DE2159187C3

DE2159187C3 - Verfahren zur wahlweisen Demodulation eines oder mehrerer, insbesondere zweier, durch Mehrfachfrequenzumtastung kombinierter Fernschreibkanäle und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2159187C3
Application number: DE19712159187
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. 7901 Dornstadt Esprester; Armin 7900 Ulm Hoeffert; Wilhelm 7901 Dornstadt Marks
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1971-11-30
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2159187B2; DE2159187A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wahlweisen Demodulation mehrerer, insbesondere zweier, durch Mehrfachfrequenzumtastung kombinierter Fernschreibkanäle, bei dem die Nachrichtenschwingung ggf. nach Frequenzumsetzung einem Zähler zugeführt wird, der im Takt der Umtastung in seine Ausgangsstellung zurückgestellt wird, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Werden zwei durch Mehrfachfrequenzumtastung kombinierte Fernschreibkanäle über einen gemeinsamen Nachrichtenkanal übertragen, stellt sich die Aufgabe, am Empfangsort die Nachrichten auf die zwei ursprünglichen Kanäle wieder zu verteilen. Das Modulationsverfahren wird in der Technik als F₆-Modulation bezeichnet Zur Demodulation der Nachrichtenschwingung sind Verfahren bekannt, die analog arbeiten. Schaltungsanordnungen, mit deren Hilfe eine Demodulation von von Ft, möglich ist, sind z. B. in der deutschen Patentschrift 10 50 801 angegeben. Diese Schaltungsanordnungen bestehen aus einer besonders sinnvollen Kombination von Schwingkreisen, die über der Frequenz Phasengänge spezifischer Art ergeben, mit deren Hilfe die Demodulation und Aufteilung der Nachrichtenkanäle möglich ist. Die vorgeschlagenen Methoden sind von der Theorie her nicht optimal, da man eine nachfolgende Integration zwischen positiven und negativen Frequenzabweichungen vom Sollwert nicht unterscheiden kann. Als Folge ergibt sich ein Verlust an Störabstand, oder anders ausgedrückt, gegen Störer braucht die Nutzschwingung, die mit einem Diskriminator nach der erwähnten Patentschrift aufgelöst werden soll, für die beiden mittleren Frequenzen der frequenziimgetasteten Nachrichten einen höheren Mindeststörabstand, um fehlerfrei demodulieren zu können.

Beim Asynchrondemodulator verlangt man meist geringere Zeichenverzerrung. Aus diesem Grund muß bei diesem Verfahren eine Schallungstechnik angewandt werden, die nach der Frequenzentscheidung (der eigentlichen Demodulationseinrichtung) eine Integration ähnlich einer Tiefpaßbewertung vornimmt. Die Schwierigkeit liegt nämlich darin, daß der Demodulator möglichst einer linearen Frequenz-Ausgangsspannungscharakteristik anzunähern ist, und zwar wesentlich breitbandiger, als etwa die ZF-Signalfilter sind. Nach der Begrenzung weisen die zwischenfrequenten Signale bei gleichzeitigem Vorhandensein von Störsignalen eine von diesem Störabstand abhängige Störfrequenzmodulation auf, die bei geringem Störabstandswert (größer 0 dB) einen theoretischen Maximalhub erreichen kann, der tatsächlich ein Vielfaches der Bandbreite des eigentlichen Systems ist.

Aus diesen Gründen ist eine Demodulatorkennlinie nach Empfehlung der deutschen Patentschrift 10 50 801 nicht optimal. Die Diskriminator-Charakterislik ist hier quantisiert, ähnlich der Binärdarstellung der Ziffern I bis 4, entsprechend den vier möglichen Frequenzzuständen der /^,-Modulation. Inzwischen ist es mit Hilfe der modernen Technologie möglich geworden, auch Asynchrondemodulatoren mit besserem Verhalten zu bauen, z. B. mit digitalen Mitteln, im dem die Kennlinie des Diskriminator als Treppenfunktion ausgebildet wird und die Frequenzproben zeitlich häufig genommen werden, die Integration ebenfalls digital erfolgt. Obwohl der Aufwand hierfür groß ist, gelingt es nur näherungsweise die theroretisch möglichen Fehlerwerte (Bitraten

in Abhängigkeit von Signal zu Störspannung) zu erreichen, ein asynchroner Fb-Demodulator bleibt ein suboptimaler Demodulator.

Fig. 1 zeigt mögliche Demodulatorauswertefehler der Anordnung nach der obenerwähnten Patentschrift bei einem angenommenen Nutzsignal auf der Tastfrequenz h und einem Störer auf der Tastfrequenz /₄. Im S-Kanal ist selbst durch beliebig langdauernde Integration keine Fehlerbeseitigung mehr möglich, im >4-Kanal nur bei entsprechend langer Integration (Mittelwertbildung). Der Störabstand im Beispiel nach F i g. 1 beträgt 6 dB.

Aus der DT-OS 20 23 485 ist ferner eine Schaltungsanordnung zur wahlweisen Demodulation mehrerer, insbesondere zweier, durch Mehrfachfrequenzumtastung kombinierter Fernschreibkanäle bekannt, bei der die Nachrichtenschwingung einem Zähler zugeführt wird, der im Takt der Umtastung in seine Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Der Zähler zählt hierbei die Anzahl der bei den verschiedenen Nachrichtenfrequenzen in eine Umtasttaktperiode fallenden Schwingungsperioden. Da die Zähldauer unabhängig von der jeweiligen Nachrichtenfrequenz konstant und gleich der Umtasttaktperiode ist, ist bei dieser bekannten Schaltungsanordnung zum einen eine äußerst genaue Synchronisation zwischen der Umtastung der Nachrichtenfrequenzen und der Zählerrückstellung erforderlich (weil sonst eine falsche Frequenz gemessen wird) und zum anderen insbesondere bei tiefen Frequenzen die Genauigkeit der Frequenzauflösung unzureichend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Demodulation einer oder mehrerer, insbesondere zweier, durch Mehrfachfrequenzumtastung kombinierter Fernschreibkanäle anzugeben, bei denen geringere Störabstände gegen die theoretischen Werte ca. < I dB Unterschied zulässig sind, die Telegrafieverzerrung aber keine primäre Bedeutung hat, bei denen ferner die Zählerrückstellung nicht streng synchron mit der Frequenzumtastung vorgenommen zu werden braucht und die eine hohe Genauigkeit der Frequenzauflösung gewährleisten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe durch Integration vor der Demodulation in der Weise gelöst, daß der Zähler bis zu einer voreingestellten Zahl zählt oder von dieser abwärts zählt und bei Erreichen der Endstellung einen Impuls abgibt, daß die voreingestellte Zahl kleiner gewählt ist als die maximal in einer Umtasttaktperiode auftretende Anzahl von Nachrichtenschwingungsperioden, daß der Synchronismus der Rückstellung des Zählers so gewählt ist, daß die Zählung vor der nachfolgenden Umtastung beendet ist, und daß die für die Zählung der vorgewählten Anzahl von Nachrichtenschwingungsperioden benötigten Zeiträume als Maß für dii jeweils vorliegenden Nachrichtenfrequenzen für die Rückgewinnung der Nachricht verwendet werden.

In Weiterbildung der Erfindung werden zur Rückgewinnung der Nachricht für die auszuwertenden Zeiträume Takte konstanter Taktfolge einem Zähler zugeführt, der auf einen solchen Wert voreingestellt ist. daß zur Rückgewinnung der Nachricht für die auszuwertenden Zeiträume Takte konstanter Taktfolge einem Zähler zugeführt werden, der auf einen solchen Wert voreingestellt ist, daß er beim Auftreten der höchsten Nachrichtens:hwingungsfrequenz beim Einlauf des letzten Impulses seine Endstellung erreicht hat, daß die Taktfrequenz so gewählt ist, daß bei Auftreten

der jeweils nächstniedrigeren Nachrichtenschwingungsfrequenz jeweils ein Impuls mehr in dem betreffenden Zeitabschnitt vorliegt und daß die über die Endstellung des Zähler hinausgehende Anzahl von Impulsen, die eine direkte Information für den jeweils vorhandenen Tastzustand in der Nachrichtenschwingung ist, nachfolgend mit an sich bekannten Mitteln ausgewertet wird.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zähler vorgesehen ist, dem die Nachrichtenschwingung ggf. unter Zwischenschaltung eines Begrenzers und eines Schmitt-Triggers zugeführt wird, der nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls abgibt, daß ein Taktgenerator vorgesehen ist, der mit dem Zählbeginn im ersten Zähler gestartet und von dessen Ausgangsimpuls am Ende der Zählung gestoppt wird, und daß ein zweiter Zähler mit vorgegebener Endsteiiung vorgesehen ist, dem die impulse des Taktgenerators zugeführt werden und der nur die Impulse des Taktgenerators zugeführt werden und der nur die über die vorgegebene Endstellung hrnausgehende Anzahl in ihn einlaufender Impulse wieder abgibt und daß ein dritter Zähler vorgesehen ist, welcher d^;ese übrig bleibenden Impulse ihrer Anzahl nach auswertet und daß cie Zähler von einer mit der Frequenzumtastung der empfangenen Nachrichtenschwingung synchronisierten Takteinrichtung wieder rückgestellt werden.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung soll anhand des in der Zeichnung (F i g. 2) wiedergegebenen Ausführungsbeispiels für eine solche Schaltungsanordnung erläutert werden.

Es sei angenommen, von einem Empfänger werde eine in /-(,-Modulation mit >6 ms Bitdauer (Telegrafier-Umtast-Geschwindigkeit < 160 Bd) vorliegende Nachricht aufgenommen und in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt, wobei die mittlere Zwischenfrequenz 25 kHz beträgt. Die ZF muß ZF > 4/-(Zl/"= Tasthub) sein. Diese ZF-Schwingung wird über eine Begrenzerstufe einem Trigger zugeführt und die mit diesem erzeugten Rechteckschwingungen werden einem ersten Zähler t zugeführt. Dieser Zähler arbeitet wie ein Frequenzteiler, der die ZF-Schwingung im Verhältnis 128 : I teilt. Wenn der Zähler seine Endstellung erreicht hat, gibt es über ein Nand-Glied 2 ein Ausgangssignal ab, daß über einen bistabilen Multivibrator 3 (Y-AT-Flip-Flop) einen Taktgenerator, auf den noch näher eingegangen wird, startet bzw. stoppt. Das Teilverhältnis des als Teiler arbeitenden ersten Zählers 1 ist zusammen mit der Zwischenfrequenz auf die Umtastfi equenz, mit der die Nachrichtenschwingungen in der Frequenz umgetastet wird, so abgestimmt, daß auch bei der höchsten auftretenden ZwiTchtnfrequenz die Teilung durch 128 beendet ist, bevor ein Frequenzsprung in der Nachrichtenschwingung erscheint. Durch Abtast-Takte, die mit der Umtastfequenz synchronisiert sind, ist dafür Sorge zu tragen, daß der Teiler für diesen Zweck rechtzeitig wieder in seine Anfangsstellung gebracht ist. Wie die Synchronisierung des Abtast-Taktes auf die Umtastfrequenz erfolgt, soll nicht näher ausgeführt werden, da dies nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Bei Ft-Modulation unterscheiden sich die Modulationsfrequenzen, mit denen die Nachrichtenschwingung in der Frequenz modul^:ert werden, gewöhnlich um 170 bis 175Hz. Es sei angenommen, daß im vorliegenden Fall ein Linienabstand von 175Hz vorliege. Dann beträgt die niedrigste Zwischenfrequenz bei symmetri-

scher Verteilung um die mittlere ZF

die höchste
Zwischenfrequenz

Λ beträgt
Λ beträgt

24,7375 kHz.
24,9125 kHz,
25,0875 kHz und

U beträgt 25,2625 Khz.

Wenn nach jeweils 128 Perioden der Zähler 1 einen Ausgangsimpuls abgibt, so benötigt er hierzu

bei f\ eine Zeit von 5.173 msec,
bei fi eine Zeit von 5,137 msec,
bei Λ eine Zeit von5,102 msec und
bei U eine Zeit von 5,067 msec.

E:s gilt nun, diese unterschiedlichen Zeiten, dir ein Index für die jeweils vorhandenen Modulationsfrequenzen und damit für die Nachricht ist, auszuwerten. Zu diesem Zweck ist ein Impulsgenerator vorgesehen, der für den von den aufzulösenden Zeiten bestimmten Zeitraum Impulse konstanter Folge abgibt, so daß beim Vorliegen von /i mehr Impulse in einer nachzuschaltcnden zweiten Zähleinrichtung registriert werden als beim Auftreten von U.

In Weiterbildung der Erfindung besteht dieser Taktgenerator, mit dessen Hilfe die unterschiedlichen Zeiträume ausgewertet werden, aus einem pulsgenerator 4 hochkonstanter Frequenz mit einem nachgcschalteten Frequenzteiler 5. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Qiiarzgenerator 4 eine Frequenz von 2,773 MHz und der Frequenzteiler 5 ein Teilerverhältnis von 100 : 1. Damit liefert der Frequenzteiler im Zeitraum

71 = 5,175 msec. d. h. beim Vorliegen von /Ί in der

Nachricht. 143 Impulse,
bei Ti = 5,137 msec liefert er 142 Impulse,
bei Ti = 5,102 msec liefert er 141 Impulse, und

schließlich
bei Tt = 5,067 msec entsprechend dem Vorhandensein von ft in der Nachricht liefert er 140 Impulse.

Durch eine besonders vorteilhafte Schaltungsanordnung, bestehend aus einem zweiten Zähler 6, der auf die Zahl 140 voreingestellt ist, einer Nand-Schaltung 7, die nach dem Einlauf des 140sten Impulses den Zähler 6 über ein Eingangstor 8 sperrt, so daß der Zähler 6 nicht weiterzählen kann, wird in Verbindung mit einem invertierenden Verstärker 9, einer Torschaltung 10 und einem Doppelflipflop It erreicht, daß nur der 141 ste, 142ste und 143ste aus dem Teiler 5 stammende Impuls zur Auswertung gelangen. Von der Schaltung werden demnach 140 Impulse unterdrückt Die Torschaltung 12 hat die gleiche Wirkung wie das Tor 7, sie codiert den Übertrag der an den Ausgängen des Doppelflipflops 11 anstehenden Ergebnisse in den Eingang des Flipflops 11 wieder hinein und wirkt somit als Übertragstor ähnlich wie die Tore 8 und 7 des Zählers 6. An den Ausgängen Q\ und φ des Doppelflipflops 11 stehen unmittelbar die Informationen der beiden durch Frequenzumtastung miteinander kombinierten binären Nachrichtenkanäle A und ßzur Verfügung.

Ebenso wie der erste Zähler I₁ muß auch der zweite Zähler 6 und das Doppelflipflop 11, das ebenfalls als Zähler wirkt von dem Abtast-Takt wieder in seine Anfangsstellung gebracht werden, bevor der nächste Frequenzsprung in der Nachricht auftritt. Da dies bei dem Doppelflipflop 11 erst später als bei den anderer Zählern notwendig wird, kann die Lösung, angedeute durch ein Verzögerungsglied 12 in der Zeichnung verzögert erfolgen, so daß genügend Zeit zur Auswer lung des F.ndzustandes des Doppelflipflops 11 zui Verfugung steht.

Nachfolgend sei ein Beispiel für die Berechnung eine· Demodulators für Ft, und 175 Hz Linienabstand angege ben. Die Impulse aus dem Teiler 5 haben eint Periodendauer, die mit den Zeitdifferenzen der einzel nen Frequenzschwellen für (\th, f₂lfi, (Jh bei l\ (Vierfrequenzumtaslung) Fernschreibbctrieb weitge hend übereinstimmt. Die erste Frequenzentscheidungs schwelle Λι ist die letzte Zeitbereich und wird dargcstelli durch den 144sten Impuls, der den Zähler 11 aus dei Anfangsstcllung in die nächste Binärstufc schaltet. Dit dritte Frequenzentscheidungsschwcllc ist Λι, die erste im Zeitbereich, ist der Übergang U nach Λ- Die .Schwellenfrequenz ergibt sich aus

's,

Λι = Frequcnzentscheidungsschwcllc mil /= 1,2,3,

Z, = Ordnungsnummer des jeweiligen Zählimpulses für

Λ..
ft, = Qii3^rzfrcquenz.

Aus Λ läßt sich die Beziehung für das eigentliche / ableiten:

's, A

);i /, /, ' I cruihl sich ;iiin

Is2 ^

Aus Λι= 24 825 Hz und Λ? = 25 000 Hz wird Ζ = 142,8 aufgerundet 143, da eine ganze Zahl erforderlich ist als Z-Weri.

Die Quarzfrequenz /y muß wegen der Kohärenzbedingung möglichst das 10Ofache der Folgefrequenz, der Z-Impulse sein. Daher gilt M= 100. Die Quarzfrequenz /■yistdann

In

Is, ■ A

Mit

fs2 = 25 000 Hz
M = 100
Z₂ = 142

N = 128

= 2,773 VJHz

Nach dem Verfahren und der Schaltungsanordnung nach der Erfindung lassen sich, wie leicht ersichtlich ist, durch entsprechende Erweiterungen, insbesondere in der Auswertung der festgestellten Zeiträume, die für die Teilung vom 128 Impulse notwendig sind, beliebig viele durch Frequenzumtastung miteinander kombinierte Nachrichtenkanäle auflösen, was mit dem Einsatz frequenzbestimmender Elemente, wie z. B. Schwing-

kreisen, wie sie bei einer Anordnung gemäB der deutschen Patentschrift 10 50 801 vorgesehen sind, einen ganz erheblichen Aufwand erfordern würde.

Es ist mit einer solchen Schaltungsanordnung auch möglich, Fi-Signale zu demodulieren. In diesem Fall ist

nur eine Frequenzentscheidungsschwelle notwendig. Der Zähler 11 kann dann ein einfaches Flip-Flop sein. Es sind 141 bzw. 142 Impulse voneinander zu unterscheiden, d. h. der Zähler 6 ist auf 141 Impulse voreinzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur wahl weisen Demodulation mehrerer, insbesondere zweier, durch Mehrfachfrequenzumtastung kombinierter Fernschreibkanäle, bei dem die Nachrichtenschwingung ggf. nach Frequenzumsetzung einem Zähler zugeführt wird, der im Takt der Umtastung in seine Ausgangsstellung zurückgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (1) bis zu einer voreingestellten Zahl zählt oder von dieser abwärts zählt und bei Erreichen der Endstellung einen Impuls abgibt, daß die voreingestellte Zahl kleiner gewählt ist als die maximal in einer Umtasttaktperiode auftretende Anzahl von Nachrichtenschwingungsperioden, daß der Synchronismus der Rückstellung des Zählers (1) so gewählt ist, daß die Zählung vor der nachfolgenden Umtastung beendet ist, und daß die für die Zählung der vorgewählten Anzahl von Nachrichtenscbwingungsperioden benötigten Zeilräume als Maß für die jeweils vorliegenden Nachrichtenfrequenzen für die Rückgewinnung der Nachricht verwendet werden (Fig. 2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückgewinnung der Nachricht mit für die auszuwertenden Zeiträume Takte konstanter Taktfolge dem Zähler (1) zugeführt werden, der auf einen solchen Wert voreingestellt ist, daß er beim Auftreten der höchs'.en Nachrichterischwingungsfrequenz beim Einlauf des vorletzten Impulses seine Endstellung ertvichi hat, daß die Taktfrequenz so gewählt ist, daß bei Auftreten der jeweils nuchstniedrigeren Nachrichtenschwingungsfrequenz jeweils ein Impuls mehr in dem betreffenden Zeitabschnitt vorliegt und daß die über die Endstellung des Zählers (1) hinausgehende Anzahl von Impulsen, die eine direkte Information für den jeweils vorhandenen Tastzustand in der Nachrichtenschwingung ist, nachfolgend mit an sich bekannten Mitteln ausgewertet wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Zähler (1) die Nachrichtenschwingung ggf. unter Zwischenschaltung eines Begrenzers und eines Schmitt-Triggers zugeführt wird, daß der erste Zähler (1) nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls abgibt, daß ein Taktgenerator (4,5) vorgesehen ist, der m't dem Zählbeginn im ersten Zähler (1) gestartet und von dessen Ausgangsimpuls am Ende der Zählung gestoppt wird und daß ein zweiter Zähler (6) mit vorgegebener Endstellung vorgesehen ist, dem die Impulse des Taktgenerators (4,5) zugeführt werden und der nur die über die vorgegebene Endstellung hinausgehende Anzahl in ihn einlaufender Impulse wieder abgibt und daß ein dritter Zähler (3), insbesondere ein aiis Flipflops bestehender, vorgesehen ist, welcher diese übrigbleibenden Impulse ihrer Anzahl nach auswertet und daß die Zähler von einer der Frequenzumtastung der empfangenen Nachrichtenschwingung !synchronisierten Takteinrichtung wieder rückgestellt werden.