DE3030145C2 - Phasensynchronisationsschaltkreis für die Übertragung von Signalen mit mehrstufiger, mehrphasiger Überlagerungsmodulation - Google Patents

Phasensynchronisationsschaltkreis für die Übertragung von Signalen mit mehrstufiger, mehrphasiger Überlagerungsmodulation

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DE3030145C2
DE3030145C2 DE3030145A DE3030145A DE3030145C2 DE 3030145 C2 DE3030145 C2 DE 3030145C2 DE 3030145 A DE3030145 A DE 3030145A DE 3030145 A DE3030145 A DE 3030145A DE 3030145 C2 DE3030145 C2 DE 3030145C2
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    • H04L27/32Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
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    • H04L27/3818Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation, i.e. using one or more nominally phase synchronous carriers

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Description

4. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dritten Frequenzvervielfacher und der Einrichtung (30), die das W Phasenfehlerslgnal als Steuersignal dem Oszillator (31) zuführt, ein Haltekreis (32, 33) geschaltet Ist, der auf eines der Ausgangssignale des Phasendlfferenzdetektors und auf ein Taktsignal zum wahlweisen Speichern des Ausgangssignals des dritten Frequenzvervlel fachers (29) anspricht.
5. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Torschaltung und der Einrichtung (30), die das Phasenfehlerslgnal als Steuersignal dem Oszillator (31) zufahrt, ein Halte- <o kreis geschaltet ist, der auf eines der Ausgangssignale des Phasendlfferenzdetektors und auf ein Taktsignal anspricht, um wahlweise das Ausgangsslgnäl der ersten Torschaltung zu speichern.
6. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den dritten Frequenzvervlelfacher und der Einrichtung (30), die das Phasenfehlersignal als Steuersignal dem Oszillator (31) zuführt, eine zweite Torschaltung geschaltet 1st, die auf eines der Ausgangssignale des Phasendlffe- so renzdetektors anspricht, um entweder das Ausgangssignal des dritten Frequenzvervlelfachers oder ein periodisches Signal durchzulassen.
7. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Torschaltung und der Einrichtung (30), die das Phasenfehlerslgnal als Steuersignal dem Oszillator (31) zuführt, eine zweite Torschaltung geschaltet Ist, die ai;f eines der Aiisgangsslgnale des Phasendlfferenzdetektors anspricht, um entweder das Ausgangssignal der ersten Torschaltung oder ein periodisches Signal durchzulassen.
Die Erfindung betrifft einen Phasensynchronlsatlonsschaltkrels zum Reproduzieren einer Bezugsträgerwelle aus mehrstufig und mehrphasig modulierten Trägerwellen.
Die Übertragung von durch Digitalsignale modulierten Tragerwellen mit Hilfe der Modulation durch Mehrphasen-Phasenumtastung (Phasenumtastung = PSK) wird In der Praxis durchgeführt. Im Hinblick auf eine bessere Ausnutzung des Frequenzbandes wird der Einsatz von Übertragungssystemen mit durch Überlagerung von mehrstufig- und mehrphasig-modulierten Signalen untersucht, wobei sowohl die Phase als auch die Amplitude des Trägers durch digitale Signale gleichzeitig moduliert werden. Als derartiges Übertragungssystem ist beispielsweise die sogenannte 16-Quadraturamplltudenmodulatlon (16-QAM) bekannt.
Dieses 16-QAM-System hat zwar eine große Daten-" Übertragungskapazität, führt jedoch zu Schwierigkelten bei der Schaltungsauslegung. Die Verwendung dieses Systems In einem Schaltkreis zur Wiedergewinnung der Trägerwelle führt jedoch Insbesondere zu weiteren Schwierigkelten gegenüber dem üblichen Einsatz bei Mehrphasen-PSK-Trägerwellen. Während die Ausgangssignalvektoren einer Mehrphasen-PSK-Trägerwelle gleiche Amplituden und gleiche Phasenunterschiede aufweisen, sind diese bei der 16-QAM-Welle unterschiedlich.
Phasensynchronisationsschaltkreise für Mehrphasen-PSK-Trägerwellen sind in den DE-OS 26 54 276 und 19 50 541 beschrieben. Bei diesen Schaltkreisen wird eine modulierte Mehrphasenträgerwelle frequenzvervielfacht, so daß man ein Phasenfehlerslgnal erhält, das die Phasendifferenz zwischen der einlaufenden, modulierten Mehrphasenträgerwelle und dem Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators wiedergibt. Wenn daher diese Synchronisationsschaltkreise beim 16-QAM-System eingesetzt würden, würde das Phasenfehlerslgnal die Phasen- und Amplitudenvariationen enthalten, die durch die eingehende 16-QAM-Trägerwelle verursacht werden. Somit können diese Synchronisatlonsschaltkrelse nicht einfach auf Schaltkreise zum Erzeugen von 16-QAM-Trägerwellen übertragen werden.
Aus der DE-OS 27 12 381 ist ein Schaltkreis zum Erzeugen von 16-QUAM-Trägerwellen in Form eines Phasensynchronisationsschaltkreises bekannt.
Dieser Phasensynchronisationsschaltkreis weist folgende Bestandteile auf: Einen Phasendetektor zur Bestimmung der Phasenlage jedes modulierten Signals mittels demodulierter Signale, Steuereinrichtungen zum Ansteuern eines Phasenmodulators, eines Amplitudenmodulators oder eines Analogschalters und mit dem Ausgangssignal des Phasendetektors als Steuersignal, um dadurch vier modulierte Signalvektoren, von denen jeweils einer In den vier Quadranten des Vektordiagramms vorhanden Ist und die die Phasen und die Amplituden der modulierten Trägerwelle darstellen, in einen Signalvektor umzuwandeln (zu entarten), um dementsprechend eine 16-QAM-modullerte Trägerwelle In eine 4-PSK-modullerte Trägerwelle umzuwandeln, sowie eine 4-PSK-Phasensynchronlsatlonselnrlchtung.
Eine derartige Phasensynchronlsatlonsschaitung ist vorteilhaft zum Aufbau eines Wiedergewinnungsschaltkreises für die 16-QAM-Trägerwelle; dies gilt Insbesondere für einen Baslsband-Phasensynchronlsatlonsschaltkreis. der leicht gehandhabt werden kann. Diese Einrichtungen haben jedoch die folgenden Nachteile:
1. Wenn der Schaltkreis einen Analogschalter unbedingt erfordert, 1st es schwierig, einen solchen Analogschalter vorzusehen, der keinerlei Gleich-
spannungsdrlft aufweist, zufriedenstellende Elngangs-Ausgangscharakterlstlka hat und darüber hinaus schnell 1st.
2. Obwohl das Steuersignal für den Analogschalter mit dem Eingangssignal In der Blt-Zeltfolge kolnzldieren sollte, Ist es gegenüber dem Eingangssignal um eine halbe Blt-Wlederholperlode verzögert, da das Steuersignal von einem Datensignal abgeleitet wird, das zuvor einer Diskriminierung oder Demodulation unterworfen worden Ist. iu
Daher Ist eine Analogverzögerungslettung erforderlich, um das Eingangssignal um ein halbes Blt-Wiederhollntervall zu verzögern; eine gut arbeitende Analog-Verzögerungsleltung Ist gegenwartig nicht verfügbar, so is daß eine ungeeignete Verzögerungsleitung zu einer Verschlechterung der Signalverarbeitung führt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Basisband-Phasensynchronlsatlonsschaltkrels für Übertragungssysteme für durch mehrstuflge, mehrphasige Überlagerung modulierte Signale zu schaffen, der weder einen Analogschalter noch eine Analogverzögerungsleitung erfordert.
Diese Aufgabe wird Insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Der erfindungsgemäße Phasensynchronisationsschaltkreis ermöglicht geringe Abmessungen ohne die Signalverarbeitung zu verschlechtern. Der erfindungsgemäße Schaltkreis weist ferner einen großen Verriegelungsbereich auf.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Phasensynchronisationsschaltkreises für eine 16-QAM-modul leite Welle,
Fig. 2 ein Slgnal-Lagedlagramm eines 16-QAM-Systems,
Flg. 3 ein Vektordiagramm der 16-QAM-Welle zur Erläuterung der Arbeltswelse des Schaltkreises gemäß Flg. 1,
Flg.4 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführangsform des srflndungsgemäßen Phasensynchronisationsschaltkreises für eine 16-QAM-modullerte Welle,
Flg. 5 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Phasensynchronisationsschaltkreises für eine 36-QAM-modulierte Welle,
Fig. 6 und 7 ein Vektor- bzw. ein Signallagedlagramm der 36-QAM-Welle zur Erläuterung des Schaltkreises gemäß Flg. 5,
Flg. 8 ein Blockdiagramm eines Analog-Dlgltal-Wandlers für den Schaltkreis gemäß Fl g. 5,
Fig. 9 ein Blockdlagramm des LoglkteÜs des Schaltkreises gemäß Fig. 8,
Flg. 10 eine gegenüber Fig. 5 modifizierte Ausführungsform eines Phasensynchronisationsschaltkreises für eine 36-QAM-modulierte Welle und
Flg. 11 eine schematiche Darstellung der Torschaltung des Schaltkreises gemäß Fig. 10.
Wenn gemäß Fig. 1 eine Vierphasen-PSK-modullerte Trägerwelle einem 4phaslgen Phasendetektor 1 zugeführt wird, so wird die modulierte Trägerwelle durch ω den Phasendetektor 1 orthogonal abgetastet, wobei der Ausgang eines spannungsgesteuerten Oscillators (VCO) 31 als Bezugsträgerquelle verwendet wird; abgegeben werden phasengleiche Quadratursignale P und Q. Diese Ausgangssignale P und Q werden durch einen Addierschaltkreis 3 zu einem Summensignal und durch einen Subtraktionsschaltkreis 6 zu einem Differenzsignal vereinigt. Das Summen- und das Differenzsignal werden nach entsprechender Signalformung zu Digitalsignalen synchron zu einem Taktsignal, die In Dlskrlmlnator-Signalformer-Schaltkrelsen 13 und 14 erfolgt, einer Excluslv-ODER-Operatlon mit Hilfe eines Excluslv-ODER-Schaltkrelses (EX-ODER) 19 unterworfen. Die Abtast-Ausgangssignale P und Q werden ebenfalls mit Hilfe eines Analog-Dlgltal-Wandlers mit Logikschaltkreis 2 In Demodulatlonsslgnale Sn und S12 umgewandelt, der beispielsweise entsprechend dem Schaltkreis In Flg. 7 der DE-OS 27 12 381 ausgebildet sein kann. Diese Signale Sn und S12 werden einer Excluslv-ODER-Operatlon mit Hilfe eines EX-ODER-Schaltkrelses 28 unterworfen. Die Ausgänge der EX-ODER-Schaltkrelse 19 und 28 werden wiederum einer Excluslv-ODER-Operatlon In einem EX-ODER-Schaltkrels 29 unterworfen, dessen Ausgangssignal über einen Tiefpaßfilter 30 einem spannungsgesteuerten Oscillator (VCO) 31 als Steuersignal zugeführt wird.
Der Schaltkreis mit dem Detektor 1, dem Addlerschaltkrels 3, dem Subtrahlerschaltkrels 6, den Diskrlmlnator-Slgnalformer-Schaltkrelsen 13 und 14, den Dlskrlmlnator-Slgnalformer-Schaltkrelsen In dem Analog-Digital-Wandler mit Logikschaltkreis 2, die EX-ODER-Schaltkrelse 19, 28 und 29, das Tiefpaßfilter 30 sowie der spannungsgesteuerte Oscillator 31 bilden einen vierphaslgen Phasensynchronlsatlonsschaltkrels. Für weitere Einzelheiten eines derartigen Phasensynchronlsatlonsschaltkrelses wird auf die JP 9 704/78 B 4 verwiesen. Ein derartig aufgebauter Phasensynchronlsatlonsschaltkrels arbeitet normalerweise so lange, wie Ihm eine vlerphaslge PSK-modullerte Welle als Eingangssignal zugeführt wird.
Wenn jedoch eine 16-QAM-Trägerwelle gemäß Flg. 2 als Eingangssignal zugeführt wird, während modulierte Trägerwellen A und B als Phasenfehler! gnale behandelt werden, so werden die modulierten Trägerwellen C und Z), deren Phasen sich von denen der Trägerwellen A und B um ± tan"1 (V2) unterscheiden, als Störsignal behandelt. Damit die modulierten Trägerwellen C und D ebenfalls als Phasenfehlerslgnale genutzt werden können, werden daher Signale S3 bis Ss mit Vektoren gemäß FI g. 3 erzeugt, wobei S, bis S6 den Trägerwellen A bis D In Flg. 2 entsprechen. Die Signale S3 bis S6 erhält man durch Verändern des Amplitudenverhältnisses der orthogonalen Signale P und Q und durch Addition oder Subtraktion. Hierzu werden die Abschwächer 9 bis 12, die Addlerschaltkrelse 4 und 5 sowie die Subtrahierschaltkreise 7 und 8 verwendet.
Der Schaltkreis 2 gibt als Ausgangssignale erste Demodulatlonssignale S1, und Si,, zweite Demodulationsslgnale S2i und S22 sowie Entscheidungssignale Gi, G2, G< und G5 ab. Diese Entscheidungssignale dienen zur Unterscheidung der Signale D, C, B bzw. A. Die von dem Schaltkreis 2 abgegebenen Signale wurden in Diskrimlnator-Slgnalformer-Schaltkrelse synchron zu dem Taktsignal digitalisiert.
Wenn am Eingang eines der Signale A oder B in Fig.2 anliegt, so wird das Ausgangssignal des EX-ODER-Schaltkreises 19 mit Hilfe des Ausgangssignals des ODER-Schaltkrelses 27, dem die Entscheidungssignale G5 und G* zugeführt werden, und einem UND-Schaltkrels 23 herausgeführt. Wenn ein Signal C anliegt, so wird der Ausgang des EX-ODER-Schaltkrelses 20 mit Hilfe eines UND-Schaltkrelses 24 und des Entscheidungssignals Gi herausgeführt. In ähnlicher Weise wird bei Anliegen des Signals D das Ausgangssignal des EX-ODER-Schaltkrelses 21 mit Hilfe eines
10
15
20
UND-Schaltkrelses 25 und dem Entscheidungssignal G2 herausgeführt. Die so erhaltenen Signale werden In einem ODER-Schaltkrels 26 einer ODER-Operatlon unterworfen, so daß man am Ausgang frequenzverdoppelte Signale erhält, wobei die Eingangssignale C und D ebenfalls als Phasenfehlerslgnale verarbeitet werden. Der Ausgang des ODER-Schaltkreises 26 wird durch den EX-ODER-Schaltkrels 29 frequenzverdoppelt, dessen Ausgangssignal über einen Tiefpaßfilter 30 einen spannungsgesteuerten Oscillator 31 ansteuert, der dem vlerphaslgen Phasendetektor 1 eine Bezugsträgerwelle zuführt. Mit dem vorstehenden Aufbau kann der Schaltkreis gemäß Flg. 1 als Phasensynchronlsattonsschaltkrels arbeiten, der die Bezugsträgerwelle mit geringer Phasenunruhe reproduziert.
Ein wesentliches Merkmal des vorstehend beschriebenen Schaltkreises besteht darin, daß der Analogschalter beim Stand der Technik durch eine digitale Torschaltung 22 ersetzt werden kann, da die Signale mit den Vektoren S, bis S6 mit Hilfe der Dlskrlmlnator-Slgnalformer-Schaltkrelse 13 bis 18 einmal demodullert und in digitale Signale umgewandelt werden. Ferner Ist die Zeitlage der Steuersignale G,, G2, G4 und G5 und die der Eingangssignale (die Ausgangssignale der EX-ODER-Schaltkrelse 19 bis 21) In der Torschaltung 22 annähernd kolnzldent, da sowohl die Eingangs- als auch die Steuersignale mit dem gleichen Taktsignal abgetastet worden sind. Daher Ist im Gegensatz zum Stand der Technik keine Analogvercögerungsleltung erforderlich.
In Fig. 1 bilden die Abschwächer 9 bis 12, die Addierschaltkreise 3 bis 5, die Subtraktionsschaltkreise 6 bis 8, die Dlskrlmlnator-Signalformerschaltkreise 13 bis 18, die EX-ODER-Schaltkrelse 19 bis 21, 28 und 29, der ODER-Schaltkrels 27 und der Torschaltkrels 22 einen Schaltkreis (eine Einrichtung) zum Erzeugen eines Phasenfehlerslgnals.
Fl g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem 16-QAM-System, und zwar mit einer Torschaltung 32, UND-Schaltkrelsen 33 bis 38, ODER-Schaltkrelsen 39 und 40 sowie einem EX-ODER-Schaltkrels 41. Die Ausführungsform gemäß Flg. 4 unterscheidet sich von der gemäß Flg. 1 durch die Anordnung der Torschaltung. Während bei F1 g. 1 die von den Diskrimlnator-Slgnalformer-Schaltkrelsen 13 bis 18 abgegebenen Digitalsignale nach der Frequenzverdoppelung durch die EX-ODER-Schaltkreise 19 bis 21 der Torschaltung 22 zugeführt werden, werden bei Flg. 4 die entsprechenden Digitalsignale vor der Frequenzverdoppelung durch den EX-ODER-Schaltkreis 41 durch die Torschaltung 32 ausgewählt. Diese Schaltungen arbeiten im wesentlichen in der gleichen Weise und haben etwa die gleichen Abmessungen, unterscheiden sich jedoch In der Art der Benutzung der UND- und der ODER-Schaltkrelse.
In Fig.4 bilden die Abschwächer 9 bis 12, die Addierschaltkreise 3 bis 5, die Subtraktionsschaltkreise 6 bis 8, die Dlskrlminator-Slgnalformer-Schaltkrelse 13 bis 18, die EX-ODER-Schaltkrelse 19 bis 21, 28, 29 und 41, der ODER-Schaltkrels 27 und der Torschaltkrels 22 «> einen Schaltkreis (eine Einrichtung) zum Erzeugen eines Phasenfehlerslgnals.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausfflhrungsform bei einem 36-QAM-System. Ein Eingangssignal wird durch einen vierphaslgen Phasendetektor 1 erfaßt und in Signale P und Q umgewandelt, die zueinander orthogonal sind. Die Signale P und Q werden mit einem bestimmten Amplitudenverhältnis durch Abschwächer
30
35
40 56 bis 67 und Addierschaltkreisen 42 bis 48 oder Subtrahlerschaltkrelsen 49 bis 55 addiert oder subtrahiert, und man erhält die Signale S7 bis S20 gegenüber P und Q.
Danach werden die Signale S7 bis S20 demoduliert und zu zweistufigen Digitalsignalen umgeformt, die nach Frequenzverdoppelung durch EX-ODER-Schaltkrelse 83 bis 89 mit den Paarungen S7' und S8', S9' und Sio', Sn' und Sn', Su' und S14', SH' und Si6', Sn' und Sii' sowie S19' und S2o' einer Torschaltung 90 zugeführt werden. In der Torschaltung 90 werden die Ausgangssignale der verschiedenen EX-ODER-Schaltkrelse 83 bis
89 durch zugehörige Steuersignale ΑΊ, X5, Xt, Xi, Xi, X} bzw. Xt ausgewählt und In einem ODER-Schaltkrels 98 zusammengeführt, der den Ausgang der Torschaltung
90 bildet. Die Steuersignale -Vi bis X-, dienen zur Bestimmung der Lagen der modulierten Signale, und die Beziehungen zwischen den Steuersignalen und den modulierten Signalen sind in Flg. 7 dargestellt. Die Signale X\ bis X1 werden durch einen Analog-Digital-Wandler mit Logikschaltkreis 68 erzeugt.
In Flg. 5 bilden die Abschwächer 56 bis 67, die Addierschaltkreise 42 bis 48, die Subtraktionsschaltkreise 49 bis 55, Die Dlskrlmlnator-Slgnalformer-Schaltkrelse 69 bis 82, die EX-ODER-Schaltkrelse 83 bis 89, 28 und 29 sowie der Torschaltkrels 90 einen Schaltkreis (eine Einrichtung) zum Erzeugen des Phasenfehlerslgnals.
FI g. 8 zeigt eine Ausführungsform des Analog-Dlgital-Wandlers mit Logikschaltkreis (Analog-Dlgital-Wandlertell 99 und 100 sowie Logikschaltkreis 101). Die Analog-Digital-Wandler 99 und 100 sind binär aufgebaut, und die Beziehungen zwischen den modulierten Signalen und den demodulierten Signalen Sn bis S23 sind in Flg. 7 dargestellt. Während der Schaltungsaufbau der Analog-Digital-Wandler 99 und 100 durch Vergrößerung des In FI g. 7 der vorerwähnten DE-OS 2712381 dargestellten Schaltkreises erhalten werden kann, 1st es auch möglich, den In der JP 118 354/78 A2 beschriebenen Schaltkreis für diesen Zweck einzusetzen. Der Logikschaltkreis mit seinen Ausgangssignalen Xi bis Xi Ist entsprechend der In Tabelle I dargestellten Wahrheitstabelle aufgebaut.
50
55
Tabelle I 0 Sl2 0 Sl2 Sn S2, S22 S23
Signale 0 1 0 0 0 0 1 0
entprechend A: 1 1 1 0 0 1 0 1
Quadrant Si ι 1 0 1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 1 0
2 entsprechend B:
3 Quadrant Sn S13 S21 S22 S23
4 1 1 0 0 1
Signale 2 1 1 1 0
3 0 1 1 0
4 0 0 0 1
Signale entsprechend C:
Quadrant Sn 5|2
•S21 S22
Signale entsprechend /:
Quadrant S\\
S\2 S\} 521 522
523
Signale entsprechend D:
0 1 1 0 1 1 J 1
0 1 1 1 0 0 2
1 0 0 1 0 0 3
1 0 0 0 1 1 4
Quadrant Su S12
S2) S22
Signale entsprechend E:
Signale entsprechend F:
Quadrant S,i 5i2
52i S22
Signale entprechend G:
Signale entsprechend H:
S23
1 0 υ i 0 1 0
2 0 1 0 1 1 0
3 1 1 0 1 0 1
4 1 0 1 0 0 1
Quadrant Su S\2 S\) 521 522 S2}
1 0 0 1 0 1 1
2 0 1 1 1 1 0
3 1 1 0 1 0 0
4 1 0 0 0 0 1
523
1 0 1 0 0 1 1
2 0 1 1 1 0 1
3 1 0 1 1 0 0
4 1 0 0 0 1 0
Quadrant Sn Sn S13 52i S22 S2i
1 0 1 0 0 0 1
2 0 0 1 0 0 1
3 1 0 1 1 1 0
4 1 1 0 1 1 0
1 0 1 1 0 0 1
2 0 0 1 1 0 0
3 1 0 0 1 1 0
4 1 1 0 0 1 1
0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 0 0
1 0 0 1 0 1
1 0 1 0 1 1
Quadrant Sn S12 Sn S2I Sa S23
10 Flg. 9 zeigt ein Beispiel des Logikschaltkreises 101
: mit EX-ODER-Schaltkrelsen 102 bis 113. UND-Schaltkrelsen 114 bis 122 sowie einen ODER-Schaltkrels 123.
Der Logikkreis gemäß Flg. 9 Ist entsprechend der In Tabelle I dargestellten WahrheltstabeUe aufgebaut.
Bei der vorstehenden Operation können die Ausgangssignale der Torschaltung 90 gemäß Flg. 5 als Phasenfehlerslgnale angesehen werden, die durch Umwandeln der 36-QAM-Slgnale äquivalent zu 4-PSK-Slgnalen und Frequenzverdopplung erhalten worden sind. Dieses Ausgangssignal wird welter durch einen EX-ODER-Schaltkrels 29 frequenzverdoppelt, so daß man Insgesamt eine Frequenzvervlerfachung erhält; dadurch kann man das Phasenfehlerslgnal des 36-QAM-Slgnals erzeugen. Das Phasenfehlerslgnal wird dann über einen Tiefpaßfilter 30 einem spannungsgesteuerten Oscillator 31 als Steuersignal zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Phasendetektor 1 zugeführt wird. Bei dieser Anordnung arbeitet der Schallkreis gemäß Flg. 5 normalerweise als Phasensynchror.lsatlonsschaltkrels.
Flg. 10 zeigt eine Modifikation des In Flg. 5 dargestellten Phasensynchronisationsschaltkreises für 36-QAM-modullerte Wellen. Da er mit Ausnahme des t Phasenschlebeschaltkrelses In der Eingangsstufe die Signale Immer digital welter verarbeitet, hat der Phasensynchronlsationsschaltkrels gemäß Flg. 5 den Vorteil, daß eine Verschlechterung der Slgnalverarbeltung aufgrund eines fehlerhaften Schaltungsaufbaues selbst dann vermieden wird, wenn die Anzahl der Überlagerungen und damit auch die Abmessungen des Schaltkreises zunehmen. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß eine Zunahme der Anzahl der Überlagerungen aufgrund der zufriedenstellenden Verarbeitung der Eingangssignale zu einer abrupten Ausdehnung der Schaltkreisabmessungen einladen würde. Der Schaltkreis gemäß Flg. 10 beugt diesem Nachteil vor und erzielt bei kleineren Schaltungsabmessungen eine mit dem Phasensynchronisationsschaltkreis gemäß Flg. 5 vergleichbare Verarbeitungsgenauigkeit.
Die Phase eines Eingangssignal wird in dem Phasendetektor 1 unter Verwendung des Ausgangssignals eines spannungsgesteuerten Oscillators 31 ermittelt und in Signale P und Q umgewandelt, die zueinander orthogo- : nal sind. Die Signale P und Q werden mit einem bestimmten Amplitudenverhältnis mit Hilfe von Abschwächern 9 bis 12 und Addierschaltkreisen 3 bis 5 oder Subtrahierschaltkreisen 6 bis 8 addiert oder subtra- - 60 hlert, so daß man Signale S, bis St erhält. Die Phasenbeziehungen der Signale S, bis S4 entsprechen einem Signal A. B, C, F und / In Fig. 7; d. h. die Signale S, und S2, Si und S4 sowie S5 und S6 sind Paare zueinander orthogonaler Signale. Dementsprechend verarbeitet der Phasensynchronisationsschaltkreis gemäß Flg. nicht alle 36 Signalpunkte gemäß Flg. 7 als Phasenfehlerslgnale, sondern verarbeitet wahlweise lediglich einige von diesen (d. h.. A, B, C. F und /).
Die Signale Si bis S6 werden demodullert und synchron mit einem Taktsignal zu zweistufigen Digitalsignalen mit Hilfe von Dlskrlmlnator-Slgnalformer-Schaltkrelsen 13 bis 28 geformt. Die orthogonalen Paare der diskriminierten oder demodulierten Signale Si bis S6 werden einer Torschaltung 22 nach Frequenzverdopplung durch EX-ODER-Schaltkrelse 19 bis 21 zugeführt. In der Torschaltung 22 werden die Ausgangssignale der EX-ODER-Schaltkrelse 23 bis 25 durch Steuersignale ΑΊ, Xt und X1 getort, und die erhaltenen Ausgangssignale werden mit Hilfe eines ODER-Schaltkrelses 26 als Ausgang der Torschaltung 22 zusammengeführt. Die Steuersignale ΛΊ, X* und X1 sind Signale, durch die Positionen der modulierten Eingangssignale bestimmt werden, und Ihre Beziehungen untereinander sind entsprechend Fig. 7. Diese Steuersignale werden durch einen Analog-Digital-Wandler mit Logikkreis 2 erzeugt, der gegenüber dem Logikkreis gemäß der Flg. 8 und 9 so modifiziert 1st, daß er Signale Xu Xt und X1 erzeugt.
Da das Ausgangssignal der Torschaltung 22 als Phasenfehlersignal angesehen werden kann, das durch Umwandlung des 36-QAM-Slgnals äquivalent zum 4-PSK-Slgnal und durch Frequenzverdoppelung erhalten wird, wird dieser Ausgang durch einen EX-ODER-Schaltkreis 29 weiter frequenzverdoppelt, und man erhält insgesamt eine Frequenzvervlerfachung und damit das Phasenfehlersignal des 36-QAM-Slgnals. Das Ausgangssignal des EX-ODER-Schaltkrelses 29 wird über einen Tiefpaßfilter 30 einem spannungsgesteuerten Oscillator 31 zugeführt, so daß man einen Phasensynchronisationsschaltkreis erhält.
Da ein Phasensynchronisationsschaltkreis gemäß vorstehender Beschreibung aufgebaut werden kann und darüber hinaus lediglich Signale an den Signalpunkten A, B, C, F und / (Flg. 7) als Phasenfehlerslgnale verwendet werden, kann auf einen Schaltkreis zum Verarbeiten der Signale E, D, G und H verzichtet werden. Wenn jedoch dieser Schaltungstell weggelassen wird, können die Signale E, D, G und H nicht zur Phasenfehlerinformatlon beitragen und bilden lediglich Störkomponenten, was zu erhöhten Trägerphasenschwankungen führt. Dieses Problem wird bei dem Schaltkreis gemäß Fig. 10 In der nachstehenden Welse gelöst:
Die Signale ΛΊ, X* und X1, entsprechend denen die Signale A. B. C, F und / bestimmt werden, werden mit Hilfe eines ODER-Schaltkreises 27 einer ODER-Operatlon unterworfen. Das Ausgangssignal des ODER-Schaltkrelses 27 sowie ein Taktsignal werden In einem UND-Schaltkrels 32 einer UND-Operation unterworfen. Am Ausgang des UND-Schaltkreises 32 tritt daher das Taktsignal nur dann auf, wenn ein Signal als Phasenfehlersignal erforderlich 1st. Wenn daher das Ausgangssignal des EX-ODER-Schaltkrelses 29 durch das Ausgangs-Signal des UND-Schaltkreises 32 In einem D-Flipflop 33 abgetastet wird, werden am Ausgang des Flipflops 33 lediglich als Phasenfehlerslgnale erforderliche Signale abgegeben, d. h. unnötige Signale werden nicht abgegeben, und statt dessen werden vorangehende, benötigte Signale aufrechterhalten und abgegeben. Da daher die Phasenfehlersignale nur richtig verarbeitete Signale A, B, C, F und / enthalten, kann die Bezugsträgerwelle mit geringen Schwankungen reproduziert werden. Obwohl bei dem In Fig. 10 dargestellten Schaltkreis lediglich die Signale A, B, C, F und / von den 36-QAM-Slgnalen verarbeitet werden, Ist eine Beschränkung auf diese Signale nicht notwendig, sondern es können die Signale in anderen Kombinationen frei ausgewählt werden. Wenn jedoch die Anzahl der zu verarbeitenden Signale Im Vergleich zu der gesamten Slfinalzahl zu gering Ist, wird die Kontrollinformation zu gering, so daß sich Probleme elnschlleß-Hch einer Verringerung des Synchronisationsbereichs ergeben; daher sollte vorzugsweise die Anzahl der Signale mehr als die Hälfte der Anzahl der Überlagerungen betragen. Der In Flg. 10 dargestellte Schaltkreis kann nicht nur bei 36-QAM-Systemen direkt eingesetzt
ίο werden, sondern auch bei einer modulierten Welle mit einer Slgnalvertellung ohne den Signalpunkt oder ohne die Signalpunkte der 36-QAM-Slgnale. Ferner kann der erfindungsgemäße Schaltkreis In einfacher Weise zu einem Phasensynchronisationsschaltkreis für mehrstufige und mehrphasige, modulierte Wellen über 36-QAM hinaus erweitert werden.
Der In Flg. 10 dargestellte Phasensynchronlsatlonsschaltkrels weist Innerhalb seines Rückkopplungskrelses zwei Dlskrlmlnator-Slgnalformer-Schaltkreise auf, von
2" denen der eine aus den Dlskriminator-Signalformer-Schaltkrelsen 13 bis 18 und der andere aus dem D-Flip-Flop 33 besteht, die 1-Bit-Verzögerungen bewirken, da jeder Dlskrlmlnator-Signalformer-Schaltkrels, der zur Abtastdemodulation am Medianwert des Augendlagramms des Signals betrieben wird, '/2-Blt-Verzögerungen bewirkt. Die Verzögerungsdauer der Schaltung bestimmt den synchronen Verriegelungsbereich; da eine größere Verzögerung den Verriegelungsbereich verkleinern würde, soll die Verzögerung möglichst klein sein.
Wenn beim Schaltkreis gemäß F1 g. 10 das Eingangssignal am Punkt E, D, G oder H In Flg. 7 ist, hält das D-Fllpflop ebenfalls das von einem Signal bei der Stelle A, B, C, F oder / erhaltene Phasenfehlersignal fest. Wenn daher Signale, die nicht zur Phasenfehierlnformation beitragen, d. h. Signale entsprechend den Stellen £, D, G und H, nacheinander ankommen, wird das Ausgangssignal des D-Flipflops an einem Wert festgehalten, der durch das Phasenfehlersignal bestimmt wird, das durch das Signal erzeugt wird, das denjenigen entsprechend E, D, G und H vorangeht; dadurch wird die Phasensynchronisationsschleife überlaufen.
Die durch die Verzögerungsdauer und das Überlaufen der Schleife auftretenden Probleme können gelöst werden, indem mit Hilfe einer Torschaltung entweder das Produkt der digitalen Frequenzmultiplikation (das Ausgangssignal Y des EX-ODER-Schaltkrelses 29) des Ausgangs des Phasendetektors oder ein periodisches Signal (Taktsignal) ausgewählt werden. Die Auswahl erfolgt entsprechend einem Signal (dem Ausgang X1, X<
so oder Xi des ODER-Schaltkrelses 27) zur Bestimmung, ob das Ausgangssignal des Phasendetektors ein für die Fhasensynchronisation notwendiges Signai ist, und durch Ansteuern des spannungsgesteuerten Oscillators mit dem Ausgangssignal der Torschaltung. Ein Beispiel einer hierfür geeigneten Torschaltung Ist In Flg. 11 dargestellt.
In Fig. 11 werden die Entscheidungssignale X1, XA oder X1 vom ODER-Schaltkrels 27 einem ODER/NOR-Schaltkreis 126 zugeführt, dessen positiver Ausgang mit dem Ausgang Y des EX-ODER-Schaltkrelses 29 einem UND-Schaltkreis 127 und dessen negativer Ausgang mit dem Taktsignal einem UND-Schaltkrels 128 zugeführt wird. Die Ausgänge der UMD-Schaltkreise 127 und 128 sind mit einem ODER-Schaltkrels 129 verbunden, dessen Ausgangssignal als Steuersignal für den spannungsgesteuerten Oscillator 31 dient. Wenn die Entscheidungssignale Xx, XA oder X1 den Logikwert »1« haben, so wird das Signal Y, und wenn sie den Loelk-
wert »0« haben, dann wird das Taktsignal dem ODER-Schaltkreis 129 zugeführt.
Wenn das modulierte Eingangssignal eines der Signale entsprechend D, E, G und H In Flg. 7 1st, so 1st des Ausgangssignal der Torschaltung gemäß Flg. 11 das Taktsignal. Daher werden die Signale entsprechend D, E, G und H. die nicht zur Phasenfehlerlnformatlon beitragen, sondern lediglich Störsignale bilden, eliminiert und durch das Taktsignal ersetzt. Da das Taktsignal durch den Tiefpaßfilter 30 In geeigneter Welse -0 eliminiert wird, bildet es keine Störkomponente, so daß die Bezugstragerwelle mit geringer Signalunruhe reproduziert werden kann. Selbst wenn Signale entsprechend D, E, G oder H, die nicht zur Phasenfehlerlnformatlon beitragen, hintereinander kommen, wird das Steuerstgral für den spannungsgesteuerten Oscillator 31 nicht auf ein einziges Phasenfehlerslgnal festgelegt, und daher kann ein Überlaufen der Schleife verhindert werden. Wenn ferner lediglich eine Stufe der Diskrlmlnator-Signalformer-Schaltkrelse 13 bis 18 In der Schleife vorhanden 1st, kann deren Verzögerungszelt verringert werden.
Während in diesem Fall das Taktsignal dazu verwendet wird, die nicht zur Phasenfehlerlnformatlon beitragenden Signale (entsprechend E, D, G oder H) zu erset- zen. Ist als Substltut jedes periodische Signal von 50% Tastverhältnis geeignet, das durch das Tiefpaßfilter 30 ausreichend gedämpft wird. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ein 36-QAM-System, jedoch kann die Torschaltung gemäß Flg. 11 auch bei anderen mehrstufigen, mehrphasigen Überlagerungs-Modulationssystemen verwendet werden.
Im Zusammenhang mit den Flg. 1, 4, 5 und 10 wurden die Kompensation lediglich der Phase beschrieben, jedoch nicht die der Amplitude, da der erflndungs- gemäße Schaltkreis Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen, die Analogwerte verarbeiten, Digitalwerte verarbeitet und daher in wesentlich geringerem Maße eine Verschlechterung der Signale Im Zusammenhang mit Amplitudenveränderungen, wie bei bekannten Schaltkreisen zu befürchten Ist. Im Rahmen der Erfindung 1st es jedoch bevorzugt, zur weiteren Verbesserung zu den vorstehend beschriebenen Schaltkreisen eine Schaltung hinzuzufügen, um wie bei den vorbekannten Schaltungen Amplitudenänderungen zu kompensieren, obwohl dies zu einer Vergrößerung der Gesamtschaltungsabmessungen führen würde.
In Flg. 10 bilden die Abschwächer 9 bis 12, die Addlerschaltkrelse 3 bis 5, die Subtraktlonsschaltkrelse 6 bis 8, die Dlskrlmlnator-Slgnalformer-Schaltkreise 13 bis 18, die EX-ODER-Schaltkreise 19 bis 21, 28 und 29, der ODER-Schaltkrels 27, der Torschaltkreis 22, der UND-Schaltkrels 32 und das D-Fllpfiop 33 einen Schaltkreis (eine Einrichtung) zum Erzeugen eines Phasenfehlerslgnals.
In den Flg. 1, 4, 5 und 10, sind die Torschaltungen 22, 32 und 90 vor dem Frequenzvervlelfacher (EX-ODER-Schaltkrels 29) angeordnet; im Rahmen der Erfindung können diese Torschaltungen jedoch auch dem Frequenzvervlelfacher nachgeschaltet sein. In diesem Fall wären jedoch mehrere EX-ODER-Schaltkrelse zur Frequenzvervielfachung der Ausgangssignale des EX-ODER-Schaltkrelses 28 und der der Dlskrlmlniitor-Slgnulformer-Schultkrelsc erforderlich, die zueinander orthogonal sind. M
Wie vorstehend ausgeführt, können erfindungsgemäß die beim Stand der Technik erforderlichen Analogschalter durch digitale Torschaltungen ersetzt und die bisher erforderlichen Analogverzögerungsleitungen weggelassen werden. Dadurch kann nicht nur der Schaltungsaufbau vereinfacht werden, sondern es kann auch einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften aufgrund der Ungenaulgkelt des Analogschaltkreises vorgebeugt werden, so daß man einen Schaltkreis mit überlegenen Betriebseigenschaften erhält. Erfindungsgemäß werden außer einem Phasenschieber keine weiteren Analogschaltkreise verwendet, so daß keine Verschlechterung der Betriebseigenschaften aufgrund von Ungenaulgkelten bei den Schaltkreisen befürchtet werden muß, selbst wenn die Anzahl der Überlagerungen zunimmt.
Wenn der erflDdungsgemäße Schaltkreis eine geeignete Auswahl der Phasen der Eingangssignale ermöglicht, so hat er gleich gute Eigenschaften bei einem Phasensynchronisationsschaltkreis, der alle Phasen der Eingangssignale zutreffend verarbeitet, und daher können die Abmessungen des Schaltkreises etwa halbiert werden. Wenn ferner ein periodisches Signal mit einem Tastverhältnis von etwa 50% als Steuersignal für den spannungsgesteuerten Oscillator anstelle eines Phasenfehlerslgnals zugeführt wird, wenn ein Signal mit einer Phase, die nicht zur Phasenfehlerlnformatlon beltrSgt, anliegt, so erhält man einen Phasensynchronlsatlonsschaltkrei mit einem großen Verriegelungsbereich, wobei die Schleife des Schaltkreises nicht überlaufen wird.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Pateritansprüche:
1. Phasensynchronlsattonsschaltkrels mit
a) einem spannungsgesteuerten Oszillator (31), dessen Oszillationsfrequenz durch ein Steuersignal veränderbar 1st,
b) einem Phasendetektor (1) zum Ermitteln der Phase einer Trägerwelle mit mehrstufiger, mehrphasiger Überlagerungsmodulatlon gegenüber der Phase des Ausgangssignals des Oszillators (31),
c) einem Demodulator zum Erzeugen eines demodulierten Signals aus dem Ausgangssignal des Phasendetektors (1),
d) einem auf das demodulierte Signal ansprechenden Phasendlfferenzdetektor zum Bestimmen der Phasenlage der modulierten Trägerwelle gegenüber der Ausgangsphase des Oszillators (31),
e) einer mit dem Phasendetektor (1) und dem Phasendlfferenzdetektor verbundenen Einrichtung zum Erzeugen eines Phasenfehlerslgnals, das die Phasendifferenz zwischen der modullerten Trägerwelle und dem Ausgangssignal des Oszillators (31) wiedergibt, und
einer Einrichtung (30), die das Phasenfehlerslgnal als Steuersignal dem Oszillator (31) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Phasenfehlerslgnals folgende Bestandteile aufweist:
g) mehrere Phasenschieber zum Verändern der Phasenlage der Ausgangssignale des Phasende- 3S tektors (1) um vorgegebene Werte,
h) mehrere Dlskrimlnatoren für die Ausgangssignale der Phasenschieber gegenüber einem vorgegebenen Schwellenwert,
I) mehrere erste Frequenzvervlelfacher zur Fre- « quenzvervlelfachung jedes Paars zueinander orthogonaler Ausgangssignale aus den Ausgangssignalen der Dlskrimlnatoren,
j) einen zweiten Frequenzvervlelfacher zur Frequenzvervielfachung jedes Paars von zueinander 4S orthogonalen Ausgangssignalen des Demodulators,
k) eine erste Torschaltung (22), der die Ausgangssignale des Phasendlfferenzdetektors zuführbar sind, um wahlweise eines der Ausgangssignale 5n der ersten Frequenzvervielfacher durchzulassen, und
1) einen dritten Frequenzvervlelfacher (29) zum Frequenzvervlelfachen des aus dem Ausgangssignal der ersten Torschaltung (22) und dem des zweiten Frequenzvervlel fachers (28) bestehenden Signalpaars.
2. Phasensynchronisatlonsschaltkrels mit
a) einem spannungsgesteuerten Oszillator (31), dessen Oszlllatlonsfrequenz durch ein Steuersignal veränderbar Ist,
b) einem Phasendetektor (1) zum Ermitteln der Phase einer Trägerwelle mit mehrstufiger, mehrphasiger Überlagerungsmodulatlon gegenüber der Phase des Ausgangssignals des Oszillators (31).
60
c) einem Demodulator zum Erzeugen eines demodulierten Signals aus dem Ausgangssignal des Phasendetektors (1),
d) einem auf das demoduUerte Signal ansprechenden Phasendlfferenzdetektor zum Bestimmen der Phasenlage der modulierten Trägerwelle gegenüber der Ausgangsphase des Oszillators (31),
e) einer mit dem Phasendetektor (1) und dem Phasendlfferenzdetektor verbundenen Einrichtung zum Erzeugen eines Phasenfehlerslgnals, das die Phasendifferenz zwischen der modulierten Trägerwelle und dem Ausgangssignal des Oszillators (31) wiedergibt, und
einer Einrichtung (30), die das Phasenfehlersignal als Steuersignal dem Oszillator (31) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des PhasenfeTilerslgnals folgende Bestandteile aufweist:
g) mehrere Phasenschieber zum Verändern der Phasenlage der Ausgangssignale des Phasendetektors (1) um vorgegebene Werte,
h) mehrere Dlskrimlnatoren (13 bis 18) für die Ausgangssignale der Phasenschieber gegenüber einem vorgegebenen Schwellenwert,
1) eine erste vom Ausgangssignal des Phasendlfferenz.ietektors angesteuerte Torschaltung (32) zum wahlweisen Durchlassen eines Paars von zueinander orthogonalen Ausgangssignalen der Dlskrlmlnatoren (13 bis 18),
j) einen ersten Frequenzvervlelfacher (41) zum Frequenzvervlelfacher des durch die erste Torschaltung (32) wahlweise geführten Paars von zueinander orthogonalen Ausgangssignalen,
k) einen zweiten Frequenzvervlelfacher (28) zum Frequenzvervlelfachen eines Paars von zueinander orthogonalen Ausgangssignalen des Demodulators (2) und
1) einen dritten Frequenzvervlelfacher (29) zum Frequenzvervlelfachen der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Frequenzvervlelfachers (41) bzw. (28).
3. Phasensynchronisationsschaltkreis mit
a) einem spannungsgesteuerten Oszillator (31), dessen Oszlllatlonsfrequenz durch ein Steuersignal veränderbar Ist,
b) einem Phasendetektor (I) zum Ermitteln der Phase einer Trägerwelle mit mehrstufiger, mehrphasiger Überlagerungsmodulatlon gegenüber der Phase des Ausgangssignals des Oszillators (31),
c) einem Demodulator zum Erzeugen eines demodulierten Signals aus dem Ausgangssignal des Phasendetektors (1),
d) einem auf das demodulierte Signal ansprechenden Phasendlfferenzdetektor zum Bestimmen der Phasenlage der modulierten Trägerwelle gegenüber der Ausgangsphase des Oszillators (31),
e) einer mit dem Phasendetektor (I) und dem Phasendlfferenzdetektor verbundenen Einrichtung zum Erzeugen eines Phasenfehlerslgnals, das die Phasendifferenz zwischen der modulierten Trägerwelle und dem Ausgangssignal des Oszillators (31) wiedergibt, und
Π einer Einrichtung (30), die das Phasenfehler!-
gnal als Steuersignal dem Oszillator (31) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Phasenfehlersignals folgende Bestandteile aufweist:
g) mehrere Phasenschieber zum Verandern der Phasenlage der Ausgangssignale des Phasendetektors (1) um vorgegebene Werte,
h) mehrere Dlskrimlnatoren für die Ausgangssignale der Phasenschieber gegenüber einem vorgegebenen Schwellenwert,
1) mehrere erste Frequenzvervielfacher zur Frequenzvervielfachung jedes Paars zueinander orthogonaler Ausgangssignale aus den Ausgangssignalen der Dlskrimlnatoren,
j) einen zv/elten Frequenzvervielfacher zur Fre- '5 quenzvervlelfachung jedes Paars von zueinander orthogonalen Ausgangssignalen des Demodulators,
k) mehrere dritte Frequenzvervlc'facher zum Frequenzvervielfachen der Ausgangssignale der ersten Frequenzvervielfacher und des Ausgangssignals des zweiten Frequenzvervlelfachers und
1) eine auf das Ausgangssignal des Phasendlfferenzdetektors ansprechende erste Torschaltung (90) zum wahlweisen Durchlassen eines Ausgangsslgnals der dritten Frequenzvervielfacher.
DE3030145A 1979-08-10 1980-08-08 Phasensynchronisationsschaltkreis für die Übertragung von Signalen mit mehrstufiger, mehrphasiger Überlagerungsmodulation Expired DE3030145C2 (de)

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