DE2134956B2

DE2134956B2 - Diskriminatoranordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datenübertragungseinrichtung mit Frequenzmodulation

Info

Publication number: DE2134956B2
Application number: DE2134956A
Authority: DE
Inventors: Frank-Torsten 7250 Leonberg Knabe
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1971-07-13
Filing date: 1971-07-13
Publication date: 1975-02-13
Also published as: FR2145661B1; AU4404472A; BE786046A; US3794757A; ES404811A1; FR2145661A1; DE2134956A1; CH551107A; DE2134956C3; AU470715B2; IT962497B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diskriminator-

anordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datenübertragungseinrichtung mit Frequenzmodulation, bei der aus den an ihrem Eingang anliegenden durch ein pulsförmiges Modulationssignal in der Frequenz modulierten Sinuswellen

t5 abgeleitet mit gleicher oder verdoppelter Folgefrequenz ein monostabiler Multivibrator angestoßen und aus seinen Ausgangsimpulsen durch Integration das Modulationssignal wiedergewonnen wird.

Das einem solchen Diskriminator zugrunde liegende Prinzip ist bereits vor Jahrzehnten zur Frequenzmessung eingesetzt worden, indem aus den Sinuswellen der zu bestimmenden Frequenz eine Pulsfolge gleicher Folgefrequenz abgeleitet wurde, deren einzelne Impulse unabhängig von der Folgefrequenz den gleichen Energieinhalt, also gleiche Höhe und Breite aufweisen. Durch Integration dieser Puisfolge wird dann ein Gleichspannungswert gewonnen, der analog dei zu messenden Frequenz ist. Aus dem Buch von W. R. B e η η e t: »Data Transmission« New York 1965, Seite 171 insbes. Fig. 9-2 ist ein solcher Diskriminator bekannt, bei dem aus den Sinuswellen der zu bestimmenden Frequenz eine Pulsfolge doppelter Folgefrequenz abgeleitet wird.

Es sind auch eine Reihe von nach diesem Prinzip arbeitenden Diskriminatoren zur Demodulation frequenzmodulierter Signale bekannt, wobei immer Vorbedingung für eine einwandfreie Funktion ist, daß die Frequeiv der frequenzmodulierten Trägerwelle sehr groß ist gegenüber der höchsten Modulationsfre-

quenz, da sonst durch die Zeitkonstante des Integratonskreises eine Beeinträchtigung der Kurvenform des Modulationssignais erfolgt, da zwar die Spannung am Integrationskreis linear den Frequenzänderungen des Trägers folgen soll, aber ein Übergang des Aus-

gangspegels des Integrationskreises von einem Werte für einen Frequenzwert zu einem anderen für einen anderen Frequenzwert ebenfalls so schnell sich einstellen soll, daß hierdurch die Kurvenform des Modulationssignals nicht unzulässig beeinträchtigt wird.

Hinzu kommt noch, daß im Ausgangssignal die Trageranteile hinreichend unterdrückt sein sollen, was wiederum eine hinreichende Siebwirkung des als Tiefpaß wirkenden Integrationskreises für den Träger, also eine hinreichende hohe Zeitkonstante in bezug auf den Träger bedingt.

Im Falle einer Übertragung von Daten- oder TeIegraphiesignalen im Sprachfrequenzband ist, insbesondere hei höheren Signalübertragungsgeschwindigkeiten. der Abstand /wischen Trägerfrequenz und Modulationsfrequenz verhältnismäßig gering, besonders wenn der Träger im unteren Sprachband bis zu 1ODO Hz liegt, so daß sich die vorgenannten Forderungen, wenn überhaupt, nur sehr schwer erfüllen lassen. Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, eine Diskriminatoranordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datenübertragungseinrichtung anzugeben, bei der die geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten und die dabei auch

noch in beiden Übertragungskanälen die gleiche empfindlichkeit aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe isv dabei dem Anspruch 1 zu entnehmen, wobei die Unteransprüche auf vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Diskriminatoranordriung hinweisen.

Aus der deutschen Offenlegungssch.ift 1 903 610 jst ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Demodulation frequenzmodulierter digitaler Signale bekannt, denen ebenfalls die Aufgabe zugrunde liegt, eine Dtskrimination selbst dann noch zu ermöglichen, wenn Träger- und Modulationssignal frequenzmäßig verhältnismäßig eng benachbart liegen. Die deutsche Offenlegungsschrift 1903 610 sieht die einzige Möglichkeit bei der Demodulation Träger- und Modulationssignal frequenzmäßig zu trennen im Einsatz der hier beschriebenen rein digitalen Methode, die auf einer Messung des Abstands der Nulldurchgänge des die Modulationssignale ausschreibenden Trägers basiert. Die vorliegende Anmeldung umgeht uiese auch hier vorhandenen prinzipiellen Schwierigkeiten dadurch, daß sie in dem Bereich, in dem Träger- und Modulationsfrequenz angenähert gleich werden können, also im unteren Frequenzbereich eine Verdopplung der Trägerfrequenz vor der Demodulation vornimmt und kann hierdurch eine im wesentlichen analoge Demodulation durchführen. Auch hier wird der Einsatz von Spulen und Übertragern vermieden, auch hier ergibt sich dabei eine verhältnismäßig wenig aufwendige Schaltung.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren eingehend beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Diskriminators für mittels Frequenzmodulation übertragene pulsförmige Signale,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen doppelseitig gerichteten Zweidrahtdatenübertragungseinrichtung,

Fig. 3a und 3b einen Teilstromlauf des Empfangsteiles für den in der unteren Sprachbandhälfte liegenden Übertragungskanal, zeigend eine Pulsformerschaltung, bestehend aus einem monostabilen Multivibrator mit seiner Steuerschaltung als Stromlauf und einer Variante des monostabilen Multivibrators.

In F i g. 1 ist mit 1 der Eingang, an dem der ankomniende Übertragungsweg, z. B. eine Übertragungsleitung oder ein Sprachkanal einer Trägerfrequenzstrecke angeschlossen ist, bezeichnet. Mittels eines Filters 2, beispielsweise mittels eines Bandpasses, wird die zu demodulierende Nachricht ausgefiltert und in einem Verstärker 3 verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird einer Pulsformerschaltung 4 zugeführt, die aus einem monostabilen Multivibrator 42 und einer Steuerschaltung 41 zum Ansteuern des Multivibrators besteht. Die Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators 42, die eine mit der Frequenz der Sinusschwingungen des empfangenen pulsförmig frequenzmodulierten Signals übereinstimmende Folgefrequenz aber unabhängig davon konstante Breite und Amplitude aufweisen, weiden dann in einem Integrationsglied 5 zu einem der empfangenen Frequenz proportionalen Glcichstromwert integriert und dieser in einem Pegddeteklor 6 ausgewertet, so daß an seinem Ausgang 7 die demodulierte pulsförmige Nachricht ansteht. Soweit oben beschrieben, ist diese Anordnung dem Stand der Technik zuzurechnen.

Das Integrationsglied 5 muß nun die fiulsförmigen Ausgangssignale des monostabilen Multivibrators 42 /u einem der jeweiligen Frequenz der frequenzmodulierten Sinuswelle analogen Gleichstromwert umformen. In seinem Ausgangssignal sollen also die einzelnen In.pulse der integrierten Impulsfolge weitgehend unterdrückt sein. Andererseits sollen aber die die Nachricht beinhaltenden Impulsfolgen des Modulationssignals durch die Zeitkonstante des Integrationsgliedes 5 möglichst nicht beeinträchtigt werden.

Diese Forderung ist nun sehr schwer zu erfüllen, wenn der Nachrichteninhalt des Modulationssignals verhältnismäßig hoch ist und dabei das hiermit in der Frequenz modulierte Signal in der Frequenz verhältnismäßig niedrig, z. B. im Sprachband liegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb der Gedanke zugrunde, für den in der unteren Sprachbandhälfte liegenden Übertragungskanal zur Demodulation den Frequenzabstand zwischen frequenzmoduliertem Signal und Modulationssignal durch eine Frequenzvervielfachung zu vergrößern, während der in der oberen Hälfte liegende Übertragungskanal nicht beeinflußt wird, wobei z. B. eine Frequenzverdoppelung in an sich bekannter Weise dadurch erzielt wird, daß der monostabile Multivibrator 42 nicht nur durch jede volle Sinusschwingung des zu demodulierenden Signals, sondern durch jede Halbwelle dieser Sinusschwingungen einmal angestoßen wird, so daß sein Ausgang eine Pulsfolge mit der doppelten Folgefrequenz gegenüber der Frequenz des zu demodulierenden Signals liefert. Dieses wird mittels einer Steuerschaltung 41 dadurch erreicht, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 3 einmal direkt einem ersten Differentiationsglied 411 und ferner nach Invertierung in einer Inverterstufe 412 einem zweiten Differentiationsglied 413 zugeführt wird. Die Ausgänge der beiden Differentiationsglieder 411 und 413 liefern nun bei je einer Halbwelle des zu demodulierenden Signals dem Eingang des monstabilen Multivibrators 42 ein Steuersignal, so daß an seinem Ausgang eine Pulsfolge mit der gewünschten doppelten Folgefrequenz auftritt.

An Hand der Fig. 2 soll nun der diesen Gedanken entsprechende Aufbau einer für doppelseitig gerichteten Verkehr ausgelegten Datenübertragungseinrichtung mit den Modems Ml und Ml beschrieben werden, die außer für die Übertragung beliebiger Daten in binärer Form, z. B. auch der Telegiaphiczeichen, für den Teilnehmeranschluß von Fernschreibern an eine Fernschreibvermittlung verwendet werden kann. Arbeitet hierbei die eine Übertragungsleitung z. B. mit den Frequenzen 500 und 700 Hz für die 0 bzw. 1 und die andere Übertragungsrichtung mit den Frequenzen 2250 und 3150 Hz, so kann für die Übertragungsrichtung mit den hohen Frequenzen auf eine Frequenzverdoppelung verzichtet werden, da in diesem Fall der Abstand zwischen den Trägerfrequenzen und der Modulationsfrequenz genügend groß ist, um eine ausreichende Trägerunterdrückung und hinreichend kleine Verzerrungen durch das Integrationsglietl S sicherstellen zu können. Das Modem Ml besteht aus einer Sendeeinrichtung Tl für die Übertrugungslrequenzen 500 und 700 Hz und einer Empfangseinrichtung für die Frequenzen 2250 und 3150 Hz. die über eine Gabelschaltung //1 mit der Leitung verbunden sind. An Stelle des Bandpaßfilters 2 der Fig. 1 ist ein Hochpaßfilter in der Empfangseinrichtung verwendet und die Inverterstufe 412 und das zweite Differentiationsglied 413 ist entfallen,

da eine Frcquenzverdoppelung infolge der hohen Übertragungsfrequenzen nicht notwendig ist. Das andere Modem besteht aus einer Sendeeinrichtung Tl für die Frequenzen 2250 und 3150 Hz und einer Empfangseinrichtung für die Frequenzen 500 und 700 Hz. die über eine Gabelschaltung Hl an die Übertragungsrichtung angeschlossen sind. Die Empfangseinrichtung entspricht dabei der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß an Stelle eines Bandpasses 2 ein Tiefpaß eingesetzt wurde.

Der Ersatz des Bandpasses durch einen Tief- bzw. Hochpaß ist in diesem Fall möglich, da für die zweiseitig gerichtete Übertragung das ganze Sprachband ver wendet wird. Die Einzelheiten der Schaltung, soweit sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, sind dabei Fig. 3a entnehmbar. Da das Verhältnis zwischen den Frequenzen der in der Frequenz niederen Übertragungsrichtung und der höheren etwa 1: 4 beträgt, die relativen Frequenzhübe beider Richtungen aber gleich sind, erhält man etwa gleiche Pegelhübe der Gleichstromzeichen am Diskriminatorausgang, wenn die Pulslänge am Ausgang des monostabilen Multivibrators für die frequenzniedere Übertragungsrichtung doppelt so lang gewählt wird wie die an dem Ausgang des monostabilen Multivibrators für die frequenzhöhere Übertragungsrichtung, was durch Verdoppeln des aus Cl und R9 bestehenden Zeitgliedes leicht zu ermöglichen ist.

In F i g. 3 a ist nun ein Beispiel für die Pulsformerschaltung 4, bestehend aus einem monostabilen Multivibrator 42 und seiner Steuerschaltung 41 als Stromlauf dargestellt. In dem Stromlauf besteht der Verstärker 3 aus einem integrierten Operationsverstärker. Sein Ausgangssignal wird nun einmal am Eingang eines ersten Differentiationsgliedes, bestehend aus dem Kondensator Cl und einem Widerstand Rl. und ferner einer Inverterstufe mit dem Transistor Trsl. den Widerständen R3 und R 4 und der Diode D2 zugeführt, deren Ausgang mit dem Eingang des zweiten Differentiationsglicdes, bestehend aus dem Kondensator C2und dem Widerstand Rl, verbunden ist. Die Ausgänge der beiden Differentiationsgliedcr sind über Entkoppeldioden Dl und Dl mit dem Eingang des nachfolgenden monostabilen Multivibrators verbunden.

An diesen monostabilen Multivibrator müssen eine Reihe von Anforderungen gestellt werden, da sein Ausgang Rechteckimpulse mit bei allen Betriebsbedingungengleichbleibender Breite und Höhe angeben soll. Temperatur- und Versorgungsspannungsschwankungen sollen also das Ausgangssignal praktisch nicht beeinflussen. Dies hat eine Reihe von Abänderungen des herkömmlichen Schaltungsaufbaus eines monostabilen Multivibrators zur Folge.

Die Ausgangssignale der beiden Differentiationsglieder gelangen über die Dioden Dl bzw. D2 auf die Basis des Transistors Trsl, die außerdem über den Widersand Rl mit dem Kollektor des Transistors 7>s3 verbunden ist, der wiederum über Widerstände R6 und R5 am positiven Pol + L/, der Versorgungsspannung liegt. Der Emitter des Transistors Trsl ist dabei an den auf Massenpotential liegenden Mittelabgriff 0 der Versorgungsspannung angeschlossen, während sein Kollektor über einen Kondensator Ci an der Basis des Transistors 7>.v3 und über einen Widerstand R8 am positiven Pol + f, der Versorgungsspannung und ferner über eine Diode D4 an dem Abgriff eines zwischen positivem Pol + U_s und Mittelabgriff 0 der Versorgungsspannung liegenden Spannungsteilers liegt, bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstandes RIO mit einer Zenerdiode D6. An dem gleichen Abgriff dieses Spannungsteilers (RIO, D6) liegt die Basis des Transistors TrsS über einen Widerstand R 9.

Der Emitter des Transistors Trs$ hegt dabei am Abgriff eines zwischen dem Mittelabgriff 0 und dem negativen Pol — IZ₁ der Versorgungsspannung angeordneten Spannungsteilers, bestehend aus einer Diode D5 und einem Widerstand RIl. Das Ausgangssignal dieses monostabilen Multivibrators wird dabei am Verbindungspunkt der beiden Kollektorwiderstände RS und R6 des Transistors 7>.v3 entnommen. Eine Schaltungsvariante besteht darin, daß der Emitter des Transistors Tr.v3 ebenfalls direkt am Mittelabgriff 0 der Versorgungsspannung angeschlossen ist. dafür aber eine weitere Diode DS' in Durchflußrichtung zwischen dem Kollektor des Transistors Trsl

»5 und dem Verbindungspunkt von Widerstand R8. Kondensator C3 und Diode D4 eingefügt ist. In Fig. 3b ist nun diese Variante des monostabilen Multivibrators dargestellt, deren noch ausführlichere Beschreibung sich wohl nach den vorhergehenden Ausführungen erübrigt.

Durch die Zenerdiode Dft wird in Verbindung mit der Diode D4 erreicht, daß das Kollektorpotential des Transistors Trsl auf den Wert U_Db+ IV_{n s} begrenzt wird (gesperrter Transistor Trsl), und damit ist auch die Ladespannung von Cl festgelegt. Durch die beiden anderen alternativen Maßnahmen - Anbinden des Emitters des Transistors Trsi an das Potential - (/„5 bzw. Einschalten der Diode OS' in Durchfiußrichtung an den Kollektor des Transistors Trsl - wird

4" der Einfluß von Temperaturänderungen auf die Basis Emitter-Sättigungsspannung des Transistors 7>.ΐ3 kompensiert.

Wählt man nun noch Kondensator C'3 und Widerstand R9. also die die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators bestimmenden Elemente, so. daß dieses Zcitglied keinen bzw. einen völlig vernachlässigbaren Temperaturgang aufweist, so genügt diese Schaltungsausbildung allen Anforderungen an Temperaturkonstanz und Unabhängigkeit von Versor-

gungsschwankungen. Hierzu wird zweckmäßigerweise Cl als Glimmerkondensator und R9 als Metall schichtwiderstand realisiert.

Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibra tors wird nach Verstärkung und Impedanzwandluni

in einem aus den Transistoren Trs4 und TrsS beste henden Verstärker einem lntegrationsglied 5 züge führt. Dieses ist in dem Beispiel nach Fig. 3 a als R C-Tiefpaß ausgeführt, wobei die frequenzabhängig Ruckkopplung vom Emitter des nachgeschaltete

Transistors Trs6 eine Versteilerung bewirkt. Dieser lntegrationsglied folgt ein Pegeldetektor 6. für de bekannte Schwellwertschaltungen, wie z.B. Schmit Trigger, verwendet werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Diskriminatoranordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datenübertragungseinrichtung mit Frequenzmodulation, bei der aus den an ihrem Eingang anliegenden, durch ein pulsförmiges Modulationssigna] in der Frequenz modulierten Sinuswellen abgeleitet mit gleicher oder verdoppelter Folgefrequenz ein monostabiler Multivibrator angestoßen und aus seinen Ausgangssignalen das Modulationssignal durch Integration wiedergewonnen wird, dadurchgekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator des Diskriminators der einen, eine niedere Frequenzlage aufweisenden Übertragungsrichtung bei den positiv und negativ gerichteten Nulldurchgängen der Sinuswellen angestoßen wird und einen Impuls abgibt, daß dagegen der monostable Multivibrator des Diskriminators der anderen, eine hohe Frequenzlage aufweisenden Übertragungsrichtung nur bei positiv oder negativ gerichteten Nulldurchgängen der Sinuswellen angestoßen wird und einen Impuls abgibt.

2. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator für die Übertragungsrichtung mit der hohen Frequenzlage aus der Folge eines Hochpasses, eines Vorverstärkers, eines Differenziergliedes für den Nulldurchgang einer Richtung, einem monostabiien Multivibrator konstanter Pulslänge und -höhe und einem nachgeschalteten Integrationsglied, daß dagegen der Diskriminator für die Übertragungsrichtung mit der niedrigen Frequenzlage aus dei Folge eines Tiefpasses, eines Vorverstärkers, je eines Differenziergliedes für die Nulldurchgänge je einer Richtung, einer einem Differenzierglied vorgeschalteten Invertsrsiufe und einem monostabilen Multivibrator konstanter Pulslänge und -höhe mit nachfolgendem Integrationsglied besteht.

3. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Frequenzverhältnis von 1: /i zwischen der niedrigen und hohen Frequenzlage der beiden Übertragungsrichtungen die Breite der Ausgangsimpulse der monostabilen Multivibratoren der den beiden Übertragungsrichtungen zugeordneten Diskriminatoren sich wie η : 1 verhalten.

4. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den verwendeten monostabilen Multivibratoren der Einfluß von Versorgungsspannungsänderungen durch Begrenzung mittels einer durch einen eine Zenerdiode (D6) enthaltenden Spannungsteiler gewonnenen Referenzspannung und einer Klemmdiode (O4) kompensiert wird.

5. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1, dauurch gekennzeichnet, daß hei den verwendeten monostabilen Multivibratoren der Temperatureinfluß auf die Basis-Emiltersättigungsspannung des Zeitkreistransistors (7Vs3) durch eine Diode (Ö5 bzw. DS') kompensiert wird.

6. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei den verwendeten monostabilcn Multivibratoren der Temperatureinfluß auf das aus Kondensator (Ci) und Widerstand (R9) bestehende Zeitglied durch Verwendung von Glimmerkondensatoren und Metallschicht-Widerständen für dieses Zeitglied kompensiert wird.