DE3623783C2

DE3623783C2 -

Info

Publication number: DE3623783C2
Application number: DE19863623783
Authority: DE
Inventors: Egon Dipl.-Ing. Douverne (Fh), 7150 Backnang, De; Guenter Ing.(Grad.) 7159 Auenwald De Lange
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1989-04-20
Also published as: DE3623783A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to a message transmission system according to the preamble of the claim.

Ein solches Nachrichtenübertragungssystem ist aus den Patent-Abstracts of Japan, Band 9, Nr. 19 (E-292) [1742], 25. Januar 1985, bekannt. Es umfaßt einen Digitalsignal-Kanal zur Übertragung eines Digitalsignals. Es weist ferner einen Analog signal-Kanal zur Übertragung eines Analogsignals auf. Dieser Analogsignal-Kanal dient als Dienstkanal. Das Digitalsignal wird übertragen, indem eine in der Sendestation erzeugte Trägerschwingung nach einem Phasenumtastverfahren moduliert wird. Das Analogsignal wird durch Frequenzmodulation der Trägerschwingung übertragen. In der Empfangsstation wird in einem Trägergenerator die zur kohärenten Demodulation erforderliche Trägerschwingung erzeugt. Er wird durch ein aus dem wiedergewonnenen Digitalsignal erzeugtes Synchronisiersignal synchronisiert. Der Analogsignal- Kanal weist in der Sendestation ein Preemphasis-Netzwerk auf, welches hohe Frequenzen gegenüber niedrigen Frequenzen absenkt. In der Empfangsstation ist ein Deemphasis-Netzwerk vorgesehen.Such a message transmission system is from the patent abstracts of Japan, Volume 9, No. 19 (E-292) [1742], January 25, 1985. It includes a digital signal channel for the transmission of a digital signal. It also has an analog signal channel for transmission of an analog signal. This Analog signal channel serves as a service channel. The digital signal will transmitted by a carrier vibration generated in the transmitter station is modulated according to a phase shift keying method. The Analog signal is generated by frequency modulation of the carrier oscillation transfer. In the receiving station is in a carrier generator the carrier vibration required for coherent demodulation generated. It is replaced by a from the recovered digital signal generated synchronization signal synchronized. The analog signal Channel has a pre-emphasis network in the transmitting station which lowers high frequencies compared to low frequencies. There is a deemphasis network in the receiving station intended.

Die Frequenzmodulation verursacht Phasenfehler der in der Empfangsstation erzeugten Trägerschwingung, die Bitfehler im Digitalsignal hervorrufen können. Bei großen Phasenfehlern setzt die Synchronisierung aus. Bei kurzzeitigem Aussetzen treten im wieder gewonnenen Digitalsignal Bündel von Bitfehlern auf. Bei längerem Aussetzen wird die Übertragung des Digitalsignals ganz unterbrochen. Diese Erscheinungen sollen durch das Preemphasis- Netzwerk vermieden werden. Dies gelingt jedoch nur unvollkommen. Bei großen Amplituden setzt die Synchronisierung doch noch aus.The frequency modulation causes phase errors in the Receiving station generated carrier wave, the bit error in the digital signal can cause. With large phase errors, the Sync off. In the event of brief interruptions, the obtained digital signal bundle of bit errors. For a long time The transmission of the digital signal is suspended entirely interrupted. These phenomena are supposed to be Network can be avoided. However, this is only partially successful. With large amplitudes, the synchronization still fails.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Nachrichten übertragungssystem so weiterzubilden, daß durch beliebig hohe Amplituden des Analogsignals die Übertragung des Digitalsignals nicht gestört wird. Dabei soll das Analogsignal mit großem Signal-Rausch-Abstand übertragen werden.The object of the invention is the above-mentioned news training system so that by any high amplitudes of the analog signal the transmission of the Digital signal is not disturbed. The analog signal should be transmitted with a large signal-to-noise ratio.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.This task is characterized by the characteristics of the Claim resolved.

Die Erfindung wird an Hand eines in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei die Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Nachrichtenübertragungssystems ist. Die Fig. 2 bis 4 geben Einzelheiten wieder.The invention will be explained with reference to an embodiment shown in FIGS. 1 to 4, wherein FIG. 1 is a block diagram of the message transmission system according to the invention. Figs. 2 to 4 give details again.

Es bedeuten in der Fig. 1:It mean in Fig. 1:

S eine Sendestation
DE ein Digitalsignaleingang
AE ein Analogsignaleingang
M ein Modulator
B ein Amplitudenbegrenzer
PN ein Preemphasis-Netzwerk
GS ein Trägergenerator
Ü ein Übertragungsweg
E eine Empfangsstation
D ein Demodulator
AS eine Ausgangsschaltung
DA ein Digitalsignalausgang
DN ein Deemphasis-Netzwerk
AA ein Analogsignalausgang
Sy eine Synchronisierschaltung
GE ein Trägergenerator S a broadcasting station
DE a digital signal input
AE an analog signal input
M a modulator
B an amplitude limiter
PN a preemphasis network
GS a carrier generator
Ü a transmission path
E a receiving station
D a demodulator
AS an output circuit
DA a digital signal output
DN a deemphasis network
AA an analog signal output
Sy a synchronization circuit
GE a carrier generator

Es wird zunächst die Sendestation S beschrieben. Das zu übertragende Digitalsignal wird an den Digitalsignaleingang DE gelegt und gelangt so über die eingezeichnete Verbindung auf den Modulationseingang des Modulators M. Der Trägergenerator GS erzeugt eine Trägerschwingung, die ebenfalls dem Modulator M zugeleitet wird. Sie wird dort nach einem Phasenumtastverfahren (Phase Shift Keying, abgekürzt: PSK) mit dem Digitalsignal moduliert. Unter "Phasenumtast verfahren" werden auch solche Verfahren verstanden, bei denen zusätzlich die Amplitude getastet wird.The transmitting station S will first be described. The digital signal to be transmitted is connected to the digital signal input DE and thus reaches the modulation input of the modulator M via the connection shown. The carrier generator GS generates a carrier oscillation, which is also fed to the modulator M. There it is modulated with the digital signal using a phase shift keying (abbreviated: PSK). “Moving the phase shift key” also means those methods in which the amplitude is additionally keyed.

Der Trägergenerator GS weist einen Niederfrequenzeingang auf, der über einen Amplitudenbegrenzer B und ein Preemphasis- Netzwerk PN mit dem Analogsignaleingang AE verbunden ist. Ein an den Analogsignaleingang AE gelegtes Analogsignal gelangt so auf den Niederfrequenzeingang. Der Trägergenerator GS ist so ausgebildet, daß ein an seinem Niederfrequenz eingang liegendes Analogsignal eine Frequenzmodulation der Trägerschwingung bewirkt.The carrier generator GS has a low-frequency input which is connected to the analog signal input AE via an amplitude limiter B and a pre-emphasis network PN . An analog signal applied to the analog signal input AE thus reaches the low-frequency input. The carrier generator GS is designed such that an analog signal at its low frequency causes frequency modulation of the carrier oscillation.

Die vom Modulator M abgegebene, phasen- und frequenzmodulierte Trägerschwingung wird über den Übertragungsweg Ü zur Empfangsstation E übertragen. Nicht dargestellt sind Baugruppen, die die modulierte Trägerschwingung in eine zur Übertragung über den jeweiligen Übertragungsweg geeignete Signalform umsetzen. Als Übertragungswege kommen hauptsächlich Funkverbindungen, insbesondere Richtfunkverbindungen, in Frage. The phase and frequency-modulated carrier oscillation emitted by the modulator M is transmitted to the receiving station E via the transmission path Ü . Modules are not shown which convert the modulated carrier oscillation into a signal form suitable for transmission via the respective transmission path. Mainly radio connections, in particular directional radio connections, come into consideration as transmission paths.

In der Empfangsstation E gelangt die modulierte Trägerschwingung zum Demodulator D. Hier sind die Baugruppen nicht dargestellt, die das über den Übertragungsweg Ü ankommende Signal in eine zur Verarbeitung im Demodulator D geeignete Signalform umsetzen. Durch die Demodulation werden das Digitalsignal und das Analogsignal wiedergewonnen. Das so wiedergewonnene Digitalsignal gelangt über die Aus gangsschaltung AS zum Digitalsignalausgang DA. Das wieder gewonnene Analogsignal gelangt über das Deemphasis-Netzwerk DN zum Analogsignalausgang AA.In the receiving station E , the modulated carrier oscillation arrives at the demodulator D. The modules which convert the signal arriving via the transmission path U into a signal form suitable for processing in the demodulator D are not shown here. The digital signal and the analog signal are recovered by the demodulation. The digital signal thus recovered passes through the output circuit AS to the digital signal output DA . The recovered analog signal reaches the analog signal output AA via the deemphasis network DN .

Im Trägergenerator GE wird die zur Demodulation erforderliche Trägerschwingung erzeugt. Es wird durch ein Synchronisiersignal synchronisiert, das in der Synchronisierschaltung Sy aus dem wiedergewonnenen Digitalsignal erzeugt wird. Da das wiedergewonnene Digitalsignal aus der modulierten Trägerschwingung gewonnen wird, wird also der Trägergenerator GE - wenn auch mittelbar - mit der modulierten Trägerschwingung synchronisiert.The carrier oscillation required for demodulation is generated in the carrier generator GE . It is synchronized by a synchronizing signal which is generated in the synchronizing circuit Sy from the recovered digital signal. Since the recovered digital signal is obtained from the modulated carrier oscillation, the carrier generator GE is synchronized with the modulated carrier oscillation, albeit indirectly.

Diese Synchronisierung arbeitet nur einwandfrei, wenn der durch die Frequenzmodulation verursachte Frequenzhub einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet. Da der aus dem Demodulator D, der Synchronisierschaltung Sy und dem Träger generator GE gebildete Regelkreis frequenzabhängige Eigenschaften aufweist, können abhängig von der Frequenz des Analogsignals verschieden hohe Grenzwerte zugelassen werden. Dieser Zusammenhang wird in der Fig. 2 wiedergegeben.This synchronization only works properly if the frequency deviation caused by the frequency modulation does not exceed a certain limit. Since the control loop formed from the demodulator D , the synchronization circuit Sy and the carrier generator GE has frequency-dependent properties, limit values of different heights can be permitted depending on the frequency of the analog signal. This relationship is shown in FIG. 2.

In der Fig. 2 ist auf der Abszisse die Frequenz des Analogsignals aufgetragen, welche im Trägergenerator GS als Modulationsschwingung der Trägerschwingung wirkt. Auf der Ordinate ist der Frequenzhub der frequenzmodulierten Trägerschwingung aufgetragen. Die Kurve 1 gibt den Grenzwert des Frequenzhubes an, bei dessen Überschreitung die Synchronisierung aussetzt, also nicht mehr einwandfrei arbeitet. In FIG. 2, the frequency of the analog signal is plotted on the abscissa, which acts in the carrier generator GS as a modulation wave of the carrier oscillation. The frequency swing of the frequency-modulated carrier oscillation is plotted on the ordinate. Curve 1 indicates the limit value of the frequency swing, beyond which the synchronization is interrupted, ie no longer works properly.

Die Kurve 1 weist bei der Frequenz f₁ ein Minimum auf. Diese Frequenz f₁ hängt von der Bandbreite des Regelkreises ab, bei deren Wahl die Bitrate und das Modulationsverfahren des Digitalsignals und die obere Grenzfrequenz des Analogsignals zu berücksichtigen sind. Für die Übertragung des Analogsignals eignet sich nur der Frequenzbereich, der unterhalb dieser Frequenz f₁ liegt.The curve 1 has a minimum at the frequency f ₁. This frequency f ₁ depends on the bandwidth of the control loop, the bit rate and the modulation method of the digital signal and the upper limit frequency of the analog signal are to be taken into account in their selection. For the transmission of the analog signal, only the frequency range which is below this frequency f ₁ is suitable.

Da bei der Frequenzmodulation der Frequenzhub proportional der Amplitude der Modulationsschwingung ist, kann man sich auf der Ordinate auch die Amplitude des am Niederfrequenzeingang des Trägergenerators GS anliegenden Analogsignals aufgetragen denken. Diese Amplitude wird durch den Amplitudenbegrenzer B auf den eingezeichneten Wert U _max begrenzt. Der durch die Kurve 2 angegebene Abfall der Amplitude bei höheren Frequenzen wird durch das entsprechend bemessene Preemphasis-Netzwerk PN bewirkt. Die Kurve 2 gibt also auch den Frequenzgang, oder die Übertragungsfunktion, d. h. das Verhältnis Ausgangsspannung zu Eingangsspannung abhängig von der Frequenz, des Preemphasis-Netzwerkes PN wieder.Since in frequency modulation the frequency deviation is proportional to the amplitude of the modulation oscillation, the ordinate can also be used to imagine the amplitude of the analog signal applied to the low-frequency input of the carrier generator GS . This amplitude is limited by the amplitude limiter B to the value U _{max shown} . The drop in amplitude at higher frequencies indicated by curve 2 is brought about by the appropriately dimensioned pre-emphasis network PN . Curve 2 also shows the frequency response or the transfer function, ie the ratio of output voltage to input voltage depending on the frequency, of the pre-emphasis network PN .

Der Amplitudenbegrenzer B und das Preemphasis-Netzwerk PN sind so bemessen, daß die Kurve 2 immer unterhalb der Kurve 1 verläuft, d. h., auch bei beliebig hoher Amplitude des Analogsignals am Analogsignaleingang AE weist die Trägerschwingung einen Frequenzhub auf, der nicht größer ist als durch die Kurve 2 angegeben ist. Dieser Frequenzhub ist bei allen Frequenzen des Analogsignals kleiner als der durch die Kurve 1 angegebene Grenzwert. Dadurch wird eine einwandfreie Synchronisierung und damit eine störungsfreie Übertragung des Digitalsignals gewährleistet. The amplitude limiter B and the pre-emphasis network PN are dimensioned such that the curve 2 always runs below the curve 1 , that is, even with an arbitrarily high amplitude of the analog signal at the analog signal input AE , the carrier oscillation has a frequency swing which is not greater than through the Curve 2 is given. For all frequencies of the analog signal, this frequency swing is smaller than the limit value indicated by curve 1 . This ensures perfect synchronization and thus trouble-free transmission of the digital signal.

Der geforderte hohe Störabstand des Analogsignals wird dadurch erreicht, daß die Preemphasis an den durch die Kurve 1 angegebenen Frequenzgang des Grenzwertes des Frequenzhubes angepaßt ist. Es werden also nur diejenigen Frequenzen im Pegel abgesenkt, bei denen es unumgänglich nötig ist. Dazu beschränkt sich diese Pegelabsenkung auf das unumgängliche Maß.The required high signal-to-noise ratio of the analog signal is achieved in that the pre-emphasis is adapted to the frequency response of the limit value of the frequency swing indicated by curve 1 . So only those frequencies are reduced in level where it is absolutely necessary. For this purpose, this level reduction is limited to the inevitable dimension.

Der Amplitudenbegrenzer B verhindert ferner eine Übersteuerung aller vom Analogsignal durchlaufenen Baugruppen, auch der hier nicht eingezeichneten.The amplitude limiter B also prevents overmodulation of all the modules passed through by the analog signal, including those not shown here.

Da trotz der durch das Preemphasis-Netzwerk PN bewirkten Preemphasis ein linearer Amplituden-Frequenzgang gefordert wird, ist in der Empfangsstation E das Deemphasis- Netzwerk DN vorgesehen. Es ist so aufgebaut und bemessen, daß durch seine Deemphasis die Preemphasis aufgehoben wird. So wird der lineare Amplituden-Frequenzgang erreicht. Anders ausgedrückt, das Deemphasis-Netzwerk DN weist einen Amplituden-Frequenzgang auf, der zu dem des Preemphasis-Netzwerkes PN komplementär ist.Since a linear amplitude frequency response is required in spite of the pre-emphasis caused by the pre-emphasis network PN , the de-emphasis network DN is provided in the receiving station E. It is constructed and dimensioned so that its preemphasis is canceled by its deemphasis. In this way the linear amplitude-frequency response is achieved. In other words, the deemphasis network DN has an amplitude frequency response that is complementary to that of the preemphasis network PN .

In der Fig. 3 ist eine mögliche Ausführungsform des Preem phasis-Netzwerkes PN dargestellt. Sie besteht aus einem invertierenden Operationsverstärker N₁, den Widerständen R₁ und R₂ sowie einem Kondensator C₁. Mit 1 und 2 sind die Eingangsanschlüsse sowie mit 3 und 4 die Ausgangsanschlüsse bezeichnet. Der Widerstand R₂ und der Kondensator C₁ bilden einen Hochpaß und bewirken zusammen mit dem Widerstand R₁ eine Gegenkopplung. So weist dieses Preemphasis-Netzwerk die gemäß Kurve 2 der Fig. 2 erforderliche Tiefpaß- Eigenschaft auf. In the Fig. 3 shows a possible embodiment of the Preem shown phasis network PN. It consists of an inverting operational amplifier N ₁, the resistors R ₁ and R ₂ and a capacitor C ₁. 1 and 2 denote the input connections and 3 and 4 the output connections. The resistor R ₂ and the capacitor C ₁ form a high-pass filter and together with the resistor R ₁ cause negative feedback. This pre-emphasis network thus has the low-pass property required according to curve 2 in FIG. 2.

Eine Ausführungsform für ein Deemphasis-Netzwerk DN mit einem Preemphasis-Netzwerk gemäß der Fig. 3 komplementären Amplituden-Frequenzgang ist in der Fig. 4 dargestellt. Sie besteht aus einem invertierenden Operationsverstärker N₂, den Widerständen R₃, R₄ und R₅ sowie einem Kondensator C₂. Mit 5 und 6 sind die Eingangsanschlüsse sowie mit 7 und 8 die Ausgangsanschlüsse bezeichnet. Die Widerstände R₄ und R₅ sowie der Kondensator C₂ bilden einen Tiefpaß und bewirken zusammen mit dem Widerstand R₃ eine Gegenkopplung. So weist dieses Preemphasis-Netzwerk Hochpaßeigenschaften auf. Der komplementäre Amplituden- Frequenzgang ergibt sich dadurch, daß die Widerstände und Kondensatoren nach der BeziehungAn embodiment for a deemphasis network DN with a preemphasis network according to FIG. 3 complementary amplitude-frequency response is shown in FIG. 4. It consists of an inverting operational amplifier N ₂, the resistors R ₃, R ₄ and R ₅ and a capacitor C ₂. 5 and 6 denote the input connections and 7 and 8 the output connections. The resistors R ₄ and R ₅ and the capacitor C ₂ form a low pass and cause a negative feedback together with the resistor R ₃. This preemphasis network has high pass characteristics. The complementary amplitude-frequency response results from the fact that the resistors and capacitors according to the relationship

bemessen sind.are measured.

Claims

Message transmission system with the following features:

a) A transmitting station (S) , a receiving station (E) and a transmission path (Ü) connecting them are provided.
b) The transmitting station (S) is designed as follows:
- b1) A carrier generator (GS) is provided for generating a carrier oscillation. It is designed in such a way that an analog signal applied to its low-frequency input effects frequency modulation of the carrier oscillation.
- b2) A digital signal input (DE) is provided which is connected to the modulation input of a modulator (M) . This modulator is designed in such a way that it modulates the carrier oscillation using a phase shift keying method with a digital signal applied to the digital signal input.
- b3) An analog signal input (AE) is provided, which is connected to the low-frequency input of the carrier generator (GS) via a pre-emphasis network (PN) .
- b4) An amplitude limiter (B) is inserted between the analog signal input (AE) and the pre-emphasis network (PN) .
c) The receiving station (E) is designed as follows:
- c1) A demodulator (D) is provided. It is designed such that the digital signal and the analog signal are recovered from the carrier oscillation modulated in the transmitting station (S) .
- c2) A carrier generator (GE) is provided which generates the carrier oscillation required for coherent demodulation. It is synchronized with the modulated carrier vibration.
- c3) A de-emphasis network (DN) is inserted between the output of the demodulator (D) for the recovered analog signal and an analog signal output (AA) .
d) The pre-emphasis network (PN) is designed so that it lowers high frequencies compared to low frequencies.
e) The amplitude limiter (B) and the pre-emphasis network (PN) are dimensioned such that with an arbitrarily large amplitude of the analog signal at the analog input (AE), the frequency swing of the carrier oscillation does not exceed a limit value, this limit value being a minimum at a specific frequency (f ₁) becomes larger going to lower frequencies.
f) The deemphasis network (DN) has a frequency response that is complementary to that of the preemphasis network (PN) .

The features a, b1, b2, c1, c2, c3, d and f form the General term, the characteristics b4 and e the characteristic Part.