DE2321637C3 - - Google Patents

Description

„•u ™,™ν. νΑτή «atT ^_nJ ^^^-ί*⁶¹"^{16 5}-^Zweiphasenumtastung dargestellten Nachricht müs-Zeichengruppewird JSate genannt wahrend unter sen umgekehrt die FieqWdes Hilfsträger* und die euem Block eme durch me.irere Satze gebildete Zei- Bittaktfrequenz bekannt sein/Diese Frequenzen könchengruppe zu verstehen ist. Die PCM-codierten nen zwar der Empfängerseite von der Senderseite mit-Nachnchten^rden somit m Wonern Sätzen und 5 geteilt werden, was in Anbetracht der erforderlichen Blocken übertragen die in der Kehricht selbst durch Genauigkeit jedoch Schwierigkeiten bereitet, da in !»stimmte Binarzeichen getrennt sind so daß die ein- der Praxis keine vollständige Frequenzstabilisierung zelnen Worter, Satee ™d Blocke wieder aufgefunden erfolgen kann. In der Regel wird daher das codierte werden können. Eine PCAi-axherte Nachricht ist so- Nachrichtensignal selbst zur senderseitigen Wiederum eine willkürliche Folge von Bits mit dem WertO io gewinnung der Hilfsträgerfrequenz und der Bittaktoder 1. Diese Nachnchten in digitaler Darstellung frequenz verwendet. So weist auch der eingangs bewerden üblicherweise noch einmal umcodiert, um die schriebene bekannte Demodulator eine Bittaktablei-Bits besser unterscheiden zu können. tungsstufe auf, welche die Null-Durchgänge des emp-1. iVÄZ-Codes (no return to 0) fangenen Nachrichtensignals auswertet. Dabei wird ,,„_ _ „ ' 15 die Phasenlage des von der Phasenregelschleife emp-

a) Der NRZ ■ L-(Level-)Code, der NRZ · C- fängerseitig erzeugten Bittaktsignals bezüglich der (Change-)Code Null-Durchgänge des empfangenen Nachrichten-Eine 1 wird durch einen hohen Pegel und eine signals zum Nachfahren des spannungsgesteuerten

0 wird durch einen niedrigen »egel dargestellt Oszillators verwendet. Der bekannte Demodulator (gemäß Vereinbarung). ₃₀ kann jedoch nicht in der vom NRZ ■ M-Coat abge-Jedesmal, wenn unterschiedliche Bits aufein- leiteten S-Zweiphasenumtastung dargestellte Nachaoderfolgen, tritt eine Änderung des codierten richtensignale verarbeiten, da NRZ ■ M-codierte Signals auf (Übertragung von 0 nach 1 oder von Nachrichten keine Null-Durchgänge aufweisen. Zu-

1 nach 0). dem eignet sich der bekannte Demodulator auch nur

b) Der NRZ ■ M-(Mark-)Code _a5 für Nachrichtensignale mit großem Signal-Rauschver-Das Auftreten einer 1 wird durch eine positive hältnis, da zur Ableitung der Bittaktfrequenz das Pegeländerung oder eine negative Pegeländerung Nachrichtensignal in der Umgebung seiner Nulldargestellt, wobei die Art der Pegeländerung Durchgänge verwendet wird, d. h. gerade da, wo das davon abhängt, ob der Pegel zuvor klein oder Signal-Rauschverhältnis ungünstig ist.

groß war; die Nullen bewirken keinr Pegel- 30 Demgegenüber ist die der Erfindung 2ugrundelie-

änderung. gende Aufgabe, einen Demodulator zu schaffen, wel-

c) Der NRZ · S-(Space-)Code eher auch mit starkem Rauschen in 5-Zweiphasenum-Das Auftreten einer 0 wird durch eine positive tastung übertragene Nachrichten richtig demoduliert, oder eine negative Pegeländerung dargestellt, Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, wobei die Art der Pegeländerung davon abhängt, 35 daß die Stufe zur Bit-Takt-Ableitung, auf deren Einob zuvor ein hoher oder niederer Pegel vorlag; gänge die vom Hilfsträger wieder abgenommene, codie Einsen führen zu keiner Pegeländerung. dierte Nachricht gegeben wird, eine Verzögerungs-

--..„.. . ,„„ _, , . Schaltung zur Vrzöeerung des auf sie gegebenen Ein-

2. Die Zweiphasenumtastung (B0-Codes) gangssigrlals und einen Multiplikator zum Multipli-

Eine in Zweiphasenumtastung dargestellte Nach- 40 zieren des Eingangssignals mit dem verzögerten Ein-

richt wird durch Multiplikation einer in einem NRZ- gangssignal aufweist und daß die Phasenregelschleife

Code dargestellten Nachricht mit einem Signal erhal- durch das Ausgangssignal des Multiplikators ge-

ten, das gleiche Frequenz F gleichen Phasenlage wie steuert wird.

das vom Bittaktgenerator abgegebene Signal aufweist. Damit werden ganze Abschnitte des übertragenen . _r ^, „ . . .„„ ,45 Nachrichtensignals zur empfängerseitigen Wiederge-

^a) R« °r^er H f ^{WeiP aStimg (} winnung der Bittaktfrequenz verwendet und nicht nur ^- π- ■ λ j λ. ■ « , λ . die Null-Durchgänge der Nachricht. Infolgedessen Ein1 Bit wird durch eme Pegelanderung inner- _{kann das Rauschen auch} besser ausgemittelt werden, halb eines Bittaktes dargestellt; z. B. wird eine _{Damit hat der} erfindungsgemäße Demodulator eine 1 durch eine negative und eine 0 durch eine po- _{50 wes}entlich verbesserte Empfindlichkeit, welche im sitrve Pegelanderung dargestellt. wesentlichen der Ansprechschwelle der Phasenregel-

b) S-Zweiphasenumtastung (B0 · 5-Code) _{schleife entsprich}t, während die Empfindlichkeit des In 5-Zweiphasenumtastung dargestellte Nach- bekannten Demodulators durch die viel kleinere Anrichten werden ausgehend von im NRZ -M- _sprechschwelle des Nulldurchgangsdetektors gegeben Code dargestellten Nachnchten erhalten. Das _{55 ist Der} erfindungsgemäße Demodulator arbeitet ganz Auftreten einer 1 wird um dsn halben Bittakt _{nahe beim theoret}i_sch möglichen Optimum und kann zeitlich verzögerte Pegeländerung dargestellt. _{mit einem breiten Spektrum V}on Arbeitsfrequenzen

c) M-Zweiphasenumtastung(B0-M-Code) betrieben werden, das größer ist als bei herkömm-In Λί-Zweiphasenumtastung dargestellte Nach- _{Hchen Dernodulator}en. Dabei weist der erfindungsgenchten werden ausgehend von im NRZ · S-Code _{6o maße} Demodulator einen einfachen Aufbau auf, wodargestellten Nachnchten erhalten. _{bei an sich} bekannte Schaltkreise zum Multiplizieren Das Auftreten einer 0 wird durch eine um eine _{und eine an sich ebe}nfalls bekannte Phasenregelhalbe Bittaktpenode zeitlich verzögerte Pegel- _{schleife mit dn€m span}nungsgesteuerten Oszillator änderung dargestellt. Verwendung finden.

Fig. 2 zeigt in Zeile α eine Nachricht, die in den 65 Es sind dem Fachmann zwar weitere Demodula-

darunterliegenden Zeilen b bis g in den oben be- toren für in Mehrphasenumtastung übertragene Nach-

schriebenen Codierungen dargestellt ist. richten bekannt, die in der Zeitschrift »Frequenz«,

Zur empfängerseitigen Wiedergewinnung einer in Band 25, (1971), Heft 11, S. 334 bis 340 sowie

S. 340 bis 351 beschrieben sind. Bei diesen Demodu- Fig. 1 den zeitlichen Verlauf eines Bittaktsignals latoren ist es jedoch erforderlich, daß vor Übertra- der Bittaktfrequenz F, einer binären Nachricht, eines gung der eigentlichen Nachricht die Bittaktfrequenz Hilfsträgersignals der Hilfsträgerfrequenz/₀ und des dem Empfänger vom Sender überstellt wird, was in entsprechend PSK-codierten Nachrichtensignals, Form eines keine Nachricht tragenden, der Nachricht S Fi g. 2 die Umsetzung einer vorgegebenen Nachvorangehenden Synchronisiersignals erfolgt. Dabei rieht in eine Anzahl unterschiedlich codierter Nachist bei den in der Zeitschrift »Frequenz« beschriebe- richtensignale,

nen Demodulatoren für ein möglichst schnelles Ein- F i g. 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsge-

schwingen einer die empfängerseitig wiedergewonnene mäßen Demodulators mit einer Hilfsträgertaktablei-

Bittaktfrequenz bereitstellenden Phasenregelschleife io tungsslufe I, mit einer Bittaktableitungsstufe II und

auf das Synchronisiersignal Rechnung getragen. Diese einer Synchronisierstufe zur Wiedergewinnung der

Demodulatoren eignen sich daher für weniger ver- Phasenlage III,

rauschte und mit großer Übertragungsfrequenz über- F i g. 4 Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Hilfstragene Nachrichten, nicht jedoch zur Demodulation trägertaktableitungsstufe oder Bittaktableitungsstufe, stark verrauschter Nachrichten, wie der erfindungsge- 15 F i g. 5 das Schaltbild eines auf Null zurückstellmäße Demodulator. Typische Anwendungen des er- baren Integrators und

findungsgemäßen Demodulators sind durch ein Ver- r· i g. 6 Einzelheiten einer anderen Ausführungs-

hältnis von Hilfträgerfrequenz zu Bittaktfrequenz von form der Hilfsträgertaktableitungsstufe oder Bittakt-

> 100 und durch eine Übertragungsgeschwindigkeit ableitungsstufe, wobei insbesondere die Phasenregel-

von etwa 8 bit/sek gekennzeichnet. ao schleife gleichermaßen für alle Stufen des Demodu-

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind lators verwendbar ist

in den Unteransprüchen angegeben. In F i g. 3 sind drei im wesentlichen gleiche Unter-

Bei der Weiterbildung der Erfindung gemäß den einheiten des Demodulators I, Π und ΠΙ dargestellt.

Ansprüchen 2 und 3 kann der gesamte Demodulator Diese Untereinheiten weisen jeweils auf: aus drei im wesentlichen gleich aufgebauten Stufen 35

aufgebaut werden, wobei nur die Frequenz, bei der einen Eingangsverstärker 2j, 2„, I_1n;

die Phasenregelschleife arbeitet, unterschiedlich ein- einen Frequenzableitungskreis 3|, 3_n, 3_a, und

gestellt zu werden braucht eine Phasenregelschleife 4„ A_n, 4q,.

Bei der Weiterbildung der Erfindung gemäß dem Anspruch 4 können die Stufen des Demodulators 30 Der Frequenzableitungskreis dient zur Rückgewin-

weitgehend aus digitalen Bauelementen aufgebaut nung einer Frequenz aus einem Nachrichtensignal,

werden, die ihrerseits praktisch rauschfrei arbeiter das durch eine Aufeinanderfolge willkürlicher Binär-

und fertig im Handel erhältlich sind. Im Prinzip kön- signale gebildet ist, wobei das Naohrichtensignal bei

nen die Bittaktableitungsstufe und die Hilfsträger- der wiederzugewinnenden Frequenz praktisch keine

taktableitungsstufe des Demodulators bei jeder Fre- 35 Leistung überträgt Derartige Frequenzableitungs-

quenz arbeiten, bei der das Spektrum der empfan- kreise sind z. B. in dem Artikel von W. C. Lindsey

genen Nachricht eine linie aufweist Die intensivsten und M. K. Simon in der Zeitschrift »Proceedings of

Linien des Spektrums einer in 5-Zweiphasenum- the IEEE«, Band 58, Heft 9, S. 1315 bis 1321 be-

tastung dargestellten Nachricht sind bei der Bittakt- schrieben. Dieser Frequenzableitungskreis arbeitet

frequenz und der Hilfsträgerfrequenz selbst bzw. bei 40 ebenso wie der in der obengenannten Druckschrift

der doppelten Bittaktfrequenz und der doppelten »Electronic Engineering« beschriebene Hilfsträger-

Hilfsträgerfrequenz zu erwarten. Gemäß Anspruch 8 taktableitungskreis derart, daß das Eingangssignal

arbeitet daher die Phasenregelschleife bevorzugt bei quadriert wird, auf ein Bandfilter gegeben wird, daß

dem doppelten der wiederzugewinnenden Frequenz. durch ein Bandfilter die erste Oberschwingung des

Die wiederzugewinnende Frequenz selbst wird durch 45 quadrierten Signals ausgefiltert wird und durch das

entsprechendes Herunterteilen der Frequenz der quadierte Signal eine Phasenregelschleife angesteuert

Phasenregelschleife erhalten. wird.

Ein Problem beim Demodulieren von in Zwei- Der nachstehend zu besdrefoende erfindungsgephasenumtastung dargestellten Nachrichten ist ferner mäße Frequenzableitungskreis ist jedoch besser für die richtige Phasenlage des empfängerseitig wiederge- so schwache und vertauschte Signale geeignet Bei ihm wonnenen Bittaktsignals bezüglich des senderseitigen wird das Eingangssignal nut dem mn eine bestimmte Bittaktsignals, da die Phasenregelschleife der Bittakt- Zeit verzögerten Eingangssignal multipliziert, wobei ableitungsstufe gleichermaßen gut auf die in der Mitte die Verzögenmgszeit kleiner ab die der wiederzugeder Bittaktperioden liegenden Pegeländerungen wie winnenden Frequenz zugeordnete Periode Γ = VF auch die an den Enden einet Bittaktperiode auftreten- 55 ist Bezeichnet man die Verzögenmgszeit mit Δ, so den Pegdändenmgen verriegelt Bei dem demodu- gfltdaher0<J<;T. "■'- ' lierten Signal erhält man daher möglicherweise an Das Eingangssignal 5 (r) wird somit auf einen Verstehe aller Einsen eme Null und umgekehrt Zar Be- zögerungskreis gegeben, der das Eingangssignal um Δ seiügung dieser Unsicherheit weisen auch die bekann- verzögert und an seinem Ausgang em SqpiaT S (ϊ—A) tea Demodsäatoren Synchrpnisierstufen zur Wieder- 60 abgibt Dieses vzoge Signal wird auf den einen gewinnung der Phasenlage des demodulierten Signals Eingang einer MulnpGzlersdialtimg gegeben, auf deauf . Bei dem erimdongsgemäßen Demodulator kann ren anderen Eingang direkt uoer eiiiÄ Zweigleitung eine solche Synchronisieistufe, wie schon ausgeführt, das EingangssignalS{i) gegeoenrad. · ^:>7i' bevorzugt m wesentlichen denseloen Aufbau wie die Hat das Eingangssignal 5<r)dkform von' BJn>teableinmgssttfeaufweisen. . 65 stochastischen Recfatecks^nakn |d. h.,, von Redrt-

Im fphjenden xnrd die Erfindung an Hand einiger ecksignalen mit einer Obergangswanischemh'chkeitl' AusfuTmmgsbeispiele und unter Bezugnahme auf die mit irgendeinem Wert zwöcnen 0 «rad 1) so kaöfl Zekimung näher edintert In dieser zag» man z. B. graphisch leicht feststellen, daß das Si-

ZD

gnal S(t)-S(t — A) in zwei Signale zerlegt werden kann:

Diese Aufteilung führt einerseits zu einem periodischen Signal X(l) mit der gesuchten Frequenz F und andererseits zu einem stochastischen Signal Y U)-Das am Ausgang des Frequenzableitungskreises erhaltene Signal hängt von der Verzögerungszeit A ab und hat bei Δ = 772 ein Maximum; das Ausgangssignal des Frequenzableitungskreises ist ferner proportional zu p¹, d. h., es hängt von der Ubergangswahrscheinlichkeit ρ ab, mit der innerhalb einer periode T eine Pegeländerung des Eingangssignals zu erwarten ist.

Die Verzögerung des Emngangssignals um eine Zeit A kann unter Verwendung einer Verzögerungsleitung oder eines Filters bewerkstelligt werden. Erfindüngsgemäß wird bei der Verzögerung des Eingangssignals von dem digitalen Charakter der vom Demodulator empfangenen Nachricht Gebrauch gemacht, und als Verzögerungskreis wird ein Schieberegister verwendet. Das Schieberegister weist in an sich bekannter Weise m bistabile Kippschaltungen auf und verzögert das Eingangssignal bei Ansteuerung mit einer Taktfrequenz F um eine Zeit A = m-T. Es versteht sich, daß das Eingangssignal — falls erforderlich — zusätzlich durch Impulsformerkreise zunächst aufbereitet werden kann.

Soll die Verzögerungszeit A kleiner als T und insbesondere gleich 772 sein, so wird zum Ansteuern des Scrieberegisters eine Taktfrequenz von 2 · F gewählt. Allgemein wird die Taktfrequenz zur Ansteuerung des Schieberegisters zu F mal einer ganzzahligen Potenz von 2 gewählt. Das Schieberegister kann z. B. vier bistabile Kippschaltungen aufweisen, auf die das Signal S (i) gegeben wird.

Verfügt man über Harmonische der Taktfrequenz F, die einem Produkt der Grundfrequenz F mit einer geradzahligen Potenz von 2 (2 F, 4 F, 8 F, usw.) entsprechen, so wird das Schieberegister vorteilhafterweise durch eine Anzahl bistabiler Kippschaltungen aufgebaut, die gemäß der verwendeten Taktfrequenz zum Ansteuern des Schieberegisters gewählt ist. Anders gesagt: Bei einem aus m bistabilen Kippschaltungen aufgebauten Schieberegister soll eine Taktfrequenz zum Ansteuern von 2 m F mit m = 2" verwendet werden und der Frequenzteiler, der dann die Frequenz F selbst abgeben soll, muß wenigstens η bistabile Kippschaltungen mit η = α+1 aufweisen, wie unten noch weiter dargelegt wird.

Die für den Aufbau des Schieberegisters gewählte Anzahl von bistabilen Kippschaltungen hängt davon ab, wie stark das auf den Eingang des Frequenzableitungskreises gegebene Signal verrauscht ist Je mehr bistabile Kippschaltungen das Schieberegister aufweist, desto größer wird das bei Gegenwart des Rauschens am Ausgang des Frequenzableitungskreises bereitgestellte Signal; die Taktfrequenz zum Ansteuern des Schieberegisters wächst ebenfalls an.

Die in dem Frequenzableitungskreis verwendete Multiplizierschaltung mit zwei Eingängen und einem Ausgang muß eine Multiplikation der jeweils gleichzeitig an den Eingängen anliegenden Signale bewerkstelligen und sollte vorzugsweise keine Eigenverzögerung aufweisen. Dies kann eine analog arbeitende Multiplizierschaltung sein; man kann jedoch auch hier von dem digitalen Charakter der zu verarbei

tenden Signale vorteilhaft Gebrauch machen und die Multiplizierschaltung auf einfache Weise aufbauen. Ein Antivalenzschaltkreis (»exklusives Oder«- Glied), der die Funktion A © B — Summe von A und B modulo 2 nachbildet, kann in diesem Falle als einfache Multiplizierschaltung binärer Signale verwendet werden. Erfindungsgemäß weist somit der Firequenzableitungskreis ein Schieberegister und ein exklusives Oder-Glied auf. Dieser Baugruppe muß

ίο nun noch eine Schaltung zur Erzeugung der Taktfrequenz 2mF zugeordnet werden, mit der das Schieberegister angesteuert wird. Erfindungsgemäß wird die Taktfrequenz mit einer Phasenregelschleife erzeugt.

In F i g. 4 sind Einzelheiten eines Frequenzableitungskreises und einer Phasenregelschleife dargestellt, welche zusammen eine Frequenzableitungsstufe darstellen. Ein Schieberegister 21 ist zur Verzögerung des Eingangssignals vorgesehen. Dem

»ο Schieberegister 21 ist ein Trennverstärker 23 und ein Signalbegrenzer 24 mit einem oberen und unteren Grenzpegel vorgeschaltet, so daß am Eingang des Schieberegisters 21 echte Rechtecksignale anstehen. Der Eingang des Schieberegisters 21 und sein Ausgang sind jeweils mit einem der Eingänge einer Multiplizierschaltung 22 verbunden, die durch ein exklusives Oder-Glied gebildet ist. Am Ausgang der Multiplizierschaltung 22 steht das Eingangssignal multipliziert mit dem verzögerten Eingangssignal bereit. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 22 ist mit dem Eingang einer Phasenregelschleife 25 verbunden, die auf die wiederzugewinnende Frequenz / ausgelegt ist. Die Phasenregelschleife weist eine durch ein exklusives Oder-Glied 26 gebildete Multiplizierschaltung, einen darauffolgenden Zwischenverstärker 27, der ein zum Nullpegel voll symmetrisches Signal abgibt, ein passives analoges Schleifenfilter 28, einen Differenzoperationsverstärker 29 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 20 (VCO = voltage controlled oscillator) auf. Ein zweiter Eingang des Differenzoperationsverstärkers 29 ist mit einer Referenzspannung beaufschlagt. Erhält die Phasenregelschleife von dem durch Schieberegister 21 und Multiplizierschaltung 22 gebildeten Frequenzableitungskreis ein Signal, so verriegelt sie. Hierzu muß das Schieberegister 21 in geeigneter Weise angesteuert werden. Hierzu ist in der Phasenregelschleife eine Frequenzteilerkette 19 vorgesehen, die die Taktfrequenz 2m/ zum Ansteuern des Schieberegisters 21 und zugleich die wiedergewonnene Frequenz / bereitstellt. Diese empfängerseitig erzeugten Taktsignale mit der Frequenz / können z. B. an einem Punkt B abgegriffen werden, damit sie an geeigneter anderer Stelle weiterverwendet werden können. Die Taktsignale mit der Frequenz / werden zugleich auf einen zweiten Eingang des exklusiven Oder-Gliedes 26 gegeben, dessen erster Eingang — wie oben beschrieben — mit dem Ausgang der Multiplizierschaltung 22 verbunden ist

Eine derartige Frequenzableitungsstufe weist eine Vielzahl von Vorteilein auf: Sie ist robust, da sie praktisch ganz aus integrierten Schaltkreisen aufgebaut werden kann, darunter auch das Schieberegiste] 21; sie erfordert keinerlei Justierung und kann ohne Anpassung bei irgendeiner beliebigen Frequenz arbeiten (innerhalb sehr weiter Grenzen, dta durch die Trägheit der bistabilen Kippschaltungen beding sind), was bei bekannten Frequenzableitungsstufet

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nicht möglich ist; schließlich ist zur Wiedergewinnung einer Frequenz kein Eingangsfilter erforderlich.

Es ist klar, daß bei einer Frequenzänderung des Eingangssignals die Ansteuerung des Schieberegisters 2i, me sich aus der Änderung der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 20 ergibt, automatisch nachzieht und die Verzögerungszeit des Schieberegisters unverzüglich anpaßt, wobei ein festes Verhältnis zur Arbeitsfrequenz der Phasenregelschleife eingehalten wird. Wählt man jedoch eine stark verschiedene Arbeitsfrequenz, so kann man auch einen anderen Abgriff an der Frequenzteilerkette 19 wählen.

In F i g. 3 ist der Gesamtaufbau eines Demodulators dargestellt. Die Phasenregelschleifen 4„ 4_n, 4_m verriegeln auf einer Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der wiederzugewinnenden Frequenz /, d. h. der Frequenz der von den Frequenzableitungskreisen 3,, 3_a, 3_m bereitgestellten Signale ist.

Wie schon oben dargelegt, können die beiden ao Frequenzableitungsstufen I und II sowie die Stufe III zur Synchronisierung der Phasenlage einen ganz ähnlichen Aufbau aufweisen, so daß die Herstellung des Demodulators stark vereinfacht wird, obwohl die Arbeitsfrequenzen der drei Stufen nicht dieselben »5 sind.

In der Hilfsträgertaktableitungsstufe I hat der Frequenzableitungskreis S₁ die Aufgabe, eine der Frequenz /₀ des Hilfsträgers zugeordnete Frequenz (2/₀) herzustellen. In der Bittaktableitungsstufe II liefert der Frequenzableitungskreis 3„ die Frequenz 2 F, d. h. die doppelte Frequenz des Bittaktsignals. In der Synchronisierstufe III liefert der Frequenzableitungskreis 3_m die Frequenz F des Bittaktsignals. Der Grund für diese Konzeption wird weiter unten noch dargelegt.

In F i g. 6 ist eine weitere Ausführungsform für die drei Stufen I, II, III des Demodulators dargestellt, bei der die drei Phasenregelschleifen absolut gleichen Aufbau aufweisen. Nur die Verstärkung dieser Phasenregelschleifen wird gemäß ihrer Arbeitsfrequenz abgewandelt, die Größe des im Schleifenfilter enthaltenen Kondensators kann aber für alle drei Phasenregelschleifen gleich groß gewählt werden. In diesem Falle können die Bandbreiten der bei 2 F und F arbeitenden Phasenregelschleifen ausgedrückt in Prozenten der Arbeitsfrequeni der Phasenregelschleife_% größer gewählt werden als bei der bei 2 /₀ arbeitenden Regelschleife. Bezeichnet man mit η das Verhältnis f_o/F, so erhält man die Bandbreite der so Phasenregelschleife durch Division der Arbeitsfrequenz durch Yn anstatt durch Division durch n.

Damit wird eine relativ kurze Aquisitionszeit erhalten, da bekanntlich die Aquisitionszeit umso kürzer ist, je größer die Bandbreite der Phasenregelschleife ist.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des in Fig. 3 dargestellten Demodulators beschrieben. Die in S-Zweiphasenumtastung übertragene Nachricht wird auf den Eingangsverstärker Z₁ gegeben. Da das verstärkte, auf dem Frequenzableitungskreis 3j gegebene Nachrichtensignal und das an dessen Ausgang an die Phasenregelschleife 4j weitergegebene Signal die doppelte Frequenz des Hilfsträgers aufweisen, arbeiten der Frequenzableitungskreis 3_t und die Phasenregelschleife 4_t bei der Frequenz 2/₀. Der Ausgang der Phasenregelschleife 4_t ist daher auch über einen Frequenzteiler 5 mit einem Teilverhältnis 2 mit einem Eingang einer Multiplizierschaltung 6 verbunden.

Zur Wiedergewinnung der Nachricht wird das Nachrichtensignal nicht nur auf den Frequenzableitungskreis 3„ sondern zugleich auch auf den anderen Eingang der Multiplizierschaltung 6 gegeben. Diese multipliziert das Nachrichtensignal mit dem vom Frequenzteiler 5 bereitgestellten Demodulationssignal mit der Frequenz des Hilfsträgers und gibt an ihrem Ausgang die im B0-S-Code dargestellte Nachricht ab. Diese wird auf den Eingangsverstärker I₁₁ und dann auf den Frequenzableitungskreis 3_n gegeben. Wie aus F i g. 2, Zeile / ersichtlich ist, ist ein Signal wie das auf den Frequenzableitungskreis 3„ gegebene, eine Aufeinanderfolge von Rechteckimpulsen, deren Länge der Periode des Bittaktsignals oder der halben Periode des Bittaktsignals entspricht, wobei den Übergängen von 0 nach 1 oder von 1 nach 0 die im NRZ-Coae dargestellte Nachricht entspricht. Daher arbeiten der Frequenzableitungskreis 3n und die Phasenregelschleife 4_n nicht bei der Bittaktfrequenz F selbst, sondern bei der doppelten Bittaktfrequenz 2 F. Es ist daher wieder erforderlich, das Ausgangssignal der Phasenregelschleife 4„ durch einen Frequenzteiler 7 mit einem Teilverhältnis 2 herabzuteilen. Das vom Frequenzteiler 7 bereitgestellte Signal wird auf einen Eingang einer Multiplizierschaltung 8 gegeben, deren anderer Eingang direkt die in*. B0-S-Code dargestellte Nachricht erhält. Am Ausgang der Multiplizierschaltung 8 wird somit die Nachricht nunmehr im NRZ · M-Code erhalten.

Nachdem die im B 0 · S-Code dargestellte Nachricht senderseitig durch Multiplikation der im NRZ ■ M-Code dargestellten Nachricht mit dem hierzu in Phase befindlichen Bittaktsignal erhalten wurde, versteht sich von selbst, daß auf die oben beschriebene Weise am Ausgang der Multiplizierschaltung 8 wieder die im NRZ ■ M-Code dargestellte Nachricht erhalten wird. Das vom Frequenzteiler 7 bereitgestellte Demodulationssignal ist aber bezüglich seiner Phasenlage nicht eindeutig, da es durch Herabteilen der Frequenz 2 F erhalten wurde, mit der die Phasenregelschleife 4_H arbeitet. Zur richtigen Interpretation des am Ausgang der Multiplizierschaltung 8 anstehenden Signals muß jedoch auch die Phasenlage eindeutig bekannt sein.

Hierzu wird das von der Multiplizierschaltung 8 abgegebene Signal auf die Synchronisierstufe III gegeben, durch welche die Mehrdeutigkeit dieses Signals ausgeräumt wird. Die Synchronisierstufe ΙΠ hat im wesentlichen denselben Aufbau wie die Hilfsträgertaktableitungsstufe I und die Bittaktableitungsstufe II, verriegelt jedoch auf die im NRZ- M-Code dargestellte Nachricht. Eine Herabteilung der am Ausgang der Phasenregelschleife 4_ΙΠ bereitgestellten Frequenz um einen Faktor 2 ist nicht erforderlich; da im Spektrum der im NRZ · M-Code dargestellten Nachricht, wie aus Fig. 2, Zeilec ersichtlich, die Bittaktfrequenz F direkt enthalten ist und die Phasenregelschleife 4_ΠΙ auf der Frequenz F verriegelt^{1 lJ}~

Liegen am Eingang des Demodulators keine Nachrichtenimpulse an, so liegen die Frequenzen der Bh-. taktableitungsstufe II und der Synchronisierstüfe ΙΠ (2 F bzw. F) sehr nahe bei der zu erwartenden Frequenz. Andererseits weisen die Bittaktableitungsstnfe und die Synchronisierstufe eine wesentlich größere - ϊ Bandbreite auf, als die HilfsMgeftaktäbleitün^\ stufe L Wird auf den Eingang des Demodulators da -1

Nachrichtensignal gegeben, so verriegelt die Hilfsträgertaktableitungsstufe über ihre Phasenregelschleife 4,; gleichzeitig verriegeln die Phasenregelschleifen 4,, und 4_m der Bittaktableitungsstufe II bzw. der Synchronisierstufe III momentan. Im übri- ο gen führt eine Entriegelung der Phasenregelschleife 4, über einige Perioden des Hilfsträgers nicht zu einer Entriegelung der anderen Phasenregelschleifen 4_n und 4_IH.

Mit einem erfindungsgemäßen Demodulator läßt sich insbesondere hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern ein Arbeiten erreichen, das mit dem eines »optimalen« Demodulators vergleichbar ist; die Aquisitionszeit ist extrem kurz und bleibt ungeachtet der Frequenz des Hilfsträgers und ungeachtet der Bittaktfrequenz immer konstant. Sie ist 4- bis lOmal kleiner als die des »optimalen« Demodulators, während die Empfindlichkeit des Demodulators um 2 bis 3 dB verbessert ist, was bei verrauschten Nachrichten von Vorteil ist.

Diese Eigenschaften sind offensichtlich insbesondere bei der Nachrichtenübertragung von und zu ballistischen Flugkörpern von Vorteil, wobei die Erhöhung der Reichweite und die Sicherheit der Nachrichtenübertragung von sehr großer Bedeutung sind.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist ein Demodulator für in 5-Zweiphasenumtastunp übertragene Nachrichten so ausgelegt, daß er bei Hilf strägerfrequenzen von 8192 hertz oder 1024 Hertz und Bittaktfrequenzen von 64 oder 8 bit/sek arbeiten kann. Um die Bandbreite des Rauschens am Eingang zu reduzieren, kann für jede Hilfsträgerfrequenz dem Eingangsverstärker I₁ ein Bandpaßfilter 9 bzw. 10 vorgeschaltet sein. Ein Schalter 11a, 11 ft ist zur Umschaltung zwischen den Hilfsträgerfrequenzen vorgesehen, während ein Schalter 12 a, 12 ft, 12 c zur Umscnaltung der Bittaktfrequenz vorgesehen ist. Der Schalter 11a, lift ist somit den Bandfiltern 9 und 10 sowie der Hilfsträgertaktableitungsstufe / zugeordnet, während der Schalter 12 a, 126, 12 c der Bittaktableitungsstufe Il und der Synchronisierstufe III zugeordnete Schaltkontakte aufweist, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist

Das empfängerseitig wiedergewonnene Taktsignal, das in Phase und Frequenz F mit dem empfängerseitigen Taktsignal übereinstimmt, steht am Ausgang des Schaltkontaktes 12b hinter der Synchronisiersrufe III zur Verfügung. Die Erkennung der Bits der Nachricht erfolgt in bekannter Weise unter Verwendung eines Integrators 14, der durch Impulse mit der Frequenz der Taktsignale auf 0 zurückgestellt wird. Diese Impulse werden von einer monostabilen Kippschaltung 13 abgegeben. Auf den Integrator 14 folgt ein Entscheidungskreis 15, der eine Triggerschaltung aufweist; und auf den Entscheidungskreis 15 folgt ein Eichkreis 16, der eine ebenfalls durch die von der monostabilen Kippschaltung 13 gelieferten Impulse angesteuerte Kippschaltung aufweist Daran schließt sich ein Codewandler 17 zur Umwandlung in den NRZ ■ C-Code dar, der üblicherweise zur Darstellung von Nachrichten benützt wird.

Der auf 0 rückstellbare Integrator 14 hat z. B. den in F i g. 5 dargestellten Aufbau. Zum Integrieren ist eine Serienschaltung aus einem Widerstand 30 und einem Kondensator 31 vorgesehen. Das zu integrierende Signal wird auf den Eingang dieser Serienschaltung gegeben. Die Impulse mit der Bittaktfrequenz F, die die Rückstellung des Integrators bewerkstelligen, werden über eine Diode 32 auf dii Basis eines Transistors 33 gegeben, dessen Emitter Kollektor-Strecke parallel zum Kondensator 31 ge schaltet ist. Das vom Integrator abgegebene Signa weist die bei S dargestellte Form auf. Es ist von Vor teil, wenn diese Signale durch einen Signalbegrenzei oder eine Triggerschaltung 15 laufen, bevor sie der Eichkreis 16 ansteuern.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, ist jede der Stufen I, II und III des Demodulators im wesentlicher die Reihenschaltung eines Frequenzableitungskreise: 3|, 3,i bzw. 3,„ und einer Phasenregelschleife 4_r 4_n bzw. 4_m. Dabei arbeiten der Frequenzableitungskreis und die Phasenregelschleife bei derselben Frequenz /, die für die drei Stufen gleich 2/₀, IF bzw Fist.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform für die Demodulatorstufen I, II und III sind die Teile, die schon unter Bezugnahme auf F i g. 4 beschrieben worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Schieberegister 21 und die Multiplizierschaltung 22 sind zu einem einzigen Block, dem Frequenzableitungskreis zusammengefaßt worden. Dagegen ist die Frequenzteilerkette 19 in zwei Abschnitte 19 a und 19 ft aufgeteilt. Der Abschnitt 19 a der Frequenzteilerkette weist soviele bistabile Kippschaltungen auf, wie dies im Hinblick auf die Taktfrequenz zur Ansteuerung des Schieberegisters 21 erforderlich ist; d. h., der Abschnitt 19 a weits a+1 bistabile Kippschaltungen auf, wenn das Schieberegister m bistabile Kippschaltungen aufweist, wobei m = 2" ist.

Weist z. B. das Schieberegister 21 acht bistabile Kippschaltungen auf, so hat der Abschnitt 19 a dei Frequenzteilerkette vier bistabile Kippschaltungen, d. h., der Abschnitt 19 a teilt um einen Faktor 16 herunter.

Der Abschnitt 19 a der Frequenzteilerkette ist ferner so ausgelegt, daß an einem gesonderten Ausgang die um + π/2 oder +90° phasenverschobenen Taktsignale mit der Frequenz / bereitgestellt werden, die phasenrichtig zu dem zu demodulierenden Signal liegen.

Der Abschnitt 19 & der Frequenzteilerkette weist eine Anzahl von bistabilen Kippschaltungen auf, die gemäß der Arbeitsfrequenz der Phasenregelschleife gewählt ist; der Abschnitt 19 ft hat ferner zwei Ausgänge, an denen unterschiedlich stark herabgeteilte Signale bereitgestellt werden. Bei den oben angegebenen wahlweise verwendbaren Hilfsträgerfrequenzen und Bittaktfrequenzen unterscheidet sich die Frequenz der beiden an den Ausgängen des Abschnittes 19 ft bereitgestellten Signale um einen Faktor 8, so daß durch Betätigung des Schalters lift bzw. 12a, 12 fc die gewünschte Hilfsträgerfrequenz bzw. die gewünschte Bittaktfrequenz eingestellt werden kann.

Die in Fi g. 6 dargestellte Schaltung kann mit einer dem Einzelfall angemessenen Anpassung gleichermaßen in den drei Demodulatorstufen I, Π und III verwendet werden. Soll die in Fig.6 dargestellte Schaltung für die Hflfsträgertaktableitung verwendet werden, so ist / = 2/_e. Die Betätigung des Schalters 11 b erlaubt dann die Umstellung der Hilfsträgerfrequenz von 1024 Hertz auf 8192 Hertz, und der Frequenzteiler 5 ist an die Multiplizierschaltung 6 angeschlossen.

Soll die in Fig. 6 dargestellte Schaltung als Bittaktableitungsstufe Π verwendet werden, so ist

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/ — 2 F; eine Betätigung, des Schalters 12 α ermöglicht dann eine Umschaltuag der Bittaktfrequenz und damit auch der Npchrichtenübeitragungsrate von 8 bit/sek auf 64 bli/sek. in diesem Fall ist dann auch der Frequenzteiler 7 mit der Multiplizierschaltung 8 verbunden.

Wird die in Fig. 6 dargestellte Schaltung als Synchronisierstufe HI verwendet, so ist / = F. Eine Betätigung des mit dem Schalter 12 a gekoppelten Schalters 126 führt dann zu keiner Umschaltung von einem Ausgang des Abschnittes 196 der Frequenzteilerkette auf einen anderen, die Frequenz bleibt unverändert / = F. Anstelle der ausgezogenen Verbindungen zu den Multiplizierschaltungen 6 oder 8 und zu den Frequenzteilern 5 oder 7 sind nunmehr die gestrichelt dargestellten Verbindungen vorgesehen, die zur Kippschaltung 13 und zum Integrator 14 führen.

Bei einem praktisch ausgeführten erfindungsgemäßen Demodulator ist die Bandbreite der Phasenregelschleife 4, nicht kleiner als V1000 der Arbeitsfrequenz dieser Phasenregelschleife; der Bereich, in dem die Frequenz nachgefahren werden kann, ist größer als ±1,3% der Hilfsträgerfrequenz, während der Aquisitionsbereich besser als ±⁷-³/iooo der Hilfsträgerfre- as quenz ist. Ohne Frequenzverschiebung beträgt die Aquisitionszeit 7 Sekunden und maximal 15 Sekunden, wobei /„ = 8192 Hertz, F = 8 bit/sek und das Signalrauschverhältnis EfN₀ = 12 dB ist (E = pro Informationsbit übertragene Energie, W₀ = Rauschleistung). Der Demodulator ist so gut stabil, daß

40 Minuten nach dem Einschalten die maximale Änderung der Hilfsträgerfrequenz innerhalb von 11 Standen kleiner aus 10~^s ist, wobei der Eingang mit einem breitbandigen Rauschgenerator verbunden ist und kein Nachrichtensignal erhält

Bei diesem praktisch ausgeführten Demodulator werden die folgenden Leistungskenngrößen erhalten·

Bei /₀ = 1024 Hertz und F = 64 bit/sek oder /₀ = 8192 Hertz und F = 64 bit/sek erfolgt ein Auffinden der Frequenz automatisch für EfN₉ = +6 dB, die Aufrechterhaltung der Synchronisation ohne Bit-Verschiebung ist sichergestellt, bis EfN₀ = +3 dB, und die Anordnung arbeitet zufriedenstellend, bis EfN. — 0 dB.

Für f₀ = 1024 Hertz und F = 8 bit/sek arbeitet der Demodulator zufriedenstellend, bis EfN₀= + 4 dB. Die Aufrechterhaltung der Synchronisierung ohne Bit-Verschiebung ist bis EfN₀= +6 dB sichergestellt.

Für /₀ = 8192 Hertz und F = 8 bit/sek arbeitet der Demodulator praktisch bei einem Verhältnis EfN₀ in der Größenordnung von +11 dB. Die Aufrechterhalt ng der Synchronisation ist bis zu einem Wert EfN₀ = +13 dB sichergestellt.

Die Kurven, die die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fehlern bei der Demodulierung von in S-Zweiphasenumtastung übertragenen Nachrichten und beim Demodulieren von Rechtecksignalen darstellen, liegen bei dem erfindungsgemäßen Demodulator weniger als 2 dB von der Kurve für einen idealen PSK-Demodulator entfernt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: 8. Demodulator nach einem der Ansprüche 1

1. Demodulator für eine durch 5-Zweiphasen- bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenumtastung übertragene, von einem Hilfsträger ge- regelschleife auf dem Doppelten der wiederzutragene Nachricht, wobei die Nachricht und der gewinnenden Frequenz verriegelt und daß das Hilfsträger bezüglich ihrer Phase kohärent sind 5 Ausgangssignal der Phasenregelschleife über eine und die Nachricht und der Hilfsträger zusammen Divisionsschaltung (7) mit dem Teilveihältnis 2 ein kontinuierliches Spektrum aufweisen, welcher auf einen Eingang eines Demcdulationskreises (8) eine Stufe zur Hilfsträgerableitung und eine Stufe gegeben wird, dessen zweiter Eingang ebenfalls zur Bit-Takt-Ableitung aufweist, welche eine bei das auf die Verzögerungsschaltung (21) gegebene der Bit-Takt-Frequenz arbeitende Phasenregel- io Signal erhält und an dessen Ausgang das gemäß schleife ,mit einem spannungsgestenerten Oszilla- der wiedergewonnenen Frequenz demodulierte, tor aufweist, ,.dadurch gekennzeichnet, NRZ ■ M-codierte Nachrichtensignal bereitgestellt daß die Stufe zur Bit-Takt-Ableitung (II), auf wird.

deren Eingänge die vom Hilfsträger wieder ab-

genommene, codierte Nachricht gegeben wird, 15
eine Verzögerungsschaltung (21) zur Verzögerung

des auf sie gegebenen Eingangssignals und einen Die Erfindung betrifft einen Demodulator für eine

Multiplikator (22) zum Multiplizieren des Ein- durch 5-Zweiphasenumtastung übertragene, von

gangssignals mit dem verzögerten Eingangssignal einem Hilfsträger getragene Nachricht, wobei die

aufweist und daß die Phasenregelschleife (19, 20, ao Nachricht und der Hilfsträger bezüglich ihrer Phase

26 bis 29) durch das Ausgangssignal des Multipli- kohärent sind und die Nachricht und der Hilfsträger

kators (22) gesteuert wird. zusammen ein kontinuierliches Spektrum aufweisen,

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch ge- welcher eine Stufe zur Hilfsträgerableitung eine Stufe kennzeichnet, daß die an sich bekannte Stufe zur zur Bit-Takt-Ableitung aufweist, welche eine bei der Hilfsträgerableitung denselben Aufbau aufweist 25 Bit-Takt-Frequenz arbeitende Phasenregelschleife wie die Bit-Takt-Ableitungsstufe, jedoch bei der mit einem spannungsgesteuerten Oszillator aufweist. Frequenz des Hilfsträger arbeitet. Sn derartiger Demodulator ist in der Zeitschrift

3. Demodulator nach Anspruch 1 oder 2, wo- »Electronic Engineering«, Jahrgang 1968, Oktoberbei eine Synchronisierstufe zur Wiedergewinnung heft, S. 566 bis 570 beschrieben. Zum besseren Verder Phasenlage des demodulierten Signals vor- 30 ständnis der Arbeitsweise des bekannten Modulator gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Syn- und der Erfindung sollen nachstehend zunächst einige chronisiertufe (III) denselben Aufbau wie die Grundbegriffe der Übertragung von Nachrichten dar-Bit-Takt-Ableitungsstufe (II) aufweist und bei der gelegt werden.

Bit-Takt-Frequenz verriegelt. Unter der Übertragung einer Nachricht in Pha-

4. Demodulator nach einem der Ansprüche 1 35 senumtastung (im folgenden wird auch kurz von bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzö- PSK-Nachrichtenübertragung — Englisch: phase gerungsschaltung durch ein Schieberegister (21) shift keying — gesprochen) wird die Phasenmodulagebildet ist, daß der spannungsgesteuerte Oszilla- tion eines Hilfsträger durch ein digitales Nachrichtor (20) der Phasenregelschleife bei einer Oszilla- tensignal verstanden. Ein solches Nachrichtensignal torfrequenz vom m = 2^e-fachen der wiederzuge- 40 ist durch eine Aufeinanderfolge von Impulsen unterwinnenden Frequenz schwingt, daß die Schiebe- schiedlicher Höhe gegeben und wird oft auch als taktimpulse für das Schieberegister (21) vom Aus- PCM-kodiertes Nachrichtensignal bezeichnet (PCM gang des spannungsgesteuerten Oszillator (20) für Englisch: pulse code modulation). Der Hilfsabgenommen werden und daß ein Multiplikator träger ist ein die Nachricht tragendes perio-(26) der Phasenregelschleife an einem Eingang 45 disches Signal und kann seinerseits zur Modulierung das durch einen Frequenzteiler (19) um den Fak- eines Trägers verwendet werden oder auch nicht. Im tor η = 2^β+ι heruntergeteilte Ausgangssignal des folgenden geht es um Nachrichten, die durch eine spannungsgesteuerten Oszillators (20) erhält, wäh- willkürliche Aufeinanderfolge von Impulsen dargerend ein zweiter Eingang dieses Multiplikator stellt ist, wobei die Impulse einen von zwei mög-(26) das Ausgangssignal des Eingangssignal und 50 liehen Pegeln (+ 1 und — 1) aufweisen. Diese Nachverzögertes Eingangssignal multiplizierenden MuI- richten werden unter Verwendung des sogenannten tiplikators (22) erhält und das gegebenenfalls noch PCM-Codes, des NRZ-Codes oder des 50-Codes cozu verstärkende und j'.u filtrierende, zur Steuerung diert. Der B0-Code wird auch Zweiphasenumtastung des spannungsgesteuerten Oszillators (20) verwen- genannt. Eine für die PSK-Nachrichtenübertragung dete Steuersignal erzeugt. 55 wichtige Größe ist das Verhältnis η = f_r/F, wobei /₀

5. Demodulator nach einem der Ansprüche 1 die Frequenz des Hilfsträger und F die Frequenz bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur MuI- ist, mit der die digitalen Impulse der Nachricht auftiplikation des Eingangssignales mit dem ver- einanderfolgen. Die Frequenz F wird daher auch Bitzögerten Eingangssignal verwendete Multiplikator taktfrequenz genannt.

ein analog arbeitender Multiplikator (22) ist. 60 Bei PCM-Nachrichtenübertragungseinrichtungen

6. Demodulator nach einem der Ansprüche 1 handelt es sich um Zeitmultiplexsystem^ Solche werbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplika- den in der Regel dann verwendet, wenn eine große tor zur Mulplikation des Eingangssignals mit dem Anzahl von Informationen in Form aufe^:nanderfolverzögerten Eingangssignal ein binärer Digital- gender Impulse übertragen werden soll. Jeder der multiplikator (22) ist. 65 Impulse kann eines von zwei möglichen Niveaus »0«,

7. Demodulator nach Anspruch 6, dadurch ge- »1« annehmen und wird Bit genannt. Jeder der Nachkennzeichnet, daß der digitale Multiplikator (22) richtsnübertragungskanäle wird binär cod^;ert, um ein ODER-ODER-Gliede r aufweist. Wort oder mehrere Wörter darstellen zu können. Eine