Frequenz Phasenwert konstant ist und von Störungen nicht

erzeugt, die der unmodulierten Trägerschwingung beeinflußt werden kann.

entspricht und auf die empfangene Trägerfrequenz Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für synchronisiert wird. Aus einem Vergleich wird der 5 die Demodulation von phasendifferenzmodulierten Phasensprung ermittelt und die entsprechend fest- Datensignalen aufzuzeigen, das eine geringe Störgelegte Schrittkombination als Empfangsdaten aus- anfälligkeit aufweist,
gegeben. Die Lösung besteht darin, daß die dem Referenz-

Es wurde bereits eine Schaltungsanordnung für oszillator nachgeschalteten Teilerstufen nur die bei einen digitalen Demodulator vorgeschlagen, der nach io der Übertragung der Daten möglichen Phasenwerte dem differentiell-kohärenten Demodulationsprinzip in binär codierter Form bilden, daß in an sich bearbeitet. Bei diesem Prinzip werden die Daten aus kannter Weise in der Mitte eines Modulationsdem Unterschied der Trägerschwingungsphasen in abschnittes vom Nulldurchgang einer Trägerschwinzwei aufeinanderfolgenden Modulationsabschnitten gung ein Impuls abgeleitet wird, der den Abtastzeitbestimmt. Die Schaltungsanordnung besitzt einen 15 punkt bestimmt, daß zum Abtastzeitpunkt die inner-Referenzoszillator, der so viele Phasen der Referenz- halb des Modulationsabschnittes empfangene Phase frequenz abgibt, wie Phasenzustände für die Über- der Trägerschwingung mit dem Mittelwert der in den trägüng festgelegt sind. Ein Taktgenerator liefert in vorangegangenen Modulationsabschnitten empfander Mitte zwischen zwei Phasensprüngen einen Ab- genen Phasenwerten verglichen wird und aus der tastimpuls. In diesem Zeitpunkt wird erreicht, daß 20 Differenz im Decodierer die binäre Datenkombinadie Phase der Referenzfrequenz mit der Phase der tion zurückgebildet wird.

Trägerfrequenz übereinstimmt. Bei einer Abweichung Der Grundgedanke des neuen Verfahrens liegt wird vor dem Abtastzeitpunkt die Phase der Refe- darin, daß die übertragenen Daten aus dem Unterrenzfrequenz auf die Phase der Trägerfrequenz korri- schied zwischen der innerhalb eines Modulationsgiert. Der erste Nulldurchgang der Trägerfrequenz 25 abschnittes empfangenen Phase und der Phase, die während der Dauer des Abtastimpulses wird binär für den vorangegangenen Modulationsabschnitt als codiert in einen ersten Speicher als Bezugsphase ein- Mittelwert aus den bisher dahin empfangenen Phasen gegeben. Kurz vor dem nächsten Abtastzeitpunkt im abgeleitet wurde, zurückgewonnen werden (mittelnachfolgenden Modulationsabschnitt wird der Inhalt wertkohärente Demodulation). Der Vorteil der mitteldes ersten Speichers in einen zweiten Speicher ein- 30 wertkohärenten Demodulation liegt darin, daß für gegeben. Der Phasenwert der nächsten Abtastung eine bestimmte mittlere Schrittfehlerhäufigkeit ein wird wieder in den ersten Speicher eingegeben. Aus geringerer Störabstand erforderlich ist als bei der der Differenz der Speicherinhalte entsteht in einem differentiell-kohärenten Demodulation. Besonders Decodierer die gemäß der Codierung zugeordnete stark macht sich dieser Vorteil bei einer n-wertigen Kombination der Nachrichtenschritte. 35 Phasendifferenzmodulation mit einer größeren An-

Das differentiell-kohärente Modulationsprinzip zahl η der möglichen Phasenwerte bemerkbar. Bei

hat den Nachteil, daß die Phase der Referenzfrequenz dem mittelwertkohärenten Demodulator wird die

vor dem Abtastzeitpunkt kurzzeitig mit der Phase Referenzspannung des Referenzoszillators mit Hilfe

der Trägerfrequenz synchronisiert wird. Ein der- einer Phasensynchronisierschaltung entsprechend

artiger Demodulator ist durch die starre Bindung an 4° dem Mittelwert der zuvor empfangenen Phasen der

die Trägerfrequenz störungsanfällig, da kurzzeitig Trägerschwingung korrigiert. Das neue Demodula-

überlagerte Störungen eine Korrektur der Referenz- tionsverfahren ermöglicht den Aufbau mit digitalen

frequenz auslösen, die nicht erforderlich wäre. - Bausteinen in einer integrierten Schaltkreistechnik.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung (deutsche Auf einfache Weise kann der vorgeschlagene Demo-

Offenlegungsschrift 1762 517) ist es erforderlich, 45 dulator auf das neue Demodulationsverfahren um-

daß zur Bestimmung der Differenz zweier Phasen- gestellt werden.

werte nicht nur die übertragenen Phasenwerte (45, Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines

90, 180° und die möglichen Kombinationen) auf der Blockschaltbildes erläutert, das einen Demodulator

Empfangsseite als Referenzphasenwerte gebildet wer- nach dem Prinzip der mittelwertkohärenten Demo-

den, sondern es müssen durch den Referenzoszillator 50 dulation zeigt.

noch die Phasenwerte 22,5, 11,2, 5,6 und 2,8° ge- Am Eingang E wird die mit Phasensprüngen bildet werden. Daraus ergibt sich ein erheblicher modulierte Trägerfrequenz empfangen und im Regel-Aufwand der Einrichtungen für die Differenzbildung verstärker R V auf konstanten mittleren Pegel ge- und die Umwandlung des Differenzwertes in die ent- bracht. Die modulierte, hier noch sinusförmige Träsprechenden Datenschritte. 55 gerfrequenz wird im nachfolgenden Begrenzer BV Beim Anmeldungsgegenstand werden nur die in eine Rechteckspannung umgewandelt. Damit ist Phasensprungwerte binär gebildet, die für die Über- die Phasenmodulation am Ausgang des Begrenzers tragung verwendet werden, also nur die Werte 45, nur mehr in den Nulldurchgängen des trägerfrequen-90 und 180° bei achtstufiger Phasendifferenzmodu- ten Signals enthalten. Der Referenzoszillator RO erlation (durch Kombination der drei Werte werden 60 zeugt eine Frequenz, die bei n-wertiger Phasendie restlichen fünf Phasenwerte gebildet). Die Daten differenzmodulation den «-fachen Wert der Trägerwerden beim Anmeldungsgegenstand aus dem Unter- frequenz aufweist. Zur Bildung der binären Phasenschied zwischen dem innerhalb eines Modulations- werte wird die Referenzfrequenz mit Hilfe von abschnittes empfangenen Phasenwert und dem Pha- binären Teilerstufen auf die Trägerfrequenz geteilt, senwert, der für den vorangegangenen Modulations- 65 Aus den Stellungen der einzelnen Teilerstufen erabschnitt als Mittelwert aus den bis dahin empfan- geben sich die bei der Übertragung möglichen Phagenen Phasenwerten abgeleitet wurde, gebildet. Der senwerte in binär codierter Form. Die Phase der Anmeldungsgegenstand besitzt eine wesentlich grö- Referenzfrequenz und die Begrenzersignalspannung

liegen am Gatter G an. Gesteuert wird das Gatter G vom Taktgeber TG, der das Gatter in der Mitte eines Modulationsabschnittes für eine bestimmte Zeitdauer freigibt. Der Taktgeber TG gibt das Gatter nur für eine bestimmte Zeitdauer frei, die mindestens so lang ist wie die Periodendauer der vom Begrenzer abgegebenen Rechteckspannung. Der in diesen Zeitraum fallende Nulldurchgang der Rechteckspannung gibt die gerade mit der Phase der Rechteckschwingung übereinstimmende Bezugsphase des Frequenzteilers FT1 in binärer Form in einen Speicher SP ein. Beim nächsten Abtastvorgang wird die Phasenlage des nachfolgenden Modulationsabschnittes in den Speicher eingegeben. Der Speicher gibt die Differenz der beiden Phasenwerte an einen Decodierer DC, der am Ausgang^ die gemäß der Codierung zugeordnete Schrittkombination der Daten ausgibt.

Der Referenzoszillator besitzt einen Generator RG, der eine Frequenz erzeugt, die um den Teilerfaktor des nachfolgenden Frequenzteilers FT 2 größer ist als die Referenzfrequenz, die den η-fachen Wert der Trägerfrequenz aufweist. Zwischen dem Generator und dem Frequenzteiler ist eine Synchronisierschaltung SE eingefügt. Der Synchronisierschaltung schaltung wird zum Zeitpunkt eines Nulldurchganges der Trägerschwingung, der den Abtastzeitpunkt festlegt, ein Impuls zugeführt, der mit der entsprechenden Phase der Referenzfrequenz am Ausgang des Frequenzteilers verglichen wird. Bei einer zeitlichen Abweichung des von der Trägerschwingung beim Nulldurchgang abgeleiteten Impulses und der entsprechenden Flanke der Referenzfrequenz wird in der Synchronisierschaltung festgestellt, ob zur Beseitigung des Phasenfehlers eine Verkürzung oder eine Verlängerung der Phase erforderlich ist. Die Korrektur erfolgt in der Weise, daß die Phasenlage der Referenzfrequenz und damit auch der η Zeitbereiche des Frequenzteilers FTl so geändert wird, daß die neue Phasenlage den Mittelwerten der empfangenen η Phasenwerte möglichst gut entspricht.

■ Synchronisierschaltungen, die für die vorliegende Anwendung geeignet sind, sind in ausreichendem Maße bekannt. Die grundsätzliche Arbeitsweise besteht darin, daß die Synchronisierschaltung eine logische Schaltungsstufe enthält, die eine Abweichung der Trägerphase von der Sollage feststellt und dann bei einer Zeitverkürzung einen oder mehrere Impulse des Generators vor dem Frequenzteiler FT 2 ausblendet. Bei einer Verlängerung des Phasenwertes

ίο werden ein oder mehrere Impulse zusätzlich vor dem Frequenzteiler eingeblendet. Es ist auch möglich, durch eine kurzzeitige Freigabe einer Rückführungsleitung den Teilungsfaktor des Frequenzteilers FT 2 kurzzeitig zu verkleinern oder zu vergrößern. Auch die Umschaltung des Ansteuersignals an einer Kippstufe des Frequenzteilers bewirkt eine Verschiebung der Phase der Referenzfrequenz.

Die eine Methode der Phasensynchronisierung besteht darin, daß eine Änderung der Phase um einen

zo dem Mittelwert der zeitlichen Abweichung proportionalen Wert erfolgt.

Eine andere Methode der Phasensynchronisierung besteht darin, daß abhängig von der Größe der zeitlichen Abweichung eine Verschiebung der Referenzfrequenz um einen kleinen konstanten Phasenwert vorgenommen wird.

Nach einer weiteren bekannten Methode erfolgt eine Korrektur der Phase der Referenzfrequenz erst dann, wenn während einer festgelegten Anzahl von Modulationsabschnitten eine einseitige Verschiebung der Trägerphase gegenüber der Referenzfrequenz festgestellt wurde. In einer integrierenden Schaltung, beispielsweise in einem Kondensator oder einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler, werden die einzelnen Abweichungen gespeichert und im festgelegten zeitlichen Abstand eine Korrektur veranlaßt.

Die Größe der Korrekturschritte muß immer klein sein gegenüber einer Periode der Referenzfrequenz und muß auch der endlichen Langzeitkonstanz der Ubertragungsstrecke Rechnung tragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Demodulation von phasendifferenzmodulierten Datensignalen, bei dem die binär codierten Daten durch bestimmte unterschiedliche Phasensprünge, die im zeitlich festgelegten Abstand eines Modulationsabschnittes aufeinanderfolgen und den auf einen Modulationsabschnitt entfallenden Schrittkombinationen der auszusendenden Daten zugeordnet sind, übertragen werden, im Empfänger ein Referenzoszillator angeordnet ist, dem ein aus binären Teilerstufen bestehender Frequenzteiler nachgeschaltet ist, der Phasenwerte in binär codierter Form bildet, und in einem Decodierer die gemäß der Codierung zugeordneten Schrittkombinationen zurückgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Referenzoszillator nachgeschalteten Teilerstufen nur die bei der Übertragung der Daten möglichen Phasenwerte in binär codierter Form bilden, daß in an sich bekannter Weise in der Mitte eines Modulationsabschnittes vom Nulldurchgang einer Trägerschwingung ein Impuls abgeleitet wird, der den Abtastzeitpunkt bestimmt, daß zum Abtastzeitpunkt die innerhalb des Modulationsabschnittes empfangene Phase der Trägerschwingung mit dem Mittelwert der in den vorangegangenen Modulationsabschnitten empfangenen Phasenwerten verglichen wird und aus der Differenz im Decodierer die binäre Datenkombination zurückgebildet wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzoszillator (RO) eine rechteckförmige Spannung mit dem n-fachen Wert der Trägerfrequenz bei η Phasenwerten abgibt, daß der Ausgang des Begrenzers (BV), der die Trägerschwingung begrenzt, und die Ausgänge der Teilerstufen des Frequenzteilers (FTl) an einem Gatter (G) anliegen, das für die Dauer des vom Taktgenerator (TG) gelieferten Taktimpulses geöffnet ist und eine Flanke der Trägerschwingung durchläßt, und daß eine an sich bekannte Synchronisierschaltung (SE) angeordnet ist, die die Flanke der Trägerschwingung mit der Referenzspannung vergleicht und bei einer zeitlichen Abweichung von der entsprechenden Flanke der Referenzspannung die Referenzspannung um einen dem mittleren Zeitunterschied zwischen den Flanken der Trägerschwingung und den entsprechenden Flanken der Referenzspannung entsprechenden Phasenwert korrigiert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierschaltung bei einer zeitlichen Abweichung der Flanke der Trägerschwingung von der entsprechenden Flanke der Referenzspannung die Referenzspannung um einen konstanten Phasenwert korrigiert.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierschaltung bei einer zeitlichen Abweichung der Flanke der Trägerschwingung von der entsprechenden Flanke der Referenzspannung die Referenzspannung um einen der Abweichung proportionalen Phasenwert korrigiert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierschaltung die Abweichungen mehrerer aufeinanderfolgender Abtastzeitpunkte in einer Speicherstufe speichert und daß beim Auftreten eines bestimmten mittleren Zeitwertes eine Korrektur um den entsprechenden Phasenwert erfolgt.

6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Synchronisierschaltung für die Phasenkorrektur der Referenzspannung gebildeten Phasenwerte klein sind gegenüber der mit Hilfe der Referenzfrequenz und des Frequenzteilers festgelegten Zeitbereiche.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger ein Oszillator (RG) angeordnet ist, daß die vom Oszillator abgegebene Impulsfolge über eine Synchronisierschaltung (SE) an einen Frequenzteiler (FT 2) gelangt, der am Ausgang bei η Phasenwerten die «-fache Trägerfrequenz abgibt, daß der Ausgang des Begrenzerverstärkers (BV) und der Ausgang des Frequenzteilers (FT 2) am Eingang der Synchronisierschaltung (SE) anliegen, daß die Synchronisierschaltung bei einer Verkürzung der Phase einen Impuls des Oszillators (RG) vom Eingang des Frequenzteilers (FT 2) ausblendet und daß die Synchronisierschaltung bei einer Verlängerung der Phase einen zusätzlichen Impuls am Eingang des Frequenzteilers (FT 2) einblendet.