DE4240851C1

DE4240851C1 - Demodulator

Info

Publication number: DE4240851C1
Application number: DE19924240851
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Laute
Original assignee: Loewe Opta GmbH
Current assignee: Loewe Opta GmbH
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2012-12-05

Description

Die Erfindung betrifft einen Demodulator für frequenz modulierte Signale mit einer Phasenregelschleife.

Bekanntlich werden in Empfängerschaltungen für frequenz modulierte Signale Phasenregelschleifen (PLL) eingesetzt, um das empfangene Signal zu demodulieren. Bei der Demodulation mittels einer PLL wird ein von einer Spannung steuerbarer Lokal-Oszillator (VCO) über eine entsprechend zu schließende Phasenregelschleife so nachgestimmt, daß am Ausgang des Demodulators das entsprechende Demodulations-NF-Signal anliegt. Derartige PLL-Demodulatoren sind beispielsweise aus den Fachbüchern "Phaselock Techniqes" von F.M. Gardner, Verlag Wiley & Sons, 2. Edition, New York, 1979, Seiten 167 bis 176, und "Analoge Modulationsverfahren" von R. Mäusl, Hüthig-Verlag, Heidelberg, 1988, Seiten 127 bis 130, bekannt.

Zusätzlich zu den bekannten analogen Modulationsverfahren ist es ferner bekannt, auch in den Rundfunkempfangsbändern - insbesondere über Satelliten - digitalmodulierte Signale zu verteilen und mittels geeigneter Empfänger zu empfangen. Dazu gehört beispielsweise das quartärphasen-getastete DQPSK-Signal, das bei der Übertragung von DSR-Signalen zur Anwendung kommt. Zum Empfang dieser Signalart werden heute nach dem bekannten Stand der Technik gesonderte Schnitt stellen zur Verfügung gestellt, mit denen die digital modulierten Signale aus den Empfangseinheiten separat herausgeführt werden. Der für die analogen FM-Signale verwendete Demodulator kommt beim Empfang dieser Signale nicht zum Einsatz. Für die anschließende Demodulation der digitalmodulierten Signale werden üblicherweise Costas-Schleifen, differentielle Demodulatoren oder Remodulatoren eingesetzt. Aus der GB 2 240 674 A ist ein Demodulator für 4-phasen-getastete DQPSK-Signale unter Verwendung einer Costas-Schleife bekannt.

Aus dem Fachbuch "Meinke, Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", vierte Auflage, erschienen im Springer-Verlag, 1986, Seiten Q42 und Q43, ist ein PLL-FSK- Demodulator bekannt, bei dem zur Demodulation ein PLL- Demodulator eingesetzt ist, dem ein Schwellenwert-Komparator nachgeschaltet ist, der die Nachstimmspannung abtastet und eine logische "1" oder eine logische "0" erzeugt, je nachdem, ob die Nachstimmspannung eine obere oder untere Schwellenwertspannung überschreitet. Die Signale werden in einem Bitstrom ausgegeben.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung von Redundanzen Demodulatoren für FM- und DQPSK-Signale in einer Empfängerschaltung vorzusehen, die für die Demodulierung von FM-Signalen und vier phasengetasteten DQPSK-Signalen geeignet sind.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebene technische Lehre.

Die Erfindung gibt erstmals an, einen für frequenzmodulierte Signale bekannten Demodulator mit einer Phasenregelschleife auch für die Demodulation von zusätzlich empfangbaren differenzcodierten 4-Phasen-getasteten DQPSK-Signalen zu verwenden, zu welchem Zweck der Phasenregelschleife eine Interpretationsschaltungsanordnung zur Interpretation der DQPSK-Signale nachgeschaltet ist. Für die Demodulation der zusätzlich empfangbaren differenzcodierten 4-Phasen- getasteten Signale wird die Eigenschaft der PLL ausgenutzt, Phasensprünge in Abhängigkeit von dem Eingangssignal im dazu proportionalen Ausgangssignal zu erzeugen, wobei mittels nachgeschalteter Interpretationsschaltungsanordnung die DQPSK-Signale anhand der Absolutwerte der Ausgangsimpulse der Phasenregelschleife interpretiert werden, in der Weise, daß eine Auswertung der vierwertigen Ausgangsspannung sowie der Zuordnung der Phasendifferenz entsprechend dem Gray-Code vorgenommen wird. Es sind am Ausgang des Demodulators, also am Ausgang der Interpretationsschaltungsanordnung, über zwei Ausgänge die rückgewonnenen Bitströme der zwei Kanäle entsprechend den gesendeten abgreifbar. Die Signale können sodann den Verarbeitungsstufen zugeführt werden. Im Falle der Anwendung in Verbindung mit einem DSR-System werden die digitalen Bitströme an die Signalverarbeitungsstufen für den Ton angelegt oder im Falle der Datenübertragung den Datendecodern zur Auswertung und/oder Anzeige zugeführt.

Ein besonderer Vorteil dieses Demodulators liegt darin, daß keine schaltungstechnischen Redundanzen gegeben sind und der Demodulator zugleich auch für die Demodulation für frequenzmodulierte Signale einsetzbar ist. In diesem Fall werden die FM-demodulierten Signale (NF-Signale) vor der Interpretationsschaltung abgegriffen. Die Schaltungsanordnung ist deshalb besonders preisgünstig mit herkömmlichen Mitteln zu realisieren und stellt eine wesentlich ökonomischere Lösung dar als Konzeptionen mit getrennten Demodulatorschaltungen für FM- und DQPSK-Signale. Außerdem ist kein zusätzlicher Schaltungsaufwand für eine Differenzdecodierlogik notwendig. Die Decodierung erfolgt quasi durch den Demodulator selbst.

Vorteilhafte Weiterbildungen, insbesondere bezüglich der Auslegung der Interpretationsschaltungsanordnung, sind in den Unteransprüchen im einzelnen angegeben.

Im folgenden erfolgt die Erläuterung der Erfindung anhand von zwei Blockschaltbildern unter Zugrundelegung aufgezeichneter Spannungsverläufe an wesentlichen Punkten der Schaltung. Die Zuordnung der Signale in Fig. 2, [1] bis [5], findet sich in den Blockschaltbildern an den entsprechenden Signalausgängen wieder.

Es zeigen:

Fig. 1 Blockschaltung des kombinierten Demodulators,

Fig. 2 Spannungsverläufe und Gray-Code, wie sie mit Klammerausdrücken markiert sind,

Fig. 3 Schaltung der Komparatorlogik.

Die Darlegungen beziehen sich auf den Fall der DQPSK- Demodulation. Bei FM arbeitet das System - dargestellt in Fig. 1 - als herkömmlicher FM-PLL Demodulator, bestehend aus Amplitudenbegrenzer 1, Phasendiskriminator 2, spannungsgesteuertem Oszillator (VCO) 3, Schleifenfilter 4 und einer Auskoppelstufe (AK) 5. Am Ausgang der Auskoppelstufe 5 kann das Modulationssignal zur weiteren Video- und/oder Tonsignalverarbeitung abgegriffen werden.

Die in Fig. 2 gezeigte Kurvenform [1] repräsentiert ein DQPSK-Signal im Zeitbereich mit allen vier möglichen Differenzphasenzuständen. Bei DQPSK liegt während der Dauer einer Dibitzeit T_dibit ein stabiler Zustand der Trägerphase vor. Entsprechend dem Modulationsinhalt erfolgt nach jedem Zeitintervall der Länge T_dibit eine Phasenumtastung, d. h. die Phasenlage des Trägers ändert sich in bezug auf den vorhergehenden Phasenzustand um 0°, +90°, 180° oder 90°. Die beim Senden vorgenommene Phasendifferenz-Codierung ermöglicht, daß beim Demodulieren nur die Auswertung der relativen Trägerphasenlagen zu erfolgen braucht, um ein entsprechendes decodiertes Ausgangssignal zu erhalten.

Naturgemäß reagiert eine PLL innerhalb bestimmter, durch äußere Einflüsse, wie z. B. Rauschen, und inhärente Kenngrößen wie z. B. Phasendetektorkennlinie, Eigenfrequenz und Dämpfung bedingte Grenzen, auf Phasensprünge des Eingangssignals mit proportionalen Impulsen am Ausgang des Schleifenfilters 4, welche zur Nachregelung des VCO 3 dienen. Der Amplitudenbegrenzer 1 bewirkt aufgrund seiner nichtlinearen Übertragungsfunktion, daß eine eindeutige Zuordnung der PLL-Ausgangsimpulse zu den 180°-Phasensprüngen möglich ist. Ohne den Amplitudenbegrenzer 1 können 180°- Phasensprünge entweder zu positiven oder negativen Ausgangsimpulsen mit gleicher Wahrscheinlichkeits verteilung führen. Außerdem ist der Amplitudenbegrenzer 1 zur Realisierung konstanter Schleifenparameter - auch für reine FM-PLL-Demodulation - erwünscht. Lediglich die Lage der VCO-Freilauffrequenz f_VCO,Fr im Verhältnis zur Trägerfrequenz F_Tr bestimmt, ob die 180°-Phasensprünge positive oder negative Impulse am PLL-Ausgang hervorrufen. Es gilt hierbei:

f_Tr < f_VCO,Fr =< negative Impulse,
f_Tr < f_VCO,Fr =< positive Impulse.

Die Kurvenform [2] in Fig. 2 zeigt die entsprechenden PLL- Antworten bei einem Eingangssignal gemäß [1] mit der Wahl: f_Tr<f_VCO,Fr. Die Auswertung der quaternären Signalverläufe [2] erfolgt mit Hilfe dreier nach Fig. 3 verdrahteter Analog-Komparatoren. Durch die Wahl der Referenzspannungen U₁. .U₃ (vgl. auch Fig. 2) wird die Abhängigkeit der Ausgangszustände an den Ausgängen A und B (Signale [3] und [5] und [4]) von den Eingangsvariablen (Signalverläufe [2]) festgelegt. Bei der nach Fig. 3 vorgenommenen Beschaltung der Komparatoren erfolgt die Zuordnung der bei DQPSK möglichen Phasendifferenzen ΔΦ; entsprechend des Gray-Codes (Fig. 2), wenn der Komparator 7 die +90°-, der Komparator 8 die -90°- und 180°- und der Komparator 9 die 180°- Phasendifferenzen auswertet. Die an den Ausgängen A und B vorliegenden Bitfolgen entsprechen den beiden sogenannten Hauptrahmen, welche in einer nachfolgenden Schaltung weiter verarbeitet werden können (Taktableitung, Fehlerverdeckung und -korrektur usw.). Eine Differenzdecodierung braucht - im Gegensatz zur Verwendung einer Costas-Schleife oder eines Remodulators - nicht vorgenommen zu werden, da bereits in der PLL die Differenz aufeinanderfolgender Trägerphasenzustände gebildet wird. Es handelt sich hierbei also um eine Art des differentiellen Demodulators.

Durch die im allgemeinen unbestimmte Anzahl von Mischstufen innerhalb des gesamten Übertragungssystems und die zwei Möglichkeiten: Kehrlage- oder Regellagemischung kann es infolge von Spektrumsinvertierungen zum Vertauschen der +90°- und -90°-Phasensprünge kommen. Wird die Möglichkeit des Vertauschens von A und B vorgesehen, so kann diese Unbestimmtheit (z. B. durch Auswertung eines Synchronwortes) eliminiert werden.

Claims

1. Demodulator für frequenzmodulierte (FM) Signale mit einer Phasenregelschleife (PLL), dadurch gekennzeichnet,
daß die Phasenregelschleife (2, 4, 3) zur kombinierten Demodulation von frequenzmodulierten FM-Signalen und differenzcodierten 4-Phasen-getasteten Signalen (DQPSK- Signale) eingesetzt ist,
daß im Falle des Empfangs von frequenzmodulierten (FM-) Signalen das demodulierte Signal vom Ausgang der Phasenregelschleife (PLL) oder einer nachgeschalteten Auskoppelschaltung (6) abgegriffen ist und
daß im Falle des Empfangs von DQPSK-Signalen das demodulierte Signal einer der PLL nachgeschalteten Interpretationsschaltung (6) zugeführt ist, die eine Komparatorlogik aufweist, die durch Schwellenwertvergleich der den Phasensprüngen des empfangenen DQPSK-Signals proportionalen PLL-Ausgangs spannungen mit Schwellwertspannungen die demodulierten Signale in zwei Bitströme umsetzt.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Komparatorschaltung (7) vorgesehen ist, die überprüft, ob das Eingangssignal ([2]) einen ersten Schwellenwert (U1) positiven Potential überschreitet und in Abhängigkeit hiervon ein Signal abgibt, daß eine zweite Schwellenwertschaltung (8) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von zwei Schwellenwerten (U2, U3) negativen Potentials ermittelt, ob das anliegende Signal innerhalb des Differenzbereiches der beiden Schwellenwerte (U3 - U2) liegt und in Abhängigkeit hiervon ein Signal ([4]) abgibt, und daß eine dritte Komparatorschaltung (9) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von dem zweiten wertmäßig höheren negativen Schwellenwert (U3) beim Überschreiten dieses Wertes durch das Eingangssignal ([2]) ein Signal abgibt, und daß die Ausgänge der ersten und der dritten Komparatoren (7, 9) mit einer logischen Schaltung, wie UND oder ODER-Schaltung, verbunden sind, und daß an dem Ausgang der logischen Schaltung (A) ein erster Bitstrom der demodulierten Differenzdaten des DQPSK-Signals und vom Ausgang des zweiten Komparators (8) der zweite Bitstrom (B) abgreifbar sind.

3. Demodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoren Operationsverstärker sind, daß an dem ersten Komparator das Eingangssignal am positiven Eingang des Operationsverstärkers und die Referenzspannung am invertierenden Eingang anliegen, daß beim zweiten Komparator an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers das Eingangssignal und an dessen positivem Eingang die Referenzspannung anliegen, und daß am Operationsverstärker des dritten Komparators am invertierenden Eingang das Eingangssignal und an dessen positivem Eingang das Referenzsignal anliegen.

4. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dessen Phasenregel schleife (2, 4, 3) ein Amplitudenbegrenzer (1) in der Empfängerschaltung vorgesehen ist.