DE2549955C2

DE2549955C2 - Phasennachführregelkreis

Info

Publication number: DE2549955C2
Application number: DE19752549955
Authority: DE
Inventors: Klaus von Dr Ing 8190 Wolfratshausen Sepp Hermann Dr-Ing 8000 München Baier Walter Prof Dr -Ing 6750 Kaiserslautern Pieverling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1977-10-27
Also published as: GB1566448A; DE2549955B1; NO143688C; CA1068794A; PT65805B; US4095047A; SE7612056L; IL50617A; SE409799B; IT1075888B; PT65805A; LU76131A1; TR19536A; FR2331202A1; NO143688B; DK500476A; BE848049A; NO763770L; GR61160B; IL50617A0

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, u.nd 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 Empfangsseiu? von Nachrichtenübertragungssystemen benötigt, die zu Zwecken einer Verschlüsselung oder zur Erhöhung der Störresistenz oder für Mehrfachzugriff (SSMA) von Pseudo-Zufalisgeneratoren 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 hindurchgehenden Verlauf aufweist. Um dies zu ermöglichen, ist es, wie beispielsweise die Literaturstelle »IEEETransactions 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 Mi 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 Differenzbiidner D zusammengefaßt. Die beiden Mischer M\ und M 2 werden von Impulsfolgen des Pseudo-Zufallsgenerators PZG über getrennte Leitungen angesteuert. Die am zweiten Eingang des Mischers M I anliegende Impulsfolge m(f + r) und die am zweiten Eingang des Mischers Λ-/2 anliegende Impulsfolge m(/-f τ + Δ) 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 M2 gegenüber der ankommenden identischen Impulsfolge um das Zeitintervall Δ vor- bzw. nacheilend.

In F i g. 2 sind über die Zeit t 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 N 1 vor dem am Ausgang des Netzwerk: N 2 auf. Die gegenseitige Phasenverschiebung ist s< gewählt, daß, wie das der Spannungsverlauf u de: Diagramms 3. zeigt, am Ausgang des Differenzbiidner D eine durch Null gehende und zur Nullinie symmetri sehe Diskriminatorkennlinie entsteht. Die Phase de Impulsfolgen an den Ausgängen 10 und 20 de Pseudo-Zufallsgenerators PZG wird mit Hilfe diese Diskriminatorkennlinie über den in seiner Frequen steuerbaren Taktoszillator VCO so geregelt, daß di Spannung υ am Ausgang des Differenzbildners Dgege Null geht.

Werden hohe Anforderungen an die Regelgenauig keil eines solchen Phasennachführregelkreises gestell dann müssen die beiden jeweils aus dem eingangsseit gen Mischer und dem ausgangsseitigen Netzwer

besiehenden Kanäle unter sich gleiche Eigenschaften haben. Insbesondere gilt dies hinsichtlich einer gleichen Verstärkung und einer gleichen Offsetspannung. In den den Spannungsdiagrammen nach K ig. 2 entsprechenden Spannungsdiagrammen nach Fig.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 Fig.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 Fi g. 3 zeigt, ergeben die beiden SpannungsverläLfe nach den Diagrammen 1. und 2. nach ihrer Zusammenfassung im Differenzbildner D eine 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 »!EEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems« Vol. AES-IO, Nr. 1, )an. 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 de"·. Netzwerkes in seinem Vorzeichen umkehrt. Hierdurch tritt jedoch ein Verlust an Signal-Geräuschabstand von 3 dB auf. Entsprechendes gilt für eine ir. 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 abwechseind 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

Fig. 1 ein bereits erläuterter bekannter, nach dem DLL-Prinzip arbeitender Phasennachführregelkreis,

F i g. 2 und 3 bereits erläuterte Spannungsdiagramme der Schaltung nach Fig. 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 Fig.4 auftretenden Spannungen.

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

In Fig.4 ist der Phasennachführregelkreis nach F i g. 1 gemäß der Erfindung dadurch modifiziert, daß zwischen den Ausgängen 10 und 20 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG und den zweiten Eingängen der Mischer M 1 und M 2 als Kommutator der Umschalter U 1 und zwischen den Ausgängen der Netzwerke N 1 und N 2 und den beiden Eingängen des Differenzbildners D als Kommutator der Umschalter U2 angeordnet ist. Beide Umschalter werden gemeinsam vom Takt der Taktquelle TG gleichsinnig und periodisch gesteuert. Wie die Umschalter Ui und 112 weiterhin zeigen, werden in der angedeuteten Schaltstellung der Umschalter UX und U 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 PZC hinsichtlich der zweiten Eingänge der beiden Mischer MI und M 2 miteinander vertauscht. Entsprechendes gilt hinsichtlich der Ausgänge, der Netzwerke N1 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 16, 26 versehen, die sich in F i g. 6 als Bezeichnungen der Spannungsdiagramme u über der Zeit f wiederfinden und jeweils die Spannungsverläufe darstellen, die an den betreffenden Schaltungspunkten auftreten, wenn sich der Verschiebeparameter τ mit der Zeit t ändert. Weiterhin weist F i g. 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 Fi g. 4. Dabei ist wiederum angenommen, daß der aus dem Mischer M1 und dem Netzwerk N1 bestehende erste Kanal eine kleinere Verstärkung aufweist als der aus dem Mischer M 2 und dem Netzwerk Λ/2 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 la, 2a und 16 und 26 deutlich zu machen, ist der Spannungsverlauf am Anschlußpunki 1 punktiert und der Spannungsverlauf am Anschlußpunkt 2 in unterbrochener Linie ausgeführt. Im Rhythmus der Pulsfolge nach dem Spannungsdiagramm 5 werden die Umschalter L/l und U 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 M 1 und M 2 herrühren. Die Hüllkurve beider Spannungsverläufe hai entsprechend der unterschiedlichen Verstärkung beider Kanäle eine unterschiedliche Amplitude. Durch den Umschalter (72 wird an den Anschlußpunkten 16 und 26diese Verwürfclung wieder aufgehoben. Zugleich wird der durch die Kommutierung bewirkte Erfolg sichtbar. Die Spannungsverläufe nach den Diagrammen 16 und 26 haben nun entsprechend den Spannungsverläufen 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

i_S den Anschlußpunkten 16 und 26 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 SFbeseitigt und es

Hj 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 Fi g. 5 gezeigte Variante des Phasennachführregelkreises nach Fig.4 weist in den beiden Verbindungswegen zwischen dem Umschalter L/1 und den zweiten Eingängen der Mischer MI und M 2 die Mischer M 3 und M 4 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 gestelii werden müssen. Dadurch, daß die zusätzlichen Mischei M 3 und M 4 innerhalb der von den beiden Umschalterr LJ1 und U2 begrenzten Schaltungsteils angcordne sind, werden auch störende Ungleichheiten diese

Mischer hinsichtlich der gewünschten Funktion de Gesamtanordnung eliminiert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

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 Miscner mit nachfolgendem Netzwerk bestehen, bei dem ferner die beiden >5 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-Zufallsgeneraiors (PZG) in den beiden Verbindungswegen zwischen diesem Generator und den zweiten Eingängen der beiden Mischer (Ml, M2) ein erster Kommutator (U 1) und in den beiden Verbindungswegen zwischen den Ausgängen der beiden Kanäle und dem Differenzbildner (D) ein zweiter Kommutator (U2) 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 I, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer der Schwingung der Taktquelle (TG) ausreichend groß gegen die Einschwingzeit der Netzwerke (N 1, /V 2) der Signalkanäle ist.

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