DE2414866A1

DE2414866A1 - Einrichtung zum ermitteln der signalbeschaffenheit einer digitalen, phasenmodulierten welle

Info

Publication number: DE2414866A1
Application number: DE2414866A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Furuya; Sotokichi Shintani; Hidetaka Yanagidaira
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1973-03-28
Filing date: 1974-03-27
Publication date: 1974-10-10
Also published as: JPS49123211A; JPS538445B2; DE2414866B2; GB1460174A; US3987422A

Description

DIPL.-INCi. K₁AUS BEHN O / 1 / ößfi

DIPL-PHYS. ROBERT MUNZHUBER ^- ^ I *+ Q U U

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 22 WIDENMAYERSTRASSE β

TEL. (089) 22 25 3O - 29 51 92 ^Tj MSr Z 1 9 I^

A 64 74 DH/MS

Firma K0KU8AI DENSHIN DENlVA KABUSHIKI KAISHA Kasumigasekimitsui-Bldg.j 5-2-5, Kasumigaseki, Chiyoda-Ku, Tokyo-To,Japan.

Einrichtung zum Ermitteln der Signalbeschaffenheit einer digitalen,phasenmodulierten Welle.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln der Signalbeschaffenheit einer digitalen phasenmodulierten Welle.

Bei der Ermittlung der Beschaffenheit einer digitalen mudulierten Welle, welche durch Rauschen und insbesondere durch die zwischen den Signalelementen auftretende Interferenz in Bezug auf ihre Amplitude und Phase verzerrt und dadurch beeinträchtigt wird, wurde bisher üblicherweise der Grundsatz angewandt, daß eine vorbestimmte, besondere Signalgestalt übertragen wird, so daß eine Abweichung der übertragenen genau angegebenen Signalgestalt von der vorbestimmten zu empfangenden Gestalt mit einem Messgerät oder einer Katodenstrahlenröhre gemessen wird.

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Da die genau angegebene Signalgestalt bei diesem Verfahren notwendig ist, ist es dabei unmöglich die Signalbeschaffenheit einer Nachrichtenschaltung unter den Betriebsbedingungen zu überwachen und die Leistungsfähigkeit ist dabei sehr gering. Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zum Ermitteln der Signalbeschaffenheit einer digitalen phasenmodulierten Welle, welche die Signalbeschaffenheit unabhängig davon, ob der ausgesandte Code eine genau bekannte oder beliebige Gestalt besitzt, bestimmen und die Überwachung der Signalbeschaffenheit einer Nachrichtenschaltung unter den Betriebsbedingungen ausführen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Phasenlagen einer digitalen phasenmodulierten Eingabewelle in Bezug auf eine Bezugsphasen-Trägerwelle durch einen digitalen Phasend'etector ermittelt werden, der eine Anzahl von Ausgabebits besitzt, welche aus höheren Stellen, welche die Zahl der Quantenphasenlagen der Eingabewelle darstellen, und mindestens einer niederen Stelle bestehen, welche als Information über die Signalbeschaffenheit herauslesbar ist.

Der Grundgedanke, der Aufbau und die Arbeitsweise dieser Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung

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und den dazugehörigen Zeichnungen. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

-Pig.l ein Vectordiagramm einer achtphasigen phasenmodulierten Welle, welche Rauschanteile oder Interferenzen enthält und welche gemäß dieser Erfindung gemessen werden soll;

Fig.2 ein Diagramm der Phasenverteilung der in Fig.l gezeigten Welle;

Fig.3 ein Diagramm,welches die Beziehung zwischen den Phasenlagen und den -Binärcodeeinheiten für den Fall darstellt, wo die Phasenunterschiede durch Binärzahlen dargestellt werden;

Fig.4 ein Blockschaltbild eines AusfUhrungsbeispiels dieser Erfindung;

Fig.5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines digitalen Phasendetectors, der in-dem in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet wird;

Fig.6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung;

Fig,7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines digitalen Phasendetectors, der infdem in Fig.6 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet wird;

Fig. 8

Fig.9 Blockschaltbilder von Anzeigegeräten, welche für die Anzeige der gemessenen- Ergebnisse dieser Erfindung verwendet werden.

Zuerst wird anhand der Figuren 1 und 2 die Signalbeschaffenheit einer digitalen phasenmodulierten Welle beschrieben, welche gemäß dieser Erfindung gemessen werden soll.

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In der Fig.l sind Veetoren, welche in 8, durch fest ausgezogene Pfeile angedeutenden Phasenlagen liegen, entsprechend dem Rauschen oder den Interferenzen in den schraffierten Bereichen verteilt. Fig.2 zeigt die Vectorverteilung der Pig.l, wobei die Phase auf der Abszisse dargestellt ist. Die Vectoren sind in der Nähe von 8 Positionen verteilt, welche ein ganzzahliges Vielfaches vonTC4. sind. Die Signalbeschaffenheit kann entsprechend der Größe der Zerstreuung dieser Verteilung bestimmt werden.

Anhand der Fig.3 wird ein Beispiel für die digitale Ermittlung der Phasendifferenz zwischen einer Bezugswelle und einer empfangenen Welle beschrieben. Es sei angenommen, daß eine Periode (2!L) z.B. einer acht-phasigen phasenmodulierten Trägerwelle mit 6 Binärbits dargestellt wird. Bei der Phasenlage "0" der Bezugsträgerwelle wird ein eine Skala mit 64 Einheiten aufweisender Zähler zum Laufen gebracht, welcher die Taktimpulse einer Folgefrequenz, welche 64 mal höher als die der Trägerwelle ist,zählt. Es sei weiter angenommen, daß die Übergangszeitpunkte der empfangenen Welle um einen Phasenwinkel θ in Bezug auf die Bezugswelle verzögert sind, wie in Fig.3 gezeigt ist. Zu dieser Zeit ist der gezählte Inhalt des Skaleneinheiten aufweisenden Zählers "001lOl" und diese 6 Bits aufweisende Codierungseinheit stellt den Phasenwinkel ö dar.

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In diesen 6 Bits zeigen die drei niederen Stellen (Mp,M, und M_Q) eine Abweichung von der Mitte der Verteilungsgruppen (die acht Phasernlagen, von denen jede ein ganzzahliges "Vielfaches von IC 4. ist)an, während dagegen die j5 höheren Stellen die Zahl 8 der Quantenphasenlagen anzeigen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Stelle M₂ stellt die Richtung der Abweichung dar, während die Stellen M,und M die Größe der Abweichung anzeigen (wenn Mp = 1, usä. M, und M_Q in Form von Komplementen gegeben sind).

Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel diese Erfindung dar, in welchem die Bezugsziffer 1 einen digitalen Phasendetector, die Bezugsziffer 2 eine TrägerweHe-Regenerierschaltung, die Bezugsziffer 3 einen Wechselrichter und die Bezugsziffer 4 ein Tiefpassfilter bezeichnen. Die Bezugsziffer 100 stellt ein empfangenes Signal dar. Die Phasendifferenz zwischen dem empfangenen Signal 100 und einer Bezugs -Trägerwelle 102, welche durch die Trägerwellen-Regenerierschaltung 2 regeneriert wird, wird von dem digitalen Phasendeteetor 1 ermittelt. Die Trägerwellenregenerierung wird durch Verwendung der empfangenen Welle 100 und in manchen Fällen durch Verwendung eines Deteetorausgangs 10J · ausgeführt. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet ein Signal, welches nur eine Abweichung der zuvor genannten Phasendifferenz von der Phase der empfangenen Welle 100 darstellt.

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Wenn ein von 0 bis 2JL reichender Phasenbereich in 2ⁿ Abschnitte eingeteilt wird und diese Abschnitte mit den Binärzahlen der η-Bits bezeichnet werden, wird bei der digitalen Anzeige der Phasenlage die Abweichung durch niedere Stellen der Ausgabebits angezeigt, denen mindestens eine niedere Stelle hinzugefügt ist, welche eine andere Stelle als die die Zahl der Quantenmodulationsphasen darstellenden höheren Stellen ist. Das die Abweichung anzeigende digitale Signal 101 wird durch den Wechselrichter 3 in ein analoges Signal umgewandeltund dann zum Tiefpassfilter 4 geleitet, um ein die Signalbeschaffenheit der empfangenen Welle 100 darstellendes Signal 105 zu erzeugen. Das so erhaltene Signal 105 wird an einem Voltmeter oder einer Lampe für die Anzeige der Signalbeschaffenheit angelegt. In diesem Fall kann, wenn nach dem Wechselrichter 3 oder dem Tiefenpassfilter 4 ein nichtlinearer Verstärker, wie etwa ein quadratische Schaltung oder dergleichen, eingefügt wird, die Skala des Messgeräts abgeändert und dadurch eine den Zwecken entsprechende nichtlineare Charakteristik hergestellt werden. Das Bezugszeichen 106 bezeichnet Modulatiom-Taktimpulse, welche zum Abtasten und Aufrechterhalten der Phasen differenz verwendet werden.

Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Aufbaus

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des in Pig.4 gezeigten digitalen Phasendetectors 1. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen harten Begrenzer, das Bezugszeichen 12 einen Übergangsdetector,. das Bezugszeichen 13 einen Zähler, das Bezugsz-eichen 14 einen Taktimpilsgenerator, das Bezugszeichen 15 einen Signalurawandler und das Bezugszeichen l6 ein Register. Die empfangene Welle 100 wird durch den Harten Begrenzer 11 zu einer rechtwinkligen Welle regeneriert und deren Übergangszeitpunkte werden durch den Übergangsdetector 12 ermittelt. Der Zähler Ij5 beginnt beim Übergangszeitpunkt der Bezugswe'lle 102, d.h. bei dem in Fig.5 gezeigten Zeitpunkt t, mit dem Zählen der Taktimpulse 112 und hört bei dem Übergangszeitpunkt-Impuls 111 des empfangenen Signals bei dem in Fig.3 gezeigten Zeitpunkt tp mit dem Zähler auf. Bei den gezählten Ergebnissen werden die niederen Stellen II3 (d.h. die drei Stellen M , M₁ und WL) zum Signalumwandler 15 für die Gleichrichtung von deren positiven und negativen Abweichungen geleitet und dann in Codeeinheiten umgewandelt, welche nur die Größe der Abweichung darstellen. Die Codeeinheiten werden zum Register l6 geleitet und in diesem mit Hilfe der Modulations-Taktimpulse 106 abgetastet und gehalten.

Fig.6 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dar, welches einen Eigenoszillator anstelle der

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Trägerwellen-Regenerierschaltung verwendet. In Fig. 6 bezeichnen die Bezugszeichen la, 3 und 4 einen digitalen Phasen-.detector bzw. einen Wechselrichter, bzw. einen Tiefpassfilter, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 gezeigt ist. Das Bezugszeichen 2a bezeichnet einen Oszillator, welcher eine sehr nahe an der Frequenz der Trägerwelle liegende Frequenz erzeugt. In diesem Fall ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 4 das Ausgangssignal 101a des Phasende tec tors la nicht die Phasendifferenz zwischen der empfangenen Welle und der Bezugs-TrägerweHe sondern die Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elementen der empfangenen Welle. Diese Phasendifferoz ist auch in der Nähe der ganzzahligen Vielfachen νοη^Ψ. verteilt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Demzufolge hat ein Ausgangssignal IO5, welches durch Wechselrichtung und Tiefpassfilterung der Binärzahlen, welche die Phasendifferenz in der gleichen Weise wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 darstellen, erhalten wird, einen Spannungswert, welcher der Signalbeschaffenheit der empfangenen Welle entspricht.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Aufbaus des in Fig.6 dargestellten Phasendetectors la. Die Bezugszeichen 11,12,13,14 und 15 bezeichnen einen harten Begrenzer bzw. einen Übergangsdetector bzw. einen Zähler bzw. einen Takt-

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impulsgenerator bzw. einen Codeumwandler, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 gezeigt ist. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Register und das Bezugszeichen l8 ein Subtrahierwerk. Das Ausgangssignal 113a des Zählers I3 stellt wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 die Phasendifferenz zwischen der Bezugs-TrägerweHe 102a und der empfangenen Welle 100 dar. In diesem Fall besitzt jedoch die Bezugs-Trägerwelle 102a eine von der empfangenen Welle unabhängige Phasenlage. Die Phasendifferenz HJa zwischen diesen beiden wird in dem 'Register 17 gespeichert, um für ein einem Signalelement entsprechendes Zeitintervall verzögert zu werden. Ein Signal 113a, welches"die Phasendifferenz zwischen dem nächsten Signalelement der empfangenen Welle und der Bezugs-TrägerweHe darstellt, wird in dem Subtrahierwerk l8 von einem die verzögerte Phasendifferenz darstellenden Signal 114 abgezogen. Als Folge hiervon wird die Phase der Bezugs-TrägerweHe aufgehoben, so daß das Ergebnis die Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalelementen der empfangenen Welle darstellt. Das Ausgangssignal II5 ist aus den niederen Stellen des abgezogenen Ergebnisses zusammengesetzt und wird von dem Signalumwandler digital gleichgerichtet, wie im Ausführungsbeispiel der Fig.5 gezeigt ist.

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Die vorhergehende Beschreibung bezog sich auf den Fall, wo eine in digitaler Form gegebene Phasenabweichung in einen vergleichbaren Wert umgewandelt und dann von einem Messgerät oder einem anderen Anzeigegerät angezeigt wird. Es ist jedoch auch möglich, daß die in einer digitalen Form gegebene Phasenabweichung in der gegebenen Form angezeigt wird.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der digitalen Anzeige, in welchem das Bezugszeichen 22 einen Dekodierer bezeichnet. Beim Anlegen des Signals 101 aus Fig.4 oder des Signals 101a aus Fig.6 am Dekodierer 22, erzeugt dieser an jedem seiner Ausgänge Il6 ein Ausgangssignal entsprechend der ■Phasenabweichungs-Codeeinheit. Die Ausgänge Il6 sind mit einem Anzeigegerät,wie etwa einer Lampe oder dergleichen, verbunden.

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Fig. 9 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der digitalen Anzeige dar, in welchem das Bezugszeichen 21 einen Addierer, das Bezugszeichen 19 ein Register und das Bezugszeichen 20 eine Dividierschaltung bezeichnen. Diese drei Elemente 19, 20 und 21 stellen eine digitale Glättungsschaltung dar. Ein Ausgangssignal 117 des Addierers 21 wird im Register I9 gespeichert und dabei verzögert. Die Dividierschaltung 20 teilt ein Ausgangssignal 118 des Registers I9 durch ein Ausgangssignal 119, so daß das geteilte Ausgangssignal 120 durch den Addierer 21 dem Abweichsignal 101 (oder 101a) hinzugefügt wird. Das Ausgangssignal 117 des Addierers gehört zu jenen, welche das Eingangssignal 101 (101a) zu einer Codeeinheit geglättet hat, gleichbedeutend mit einem vergleichbaren Ausgangssignal, das durch Anlegen an einer vergleichbaren CR-Glättungsschaltung erhalten wird, und deren Glättungs-Zeitkonstante hängt von dem in die Dividierschaltung eingehenden Signal II9 ab. Das Ausgangssignal II7 wird zu einem Ziffernanzeigegerät oder dergleichen geleitet und dort angezeigt.

Da in der vorliegenden Erfindung ein Phasensignal in einer digitalen Form mit Binärziffern dargestellt und nur durch deren niederen Stellen auf einem Meßgerät, einem Ziffernanzeigegerät oder dergleichen angezeigt wird, ist es möglich, die Signalbe-

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sehaffenheit einer digitalen phasenmodulierten Welle mit einer einfachen Vorrichtung unabhängig von der übertragenen Gestalt zu überwachen. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung erleichtert deshalb die Überwachung der Beschaffenheit einer Nachrichtenschaltung und die Regelung einer von Hand betätigten Entzerrungsvorrichtung.

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Claims

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Patentansprüche

\iy Einrichtung zum Ermitteln der Signalbeschaffenheit einer digitalen phasenmodulierten Welle, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Phasendeteetor (l,la)zur Ermittlung der Phasenlagen von Signalelementen der digitalen phasenmodulierten Welle (100) in Bezug auf eine Bezugsphasen-Trägerwelle (102) vorgesehen ist und daß der digitale Phasendetector(l,la) eine Anzahl von Ausgabebits besitzt, welche aus höheren Stellen, welche die Quantenphasenlagen der digitalen phasenmodulierten Welle (lOO) darstellen, und mindestens einer niederen Stelle bestehen, welche als Information über die Signalbeschaffenheit herauslesbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Phasendetector (l) einen Begrenzer (11) für die Begrenzung der Amplitude der digitalen phasenmodulierten Welle (100) und für die Herstellung einer mit der Trägerfrequenz der digitalen phasenmodulierten Welle(100) synchronisierten Rechteckwelle, einen mit Begrenzer (ll) verbundenen Übergangsdetector(l2) für die Ermittlung der Übergangszeitpunkte der Rechteckwelle und für die Herstellung von Übergangszeitpunktimpulsen (ll), einen

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Taktimpulsgenerator für die Erzeugung einer Impulsreihe von Taktimpulsen (112), einen mit dem Ubergangsdetektör (12) und dem Taktimpulsgenerator (14) verbundenen Zähler zum Starten des ZählVorgangs der Taktimpulse (112) in Abhängigkeit von den Übergangszeitpunkten der Bezugswelle (102) und zum Anhalten des ZählVorgangs in Abhängigkeit von den Übergangszeitpunkt-Impulsen (111), einen mit dem Zähler (13) verbundenen Signalumwandler (15) zum Umwandeln der genannten niederen Stellen in Codeeinheiten, welche die Größe der Abweichung der Phase der empfangenen Welle von der Phase der Bezugsträgerwelle anzeigen, und ein mit dem Signalumwandler (15) verbundenes Register.(16) für die zeitweise Speicherung der umgewandelten Codeeinheiten enthält (Fig. 5)
3. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Phasende*- tektor (1) ein mit dem genannten Zähler verbundenes Register (17) für die zeitweise Speicherung der gezählten Ergebnisse (11j5a) des Zählers (12) und für die Herstellung eines verzögerten gezählten Ergebnisses (114), welches durch ein Signalelement von einem jeden gezählten Ergebnis (II3) verzögert wird, ein mit dem Register (I7) und dem Zähler (1^) verbundenes Subtrahierwerk (18) für die Herstellung von Codeeinheiten, welche eine Differenz

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zwischen dem verzögerten gezählten Ergebnis (114) und dem augenblicklichen gezählten Ergebnissen (11Ja) anzeigen, und einen mit dem Subtrahierwerk (18) verbundenen Signalumwandler (15) für die Umwandlung der niederen Stellen der Codeeinheiten in umgewandelte Codeeinheiten (101a) enthält, von denen eine jede die Größe der Abweichung der Phase der empfangenen Welle von einer jeden G.uantenphasenlage der empfangenen phasenmodulierten Welle (100) anzeigt (Pig.7).

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