DE2354718A1 - Demodulationsverfahren fuer phasenumgetastete schwingungen und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Demodulationsverfahren fuer phasenumgetastete schwingungen und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2354718A1 DE19732354718 DE2354718A DE2354718A1 DE 2354718 A1 DE2354718 A1 DE 2354718A1 DE 19732354718 DE19732354718 DE 19732354718 DE 2354718 A DE2354718 A DE 2354718A DE 2354718 A1 DE2354718 A1 DE 2354718A1
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Description

LI CEIiTIl
P ate nt- Ve rw al tung s-GmbH
6000 Frankfurt (Main). 70, Theodor-Stern-Kal 1
Ulm, 26. Oktober 1973
PT-UL/Kö/sa
UL 73/129
"Bemodulationsverfahren für -PSK-modullortG phase Schwingungen und Schaltungsanordnung zur Durchxünrung des Verfallrens"
Die Erfindung "betrifft ein Demodulationsverfahren für PSS-niodulierte Schwingungen und eine Schaltungsanordnung zur Emrchführung des Verfahrens. .
Unter PSK-Ko dul at ion versteht der Fachmann ein Ifedula-. . tlonsTerfahren, das mit dem sogenannten Phase-shift-Keying arbeitet. Zur Unterträger- "bzw. Datendemodulation werden phasengerastete Regelschleifen verwendet. Es werden zur Unterträgerdemodulation zwei Schältungsrealislerungen angewendet: die Quadrier-Schleife (1BqUaring loop) und die Costas-Schleife (Costas loop). Beide Segelschleifen "bestehen aus. einem Phasendetektor, einem Regelfilter und einen durcr. eine Steuerspannung in seiner Frequenz veränderbaren Oszillat:
MD ORIGINAL 5098 197 055 5 '
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Venn zwischen dem Eingangssignal und der vom Oszillator generierten Referenz eine Phasendifferenz "besteht, erzeugt der Phasendetektor ein Regelsignal, welches, durch das Segelfilter geglättet, den Oszillator in seiner Frequenz so variiert, daß die Phasendifferenz minimal wird. Da "bei PSE-modulierten Eingangssignalen die Polarität dieser Signale sich im Rhythmus' der Datenmodulation um - 180° ändert, muß der Phasendetektor der Regelschleife so ausgelegt sein, daß diese Pnasensprünge im Eingangssignal das Regelsignal des Oszillators nicht "beeinflussen. Derartige Segelschleifen sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Vie daraus zu ersehen ist, sind die "bekannten Regelschleifen sehr komplex aufgebaut.
In der Quadrier-Schleife (Fig. 1) wird das Eingangssignal C- A,, sin ω t) über einen Bandpaß (1) einer Quadrierstufe
I U
(2) zugeleitet und durch einen Bandpaß (3), der auf die doppelte -Frequenz abgestimmt ist, einem Zerhacker (4-) zugeleitet. Das Ausgangssignal des Zerhackers, das proportional der Phasenverschiebung zwischen Eingangssignal und Oszillatorreierenzspannung (6) ist, wird im Schleifenfiluer (5) geglättet und steuert die Frequenz des Oszillators nach, Un das Ausgangssignal zu erzeugen, wird die Frequenz des Oszillators halbiert (7), die Phase des Signals wird um
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J - "<■■", 23547T8
- 3- .-;;' ί \ ^ 73/129
gedreht (8) und wird dann zusammen mit; dem Eingangssignal der Schleife einem Zerhacker (9) zugeführt. Das .Ausgangssignal kann mathematisch-"beschrieTDen werden als ■.'....
- Ap sin ^t,
wobei das Vorzeichen jeweils die "binäre Dateninformatiön enthält. _ . .""-..--/■ .- ■■"■'"■; . .""- -
In der Qostas-Schleife wird das Eingangssignal (£ A4 sin ω;t) parallel zwei Zerhackern (210 und (28) zugeleitet. Die Zerhacker-Ausgangssignale werden durch Tiefpässe (22) und (29) geglättet und einem Analograultxplizierer (23) zugeführt. Das Ausgangssignal des MuItipIizierers wird im Eegelfilter (24-) geglättet und steuert die Frequenz des; Oszillators (25)> Da der Oszillator auf der doppelten Eingangsfrequenz schwingt·, wird die Oszillatorfrequenz halbiert (26) und dem Zerhacker (21) als Referenzspannung zugeführt. Die Referenzspannung des Zerhackers (22) muß um 90° iB. der Phase "verschoben sein gegenüber dem Eingangssignal. Dies wird in einer Phasendrehstufe (27) erreicht.
Die der .Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es., die vorher beschriebenen Nachteile zu überwinden und eine möglichst einfache Schaltungsrealisierung zur Demodulation von
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" BA .ORIGINAL
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?3EI-2.odulierten Signalen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelost, daß das Eingangssignal mit einer ersten Referenzspannung, die um eine viertel Periodendauer voreilt, verknüpft wird, das so erzeugte erste Aus gangs signal um eine halbe Periodendauer seitlich verzögert und mit einem gleichen, jedoch unverzögerten ersten Aus gangs signal verknüpft wird und das hierdurch erzeugte zweite Ausgangssignal als Rege!spannung für die Phaseneinstellung einer Referenzspannung verwendet wird, die mit der Eingangsspannung verknüpft wird, womit die demodulierte AusgangsSpannung gewonnen wird.
Torzugsweise wird dieses Verfahren so durchgeführt, daß die Signale digitalisiert werden. Ss ergeben sich, damit vorteilhafte Realisierungsmöglichkeiten für eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Diese können dann aus rein digital arbeitenden Einzelelementen "bestehen. Eine "bevorzugte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ve rf alar ens enthält drei Exclusiv- Oder -Te rknüpfungs schaltungen, eine Verzögerungsleitung, vorzugsweise ein getakx;·=- tes Gchieberegister, ein Filter, einen auf einem mehrfachen (η-fachen) der Eingangsfrequenz schwingenden Oszillator und
einen Frequenzteiler. Wenn als Verzögerungsleitung kein Schieb; register verwendet wird, braucht die Oszillatorfrequenz nur doppelt so groß sein, wie die Eingangsfrequenz.(n=2). Biese Bauelemente sind so miteinander * ~ ~
509819/0555 sad original
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verschaltet, daß der ersten Exklusiv-Oder-Schaltung das Eingangssignal zugeführt wird. Dessen anderer Eingang erhalt eine Referenzspannung- aus einem Frequenzteiler, der die Frequenz des Oszillators durch η teilt. Die Ausgangs spannung der ersten Exklusiv-Oder-Schaltung ist zum einen direkt;, zum anderen über die Verzögerungsleitung mit den Eingängen der zweiten Exklusiv-Oder-Schaltung verbunden, deren Ausgangsspannung über das Filter die Phasas des Oszillators steuert. Ist die Verzögerungsleitung ein getastetes Schieberegister, erhält dieses seinen Takt über eine Verbindungsleitung vom Frequenzteiler. Die Ausgangsspannung dieses Frequenzteilers ist die eigentliche Referenzspannung für die Eingangsspannung, die in der dritten Exklusiv-Oder-Schal tung miteinander verknüpft werden und die demodulierte Aus gangs spannung ergeben.
Für die Serienproduktion sowie für Anwendungen, wo besonders hohe Zuverlässigkeitswerte gefordert werden (Raumfahrt) ,. ist es notwendig, Schaltungssysteme zu verwenden, die mit mini- · rialer Komplexität die geforderten elektrischen Eigenschaften zeigen. Durch die Erfindung wird eine Phasenregelschleife zur Demodulation von PSK-modulierten Trägern realisiert, die diese Forderung erfüllt, indem mit erheblich verringertem
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Aufwand gegenüber den "bekannten Verfahren eine zuverlässige Arbeitsweise sichergestellt ist.
Die Erfindung wird im folgenden, anhand von Ausführungsbeispielen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, "be ξ ehj?ie~ben.
Es bedeuten: Fig. 3 Darstellung des Blockschaltbildes der e rf indungs gemäßen Regelschleife, Fig. 4- Impulsfolgen.
Die grundsätzliche Funktionsweise des erfindungsgemäßen PSK-Demodulators wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. und 4- an einem digital arbeitenden Beispiel erläutert.
Das Eingangssignal a gelangt über die Eingangsklemme zur ersten Exklusiv-Oder-Schaltung 01). Das Referenzsignal b ist gegenüber dem Eingangssignal um T/4 zeitlich voreilend, wobei 1T die Periodendauer der Schwingung ist (vgl.. Fig. M-). Das
zweiten
Aus gangs signal c wird einmal direkt -zur/Exklusiv-Oder-Schal-■cung (53) weitergeleitet, zum anderen wird es um T/2 in einer Verzögerungsleitung (32), vorzugsweise einem Schieberegister (32) zeitlich verzögert und ergibt das Signal d. Aus den beiden Signalen c und d entsteht das Regelsignal· e, das folgende wesentliche Eigenschaften hat:
509819/05 5 5
■■ -. .. : ..-■'.' - Ί-: ; TJL 73/129
1) Der Mittelwert des Regelsignals e ist proportionalder Phasenverschiebung zwischen; Signal a und Referenz "b, d. h. "bei voreilender Phase der Referenz wird der Mittelwert größer, "bei nacheilender Phase kleiner : als bei Phase KuIl. Hierdurch läßt sich eine Regelschleife synchronisieren.
2) Das Segelsignal ändert seine Charakteristik nicht, wenn das Eingangssignal Phasensprünge Um; 180 aufweist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit,: PSK-Signale zu demodulieren.
Das Regelsignal wird in einem Regelfilter (34) geglättet und steuert die.Frequenz des Oszillators (35) so nach, daß die Phasendifferenz zwischen- a und b gleich T/4- ist. Die Frequenzteilerkette (36) erzeugt drei verschiedene Signale: . ■■' ■ _".-"■
1) das Signal h mit der Frequenz f durch Teilung durch den Faktor η ■■'" ■"""-." .--.=■ ■
2) das Referenzsignal Td, welches folgende logische Funktion darstellt: -'.-"----" -, ; .
(f^n-1 b fu/n--2) /2 ; : :^
(wobei das Zeichen "^" die logische Und-Verknüpfung darstellen soll) V -
3') der Takt i für das Schieberegister (-^ Oszillatorfre.quenz).
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- 8 - TJL" 73/129
Da das Signal i als Taktsignal für das Schieberegister 32 eine Quantisierung des entsprechend der- Phasenverschiebung sich kontinuierlich ändernden Signals c vornimmt, muß das · Seiet sign al gegenüber, der Frequenz des Signals c eine möglichst hohe Frequenz besitzen, damit die Quantisierungs- £Chri~te klein sind und das Signal d das Signal c möglichst genau abbildet. Daher wird das Signal i in der Realisierung Oszillatorfrequenz besitzen.
Das Signal h stellt das eigentliche Referenzsignal für die koaär#r.te Demodulation des Eingangssignals dar. Letztere
Q-rittren
"beiden Signale werden indei/Sxklusiv-Oder-Schaltung (37) miteinander verknüpft und ergeben das demodulierte Ausgangssignal· (k) am Ausgang der Schaltung (37).
Aus der Beschreibung lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäBen Verfahrens ablesen: Neben den für alle Hegels chleifeii gleichermaßen verwendeten Bausteinen Regelfilter, Oszillator und Log.· Verknüpfung (Teilung + 90°) müssen in der Quadrierschleife zusätzlich zwei Bandpaßfilter und eine Quadrierstufe ( =· Verdoppler) verwendet werden. In der Costas-Schleife werden zusätzlich zwei Tiefpaßfilter und ein Anaiog-Kultiplizierer benötigt.
509819/0555 8^D OBiGiNAL
- 9-- \,.'.;-.■ TJL 73/129 ";■■■■
Die erfindungsgemäße Kegelschleife benötigt als zusätzliche Elenente lediglich ein-Schieberegister und'zwei"weitere Sx-clusiv-Oder-Yerknüpfungen. /
Diese Realisierungsmöglichkeit gestattet einen weitgehend digital arbeitenden Aufbau, der wegen der leichten -and billigen Realisierungsnöglichkeit und den nicht ."mehr existierenden Abgleichprozeduren (Bandpässe, Analogmurtiplizierer) und den-nicht mehr existierenden - Briftproblenen.(wegen rcnperaruränderungen) entscheidende Vorteile hat.
SAD ORIGINAL
5Ü981970555

Claims (3)

- 10 - UL 73/129 Pat.ent ansprüche
1. Demodulationsverfahren für PSK-Modulation, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (a) mit einer Referenzspannung (b), die um eine viertel Periodendauer voreilt, verknüpft wird (1), das so erzeugte Ausgangssignal (c) um eine halbe Periodendauer zeitlich verzögert .(d) und mit einem gleichen, jedoch unverzögerten Ausgangssignal· (c) verknüpft wird (3) "und die hierdurch erzeugte Ausgangsspannung (e) als Regelspannung für die Phaseneinstellung der Referenzspannung (b) verwendet wird, die mit dem Eingangssignal (a) verknüpft wird, womit die demodulierte Ausgangsspannung (X) gewonnen wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch T, "bei welchem das Eingangssignal in digitalisierter Form vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Exklusiv-Oder-Schaltung (31) vorgesehen ist, deren einer Eingang mit dem.
Signaleingang, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Frequenzteilers (36) und dessen Ausgang zum einen direkt und zum anderen über eine Verzögerungsleitung (32) mit den Eingängen einer zweiten Exklusiv-Oder-Schaltung (33) verbunden sind, deren Ausgang über ein Filter (32O mit dem Steuerein-
- 11 509819/0555
- 11 V ; OL 73/129
gang eines phasensteuerbaren mit dem n-fachen der Eingangs— frequenz schwingenden Oszillators (35) in Verbindung -st ehr,, dessen frequenz yon einem Frequenzteiler (36)durch den Taktor η geteilt dem einen Eingang der ersten Exklüsiv-Cdex'-Schaltung (31) und dem einen Eingang einer dri-öten Exkiusiv-Oder-Schaltung (37)' zugeführt ist,; deren anderer Eingang mit dem Signaleingang verbünden ist. - . - '
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (32) ein getaktetes Schieberegister isti dessen Takteingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers (36) Terbundenist. : -." .-■ .
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Λ .
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