DE3626792C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Sta­ bilisierung der Sende- und Empfangsfrequenz eines Über­ tragungsgerätes, insbesondere eines Sprechfunkgerätes für ein Mobilfunksystem mit Datenübertragung, bei der zum Ausgleich von Temperatur- und Alterungseinflüssen die Zwischenfrequenzen des Empfängers und des Senders durch eine AFC-Schaltung nacheinander mit Hilfe mehrerer, von einem Referenzoszillator als frequenzgenauer Signalquelle abgeleiteter Hilfsfrequenzen eingestellt werden.

Bei der Übertragung von Gleichspannungssignalen über eine Funk- oder Trägerfrequenzstrecke mit Hilfe von Frequenzmo­ dulation stellt sich das Problem der Stabilität dieser Übertragung. Für die frequenzmodulierte Übertragung von Datentelegrammen mit beliebigen Inhalt muß, soweit kein gleichstromfreier Code für den Übertragungsweg gewählt wird, berücksichtigt werden, daß jede Drift eines fre­ quenzbestimmenden Elementes zu einer Pegeländerung der lo­ gischen Werte "0" und "1" am Empfängerausgang führt. Umge­ kehrt führt eine nicht exakte Umsetzung von Spannungs- in Frequenzwerte im Sender zu falschfrequenter Aussendung und einer Störung der Signalauswertung.

Sende- und Empfangsfrequenzen müssen also unter allen Um­ ständen konstant gehalten werden. Bei der in gewöhnlichen Sendern und Empfängern verwendeten R-C-Kopplung des Modu­ lationssignals zum Sender oder des demodulierten Empfangs­ signals zum NF-Verstärker wandert die Mittenfrequenz bei nicht gleichstromfreier unsymmetrischer Datenübertragung aus. Das gleiche gilt für einen Oszillator mit gewöhn­ licher Phasenregelschleife. Bei einer Gleichstromkopplung der erwähnten Stufen untereinander treten Schwierigkeiten auf, weil die Umsetzoszillator-Frequenzen, Diskriminator­ frequenzen und Gleichstromarbeitspunkte temperatur-, al­ terungs- und betriebsspannungsabhängig sind.

Mögliche Lösungen, beispielsweise eine mitgeschaltete Pha­ senregelschleife, wobei entweder eine schnelle Phasenre­ gelschleife (PLL) im Teilungsverhältnis digital mit den zu übertragenden Daten umgeschaltet wird, so daß sich die gewünschte Frequenzumtastung des Ausgangssignals ergibt, oder eine langsame Phasenregelschleife gleichzeitig mit dem digitalen Modulatorsignal im Teilungsverhältnis umge­ schaltet wird, so daß Gleichspannungskomponenten des Modu­ lationssignals nicht zu einer Verschiebung der Mittenfre­ quenz führen, sind ungeeignet. Eine mitgeschaltete Pha­ senregelschleife macht im Fall schneller Datenübertragung, variabler Taktgeschwindigkeit und erforderlicher Pulsfor­ mung des Ausgangssignals Schwierigkeiten, außerdem müßte eine eventuell erforderliche zusätzliche Sprachmodulation auf andere Weise erzeugt werden.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise durch den Aufsatz "SE 57 - ein neues vollständiges Funksprechsystem im 7-m- bis 0,7-m-Band" von P. Brüggemann, M. Klein und W. Sunitka bekannt, erschienen in Elektrisches Nachrichtenwesen, Bd. 47, Nr. 3, 1972, Seiten 138-145. Gemäß einem in Bild 8 gezeigten Prinzip der Phasenregelschaltung wird die Frequenz des Sende-Empfangsweges in der ZF-Lage bei der Frequenzaufbereitung mit Hilfe mehrerer, von einer frequenzgenauen Signalquelle (VCXO) abgeleiteter Hilfsfrequenzen eingestellt. Vergleichbare Maßnahmen ent­ halten die Bilder 10 und 11 des Artikels "Vielkanaloszillatoren hoher Frequenzkonstanz für Funkverbindungen" von R. Klinger, erschienen in "Frequenz", 25 (1971) 2, Seiten 30-36.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung an­ zugeben, mit der die Anforderungen an die Frequenzkonstanz und Gleichstromfestigkeit sowie insbesondere die Einstellung und Haltung der Zwischenfrequenz bei einem Übertragungsgerät in einfacher Weise erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die Einstellung und Konstanthaltung der Empfänger- Zwischenfrequenz in der Weise erfolgt, daß durch Frequenzsynthese mittels Frequenzteilung und nachfolgender Vervielfachung mit geeignet gewählten Teilungs- und Vervielfachungsfaktoren aus der genauen Frequenz des Referenzoszillators in einem Eichumsetzer ein frequenzgenaues Signal auf der Zwischenfrequenz des Empfängers erzeugt, ausgefiltert und über eine verstärkende Eichmischstufe in den Empfänger-Zwischenfrequenz-Zweig eingespeist wird, daß ein im Empfangszweig liegendes Umsetzerelement zur Einstellung der von der Frequenz abhängigen Ausgangsgleichspannung des Empfängers derart beeinflußt wird, daß sich der für die fehlerfreie Datenübertragung mittels Frequenzumtastung erforderliche Gleichspannungsmittelwert einstellt und daß die dem Umsetzerelement zugeführten Regelspannung mittels einer getakteten Halteschaltung bis zu einem neuen Eichvorgang gespeichert wird, und daß die Einstellung und Konstanthaltung der von einem Sendermodulator abgegebenen modulierten Senderfrequenz in der Weise erfolgt, daß die Senderfrequenz mittels der Eichmischstufe auf die Empfänger-Zwischenfrequenz umgesetzt wird unter Verwendung einer aus der Frequenz des Referenzoszillators durch Frequenzteilung und nachfolgender Vervielfachung erzeugten und ausgefilterten frequenzgenauen Hilfsfrequenz, daß am Ausgang des vorher frequenzgeeichten Empfänger-Zwischenfrequenz-Zweiges nun die Modulatorfrequenz hoher Genauigkeit bewertet und auf Sollwert gebracht wird, wozu das Modulatorsignal in seiner Frequenz so verändert wird, daß sich am Empfängerausgang der festgelegte Gleichspannungs-Sollwert einstellt und daß die dem Sendermodulator zugeführte Regelspannung mittels einer weiteren getakteten Halteschaltung gespeichert wird und nach erfolgten Eichvorgängen der Eichumsetzer und die diesem nachgeschaltete Eichmischstufe wieder abgeschaltet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Er­ findungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angege­ ben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt in einem Blockschaltbild ein Sprechfunkge­ rät mit Einrichtungen zur Selbsteichung der Mittenfrequen­ zen des Sende- und Empfangszweiges.

Mit 1 ist ein Duplex-Weichenfilter bezeichnet, das einer­ seits einen Anschluß ANT für die Antenne aufweist und an­ dererseits an den Empfangszweig und den Sendezweig ange­ schlossen ist. Im Empfangszweig sind ein HF-Vorverstärker 2 und ein Empfangsmischer 3 eingeschaltet, in dem die Emp­ fangsfrequenz f_E in die Zwischenfrequenz f_Z umgesetzt wird. Hierfür wird dem Empfangsmischer 3 die Frequenz f_H eines mit einer Frequenzsteuerung 4 (PLL) verbundenen Hauptoszil­ lators 5 zugeführt. Die Zwischenfrequenz f_Z wird über ei­ nen ZF-Verstärker 6 einem zweiten Empfänger-Mischer 7 zu­ geführt, dem ein ZF-NF-Baustein 8 nachgeschaltet ist, des­ sen Ausgang den Empfänger-Ausgang mit dem niederfrequenten Signal NF_E darstellt. Dem zweiten Empfänger-Mischer 7 wird zudem das Signal eines Umsetzoszillators 9 zugeführt, der mit einem Halteverstärker 10 verbunden ist. Dieser weist zwei Eingänge auf, dessen einer mit dem Ausgang des ZF-NF- Bausteins 8 verbunden ist und dessen anderem Eingang als Steuersignal ein Hilfssignal U₁ für die Empfängereichung zugeführt wird.

Im Sendezweig ist ein mit dem Modulationseingang (Signal NF_S) verbundener Modulator 11 angeordnet, dem ein Haltever­ stärker 12 vorgeschaltet ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ZF-NF-Bausteins 8 verbunden ist und an dessen zweiten Eingang ein Steuersignal U₂ für die Sendereichung zugeführt wird. Die Modulatorfrequenz f_M des Modulators 11 im Sendezweig wird auf einen Sendemischer 13 gegeben, dem zugleich das Signal des Hauptoszillators 5 mit der Frequenz f_H zugeführt wird. Der Sendemischer 13 ist über einen Sendeverstärker 14 an das Duplex-Weichenfilter 1 an­ geschaltet.

Das Sprechfunkgerät enthält ferner einen Referenzoszilla­ tor 15 sowie daran anschließend einen Eichumsetzer 16 und eine Eichmischstufe 17. Das Ausgangssignal des Referenzos­ zillators 15 wird zugleich auch der Frequenzsteuerung 4 im Empfangszweig zugeführt. Im Eichumsetzer 16 werden aus der Frequenz f₁ des Referenzoszillators 15 die Hilfsfre­ quenzen f₂ bzw. f₃ gewonnen. Dem Eichumsetzer 16 und der Eichmischstufe 17 werden zugleich auch die Steuersignale U₁ und U₂ der Empfängereichung bzw. Sendereichung zuge­ führt. Zudem wird auf die Eichmischstufe 17 auch das Sig­ nal f_M des Modulators 11 des Sendezweigs gegeben. Der Aus­ gang der Eichmischstufe 17 ist an den Eingang des ZF-Ver­ stärkers 6 des Empfangszweiges geführt.

Bei diesem Sprechfunkgerät werden die Zwischenfrequenzen des Empfängers (f_Z) und des Senders (f_M) bei der Selbst­ eichung durch eine AFC-Schaltung (automatic frequency control) mit Hilfe mehrerer vom Referenz-Quarzoszillator 15 abgeleiteter Hilfsfrequenzen eingestellt. Zur Erzeu­ gung dieser Frequenzen können vorhandene Baugruppen des Sende-Empfangs-Gerätes verwendet werden. Beim C450 Auto­ telefon können dies z. B. die Einrichtungen zur internen Laufzeiteichung sein. Zur Empfängereichung kann auch das frequenzgenaue Signal einer auf dem Übertragungsweg emp­ fangenen Gegenstation dienen, das bei großer Frequenzab­ lage des Empfängers im Suchlaufverfahren gefunden werden muß.

Nach Einstellung der Zwischenfrequenzen ist es möglich, mit der Frequenzgenauigkeit des Referenzoszillators Hoch­ frequenzsignale zu empfangen und auszusenden. Da die Zwischenfrequenz-Eichung in sehr kurzer Zeit abläuft (ca. 1 ms), kann sie auch während des Sende-Empfangsbetriebes durchgeführt werden, ohne störende Unterbrechungen zu ver­ ursachen.

Die Empfangs- und Sendefrequenz des Sprechfunkgerätes können aufeinanderfolgend auf gleiche Weise eingestellt werden. Wie dies im einzelnen geschieht, wird nachfolgend erläutert. Dabei wird zunächst auf die Einstellung und Haltung der Empfänger-Zwischenfrequenz und anschließend auf die Einstellung und Haltung der Sender-Modulator-Fre­ quenz eingegangen.

Durch Frequenzsynthese, d. h. durch eine PLL-Schaltung oder durch Frequenzteilung und nachfolgende Vervielfa­ chung der zentralen und genauen Referenzoszillatorfre­ quenz des Referenzoszillators 15 im Eichumsetzer 16 ge­ mäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird bei aktivem Befehlssignal U₁ in der Eichmischstufe 17 ein Signal auf der Zwischenfrequenz f_Z des Empfängers erzeugt und in den Empfangs-Zwischenfrequenz-Zweig am ZF-Verstär­ ker 6 eingespeist. Ein im Empfangszweig liegendes Stell­ glied, gebildet vom Umsetzoszillator 9, wird so beein­ flußt, daß sich am Empfängerausgang (Signal NF_E) genau der erforderliche Gleichspannungs-Mittelwert einstellt. Bei dem Stellglied kann es sich um einen Zwischenfrequenz-Um­ setzoszillator handeln, wie im Ausführungsbeispiel darge­ stellt, oder um den Diskriminator, deren Frequenzen einge­ stellt werden, oder auch um den Demodulator, dessen Gleich­ spannungs-Ausgangswert beeinflußt wird. Die Einstellung wird mit Hilfe der Halteschaltung 10 (sample and hold) ge­ speichert. Daraufhin kann der Eichumsetzer 16 wieder abge­ schaltet werden. Die Frequenzabweichung des Zwischenfre­ quenzteils des Empfängers entspricht jetzt der Genauig­ keit des Referenzoszillators 15.

Da die Zwischenfrequenz eines Empfängers im allgemeinen wesentlich niedriger als die Sende- oder Empfangsfrequenz eines Übertragungsgerätes liegt, ist sie hinreichend ge­ nau eingestellt. Bei einem 12,4-MHz-Referenzoszillator mit einer Genauigkeit von ±2 ppm und einer Zwischenfre­ quenz von 21,4 MHz ergibt dies z. B. eine Genauigkeit von ±43 Hz. Bei der Einstellung der Empfänger-Zwischenfre­ quenz arbeitet die Eichmischstufe 17 als Verstärker, da sie nur die Hilfsfrequenz f₂ verarbeitet.

Zur Einstellung der Modulator-Mittenfrequenz f_M wird diese bei aktivem Befehlssignal U₂ in der Eichmischstufe 17 mit hoher absoluter Genauigkeit auf die Empfänger-Zwischenfre­ quenz f_Z umgesetzt. Dazu wird eine aus dem zentralen Refe­ renzoszillator 15 gewonnene Hilfsfrequenz f₃ benutzt. Das umgesetzte Modulatorsignal wird vom Empfänger-Zwischenfre­ quenz-Zweig empfangen und in seiner Frequenz so verändert, daß sich am Empfängerausgang (Signal NF_E) der festgelegte Gleichspannungs-Sollwert einstellt. Die zugehörige Modula­ torfrequenz-Einstellung wird im Halteverstärker 12 (sample and hold) gespeichert. Danach kann der Hilfsumsetzer mit den Elementen Eichumsetzer 16 und Eichmischstufe 17 wieder abgeschaltet werden. Die Abweichung der Modulatorfrequenz vom Sollwert entspricht dann der bei der Empfängereichung erreichten Zwischenfrequenz-Abweichung.

Statt der analogen Halteschaltungen 10 und 12 kann auch der Steuerteil des Funkgerätes benutzt werden, um über A/D-Wand­ ler die erforderlichen Abstimmspannungen digital zu spei­ chern.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Stabilisierung der Sende- und Empfangs­ frequenz eines Übertragungsgerätes, insbesondere eines Sprechfunkgerätes für ein Mobilfunksystem mit Datenübertragung, bei der zum Ausgleich von Temperatur- und Alterungseinflüssen die Zwischenfrequenzen des Empfängers und des Senders durch eine AFC-Schaltung nacheinander mit Hilfe mehrerer, von einem Referenzoszillator als frequenzgenauer Signalquelle abgeleiteter Hilfsfrequenzen eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung und Konstanthaltung der Empfänger-Zwischenfrequenz (f_Z) in der Weise erfolgt, daß durch Frequenzsynthese mittels Frequenzteilung und nachfolgender Vervielfachung mit geeignet gewählten Teilungs- und Vervielfachungsfaktoren aus der genauen Frequenz des Referenzoszillators (15) in einem Eichumsetzer (16) ein frequenzgenaues Signal auf der Zwischenfrequenz des Empfängers erzeugt, ausgefiltert und über eine verstärkende Eichmischstufe (17) in den Empfänger-Zwischenfrequenz-Zweig eingespeist wird, daß ein im Empfangszweig liegendes Umsetzerelement (9) zur Einstellung der von der Frequenz abhängigen Ausgangsgleichspannung des Empfängers derart beeinflußt wird, daß sich der für die fehlerfreie Datenübertragung mittels Frequenzumtastung erforderliche Gleichspannungsmittelwert einstellt und daß die dem Umsetzerelement (9) zugeführte Regelspannung mittels einer getakteten Halteschaltung (10) bis zu einem neuen Eichvorgang gespeichert wird, und daß die Einstellung und Konstanthaltung der von einem Sendermodullater (11) abgegebenen modulierten Senderfrequenz (f_M) in der Weise erfolgt, daß die Senderfrequenz (f_M) mittels der Eichmischstufe (17) auf die Empfänger- Zwischenfrequenz umgesetzt wird unter Verwendung einer aus der Frequenz des Referenzoszillators (15) durch Frequenzteilung und nachfolgender Vervielfachung erzeugten und ausgefilterten frequenzgenauen Hilfsfrequenz (f₃), daß am Ausgang des vorher frequenzgeeichten Empfänger-Zwischenfrequenz-Zweiges nun die Modulatorfrequenz hoher Genauigkeit bewertet und auf Sollwert gebracht wird, wozu das Modulatorsignal in seiner Frequenz so verändert wird, daß sich am Empfängerausgang der festgelegte Gleichspannungs-Sollwert einstellt und daß die dem Sendermodulator (11) zugeführte Regelspannung mittels einer weiteren getakteten Halteschaltung (12) gespeichert wird und nach erfolgten Eichvorgängen der Eichumsetzer (16) und die diesem nachgeschaltete Eichmischstufe (17) wieder abgeschaltet werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ableitung der Hilfsfrequenz (f₃) von im Übertragungsgerät vorhandenen Baugruppen erfolgt, beispielsweise von Vorrichtungen zu internen Laufzeiteichung.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Empfänger-Zwischenfrequenz-Eichung das frequenzgenaue Signal einer auf dem Übertragungsweg empfangenen Gegenstation zur Eichung des Empfänger-Hauptoszillators (4, 5) und des Referenzoszillators (15) dient.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Ausgangsgleichspannung des Empfängers ein Umsetzerelement (9) oder Diskriminator vorgesehen ist, deren Frequenzen eingestellt werden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Ausgangsgleichspannung des Empfängers ein Demodulator (8) vorgesehen ist, dessen Gleichspannungs-Ausgangswert beeinflußt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung der zugehörigen Zwischenfrequenz- und Senderfrequenz-Einstellungen digitale, im Steuerteil des Funkgerätes meistens ohnehin vorhandene Speicher verwendet werden.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Empfänger-Zwischenfrequenz (f_Z) und der Senderfrequenz (f_M) mit Hilfe der umgesetzten Hilfsfrequenz f₃ durch die auf Verstärkerbetrieb umschaltbare Eichstufe (17) erfolgt.