DE2628405A1

DE2628405A1 - Fsk-sender mit frequenzbandbeschraenkung

Info

Publication number: DE2628405A1
Application number: DE19762628405
Authority: DE
Inventors: Johan Machiel Schmidt; Johannes Otto Voorman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1977-01-27
Also published as: DE2628405B2; AU499489B2; DE2628405C3; BE843653A; AU1542576A; CA1068349A; SE7607380L; FR2316810B1; JPS526450A; GB1533678A; US4090138A; JPS5537897B2; NL7507858A; FR2316810A1

Description

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N.V. Philips' GO.-il.-.r.pcaiubriek

"FSK-Sender mit Frequenzbandbeschränkung".

Die Erfindung bezieht sich auf einen FSK-" Sender mit Frequenzbeschränkung. Derartige Sender sind durchaus bekannt und die Anforderungen in bezug auf die Frequenzbandbeschränkung, denen derartige Sender entsprechen müssen, sind von der C.C.I.T.T. festgelegt worden. So sollen die Seitenbandamplitudenpegel dritter, vierter und höherer Ordnung gegenüber dem Trägeramplitudenpegel auf mindestens -37 dB, -Jf3 dB bzw. mehr gedämpft werden.

Die bekannten FSK-Sender (Frequency-Stift-Keying) sind zur Erfüllung der obengenannten Anfor-

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derungen mit einem Ausgangsfilter in Form eines LC-Bandpassfliters, das mindestens 3 bis 4 Spulen umfasst, versehen.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen FSK-Sender zu schaffen, der die Verwendung des verhältnismässig teuren und viel Platz beanspruchenden Bandpassfilters vermeidet und dennoch die obengenannten Anforderungen in bezug auf die Frequenzbandbeschränkung erfüllt.

Der erfindungsgemässe FSK-Sender weist dazu das Kennzeichen auf, dass die erforderliche Frequenzbandbeschränkung dadurch verwirklicht wird, dass in Kombination die nachfolgenden Schaltungsanordnungen verwendet werden:

a) eine erste Anordnung, der ein aus Rechteckimpulsen bestehendes Informationssignal zur Erzeugung eines Steuersignals zugeführt wird, das aus im wesentlichen symmetrischen trapezförmigen Impulsen mit einer ¥iederholungszeit entsprechend der der genannten Recliteckimpulse besteht;

b) eine zweite Anordnung, der das von der genannten ersten Anordnung gelieferte Steuersignal zugeführt wird und zwar zur Erzeugung eines Gleichspannungssignals, dessen Gleichspannungswert jeweils beim Auftritt der Flanken der im wesentlichen symmetrischen trapezförmigen Impulse des ; Steuei'slgnals eine positive im-609884/0761

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pulsförmige Änderung aufweist;

c) ein durch einen Gyrator gebildeter praktisch ohne Verzögerung linear steuerbarer Oszillator—Modulator, dessen Frequenzsteuereingang das von der genannten ersten Anordnung gelieferte Steuersignal als Frequenzmodulationssignal zur Erzeugung eines FSK-Ausgangssignals zugeführt wird,

d) ein Amplitudenmodulator mit einem ersten Eingang, dem das FSK-Ausgangssignal des genannten linear steuerbaren Oszillatormodulators zugeführt wird und mit einem zweiten Eingang, dem das positive impulsförmdge Änderungen aufweisende Gleichspannungssignal der genannten zweiten Anordnung als Modulationssignal zugeführt wird und mit einem Ausgang, dem das bandbegrenzte FSK-Signal entnommen wird.

Bei Anwendung der Kombination von erfindungsgemässen Massnahmen wird nicht nur die Verwendung eines Bandpassfilters vermieden sondern zur Verwirklichung eines derartigen FSK-Senders wird eine in einem Halbleiterkörper integrierte Bauart möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anzahl Diagramme,

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen FSK-Senders,

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Fig. 3^a - e eine Anzahl Signalformen zur Erläuterung des in Fig. 2 dargestellten Senders,

Fig« k ein Linienspektrum des amplitudenmodulierten FSK-Signals,

Fig. 6 eine mögliche andere Ausführungsform der im Sender nach Fig. 2 verwendeten zweiten Anordnung.

Bevor der erfindungsgemässe FSK-Sender näher erläutert wird, sollen die entsprechend den C.C.I.T.T.Empfehlungen an einen derartigen Sender zu stellenden Anforderungen in bezug auf die Frequenzbandbeschränkung erwähnt werden. So gilt beispielsweise für einen derartigen FSK-Sender der in Fig. 1 durch die Kurven Ä und A' dargestellte Dämpfungsverlauf als Anforderung. ¥ie die Figur zeigt, darf der Amplitudenpegel des Seitenbandes erster Ordnung gegenüber dem Amplitudenpegel des Trägers nur eine maximale Dämpfung von etwa 6 dB aufweisen; die Dämpfung des Seitenbandpegels zweiter Ordnung soll mindestens zwischen 12 und 18 dB liegen und die Amplitudenpegel der Seitenbänder dritter und vierter Ordnung sollen mindestens 36 dB bzw. 42 dB unterhalb des Trägeramplitudenpegels liegen.

Ein FSK-Sender, der den obengenannten Anforderungen entspricht ohne die übliche Verwendung eines Schmalbandausgangsfliters wird nach der Erfindung erhalten, wenn dieser Sender, wie Fig. 2 zeigt, in

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Kombination die nachfolgenden Anordnungen enthält:

a) eine erste Anordnung 1, der ein aus Rechteckimpulsen bestenendes Informationssignal zur Erzeugung eines Steuersignals zugeführt wird, dass aus im ■wesentlichen symmetrischen trapezförmigen Impulsen mit einer Wiederholungszeit entsprechend der der genannten Rechteckimpulse besteht;

b) eine zweite Anordnung 2, der das von der genannten ersten Anordnung 1 gelieferte Steuersignal zur Erzeugung eines positiven Gleichspannungssignals zugeführt wird, dessen Gleichspannungswert jeweils beim Auftritt der Flanken der im wesentlichen symmetrischen trapezförmigen Impulse des Steuersignals eine positive impulsförmige Änderung aufweist,

c) ein durch einen Gyrator gebildeter praktisch ohne Verzögerung linear steuerbarer Oszillatormodulator 31 dessen Frequenzsteuereingang h das von der genannten ersten Anordnung 1 gelieferte Steuersignal als Frequenzmodulationssignal zur Erzeugung eines FSK-Ausgangssignals zugeführt wird und

d) ein Amplitudenmodulator 5 mit einem ersten Eingang 6, dem das FSK-Ausgangssignal des genannten linearen steuerbaren Oszillatormodulätors 3 zugeführt wird und mit einem zweiten Eingang 7> dem das positive impulsförmige Änderungen aufweisende Gleichspannungssignal der genannten zweiten Anordnung 2 als

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Modulationssignal zugeführt wird und mit einem Ausgang 8, dem das bandbegrenzte FSK-Signal entnommen wird.

Die genannte erste Anordnung 1 wird vorzugsweise durch ein integrierendes Netzwerk mit einem nachfolgenden doppelseitigen Begrenzer gebildet. Das dieser Anordnung zugeführte aus Rechteckimpulsen bestehende Informationssignal ist beispielsweise ein Telegraphie signal, wie dies in Fig. 3a dargestellt ist; das nach Integration und nach doppelseitiger Begrenzung am Ausgang dieser Anordnung auftretende Signal besteht aus symmetrischen trapezförmigen Impulsen mit einer ¥iederholungszeit entsprechend der der genannten Rechteckimpulse, wie diese in Fig. 3t> dargestellt sind. Dieses Ausgangssignal wird als Steuersignal dem Steuereingang k des durch einen Gyrator gebildeten Oszillatormodulators 3 zugeführt. Ein derartiger Oszillatormodulator besteht aus einem Gyrator, dessen Eingangstor und dessen Ausgangstor mit je einem Kondensator abgeschlossen sind und zwar zur Bildung eines Resonanzkreises, und welcher Gyrator ausserdem einen Rückkopplungskreis enthält, mit dessen Hilfe der Gütefaktor Q des Resonanzkreises auf einen derart hohen Wert eingestellt wird, dass der Gyrator als Oszillator wirksam ist, während der Gyrations-Gegenwixvkleitwert G(t), der für die Schwingungsfrequenz bestimmend ist,

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mittels regelbarer Widerstände oder regelbarer spannungsgesteuerter Stromquellen geändert werden kann. Ein Gyrator-Oszillator-Modulator der obengenannten Art ist beispielsweise in der Dt. OS 24 33 298 detailliert beschrieben worden.

Die besonderen Eigenschaften eines Gyrators als FM/FSK-Modulator sind u.a. in.einem Artikel mit dem Titel "Ideal Frequency Modulator" in Electronic Letters vom 5. September 1974, Heft 10, Nr. 18 erwähnt. So weist ein derartiger Modulator den Vorteil auf, dass im Gyrator selbst keine Energie gespeichert wird oder verlorengeht, da die Energie, wenn der Kreis schwingt, von einem Kondensator zum anderen Kondensator fliesst und danach wieder zurückfliesst. Der Gyrations-Gegenwirkleitwert steuert nur die Geschwindigkeit, mit der dieser Energieaustausch stattfindet und dies ist die Schwingungsfrequenz. Die Wellenform ist harmonisch rein. Eine Änderung des Gyrations-Gegenwirkleitwertes führt zu einer linearen Frequenzänderung ohne Übergangserscheinungen, da die Energie im Kreis nicht ändert. Da daher keine Phasensprünge auftreten und die Spannungsamplitude der Schwingungen konstant bleibt, ist ein derartiger Gyrator-Oszillator-Modulator ein idealer Frequenzmodulator und eignet sich insbesondere zum Gebrauch als FSK-Modulator.

Zur Erläuterung zeigt Fig. 4 das mit Hilfe 609884/0761

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eines Spektruraanalysators (Hewlett-Packard Typ 141T, 8556A) gemessene Linienspektrum des am Ausgang des Gyrator-Oszillator-Modulators 3 auftretenden FSK-Signals von 100 Bd, 2300 Hz, welches Resultat mit einem der ersten Anordnung 1 entnommenen periodischen Modulationssignal (Fig. 3b) erhalten wurde, das aus symmetrischen trapezförmigen Impulsen besteht, wobei das Verhältnis zwischen den Zeiten der Flanke und des Daches jedes der trapezförmigen Impulse etwa l/l betrug (siehe Fig. 3h, p/q ä£ l/l)· Dieses Linienspektrum zeigt deutlich, dass die vierte Seitenbandkomponente unter den gegebenen Umständen stark gedämpft ist (-60 dB), während es sich herausstellt, dass die dritte Sextenbandkomponente noch stark anwesend ist.

Damit nun eine weitere Unterdrückung der unerwünschten Seitenbandkomponenten und insbesondere der dritten Sextenbandkomponente erhalten wird ist der in Fig. 2 dargestellte FSK-Sender weiter mit dem genannten Amplituden-Modulator 5 versehen, in dem das FSK-Ausgangssignal des Gyrator-Oszillator-Modulators 3 vom Ausgangssignal der genannten zweiten Anordnung 2 amplitudenmoduliert wird. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des FSK-Senders umfasst diese Anordnung 2 einen Zweiweggleichrichter 9 > dem ein Differenzverstärker 10 folgt. Dem Zweiweggleichrichter 9 wird über die Leitung 11 das aus trapezförmigen

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Impulsen bestehende Steuersignal (Fig. 3b) zugeführt, das am Ausgang der ersten Anordnung 1 auftritt.

Zweiweggleichrichtung eines trapezförmigen Signals (Nullinie in der Mitte) führt zu einem dreieckförraigen Signal. Die Spitzen dieses dreieckförmigen Signals werden hier jedoch abgeschnitten, vorzugsweise derart, dass das Verhältnis zwischen der Spitzenbreite und der Basisbreite etwa dem Wert 1 zu k (r/s CSZ 1/4 siehe Fig. 3c) entspricht. Dieses Signal wird danach einem ersten Eingang des Differenzverstärkers 10 zugeführt. An den anderen Eingang dieses Differenzverstärkers wird eine einer Bezugsquelle 12 entnommene derartige Bezugsgleichspannung gelegt, dass am Ausgang des Differenzverstärkers ein positives Gleichspannungssignal auftritt, dessen Gleichspannungswert, wie Fig. 3d zeigt, jeweils beim Auftritt der Flanken der symmetrischen trapezförmigen Impulse des von der ersten Anordnung 1 gelieferten Steuersignals (Fig. 3b) eine positive impulsförmige Änderung aufweist. Dieses Ausgangssignal der zweiten Anordnung 2 wird dem Modulationssignaleingang 7 des Amplitudenmodulators 5 zugeführt und bewirkt, dass das diesem Amplitudenmodulator zugeführte FSK-Signal amplitudenmoduliert wird. Eine genaue Einstellung der AM-Modulationstiefe zur Erhaltung einer derartigen Unterdrückung der dritten Seitenbandkomponente, dass diese um 55- dB unter-609884/0761

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halb des Trägersignalpcgels liegt, führt dann zu einer Gesamtsextenbandunterdruckung, wie diese im Linien-Spektrum nach Fig. 5 dargestellt ist. Es dürfte einleuchten, dass dieser Unterdrückungsgrad der unerwünschten Seitenbänder nur mit einer äusserst genauen Einstellung der Neigung der trapezförmigen Impulse und der Modulationstiefe des AM-Modulationssignals verwirklichbar ist und nur für. ein periodisches eins-zu-eins-Telegraphiesignal gilt, d.h. bei maximaler Übertragungsgeschwindigkeit. In der Praxis besteht das Telegraphiesignal jedoch meistens aus beliebig abwechselnden Zeichen. In diesem Fall ändern die Frequenzkomponenten in Grosse mit der Zeit. Damit die C.C.I.T.T.Anforderungen erfüllt werden stellt es sich heraus, dass die Einstellung der Neigung des Trapezes und der Modulationstiefe des AM-Modulationssignals weniger kritisch sind. So stellt es sich beispielsweise heraus, dass eine derartige Einstellung der Neigung des Trapezes, dass der Seitenbandpegel vierter Ordnung bis -55 dB gedämpft ist und eine derartige Einstellung der Modulationstiefe des AM-Signals, dass der Pegel des Seitenbandes dritter Ordnung auf -45dB unterdrückt ist, das Ge saiat dämpf ungsre suit at für ein derartiges FSK-Signal nach der Kurve B in Fig. 1 verläuft. Wie diese Kurve zeigt, werden damit die von der C.C.I.T.T gestellten Anforderungen weitgehend

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erfüllt, wie diese durch die Kurve A und A¹ in Fig. 1 dargestellt sind. Das am Ausgang des Amplitudenmodulators 5 auftretende amplitudenmodulierte FSK-Signal kann daher unmittelbar ohne Zwischenkunft eines Bandpassfilters dem in Fig. 2 durch 8 bezeichneten Trägermodulator zugeführt werden.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die an Hand der Fig. 2 beschriebene Ausführungsform, da verschiedene Abwandlungen möglich sind.

Das von der zweiten Anordnung 2 gelieferte Ausgangssignal ist ein Signal mit der halben Wiederholungszeit des Ausgangssignals der ersten Anordnung, Ein derartiges Signal kann auch durch Quadrierung erhalten werden.

Die genannte zweite Anordnung 2 kann daher durch den in Fig. 6 dargestellten Kreis ersetzt werden. Darin ist 13 eine Multiplizieranordnung, in der das der ersten Anordnung entnommene Steuersignal mit sich selbst multipliziert wird. Multiplizieranordnungen der obengenannten Art sind durchaus bekannt und sind auch in der bereits genannten Dt - OS 24 33 298 detailliert beschrieben worden. Das am Ausgang der Multiplizieranordnung 13 auftretende Signal ist in Fig. 3c dargestellt und wird als Amplitudenmodulationssignal dem Amplitudenmodulat»r 5 zugeführt.

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Der bei Verwendung dieses Amplituden-Modulationssignals erhaltenene Dämpfungsverlauf ist in Fig. 1 durch die Kurve A angegeben.

Zum Schluss sei bemerkt, dass ähnliche Resul tate erhalten worden sind bei Verwendung anderer Trägerfrequenzen und anderer Telegraphiesignalgeschvrindigkeiten.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE:

FSK-Sender mit Frequenzbandbeschränkung, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Frequenzbandbeschränkung dadurch verwirklicht wird, dass die nachfolgenden Schaltungsanordnungen in Kombination verwendet werden und zwar:

a) eine erste Anordnung, der ein aus Rechteckimpulsen bestehendes Informationssignal zur Erzeugung eines Steuersignals zugeführt wird, das aus im wesentlichen trapezförmigen Impulsen mit einer "Wiederholungszeit entsprechend der der genannten Rechteckimpulse besteht;

b) eine zweite Anordnung, der das von der genannten ersten Anordnung gelieferte Steuersignal zur Erzeugung eines Gleichspannungssignals zugeführt wird, dessen Gleichspannungswert jeweils beim Auftritt der Flanken der im wesentlichen trapezförmigen Impulse des Steuersignals eine positive impulsförmige Änderung aufweist}

c) ein durch einen Gyrator gebildeter praktisch ohne Verzögerung linear steuerbarer Oszillator-Modulator, dessen Frequenzsteuereingang das von der genannten ersten Anordnung gelieferte Steuersignal als Frequenzmodulation ssignal zur Erzeugung eines FSK-Ausgangssignals zugeführt wird,

d) ein Amplitudenmodulator mit einem ersten Eingang,

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dem das FSK-Ausgangssignal des genannten linear steuerbaren Oszillator-Modulators zugeführt wird und mit einem zweiten Eingang, dem das positive impulsförmige Änderungen aufweisende Gleiclxspannungs signal der genannten zweiten Anordnung als Modulationssignal zugeführt wird und mit einem Ausgang, dem das bandbegrenzte FSK-Signal entnommen wird.
2. FSK-Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste;- Anordnung durch ein integrierendes Netzwerk mit einem nachfolgenden doppelseitigen Begrenzer gebildet wird.
3. FSK-Sender nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Anordnung ein aus im wesentlichen symmetrischen trapezförmigen Impulsen bestehendes Steuersignal liefert, dessen Verhältnis der flachen Spitze zur Basis jedes dieser trapezförmigen Impulse etwa l/l beträgt.
k. FSK-Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Anordnung durch einen Zweiweggleichrichter mit einem nachfolgenden Differenzverstärker gebildet wird, dem das zweiweggleichgerichtete Steuersignal und eine einer Bezugsquelle entommene positive Gleichspannung zur Erzeugung eines Amplitudenmodulationssignals zugeführt wird.
5· FSK-Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Anordnung eine 60988A/0761

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Multiplizierstufe umfasst, in der das Steuersignal mit sich, selbst multipliziert wird.
6. FSK-Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Sender einen Trägermodulator umfasst, dem das am Ausgang des Amplitudenmodulators auftretende amplitudenmodulierte FSK-Signal als Mo-' dulationssignal unmittelbar zugeführt wird.

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