DE2651043B2

DE2651043B2 - Empfänger für synchrone Signale mit doppelter phasenverriegelter Schleife

Info

Publication number: DE2651043B2
Application number: DE2651043A
Authority: DE
Inventors: Frank De Eindhoven Jager; Peter Van Der Geldrop Wurf
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1976-11-09
Publication date: 1980-09-11
Also published as: NL7513610A; JPS5264260A; CA1066782A; SE410693B; SE7612875L; GB1507638A; DE2651043C3; AU1976376A; DE2651043A1; FR2332660A1; AU507254B2

Description

(A) Hintergrund der Erfindung
t. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Empfänger zum Eri^pfang synchroner Informationssignale, in denen Symbole im Takte einer Taktfrequenz auftreten und die über eine Übertragungsstrecke übertragen werden, die keine beliebigen Frequenztranslationen aufweist, wobei die Informationssigiiale in einem Frequenzband mit einer Breite die größer ist ais die Hälfte der Taktfrequenz und kleiner als die Taktfrequenz auftreten, welcher Empfänger eine Anordnung enthält /um ausschließlichen Zurückgewinnen eines Bezugssignals aus de' Informationssignalen, welche Anordnung mit einem nicht linearen Signalverarbeitungskreis mii einem Eingang versehen ist, dem die Informalionssigna-Ie zugeführt werden und mit einem Ausgang, der mit einer ptiasenverriegelten Schleife verbunden ist, in welche Schleife ein Phasenvergleichskreis und ein Oszillator mit regelbarer Frequenz zum Liefern des

Bezugssignals aufgenommen sind

Das Bezugssignal kann zum Erzeugen eines Bezugstaktsignals für Symbolregeneration benutzt werden, aber auch zum Erzeugen eines Bezugsträgers für synchrone Demodulation.

ίο Anwendungsbereiche derartiger Empfänger lassen sich u. a. in Datenübertragungssystemen finden, die mit synchroner Pulsamplitudenmodulation arbeiten, wobei im Empfänger genaue Information über die Abtastzeitpunkte des empfangenen Signals verfügbar sein muß.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bei einem bekannten Empfänger der obengenannten Art werden die Informationssignale zur Erzeugung eines Signals mit einem Anteil bei der doppelten Symbolfrequenz der Informationssignale einer Quadrierschaltung zugeführt Dieser Anteil wird danach mit einem SchmslbandfiUcr in Form einer phascnvcrricgelnden Schleife selektiert. Ein Nachteil dieses bekannten Empfängers ist jedoch, daß wenn das Informationssignal lange Reihen gleicher Symbole enthält, die keinen Frequenzanteil gleich der Symbolfrequenz verursachen, auch kein Anteil bei der doppelten Symbolfrequenz erzeugt werden "kann, wodurch das mit Hilfe der phasenverriegelnden Schleife erhaltene Bezugstaktsignal große Phasenschwankungen aufweisen kann, die ihrerseits eine große Zunahme der Fehlermöglichkeit bei der Symbolregeneration herbeiführen können.

Eine bekannte Lösung für das obenstehend geschilderte Problem besteht darin, daß durch Verwendung eines Datenverzerrers vermieden wird, daß lange Reihen gleicher Symbole auftreten. In den Empfänger soll dann ein komplementärer Entzerrer aufgenommen werden (vgl. Rudi de Buda: »Coherent Demodulation of FSK With Low Deviation Ratio« IEEE Transactions on Communications, Juni 1972, Seite <19—435, insbesondere Seite 432, rechte Spalte, Zeile 15 und 16).

Der Nachteil dieser Lösung ist die zusätzliche Apparatur und die damit einhergehenden Kosten, während zugleich eine Volumenvergrößerung des Empfängers die Folge ist, was insbesondere bei Verwendung als tragbarer Empfänger beschwerlich ist.
Das Mitsenden von Pilotsignalen mit dem Informationssignal ist eine andere mögliche Lösung, die jedoch wegen der zusätzlich erforderlichen Energie und/oder Bandbreite und eier zusätzlichen Apparatur mit den bereits beschriebenen Folgen nicht immer akzeptierbar ist.

(B) Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezweckt nun, einen Empfänger der obenstehend beschriebenen Art zu schaffen, in dem der Nachteil großer Phasenschwankungen in dem zurückgewonnenen Bezugssignal bei langen Reihen gleicher Symbole auf einfache Weise ohne Verwendung von Pilotsignalen oder Verzerrer- und Entzerrerkombinationen vermieden wird.

Der erfindungsgemäße Empfänger weist dazu das Kennzeichen auf, daß der Phasenvergleichskreis zwei Phasendetektoren enthält, die mit je einem ersten

h^r> Eingang gemeinsam an den Ausgang des nicht linearen Signalverarbeitungskreises und mit je einem zweiten Eingang an einzelne Ausgänge eines Bezugskreises angeschlossen sind, der vom Oszillator gespeisl wird,

und zwar zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mit einem rationellen Frequenzverhältnis und daß der Phasenvergleichskreis weiter einen Ausgangskreis zum Filtern und Kombinieren der von den Phasendetektoren gelieferten Ausgangssignale zu einem Regelsignal für den Oszillator enthält

(C) Kurze Beschreibung der Figuren

F i g. 1 zeigt einen Empfänger nach dem Stand der Technik;

Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Empfängers nach der Erfindung;

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Bezugskreises zum Gebrauch in einem Empfänger nach F i g. 2;

Fig.4 zeigt eine Ausrührungsform eines Ausgangskreises zum Gebrauch in einem Empfänger nach F i g. 2.

Entsprechende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen angegeben.

(D) Beschreibung der Figuren

20

Der in F i g. 1 dargestellte Empfänger ist an eine Cbertragungsstrackc ί angeschlossen, die keine beliebigen Frequenztranslationen aufweist und über die synchrone binäre Datensignale durch Frequ°nz-Umtast-Modulation (FSK) mit einem Modulationsindex gleich 0,5 übertragen werden.

Bei diesen FSK-Signalen mit dem Modulationsindex 0,5 gilt für die Beziehung zwischen der Symbolfrequenz fb, der Frequenz //, gehörend zu einem Binärwert »1« und der Frequenz // gehörend zu einem Binänvert »0« beispielsweise:

f_h = f_b = 2/a

Dieser Empfänger enthält eine Anordnung 2 zum Zurückgewinnen eines Bezugstaktsignals und einen is Regenerationskreis 3, der von der Anordnung 2 gesteuert wird. Die Anordnung 2 besteht aus einer Quadrierschaltung 4, der die Informationssignale zugeführt werden, und einer an den Ausgang 5 der Quadrierschaltung 4 angeschlossenen phasenverriegelnden Schleife 6.

Von der Quadrierschaltung 4 wird ein Signal erzeugt mit einem Anteil bei der Symbolfrequenz /j> Das Bezugstaktsignal zur Symbolregeneration wird mit Hilfe der phasenverriegelnden Schleife 5 erhalten, in die ein spannungsgesteuerter Oszillator 7 mit einer Nennfrequenz entsprechend /(, aufgenommen ist. Weiter enthält diese Schleife einen Phasenvergleichskreis 8 in Form eines Phasendetektors 9, dem die Ausgangssignale des Oszillators 7 und der Quadrierschaltung 4 so zugeführt werden und tin Tiefpaßfilter 10, dem das Regelsignal für den Oszillator 7 entnommen wird. Das vom Oszillator 7 gelieferte Bezugstaktsignal wird dem Regenerationskreis 3 zugeführt. Am Ausgang des Regenerationskreises sind die regenerierten Symbole zur Weiterverarbeitung in nicht näher angegebenen Teilen des Empfängers verfügbar.

Wenn im Informationssignai die Binärwerte »1« und »0« auf beliebige Weise aufeinanderfolgen, wird im Ausgangssignal der Quadrierschaltung 4 immer ein eo Anteil bei der Frequenz 4 mit ausreichend großer Amplitude vorhanden sein, um ein Bezugstaktsignal mit praktisch der richtigen Phase zu erhalten. Treten jedoch in dem Informationssignal lange Reihen binärer Werte »1« auf, so wird die Amplitude des Anteils bei der >>'> Frequenz 4 im Ausgangssignal der Quadricrschaltung während dieser langen Reihen sehr klein werden, wodurch das dem Oszills ,or 7 entnommene Bezugstaktsignal große Phasenschwankungen aufweisen wird, die zu Fehlern bei der Symbolregeneration führen werden.

Der Empfänger, wie dieser in Fig,2 dargestellt ist, unterscheidet sich vom Empfänger nach F i g, 1 dadurch, daß der Phasenvergleichskreis 8 zwei Phasendetektoren 11 und 12 enthält, die mit je einem ersten Eingang 13 bzw. 14 gemeinsam an den Ausgang 5 des nicht linearen Signalbearbeitungskreises 4 und mit je einem zweiten Eingang 15 bzw. 16 an einzelne Ausgänge 17 bzw. 18. eines Bezugskreises 19 angeschlossen sind, der vom Oszillator 7 zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mit einem rationellen Frequenzverhältnis gespeist wird, während der Phasenvergleichskreis 8 weiter einen Ausgangskreis 20 enthält zum Filtern und Kombinieren der von den Phasendetektoren 11 und 12 gelieferten Ausgangssignale zu einem Regelsignal für den Oszillator 7. Der Empfänger nach F i g. 2 ist zum Empfang von FSK-Signalen mit Modulationsindes 0,5 eingerichtet, wobei der Bezugskreis 19 nur einen Halbierer 21 enthält und der Oszillator 7 auf eine Nennfrequenz 24 abgestimmt ist Dem Phasendetel· ·:or 11 wird das Aüsgangssigna! des Oszillators 7 unmittelbar als Phasenbezugssignal zugeführt, während dem Phasendetektor 12 ein Phasenbezugssignal mit einer vom Halbierer 21 auf 4 verringerten Frequenz zugeführt wird. Damit das Verhältnis zwischen den Frequenzen der den Phasendetektoren 11 bzw. 12 zugeführten Phasenbezugssignale dem Verhältnis zwischen den Frequenzen 4 bzw. /J im Informationssignal entsprich!, ist es von Bedeutung, daß die verwendete Übertragungsstrecke keine beliebigen Frequenztranslationen aufweist Dies ist beispielsweise der Fall bei Kabeln, bei der Aufzeichnung auf Magnetband, aber auch bei Verwendung von Frequenzmodulations- und -detektionssystemen, wie diese beim mobilen Funkbetrieb angewandt werden. Vom Phasendetektor 11 wird nun ein Ausgangssignal geliefert und zwar infolge der Binärwerte »1« im Informationssignal, und der Phasendetektor 12 liefert ein Ausgangssignal infolge der Binärwerte »0«. Weil im Informationssignal niemals die beiden Frequenzanteile 4 und fi gleichzeitig fehlen we; den, liefert mindestens einer der Phasendetektoren 11 oder 12 ein Ausgangssignal. Diese Ausgangssignale werden im Ausgangskreis 20 vom Addierer 22 zu einem Regelsignal kombiniert, das nach Filterung vom Tiefpaßfilter 23 dem Oszillator 7 zugeführt wird.

Der Vorteil des beschriebenen Empfängers ist, daß unabhängig vom Informationsinhalt des empfangenen Signals immer ein Regelsignal für den Oszillator geliefert wird, so daß ein sehr stabiles Bezugstaktsignal ohne große Phasenschwankungen erhalten wird, wobei diese hohe Stabilität dennoch keine lange Einstellzeit erfordert.

Bei Anwendung von Restseitenbandmodulation (VSB) zur Übertragung von Informationssignalen, wobei die Trägerfrequenz der Symbolfr^quenz entspricht und ein unteres Seitenband des modulierten Signals ausgesendet wird, entsteht nach Quadrieren ein Anteil auf der Symbolfrequenz durch die Beiträge im Spektrum des modulierten Signals gegenüber der halben Syinbolfrequenz symmetrisch liegender Frequcnzanteile. In diesem Fall ist jedoch die Amplitude dieses Anteils von der Folge der Binärwer^:.e»!«und »0« im Informationssignal weitgehend abhängig. Kurze Reihen gleicher Symbole bedeuten, daß verhältnismäßig viele Anteile um dit halbe Symbolfrequenz vorhanden sind und folglich, daß nach Quadrieren eine verhältnismäßig große Amplitude des Anteils auf der Symbolfre-

quenz auftritt. Dagegen führen lange Reihen gleicher Symbole Frequenzanteile um die Trägerfrequenz ein. die nach Quadrieren zu einem Frequenzanteil a;if der doppelten Trägerfrequenz führen, von der auch wieder die Amplitude weitgehend informationsabhängig ist. In praktischen Fällen werden die beiden Anteile durchschnittlich gleich stark vorhanden sein, so daß auch hier ebenso wie im bereits beschriebenen Fall von FSK-Signalen mit Vorteil der erfindungsgemäße Empfänger verwendet werden kann.

Wenn der spannungsgesteuerte Oszillator auf eine Nennfrequenz entsprechend der doppelten Trägerfrequenz abgestimmt wird, kann das Ausgangssignal des Oszillators nach Frequenzteilung durch zwei für Demodulation des übertragenen Signals als auch für Regeneration der binären Symbole verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß der erfindungsgemäße Empfänger nicht nur für die Informationssignale vom beschriebenen FSK- oder VSB-Typ verwendet werden kann, sondern im allgemeinen /um F.mpfang synchroner Informationssignale, wie diese beispielsweise auf digitale Weise mit Hilfe von »Echomodulation« oder auf analoge Weise, wobei ein Postmodulationsfüter mil einer Bandbreite zur Größe mindestens der Nyquistfrequenz verwendet wird, erzeugt werden können.

Bei der Verwendung von »Echomodulation« kann das Frequenzband, in dem die im Informationssignal auftretenden F'requen/.anicilc liegen, eine Verschiebung /ur Größe eines Vielfachen der Hälfte der Symbolfre quenz aufweisen. Wenn beispielsweise die Frequenzen teile um dreimal ftJ2 verschoben sind, so daß /} = 4fiJl und fb = 5ftJ2, treten nach Quadrierung Anteile bei der Frequenzen 4/"_h und 54 auf. Der Oszillator 7 kann danr beispielsweise auf eine Nennfrequenz von 60 /J, ange stimmt werden.

In F i g. 3 ist angegeben, wie der Bezugskreis 19 ir diesem Fall aus Teilern oder Multiplizierern 24, 25 unc 26 zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mii einem rationellen Frequenzverhältnis aufgebaut wercler kann. Der Teiler 24 teilt dann die Frequenz durch 4. dei Teiler 25 durch 5 und der Teiler 26 durch 3.

In F i g. 4 ist eine Ausführungsform des Ausgangskrei ses 20 dargestellt, in dem die Addier- und Filterbearbei tungen in einer anderen Reihenfolge als im Ausgangs kreis 20 nach F i g. 2 durchgeführt werden. Dit Ausführungsform nach Fig. 2 wird jedoch wegen dei

Finfarhhpil in Her Pra*i<: hpvnryiifft werden
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Es sei bemerkt, daß auch bei Verwendung einei Verzerrer- und Entzerrerkombination, wobei währenc kurzer Zeit Reihen gleicher Symbole auftreten können die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen zi einer wesentlichen Verbesserung der zu erreichendet Einstellzeit führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Empfänger zum Empfang synchroner Informationssignale, in denen Symbole im Takte einer Taktfrequenz auftreten und die über eine Übertragungsstrecke übertragen werden, die keine beliebigen Frequenztranslationen aufweist, wobei die Informationssignale in einem Frequenzband mit einer Breite die größer ist als die Hälfte der Taktfrequenz und kleiner als die Taktfrequenz auftreten, welcher Empfänger eine Anordnung zum ausschließlichen Zurückgewinnen eines Bezugssignals enthält, welche Anordnung mit einem nicht linearen Signalverarbeitungskreis mit einem Eingang versehen ist, dem die Informationssignale zugeführt werden und mit einem Ausgang, der mit einer phasenverriegelten Schleife verbunden ist, in die ein Phasenvergleichskreis und ein Oszillator mit einer regelbaren Frequenz aufgenommen sind, und zwar zug« Liefern des Bezugssignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Phascnvcrglcichskreis zwei Phasendetektoren enthält, die mit je einem ersten Eingang gemeinsam an den Ausgang des nicht linearen Signalverarbeitungskreises und mit je einem zweiten Eingang, an einzelne Ausgänge eines Bezugskreises angeschlossen sind, der vom Oszillator gespeist wird, und zwar zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mit einem rationellen Frequenzverhältnis und daß der Phasenvergleichskreis weiter einen Ausgangskreis zum Filtern und Kombinieren der von den Phasendetektoren gelieferten Ausgangssignale zu einem Regelsignal für den Oszillator enthält.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugskrei:- aus zwei Zweigen .besteht, wobei das Ausgangssignal des Oszillators Ober einen ersten Zweig unmittelbar einem ersten Ausgang des Bezugskreises zugeführt wird und über einen zweiten Zweig mit einem darin aufgenommenen Halbierer, einem zweiten Ausgang des Bezugskreises zugeführt wird.

3. Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis aus einem Addierer zum Bilden der Summe der von den Phasendetektoren gelieferten Ausgangssignale und aus einem Filter zum Filtern des erhaltenen Summensignals besteht.