DE2339889A1

DE2339889A1 - Asynchroner, digitaler frequenzmodulator

Info

Publication number: DE2339889A1
Application number: DE19732339889
Authority: DE
Inventors: Carlos D Cardon
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1972-08-21
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-03-28
Also published as: JPS4987267A; IT993011B; FR2197274A1

Description

PATEN ^NVVALr

»' . d^Ls^L _t ^m _e? * 2339883

FRiEDENSSTRASSE 29/3^

TELEFON: IDSTEIN 8237 BRA-2139

p 147024

SPERRY RAND CORPORATION, New York, N. I./üSA

Asynchroner, digitaler Frequensmodulator

Die Erfindung bezieht sich auf die Modulation von digitalen Signalen durch eine Frequenzverschiebung für die Übertragung von Zeichen und Abständen Über für die Sprache geeignete Telefon-Leitungen.

Bislang erfolgt die Übertragung von binären Daten zwischen digitalen Geräten tatsächlich in Form analog-artiger Bandbreitensignale auf einem Übertragungskanal oder einer für die Sprache geeigneten Telefonleitung, wie z. B. aus der Ii SA-Patent schrift Nr. 3.238.299 von Lender hervorgeht. Derartige Einrichtungen enthalten im allgemeinen eine Schaltung zur Umsetzung oder Modulierung des Flusses binärer Digits in ein frequenzmoduliertes Analogsignal aus zwei Frequenzen, die als Zeichen oder Abstand identifiziert werden; das Signal wird danach in seine digitale Form zurückgebracht oder demoduliert, wie man im Aufsatz! "Design a 1200 Bits/see FSK-Modulator^w der Zeitschrift: "Electronic Design" Nr, 6 vom 15.März 1971, Seiten 80 bis 83, nachlesen kann·

Man möchte jedoch diese Art der Übertragung von Zeichen und Abstand durch eine digitale Technik erreichen, damit die Frequenzen kristall· gesteuert werden können, also genauer sind und eine bekannte, digitale Schaltung mit Halbleitern verwendet werden kann.

Bei der einen Ausführungsform der Erfindung wird ein Empulssignal alt der Frequenz F zwei parallelen Frequenzteilern N₁ und N₂ zugeführt, so daß zwei Signale mit unterschiedlicher Impulsfolge

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INSPECTED

bzw» P/Hg entstehen. Jedes Signal treibt einen zugehörigen Übergangsdetektor an, der eine Reihe kurzandauernder Impulse an ein UND-Glied abgibt. Diese beiden UND-Glieder werden von dem wahren oder komplementären, binären Datensignal eingeschaltet, damit sie abwechselnd entsprechend der Dauer der binären Datensignale nacheinander Ausgangssignale dsr Frequenz F/l^ oder P/N₂ liefern« Die letzteren werden ihrerseits von einem dritten Frequenzteiler geteilt, dessen Ausgangssignale abwschselnd die Frequenz $/®i$_m oder F/S^m besitzen, also die frequenisiaodulierten Datensignale sind*

In einer weiteren Ausführungsform einer verallgemeinerten Schaltung werden η parallele Frequenzteiler, die unterschiedliche Teilfrequenzen abgeben, gemeinsam mit einer Frequenz F angetrieben, so daß ihre augehörigen UND-Glieder abwechselnd durch eines von η verschiedenen Datensignalen eingeschaltet werden. Die geteilten Frequenzsignale Ρ/Ν·,, Ρ/Ν«,.·■·..··F/N_n werden über ein gemeinsames ODER-Glied einem weiteren Frequenzteiler zugeführt, dessen Ausgangssignal ein n-äres frequenzmoduliertes Signal mit jeweils einer der Frequenzen F/NjN_m, _a ...Ρ/Ν N ist, wie durch die n-ären Datensignale festgelegt ist. In einer weiteren Ausführungsform werden bis au η unterschiedliche antreibende Frequenzen anstelle der einzelnen antreibenden Frequenz F benutzt«

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Die Einzelheiten der Figuren geben die wichtigsten Merkmale der Erfindung wieder· Es stellen dar:

Figur 1 ein Blockschaltbild des Modulators gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Satz von Signalkurven, die im Modulator der Figur 1 auftreten,

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Figur 3 ein Blockschaltbild des Modulators, in dem jedoch für jeden Frequenzteilerkanal ein gesonderter Oszillator vorgesehen ist, und

Figur 4 ein Blockschaltbild eines verallgemeinerten Modulators mit η parallelen Frequenzteiler-Kanälen.

Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines asynchronen, digitalen Frequenz« modulators gemäß der Erfindung* dessen Arbeitsweise in Verbindung mit den Signalkurven der Figur 2 erläutert ist« Das am Anfang der Signale stehende Bezugseeichen gibt an, an welcher Stelle dieser Signalverlauf in der Schaltung der Figur 1 auftritt«

Zu Beginn gibt ein Oszillator 12 ein Impulssignal 30 mit einer Frequenz F an zwei parallele Frequenzteiler 14 und 15 ab, die es durch den Faktor H^ bzw. Ng teilen» Diese beiden positiven Faktoren sind vorzugsweise nicht gemeinsam durch eine oder mehrere ganze Zahlen * (mit Ausnahme der Eins) teilbar. Von den beiden Frequenzteilern 14 und 15 wird je ein Signal 31 bzw· 32 mit der Frequenz F/H^ bzw· F/N₂ einem Übergangsdetektor 16 bzw» 17 zugeleitet, der den Obergang des Signales 31 bzw. 32 ins Negative hinein wahrnimmt und dementsprechend ein Signal 33 bzw. 34 mit derselben Frequenz an den einen Eingang eines tJHD-Gliedes 16 bzw. 19 abgibt. Als Schaltsignale der UND-Glieder 18 und 19 dienen ein wahres binäres Datensignal 35 bzw. ein komplementäres Datensignal 36, von denen das letztere in einem Negator 37 gebildet wird.

Das wahre Datensignal 35 schaltet abwechselnd mit dem Datensignal 36 das UND-Glied 18 bzw, 19 ein, so daß abwechselnde Signale 38 und 39 au einem ODER-Glied 21 übertragen werden.

Ein aus dem Signal 38 oder 39 in Abhängigkeit vom Datensignal abwechselnd gebildetes Signal 40 gelangt zu einem Frequenzteiler 22,

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der es durch den Faktor N teilt, so daß ein binäres Signal 42 mit den abwechselnden Frequenzen ίΆ-jN^ oder F/N N_m entsteht.

Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Modulation durch das binäre Datensignal in Form einer Verschiebung zwischen zwei un terschiedlichen Frequenzen, nämlich

die die Signale "Zeichen" und "Abstand" für die Übertragung des binären Datensignals wiedergeben. Wenn die Phase am Übergang des Datensignals abbricht oder springt» kann sich eine Störung unter den Symbolen ergeben, die im demodulierten Ausgangssignal erscheint. Bei einem digitalen Verfahren zur asynchronen Frequenzmodulation muß daher ein Phasensprung im modulierten Ausgangssignal vermieden werden« Von der Ausführungsform der Figur 1 wird diese Forderung erfüllt. Die spezielle Ausgangsfrequenz des Modulators 10 wird vom binären Datensignal derart beeinflußt, daß die Störung um einen l/N_a proportionalen Faktor vermindert wird.

Die folgenden Werte seien für den Modulator 10 gegeben:

F - 844,8 kHz
N₁ ·* 11
N₂- 6

N_ffl« 64 i

dann ergibt sich f_lm « 1200 Hz und f^ " 2200 Hz .

Nun sei angenommen, daß sich das Datensignal 35 auf einem hohen Po tential befinde und das UND-Glied 16 eingeschaltet sei. Das Signal 42 hat dann als Ausgangssignal des Modulators 10 die Frequenz t^_m 1200 Hz. Falls ein Übergang im Datensignal 35 auftritt, werden die

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Flipflops dee Frequenzteilers 22 in den einen binären Zustand gebracht, der einen Bruchteil eines Zyklus der Trägerfrequenz f^ darstellt, der vor dem Übergang des Datensignals endet. Unmittelbar nach dem übergang des Datensignals wird das UHD-Glied 19 eingeschaltet, und die Trägerfrequenz wird zur Frequenz fg«, ⁿ^ⁿ verschoben. Wenn das Ausgangssignal des Modulators von der Frequenz f-^ zur Frequenz f~ tibergeht, wird dieselbe Phase des Trägersignals (gebrochener Zyklus) mit einer Genauigkeit beibehalten, die sich durch die Gleichung angeben läßt:

P » (l/N_ffi x 100) % eines TrägersignalZyklus,

wobei P die Störung ist, die in Prozenten der Trägersignalfrequenz geraessen wird, die dem übergang des Datensignals folgt.

Somit ist die Störung P dem Faktor Ν_β umgekehrt proportional. Der Wert des Faktors N_m, (der normalerweise eine Potenz von 2 entsprechend der Gleichung: »_m « 2^X sein würde, in der χ eine positive ganze Zahl ist)» ist derart gewählt, daß sich die geforderte maximale Störung gemäß der vorherigen Gleichung ergibt. Die erwünschten Trägerfrequenzen f^ und fgjjj schreiben dann die Wahl der Grundfrequenz F und der Faktoren N₁ und Ng vor· Falls die numerische Beziehung zwischen den Frequenzen f·^ und f«- derart ist, daß ein passender Wertesatz für F, N₁ und N₂ nicht gefunden werden kann, können zwei Oszillatoren 12a und 12b von unterschiedlicher Frequenz F_a und F^ gesondert an die Frequenzteiler 14 und 15 angeschlossen werden, wie die Figur 3 zeigt*

In Figur 4 ist ein Blockschaltbild eines asynchronen, digitalen FrequenzBodulators 60 in einer verallgemeinerten Art wiedergegeben« Bin einseiner Oszillator 62 gibt über eine Klemme 63 ein impulsförmiges, binäres Signal mit der Frequenz F ab, das parallel Frequenzteilern 64, 66 und 68 zugeleitet wird· Wie bei der Ausführungsform der Figur

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1 sind die Frequenzteiler 64, 66, 68 mit je einem nachgeechalteten

Übergangsdetektor 70, 72, 74, die die Frequenz F/N^; F/H₂, F/N

bilden, an die eine Eingang3klemme von UND-Gliedern 76, 78 bzw. 80 angeschlossen, denen als Schaltsignale zusätzlich die binären Datensignale auf gesonderten Leitungen 82, 84 und 86 zugeführt werden. Da nur eine der Leitungen 82, 84, 86 jeweils erregt wird, wird das jeweils von einem ODER-Glied 90 abgegebene Signal unter den Signalen

mit den Frequenzen F/ϊΓρ F/N₂, F/N_n ausgewählt, die abwechselnd

einem Frequenzteiler 92 zugeleitet werden. Der Frequenzteiler 92 teilt das empfangene Frequenz signal durch den Faktor N , so daß auf einer einseinen Leitung 94 ein mit Daten moduliertes Signal der Frequenz F/NjN^ F/N₂N_ffi}...,..F/»_nN_m abgegeben wird.

Zuvor sind Schaltungskombinationen an sich bekannter, digitaler Geräte erläutert, von denen eine Frequenzmodulation binärer Signale bewirkt wird. Sie liefern verschiedene binäre Frequenzsignale zur Datenübertragung z. B. zwischen einem Rechenautomaten und dem Ort des Modulators bzw. Demodulators in einem datenverarbeitenden System mit zahlreichen Anschlüssen. In der einen Schaltung sind zwei parallele Frequenzteiler, die gemeinsam mit einer einzigen Frequenz F angetrieben werden, mit ihrem zugehörigen, nachgeschalteten UND-Glied verbunden, das abwechselnd durch das wahre oder komplementäre, binäre Datensignal eingeschaltet wird. Die so erzeugten, abwechselnden Frequenzsignale F/N, bzw. F/N₂ werden über ein gemeinsames, an Ausgang liegendes ODER-Glied einem dritten Frequenzteller zugeführt, der das binäre Modulationssignal bei einer Frequenz von F/N^N_m oder abgibt, wie von dem binären Datensignal festgelegt ist«

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Asynchroner, digitaler Frequenzmodulator, der von mehreren Impulsgeneratoren antreibbar ist, die je eine Impulsfolge in einer unterschiedlichen Frequenz abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgen in den unterschiedlichen Frequenzen (F_a, F^) je einem Übergangsdetektor (16, 17) zuführbar sind, der die Impulsform, aber nicht die Frequenz (F_a, F^) abändert, daß die Übergangsdetektoren (16, 17) über je ein UND-Glied (18, 19) und ein nachgeschaltetes ODER-Glied (21) an einem Frequenzteiler (22) liegen, der eine Frequenzteilung um einen Faktor N vornimmt, und daß den zweiten Eingängen (35, 36) der beiden UND-Glieder (18, 19) Datensignale nacheinander als Schaltsignale zuführbar sind und abwechselnd eine der Impulsfolgen mit der Frequenz (F bzw. F_fe) hindurchgehen lassen, so daß das Ausgangssignal (42) des Frequenzteilers (22) abwechselnde Frequenzen CF /F_m, F^/F_m) während derjenigen Zeitspannen sind, die von den Datensignalen festgelegt sind.

2. Frequenzmodulator nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator einen Oszillator (12, 62) mit der Impulsfrequenz F enthält, die in Frequenzteilern (14, 15» 64, 66, 68) durch den Faktor (N₁, N₂ bzw« N-) geteilt wird, und daß die geteilte Frequenz (F/N-^, F/Ng bzw. F/ii^) jeweils dem nachgeschalteten Übergangsdetektor (16, 17; 70, 72, 74) zuführbar ist»

3. Frequenzmodulator nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dividend N_m des Frequenzteilers (22, 92) eine Potenz von 2 gemäß der Gleichung N_m « 2^X ist·

4. Frequenzraodulator nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dividenden N^ und N₂ der Frequenzteiler (14, 15) positive ganze Zahlen sind, die keine gemeinsamen gamaahligen Teiler alt Ausnahme der Zahl 1 aufweisen.

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5« Frequenzmodulafcor nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodenlänge der Ausgangssignale der Frequenstoiler (14| 15; 64, 66, 68) ein ganzzahliges Vielfaches der Periodenlänse der von den Oszillatoren (12;.12a, 12b; 62) abgegebenen Impulse beträgt.

6. Frequenzmodulator nach dem Anspruch 1, dadurch Se kenn zeichnet, daß dem einen UND-Glied (18) das wahre Datensignal und dem anderen UND-Glied (19) das komplementäre Datensignal zufährbar ist.

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