DE2354718C3 - Demodulationsverfahren für phasenumgetastete Schwingungen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Demodulationsverfahren für phasenumgetastete Schwingungen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Demodulationsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs I und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Phasenumtastung von Schwingungen wird üblicherweise mit PSK abgekürzt, aus dem englischen »Phase-shift-Keying«. Zur Unterträger· bzw. Datende· modulation werden phasengerastete Regelschleifen verwendet. Es werden zur Unterträgerdemodulation meist zwei Schaltungsrealisierungen angewendet: die Quadrier-Schleife (Squaring loop) und die Costas-Schleife (Costas loop). Beide Regelschleifen bestehen aus einem Phasendetektor, einem Regelfilter und einem durch eine Steuerspannung in seiner 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 ±180" ändert, muß der PSasendetektor der Regelschleife so ausgelegt sein, daß diese Phasensprünge im Eingangssignal das Regelsignal des Oszillators nicht beeinflussen. Derartige Regelschleifen sind in den F i g. I und 2 dargestellt. Wie daraus zu ersehen ist, sind die bekannten Regelschleifen sehr komplex aufgebaut.
In der Quadrier-Schleife (Fig. 1) wird das Eingangssignal (±A, sin (uut) über einen Bandpaß (1) einer Quadrierstufe (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 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 beschrieben werden als
± /42 sin2 ü)ur,
wobei das Vorzeichen jeweils die binäre Dateninformation enthält.
In der Costas-Schleife wird das Eingangssignal (±A\ sin (uut) parallel zwei Zerhackern (21) und (28) zugeleitet. Die Zerhacker-Ausgangssignale werden durch Tiefpässe (22) und (29) geglättet und einem Analogmultiplizierer (23) zugeführt. Das Ausgangssi-
-to 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.
to Dabei wird der Einfluß der Modulation auf die Regelspannung des Oszillators durch zwei umschaltbare Phasendetektoren verhindert. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird zum einen um + π/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 Umschaltkriterium 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-modulierten Signalen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorzugsweise wird dieses Verfahren so durchgeführt, daß die Signale digitalisiert werden. Es ergeben sich
damit vorteilhafte Realisieningsmöglichkeiten 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 Eingangsfrequenz 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 Exkiusiv-Oder-Schaltung das Eingangssignal zugeführt wird. Dessen anderer Eingang erhält eine Referenzspannung aus einem Frequenzteiler, der die Frequenz des Oszillators durch fi teilt. Die Ausgangsspannung der ersten Exklusiv-Oder-Spannung ist zum einen direkt, zum. anderen über die Verzögerungsleitung mit den Eingängen der zweiten Exklusiv-Oder-Schaltung verbunden, deren Ausgangsspannung über das Filter die Dhase des Oszillators steuert Ist die Verzögerungsleitung ein getaktetes Schieberegister, erhält dieses seilten Takt über eine Verbindungsleitung vom Frequenzteiler. Die 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 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 eine zuverlässige Arbeitsweise sichergestellt ist.
Die Erfindung wird im folgenden, anhand von Ausführungsbeispielen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben.
Es bedeuten: Fig.3 Darstellung des Blockschaltbildes der erfindungsgemäßen Repelschleife, F i g. 4 Impulsfolgen.
Die grundsätzliche Funktionsweise des erfindungsgemäßen PSK-Demodulators wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig 3 und 4 an einem digital 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 der Schwingung ist (vgl. F i g. 4). Das Ausgangssignal c wird einmal direkt zur zweiten Exklusiv-Oder-Schaltung (33) weitergeleitet, zum anderen wird es um 7/2, also eine viertel Periodendauer, in einer Verzögerungsleitung (32), vorzugsweise einem Schieberegister (32) zeitlich verzögert und ergibt das Signal d. Aus den beiden Signalen cund d entsteht das Regelsignal e, das folgende wesentliche Eigenschaften hat:
1) Der Mittelwert des Regelsignals e ist proportional der Phasenverschiebung zwischen Signal α 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 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 774 ist. Die Frequenzteilerkette (36) erzeugt drei verschiedene Signale:
1) das Signal h mit der Frequenz fu durch Teilung durch den Faktor n;
2) das Referenzsignal b, welches folgende logische Funktion darstellt:
(Un-\ & (Jn-I)Il
(wobei das Zeichen »&« die logische Und-Vei knüpfung 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 c/das Signal c möglichst genau abbildet. Daher wird das Signal /in der Realisierung Oszillatorfrequenz besitzen.
Das Signal h stellt das eigentliche Referenzsignal für die kohärente Demodulation des Eingangssignal dar. Letztere beiden Signale werden in der dritten Exklusiv-Oder-Schaltung (37) miteinander verknüpft unu 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-Schleife werden zusätzlich zwei Tiefpaßfilter und ein Analog-Multiplizierer benötigt.
Die erfindungsgemäDe Regelschleife benötigt als zusätzliche Elemente lediglich ein Schieberegister und zwei weitere Exklusiv-Oder-Verknüpfungen.
Diese Realisieru.igsrröglichkeit gestattet einen weitgehend digital arbeitenden Aufbau, der wegen der leichten und billigen Realisierungsmöglichkeit und den nicht mehr exisiierenden Abgleichprozeduren (Bandpässe, Analogmultiplizierer) und den nicht mehr existierenden Driftproblemen (wegen Temperaturänderungen) entscheidende Vorteile hat.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Demodulationsverfahren 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 Referenzspannung {b) 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 phasenvenchobenen Referenzspannung (h) verwendet wird, die mit dem Eingangssignal (a) verknüpft wird, womit die demodulierte Ausgangsspannung (k) gewonnen wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei weichein 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 einen direkt und zum anderen über eine Verzögerungsleitung (32) mit den Eingängen einer zweiten Exklusi;-Oder-"x;haltung(33) verbunden sind, deren Ausgang über ein Filter (34) mit dem Steuereingang eines phasenss-uerbaren mit dem η-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 voreiiend dem einen Eingang der ersten Exklusiv-Oder-Schaltung (31) und zum anderen dem 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.
DE2354718A 1973-11-02 1973-11-02 Demodulationsverfahren für phasenumgetastete Schwingungen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens Expired DE2354718C3 (de)

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