DE4313490C1 - Costas loop for demodulation of phase shift keying - Google Patents

Costas loop for demodulation of phase shift keying

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Abstract

The invention relates to a Costas loop (for demodulation of phase shift keying) comprising the two main modules, an I/O demodulator for synchronous demodulation of the input signal into an in-phase and a quadrature-phase component and a control voltage system to generate a modulation-independent control voltage to correct the voltage-controlled oscillator (VCO). This is characterised in that the control voltage system comprises a four-quadrant multiplier, a squaring element and a loop filter.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Costas-Schleife zur Demodulation von Phasenumtastungen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a Costas loop Demodulation of phase shift keying with those in the preamble of claim 1 specified features.

Derartige Costas-Schleifen dienen zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz aus einem trägerfrequenten Signal zur Synchrondemodulation des Ausgangssignals in eine in-Phase- und in eine Quadraturphasekomponente und weisen ein Regelspannungsnetzwerk zur Erzeugung einer modulationsunabhängigen Steuerspannung für die Nachführung eines spannungsgesteuerten Oszillators auf. Dieser wird so lange nachgesteuert, bis die Oszillatorfrequenz in Frequenz und Phase mit der Trägerfrequenz übereinstimmt.Such Costas loops are used to recover the Carrier frequency from a carrier frequency signal Synchronous demodulation of the output signal in an in-phase and in a quadrature phase component and have Control voltage network for generating a modulation-independent Control voltage for tracking a voltage controlled oscillator. This will be so long readjusted until the oscillator frequency in frequency and Phase coincides with the carrier frequency.

Bei den bekannten Varianten der Costas-Schleife zur QPSK- Demodulation wird bei den praktischen Ausführungsformen grundsätzlich unterschieden zwischen der Costas-Schleife konventioneller Art, bei der man vier Synchrondetektoren das um jeweils 45° phasenversetzte Referenzträgersignal zuführt und das Regelspannungsnetzwerk aus drei Multiplizierern und dem Schleifenfilter besteht; einer Costas-Schleife nach dem Über-Kreuz-Prinzip, bestehend aus I/Q-Demodulator und Regelspannungsnetzwerk mit zwei Multiplizierern, zwei Begrenzern, einem Addierer und einem Schleifenfilter und der Costas-Schleife, welche sich aus einem Maximum-a-posteriori- Algorithmus ableitet, die aus I/Q-Demodulator und Regelspannungsnetzwerk mit zwei Quadrierern, zwei Multiplizierern, einem Addierer und einem Schleifenfilter besteht (M. K. Simon, "Optimum Receiver Structures for Phase- Multiplexed Modulations", IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-26, 6/78, S. 865-872). In the known versions of the Costas loop for QPSK Demodulation is used in the practical embodiments basically differentiated between the Costas loop conventional type, in which one uses four synchronous detectors by 45 ° phase-shifted reference carrier signal and the control voltage network consisting of three multipliers and the loop filter exists; a Costas loop after the Cross-over principle, consisting of I / Q demodulator and Control voltage network with two multipliers, two Delimiters, an adder and a loop filter and the Costas loop, which consists of a maximum-a-posterior Algorithm derived from I / Q demodulator and Control voltage network with two squares, two Multipliers, an adder and a loop filter exists (M. K. Simon, "Optimum Receiver Structures for Phase- Multiplexed Modulations ", IEEE Transactions on Communications, vol. COM-26, 6/78, pp. 865-872).  

In der Fachzeitschrift "IEEE Transactions on Communications", 1980, Nr. 8, Seiten 1107 bis 1121, ist ein Tutorial Review mit dem Titel "Carrier and Bit Synchronization in Data Communication" veröffentlicht. Aus dieser Druckschrift sind aus den Fig. 2(a) und 2(b) Costas-Schleifen bekannt, die zur Erzeugung eines kohärenten Trägers für die BPSK-Demodulation geeignet sind, wobei statt des Quadrierers vor dem Mischer in der ersten Ausführungsform ein Vervierfacher eingesetzt werden kann, um einen kohärenten Träger für die QPSK-Demodulation zu erzeugen. Für die Realisierung eines BPSK-Demodulators ist es erforderlich, den kohärenten Träger in der Frequenz zu teilen und mit dem Eingangssignal zu mischen. Die Ausführung gemäß Fig. 2(b) ist für eine QPSK-Demodulation nicht geeignet. A tutorial review entitled "Carrier and Bit Synchronization in Data Communication" is published in the specialist journal "IEEE Transactions on Communications", 1980, No. 8, pages 1107 to 1121. From this publication, Costas loops are known from FIGS. 2 (a) and 2 (b), which are suitable for producing a coherent carrier for BPSK demodulation, a quadrupler being used instead of the squarer in front of the mixer in the first embodiment can be used to create a coherent carrier for QPSK demodulation. To implement a BPSK demodulator, it is necessary to divide the frequency of the coherent carrier and mix it with the input signal. The embodiment according to Fig. 2 (b) is not suitable for a QPSK demodulation.

Nachteile dieser Ausführungsformen der Costas-Schleife sind zum einen der hohe schaltungstechnische Aufwand auf Grund der Vielzahl der benötigten Komponenten und zum anderen die Probleme der Amplituden- und Laufzeitdifferenzen, welche entstehen können infolge der verzweigten Strukturen der elektrischen Schaltungen und der unterschiedlichen Übertragungsfunktionen von HF-Mischern, Begrenzern und Multiplizierern.Disadvantages of these embodiments of the Costas loop are on the one hand, the high circuit complexity due to the large number of components required and the other Problems of amplitude and transit time differences, which can arise as a result of the branched structures of the electrical circuits and the different Transfer functions of RF mixers, limiters and Multipliers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Minimierung des Schaltungsaufwandes bei der QPSK-Demodulation zu erzielen und durch eine geeignete Schaltungsstruktur dafür zu sorgen, daß sich ungleiche Übertragungsfunktionen der einzelnen Komponenten nicht mehr negativ auswirken, diese also nicht speziell kompensiert zu werden brauchen.The invention has for its object a minimization the circuitry involved in QPSK demodulation achieve and through a suitable circuit structure for it to ensure that unequal transfer functions of the individual components no longer have a negative impact on them So there is no need to compensate specifically.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Erfindung gemäß der im Anspruch 1 angegebenen technischen Lehre.The object is achieved by the invention according to the Claim 1 specified technical teaching.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile, welche für den Fall der QPSK-Demodulation gelten, werden dadurch erreicht, daß die nach dem I/Q-Demodulator zur Verfügung stehenden orthogonalen Basisbandsignale, welche sich im In-Phase-Kanal und im Quadraturphase-Kanal befinden, mittels des Vierquadrantenmultiplexers miteinander multipliziert werden, und daß das Produkt danach im Geradeaus-Verfahren weiterverarbeitet wird, indem es quadriert und anschließend gefiltert wird.The achievable with the invention, which for the If QPSK demodulation applies, that are available after the I / Q demodulator orthogonal baseband signals, which are in the in-phase channel and are in the quadrature phase channel by means of the Four quadrant multiplexers are multiplied together, and that the product thereafter in the straight-ahead process is processed by squaring and then is filtered.

Die beiden Nichtlinearitäten Multiplizierer und Quadrierer sind (bei QPSK) erforderlich, um die Modulationsinhalte in der Nachregelspannung zu eliminieren. Da bereits nach dem Multiplizierer der Signalfluß nur noch auf einer Leitung stattfindet, können Amplituden- und Laufzeitdifferenzen nicht mehr in Erscheinung treten. Amplitudenunbalance infolge unterschiedlicher Übertragungsfaktoren km1 und km2 der HF-Mischer spielen ebenfalls keine Rolle mehr, da diese im Vierquadrantenmultiplizierer miteinander multipliziert werden.The two nonlinearities multiplier and squarer are required (with QPSK) to eliminate the modulation content in the readjustment voltage. Since the signal flow only takes place on one line after the multiplier, amplitude and transit time differences can no longer appear. Amplitude imbalance due to different transmission factors k m1 and k m2 of the HF mixer also no longer play a role, since these are multiplied with one another in the four-quadrant multiplier.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem außerdem die Option der BPSK-Demodulation vorgesehen ist, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigtAn embodiment of the invention, in which the Option of BPSK demodulation is provided in the drawing shown. It shows

Fig. 1 das Blockschaltbild der Costas-Schleife mit modifizierter Regelspannungserzeugung, inklusive den entsprechenden physikalischen Größen, Fig. 1 is a block diagram of the Costas loop with modified control voltage generator, including the appropriate physical quantities,

Fig. 2 die Modulationsinhalte a(t) und b(t), Fig. 2, the modulation contents of a (t) and b (t),

Fig. 3 den Störterm ud(t) sowie E[ud(t)], Fig. 3 shows the error term u d (t) and E [u d (t)],

Fig. 4 die Offset- und Regelterme uo(t) und uc(t) sowie E[uo(t)] und E[uc(t)]. Fig. 4 shows the offset and control terms u o (t) and u c (t) and E [u o (t)] and E [u c (t)].

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Teiler, vorzugsweise einem 0°/3 dB Teiler, an dessen Eingang das Signal anliegt. Weiterhin sind ein erster Mischer 3 und ein zweiter Mischer 3′ mit dem Teiler 1 verbunden. Den Mischern 3 und 3′ sind jeweils Armfilter 4 im Ausgangssignalweg des Demodulators nachgeschaltet. Zwischen den beiden Mischern 3 und 3′ ist ein weiterer 0°/90° Teiler bzw. Phasenschieber zwischengeschaltet, dessen Eingang mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 5 verbunden ist. Das In-Phase-Signal wird dem ersten Mischer 3 zugeführt, das um 90° gedrehte Signal dem Mischer 3′. Die angegebenen Schaltungsgruppen gehören zum I/Q-Demodulator. Der spannungsgesteuerte Oszillator 5 wird von einem Regelspannungsnetzwerk gesteuert, das aus einem Multiplizierer 8 besteht, dessen beide Eingänge mit den Ausgängen der Armfilter 4 und 4′ verbunden sind bzw. an den Ausgängen A′, B′ angeschlossen sind. Dem Multiplizierer ist ein Umschalter 9 nachgeschaltet, über den entweder ein Quadrierer 7 wahlweise anschaltbar ist oder ein Nebenschluß zu dem Quadrierer anschaltbar ist. Der Quadriererausgang und der Nebenschluß sind an einem Schleifenfiltereingang 6 des Regelspannungsnetzwerkes angeschaltet, dessen Ausgang mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 5 verbunden ist und dessen Spannung den VCO 5 nachsteuert.The circuit arrangement according to Fig. 1 consists essentially of a divider, preferably a 0 ° / 3dB splitter to whose input the signal is applied. Furthermore, a first mixer 3 and a second mixer 3 'are connected to the divider 1 . The mixers 3 and 3 'are connected in each case arm filters 4 in the output signal path of the demodulator. Between the two mixers 3 and 3 'a further 0 ° / 90 ° divider or phase shifter is interposed, the input of which is connected to a voltage-controlled oscillator 5 . The in-phase signal is fed to the first mixer 3 , the signal rotated by 90 ° to the mixer 3 '. The specified circuit groups belong to the I / Q demodulator. The voltage controlled oscillator 5 is controlled by a control voltage network consisting of a multiplier 8 , the two inputs of which are connected to the outputs of the arm filters 4 and 4 'or are connected to the outputs A', B '. The multiplier is followed by a changeover switch 9 , via which either a squarer 7 can optionally be switched on or a shunt to the squarer can be switched on. The squarer output and the shunt are connected to a loop filter input 6 of the control voltage network, the output of which is connected to the voltage-controlled oscillator 5 and the voltage of which adjusts the VCO 5 .

Die Erläuterung der Erfindung erfolgt mit Hilfe der mathematischen Beschreibung im Zeitbereich für den Fall der QPSK-Demodulation - bei der BPSK entspricht die Schaltung der bekannten Costas- Schleife für diesen Fall (I. Frigyes et al., Digital Microwave Transmission, Akad´miai Kiado, Budapest, 1989, S. 299) - unter Bezug zu den im Blockschaltbild eingezeichneten Größen. Die Konstanten km1 . . . km3 und Ks haben die Dimension 1/V. Das QPSK- modulierte Eingangssignal liege in der FormThe invention is explained with the aid of the mathematical description in the time domain for the case of QPSK demodulation - in the case of the BPSK the circuit corresponds to the known Costas loop for this case (I. Frigyes et al., Digital Microwave Transmission, Akad´miai Kiado , Budapest, 1989, p. 299) - with reference to the sizes shown in the block diagram. The constants k m1 . . . k m3 and K s have the dimension 1 / V. The QPSK-modulated input signal is in the form

vor, mit a(t) und b(t) als Modulationsinhalte (dimensionslos, mit den Amplituden A=B=1) und ωs als Trägerkreisfrequenz. Für die orthogonalen Referenzsignale kann geschrieben werdenbefore, with a (t) and b (t) as the modulation content (dimensionless, with the amplitudes A = B = 1) and ω s as the carrier angular frequency. You can write for the orthogonal reference signals

uri(t) = 2Ûrcos[ωst+Φ(t)] (2.1)u ri (t) = 2Û r cos [ω s t + Φ (t)] (2.1)

undand

urq(t) = -2Ûrsin[ωst+Φ(t)] (2.2)u rq (t) = -2Û r sin [ω s t + Φ (t)] (2.2)

wobei Phase Φ(t) sich aus einem Anteil verursacht durch die Frequenzdifferenz zwischen Signal und VCO Δω=ωsr und der Referenzträgerphase Φr zusammensetzt: Φ(t)=Φr-Δωt. Als Inphase- und Quadraturphasekomponenten stehen dann - unter der Annahme, daß die Armfilter (4, 4′) ausschließlich der Unterdrückung von Spektralanteilen mit 2ωs dienen - die Signalewhere phase Φ (t) consists of a component caused by the frequency difference between the signal and VCO Δω = ω sr and the reference carrier phase Φ r : Φ (t) = Φ r -Δωt. The signals are then in-phase and quadrature phase components - assuming that the arm filters ( 4 , 4 ') are used exclusively for the suppression of spectral components with 2ω s

ui(t) = km1ÛsÛr[a(t) cos Φ(t) + b(t) sin Φ(t)] (3.1)u i (t) = k m1 Û s Û r [a (t) cos Φ (t) + b (t) sin Φ (t)] (3.1)

undand

uq(t) = km2ÛsÛr[b(t) cos Φ(t) - a(t) sin Φ(t)] (3.2)u q (t) = k m2 Û s Û r [b (t) cos Φ (t) - a (t) sin Φ (t)] (3.2)

zur Verfügung. to disposal.  

Der Ausgang des Multiplizierers (8) liefert somitThe output of the multiplier (8) thus delivers

ui(t)uq(t) = k₁[a(t)b(t) cos 2Φ(t) + ½ {b²(t) - a²(t)} sin 2Φ(t)] (4)u i (t) u q (t) = k₁ [a (t) b (t) cos 2Φ (t) + ½ {b² (t) - a² (t)} sin 2Φ (t)] (4)

mit k₁ = km1km2km3Ûs²Ûr². Am Ausgang des Quadrierers liegt dannwith k₁ = k m1 k m2 k m3 Û s ²Û r ². Then lies at the exit of the squarer

[ui(t)uq(t)]² = k₁²ks[uo(t) + uc(t) cos 4Φ(t) + ud(t) sin 4Φ(t)] (5)[u i (t) u q (t)] ² = k₁²k s [u o (t) + u c (t) cos 4Φ (t) + u d (t) sin 4Φ (t)] (5)

Die Substitutionen in Gl. (5) setzen sich wie folgt zusammen:The substitutions in Eq. (5) are composed as follows:

uo(t) = ¼ a²(t)b²(t) + ⅛ a⁴(t) + ⅛ b⁴(t) (Offsetterm),u o (t) = ¼ a² (t) b² (t) + ⅛ a⁴ (t) + ⅛ b⁴ (t) (offset term),

uc(t) = ¾ a²(t)b²(t) - ⅛ a⁴(t) - ⅛ b⁴(t) (Regelterm),u c (t) = ¾ a² (t) b² (t) - ⅛ a⁴ (t) - ⅛ b⁴ (t) (control term),

ud(t) = ½ a(t)b(t) [b²(t) - a²(t)] (Störterm).u d (t) = ½ a (t) b (t) [b² (t) - a² (t)] (disturbance term).

An dieser Stelle ist bereits zu erkennen, daß für den Fall rechteckförmiger Modulationsfunktionen {d. h. für a(t) ∈ ±1 und b(t) ∈ ±1} in Gl. (5) der Einfluß der Modulation beseitigt ist, da dann für die Terme uo(t) = ½, uc(t) = ½ und ud(t) = 0 gilt. In der Praxis werden die Modulationsinhalte jedoch bandbegrenzt und durch Scrambling wird sichergestellt, daß möglichst häufig die Werte der aufeinanderfolgenden Bits gewechselt werden, deshalb ist nach dem Quadrierer (7) das Schleifenfilter (6) erforderlich, welches für die Terme uo(t), uc(t) und ud(t) als Integrator wirkt, also deren Erwartungswerte E erzeugt. Bei einem idealen Integrator (mit unendlich langer Integrationszeit) würden die ÜbergängeAt this point it can already be seen that for the case of rectangular modulation functions {ie for a (t) ∈ ± 1 and b (t) ∈ ± 1} in Eq. (5) the influence of the modulation is eliminated, since the terms u o (t) = ½, u c (t) = ½ and u d (t) = 0 then apply. In practice, however, the modulation contents are band-limited and scrambling ensures that the values of the successive bits are changed as often as possible. Therefore, after the squarer (7), the loop filter (6) is required, which for the terms u o (t), u c (t) and u d (t) act as an integrator, i.e. their expected values E are generated. With an ideal integrator (with an infinitely long integration time) the transitions would

uo(t) = <E[uo(t)] = const,u o (t) = <E [u o (t)] = const,

uc(t) = <E[uc(t)] = const,u c (t) = <E [u c (t)] = const,

ud(t) = <E[ud(t)] = 0u d (t) = <E [u d (t)] = 0

vollzogen werden. Praktisch kann die Integrationszeit nicht beliebig lang und damit die Filtergrenzfrequenz nicht beliebig klein gemacht werden, um einen Aquisitionsprozeß für Δω≠0 zu ermöglichen. Die Dimensionierung des Schleifenfilters (6) muß so erfolgen, daß eine ausreichende Glättung der Offset- und Regelspannungen uo(t) und uc(t) gewährleistet ist und die Störspannung ud(t) ausreichend klein wird, aber trotzdem ein Fangvorgang für Δω≠0 stattfinden kann. Hierbei gilt allgemein: je schwächer die Bandbegrenzung der Modulationsfunktionen, um so kürzer kann die Integrationszeit sein, um so größer ist damit die Filterbandbreite und der Fangbereich.be carried out. In practice, the integration time cannot be made arbitrarily long and thus the filter cut-off frequency cannot be made arbitrarily small in order to enable an acquisition process for Δω ≠ 0. The loop filter (6) must be dimensioned in such a way that sufficient smoothing of the offset and control voltages u o (t) and u c (t) is ensured and the interference voltage u d (t) is sufficiently small, but is still a catch operation for Δω ≠ 0 can take place. In general, the following applies: the weaker the band limitation of the modulation functions, the shorter the integration time, the larger the filter bandwidth and the capture range.

Der Prozeß der Mittelwertbildung durch das Schleifenfilter (6) ist in Fig. 3 für ud(t) und in Fig. 4 für uo(t) sowie uc(t) dargestellt. Die entsprechenden Modulationsfunktionen a(t) und b(t) (auch Dibitfolgen genannt) in Fig. 2 sind als exemplarisch zu betrachten. Die Bandbegrenzung wird durch ein Besselfilter 2. Ordnung realisiert, welches etwa der in der Praxis häufig verwendeten cos²-Formung mit Rolloff-Faktor r=0,5 entspricht. Als Schleifenfilter dient ein einfacher RC-Tiefpaß mit einer gewählten Zeitkonstanten von τ=2Tdb (im Beispiel beträgt die Dibitdauer Tdb=97 ns). Die dargestellten Einschwingvorgänge laufen von 0 bis 1,2 µs. Die Beträge der Erwartungswerte E[uo(t)] und E[uc(t)] liegen bei der verwendeten Bandbegrenzung von a(t) und b(t) bei ca. ¼. Die Bilder sollen der Verdeutlichung des Integrationseffektes dienen!The process of averaging through the loop filter (6) is shown in Fig. 3 for u d (t) and in Fig. 4 for u o (t) and u c (t). The corresponding modulation functions a (t) and b (t) (also called dibit sequences) in FIG. 2 are to be considered as examples. The band limitation is implemented by a 2nd order Bessel filter, which roughly corresponds to the cos² formation with rolloff factor r = 0.5 which is often used in practice. A simple RC low-pass filter with a selected time constant of τ = 2T db serves as the loop filter (in the example, the dibit duration is T db = 97 ns). The settling processes shown run from 0 to 1.2 µs. The amounts of the expected values E [u o (t)] and E [u c (t)] are around ¼ for the band limitation of a (t) and b (t). The pictures should serve to illustrate the integration effect!

Der Aquisitionsprozeß wird kurz qualitativ erklärt. Signal- und Referenzfrequenz sollen zur Zeit t₀=0 weit genug voneinander entfernt liegen, d. h. Δω(0) sei so groß, daß die Terme mit cos Φ(t) und sin Φ(t) vom Schleifenfilter unterdrückt werden. Dann wirkt nur der gefilterte Offsetterm E[uo(0)] und die VCO-Nachführspannung istThe acquisition process is briefly explained qualitatively. Signal and reference frequency should be far enough apart at time t Zeit = 0, ie Δω (0) should be so large that the terms with cos Φ (t) and sin Φ (t) are suppressed by the loop filter. Then only the filtered offset term E [u o (0)] is effective and the VCO tracking voltage is

ue(0) = k₁²ksE[uo(0)] (6)u e (0) = k₁²k s E [u o (0)] (6)

demnach ändert sich die Referenzfrequenz umtherefore the reference frequency changes

Δωr = kok₁²ksE[uo(0)] (7)Δω r = k o k₁²k s E [u o (0)] (7)

mit der VCO-Konstanten ko in rad · s-1 · V-1. Führt diese Referenzfrequenzänderung nun dazu, daß die VCO-Frequenz für t<0 schon nahe an die Signalfrequenz ωs heran kommt, so wird Δω kleiner bis schließlich die Frequenzrastung bei Δω=0 erreicht ist. Für die anschließende Phasenrastung gilt dannwith the VCO constant k o in rad · s -1 · V -1 . If this change in reference frequency now leads to the fact that the VCO frequency for t <0 already comes close to the signal frequency ω s , then Δω becomes smaller until finally the frequency catch at Δω = 0 is reached. Then applies to the subsequent phase locking

ue(Δω=0) = k₁²ks{E[uo] + E[uc] cos 4Φ} (8)u e (Δω = 0) = k₁²k s {E [u o ] + E [u c ] cos 4Φ} (8)

woraus sich stabile Zustände bei Φ = n · π/2 (n = 0, 1, 2, 3) ableiten (unter der Voraussetzung, daß die Erwartungswerte für die Terme durch das Schleifenfilter reproduziert werden). Die Festlegung der VCO-Freilauffrequenz hat also so zu erfolgen, daß diese um den Betrag Δωr nach Gl. (7) unterhalb der Signalfrequenz liegt, um einen Akquisitionsprozeß sicher einleiten zu können.from which stable states at Φ = n · π / 2 (n = 0, 1, 2, 3) are derived (provided that the expected values for the terms are reproduced by the loop filter). The VCO freewheeling frequency must therefore be determined so that it is increased by the amount Δω r according to Eq. (7) lies below the signal frequency in order to be able to safely initiate an acquisition process.

Wie bei den bekannten Varianten der Costas-Schleife ergibt sich durch die π/2-Periodizität der Regelspannung (als Funktion von Φ) eine vierfache Unbestimmtheit hinsichtlich der erzeugten Referenzträgerphase Φ, so daß die demodulierten Bitströme a′(t) und b′(t) entwederAs with the known variants of the Costas loop by the π / 2 periodicity of the control voltage (as a function of Φ) a fourfold uncertainty regarding the generated Reference carrier phase Φ, so that the demodulated bit streams a ′ (t) and b ′ (t) either

  • - den Modulationsfunktionen a(t) und b(t) entsprechen oder- correspond to the modulation functions a (t) and b (t) or
  • - vertauscht sind oder- are interchanged or
  • - invertiert sind oder- are inverted or
  • - invertiert und vertauscht sind.- are inverted and interchanged.

Diese Unbestimmtheit wird in der Praxis durch eine Differenz- Codierung eliminiert.In practice, this indeterminacy is Coding eliminated.

Claims (5)

1. Costas-Schleife, bestehend aus zwei Hauptgruppen, einem I/Q-Demodulator zur Synchrondemodulation des Eingangssignals in eine In-Phase- und eine Quadratur-Phase- Komponente und einem Regelspannungsnetzwerk zur Erzeugung einer modulationsabhängigen Steuerspannung für die Nachführung des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO), dadurch gekennzeichnet, daß das Regelspannungsnetzwerk aus einem Vierquadrantenmultiplizierer (8), einem Quadrierer (7) und einem Schleifenfilter (6) besteht.1. Costas loop, consisting of two main groups, an I / Q demodulator for synchronous demodulation of the input signal into an in-phase and a quadrature-phase component, and a control voltage network for generating a modulation-dependent control voltage for tracking the voltage-controlled oscillator (VCO ), characterized in that the control voltage network consists of a four quadrant multiplier ( 8 ), a square ( 7 ) and a loop filter ( 6 ). 2. Costas-Schleife nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierquadrantenmultiplizierer (8) die beiden orthogonalen Ausgangsspannungen des I/Q-Demodulators direkt miteinander multipliziert, daß das entstandene Ergebnissignal im Falle einer Vierphasenumtastung (QPSK) über einen Schalter (9) dem Quadrierer (7) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal dann zum Schleifenfilter (6) gelangt und schließlich nach erfolgter Tiefpaßfilterung die Nachführspannung für den VCO (5) zur QPSK-Demodulation darstellt.2. Costas loop according to claim 1, characterized in that the four-quadrant multiplier ( 8 ) multiplies the two orthogonal output voltages of the I / Q demodulator directly with one another, that the resultant signal in the case of a four-phase shift keying (QPSK) via a switch ( 9 ) Squarer ( 7 ) is supplied, the output signal of which then reaches the loop filter ( 6 ) and finally, after low-pass filtering, represents the tracking voltage for the VCO ( 5 ) for QPSK demodulation. 3. Costas-Schleife nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zweiphasenumtastung (BPSK) über den Schalter (9) ein Nebenschluß zum Quadrierer (7) angeschaltet wird und das Ergebnissignal dem Schleifenfilter (6) direkt zugeführt wird. 3. Costas loop according to claim 2, characterized in that in a two-phase shift keying (BPSK) via the switch ( 9 ) a shunt to the square ( 7 ) is switched on and the result signal is fed directly to the loop filter ( 6 ). 4. Costas-Schleife nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vierquadrantenmultiplizierer (8) und dem Schleifenfilter (6) ein Quadrierer (7) beim Empfang von QPSK-Signalen zwischengeschaltet ist.4. Costas loop according to one of the preceding claims, characterized in that between the four-quadrant multiplier ( 8 ) and the loop filter ( 6 ) a square ( 7 ) is interposed when receiving QPSK signals. 5. Costas-Schleife nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Vierquadrantenmultiplizierers (8) ein Umschalter (9) nachgeschaltet ist, der, manuell oder automatisch bedient, im Falle einer Vierphasenumtastung des demodulierten Signals den Ausgang mit dem Quadrierer verbindet und im Falle der Feststellung der Zweiphasenumtastung oder durch entsprechende manuelle Beschaltung dieser Betriebsart einen Nebenschluß zum Quadrierer (7) einschaltet, und daß das Ausgangssignal dem jeweiligen Schleifenfilter zugeführt wird, von dessen Ausgang die Nachsteuerspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator (5) abgreifbar ist.5. Costas loop according to claim 2 or 3, characterized in that the output of the four-quadrant multiplier ( 8 ) is followed by a switch ( 9 ) which, operated manually or automatically, connects the output to the squarer in the case of four-phase shift keying of the demodulated signal and in the event of detection of the two-phase shift keying or by appropriate manual switching of this operating mode, shorts the squaring device ( 7 ), and that the output signal is fed to the respective loop filter, from the output of which the readjustment voltage for the voltage-controlled oscillator ( 5 ) can be tapped.
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