DE2657283A1 - Drahtloses informationsuebertragungssystem - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

KSINZ-JOACHIM HUBER Ϊ

REINER PRIETSCH -A 5 79

M 0 N C H E N 2 1 -' ' U'

GOTTHARDSTR. 81 >'^/f 17.12.1976

9234-IV/Hg

Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques TRT, Rue Brillat-Savarin 88, F-756HO Paris Cedex 13 (Prankreich) und Laurent Augiers de Cremiers,- Route de la Reine 17, 921oo Boulogne

Drahtloses Informationsübertragungssystem

Priorität: 18. Dezember 1975, Prankreich, 75 38853

Die Erfindung betrifft ein drahtloses Informationsübertragungssystem mit einem modulierten Träger mit sprungweise veränderlicher Frequenz, bestehend aus einem Sender und einem Empfänger, die jeweils eine von einem Synthesizer gesteuerte Frequenzumsetzerschaltung umfassen, der eine sprungweise, in einem bestimmten Rythmus und gemäß einem sich periodisch wiederholenden Code veränderliche Frequenz liefert, wobei der Rythmus durch einen Taktgeber festgelegt ist.

Ein solches System, bei dem die gesendete Frequenz sich sprungweise nach einem Code und einem Rythmus ändert, die empfangsseitig bekannt sind, gestattet einerseits die Schwierigkeiten zur Störung der Kommunikation durch einen Gegner zu erhöhen und andererseits macht es das Peststellen und Abhören dieser Kommunikation schwierig.

Ein gewisses Problem besteht bei einem solchen System in der Synchronisierung des Frequenzsynthesizers des Empfängers auf den Frequenzsynthesizer des Senders in der Weise, daß zu jedem Augenblick diese beiden Synthesizer übereinstimmende Frequenzen liefern und daß somit der Empfänger korrekt auf die gesendete Pre-

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quenz abgestimmt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und wirksame Lösung zur Erzielung dieser Synchronisation anzugeben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Empfänger vor dem Demodulator einen Amplitudenbegrenzer aufweist, dessen Ausgang mit einer Schaltung verbunden ist, die ein Signal entsprechend dem Mittelwert des Rauschpegels am Ausgang des Amplitudenbegrenzers liefert, und dieses Signal an einer Frequenzsteuerschaltung des Taktgebers des Empfängers derart anliegt, daß das Mittelwertsignal ein Minimum wird.

Für den Fall, daß innerhalb des Übertragungssystems mit Frequenzmodulation gearbeitet wird, ist bekanntlich im Empfänger ein Frequenzdiskriminator vorgesehen, der die übertragene Information zurückgewinnt und dem gewöhnlich ein Amplitudenbegrenzer vorgeschaltet ist. Man kann dann diesen bereits im Empfänger vorhandenen Begrenzer als Amplitudenbegrenzer im Sinne der Erfindung verwenden.

Ein Informationsübertragungssystem nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der beispielsweise gewählten Ausführungsformen in schematischer Vereinfachung und erläuternde Diagramme zeigenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines übertragungssy-

stems, das mit Frequenzmodulation arbeitet,

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der ARbeitsweise,

Fig. 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise

einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 5 ein Teilschaltbild des Empfängers dieser

abgewandelten Ausführungsform,

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Fig. 6 ein Teilschaltbild eines Empfängers einer

weiteren Ausführungsform, und

Fig. 7 eine Anwendung des vorliegenden Vorschla

ges im Rahmen eines mit Amplitudenmodulation arbeitenden Übertragungssystems.

Das in Fig. 1 dargestellte System umfaßt einen im linken Teil der Figur gezeichneten Sender und einen im rechten Teil der Figur gezeichneten Empfänger.

Im Sender wird ein der zu übertragenden Information entsprechendes und am Eingang 1 anliegendes, analoges oder digitales Signal einem Modulator 2 zugeführt, in welchem dieses Signal das von einem Pilotoszillator 3 gelieferte Signal moduliert. Es kann sich um eine beliebige Modulation handeln. In Fig. 1 ist angenommen, daß der Modulator 2 ein Frequenzmodulator ist. Das von diesem Modulator 2 gelieferte Signal wird in eine Zwischenfrequenz mittels einer ersten Frequenzumsetzerstufe umgesetzt, die aus einem Mischer 4j gefolgt von einem Bandfilter 5, besteht, wobei die Umsetzungsfrequenz von einem Festfrequenzoszillator 6 geliefert wird. Das Zwischenfrequenzsignal wird in die Sendefrequenz mittels einerzweiten Frequenzumsetzerstufe umgesetzt, die aus einem Mischer 7, gefolgt von einem Bandfilter 8 und einem Leistungsverstärker 9, besteht, wobei der letztere mit einer Sendeantenne 10 verbunden ist. Die dem Mischer 7 zugeführte Umsetzungsfrequenz wird am Ausgang eines Frequenzsynthesizers 11 erhalten, der so gesteuert ist, daß er periodisch eine bestimmte Verteilung mehrerer Frequenzen liefert, die sich sprungsweise mit einem gegebenen Rythmus ändern. Es handelt sich beispielsweise um eine Verteilung aus zehn Frequenzen, die im Abstand von 0,1 MHz von 200 bis 200,9 MHz reichen und in einer bestimmten Reihenfolge mit einem Rythmue von 1 kHz aufeinanderfolgen, so daß diese Verteilung mit der Frequenz von 100 Hz sich wiederholt.

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Hierzu wird der Synthesizer 11 frequenzgesteuert durch einen Codegenerator 12, der ein periodisches Signal liefert, das in jeder Periode der gewünschten Verteilung der zehn Frequenzen entspricht. Ein Taktgeber 13 liefert eine Frequenz H an den Codegenerator 12; diese Freqeunez H ist der Rythmus der FrequenzSprünge in dem Synthesizer 11 (H=IkHz im genannten Beispiel). Eine bekannte Technik zur Realisierung des Codegenerators 12 besteht darin, ein Schieberegister zu verwenden, das über ein EXKLUSIV-ODER-Glied rückgekoppelt bzw. zu einer Schleife geschaltet ist, wobei die Schiebefrequenz die von dem Taktgeber 13 gelieferte Frequenz ist. Die in dem Schieberegister enthaltene Information ändert sich bei jedem Schiebeimpuls in pseudo-zufälliger Weise innerhalb einer Periode, die vonder Länge des Registers abhängt und diese Information kann das Steuersignal für den Synthesizer 11 bilden. Der Taktgeber ist gemäß Fig. 1 verwirklicht durch einen Quarzoszillator 14, gefolgt von einem Frequenzteiler 15.

Der Empfänger umfaßt eine Anzahl von demjenigen des Senders entsprechenden Elementen. Das von der Empfangsantenne 16 kommende Signal wird in einem Verstärker 17 verstärkt. Jedes Signal, das die selbe, veränderliche Frequenz wie das bgesendete Signal besitzt, wird in eine feste Zwischenfrequenz umgesetzt, die gleich derjenigen ist, die im Sender dem Mischer 7 zugeführt wird. Für diese Umsetzung wird eine Frequenzumsetzerstufe verwendet, die aus einem Mischer 18, gefolgt von einem Bandfilter 19, gebildet ist. Die Umsetzungsfrequenz, die den Mischer 18 steuert, ist die selbe, sprungweise sich in einem gegebenen Rythmus und nach einem sich periodisch wiederholenden Code veränderliche Frequenz wie diejenige, die dem Mischer 7 des Senders zugeführt wird. Diese Umsetzungsfrequenz wird geliefert von einem Synthesizer 20, der gleichen Aufbau wie der Synthesizer 11 des Senders besitzt und frequenzgesteuert wird durch einen Codegenerator 21, der denselben Code liefert, wie der Sender. Der Rythmus H^! der Frequenzsprünge wird geliefert durch einen Taktgeber 22, bestehend aus einem Quarzoszillator 23, gefolgt von einem Frequenzteiler 24.

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Wenn der Rythmus H¹ der gleiche wie der Rythmus H ist, der im Sender von dem Generator 13 geliefert wird und wenn die Codegeneratoren 13 und 20 phasengleiche Steuersignale liefern, erhält man am Ausgang des Filters 19 eine feste Zwischenfrequenz.

Diese Zwischenfrequenz wird in eine niedrigere Frequenz mittels einer zweiten Frequenzumsetzerstufe umgesetzt, die von einem Mischer 25, gefolgt von einem Bandfilter 26 gebildet wird, wobei die Umsetzungsfrequenz von einem Festfrequenzoszillator 27 geliefert wird. Das von dem Filter 26 abgegebene Signal wird einem Demodulator 28 zugeführt, der die übertragene Information zurückgewinnt. Da für das in Fig.l dargestellte System angenommen ist, daß es mit Frequenzmodulation arbeitet, geht dem Frequenzdemodulator 28 wie gewöhnlich ein Amplitudenbegrenzer 29 voran, der zwischen dem Mischer 25 und dem Filter 26 liegt. Der Begrenzer 29 ist ein Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor, der ein auf einen konstanten Pegel beschnittenes Signal liefert.

Damit dieses System arbeitet, ist es offensichtlich notwendig, daß die Synthesizer 11 und 20 durch die Codegeneratoren 12 und im Synchronismus gesteuert werden, damit sie in jedem Augenblick dieselben Frequenzen liefern. Nach dem vorliegenden Vorschlag läßt sich dieser Synchronismus durch besonders einfache Schaltungen erhalten.

Hierzu ist in dem Empfänger für frequenzmodulierte Signale gemäß Fig. 1 der Ausgang des Amplitudenbegrenzers 29 mit einer Schaltung 30 verbunden, die so ausgelegt ist, daß sie ein Signal Vm liefert, das dem Mittelwert des Rauschpegels am Ausgang des Begrenzers entspricht. Hierzu umfaßt die Schaltung 30 nacheinander ein Filter 31, einen Verstärker 32, einen Detektor 33, einen Impulsformer 34 und schließlich einen Integrator 35. Der Durchlaßbereich des Filters 31 ist so bemessen, daß ein Signal entsprechend dem Rauschpegel am Ausgang des Begrenzers 29 übertragen

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oder hindurchgelassen wird. Das Fiiler besitzt eine größtmögliche Bandbreite, darf jedoch keinerlei Bestandteil des Nutzsignales hindurchlassen; beispielsweise wird für eine Trägerfrequenz von 700 kHz am Eingang des Begrenzers 29 ein Tiefpasfilter gewählt, das einen Durchlaßbereich von 0 bis 200 kHz besitzt. Das Signal Vm des Mittelwertes des Rauschpegels, das von dem Integrator 35 geliefert wird, wird einer Schaltung 36 zugeführt, die die Frequenz H' des Taktgebers 22 steuert und so ausgelegt ist, daß sie dieses Signal Vm möglichst klein macht. In der einfachen in Fig.l angegebenen Form besteht die Steuerschaltung 36 aus einem Vergleicher, dessen einer Eingang das Signal Vm des Mittelwertes erhält und dessen anderer Eingang ein Schwellwertsignal V„ erhält. Dieser Vergleicher liefert ein logisches Signal E, dessen Wert eine Funktion des Vorzeichens der Differenz Vm - V„ ist und das an einem Steueranschluß 37 des Frequenzteilers 24 anliegt. Durch das an diesem Steueranschluß anliegende, logische Signal kann der Frequenzteiler 24 auf zwei verschiedene Teilerverhältnisse gesteuert werden, von denen das eine eine Taktgeberfrequenz H¹, die praktisch gleich der Taktgeberfrequenz H des Senders ist, erzielen läßt, während das andere Teilerverhältnis eine Taktgeberfrequenz H¹ erzielen läßt, die, wie noch gezeigt werden wird, ein wenig größer oder ein wenig kleiner als die Taktgeberfrequenz H sein kann.

Die Arbeitsweise der zuvor beschriebenen Synchronisierschaltung beruht auf dem Umstand, daß der Begrenzer 29 ein Rauschen mit einem relativ hohen Pegel erzeugt, sobald der Synthesizer 20 des Empfängers eine andere Frequenz liefert als der Synthesizer 11 des Senders, während dieser Rauschpegel sehr niedrig liegt, wenn die beiden Synthesizer dieselbe Frequenz liefern.

Im ersten Fall, wenn die von den Synthesizern gelieferten Frequenzen einen hinreichenden Abstand besitzen (0,1 MHz beispielsweise) liegt nämlich das von dem Mischer 18 gelieferte Signal außerhalb des relativ schmalen Durchlaßbereiches des Filters 19>

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AO

da das letztere lediglich daau dient, das um die feste Zwischenfrequenz liegende Band des Informationssignales (beispielsweise -3OkHz) durchzulassen; das führt dazu, daß am Eingang des Begrenzers 29 das Nutzsignal fehlt, so daß der Begrenzer 29 einen relativ hohen Rauschpegel erzeugt, der im wesentlichen auf seine Eingangselemente zurückzuführen ist. Im zweiten Fall dagegen, der dem normalen Arbeiten des Systems entspricht, beseitigt die Beschneidungswirkung des Begrenzers praktisch jegliches Rauschsignal an seinem Ausgang. Zwischen diesen beiden Rauschpegeln entsprechend einer FrequenzVerstimmung bzw. einer Frequenzübereinstimmung der zwei Synthesizer kann ein Unterschied in der Größenordnung von 60 dB bestehen.

Um den Synchronismus zwischen den identischen Frequenzverteilungen herzustellen, die von dem Synthesizer 11 des Senders und dem Synthesiser 20 des Empfängers geliefert werden, wired nach dem vorliegenden Vorschlag das Rauschsignal am Ausgang des Begrenzers 29 ausgewertet, wobei der Mittelwert dieses Rauschsignales durch das Signal Vm am Ausgang des Integrators 29 repräsentiert wird. Die-ser Mittelwert ist kennzeichnend für eine Frequenzverstimmung zwischen den zwei Synthesizern, wie anhand der Diagramme der Fig. 2 gezeigt werden wird.

In dem Diagramm 2a sind in Form von Pfeilen die Taktgeberimpulse der Frequenz H des Senders dargestellt, die im folgenden der Einfachheit halber meist als H-Impulse bezeichnet werden werden. Außerdem ist auch die Aufeinanderfolge der von dem Synthesizer 11 des Senders gelieferten Frequenzen dargestellt. Diese Aufeinanderfolge wird erhalten durch periodisches Widerholen einer Verteilung von beispielsweise 10 Frequenzen fl bis flO, wobei jede Frequenz während einer Zeitdauer T= 77 geliefert wird. In den

Xl

Diagrammen 2b und 2d sind die Taktgeberimpulse des Empfängers mit einer Frequenz H¹ dargestellt, von der angenommen ist, daß sie gleich der Taktgeberfrequenz H des Senders ist. Diese Taktgeberimpulse des Empfängers werden der Einfachheit halber nachfolgend

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häufig als H'-Impulse bezeichnet. Außerdem ist die gleiche Aufeinanderfolge der Frequenzen wie im Sender dargestellt, so wie sie von dem Synthesizer 20 des Empfängers geliefert wird. Jedoch besteht zwischen den Frequenzverteilungen entsprechend den Diagrammen 2a. und 2b eine zeitliche Verschiebung^, die einer Nacheilung des Taktgebersignals des Empfängers gegenüber dem Taktgebersignal des Senders entspricht; zwischen den Frequenzverteilungen entsprechend den Diagrammen 2a und 2d besteht eine zeitliche Verschiebung^, die einem Voreilen des Taktgebersignals des Empfängers gegenüber dem Taktgebersignal des Senders entspricht. In diesen Diagrammen ist die Voreilung bzw. die Nacheilung kleiner als T.

In dem Diagramm 2c stellt .die aus den Diagrammen 2a und 2b abgeleitete Rechteckkurve das Signal dar, das am Ausgang des Impulsformers 3% auftritt und das Rauschsignal V. am Ausgang des Begrenzers 29 wiedergibt. In dem Diagramm 2e stellt die aus den Diagrammen 2a und 2d abgeleitete Rechteckkurve ein Signal dar, das dieselbe Bedeutung wie in dem Diagramm 2c hat. Man erkennt aus den beiden Diagrammen 2c und 2e entsprechend dem zuvor Gesagten, daß das Rauschsignal V_b einen relativ hohen Maximalwert V, max annimmt, solange die von den zwei Synthesizern gelieferten Frequenzen voneinander verschieden sind und einen kleinen Wert V_b min annimmt, wenn diese Frequenzen gleich sind. Die ausgezogene, waagerechte Gerade stellt den Mittelwert Vm des Rauschsignales V_b dar, wie er von dem Integrator 35 geliefert wird. Man erkennt aus den Diagrammen der Fig. 2, daß dann, wenn die zeitliche VerschiebungVNull ist, das heißt wenn vollkommener Synchronismus zwischen den zwei Synthesizern herrscht, der Mittelwert Vm einen Minimalwert gleich V^ min annimmt. Wenn die Ver-8chiebung"?~gleich oder größer als T ist, das heißt dann, wenn eine ständige Fehlabstimmung zwischen den von den Synthesizern gelieferten Frequenzen herrscht, nimmt der Mittelwert einen Maximalwert gleich V_b max an.

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Zur Erläuterung, wie man zu einem Synchronismus des Arbeitens der zwei Frequenzsynthesizer 11 und 20 kommt, wird zunächst angenommen, daß,gesteuert durch das von dem Vergleicher 36 gelieferte logische Signal E_}die Taktgeberfrequenz H' des Empfängers einen Wert annimmt, der entweder gleich der Taktgeberfrequenz H des Senders ist (H¹ = H, wenn E = 0) oder der etwas größer als diese Frequenz ist (H* = H +££ wenn E = 1).

Ausgegangen wird von einem Zustand der ständigen Fehlabstimmung, für den das Signal Vm des Mittelwertes des RAuschens den Wert V, max hat, welcher Zustand sich überwiegend bei der Inbetriebnahme des Systems ergeben wird. Dieses Signal Vm wird in dem Vergleicher 36 mit einem Schwellwert signal Vg-=" ^vv. ^max verglichen. Dieses Schwellwertsignal ist in den Diagrammen 2c und 2e durch die beiden gestrichelten, waagerechten Geraden sversinnbildlicht. Diesem Schwellwert signal V„ entspricht eine Verschiebung"?^. Solange das Signal Vm größer als V„ ist, liefert der Vergleicher 36 an den

Steueranschluß 37 des Frequenzteilers 2¹J ein logisches Signal E mit dem Wert "1", derart, daß die von dem Frequenzteiler geliefer te Frequenz H' gleich H 4-όβ. ist. Hieraus ergibt sich, daß das Taktsignals des Empfängers, das eine Frequenz H +ΔΗ hat, sich dem Taktsignal des Senders mit der Frequenz H allmählich anggleicht. Somit nehmen die Verschiebungen^und der Wert des Signales Vm des Mittelwertes des Rauschens ab. Sobald das abnehmende Signal Vm das Schwellwertsignal V_g erreicht hat, liefert der Vergleicher 36 ein logisches Signal E mit dem Wert "0", derart, daß der Frequenzteiler 24 eine Taktfrequenz H' gleich H liefert. Der Synchronismus zwischen den zwei Synthesizern ist dann erreicht und der Wert des Signals Vm fällt im Prinzip auf V^ min.

In der Praxis können jedoch die Frequenzen der Quarzoszillatoren Ik und 23, die die Frequenzen H -und H¹ festlegen, nicht genau gleich sein und können jeweils unterschiedliche Drift besitzen. Aus dem einen, dem anderen oder beiden Gründen gleichzeitig kann ein strengerSynchronismus zwischen den zwei Synthesizern nicht

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aufrecht erhalten werden und es entsteht zwangsläufig nach Ablauf einer gewissen Zeit eine wachsende Verschiebung^ zwischen den Taktsignalen H und H¹, die eine Zunahme des Signals Vm des Mittelwertes des Rauschens nach sich zieht. Zwei Fälle können sich ergeben.

Ein erster Fall isb derjenige, bei dem die auftretende Verschiebung?⁰ einer Phasennacheilung des Taktsignales des Empfängers mit der Frequenz H¹ in Bezug auf das Taktsignal des Senders mit der Frequenz H entspricht. Sobald das hieraus sich ergebende, wachsende Signal Vm das Schwellwertsignal V„ überschreitet, nimmt das von dem Vergleicher 36 gelieferte logische Signal E den Wert "1" an und somit wird die Taktfrequenz des Empfängers zu H¹ plus /^H, wird also größer als die Frequenz H des Taktsignales des Senders. Hieraus ergibt sich, daß das Taktsignal des Empfängers mit der Frequenz H¹ plus ΔΗ sich dem Taktsignal des Senders angleicht und man erhält unmittelbar eine Verminderung der Verschiebung ^₃ die somit nicht den V_Q entsprechenden Wert (^ überschreitet. Als Folge der verschiedenen Zeitkonstanten, insbesondere derjenigen des Integrators 35, vermindert sich das Signal Vm nicht augenblicklich und bleibt noch eine bestimmte Zeit größer als das Schwellwertsignal V₃, derart, daß die Verzögerung>weiterhin abnimmt. Nach dieser Zeit unterschreitet das Signal Vm mit abnehmenden Werten die Schwelle V_g und das logische Signal E nimmt den Wert "0" ein, womit die Taktfrequenz des Senders den Wert H* anninrit, der sehr nahe der Taktfrequenz H des Senders liegt. Das Taktsignal des Senders und des Empfängers sind damit wieder gleichphasig gemacht worden und derselbe Ablauf wiederholt sich jedesmal dann,wenn die Verschiebung(^den Wert "^₃ entsprechend dem Schwellwertsignal V₃ erreicht. Schließlich überschreitet in diesem ersten Fall die Verschiebung ?y nicht diesen Wert ^ _s, der sehr gering sein kann.

Ein zweiter Fall ist derjenige, bei dem die nach Erzielung des Synchronismus auftretende Verschiebung ^ einem Voreilen der Pha-

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se des Taktsignales des Empfängers in Bezug auf das Taktsignal des Senders entspricht. In diesem Fall wird in dem Moment, wo das sich hieraus ergebende wachsende Signal Vm das Schwellwertsignal Vg überschreitet, die Taktfrequenz des Empfängers ebenfalls gleich H¹ plus &H. Da jedoch das Taktsignal des Empfängers mit dieser Frequenz H¹ plus Λ H größer als die Taktfrequenz H des Senders ist, kann die Phasenvoreilung nicht sofort durch Verminderung dieser Voreilung korrigiert werden. Die Korrektur erfolgt durch Zunahme der Phasenvoreilung bis diese einen Wert nahe der Dauer einer Frequenzverteilung erreicht hat (welche Dauer gleich 10 T im Falle einer Verteilung von 10 Frequenzen ist). Der Synchronismus zwischen den zwei Synthesizern kann folglich wieder gefunden werden. Jedoch geht der Synchronismus während der relativ langen Dauer der Korrektur verloren. Ein Betrieb entsprechend diesem zweiten Fall sollte daher vermieden werden.

Eine Möglichkeit, einen solchen Betrieb zu vermeiden, so daß immer die Verhältnisses des ersten Falles vorliegen, besteht darin, die Quarzoszillatoren 14 und 23 des Senders und des Empfängers derart zu wählen, daß die Taktfrequenz H¹ des Empfängers stets ganz wenig unterhalb der Taktfrequenz H des Senders liegt und daß die Drift der jeweiligen Oszillatoren immer nur ein Nacheilen der Phase des Taktsignales des Empfängers gegenüber dem Taktsignal des Senders hervorrufen.

Nachfolgend wird eine weitere Möglichkeit beschrieben um einen Betrieb entsprechend dem zweiten Fall zu vermeiden. Zunächst ist es jedoch notwendig darauf hinzuweisen, daß dasSystem nach Fig. 1 auch dann sehr gut arbeitet, wenn die taktfrequenz des Empfängers, gesteuert durch das von dem Vergleicher 36 gelieferte logische Signal E mit dem Wert "1", einen Wert H' minus λλ H annimmt, der ein wenig kleiner als der Wert H der Taktfrequenz des Senders ist. Ausgehend von einer vollständigen Verstimmung zwischen den zwei Synthesizern erhält man in entsprechender Form den Synchronismus, wobei die Korrektur nun durch Verzögerung des Taktsignales des

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Empfängers in Bezug auf das Taktsignal des Senders durchgeführt wird. Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, bleibt in diesem Fall der Synchronismus mit einer Verschiebung <yaiirechterhalten, die kleiner als der Schwellwert\ ist, wenn diese Ver-Schiebung einem Voreilen der Phase des Taktsignales des Empfängers in Bezug auf das Sendersignal entspricht. Wenn diese Verschiebung einer Verzögerung entspricht, geht der Synchronismus verloren. Wie zuvor kann dieser letztere Betriebszustand durch geeignete Wahl der Quarzoszillatoren 14 und 23 vermieden werden.

Die andere Möglichkeit, einen Betrieb zu vermeiden, bei dem der Synchronismus verloren geht, besteht darin, festzustellen, ob die Verschiebung^eine Phasennacheilung oder eine Phasenvoreilung ist und entsprechend die Taktfrequenz H¹ des Empfängers zu steuern, um die Korrektur der Verschiebung in der passenden Richtung zu erhalten. Ein mögliches Verfahren zur Feststellung, ob die Verschiebung & eine Voreilung oder eine Nacheilung ist, wird anhand der Diagramme der Figuren 3 und 4 beschrieben, von denen einige eine vergrößerte Darstellung der Diagramme der Fig. 2 sind.

Die Diagramme 3a und 4a zeigen in Form von Pfeilen die Impulse H des Taktgebers des Senders. In den Diagrammen 3b und 4b stellen die Pfeile mit der größeren Höhe die Impulse H¹ des Taktgebers des Empfängers dar. Im Diagramm 3b eilen die Impulse H¹ den Impulsen H um eine Zeitdauer^ nach und im Diagramm 4b . eilen die Impulse H¹ den Impulsen H um eine Zeitdauer ¹C^ voraus. In den Diagrammen 3c und 4c ist das Rechtecksignal am Ausgang des Impulsformers 34 dargestellt, das sich aus dem Rauschen am Ausgang des Begrenzers 29 ergibt. Dieses Signal besteht aus Impulsen, die von Null verschieden sind und die Dauer ^ besitzen und deren eine Flanke mit den Impulsen H' zusammenfällt, während die andere Flanke im Diagramm 3c den Impulsen H¹ voraneilt, hingegen im Diagramm 4c den Impulsen H¹ nacheilt, n

Desweiteren sindii den Diagrammen 3b und 4b mit Pfeilen geringe-

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rer Höhe zwei Impulsfolgen Ji₁' und h₂ ^f dargestellt, die die Taktimpulse H¹ begleiten. Die Impulse h.,¹ haben eine kleine Voreilung b gegenüber den Impulsen H¹ und die Impulse hg' haben eine Nacheilung d gegenüber den Impulsen H'. Wenn das Rauschsignal 3c in den Augenblicken der Impulse h^' und hg' abgetastet wird, erhält man von Null verschiedene Sxgnalabtastwerte nur in den Zeitpunkten der Impulse h.,'. Diese in Diagramm 3b dargestellten Abtastwerte X₁ entstehen mit einer Voreilung in Bezug auf die Impulse H^f. Wenn man in der gleichen Weise das Rauschsignal 4c abtastet, so erhält man, wie ohne weiteres ersichtlich, Abtastwerte x₂ gemäß dem Diagramm 4d, die in den Zeitpunkten der Impulse hg' entstehen, das heißt verzögert in Bezug auf die Impulse H¹. Durch dieses Abtastverfahren des Rauschsignales kann man also feststellen, ob die Verschiebungtder Impulse H¹ des Empfängers gegenüber den Impulsen H des Senders eine Nacheilung oder eine Voreilung darstellen und man kann die Frequenz der Impulse H¹ des Empfängers in geeigneter Weise steuern.

Dieses Verfahren ist verwirklicht in dem Blockschaltbild der Fig. 5. Das Blockschaltbild zeigt einige für das Verständnis dienliche Bestandteile des Empfängers mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1.

Der Frequenzteiler 24 ist mit zwei Steueranschlüssen 40 und 41 versehen. In Abhängigkeit von den Werten logischer Signale S₁ und S₂, die an den Steueranschlüssen 40 und 41 anliegen, nimmt die Frequenz H' der von dem Frequenzteiler 24 gelieferten Impulse entweder einen Wert praktisch gleich demjenigen der Taktfrequenz H des Senders oder einen etwas größeren Wert H plus Δ Η oder einen etwas kleineren Wert H minus AH an, entsprechend der nächtigenden Tabelle I:

TABELLE I

Sl	S2	H1
0 1 0	0 0 1	H H + 4H H -Δ Η
	9096	3/0002

-AH-

Die von dem Frequenzteiler 24 gelieferten Impulse werden zwei in Kaskade geschalteten Verzogerungschaltungen 42 und 43 zugeführt, von denen jede eine Verzögerung gleich d erzeugt. Das Signal zwischen den zwei Verzogerungschaltungen ist das Taktsignal H¹ des Empfängers, das den Codegenerator 21 steuert. Vor der Verzögerungsschaltung 42 erhält man die Abtastimpulse h₁', die um d den Taktimpulsen H' voreilen und nach der Verzögerungsschaltung 43 erhält man die Abtastimpulse h₂', die um d den Taktimpulsen H¹ nacheilen. Die Impulse h^' und h₂' werden am Verbindungspunkt 44 zusammengeführt (ineinandergeschachtelt) und steuern eine Abtastschaltung 45, die das Ausgangssignal des Impulsformers 34 erhält. Ein Phäsendetektor 46 stellt fest, ob die von der Abtastschaltung 45 gelieferten Abtastwerte eine Phasenvoreilung oder eine Phasennacheilung in Bezug auf die Taktimpulse H¹ haben. In Abhängigkeit davon, ob diese Abtastwerte eine Voreilung (Abtastwerte x^ des Diagrammes 3d) oder eine Nacheilung (Abtastwerte Xp desDiagramms 4d) besitzen, liefert der Phasendetektor ein logisches Signal X gleich "1" oder gleich "0".

Dieses logische Signal X liegt direkt an einem Eingang eines UND-Gliedes 47 und über einen Inverter 49 an einem Eingang eines weiteren UND-Gliedes 48 an. Außerdem liegt das von dem Vergleicher 36 gelieferte logische Signal E an den anderen Eingängen der UND-Glieder 47 und 48 an. Die Ausgänge dieser UND-Glieder liefern die Signale S₁ und S₂, die die von dem Frequenzteiler 24 gelieferte Frequenz H¹ steuern. Die nachstehende Tabelle II gibt die Werte dieser Steuersignale S₁ und S₂ in Abhängigkeit von den lcgischen Signalen E und X an. Außerdem ist in dieser Tabelle die Frequenz H¹ angegeben, die hieraus ensprechend der Tabelle I hervorgeht .

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Tabelle II

E	X	Sl	S2	H'
O	O	O	O	H
O	%	O	O	H
1	O	O	1	η - Ah
1	1	1	O	H + ΔΗ

Die zwei ersten Zeilen dieser Tabelle II geben an, daß dann, wenn die Verschiebung?-einer Voreilung oder einer Nacheilung entspricht, die kleiner als die Schwellwertverschiebung-fc* (E = 0) ist, die Taktfrequenz Η» so gesteuert wird, daß sie gleich (oder praktisch gleich) der Taktfrequenz H des Senders ist. Die dritte und die vierte Zeile zeigen, daß dann, wenn die Schwellwertversehiebungt* erreicht ist (E = 1), die Frequenz H¹ so gesteuert wird, daß sie entweder gleich H - ΔΗ ist, um eine Voreilung der Impulse H¹ gegenüber den impulsen H (X = 0) zu korrigieren oder so gesteurt wird, daß sie gleich H + Δ H ist, um eine Nacheilung der Impulse H· in Bezug auf die Impulse H (X = 1) zu korrigieren.

In dem bis hierher beschriebenen System erfolgt die Verminderung der Verschiebung*» zwischen den Taktsignalen des Senders und des Empfängers stets mit der gleichen Geschwindigkeit, die von dem Frequenzunta?scheid Δ H abhängt, der zur Durchführung dieser Verminderung gewählt wurde. Eine weitere Verbesserung besteht darin, die Verringerung der Verschiebung mit mehreren, beispielsweise mit zwei Geschwindigkeiten durchzuführen, nämlich einer hohen Geschwindigkeit, die dazu dient, bei Inbetriebnahme des Systems rasch zu einer Synchronisierung zu kommen und einer niedrigen Geschwindigkeit, die dazu dient, den Synchronismus unter Vermeidung von Instabilitäten mit großer Genauigkeit aufrecht zu erhalten. Diese Verbesserung des Empfängers der Fig. 1 ist in dem Blockschaltbild der Fig. 6 dargestellt, wo auch in größeren Einzelheiten der Auf-

909833/0002 " ^±S "

-Λ6-- 26S7283

IS

bau eines Frequenzteilers mit veränderlichem Teilerverhältnis wiedergegeben ist.

In Pig. 6 sind lediglich die für das Verständnis notwendigen Teile des Empfängers dargestellt, das heißt der Taktgeber 22 des Empfängers , der die Frequenz H¹ liefert und die Elemente, die eine Steuerung dieser Frequenz ausgehend von dem Signal Vm des Mittelwertes des RAuschens gestatten. Folgendes Beispiels wird zugrunde gelegt:

Die Frequenz H' entsprechend dem Synchronismus beträgt 1000 Hz und wird erhalten ausgehend von einem Quarzoszillator 23, der eine Frequenz von 10 MHz liefert. Die Frequenz von 1000 Hz wird erzeugt durch den Frequenzteiler 24, der durch eine Kaskadenanordnung von drei Zählern 50, 51» 52 mit der Baas 10, einem Zähler 53 mit der Basis 2 und einem Zähler 54 mit der Basis 5 gebildet ist.

Der Ausgang des Zählers 53 ist mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes 55 verbunden, dessen anderer Eingang das logische Signal E₁ erhält. Der Ausgang des UND-Gliedes 55 ist mit einem Eingang des Zählers 52 verbunden, derart, daß dann, wenn das logische Signal E₁ den Zustand "1" hat, der Zähler 52 bei jedem den Zähler 53 verlassenden Impuls in die Stellung 1 gebracht wird; man kann zeigen, daß in diesem Fall der Teiler 24 die Frequenz von 10 MHz durch 96OO teilt und daß die von ihm gelieferte Frequenz H' rund ^: 1042 Hz beträgt. Wenn das logische Signal E₁ den Wert "0" hat, arbeitet der Zähler 52 normal.

Der Ausgang des Zählers 53 ist außerdem mit einem Eingang eines UND-Glieds 56 verbunden, dessen anderer Eingang das logische Sig-

; nal E₂ erhält. Der Ausg.iang des UND-Gliedes 56 ist mit einem Ein-

j gang des Zählers 51 verbunden, derart, daß dann, wenn das logische

ί Signal E₂ den Wert "1" hat, dieser Zähler 51 bei jedem den Zähler

j 53 verlassenden Im puls in die Stellung 1 gebracht wird; man kann

ι zeigen, daß in diesem Fall der Teiler 24 die Frequenz von 10 MHz

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durch 9660 teilt und daß die von ihm gelieferte Frequenz H¹ etwa 100*1 Hz beträgt. Wenn das logische Signal E₂ den Zustand "0" hat, arbeitet der Zähler 52 normal.

Das Signal Vm des Mittelwertes des Rauschens liegt an den zwei Vergleichern 57 und 58 an. Der Vergleicher 57 vergleicht Vm mit einem Schwellwertsignal V₃₁ und liefert das logische Signal E₁, das den Wert "1" hat, wenn Vm^V₀. ist und das den Wert "0" hat, wenn Vm< V₃₁ ist. Der Vergleicher 58 vergleicht Vm mit einem Schwellwertsignal V₃₃, das kleiner als V₃₁ ist und liefert das logische Signal E₂, das den Wert "1" hat, wenn Vm> V₃₂ ist und das den Wert "0" hat, wenn Vm< V_QO ist. Zufolge des UND- Gliedes 59 und des Inverters 60 wird dieses logische Signal E₂ jedoch nur dann an das UND-Glied 56 gelangen, wenn das logische Signal E₁ den Wert "1" hat.

Mit dieser Schaltung wird der Betrieb im Synchronismus in zwei Stufen hergestellt. Ausgehend von einer ständigen Verstimmung, bei der der Wert des Signals Vm größer als derjenige der Schwelle V₁ ist, erkennt man, daß das UND-Glied 55 durch das logische Signal E₁ = 1 durchlässig geschaltet wird und das UND-Glied 56 durch das logische Signal E₂ = 0 gesperrt wird. Der Teiler 24 liefert folglich eine Frequenz H' = 1042 Hz. Da die Taktfrequenz H auf der Sendeseite 1 kHz beträgt, nähert man sich dem Synchronismus mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Differenz Δ H₁ = 1042 Hz - 1000 Hz = 42 Hz und das Signal Vm des Mittelwertes des Rauschens vermindert sich bis zur ersten Schwelle V₃₁ entsprechend "einem angenäherten Synchronismus. Wenn der Wert des Signals Vm beginnt noch kleiner zu werden als der Wert der Schwelle V₃₁ und solange er oberhalb des Wertes der Schwelle V₃₂ bleibt, ist das UND-Glied 55 durch das logische Signal E₁ = 0 gesperrt und das UND-Glied 56 durch das logische Signal E₂ = 1 durchlässig geschal-¹ tet. Der Teiler 24 liefert folglich eine Frequenz H' = 1004 Hz. Man nähert sich nun dem Synchronismus mit einer relativ geringen Geschwindigkeit entsprechend der Differenz Δ H₂ = 1004 Hz - 1000:

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Hz = 4 Hz. Wennder Wert des Signals Vm beginnt kleiner als die Schwelle V„p zu werden, werden beide UND-Glieder 55 und 56 gesperrt und der Teiler 24 liefert die Taktfrequenz H¹ = 1000 Hz gleich der Taktfrequenz H auf der Sendeseite. Die dem angenäherten Synchronismus entsprechende Schwelle V₃₁ kann beispielsweise so eingestellt werden, daß sie einer Verschiebung T^- „.. von 50ms entspricht und die Schwelle V₃₂, die dem Feinsynchronismus entspricht, kann so eingestellt werden, daß sie einer Verschiebung von^np - 5 "t s entspricht. Nachdem der Synchronismus einmal erreicht ist, kann er mit einer Verschiebung = 2~_cn aufrechterhalten werden, wobei die Korrekturen der Verschiebung mit einer relativ kleinen Geschwindigkeit entsprechend der Differenz H = 4 Hz durchgeführt werden.

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die beschriebene Verbesserung auch auf das System gemäß Fig. 5 anwendbar ist.

In Fig. 1 ist angenommen, daß das übertragungssystem mit Frequenzmodulation arbeitet, so daß für die Synchronisierung der zwei Synthesizer der gewöhnlich im Empfänger enthaltene Amplitudenbegrenzer verwendet werden kann. Für den Fall, daß das verwendete übertragungssystem eine andere, nicht mit einem Begrenzer arbeitende Modulationsart benutzt, beispielsweise mit Amplitudenmodulation arbeitet, wird ein Amplitudenbegrenzer verwendet, der sein Eingangssignal aus dem Freguenzumsetzungsteil des Empfängers abzweigt. Dies ist in Fig.7 veranschaulicht, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig.l einen Begrenzer 29 zeigt, der zwischen dem Mischer 25 und dem Filter 26 angeschlossen ist. Das Rauschsignal am Ausgang des Begrenzers wird in der gleichen Art und Weise ausgewertet wie bei den verschiedenen anderen, vorher beschriebenen Ausführungsformen.

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Claims (7)

PATENTANWÄLTE DlETRICHtEWiNSKY HEINZ-3OACHIM HUBER κ^ η ^ PRIETSCH 17. Dezember 1976 MÜNCHEN Π GOTTHARDSTR. 81 9234-IV/Hg Telecommunications Radioelectriques et telephoniques TRT und Laurent Augier de Cremiers Patentansprüche:

1.1 Drahtloses Informationsübertragungssystem mit einem modulier- - ten Träger mit sprungweise veränderlicher Frequenz, bestehend aus einem Sender und einem Empfänger, die jeweils eine von einem Synthesizer gesteuerte Frequenz-umsetzerstufe umfassen, der eine sprungweise, in einem bestimmten Rythmus und gemäß einem sich periodisch wiederholten Code veränderliche Frequenz liefert, wobei der Rythmus durch einen Taktgeber festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger vor dem Demodulator (28) einen Amplitudenbegrenzer (29) aufweist, dessen Ausgang mit einer Schaltung (30) verbunden ist, die ein Signal entsprechend dem Mittelwert des Rauschpegels am Ausgang des Amplitudenbegrenzers (29) liefert, und dieses Signal an einer Frequenzsteuerschaltung des Taktgebers (22) des Empfängers derart anliegt, daß das Mittelwertsignal ein Minimum wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Ausgang des Amplitudenbegrenzers (29) verbundene Schaltung (30) am Eingang ein Filter (31) mit einem Durchlaßbereich umfaßt, der ein dem Rauschen am Ausgang des Amplitudenbegrenzers (29) entsprechendes Signal hindurchläßt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteuerschaltung des Taktgebers (22) des Empfängers

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einen Vergleicher (36) umfaßt, der das Mittelwertsignal des Rauschens mit einem Schwellwertsignal vergleicht und ein logisches Ausgangssignal liefert, das die Frequenz des Taktgebers (22) steuert, wobei der eine Wert dieses Ausgangssignals die Taktgeberfrequenz des Empfängers praktisch gleich der Taktgeberfrequenz des Senders macht und der andere Wert dieses Ausgangssignals diese Taktgeberfrequenz des Empfängers um einen bestimmten Betrag verschieden von der Taktgeberfrequenz des Senders macht.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasenvergleicher feststellt, ob das Rauschsignal am Ausgang des Begrenzers (29) den Taktgeberimpulsen des Empfängers voreilt oder nacheilt und die Frequenzsteinschaltung des Taktgebers des Empfängers einen Vergleicher enthält, der das Signal des Mittelwertes des Rauschens mit einem Schwellwertsignal vergleicht und ein logisches Signal liefert, das mit dem von dem Phasenvergleicher gelieferten Signal die Frequenz des Taktgebers des Empfängers steuert, wobei zwei bestimmte Zustände dieser beiden logischen Signale die Taktgeberfrequenz des Empfängers praktisch gleich derjenigen des Senders machen und ein dritter bzw. ein vierter Zustand dieser beiden logischen Signale diese Taktgeberfrequenz des Empfängers um einen bestimmten Betrag kleiner bzw. größer als die Taktergeberfrequenz des Senders machen.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteuerschaltung des Taktgebers des Empfängers wenigstens einen zweiten Vergleicher (z.B. 58) umfaßt, der das Signal des Mittelwertes des Rauschens mit einem zweiten Schwellwertsignal vergleicht, das kleiner als das erste Schwellwertsignal ist, und daß der zweite Schwellwertvergleicher ein logisches Ausgangssignal liefert, das die Frequenz des Taktgebers des Empfängers steuert, wobei der eine Wert dieses logischen Signals erlaubt, diese Taktgeberfrequenz praktisch gleich

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der Taktgeberfrequenz des Senders zu machen und der andere Wert erlaubt, die Taktgeberfrequenz um einen Betrag verschieden von der Taktgeberfrequenz des Senders zu machen, der kleiner als der durch den ersten Vergleicher festgelegte Betrag ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenbegrenzer (29) in Serie in den Frequenzumsetzerschaltungen des Empfängers für frequenzmodulierte Signale liegt.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für Amplitudenmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenbegrenzer (29 in Fig. 7) von den Frequenzumsetzerschaltungen abzweigt.

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