DE2549955B1 - Phasennachfuehrregelkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Delay Locked Loop-Prinzip (DLL-Prinzip) arbeitenden Phasennachführregelkreis zur phasenkohärenten Synchronisation der Impulsfolge eines empfangsseitigen, von einem Taktoszillator gesteuerten Pseudo-Zufallsgenerator mit der ankommenden, gegebenenfalls einer Trägerschwingung aufgeprägten Impulsfolge eines sendeseitigen gleichen Pseudo-Zufallsgenerators, bei dem zwei gleiche Signalkanäle vorgesehen sind, die jeweils aus einem von der Pulsfolge des Pseudo-Zufallsgenerators wenigstens mittelbar angesteuerten Mischer mit nachfolgendem Netzwerk bestehen, bei dem ferner die beiden Signalkanäle eingangsseitig parallel geschaltet und ausgangsseitig über einen Differenzbildner zusammengefaßt sind, und bei dem die Regelschleife vom Ausgang des Differenzbildners zum Eingang des in seiner Frequenz steuerbaren Taktoszillators über ein Schleifenfilter geschlossen ist.

Phasennachführregelkreise dieser Art werden insbesondere auf der Empfangsseite von Nachrichtenübertragungssystemen benötigt, die zu Zwecken einer Verschlüsselung oder zur Erhöhung der Störresistenz oder für Mehrfachzugriff (SSMA) von Pseudo-Zufallsgeneratoren auf der Sende- und auf der Empfangsseite Gebrauch machen und bei denen eine Rückgewinnung der übertragenen Nachricht eine phasenkohärente Synchronisation des empfangsseitigen Pseudo-Zufallsgenerators mit der ankommenden Impulsfolge des sendeseitigen gleichen Pseudo-Zufallsgenerators voraussetzt. Der Phasennachführregelkreis bildet in diesem Falle das wesentliche Element eines Autokorrelationsempfängers, bei dem die ankommende Impulsfolge mit der Impulsfolge des empfangsseitigen Pseudo-Zufallsgenerators verglichen und die Phasenkohärenz beider Impulsfolgen durch ein am Ausgang auftretendes Gleichspannungssignal erkannt wird.

Für Regelzwecke ist es sinnvoll, wenn das Ausgangssignal im unmittelbaren Bereich des Synchronisationspunktes einen möglichst linearen, durch Null hindurch- gehenden Verlauf aufweist. Um dies zu ermöglichen, ist es, wie beispielsweise die Literaturstelle »IEEE Transactions on Space Electronics and Telemetry« 1963, S. 1 bis 8 aufweist, bekannt, von einer Anordnung entsprechend Fig. 1 Gebrauch zu machen. Der nach dem DLL-Prinzip arbeitende Phasennachführregelkreis besteht aus zwei Kanälen, von denen jeder aus der Hintereinanderschaltung eines Mischers Ml bzw. M 2 und eines Netzwerks N1 bzw. N 2 besteht. Die beiden Kanäle sind eingangsseitig zum Eingang E einander parallel geschaltet und ausgangsseitig über den Differenzbildner D zusammengefaßt. Die beiden Mischer Mi und M 2 werden von Impulsfolgen des Pseudo-Zufallsgenerators PZG über getrennte Leitungen angesteuert. Die am zweiten Eingang des Mischers M1 anliegende Impulsfolge m(f+r) und die am zweiten Eingang des Mischers M 2 anliegende Impulsfolge m(t+v+A) sind gegenseitig in der Phase um Δ verschoben. Der Pseudo-Zufallsgenerator PZG wird von einem spannungsgesteuerten Taktoszillator VCO angesteuert. Die Regelschleife selbst ist vom Ausgang des Differenzbildners D zum Steuereingang des Taktoszillators VCO über das Schleifenfilter SFgeschlossen.

Im Zustand der Synchronisation sind die Impulsfolgen des Pseudo-Zufallsgenerators PZG an den beiden zweiten Eingängen der Mischer M1 und M 2 gegenüber der ankommenden identischen Impulsfolge um das Zeitintervall Δ vor- bzw. nacheilend.

In F i g. 2 sind über die Zeit f die Spannungsverläufe u an den Anschlußpunkten 1,2 und 3 nach F i g. 1 für den Fall dargestellt, daß sich der Verschiebeparameter τ mit der Zeit t ändert, d. h., daß die eingangsseitige Impulsfolge eine leichte Drift gegenüber den an den Ausgängen 10 und 20 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG auftretenden Impulsfolgen aufweist. Wie die entsprechend mit 1. und 2. bezeichneten Diagramme in F i g. 2 erkennen lassen, tritt der die Phasensynchronisation anzeigende Spannungsanstieg am Ausgang des Netzwerks Nl vor dem am Ausgang des Netzwerks N2 auf. Die gegenseitige Phasenverschiebung ist so gewählt, daß, wie das der Spannungsverlauf u des Diagramms 3. zeigt, am Ausgang des Differenzbildners D eine durch Null gehende und zur Nullinie symmetrische Diskriminatorkennlinie entsteht. Die Phase der Impulsfolgen an den Ausgängen 10 und 20 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG wird mit Hilfe dieser Diskriminatorkennlinie über den in seiner Frequenz steuerbaren Taktoszillator VCO so geregelt, daß die Spannung u am Ausgang des Differenzbildners D gegen Null geht.

Werden hohe Anforderungen an die Regelgenauigkeit eines solchen Phasennachführregelkreises gestellt, dann müssen die beiden jeweils aus dem eingangsseitigen Mischer und dem ausgangsseitigen Netzwerk

ORIGINAL INSPECTEP

bestehenden Kanäle unter sich gleiche Eigenschaften haben. Insbesondere gilt dies hinsichtlich einer gleichen Verstärkung und einer gleichen Offsetspannung. In den den Spannungsdiagrammen nach Fig.2 entsprechenden Spannungsdiagrammen nach F i g. 3 ist erkennbar, wie sich die Ungleichheit beider Kanäle auf die Lage des Nullpunktes der Diskriminatorkennlinie auswirkt und damit auf die Genauigkeit der Regelung. Das oberste mit 1. bezeichnete Spannungs-Diagramm in Fig.3 ist mit dem entsprechenden Diagramm in F i g. 1 identisch, Das Spannungsdiagramm 2. entspricht dem Spannungsdiagramm 2. nach F i g. 2 jedoch mit dem Unterschied, daß der für diesen Spannungsverlauf maßgebliche Kanal gegenüber dem anderen Kanal sowohl eine höhere Verstärkung als auch eine höhere Offsetspannung aufweist. Wie das Diagramm 3. nach F i g. 3 zeigt, ergeben die beiden Spannungsverläufe nach den Diagrammen 1. und 2. nach ihrer Zusammenfassung im Differenzbildner Deine unsymmetrische Diskriminatorkennlinie, die gegenüber der Nullinie nach unten verschoben ist. Gegenüber der ebenfalls in unterbrochener Linie eingetragenen Diskriminatorkennlinie, wie sie auftreten würde, wenn beide Kanäle gleich wären, ergibt sich durch die ungleichen Kanäle eine Verschiebung des Nullpunkts nach links um die Größe ε. Entsprechend groß ist der dadurch hervorgerufene Synchronisationsfehler.

Bei hohen Anforderungen an die Regelgenauigkeit ist der technische Aufwand hinsichtlich der Gleichheit der beiden Kanäle erheblich. Dies hat dazu geführt, nach anderen Lösungen Ausschau zu halten. Durch die Literaturstelle »IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems« Vol. AES-IO, Nr. 1, Jan. 1974, S. 2 bis 9 ist es bereits bekannt, lediglich einen einzigen Kanal vorzusehen und dem spannungsgesteuerten Oszillator eine steuerbare Phasenschieberanordnung nachzuschalten, die den Taktpuls für den Pseudo-Zufallsgenerator periodisch, beispielsweise mit einem Zeithub Δ hin- und herschiebt. Gleichzeitig ist in diesem Fall auf der Ausgangsseite dieses einen Kanals vor dem Schleifenfilter ein steuerbarer Vorzeicheninverter vorgesehen, der gleichsinnig und periodisch mit der Phasenverschiebung des Taktpulses das Signal am Ausgang des Netzwerkes in seinem Vorzeichen umkehrt. Hierdurch tritt jedoch ein Verlust an Signal-Geräuschabstand von 3 dB auf. Entsprechendes gilt für eine in der gleichen Literaturstelle angegebene weitere Lösung mit zwei Kanälen, bei denen die beiden Kanäle wenigstens ausgangsseitig mit Ein-Ausschaltern versehen sind, die so gesteuert werden, daß abwechselnd immer nur einer der beiden Kanäle am zugehörigen Eingang des Differenzbildners wirksam ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Phasennachführregelkreis der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung zur Kompensation der durch Ungleichheit beider Kanäle bedingten Nullpunktfehler der Diskriminatorkennlinie anzugeben, die den bei bekannten Kompensationslösungen bedingten Verlust an Signal-Geräuschabstand von 3 dB vermeidet.

Ausgehend von einem nach dem DLL-Prinzip arbeitenden Phasennachführregelkreis der geschilderten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß unmittelbar im Anschluß an die beiden Ausgänge des empfängerseitigen Pseudo-Zufallsgenerators in den beiden Verbindungswegen zwischen diesem Generator und den zweiten Eingängen der beiden Mischer ein erster Kommutator und in den beiden Verbindungswegen zwischen den Ausgängen der beiden Kanäle und dem Differenzbildner ein zweiter Kommutator angeordnet ist und daß die beiden Kommutatoren gemeinsam von einer Taktquelle gleichsinnig und periodisch zwischen ihren beiden Schaltzuständen hin- und hergeschaltet sind.

Durch die Kommutatoren, die im Rhythmus der Frequenz der Taktquelle die einander zugeordneten Anschlüsse einerseits der zweiten Eingänge der Mischer und den beiden Ausgängen des Pseudo-Zufallsgenerators und andererseits der beiden Ausgänge der beiden Netzwerke und den beiden Eingängen des Differenzbildners wechselweise direkt und überkreuz miteinander verbinden, gewährleisten in außerordentlich vorteilhafter Weise einen ständigen gleichzeitigen Betrieb beider Kanäle, so daß der mit der erfindungsgemäßen Kommutierung ausgerüstete Phasennachführregelkreis die gleiche Empfindlichkeit aufweist wie der ohne Kommutierung. Wie die Praxis zeigt, erweist sich der durch die Kommutierung bedingte technische Aufwand als erheblich geringer im Verhältnis zu dem technischen Aufwand, der hinsichtlich der Gleichheit der beiden Kanäle erforderlich wäre, um ein gleich gutes Ergebnis der Sollage des Nullpunkts der Diskriminatorkennlinie sicherzustellen.

Zweckmäßig wird die Periode der Schwingung der Taktquelle ausreichend groß gegen die Einschwingzeit der Netzwerke der Signalkanäle gewählt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 ein bereits erläuterter bekannter, nach dem DLL-Prinzip arbeitender Phasennachführregelkreis,

F i g. 2 und 3 bereits erläuterte Spannungsdiagramme der Schaltung nach F i g. 1 der im unmittelbaren Bereich der gewünschten Phasensynchronisation auftretenden Spannungen,

Fig.4 ein gemäß der Erfindung modifizierter Phasennachführregelkreis,

Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig.6 Spannungsdiagramme der im unmittelbaren Bereich der Physensynchronisation an verschiedenen Punkten in der Schaltung nach F i g. 4 auftretenden Spannungen.

Das Netzwerk Ni bzw. N 2 des bekannten Phasennachführregelkreises nach F i g. 1 ist im Falle eines phasenkohärenten Phasennachführregelkreises ein Tiefpaß. Der dem Netzwerk vorgeschaltete Mischer kann in diesem Falle ein Modulo-2-Addierer sein. Ist die am Eingang E ankommende Impulsfolge einer Trägerschwingung aufgeprägt, so besteht das Netzwerk Ni bzw. N2 aus einem Bandpaß mit durchgeschaltetem linearem oder quadratischem Gleichrichter.

In Fig.4 ist der Phasennachführregelkreis nach F i g. 1 gemäß der Erfindung dadurch mc difiziert, daß zwischen den Ausgängen 10 und 20 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG und den zweiten Eingängen der Mischer Ml und Ml als Kommutator der Umschalter t/l und zwischen den Ausgängen der Netzwerke Ni und N2 und den beiden Eingängen des Differe.nzbildners Da\s Kommutator der Umschalter U2 angeordnet ist. Beide Umschalter werden gemeinsam vom Takt der Taktquelle TG gleichsinnig und periodisch gesteuert. Wie die Umschalter Ui und t/2 weiterhin zeigen, werden in der angedeuteten Schaltstellung der Umschalter Ui und t/2 die Verbindungen so hergestellt, wie das beim Phasennachführregelkreis nach F i g. 1 der Fall ist. In der zweiten Schaltstellung, die in unterbro-

chener Linie angedeutet ist, werden die beiden Ausgänge 20 und 30 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG hinsichtlich der zweiten Eingänge der beiden Mischer MX und M 2 miteinander vertauscht. Entsprechendes gilt hinsichtlich der Ausgänge, der Netzwerke NX und N 2 mit den beiden Eingängen des Differenzbildners D.

In der Schaltung nach Fig.4 sind bestimmte Schaltungspunkte mit den Zahlen 1 bis 4, la, 2a und Xb, 2b versehen, die sich in F i g. 6 als Bezeichnungen der Spannungsdiagramme u über der Zeit t wiederfinden und jeweils die Spannungsverläufe darstellen, die an den betreffenden Schaltungspunkten auftreten, wenn sich der Verschiebeparameter τ mit der Zeit t ändert. Weiterhin weist Fig. 6 das mit 5. bezeichnete Spannungsdiagramm über der Zeit t auf, das den Taktpuls am Schaltungspunkt 5 nach F i g. 4 wiedergibt. Die Spannungsdiagramme nach Fig.5 dienen der näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 4. Dabei ist wiederum angenommen, daß der aus dem Mischer MX und dem Netzwerk NX bestehende erste Kanal eine kleinere Verstärkung aufweist als der aus dem Mischer M 2 und dem Netzwerk N2 bestehende zweite Kanal und daß auch der zweite Kanal eine größere Offsetspannung aufweist als der erste Kanal. Entsprechend diesen unterschiedlichen Eigenschaften ergeben sich an den Anschlußpunkten 1 und 2 bei fehlender Kommutierung, entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1, Spannungsverläufe, die sich voneinander nicht nur durch ihre gegenseitige Phasenverschiebung, sondern auch durch ihre Maximalamplitude und ihre Grundspannung voneinander unterscheiden. Um die Wirkung der Kommutierung in den Diagrammen Xa, 2a und Xb und 2b deutlich zu machen, ist der Spannungsverlauf am Anschlußpunkt 1 punktiert und der Spannungsverlauf am Anschlußpunkt 2 in unterbrochener Linie ausgeführt. Im Rhythmus der Pulsfolge nach dem Spannungsdiagramm 5 werden die Umschalter UX und i/2 betätigt, so daß an den Anschlußpunkten la und 2a die in den entsprechenden Diagrammen gezeigten Spannungsverläufe auftreten. Beide Spannungsverläufe setzen sich danach aus aufeinanderfolgenden Abschnitten zusammen, die wechselweise von den Ausgängen der Mischer M1 und M 2 herrühren. Die Hüllkurve beider Spannungsverlaufe hat entsprechend der unterschiedlichen Verstärkung beider Kanäle eine unterschiedliche Amplitude. Durch den Umschalter LJ2 wird an den Anschlußpunkten Xb und 2b diese Verwürfelung wieder aufgehoben. Zugleich wird der durch die Kommutierung bewirkte Erfolg sichtbar. Die Spannungsverläufe nach den Diagrammen Xb und 2b haben nun entsprechend den Spannungs verlauf en der Diagramme 1. und 2. wieder die gegenseitige Phasenverschiebung und außerdem auch gleiche Amplitude. Am Ausgang des Differenzbildners D, also am Anschlußpunkt 3. werden beide Spannungsverläufe an den Anschlußpunkten Xb und 2b im gewünschten Sinne zur Diskriminatorkennlinie entsprechend Diagramm 3. zusammengesetzt. Die Überlagerung des Kurvenverlaufs durch den Taktpuls der Taktquelle TG wird beim Durchgang durch das Schleifenfilter 5Fbeseitigt und es ergibt sich am Anschlußpunkt 4 die gewünschte, zur Nullinie symmetrische Diskriminatorkennlinie. Der durch die Kommutierung erzielte Erfolg wird beim Diagramm 4. noch dadurch besonders verdeutlicht, daß die Diskriminatorkennlinie, die bei fehlender Kommutierung sich ergeben würde, strichpunktiert mit in das Diagramm eingetragen ist.

Die in F i g. 5 gezeigte Variante des Phasennachführregelkreises nach Fig.4 weist in den beiden Verbindungswegen zwischen dem Umschalter UX und den zweiten Eingängen der Mischer MX und M2 die Mischer MS und M4 auf, deren zweiten Eingängen die Schwingung des Umsetzoszillators O zugeführt wird. Dem in dieser Weise erweiterten Phasennachführregelkreis kommt dann eine besondere Bedeutung zu, wenn hohe Anforderungen an seine Störresistenz gestellt werden müssen. Dadurch, daß die zusätzlichen Mischer M 3 und M 4 innerhalb der von den beiden Umschaltern UX und t/2 begrenzten Schaltungsteils angeordnet sind, werden auch störende Ungleichheiten dieser Mischer hinsichtlich der gewünschten Funktion der Gesamtanordnung eliminiert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Nach dem DLL-Prinzip arbeitender Phasennachführregelkreis zur phasenkohärenten Synchronisation der Impulsfolge eines empfängerseitigen, von einem Taktoszillator gesteuerten Pseudo-Zufallsgenerators mit der ankommenden, gegebenenfalls einer Trägerschwingung aufgeprägten Impulsfolge eines sendeseitigen gleichen Pseudo-Zufallsgenerators, bei dem zwei gleiche Signalkanäle vorgesehen sind, die jeweils aus einem von der Pulsfolge des Pseudo-Zufallsgenerators wenigstens mittelbar angesteuerten Mischer mit nachfolgendem Netzwerk bestehen, bei dem ferner die beiden Signalkanäle eingangsseitig parallel geschaltet und ausgangsseitig über einen Differenzbildner zusammengefaßt sind und bei dem die Regelschleife vom Ausgang des Differenzbildners zum Eingang des in seiner Frequenz steuerbaren Taktoszillators über ein Schleifenfilter geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar im Anschluß an die beiden Ausgänge des empfängerseitigen Pseudo-Zufallsgenerators (PZG) in den beiden Verbindungswegen zwischen diesem Generator und den zweiten Eingängen der beiden Mischer (Mi, M2) ein erster Kommutator (Ui) und in den beiden Verbindungswegen zwischen den Ausgängen der beiden Kanäle und dem Differenzbildner (D) ein zweiter Kommutator (U 2) angeordnet ist, und daß die beiden Kommutatoren gemeinsam von einer Taktquelle (TG) gleichsinnig und periodisch zwischen ihren beiden Schaltzuständen hin- und hergeschaltet sind.

2. Phasennachführregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer der Schwingung der Taktquelle (TG) ausreichend groß gegen die Einschwingzeit der Netzwerke (N 1, N2) der Signalkanäle ist.