DE2522519C3 - Filteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung für einen mit aus Frequenz-Impulsen bestehenden Synchronisiersignalen arbeitenden, mit der Phasenverschiebung gekoppelten (PSK) Demodulator, bei der sich ein Filter vor dem Empfang eines Frequenzimpulses im Ruhezustand befindet.

Werden derartige Filter durch eine schritt- bzw. stufenmodulierte Trägerwelle gespeist, so ist die Dauer des Phaseneinschwingvorgangs wesentlich kürzer als die Dauer des entsprechenden Amplitudeneinschwingvorgangs. Dies gilt jedoch nur unter der Voraussetzung, daß sich das Filter in dem Zeitpunkt, in dem der Erregerimpuls zugeführt wird, im Ruhezustand befindet, d. h. keine gespeicherte Ladung aufweist.

Um diese Eigenschaft eines Bandpasses bei der Wiedergewinnung der Taktsignale und der wiedergewonnenen Träger-Referenzsignale in einem PSK-System auszunutzen, ist bereits vorgeschlagen worden, das Filter nach Beendigung eines durchgelaufenen Frequenzimpulses zwangsweise zu »löschen« bzw. die vorhandenen Ladungen abzuleiten und es so beschleunigt in den gewünschten Ruhezustand überzuführen, bevor der nächste zu verarbeitende Frequenzimpuls das Filter erreicht. Zu diesem Zweck wird das Filter beispielsweise zur Erde nebengeschlossen, damit die ggf. gespeicherten Ladungen abfließen können.

Bei der Verwendung eines Zeitmultiplex-Systems ist jedoch die Schutz- bzw. Sicherheitszeit zwischen aufeinanderfolgenden Zeitbereichen bzw. Teilzeiten normalerweise sehr kurz, so daß bei der Verwendung einer solchen »Löscheinrichtung« ernsthafte Schwierigkeiten auftreten. Insbesondere entsteht dann, wenn unmittelbar vor dem Empfang des nächsten PSK-Frequenzimpulses das »Lösch«-Signal am Filter abgeschaltet wird, ein kurzfristiger Ein- bzw. Abschaltstoß auf der Signalleitung, der die Wirkung der »Löschung« wieder weitgehend zunichte macht.

Auf diesem Stand der Technik aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Filteranordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die Nutzung der vorteilhaften Phaseneinschwingeigenschaften von Bandfiltern auch dann erlaubt, wenn, wie z. B. bei Zeitmultiplex-Systemen, die einzelnen Frequenzimpulse sehr dicht aufeinanderfolgen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Filteranordnung zwei Filter und zwei Schalter aufweist, um abwechselnd die Filier jeweils für die Dauer eines Frequenzimpulses mit einer Leitung zu verbinden, die das zu filternde Signal überträgt.

Durch diese Schaltanordnung wird erreicht, daß während der Filterung eines Synchronisierimpulses durch eines der Filter das andere Filter nicht angeschaltet ist und sich von der Wirkung des vorhergehenden Synchronisierimpulses »erholen« kann. Auf diese Weise ist die Zeitspanne, die zur Erholung zur Verfügung steht, länger als die Sicherheitszeit. Es können also die mit der kurzen Dauer des Phaseneinschwingvorgangs verbundenen Vorteile auch dann voll genutzt werden, wenn zwischen den einzelnen Synchronisierimpulsen nur sehr kurze Pausen zur Verfügung stehen.

Eine Filteranordnung, die in einem PSK-Demodulator eingesetzt werden 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 irgendeine Form von langsam wirkender automatischer Frequenzsteuerung erforderlich.

Dies läßt sich auf folgendem Weg erreichen: Die Frequenz des ankommenden Signals wird geändert, indem sie mit einer Frequenz gemischt wird, die von einem spannungsgesteuerten 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 spannungsgesteuerten Oszillator nochmals mit der Ausgangsfrequenz der Filteranordnung gemischt, dieses Mal jedoch im umgekehrten Sinn, um auf diese Weise die ursprüngliche Frequenzumsetzung auszugleichen.

In diesem Aufbau ist beim Fehlen eines Eingangssignals die Frequenzumsetzschleife effektiv ein offener Stromkreis an den Eingängen des phasenempfindlichen Detektors, so daß versetzte bzw. verlagerte Spannungen in der Schleife einen Fehler erzeugen, der gespeichert und ständig größer wird.

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. Ein solcher Modulator hat aufgrund seines Aufbaus immer eine nicht lineare Kennlinie, so daß er bei Vorliegen eines Signals einen niedrigen Ausgangs-Scheinwiderstand und bei Fehlen eines Signals einen sehr viel höheren Scheinwiderstand darstellt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 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 F i g. 1 und

Fig.4 ein Blockschaltbild eines Demodulators, der die in F i g. 1 gezeigte Filteranordnung enthält.

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 Bezugs-Trägersignal sowie die Taktinformaiionen, die erforderlich sind, um anzuzeigen, wann 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. Zwischen der Multiplikation und der Division wird eine Filterung durchgeführt, um nur die Frequenz durchzulassen, die gleich dem Vierfachen der Trägerfrequenz ist.

Wenn die PSK-Modulation in einem Zeitmultiplexsystern eingesetzt wird, tritt eine zusätzliche Schwierigkeit dadurch auf, daß sich das Filter in jeder Teilzeit bzw. Zeiteinheit auf die korrekte Trägerphase aufschalten bzw. mit ihr zwangssynchronisieren muß, wobei dies nach einer bevorzugten Ausführungsform in einer möglichst kurzen Zeitspanne gesehen sollte. Dies soll mit dem in F i g. 1 gezeigten System erreicht werden.

Wie sich aus F i g. 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 geführt; 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.

Das an dem Eingang zu dem Schalter 10 auftretende Signal ist in F i g. 2 dargestellt, während das Steuersignal für die Schalter 10 und 16 in F i g. 3 dargestellt ist. Die Schaltwellenform 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 71 auftretende Synchronisiersignal von dem Schalter durch das Filter 12 geführt, während das in dem Zeitbereich 72 auftretende Synchronisiersignal zu dem Filter 14 geführt wird. In ähnlicher Weise werden alle folgenden Synchronisiersignale, die in den ungeradzahligen Zeitbereichen auftreten, durch das Filter 12 geführt, während die Synchronisiersignale, die in den geradzahligen Zeitbereichen auftreten, durch das Filter 14 verlaufen. 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 Zeitspanne einfangen kann, als wenn aufeinanderfolgende Synchronisiersignale dem gleichen Filter zugeführt würden.

Obwohl die Dauer eines Zeitbereichs für die natürliche, selbsttätige Erholung eines Filters genügen 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.

Wie sich aus F i g. 4 ergibt, wird das Eingangssignal über eine Schaltung 20, die eine Multiplikation mit 4 durchführt, auf einen Eingang einer Mischstufe 22 geführt, die auch ein Eingangssignal 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 jind 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 Mischstufe 22 und dem Ausgang des Begrenzers 28 verbunden. Der phasenempfindliche Detektor (PSD) 34 dient dazu, das Eingangssignal der Filteranordnung mit dem Ausgangssignal des Begrenzers 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.

Die in F i g. 4 gezeigte Anordnung dient dazu, aus dem Eingangssignal ein Signal mit der gleichen Frequenz und Phase wie das Bezugsträgersignal wiederzugewinnen. 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 durchführt, 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 wiederzugewinnen. 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.

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 Mischstufe 22 eingegeben wird.

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 erzeugt wird; um diesen Effekt zu verringern, wird als phasenempfindlicher Detektor 34 ein Ringdiodenmultiplikator verwendet, der oft auch als Ringmodulator bezeichnet wird. Eine solche Anordung 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.

Obwohl die abwechselnd eingeschalteten Filter unter Jezugnahme auf ihre Anwendung zur Wiedergewiniung des Trägerbezugssignals beschrieben worden sind, äßt sich diese Schaltung auch auf anderen Gebieten anwenden; als Beispiel soll die Wiedergewinnung der Taktsignale genannt werden, wobei der Filteranordnung keine Schaltung zur Multiplikation mit 4 vorgeschaltet wird und dementsprechend auch die nachgeschaltete Schaltung zur Division durch 4 entfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Filteranordnung für einen mit aus Frequenz-Impulsen bestehenden Synchronisiersignalen arbeitenden, mit der Phasenverschiebung gekoppelten (PSK) Demodulator, bei der sich ein Filter vor dem Empfang eines Frequenzimpulses im Ruhezustand befindet,dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung zwei Filter (12, 14) und zwei Schalter (10,16) aufweist, um abwechselnd die Filter (12,14) jeweils für die Dauer eines Frequenzimpulses mit einer Leitung zu verbinden, die das zu filternde Signal überträgt.

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