DE2803729A1 - Verfahren und anordnung zum rueckgewinnen der unmodulierten traegerschwingung - Google Patents

Verfahren und anordnung zum rueckgewinnen der unmodulierten traegerschwingung

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DE2803729A1
DE2803729A1 DE19782803729 DE2803729A DE2803729A1 DE 2803729 A1 DE2803729 A1 DE 2803729A1 DE 19782803729 DE19782803729 DE 19782803729 DE 2803729 A DE2803729 A DE 2803729A DE 2803729 A1 DE2803729 A1 DE 2803729A1
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Just-Dietrich Dr Ing Buechs
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Bosch Telecom GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H04L27/227Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation
    • H04L27/2271Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation wherein the carrier recovery circuit uses only the demodulated signals
    • H04L27/2273Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation wherein the carrier recovery circuit uses only the demodulated signals associated with quadrature demodulation, e.g. Costas loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Description

  • Vorfahren und Anordnung zum Rückgewinnen der unmodulierten
  • Trägerschwingung Wie schon in der DE-OS 9 101 804 beschrieben, werden zum Übertragen schneller digitaler Signale über Verbindungen mit bcgrenztor Bandbreitc häufig Vierphasen-Modems verwendet, d.h.
  • die Signalübertragung erfolgt mit einer vierphasenmodulierten Trägerschwingung (4-PSK-Signal). Die damit übertragenen Informationen sind enthalten in der Phasenlage der übertragenen rrägerschwingung gegenüber einer Referenzschwingung, wobei vier verschiedene, jeweils um 900 gegeneinander versetzte Phasenlagen vorgesehen sind. Die Referenzschwingung wird im allgemolnen nicht übertragen, ist jedoch für die in technisch vorteilhafter Art zu verwirklichenden Demodulatoren (Synchrondemodulatoren) notwendig und wird daher empfangsseitig durch einen örtlichen Oszillator erzeugt, der auf die empfangenen Signale phasenrichtig synchronisiert werden muß. Bei der Synchrondemodulation wird das Empfangssignal, das vier um Vielfache von 900 unterschiedliche Phasenwinkel annehmen kann, parallel in zwei Phasendiskriminatoren demoduliert. Die Phasendiskriminatoren werden mit um 900 gegeneinander phasenverschobenen Referenzschwingungen gesteuert, die von einem VCO (voltage controllcd oszillator = in seiner Frequenz durch eine Spannung kontrollierter Oszillator) geliefert werden. Die Ausgangssignale der Phasendiskriminatoren x und y stellen das demodulierte Digitalsignal dar. Jeder Phasendiskriminator kann aus einem Multiplizierer und einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter bestehen, das die bei der Multiplikation entstehende doppelte Trägerfrequenz wegfiltert.
  • Der VCO muß durch ein Steuersignal so gesteuert werden, daß er dieselbe Frequenz hat wie das Empfangssignal und daß sein Phasenwinkel in der mitte zwischen den vier Phasenwinkeln de Empfangssignals liegt. Um dies zu erreichen, wird in einer Schaltung, die Trägerrückgewinnungsschaltung genannt wird, aus dem Empfaxigasignal ein geeignetes Steuersignal abgeleitet.
  • Bei einem bekannten Verfahren zur Trägerrückgewinnung wird die Frequenz des vierphasenmodulierten Signals ververfacht, wobei die gewonnene Steuerspannung, über der Phasenabweichung aufgetragen, sinusförmig ist. Andere Verfahren verwenden eine Gegenmodulation caer eine Rückmodulation, Phasenregeneration oder eine digital umgeschaltete P2L (phase-locked 100p).
  • Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil eines großen Schaltungsaufwandes, der u.a. dadurch bedingt ist, daß die Steuerspannung für den örtlichen Oszillator (VCO) unmittelbar aus dem emfangenen, hochfrequenten, phasenmodulierten Signal abegeleitet werden muß. Hinzu kommt der Nachteil einer konstanten Phasendifferenz der wiedergewonnenen Trägerfrequenz zu@dem empfangenen Signal in der Phasen-Nullage, die durch ein genau abzugleichendes Phasendrehglied ausgeglichen werden muß.
  • Schließlich ergibt sich wegen der vier möglichen Phasenlagen des Eingangssignales einerseits und der notwendigen Forderung einer von der jeweiligen Phasenlage des Eingangssignales unabhängigen Trägerfrequenz und damit auch unabhängigen Steuerspannung andererseits ein verhältnismäßig sehr großer Aufwand für die bekannten Trägerrückgewinnungsschaltungen.
  • Jedoch ist in der DE-OS 2 101 804 noch ein Verfanren be@@@-ben, das eine Sonderstellung einnimmt, denn die Steuerspinnung für den VCO wird hierbei aus dem demodulierten PSK-Signal (x und y) abgeleitet. Man kommt ohne Hochfrequenzbausteine aus.
  • Dabei wira uie Vorschrift z = x sign(y) - y sign(x) (1) angewendet, worin z die Steuerspannung für den VCO ist, während x bzw. y jeweils die Ausgangssignale der den heiden Phezendiskriminatoren nachgeschalteten Tiefpäse sind und in Abhängigkeit von der Phasenabweichung ## von der Phasen-Nullage der Trägerschwingung einen cosinus- bzw. sinusförmigen Verlauf haben, also x = cos## und y = sin ## (2) Zur Gewinnung von z läßt sich die Verzeichenbewerung mit Transistormischern, die Differenzbildung mit einem Differenzverstärker durchführen. Es sind also vorteilhafterweise nur Niederfrequenzbaustein erforderlich. Nachteile zeigt aber die folgende Überlegung auf: Setzt nan die Beziehungen (2) in Gleichung (1) ein, so erhält man für z (##) einen Kurvenzug, dessen für die Steuerung des VCO geeignete Nullstellen bei ## = 45° + n . 90° (3) liegen, mit n = 1, 2, 3 Diese Nullstellen verschieben sich aber auf der ##-Achse, wenn die Amplituden von x und y unterschiedlich groß werden. Alle Amplitudenfehler von x und y führen daner zu Fehlern in der Lage der Nullstellen. Da bei diesem Verfahren eine Reihe von Vorverstärkern gebraucht werden, entstehen solche Fehler relativ leicht. Man kann sie nur durch einen langwierigen und aufwendigen Abgeichvorgang vermeiden.
  • Da die Parameter von Gleichspannungsverstärkern jedoch stark temperaturabhängig sind, stimmt der Abgleich meist nur in einem kleinen Temperaturbereich. Man kann daher prinzipIell nit den Verfahren nur eine begrenzte Genauigkeit der Lage der Nullstellen erzielen.
  • Es ergibt sich daraus die Aufgabe, eine Möglichkeit zur Träger rückgewinnung zu schaffen, bei der ebenfalls nur Niederfrequenzbau-teine benötigt werden, wobei aber Amplitudenfehler der demodulierten PSK-Signale x und y die Lage der Nullstellen des Steuersignals z nicht beeinflussen sollen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanepruch 1 und die An3ranung nach Patentanspruch 3 gelöst. Eine bevorzugte Weiterbildung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
  • Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert: Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel; in Fig. 2 sind zugehörige Kurvenverläufe dargestellt.
  • Der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zum Rückgewinden der unmodulierten Trägerschwingung T (#0) wird an der Eingangsklemme 1 die phasenmodulierte Trägerschwingung T (#) zugeführt. Zwei parallel betriebene, mit der modulierten Trägerschwingung gespeiste Phasendiskriminatoren, die ausgangsseitig je einen Tiefpaß 4 und 5 enthalten, erhalten die modulierte Trägerschwingung zugeführt. Gesteuert werden die Phasediskriminatoren 2 und mit zwei um 90° gegeneinander phasenverschobanen schwingungen, von denen eine, nämlich g (#0) die zurückgewonnene, unmodulierte Trägerschwingung ist ist der gesteuerte Oszillator (VCO) 6 vorgesehen, den zur Steuerung ein Steuersignal z zugeführt wrd. An den Ausgängen der Tiefpässe 4 und 5 erscheinen die demodulierten Signale y = sin (# - #0) =sin ##.
  • x = cos (# - #0) =cos ##.
  • Bezüglich der bishergenanten Baustein stimmut die in Fig. 1 dargestellte Anordnung mit dem Stand der Technik überein.
  • In dem strichpunktierten Rahmen S ist n@n das We@en@liche des Ausfürungsbeispieles nach Fig. 1 dargestellt. Die Baueinheit S verarbeitet die Signale x und y zu dem Steuersignal z für den Oszillator 6. Dazu ist den Ausgägen den Phasendiskriminatoren 2 mit 4 bzw. 3 mit 5 in Parallelschantung eIn Addierer ? und ein Subtrahierer 8 jeweils für die Ausgangssignale y bzw. x beider Phasendiskriminatoren nachgeschaltet. Die Ausgangssignale des Subtrahierers 8, nämlich x- y, und des Addierers 8, nämlich x + y sind einem Multiplizieren 9 eberso zugeführt wie die Signale xund y, so daß in dem Multiplizierer 9 eine Multiplikation aller ihm zugeführten Signa-e miteinander zu dem Steuersignal z für den Oszillator 6 stautfinder.
  • Wenn w = x + y und v = x - y gesetzt wird, bildet der Multiplizierer 9 also das Produkt x y . v w.
  • In Fig. 2 sind die Spannungen x und y in Abhangigkeit von der Phasendifferenz #-#0 = ## zwischen der mittleren Phase # der modulierten Trägerschwingung T (#) und der Phase #0 der unmodulierten Trägerschwingung T (#0) dargestellt. Es handelt t) während die andere nach Durchlaufen eines 900-Phasenschiebers 10 dem Phasendiskriminator 2 zugeführt wird. Für die Erzeugung der Referenzschwigungen sich um eine Kosinusfunktion und eine Sinusfunktion. Durch Subtraktion von x und y entsteht die Größe v = x - y, durch Addition die Größe w = x + y. Diese Größen v und w sind um 45° bzw. 135° gegenüber x phasenverschoben.
  • Mit den Größen x, y, v und w liegen vier Sinusfunktionen vor, die gegeneinander um ganzzahlige Vielfache vcn 450 phasenverschoben sind. Das Produkt z aus diesen vier Funktionen ist eine Sinusfunktion mit vierfacher Frequenz mit Nullstellen bei ganzzahligen Vielfachen von 45°.
  • Steuert man mit der Steuerspannung z den Oszillator 6 an, so wird dessen Frequenz erhöht oder erniedrigt, bis einer der Punkte z = 0 bei ## = 450 + n 90° erreicht ist (n)ganzzahlig). Da dort die Steurspannung z Null ist, erfolgt nach Erreichung dieser Punkte keine Korrektur der Frequenz des Oszillators 6 mehr. Die Nullstellen bei 0° + n 900 sind labile Arbeitspunke Ist die Abstimmcharakterisk des Oszillators 6 so geartet, daß er in die Punkte## o Oo + n . 900 läuft (in diesem Falle sind die Punkte ## = 45° + n.90° labile Arbeitspunkte), so muß die Steuerspannung z mit einem invertierenden Verstärker noch mit einem Minuszeichen multipliziert werden, damit das erwünschte Regelverhalten zustande kommt.
  • Es ist sehr wichtig, daß die Nullstellen der Steuerspannung z möglichst nahe bei A8 = 450 + n 900 liegen, da Phasenfehler des Oszillators 6 unmittelbar in die Fehlerrate bei der Demodulation durch die Phasendiskriminatoren eingehen.
  • Während nun bei dem in der DE-OS 2 101 804 beschriebenen Verfahren die Nullstellen der Steuerspannung durch die Differenzbildung zwischen x sign (y) und y sign (x) zustande kommen, werden die Nullstellen von z beim erfindungsgemäßen Verfahren *) positiv und durch Mutiplikation gebildet. Damit ist gewähleistet, daß die Nullstellen der Steuerspannung z die gewünschte Lage flben, wenn nur die Nullstellen der Größen x, y, v und w die richtige Lage einnehmen. Jede der vier Größen x, y, v, w ist für eine Nullstelle verantwortlich. Da die Nulldurchgänge von x une y von den Phasendiskriminatoren her vorgegeben sind, braucht man nur bei v und w durch einen einfachen Abgleichvorgang <ur die richtige Lage der Nullstellen zu sorgen. Außerdem kann man den Einfluß der Differenzbildung x - y und der Null stelle von w " x + y auf die Steuerung des Oszillators 6 dadurch eliminieren, daß man die den Nullstellen von v und w entsprechenden Nullstellen in der Steuerspannung z als labile Arbeitspunkte und die restlichen Nullstellen von z als stabile Arbeitspunkte wählt, die Ja nur durch die Nullstellen von x und y bestimmu sind. Im übrigen ist bemerkenswert, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Fehler in der Amplitude von x, y, v und w keine Rolle spielen.
  • Die Vorteile des Verfahrens sind daher: einfacher, unkritischer Abgleich, da jede Nullstelle für sich allein beeinflußt werden kann; höhere Genauigkeit, da die implituden der miteinander multiplizierten Größen die Nullstellen der Steuergröße z nicht beeinflussen.
  • *) (bei## = 90° + n.90°)

Claims (3)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Verfahren zum Rückgewinen der unmodulierten Trägerschwingung aus einer vierphasenmodulierten Trägerschwingung, bei dem die modulierte Trägerschwingung parallel in zwei Phaeendiskriminatoren demoduliert wird, die mit zwei um 90 gegeneinander phasenverschobenen Referenzachwingungen gesteuert werden, welche von einem gesteuerten Oszillator geliefert werden, und bei dem die von den Phasendiskriminatoren abgegebenen Signale x, y sinus- oder cosinus-Funktionen der Phasenabweichung # # der modulierten von der unmodulierten Trägerschwingung sind und zu einem Steuersignal für den Oszillator verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Steuersignals z die Hilfssignale v = x - y und w - x + y und anschließend das Produkt z = x . y . v . w gebildet wird.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als stabiler Arbeitspunkt der Steuerung des Oszillators (6) einer derjenigen gewählt wird, bei denen das Steuersigna z aufgrund einer Nullstelle der Signale x, y, v cder w ir Abhängigkeit von der Phasenabweichung # # Y zu Null wird.
  3. 3) Anordnung zum Rückgewinnen der unmodulierten Trägerschwingung aus einer vierphasenmodulierten Trägerschwingung, mit zwei parallel mit der modulierten Trägerschwingung gespeisten Phasendiskriminatoren, die mit zwei um 900 gegeneinander phasenverschobenen Referenzachwingungen gesteuert werden, für deren Erzeugung ein gesteuerter Oszillator vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgängen der Phzs endiskrimins t oren (2 mit 4, 3 mit 5) in Parallelschaltung ein Addierer (7) und ein Subtrahierer (8) jeweils für die Ausgangs signale (x, y) beider Phasendiskriminatoren nachgeschaltet ist und daß wenigstens ein Nultiplizierer (9) zur Erzeugung von Steuersignalen (z) für den Oszillator (6) durch Multiplikation der Ausgangssignale (x, y) der Phasendiskriminatoren untereinander und mit den Ausgangssignalen (x + y; x - y) des Addierers (8) und des Subtrahierers (9) vorgesehen ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0467387A2 (de) * 1990-07-19 1992-01-22 Nec Corporation Trägerwellenwiedergabeschaltung mit Costasschleife

Cited By (2)

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