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Filter-Anordnung Die Erfindung bezieht sich auf Filter und Demodulatoren,
die bei schnell erfassenden, kohärenten, mit einem Synchron-Impuls bzw.-Signal arbeitenden
PSK-Systemen (phase shift) keyed systems = mit der Phasenverschiebung gekoppelten
Systemen) eingesetzt werden können, um die Bandbreite der wiedergewonnenen Dräger-
und Taktbezugs-Signale zu begrenzen.
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Bei einem durch eine schritt- bzw. stufenmodulierte Urägerwelle gespeisten
Bandpaß ist die Dauer des Phaseneinschwingvorgangs unter der Voraussetzung merklich
kurzer als der entsprechende Amplitudeneinschwingvorgang, dass das Filter in dem
Zeitpunkt im Ruhezustand (keine
gespeicherte Ladung) ist, in dem
der Erregerimpuls zugeführt wird, und die Frequenz der Trägerwelle nahe bei der
Durchlaßfrequenz des Filters liegt.
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Um diese Eigenschaft eines Bandpasses bei der Widergewinnung von
Dakt- und wiedergewonnenen räger-Bezugssignalen in einem PSK System auszunutzen,
ist bereits vorgesckJa,gen worden, das Filter zu 'llöschentl bzw. etwaige vorhandenen
Ladungen abzuleiten, indem beispielsweise das Filter zu Erde nebengeschlossen wird,
damit die gegebenenfalls gespeicherten Ladungen vor der Ankunft eines folgenden
Synchronisierimpulses oder Bursts abfließen können. Bei einem Zeitmultiplexsystem
ist jedoch die Schutz- bzw. Sicherheitszeit zwischen aufeinanderfolgenden Zeitbereichen
bzw. Teilzeiten in der Praxis normalerweise nicht sehr lang, so daß beim Einbau
einer solchen "Löscheinrichtung" ernsthafte Schwierigkeiten auftreten.
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Zur Uberwindung dieser Nachteile wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Filteranordnung vorgeschlagen, die in einem PSK Demodulator verwendet werden
kann und zwei Filter und eine Schaltanordnung aufweist, um die Filter abwechselnd
mit einer Leistung zu verbinden, die ein zu filterndes Signal überträgt; die Schaltanordnung
ist so ausgelegt, daß während der Filterung eines Synilronisierimpulses das andere
Filter nicht angeschaltet ist und sich von der Wirkung des vorhergehenden Synchronisierimpulses
"erholt".
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Auf diese Weise ist die Zeitspanne, die zur Erholung zur Verfügung;
steht, nicht gleich der Sicherheitszeit, sondern ein Zeitintervall langer als die
Sicherheitszeit. Dies wird im allgemeinen ausreichen, daß sich das Filter vollständig
erholen kann; bei Bedarf kann jedoch während dieser Zeitspanne eine Löscheinrichtung
mit dem Filter verbunden werden, um die Erholungszeit zu verringern.
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Eine Filteranordnung, die in einem PSK Demodulator eingesetzt wrden
soll, sollte einen schmalen Durchlaßbereich haben; dann besteht jedoch die Gefahr
einer Verstimmung für den Fall, daß die Trägerfrequenz des Senders wandert. Um einen
ausreichenden Gleichlauf von wandernden Signalfrequenzen zu erhalten und Änderungen
in der Mittenfrequenz des Filters zu kompensieren, ist irgend eine Form von langsam
wirkender automatischer Frequenz steuerung erforderlich.
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Dies läßt sich auf folgendem Weg erreichen: Die Frequenz des ankommenden
Signals wird geändert, indem sie mit.
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einer Frequenz gemischt wird, die von einem apannungsgesteuerten Oszillator
abgenommen wird, der in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen den Signalen
an dem Eingang und dem Ausgang der Filteranordnung gesteuert wird. Ein den Vergleich
durchführender phasenempfindlicher Detektor, beispielsweise ein Demodulator, kann
so den spannungsgesteuerten Oszillator in der Weise steuern, daß die Ausgangsfrequenz
des Mischers dem Durchlaßbereich des Filters angepaßt ist. Anschließend wird die
gleiche Frequenz von dem spannungsgest euerten-Oszillator nochmals mit der AusgangsSrequenz
der Filter anordnung gemischt, dieses Nal jedoch im umgekehrten Sinn, um auf diese
Weise die ursprungliche Srequenzumsetzung auszugleichen.
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In diesem Aufbau ist beim Fehlen eines Eingangssignals die Srequensumsetzschleife
effektiv ein offener Stromkreis an den Eingängen des phasenempfindlichen Detekters,
so daß versetzte bzw. verlagerte Spannungen in der Schleife einen Fehler erzeugen,
der gespeichert und ständir größer wird.
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Bei einem herkömmlichen, im Betrieb befindlichen Zeitmultiplexsystem
sind bei den Signalen Tastverhältnisse in der Größenordnung von 10 3 möglich. Unter
diesen Bedingungen
kann das Filter sogar bei Vorliegen eines Signals
in einer Weise verstimmt werden, die für die Praxis nicht akzeptiert werden kann.
Dieses Problem tritt also bei einem passiven Filter auf, wie es hier beschrieben
wird, das in eine Frequenzumsetzschleife geschaltet ist, die dazu dient, das ankommende
Signal dem Durchlaßfrequenzband anzupassen; zur Verringerung dieses Problems wird
gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, als phasenempfindlichen
Detektor einen mit Dioden bestückten Ringmodulator zu verwenden.
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Ein solcher Modulator hat aufgrund seines Aufbaus immer eine nicht-lineare
Kennlinie, so daß er bei Vorliegen eines Signals einen niedrigen Ansgangs-Scheinwiderstand
und bei Fehlen eines Signals einen sehr viel höheren Scheinwiderstand darstellt.
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Die Erfindung soll im folgendenaihand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Filteranordnung gemäß
der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Synchronisiersignale, die
bei einem Zeitmultiplexsystem auftreten; Fig. 3 die Steuerspannung für die Schalter
in der Filteranordnung nach Fig. 1; und Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Demodulators,
der die in Fig. 1 gezeigte Filteranordnung enthält.
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Bei einem PSK System, also einem mit der Phasenverschiebung gekoppelten
System wird ein digitales Bit durch die Phase eines empfangenen Signals relativ
zu dem Bezugs-Trägersignal dargestellt. Das 3 ezugs-Trägersignal sowie die Tainformationen,
die erforderlich sind, um anzuzeigen, wenn Bits beginnen und enden, müssen aus dem
empfangenen Signal wiedergewonnen werden. Das Träger-Bezugssignal kann einfach durch
Multiplikation mit 4 und anschließender Division durch 4 wiedergewonnen werden.
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Zwischen der Multiplikation und der Division wird eine Filterung durchgeführt,
um nur die Frequenz durchzulassen, die gleich dem Vierfachen der Trägerfreqtienz
ist.
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Wenn die PSK Modulation in einem Zeitmultiplexsystem iiigesetzt wird,
tritt eine zusätzliche Schwierigkeit dadurch auf, daß sich das Filter in jeder Teilzeit
bzw.
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Zeiteinheit auf die korrekte Trägerphase auSschalten bzw. mit ihr
zwangssynchronisieren muß, wobei dies nach einer bevorzugten Ausführungsform in
einer möglichst kurzen Zeitspanne geschehen sollte. Dies soll mit dem in Fig. 1
gezeigten System erreicht werden.
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Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird das ankommende, phasenmodulierte
Signal, das vorher mit 4 multipliziert und einer Frequenzumsetzung (wie sie im folgenden
im einzelnen beschrieben werden soll) unterworfen wurde, über einen Schalter 10
auf einen von zwei Filtern 12 und 14 gerührt; von dort verläuft das gefilterte Signal
über einen Schalter 16 zu der Teilerschaltung (die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben
werden soll), die die Bezugsfrequenz wiedergewinnt.
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Das an dem Eingang zu dem Schalter 10 auftretende Signal ist in Fig.
2 dargestellt, während das Steuersignal für die Schalter 10 und 16 in Fig. 3 dargestellt
ist.
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Die Schaltvellenform ist eine Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis
von 1 : 1, das sich mit der Bit-Geschwindigkeit
bzw. Impulsfolge
wiederholt. Auf diese Weise wird das in dem Zeitbereich T1 auftretende Synchronisiersignal
von dem Schalter durch das Filter 12 geführt während das in dem Zeitbereich 2 auftretende
Synchronisiersignal zu dem Filter 14 geführt wird.
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In ähnlicher Weise werden alle folgenden Synchronisiersignale, die
in den ungeradzahligen Zeitbereichen auftreten, durch das Filter 12 gefuhrt, während
die Synchronisiersignale, die in den geradzahligen Zeitbereichen auftreten, durch
das Filter 14 verlaufen.
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Jedes Filter befindet sich während der Dauer eines Zeitbereiches unmittelbar
vor dem Empfang des folgenden Synchronisiersignals im Ruhezustand, so daß das Filter
die korrekte Phase in einer kürzeren Zeltspanne einfangen kann, als wenn aufeinanderfolgende
Synchronisiersignale dem gleichen Filter zugeführt würden.
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Obwohl die Dauer eines Zeitbereichs für die natiirliche, selbsttätige
Erholung eines Filters genugen sollte, ist es als Alternative hierzu möglich, daß
die Schalter 10 und 16 elektronische Äquivalente von zweipoligen Schaltern sind,
so daß eine geeignete Lösch-Schaltung mit dem Filter verbunden werden kann, das
zu irgendeinem Zeitpunkt von der Schaltung zur Wiedergewinnung der Bezugsfrequenz
getrennt ist.
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Wie sich aus Fig. 4 ergibt, wird das Eingangssignal Über eine Schaltung
20, die eine Multiplikation mit 4 durchführt, auf einen Bingang einer Mischstufe
22 geführt, die auch ein angssignal von einer zweiten Schaltung 24 empfängt, die
ebenfalls eine Multiplikation mit 4 durchführt; die Schaltung 24 ist mit dem Ausgang
eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 26 verbunden. Das Ausgangssignal der
Mischstufe 22 wird zu der oben beschriebenen Filteranordnung geführt, die aus den
beiden Filtern 12 und 14 und den beiden
Schaltern 10 und 16 besteht.
Das Ausgangssignal von der Filteranordnung wird über einen Begrenzer 28 auf eine
Schaltung 30, die eine Division durch 4 durchführt, und eine zweite Mischstufe 32
gegeben. Die beiden Eingänge eines phasenempfindlichen Detektors 34 sind jeweils
mit dem Ausgang der Misch*stuSe 22 und dem Ausgang des Begrenzers 28 verbunden.
Der phasenempfindliche Detektor (PSD) 34 dient dazu, das Eingangssignal der Filteranordnung
mit dem Ausgangssignal des Begrenzern 28 zu vergleichen; der Detektor 34 erzeugt
ein Ausgangssignal, das über einen Tiefpaß 36 und einen Verstärker 38 auf den Steuereingang
des spannungsgesteuerten Oszillators 26 gegeben wird.
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Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung dient dazu, aus dem Eingangssignal
ein Signal mit der gleichen Frequenz und Phase wie das Bezugsträgersignal wiederzugewinnen.
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Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß das Eingangssignal
in der Schaltung 20 mit 4 moduliert wird, das Ausgangssignal der Schaltung 20 gefiltert
und dann in der Teilerschaltung 30 wieder geteilt wird. Das Ausgangssignal der Schaltung
20, die die Multiplikation mit 4 durchfuhrt, und das Durchlaßband des Filters können
unter Umständen relativ zueinander abwandern; dies wird ausgeglichen, indem eine
variable Frequenz von dem Ausgangssignal der Schaltung 20 in der Weise abgezogen
wird, daß die Differenz zwischen den beiden Frequenzen nach der Subtraktion dem
Durchlaßband des Filters angepaßt ist, und indem die vorher abgezogene Frequenz
addiert wird, um die ursprüngliche Eingangsfrequenz wiederzugevinnen. Dies wird
durch die Mischstufe 32 erreicht, die auch mit dem spannungsgesteuerten Oszillator
26 verbunden ist, so daß sich die notwendige Verschiebung bzw. Kompensation der
Frequenz ergibt.
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Der spannungsgesteuerte Oszillator 26 wird durch den phasenempfindlichen
Detektor 34 gesteuert, der an das
Filter geschaltet ist und ein
Fehlersignal zur Steuerung des spannungsgesteuerten Oszillators 26 erzeugt. Weil
die Kompensationsfrequenz addiert wird, nachdem das empfangene Eingangssignal mit
4 multipliziert worden ist, muß das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators
26 in der Schaltung 24 mit 4 multipliziert werden, bevor es in die Mjschstufe 22
eingegeben wird.
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Wenn kein Eingangssignal vorhanden ist, hat der phasenempfindliche
Detektor 34 an keinem seiner Eingänge ein Signal, so daß das Ausgangssignal des
Verstärkers 38 unter Umständen abwandern kann, da die Rückkopplungs-Steuerschleife
effektiv kurzgeschlossen ist. Dies könnte zu einer Abwanderung der Frequenz führen,
die von dem spannungsgesteuerten Oszillator 26 erzagt wird; um diesen Effekt zu
verringern, wird al s als phasenempfindlicher Detektor 34 ein Ringdiodenmultiplikator
verwendet, der oft auch als Ringmodulator bezeichnet wird. Eine solche Anordnung
hat aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Wirkungsweise immer einen hohen Ausgangs-Scheinwiderstand
beim Fehlen von Eingangssignalen, so daß sich eine sehr viel geringere Ansprechempfindlichkeit
für Spannungen ergibt, die dazu führen könnten, daß die Frequenz des spannungsgesteuerten
Oszillators 26 beim Fehlen eines Eingangssignals abwandert.
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Obwohl die abwechselnd eingeschalteten Filter unter Bezunahme auf
ihre Anwendung zur Wiedergewinnung des Trägerbezugssignals beschrieben worden sind,
läßt sich diese Schaltung auch auf anderen Gebieten anwenden; als Beispiel soll
die Wiedergewinnung der Taktsignal genannt werden, wobei die Filteranordnung nicht
zwischen den Schaltungen zur Multiplikation mit und Division durch 4 angeordnet
werden würde.
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- Patentanspruch -