DE2354718B2

DE2354718B2 - Demodulationsverfahren für phasenumgetastete Schwingungen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2354718B2
Application number: DE2354718A
Authority: DE
Inventors: Siegbert Dipl.-Ing. 7900 Ulm Knapp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1981-03-26
Also published as: US3970945A; DE2354718A1; DE2354718C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Demodulationsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Phasenumtastung von Schwingungen wird üblicherweise mil PSK abgekürzt, aus dem englischen »Phase-shift-Keying«. Zur Unterträger- bzw. Datendemodulation werden phasengerastete Regelschleifen verwendet. Es werden zur Unterträgerdemodulation meist zwei Schaltungsrealisierungen allgewendet: die Quadricr-Schleife (Squaring loop) und die Costas-Schleife (Costas loop). Beide Regelschleifen bestehen aus einem Phasendetektor, einem Rcgclfilter und einem durch eine Steuerspannung in seirrr frequenz ver

änderbarer Oszillator.

Wenn zwischen dem Eingangssignal und der vom Oszillator generierten Referenz eine Phasendifferenz besteht, erzeugt der Phasendetektor ein Regelsignal, welches, durch das Regelfilter geglättet, den Oszillator in seiner Frequenz so variiert, daß die Phasendifferenz minimal wird. Da bei PSK-modulierten Eingangssignalen die Polarität dieser Signale sich im Rhythmus der Datenmodulation um ± 130° ändert, muß der Phasende-

to tektor der Regelschieife so ausgelegt sein, daß diese Phasensprünge im Eingangssignal das Regelsignal des Oszillators nicht beeinflussen. Derartige Regelschleifen sind in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Wie daraus zu ersehen ist, sind die bekannten Regelschleifen sehr

is komplex aufgebaut.

In der Quadrier-Schleife (Fig. 1) wird das Eingangssignal (±A\ sin o)_ut) über einen Bandpaß (1) einer Quadrierstufe (2) zugeleitet und durch einen Eandpaß (3), der auf die doppelte Frequenz abgestimmt ist, einem Zerhacker (4) zugeleitet. Das Ausgangssignal des Zerhackers, das proportional der Phasenverschiebung zwischen Eingangssignal und Oszillatorreferenzspannung (6) ist, wird im Schleifenfilter (5) geglättet und steuert die Frequenz des Oszillators nach. Um das Ausgangssignal zu erzeugen, wird die Frequenz des Oszillators halbiert (7), die Phase des Signals wird um 90° gedreht (8) und wird dann zusammen mit dem Eingangssignal der Schleife einem Zerhacker (9) zugeführt. Das Ausgangssignal kann mathematisch

JO beschrieben werden als

±/t2 sin² ω«/,

wobei das Vorzeichen jeweils die binäre Dateninformation enthält.

>5 In der Costas-Schleife wird das Eingangssignal {±Λ, sin ü)_ui) parallel zwei Zerhackern (21) und (28) zugeleitet. Die Zerhacker-Ausgangssignale werden durch Tiefpässe (22) und (29) geglättet und einem Analogmultiplizierer (23) zugeführt. Das Ausgangssi gnal des Multiplizierers wird im Regelfilter (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° in der Phase verschoben sein gegenüber dem Eingangssignal. Dies wird in einer Phasendrehstufe (27) erreicht.

Aus der DE-AS 12 19 966 ist eine weitere Schaltung zur Demodulation von PSK-Schwingungen bekannt.

V) Dabei wird der Einfluß der Modulation auf die Rcgclspannung des Oszillators durch zwei umschalibare Phasendetektoren verhindert. Das Ausgangssignal des spannungsgestcuerten Oszillators wird zum einen um +λ/2, zum anderen um -π/2 gedreht und in den Phasendetektoren mit dem Eingangssignal verknüpft. Die Ausgangssignale der Phasendetektoren ergeben alternativ das Regelsignal für den Oszillator. Das Umschallkriterium zwischen den beiden Ausgangssignalen wird von dem demodulierten Signal abgeleitet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es. den komplexen Aufbau der bekannten Schaltungen zu vermeiden und ein möglichst einfaches Verfahren zur Demodulation von PSK-moduliertcn Signalen zu schaffen.

es Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorzugsweise wird dieses Verfahren so durchgeführt, daß die Signale digitalisiert werden. Ks 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 Verfahrens enthält drei Exklusiv-Oder-Verknüpfungsschaltungen, eine Verzögerungsleitung, vorzugsweise ein getaktetes Schieberegister, ein Filter, einen auf einem mehrfachen (n-fachen) der Ei.igangsfrequenz schwingenden Oszillator und einen Frequenzteiler. Wenn als Verzögerungsleitung kein Schieberegister verwendet wird, braucht die Oszillatorfrequenz nur doppelt so groß sein, wie die Eingangsfrequenz (n=2). Diese Bauelemente sind so miteinander verschaltet, daß der ersten Exklusiv-Oder-Schaltung das Eingangssignal zugeführt wird. Dessen anderer Eingang erhält eine Referenzspannung aus einem Frequenzteiler, der die Frequenz des Oszillators durch η teilt. Die Ausgangsspannung der ersten Exklusiv-Oder-Spannung ist zum einen direkt, zum anderen über die Verzögerungsleitung mit den Eingängen der zweiten Exkiusiv-Oder-Schallung verbunden, deren Ausgangsspannung über das Filter die FViase des Oszillators steuert. Ist die Verzögerungsleitung ein getaktetes Schieberegister, erhält dieses seinen Takt über eine Verbindungsleitung vom Frequenzteiler. Die 2·> Ausgangsspannung dieses Frequenzteilers ist die eigentliche Referenzspannung für die Eingangsspannung, die in der dritten Exklusiv-Oder-Schaltung miteinander verknüpft werden und die demodulierte Ausgangsspannung ergeben.

Für die Serienproduktion sowie für Anwendungen, wo besonders hohe Zuverlässigkeitswerte gefordert werden (Raumfahrt), ist es notwendig, Schaltungssysteme zu verwenden, die mit minimaler Komplexität die geforderten elektrischen Eigenschaften zeigen. Durch π die Erfindung wird eine Phasenregelschleife zur Demodulation von PSK-modulierten Trägern realisiert, die diese Forderung erfüllt, indem mit erheblich verringertem Aufwand gegenüber den bekannten Verfahren ein«: zuverlässige Arbeitsweise sichergestellt ίο ist.

Die Erfindung wird im folgenden, anhand von Ausführungsbeispielen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben.

Es bedeuten: Fig.3 Darstellung des Blockschaltbil- *"> des der erfindungsgemäßen Rege/schleife, F i g. 4 Impulsfolgen.

Die grundsätzliche Funktionsweise des erfindungsgcmäßen PSK-Demodulators wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 an einem digital so arbeitenden Beispiel erläutert.

Das Eingangssignal a gelangt über die Eingangsklemme zur ersten Exklusiv-Oder-Schaltung (31). Das Referenzsignal b ist gegenüber dem Eingangssignal um 774 zeitlich voreilend, wobei Tdie halbe Periodendauer v> der Schwingung ist (vgl. F i g. 4). Das Ausgangssignal c wird einmal direkt zur zweiten Exklusiv-Oder-Schallung (33) weitergeleilet, zum anderen wird es um 772. also eine viertel Periodendauer, in einer Verzögerungsleitung (32), vorzugsweise einem Schieberegister (32) zeitlich ver/ögerl und ergibt das Signal d. Aus den beiden Signalen cund i/entsteht das Regelsignal c, das folgende wesentliche Eigenschaften hat:

1) Der Mivielwert des Regelsignals eist proportional der Phasenverschiebung zwischen Signal 3 und Referenz b, d. h, bei voreilender Phase der Referenz wird der Mittelwert größer, bei nacheilender Phase kleiner als bei Phase Null. Hierdurch läßt sich eine Regelschleife synchronisieren.

2) Das Regelsignal ändert seine Charakteristik nicht, wenn das Eingangssignal Phasensprünge um 180° aufweist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeil, PSK.-Signale zu demodulieren.

Das Regelsignal wird in einem Regelfilter (34) geglättet und steuert die Frequenz des Oszillators (35) so nach, dali die Phasendifferenz zwischen a und bgleich 774 ist. Die Frequenzteilerkette (36) erzeugt drei verschiedene Signale:

1) das Signal h mit der Frequenz I], durch Teilung durch den Faktor n;

2) das Referenzsignal b, welches tilgende logische Funktion darstellt:

(Un-\ & !Jn-I)Il

(wobei das Zeichen »&« die logische Und-Verknüpfung darstellen soll);

3) der Takt/ für das Schieberegister (~ Oszillatorfrequenz).

Da das Signal /als Taktsignal für das .Schieberegister 32 eine Quantisierung des entsprechend der Phasenverschiebung sich kontinuierlich ändernden Signals c vornimmt, muß das Taktsignal gegenüber der Frequenz des Signals c eine möglichst hohe Frequenz besitzen, damit die Quantisierungsschritte klein sind und das Signal d das Signal c möglichst genau abbildet. Daher wird das Signal /in der Realisierung Oszillatorfrequenz besitzen.

Das Signal b stellt das eigentliche Referenzsignal für die kohärente Demodulation des Eingangssignals dar. Letztere beiden Signale werden in der dritten Exklusiv-Oder-Schaltung (37) miteinander verknüpft und ergeben das demodulierte Ausgangssignal (k) am Ausgang der Schaltung (37).

Aus der Beschreibung lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ablesen: Neben den für alle Regelschleifen 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-Sch'.eife werden zusätzlich zwei Tiefpaßfilter und ein Analog-Multiplizierer benötigt.

Die erfindungsgemäße Regelschleife benötig; als zusätzliche Elemente lediglich ein Schieberegister und zwei weitere Exklusiv -Oder-Verknüpfungen.

Diese Realisierungsmöglichkeit gestattet einen weitgehend digital arbeitenden Aufbau, der wegen der leichten und billigen Realisierungsmöglichkeit und den nicht mehr existierenden Abgleichprozeduren (Bandpässe, Analogmultiplizierer) und den nicht mehr existierenden Driftproblcmcn (wegen Tcmperatu'änderungen) entscheidende Vorteile hat.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Deriiodulationsverfahren für phasenumgetastete Schwingungen, bei dem das Eingangssignal mit einer phasenverschobenen Referenzspannung verknüpft wird und bei dem eine vom Eingangssignal abgeleitete Spannung als Regelspannung für die Phaseneinstellung der Referenzspannung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (a) mit einer ersten Referenzspan-'.ung {bX die um eine achtel Periodendauer voreilt, verknüpft wird, das so erzeugte Ausgangssignal (c) um eine viertel Periodendauer zeitlich verzögert (d) und mit einem gleichen, jedoch unverzögerten Ausgangssignal (c) verknüpft wird und die hierdurch erzeugte Ausgangsspannung (e) als Regelspannung für die Phaseneinstellung sowohl der ersten Referenzspannung (b) als auch einer zweiten nicht phasenverscr.obenen Referenzspannung (h) verwendet wird, die iüii dem Eingangssigna! (s) verknöpft wird, womit die demodulierte Ausgangsspannung (k) gewonnen wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 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, deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Frequenzteilers (36) und deren Ausgang zum -.inen direkt und zum anderen über eine Verzögerungsleitung (32) mit den Eingängen einer zweiten Exklusiv-Oder-Schaltung (33) verbunden sind, deren Ausgang über ein .filter (34) mit dem Steuereingang eines phasensteu<:rbaren mit dem /7-fachen der Eingangsfrequenz schwingenden Oszillators (35) in Verbindung steht, dessen Frequenz von dem Frequenzteiler (36) durch den Faktor η geteilt und zum einen um eine achtel Periodendauer voreilend dem einen Eingang der ersten Exklusiv-Oder-Schaltung (31) und zum anderen dent einen Eingang einer dritten Exklusiv-Oder-Schaltung (37) zugeführt ist, deren anderer Eingang mit dem Signaleingang verbunden ist und an deren Ausgang das demodulierte Signal liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (32) ein getaktetes Schieberegister ist, dessen Takteingang mit einem Ausgang des Frequenzteilers (36) verbunden ist.