DE3212539A1

DE3212539A1 - Rauschdetektor- und signalempfaengeranordnung fuer einen frequenzmodulationsempfaenger

Info

Publication number: DE3212539A1
Application number: DE19823212539
Authority: DE
Inventors: Donald Henry 07722 Colts Neck N.J. Nash; Duen Hsi 07701 Shrewsbury N.J. Yen
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1981-04-06
Filing date: 1982-04-03
Publication date: 1982-11-18
Also published as: IT8220586A0; JPS57193130A; SE8201876L; GB2096846B; NL8201449A; GB2096846A; BE892760A; FR2503496A1; IT1150760B; FR2503496B1; CA1181818A; SE452833B; US4388730A

Description

Western Electric Con{pa:y/ ;Ιής. :*·:· : ; J^aSH 10-1

RauschdetektOT

^non ^Frequeng^odulati

Die Erfindung betrifft Frequenzmoaulationsempfän^er und im einzelnen eine Rauschdetektor- und Signalömpfüngeranordnung zur Verwendung in solchen Empfängern.

Es ist häufig wünschenswert, eine Angabe hinsichtlich des Rauschgehaltes eines über eine bestimmte Übertragungsanlage empfangenen Signals zur Verfugung zu haben. Bei bestimmten Übertragungssystemen ändert sich das Übertragung smedium so schnell.und zwischen solchen Extremwerten, daß eine dauernde Anzeige des Rauschpegels für den richtigen Betrieb des Systems erforderlich ist. Zu solchen Systemen zählen Lichtwellen-Übertragungssysteme_s insbesondere dann, wenn der Sender und Empfänger zueinander beweglich sind. Wenn solche System für die Übertragung von Sprachsignalen benutzt werden, hat es sich als wünschenswert erwiesen, eine Rauschunterdrückungsschaltung vorzusehen, die bei einem unerwünschten Rauschpegel das Sprachsignal stark dämpft oder unterdrückt.

Bei Freisprech-Telefonapparaten, bei denen der Sender tragbar ist und vom Benutzer im Raum herumgetragen wird, ändert sich der Übertragungsweg während der normalen Benutzung sehr stark. Wenn darüber hinaus Übertragungsfrequenzen im Lichtwellenbereich zur Verbesserung der Geheimhaltung in einer solchen Anlage benutzt werden, ändert sich die Weglänge der Übertragungsstrecke beträchtlieh. In solchen System ist eine sofortige und kontinuierliche Rauschanzeige sowie·-unterdrückung wesentlich.

Verfahren zur Gewinnung eines Signals, das den Rauschpegel eines Empfangsßlgnals anseilt, werden ganz allgemein in einem Buch von F.M. Gardner "Phaselock Techniques« beschrieben. Für die Praxis lehrt die US-PS 4 228 320 (Celli et al)_s daß eine phasenstarre Schlei»

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fenschaltung mit eines» Exklusiv-QDER-Gatter ein solches Anzeigesignal Im Empfänger einer Freisprech-Telefonstation liefert.

Bei der Anwendung der Lehren aus der vorgenannten US-PS hat sich jedoch ein Problem ergeben. Die beiden Tellerschaltungen, die durch zwei Teilen und ein Inphaoesignal der gleichen Frequenz zum Vergleich mit dem Brnpfangssignal liefern, führen eine unerwünschte Verzögerung ein. Bei dem üblichen Betrieb ist das vom spannungsgesteuerten Oszillator der phasenstarren Schleife erzeugte Ausgangssignal um 90° vorlaufend, außer Phase mit dem Smpfangssignal. Die beiden Teilerschaltungen liefern zwar die gewünschte Inphase-BeZiehung zu dem Empfangssignal, führen aber eine Verzögerung in das örtlich erzeugte Sig~ nal ein, das sich dann selbst als Quelle für unerwünschtes Rauschen zeigt. Demgemäß ist die phasenstarre Schleife nach der vorgenannten US-PS 4 228 320 nicht in der Lage, ausreichend kleine Werte für das Empfangssignalrauschen anzuzeigen.

Außei^dem hat sich bei der* praktischen Anwendung der Freisprech-Telefoneinrichtung nach der genannten US-PS ein Bedarf herausgestellt, alternativ eine »Sprach- oder eine Datenübertragungsmöglichkeit zu schaffen. Der tragbare Sender, der in der genannten US-PS beschrieben wird, hat nicht die Möglichkeit, ein Freizeichen anzufordern oder die Rufnummer eines anderen Teilnehmers zu wählen. Unter der Annahme, daß der Empfänger ein Rechnerterminal mit einefis Bildschirm umfaßt, besitzt der Sender nach der genannten US-PS 4 228 320 nicht die Möglichkeit, Zeichen auf dem Bildschirm zu verarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erläuterten und dazu in Besieliun* stehende Problem zu lösen. Sie geht dazu aus von einer Rauschdetektor·» und Signaiempfängeranorcn.ung zur Verwendung In einem Frequcnsniodulationn-Eiapfäng-er mit einer phasenstarren Schleife

und ist dadurch gekennzeichnet, daß die phasenstarre Schleife unter Ansprechen auf das Smpfangssißnal ein erstes Ausgangs signal, das das TrSgersrignal-Zu-Rsuschverhältnis des Empfangssignals darstellt, und ein zwei» tes Ausgangssignal liefert, das das demodulierte Empfange signal darstellt.

Die Grundgedanken der Erfindung ermöglichen den Empfang eines Datensignals über das gleiche Übertragungcßiedium wie das übertragene Sprachsignal, wobei das Datensignal die Möglichkeit gibt, ein Rechnerterminal mit Bildschirm fernzusteuern. Nach dem Grundgedanken liefert die gleiche phasenstarre Schleife, die ein Anzeigesignal für den Rauschpegel des Empfangssignals bereitstellt, außerdem ein einraaldemoduliertes digitales Datensignal. Es sind folglich zwei Betriebsarten vorgesehen, nämlich eine Sprach- und eine Datenbetriebsart.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Kann das Empfangssignal ein durch Frequenzumtastung moduliertes Signal enthalten und die phasenstarre Schleife kann einen Zeitkondensator und einen Komparator-Verstärker aufweisen, der über den Zeitkondensator geschaltet ist und das um 90° phasenverschobene, örtlich erzeugte Signal liefert. Auf diese Weise wird der Betrag der Verzögerung in Verbindung mit dem örtlich erzeugten Signal wesentlich herabgesetzt. Im Ergebnis wird die Rauschahzeigequalität der phasenstarren Schleife verbessert und die phasenstarre Schleife zeigt einen niedrigeren Pegel des Empfangssignalrauschens an.

Es wird davon ausgegangen, daß das digitale Datensignal zunächst oberhalb des Sprachsignals aufinoduliert und dann mit dem Sprachsignal summiert worden ist. Das kombinierte Signal frequenzmoduliert dann eine geeignete Trägerfrequenz. Es sind demgemäß zwei weitere ph&senstarre Schleifen vorhanden. Eine zweite phasenstarre

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Schleife wird, zur Gewinnung des Sprachsignals aus dem Empfangssignal benutzt. Eine dritte phasenstarre Schleife gewinnt das digitale Datensignal aus dem einmaldemodulierten Ausgangssignal der ersten phasenstarren Schleife.

Ein Sender, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zur alternativen Übertragung von Sprach- und Datensignalen benutzt v/erden kann, die oberhalb des Sprachsignals einem frequenzmodulierten Infrarot-Lichtmedium aufmoduliert sind, wird in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der gleichen Anmelderin, die die Priorität der US-Patentanmeldung 251,258 vom 6.4.1981 beanspruchtj beschrieben.

Nachdem das Rauschpegel-Anzeigesignal am Ausgang der ersten phasenstarren Schleife nach der vorliegenden Erfindung gewonnen worden ist, kann es sowohl in der Sprachbetriebsweise als auch in der Datenbetriebsweise abhängig von dem jeweiligen Pegel des empfangenen Rauschens zur Betätigung der Rauschunterdrückungsschaltungen zugeführt werden. Die Rauschunterdrückungsschaltungen, die auf die gewählten Pegel des empfangenen Rauschens ansprechen, dämpfen die Sprach- oder Datensignale sehr stark oder unterdrücken sie.

Es ist bekannt, daß unterschiedliche Arten von Empfangsrauschen die Aufnahme eines Sprachsignals anders die Aufnahme eines Datensignals beeinflussen. Beispielswelse wird der Rauscheinfluß auf ein Sprachsignal subjektiv durch die Qualitätsbewertung einer Gruppe von Zuhörern festgestellt, während der Rauscheinfluß auf ein Datensignal nach Wahrscheinlichkeitskriterien durch die Anzahl von Fehlern bei dem empfangenen digitalen Datensignal bestimmt wird. Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung vor, daß der ,jeweilige Rauschpegel für den Betrieb der Sprach-Rauschunterdrückungsschaltung nicht

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der gleiche sein muß wie der Pegel, der für den Betrieb der Daten-Rauschunterdrückungsschaltung gewählt wird,

Wenn die vorliegende Erfindung bei Freisprech-Telefonsystemen benutzt wird, aktiviert das Rauschpogel-Anzeigesignal am Ausgang der ersten phasenstarren Schleife einen Lautsprecher und gibt dem Benutzer unabhängig von der Betriebsweise eine hörbaren Hinweis auf das Rauschen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer schnurlosen Fernsprechteilnehmersteile mit einem Rauschdetektor und Signalempfänger nach der Erfindung, wobei der Rauschdetektor und der Signalempfänger drei phasenstarre Schleifen enthalten;

Fig. 2 ein genaueres Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der phasenstarren Schleife gemäß Fig. 1 zur Rückgewinnung eines Sprachsignals aus dem Smpfangssignal;

Fig. 3 ein genaueres Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der phasenstarren Schleife mit Kombinationsfunktion gemäß Fig. 1 zur Bereitstellung eines Rauschpegel-Anzeigesignals sowie eines einmaldemodulierten digitalen ■ Datensignals;

Fig. 4 ein genaueres Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer phasenstarren Schleife gemäß Fig. 1 zur Yfiedergewinnung des digitalen Datensignals aus dem einmaldemodulierten Ausgangssignal der phasenstarren Schleife

mit Kombinationsfunktion;

Fig. 5 eine grafische Darstellung typischer Kurvenformen an verschiedenen Punkten der phasenstarren Schleife mit Kombinationsfunktion gemäß Fig. 3.

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In Fig. 1 ist das Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel einer schnurlosen Fernsprechteilnehmerstelle gezeigt, die den Rauschdetektor und Signalempfänger nach der vorliegenden Erfindung enthält. Die schnurlose Fern« Sprechteilnehmerstelle weist außerdem einen tragbaren Sender 1 auf, der eine frequenzmoduliert^ Lichtwelle 101 an einen optischen Empfänger 110 liefert. Dieser stellt das empfangenes, frequenzmodulierte Trägersignals ' · auf der Ausgangsleitung 116 bereit.

Der tragbare Sender 1 umfaßt die Möglichkeit einer Dateneingabe über ein Tastenfeld 1a sowie einer Spracheingabe über ein Mikrophon 1b. Der dargestellte Sender liefert zwar ein frequenzmoduliertes Lichtv/ellen-Ausgangssignal 101 an einen optischen Empfänger 1.10, es können aber auch andere Übertragungsmedien benutzt werden. Zu solchen bekannten Medien gehören Rundfunktwellen und Ultraschallwellen neben den dargestellten Lichtwellen.

Es wird außerdem angenommen, daß der Sender 1 zuerst das digitale Datenausgangssignal vom Tastenfeld 1b oberhalb des aus dem Mikrophon 1b stammenden Spracheingangssignals moduliert. Das einaalmodulierte Datensignal wird dann mit dem Sprachsignal summiert und zur Übertragung über das gewünschte Medium, nämlich Lichtwellen, Rundfunkwellen oder Ultraschallwellen frequenzmoduliert.

Ein Sender zur Lieferung eines frequenzmodulierten infraroten Lichtwellensignals, der den oben erläuterten Annahme:· genügt, wird in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der gleichen Anmelderin, die die Priorität der US-Patentanmeldung 251,258 vom 6.4.1-981 beansprucht, beschrieben. Dort wird angegeben, daß das vom Tastenfeld 1a gelieferte digitale Datensignal ein frequenzuragetastetes (FSK)-Signal ist, das Frequenzen dicht oberhalb des Sprachbandes von 0 bis 3 kHz aufmoduliert wird,

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beispielsweise bei 5 und 6,25 kHz. Diese Modulations der Daten oberhalb der Sprache kann auch mit anderen bekannten Mitteln zur Datenmodulation ohne Einschränkung der erfindungsgemäßen Grundgedanken durchgeführt werden.

Die Wahl des Empfängers 110 hängt von der Wahl des Mediums 101 ab. Für den dargestellten optischen Empfänger 110 wird angenommen, daß er ein Linsensystem 111, das ein optisches Filter aufweisen kann, enthält, um die empfangenen Lichtwellen 101 auf den optischen Wandler 112 zu fokussieren, der eine PIN-Diode oder eine andere Fotodetektor- und Wandlereinrichtung bekannter Art enthalten kann. Wenn eine Spannungs-Stromumwandlung erforderlich ist, wird das elektrische Ausgangssignal der optischen Wandlerschaltung 112 über eine Stromwandlerschaltung 113 dein Bandpassfilter 114 zugeführt. Dieses Filter ist so gewählt, daß es ein gewähltes Frequenzband um eine bestimmte Trägerfrequenz herum durchläßt.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Trägerfrequenz zu 120 kHz gewählt und die Lichtwellenfrequenz liegt im infraroten Bereich. Die Wahl einer Trägerfrequenz von 120 kHz ermöglicht, falls gewünscht, einen doppelt gerichteten Betrieb und macht gegen Rauschstörungen durch Fluoreszenzlicht unempfindlich. Es wird eine Bandbreite von 50 kHz gewählt, um eine brauchbare'Signalgüte sicherzustellen, während der Leistungsverbrauch des tragbaren Senders 1 ein Minimum wird.

Nach Durchlaufen des Bandpassfilters 114 wird das Empfangssignal über eine Begrenzerschaltung 115 geführt. Das begrenzte Signal gelangt dann über eine Auncnngsleitung 116 und Koppelkondensatoren C1 und C6 zur phasenstarren Sprachderaodulatorschleife 200 bzw. zur phasenstarron Schleife 300 mit Kombinationsfunktion. Die phasenstarre Schleife 200 gewinnt das Sprachsignal aus dem empfangenen Eingangssignal. Das Sprachausgangssignal wird über eine Ausgangsleitung 117 und eine

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Rauschunterdrückungsschaltung 120 zur Deemphasis- . Schaltung 125 geführt. Danach läuft das Sprachsignal über eine Ausgangsleitung 118 zu einem Fernsprechver- ■ · mittlungsamt und einem gerufenen Fernsprechteilnehmer.

Die phasenstarren Schleifen 200 und 300 laufen in bekannter Weise der Frequenz ihrer wechselstroin-gekoppelten Eingangssignale nach und ermöglichen eine Raupeh-, verringerung. Das aktive Nachlaufen der phasenstarren Schleifen und die Bandbegrenzungseigenschaften ihrer zugeordneten Schleifenfilter ergeben zusammen die Rauschverringerung.

Neben der Zuführung des empfangenen Eingangssignals über Koppelkondensatoren zu den phasenstarren Schleifen 200 und 300 wird es direkt einem Eingang einer Exklusiv-ODER-Schaltung 340 der phasenstarren Schleife 300 zugeführt. Am Ausgang der Schaltung 340 wird ein Signal geliefert, das den Rauschpegel des empfangenen Eingangssignals darstellt.

Es ist erforderlich, in der phasenstarren Schleife 300 ein verzögerungsfreies Signal für einen Vergleich mit dein empfangenen Eingangssignal am Eingang der Exklusiv-ODER-Schaltung ■ 340 abzuleiten. Zu diesem Zweck wird eine Komparator-Verstärkerschaltung 330 hoher Geschwindigkeit benutzt. Sie verbindet die phasenstarre Schleife in der Schleifenschaltung 300 mit dem anderen Eingangsanschluß der Exkl\;niv-ODER-Schaltung 340« Die Rauschanzeigefuriktion der phasenstarren Schleife 300 mit Kombinationsfunktion wird geneuer in der nachfolgenden Erläuterung der Figuren 3 und 5 beschrieben.

Die phasenstarre Schleife 300 mit Kombinationsfunktion stellt außerdem die erste Demodulationsstufe für das digitale Datensignal dar. Das einmaldemodulierte Ax?.sgangssignal wird über die Äusgangsleitung 119 νω,ά eine

Rauschmrterdrückungsschaltung 121 geführt. Dann gelangt das einmaldemodulierte /rasgangesignal über einen Koppelkondencator C14 zur phasenstarren Datendemodulatorsctolo.t«· fe 400.

Die phasenstarre Datendemodulatorschaltung 400 führt die letzte Stufe der Demodulation des digitalen Datensignals aus. Die spezielle Art der phasenstarren Datendemodulators chleife hängt von dem D.atenmodulationsschema ab, das. für die erste Stufe der durch den Sender 1 durchgeführten Datenmodulation gewählt worden ist. Das spezielle Ausführungsbeispiel, das für die nachfolgende Erläuterung von Fig. 4 ausgewählt worden ist, nimmt ein Frequenzumtast-(FSK)-Datenmodulationsverfahren an, es können aber andere bekannte Datenmodulationsverfahren benutzt werden, beispielsweise eine Phasenumtastung.

Das digitale Datensignal läuft über die Ausgangsleitung 133 zum Verarbeitungssystem 420, das die Ausführung einer bestimmten Funktion über die Allsgangsleitung 134 entsprechend den empfangenen Daten veranlassen kann.

Beispielsweise kann der Benutzer des tragbaren Senders Ί eine Taste des Tastenfeldes 1a drücken, um ein Freizeichen vom Vermittlungsamt anzufordern. Im Ergebnis leitet ein über die Ausgangsleitung 134 übertragener Befehl die Rückgabe eines Freizeichens über die Leitung 136 ein, um den Lautsprecher 320 zu betätigen.

Es sei jetzt zur Erläuterung des Anzeigesignals am Ausgang der Exklusiv-ODER-Schaltung 340 zurückgekehrt. Das Anzeigesignal durchläuft bei dem gezeigten Ausführung sbeispiel eine Integratorschaltung 360, um ein zweites Anzeigesignal zur Darstellung des Rauschpegels des empfangenen Eingangssignals zu erzeugen. Das nicht integrierte Eingangssignal und das integrierte Ausgangssignal der Integratorschaltung 360 werden nachfolgend genauer in Verbindung mit Fig. 3 und 5 beschrieben. Es ist jedoch wichtig an diesem Punkt, zu betonen_f daß

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beide Signale die Rauschpegel anzeigen und daß eine geeignete Wahl der auf ein nicht integriertes Eingangssignal ansprechenden Rauschunterdrückungsschaltungen 120 und 121 eine Xntegratorschaltung 360 unnötig machen würde.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel arbeiten die Rauschunterdrückungsschaltungen 120 und 121 unter Ansprechen auf ein integriertes Signal auf den Leitungen 131a bzw. 131b* Die Rauschunterdrückungsschaltungen können demgemäß so gewählt werden, daß sie unter Ansprechen auf ein integriertes oder ein nicht integriertes Signal arbeiten. Es sind jedoch getrennte Rauschunterdrückungsschaltungen für Sprache und Daten erforderlich, da die angegebenen Rauschpegel, auf die die Rauschunterdrückungsschaltungen ansprechen, unterschiedlich sein sollen.

Die Funktion der Rauschunterdrückungsschaltungen besteht darin, die Ausgangspegel der Sprache bzw. Daten stark zu dämpfen oder zu unterdrücken, wenn ein bestiimnter, unerwünschter Rauschpegel erreicht ist. Es ist bekannt, und zwar insbesondere bei der Verwendung eines tragbaren Senders 1, das solche Funktionen wünschenswert sind. Ein Benutzer kann sich auf einen Übertragungsweg mit reflektiertem Licht verlassen oder unabsichtlich den Lichtweg unterbrechen, wodurch der Rauschpegel stark erhöht wird. Dann dürfen keine Daten- oder Sprachsignale fehlgedeutet oder als Rauschen hörbar werden.

Es ist Jedoch ebenfalls bekannt, daß der Rauschpegel, der für das menschliche Ohr als unerwünscht angenommen wird, subjektiv festgestellt wird, während der Rauschpegel, der die Qualität eines Datensignals·zerstört, objektiv bestimmt v/erden kann. Die zwei Pegel sind daan voraussichtlich für eine bestimmte Anwendung unterschiedlich, woraus sich die Forderung nach zwei Rauschunter-

drückungsschaltungen ergibt, die auf zwei unterschiedliche Rauschpegel ansprechen.

Aus Fig. 1 sollte außerdem nicht geschlossen werden, daß die Rauschunterdrückungsschaltungen 120 und 121 notwendigerweise in die Ausgangsleitungen 117 bzw. 119 eingeschaltet werden müssen. Sie können beispielsweise irgendwo auf den Sprach- oder Datenwegen eingesetzt werden, beispielsweise in den Leitungen 118, 133 oder 13⁷I-Alternativ können sie die Pegel der Sprache und Daten 10' so dämpfen, daß die Übertragung beider Signale unterbrochen wird, oder sie können die Stromversorgung von Bauteilen, die eine Stromversorgung benötigen, im Sprachoder Datenweg unterbrechen.

Gleichzeitig mit der Zuführung des nicht integrierten Anzeigesignals zum Integrator 360 gelangt dieses Signal über ein Tiefpassfilter 370 zum Verstärker 395 und zum Lautsprecher 320. Wenn der Rauschpegel unerwünscht hoch ist,ist es zweckmäßig, dem Benutzer des Senders 1 eine akkustische Anzeige für das Rauschen zu geben. Auf diese Weise wird der Benutzer veranlaßt, den Sender 1 neu auszurichten oder sich näher zum Empfänger 110 zu begeben.

In Fig. 2 ist ein genaueres Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel der phasenstarren Schleife gemäß Fig. 1 dargestellt, die ein Sprachsignal aus dem Einpfangssignal gewinnt. Die phasenstarre Schleife 200 kann beispielsweise eine integrierte Schaltung 200a vom Typ 502 EP der Western Electric Company mit Eingangsanschlüssen 1 bis 16 aufweisen, die zur Vereinfachung mit 201 bis 216 bezeichnet sind. Eine negative Gleichspannung liegt am Anschluß 203, eine positive Spannung am Anschluß 213 und Kasse am Anschluß 211.

Das empfangene Eingangssignal wird über den Anschluß 210 einer Phasenvergleichsschaltung 221 zugeführt, um

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die Phasenbeziehungen zwischen dem Eingangssignal und einem Rückkopplungssignal über den Koppelkondensator C3 an den auf Massepotential bezogenen Anschlüssen 211 und 212 zu vergleichen» Widerstände R1 und R4 sorgen für die Massebeziehung.

Ein Schleiferifilter 230 ist über den Anschluß 209 an dan Ausgang des Phasenkomparator 221 angeschlossen. Das Schleifenfilter 230 soll entsprechend der durch den Phasenkomparator 221 durchgeführten Sprachdemodulations aus~ gewählt werden. Die natürliche Frequenz der Schleife und die Schleifenbandbreite sind lsi dein gezeigten Ausführungsbeispiel gleich und betragen etwa 6,8 kHz. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann als Schleifenfilter 230 ein Vor-Nachlauffilter (lead-lag) zweiter Ordnung verwendet werden.

Das demodulierte Sprachausgangssignal gelangt über eine Verstärker-Multipliziererschaltung 222 an den Ausgangsanschluß 208. Das Sprachausgangssignal wird dann gleichzeitig dem Eingang eines Tiefpassfilters 250 und einem Eingangsanschluß 205 des Verstärkers 223 zugeführt.

Der die Verstärkung bestimmende Widerstand R6 ist entsprechend der für don Verstärker* ?23 gewünochten Verstärkung gewählt und an die Anschlüsse 206 und 207 angeschaltet. Die Wahl des Verstärkungswiderstandes R6 und die Eigenschaften des Schleifenfilters 230 bestimmen die Verstärkung der phasenstarren Schleife 200 für die Sprachdemodulation. Am Anschluß 204 wird dem Verstärker 223 eine Bezugsspannung zugeführt, die durch eine Spannungsteilerschaltung 240 festgehalten ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 223 gelangt zum Eingang eines spannungsg©steuerten Oszillators 224. Der frequenzbestimmende Widerstand R10 und der Kondensator

C4 legen das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 224 auf die gewählte Trägerfrequenz von 120 klls fest. Das Ausgangsträgersignal wird über einen TTL-Ausgangsverstärker 225 rückgekoppeltj wie oben beschrieben.

In Fig. 3 ist das genauere Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für die phasenstarre Schleifenschaltung 300 mit Doppelfunktion gemäß Fig. 1 gezeigt. Diese Schleifenschaltung liefert drei Ausgangssignale: Sin einmaldemoduliertes Datenausgangssignal auf der Leitung 119, ein Anzeigesignal auf der Leitung 131» das den Rauschpegel des Empfangssignals darstellt, und ein Rauschsignal auf der Leitung 132 zur Bereitstellung eines akkustischen Signals, das dem Benutzer des Systems den rauschbehafteten Übertragungsweg anzeigt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die phasenstarre Schleife 300a eine integrierte Schaltung vorn Typ 502 SP der Western Electric Company. Es können jedoch andere bekannte phasenstarre Schleifenschaltungen benutzt v/erden. Der Betrieb dieser Schaltung ist identisch mit dem Betrieb der phasenstarren Schleife 200 fur die Sprachdemodulation. Mit Ausnahme der Wahl von Bauteilwerten für das Schleifenfilter 350 und don die Verstärkung bestimmenden Widerstand R17 sind die Werte der Widerstände und Kondensatoren, die den Rückkopplungsweg bilden, und die Werte des frequenzbestimmenden Widerstandes sowie des Zeitkondensators identisch.

.Das Schleifenfilter 350 ist jedoch wesentlich verschieden von dem Schleifenfilter 230. Die Bandbreite der phasenstarren Schleifenschaltung 300 ist so gewählt, daß sie die Bandbreite des Schleifenfilters 230 für die phasenstarre Schleifenschaltung 200 übersteigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiöl ist die Bandbreite vieri'ach größer beträgt also 2.7 kHz. Ein Grund für die größere Bandbreite ist die Bereitstellung einer besseren Anzci-

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ge für das Rauschen. Die größere Bandbreite läßt mehr Rauschen zu, wirkt aber in Verbindung mit der oben beschriebenen Frequenznachführung· der phasenstarren Schleife insgesamt im Sinne einer Rauschverringenang. Da außerdem die FSK-Daten oberhalb der Sprache mit abwechselnden Frequenzen von 5 kHz und 6,25 kHz moduliert sind_f ermöglicht die größere Bandbreite auf einfache Weise die FSK-moduliorten Eingangssignale.

Die Eigenschaften des Tiefpassfilters 380 ermöglichen den Durchlauf des frequenzumgetasteten Ausgangssignals. Das Filter beseitigt außerdem die restliche Trägerfrequenz und eventuelle Trägerfrequenz-Harmonische. Der die Verstärkung bestimmende Widerstand R17 für den Verstärker 323 wird so gewählt, daß sich ein ausreichend großes FSK-Signal auf der Ausgangsleitung 119 einstellt.

Das Rauschanzeigemerkmal nach der vorliegenden Erfindung steht in Beziehung zu dem frequenzbestimmenden oder 'Zeitkondensator C10, der Komparator-VerStärkerschaltung 330 hoher Geschwindigkeit und der Exklusiv-ODER-Schaltung 340. Das Tiefpassfilter 370 und die Integratorschaltung 360 liefern unter Ansprechen auf das Anzeigeausgangssignal der Exklusiv-ODER-Schaltung 340 ein dem Rauschen proportionales Signal für die Lautsprecherrückgabe zum Benutzer und ein integriertes Signal zur Betätigung der Rauschsperrschaltungen 120 bzw. 121.

Bei der konventionellen Betriebsweise einer phasenstarren Schleife läuft das Ausgangs signal des .spannungsgesteuerten Oszillators 324 dem Eingangssignal auf der Leitung 160 um 90° in der Phase voraus und hat die gleiche Frequenz. Zur Gewinnung eines Signals in Phase mit dem Eingangssignal muß die Phase des Ausgangssignals vom spannungsgesteuerten Oszillator 324 um 90 in Vorwärtsrichtung gedreht werden, bevor es einem Eingang der Exklusiv-ODER-Schaltung 340 zugeführt wird. Die

Phasenverschiebung wird mittels der Ko-ipar at or schaltung 330 hoher Geschwindigkeit erzielt. Bei dem dargestellten AusfühnmgsbeispieX wird ein Verstärker von. Typ LM 319 der Firma National Semiconductor air. Comparetor 330 benutzt.

In Fig. 5 sind typischer Kurvenformen an verschiedenen Punkten der phasenstarren Schleifenschaltung 300 gezeigt. Die Kurve 501 stellt das ummodulierte Trägereingangssignal von 120 kHz auf der Leitung 116 dar. Die Kurve 502 gibt das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 324 an, das der Kurve 501 um 90° voreilt, gemessen am Ausgang des TTL-Verctärkers 325. Die Kurve 503 gibt das Ausgangssignal des Phasenkomparator^ 321 wieder _t der die Phasenbeziehungen zwischen den Kurven 501 und 502 vergleicht. Die Kurve 503 ähnelt einer geglätteten Rechteckkurve mit der doppelten Trägerfrequenz. Das Phasenkomparator-Ausgangssignal gemäß Kurve 503 wird nach Durchlaufen des Tiefpassfilters 250 ein frequenzumgetastetes Ausgangssignal auf der Leitung 119.

Es ist besonders wichtig, eine phasenverschobene Kurve 504, die soweit als möglich verzögerungsfrei ist, für den Vergleich mit der Kurve 501 an der Exklusiv-ODER-Schaltung 340 bereitzustellen. Ein solches verzögerungsfreies Signal wird von der Koraparat or schaltung 330 geliefert. Der Komparator-Verstärker stellt eine um 90° phasenverschobene Ausgangskurve 504 bereit, die am Zeitkohdensator C10 abgeleitet wird. Am Ausgang der Exklusiv-ODER-Schaltung 340 werden Kurven ähnlich 505 oder 506 bzw. zeitabhängige Variationen dieser Kurven nach Durchführung der Exklusiv-ODER-Funktion mit den Kurven 504 und 501 bereitgestellt.

Wenn das Rauschen klein im Vergleich zu den Einrasteigenschaften der phasenstarren Schleife 300 und das Empfangssignal stark ist, dann ist ein gutes Trägersignal-

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Zu-Rauschverhältnis vorhanden, und die Ausgangskurve 505 erscheint als periodischer Impuls 505a kleiner Breite in der Größenordnung von 50 ns. Wenn andererseits das Trägersignal-Zu-Raußchverhältnis schlecht ist, haben die periodischen Impulse 506a die Form der Kurve 506 mit einer Breite in der Größenordnung von 200 ns.

Wenn das Rauschen weißes Rauschen oder Phasenzj.ttern verhältnismäßig gleichmäßiger Verteilung umfaßt, so verursacht das Rauschon zeitabhängige Schwankungen der Impulsbreitc. Wenn eins Rauschen diskontinuierlich ist, beispielsweise Impulse oder Phasenausschläge umfaßt,·so schwanken die Pulsbreiten beträchtlich» Wenn außerdem die phasenstarre Schleife nicht in der Lage ist, dem Eingangssignal zu folgen, und das Trägursignal-Zu-Rauschverhältnis sehr schlecht ist, so tritt eine als "Periodentippen" bekannte Erscheinung auf, und die Impulse erscheinen diskontinuierlich als breite Impulse.

Nach Durchlaufen der Kurven 505 und 506 durch die Integratorcchaltung 360 ist die Amplitude der sich ergebonden Kurven 507 und 508 proportional der Impulsbreite 505a und 506a.. Demgemäß erscheint für ein gutes Träger— signnl-Zu-Rauschverhältnis kaum ein Ausgangssignal 507» Für ein schlechtes Trägersignal zu Rauüchverhältnis tritt eine beträchtliche Amplitude zur Betätigung der Rauschsperrschaltungen 120 und 121 auf«

Die Kurven, die sich nach dem Durchlaufen der Kurven 505 und 506 durch das Tiefpassfilter 370 ergeben, sind nicht dargestellt. Ss ist jedoch bekannt, daß die durch den Integrator durchgeführte Integrationsfunktion ihrer Art nach der durch das Tiefpassfilter 370 durchgeführton Filterfunktion ist. Demgemäß kann man annehmen, daß am Ausgang des Filters 370 ein Rauschsignal zur nachfolgenden Zuführung zum Lautsprecher 320 x\ir Verfügung stellt.

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In Fig. 4 ist ein genaueres Schaltbild oiner ρΐιε.ί,βη-starren Schleifenschaltung 400 zur Datuademodul;.-.tions gezeigt. Bei dem dargestellten Ausführi^gsbeispif.l liefert eine phasenstarre Schleifenschaltung AOOa vom Typ EXAR Integrated System XR-2211 eine FSK-Demodulation und eine Ton-Decodierung des frequenzuT.getasteten Eingangs signals auf der Leitung 119. Eine andere phaeenstarre Schleife ist dann zu verwenden, wenn eine andere Form der Datenmodulation benutzt wird» Die Anschlüsse bis 14 der phasenstarren Schleifenschaltung 400a sind zur Vereinfachimg mit 400 bis 414 bezeichnet.

Es soll Jetzt kurz die Arbeitsweise der phasensturren Schleifenschaltung 400 beschrieben werden. Das FSK-Eingangssignal auf der Leitung 119 durchläuft einen Signalvorverstärker 421 und gelangt an einen Eingang des Schleifen-Phasendetektors 422. Dessen Ausgangssignal wird über das Schleifenfiltex" 423 dem spanmmgsge- · steuerten Oszillator 427 zugeführt. Dessen Ausgängssignal wiederum wird in seiner Phase mit dem verstärkten Ausgangssignal des Vorverstärkers 421 verglichen.

Das Ausgangssignal des Schleifon-Phasendetektors 422 wird dem Tiefpassfilter 425 zum Vergleich mit einer Spannung aus einer internen Bezugsquelle 424 am FSK-Komparator'-Verstärker 426 zugeführt. Demgemäß ist das sich ergebende Ausgangssignal am Anschluß 407 ein binärer Datonstrom. Zur Vermeidung von Störungen ist ein RUckkopplungswiderstand R30 vorgesehen, der eine positive Rückkopplung des Datenausgangssignals auf der Leitung 133 zum Eingang des FSK-Komparatorverstärkers . am Anschluß 408 bewirkt.

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Claims

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PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckostraße 43 8000 Mün.naii όθ Telefon (OS?) 833603/8836(M 'ic-lox O.^r.-?1231i Telegramme Paleiittonsult PatenlLonsult Sonnsnberger Straße 43 62C0 Wiesbaden Telelon (0612I) S62943/5619°S Telex 04-1Sa237 Telogr jmino !'alantcom-;!i

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Patentansprüche

Iy Rauschdetektor- und Signalempfängeranordnung zur Verwendung in einem Frequenzmodulationsempfänger mit einer phasenstarren Schleife,

dadurch gekennzeichnet, daß die phasenstarre Schleife (300) unter Ansprechen auf das Empfangssignal (116) ein erstes Ausgangssignal (135), das das Trägersignal-Zu-Rauschverhältnis des Empfangssignals darstellt, und ein zweites Ausgangssignal (119) liefert, das das demodulierte Empfangssignal darstellt.
2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal (116) ein durch Frequenzumtastung moduliertes Datensignal ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die phasenstarre Schleife (300) einen Zeitkondensator· (C10) aufweist, gekennzeichnet durch einen Komparator-Verstärker (330), der über den Zeitkondensator (C10) geschaltet ist, und ein Exklusiv-ODER-Gatter (340), das unter Ansprechen auf das empfangene Datensignal (116) und das Ausgangssignal des Koinparator-Verstärkers (330) das erste Ausgangssignal

20. (135) liefert, das das Trägersignal»Zu-Ratischverhältnäs des ernplm^genen Datensignal« (115) darstellt.

München: R. Kramor Dipl.-Ing. · W. Woser Dipl.-Phyü. Dr. c,;r. nat. ■ E. Hoffmann Dipl. Ing. Wiesbaden: P. G. Biumbach Oipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl. Imj., Pat.-Ass., Pdl.-Anw. bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Γ)ί;·Ι ■'.*.'.-<η;;

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4. Anordnung nach Anspruch 3?

gekennzeichnet durch eine Rauschimterdrückungsschaltung (121), die unter Ansprechen auf das erste Ausgangssignal (135) vom Exklusiv-ODER-Gatter (340) das zweite Ausgangssignal (119) von der phasenstarren Schleife (300) abtrennt, wenn das Trägersignal-Zu-Rauschverhältnis unter einen bestimmten Wert abfällt.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine zweite phasenstarre Schleife (400), die unter Ansprechen auf das zweite Ausgangssignal (119) der phasenstarren Schleife (300) ein weiteres demoduliertes Datensignal liefert.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine dritte phasenstarre Schleife (200), die unter Ansprechen auf ein empfangenes Sprachsignal (116) dieses Sprachsignal demoduliert.
7« Anordnung nach Anspruch 6,

gekennzeichnet durch eine zweite Rauschunterdrückung-^- schaltung (120), die unter Ansprechen auf das ersts Ausgangssignal (135) vom Exklusiv-ODER-Gatter (340) das Ausgangs.signal (114) der dritten phasenstarren Schleife (200) sperrt, wenn das Trägersignal-Zu-Rauschverhältnis unter einen bestimmten Wert abfällt.
8. Frequenzffiodulations-Signalempfänger, gekennzeichnet durch eine Rauschdetektor- und Signalempfängeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.