DE2944235C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und gehört in den Bereich der Datenübertragung.

In einem Datenübertragungssystem mit Linearmodulation wird ein synchrones Binärsignal vor der Modulation und Sendung durch einen Kodierer umgeformt. Um die Bandbreite des übertragenen Signals zu begrenzen, wandelt man das synchrone Binärsignal in ein Signal mit mehreren Pegeln um, dessen Spektrum keine Linie bei der Taktfrequenz aufweist, so daß das Wiedergewinnen der Taktfrequenz empfangsseitig nicht durch einfaches Filtern des empfangenen und demodulierten Signals erfolgen kann, sondern eine nichtlineare Verarbeitung des demodulierten Signals erforderlich wird.

Aus der FR 23 32 660 ist eine Schaltungsanordnung zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz bekannt, die einen auf die Taktfrequenz zentrierten Oszillator aufweisen, der durch eine Phasenverriegelungsschleife auf das Ausgangssignal eines das demodulierte Signal empfangenden Zweiweg-Gleichrichter geregelt ist. Diese Schaltungsanordnungen haben den Nachteil, nur geringe Phasenverschiebungen zwischen den Sende- und Empfangsträgerfrequenzen zu tolerieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art so zu verbessern, daß größere Phasenverschiebungen zwischen Sende- und Empfangsträgerfrequenzen toleriert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das allgemeine Schaltbild eines Übertragungssystems mit Einseitenband-Amplitudenmodulation, in dem die Erfindung Anwendung findet.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen im Empfangsteil des in Fig. 1 dargestellten Übertragungssystems eingesetzten Schaltungsanordnung zum Wiedergewinnen einer Taktfrequenz.

Die Fig. 3 und 4 zeigen graphische Darstellungen zur Erklärung der Funktionsweise der Schaltungsanordnung aus Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Datenübertragungssystem umfaßt eine Sendevorrichtung, eine Empfangsvorrichtung 2 und einen diese beiden Vorrichtungen miteinander verbindenden Übertragungskanal 3.

Zur Sendevorrichtung 1 gehören eine Datenquelle 4, die binäre Symbole mit einer Bitgeschwindigkeit 1/T liefert, ein an den Ausgang der Datenquelle 4 angeschlossenes Mischglied 5, ein dem Mischglied 5 nachgeschalteter Kodierer 6 und ein Modulationskreis 7.

Das Mischglied 5 (randomizer) bildet eine Summe modulo 2 aus den binären Signalen der Datenquelle und den Binärsignalen einer pseudozufälligen Folge. Mit diesem Mischglied kann eine Eigenschaft des Spektrums einer Impulsfolge genutzt werden, gemäß der die Liniendichte zunimmt, wenn die Unregelmäßigkeit des Auftretens der Impulse größer wird, so daß die Impulse den Charakter eines Rauschsignals erhalten. Diese Erhöhung der Dichte des Linienspektrums ist eine sehr interessante Eigenschaft, da sie das Wiedergewinnen der Taktfrequenz erleichtert.

Durch den Kodierer 6 wird das Binärsignal in eine Form gebracht, die seine Einseitenband-Amplitudenmodulation zuläßt. Die am häufigsten benutzte Umformung wird mit "Teilantwort Klasse IV" bezeichnet. Sie wird in einem Artikel von E. R. Kretzmer: "Generalisation of a technique for binary data communication", veröffentlicht in der Zeitschrift I.E.E.E. Transactions COM 14 Nr. 1, Februar 1966, beschrieben. Mit dieser Umformung läßt sich der Nyquisttakt (2 Bits pro Hertz Bandbreite) erreichen. Sie ist außerdem gut für die Einseitenband- Amplitudenmodulation geeignet, da sie ein Signal ergibt, das nur wenig Energie um die Nullfrequenz herum aufweist. Für die weitere Beschreibung sei angenommen, daß die hier gewählte Umformung dieser Art entspricht.

Der Modulationskreis 7 führt die Einseitenband- Amplitudenmodulation durch und fügt dem Einseitenband-Modulationssignal, wie es häufig der Fall ist, mit niedrigem Pegel eine Pilotschwingung auf der Modulationsträgerfrequenz hinzu.

Die Empfangsvorrichtung umfaßt eine Schaltungsanordnung 8 zum Wiedergewinnen der Trägerfrequenz aus dem Empfangssignal, einen Demodulator 9, der mit dem Übertragungskanal und dem Ausgang der Schaltungsanordnung 8 zum Wiedergewinnen der Trägerfrequenz verbunden ist und das empfangene Signal demoduliert liefert, eine Schaltungsanordnung 10 zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz aus dem Ausgangssignal des Demodulators 9, einen Entzerrer 11, der dem Demodulator nachgeschaltet ist und den wiedergewonnenen Takt empfängt, einen mit dem Ausgang des Entzerrers 11 verbundenen Dekodierer 12 und ein dem Mischglied invers entsprechendes Entmischungsglied 13, das dem Dekodierer 12 nachgeschaltet ist und eine Schätzung des von der Datenquelle 4 erzeugten Signals liefert.

Der Schaltkreis 8 zum Wiedergewinnen der Trägerfrequenz arbeitet ausgehend von der im empfangenen Signal enthaltenen Pilotschwingung. Er empfängt häufig eine Phasenfehlerinformation vom Entzerrer.

Der Demodulator 9 ist ein synchroner Demodulator.

Die Schaltungsanordnung 10 zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz wird mit dem empfangenen und demodulierten Signal gespeist.

Mit dem Entzerrer 11 sollen die durch den Übertragungskanal eingeführten Amplitudenverzerrungen und Gruppenlaufzeitverzerrungen korrigiert werden. Seine Übertragungskennwerte sind denen des Kanals 3 entgegengesetzt, so daß eine amplitudenmäßig flache und phasenmäßig lineare Wiedergabe erreicht wird. Im allgemeinen arbeitet er selbstanpassend und ist digital aufgebaut; er verarbeitet Signalproben, die mit der von der Schaltungsanordnung zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz gelieferten Taktgeschwindigkeit entnommen werden.

Mit dem Dekodierer 12 werden Signale in binärer Form erzeugt und mit dem Entmischungsglied 13 binäre Signale, die den durch die Datenquelle 4 erzeugten gleich sind. Der Dekodierer und das Entmischungsglied werden ebenfalls von der Schaltungsanordnung 10 zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz gesteuert.

Mit Ausnahme des Demodulators und der Schaltungsanordnung zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz werden die verschiedenen zuvor angegebenen Schaltkreise nicht im einzelnen beschrieben. Sie betreffen nicht direkt die Erfindung, und ihr Aufbau ist an sich bekannt.

In bekannten Übertragungssystemen besteht der synchrone Demodulator im allgemeinen aus einem Multiplizierer, der das empfangene Signal mit der von der Schaltungsanordnung 8 zum Wiedergewinnen der Trägerfrequenz gelieferten Trägerfrequenz multipliziert, und aus einem Tiefpaßfilter, das nachgeschaltet ist und aus dem erhaltenen Produkt die unerwünschten Komponenten entfernt. Die Schaltungsanordnung zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz enthält einen Gleichrichter, der an den Ausgang des Demodulators angeschlossen ist und dem entweder eine Phasenverriegelungsschleife oder ein Filter folgt, die auf die Taktfrequenz 1/T zentriert sind.

Durch die nichtlineare Verarbeitung des aus dem Demodulator kommenden Signals im Basisband durch den Gleichrichter erscheint eine Spektrallinie bei der Taktfrequenz 1/T in Phase mit der entsprechenden Sendelinie. Die Amplitude der letzteren hängt von der Phasenverschiebung zwischen der Sendeträgerfrequenz und der Empfangsträgerfrequenz ab. Fig. 3 zeigt die Änderung der Amplitude dieser Linie in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung ϕ zwischen den Sende- und Empfangsträgerfrequenzen. Sie zeigt, daß diese Amplitude ein Maximum erreicht, wenn die Phasenverschiebung null ist, und ein Minimum, wenn die Phasenverschiebung gleich ± ist. Wenn die Phasenverschiebung ϕ zu sehr vom Wert Null abweicht, ist die Amplitude der Linie nicht groß genug, um das Wiedergewinnen der Taktfrequenz zu ermöglichen.

Die Schaltungsanordnung 10 zum Wiedergewinnen einer Taktfrequenz, die in Fig. 2 dargestellt wird, besitzt diesen Nachteil nicht. Sie wird einem Demodulator mit zwei um 90° verschobenen Trägerfrequenzen nachgeschaltet, der als synchroner Demodulator 9 arbeitet. Dieser Demodulator enthält, wie Fig. 2 zeigt, zwei Multiplizierer 20, 21, denen jeweils ein Tiefpaßfilter 22, 23 folgt. Einer dieser Multiplizierer (20) bildet das Produkt des empfangenen Signals e(t), dem die Trägerschwingung fehlt, mit der von der Schaltungsanordnung (8, Fig. 1) zum Wiedergewinnen der Trägerfrequenz gelieferten wiedergewonnenen Trägerfrequenz p(t). Das nachgeschaltete Tiefpaßfilter 22 entfernt aus dem erhaltenen Produkt die unerwünschten Komponenten und liefert auf einem Ausgang 26, der "in Phase" genannt wird, ein Signal x₁(t), das das demodulierte Signal ist, wenn die Sende- und Empfangsträgerfrequenz in Phase liegen. Der andere Multiplizierer 21 bildet das Produkt des empfangenen Signals e(t) ohne die Trägerwelle mit der wiedergewonnenen Trägerfrequenz p(t), die zuvor durch einen Phasenschieberkreis 25 mit einer Phasenverzögerung beaufschlagt wurde. Das nachgeschaltete Tiefpaßfilter 23 entfernt aus dem erhaltenen Produkt die unerwünschten Komponenten und liefert auf einem Ausgang 27, der "um 90° phasenverschoben" bezeichnet wird, ein Signal x₂(t).

Die eigentliche Schaltungsanordnung 10 zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz enthält, wie in Fig. 2 dargestellt,

• - einen ersten Gleichrichter 30, der mit seinem Eingang an den "in Phase"-Ausgang 26 des Demodulators 9 angeschlossen ist,
• - einen zweiten Gleichrichter 31, der mit dem Eingang an den "um 90° phasenverschobenen" Ausgang 27 des Demodulators 9 angeschlossen ist,
• - einen ersten Absolutbegrenzer 32, der dem ersten Gleichrichter 30 nachgeschaltet ist und ein Signal x′₁(t) liefert,
• - einen zweiten Absolutbegrenzer 33, der dem zweiten Gleichrichter 31 nachgeschaltet ist und ein Signal x′₂(t) liefert,
• - einen ersten Multiplizierer 34 mit zwei Eingängen, von denen einer an den Ausgang des ersten Absolutbegrenzers 32 und der andere an den Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators 39 angeschlossen ist,
• - einen zweiten Multiplizierer 35 mit zwei Eingängen, von denen einer an den Ausgang des zweiten Absolutbegrenzers 33 und der andere an den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 39 angeschlossen ist.
• - ein erstes Tiefpaßfilter 36, das mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers 34 in Verbindung steht,
• - ein zweites Tiefpaßfilter 37, das mit dem Ausgang des zweiten Multiplizierers 35 in Verbindung steht,
• - einen Summierkreis 38 mit zwei Eingängen, von denen einer an den Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 36 und der andere an den Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters 37 führt,
• - und den genannten spannungsgesteuerten Oszillator 39, dessen Steuereingang mit dem Ausgang des Summierkreises 38 und dessen Ausgang mit je einem Eingang des ersten und des zweiten Multiplizierers 34 und 35 verbunden ist.

Der spannungsgesteuerte Oszillator 39 liefert ein Rechtecksignal, dessen Frequenz in einem engen Bereich um die Taktfrequenz 1/T in Abhängigkeit von dem durch den Summierkreis 38 auf seinen Steuereingang gegebenen Signal schwanken kann.

Bei den Multiplizierern 34 und 35 handelt es sich um EXKLUSIV-ODER-Glieder mit zwei Eingängen.

Der "in Phase"-Ausgang 26 des Demodulators 9 liefert ein Signal x₁(t), das einem mit einem synchronen Demodulator mit einer einzigen Trägerfrequenz zu erhaltenden demodulierten Signal entspricht. Mit Hilfe des Gleichrichters 30 kann in diesem Signal auf bekannte Weise eine Linie der Frequenz 1/T in Phase mit der Sendetaktfrequenz erzeugt werden, deren Amplitude mit dem Phasenverschiebungswinkel ϕ zwischen den Sende- und Empfangsträgerfrequenzen nach einer Gesetzmäßigkeit variiert, die in Fig. 4 durch die Kurve A dargestellt wird, die analog der in Fig. 3 dargestellten Kurve ist. Der Absolutbegrenzer 32 besitzt eine regelbare Schwelle, die so eingestellt ist, daß ein Amplitudenmaximum der Linie bei der Frequenz 1/T im Signal x′₁(t) erreicht wird.

Der "um 90° phasenverschobene" Ausgang 27 des Demodulators 9 liefert ein Signal x₂(t), das einem mit einem synchronen Demodulator mit einer einzigen Trägerfrequenz zu enthaltenden demodulierten Signal entspricht, das in bezug auf die Sendeträgerfrequenz eine Phasenverschiebung Φ = (ϕ - ) aufweist. Mit Hilfe des Gleichrichters 31 kann wie im Fall des Signals x₁(t) eine Linie der Frequenz 1/T in Phase mit der Sendetaktfrequenz erzeugt werden, deren Amplitude mit dem Phasenverschiebungswinkel Φ zwischen den Sende- und Empfangsträgerfrequenzen nach einer Gesetzmäßigkeit variiert, die aus der in Fig. 3 dargestellten abgeleitet werden kann, indem ϕ durch Φ ersetzt wird, was wegen der Tatsache, daß Φ und ϕ durch die Beziehung Φ = ϕ - miteinander verknüpft sind, zu der Gesetzmäßigkeit führt, die in Fig. 4 durch die Kurve B dargestellt wird. Die beiden Signale x₁(t) und x₂(t) stellen Linien der Frequenz 1/T dar, deren Amplituden sich entgegengesetzt in Abhängigkeit vom Phasenverschiebungswinkel ϕ zwischen den Sende- und Empfangsträgerfrequenzen ändern. Die gleichzeitige Nutzung dieser beiden Signale x₁(t) und x₂(t) gestattet somit die Unterdrückung der Auswirkungen der Phasenverschiebung ϕ zwischen Sende- und Empfangsträgerfrequenzen.

Jedes Signal wird einem eigenen Phasenvergleicher zugeführt, der aus dem Multiplizierer 34 mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter 36 bzw. dem Multiplizierer 35 mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter 37 besteht. Die von diesen Vergleichern gelieferten Gleichspannungen werden im Summierer 38 addiert und dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators 39 entsprechend der Technik der Phasenregelschleifen zugeführt.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zum Wiedergewinnen der Taktfrequenz für ein Datenübertragungssystem mit Linearmodulation, das empfangsseitig einen synchronen Demodulator mit zwei um 90° gegeneinander verschobenen Trägerschwingungen aufweist, wobei ein erster Ausgang des Demodulators in Phase und ein zweiter um 90° phasenverschobene Signale liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Gleichrichter (30) an den ersten Ausgang (26) des Demodulators (9) angeschlossen ist, daß ein zweiter Gleichrichter (31) an den zweiten Ausgang (27) des Demodulators (9) angeschlossen ist, daß ein erster Eingang eines ersten Multiplizierers (34) mit dem Ausgang des ersten Gleichrichters (30) und ein zweiter Eingang dieses Multiplizierers mit dem Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators (39) verbunden ist, daß ein erster Eingang eines zweiten Multiplizierers (35) mit dem Ausgang des zweiten Gleichrichters (31) und ein zweiter Eingang dieses Multiplizierers mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (39) verbunden ist, daß ein erstes Tiefpaßfilter (36) mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers (34) in Verbindung steht und ein zweites Tiefpaßfilter (37) mit dem Ausgang des zweiten Multiplizierers (35) in Verbindung steht, daß ein erster Eingang eines Summierers (38) mit dem Ausgang des ersten Tiefpaßfilters (36) und ein zweiter Eingang dieses Summierers mit dem Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters (37) in Verbindung steht und daß ein Spannungs-Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators (39) mit dem Ausgang des Summierers (38) verbunden ist und dieser Oszillator an seinem Ausgang die wiedergewonnene Taktfrequenz liefert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Gleichrichter (30, 31) Zweiweg-Gleichrichter sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Absolutbegrenzer (32, 33) zwischen den ersten Gleichrichter (30) und den ersten Multiplizierer (34) sowie zwischen den zweiten Gleichrichter (31) und den zweiten Multiplizierer (35) angeordnet ist und daß der erste und der zweite Multiplizierer (34, 35) EXKLUSIV- ODER-Glieder mit zwei Eingängen sind.