DE68921861T2 - Einrichtung zur Nachrichtenübertragung unter Verwendung einer Frequenzmodulation. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Informationsanordnung, bei der eine Frequenzmodulation verwendet wird, und welche die nachfolgenden Elemente aufweist:
• - eine Sendeschaltung, aufgebaut mit einem Oszillator mit einem Frequenzregeleingang, zum Senden einer Informationsübertragungswelle,
• - eine Frequenzregelschaltung zum Liefern von Eingangssignalen zu dem genannten Regeleingang mit Amplituden und mit Neigungen, wobei diese Amplituden und das Vorzeichen der Neigungen von der zu übertragenden Information abhängig ist.
• Derartige Anordnungen sind durchaus bekannt. Beispielsweise aus dem Artikel von G. David u.a. mit dem Titel: "Transmission redioélectrique au moyen d'une modulation linéaire en fréquence" veröffentlicht in der Zeitschrift "L'ONDE ELECTRIQUE" März 1971, Heft 51, Fasc. 3, Seiten 233-242.
• Bei dieser bekannten Anordnung wird die durch Bits mit den Werten "1" und "0" gebildete Information durch Zuordnung von Neigungen mit dem Wert "p" für die "1"-Bits und Neigungen mit dem Wert "-p" für die "0" -Bits übertragen.
• Dieser Artikel beschreibt alle Vorteile dieser Übertragungsart: insbesondere, den Widerstand zum Jammen und die verbesserung des Störabstandes am Empfangsende unter Anwendung von Korrelationstechniken. Aber bei einer derartigen Anordnung treten Störeffekte auf bei jeder Unterbrechung der Frequenz, die abrubt auftritt zwischen den aufeinanderfolgenden Bits mit demselben Wert.
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Anordnung der eingangs genannten Art, bei der die genannte Diskontinuität in den Frequenzänderungen nicht auftreten, wie die zu übertragende Bitfolge auch sein mag.
• Dazu weist eine Anordnung das Kennzeichen auf, daß die Regelschaltung Mittel aufweist zum Ändern des Vorzeichens der Neigung, und zwar unter Ansteuerung von Mitteln zum Detektieren von Amplitudenänderungen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 den Schaltplan einer Sendeeinheit, die einen teil der erfindungsgemäßen Anordnung bildet,
• Fig. 2 die Form der Signale in der Sendeeinheit nach Fig. 1,
• Fig. 3 den Schaltplan einer Empfangseinheit, die einen teil der erfindungsgemäßen Anordnung bildet,
• Fig. 4 die Form von Signalen in der Empfangseinheit,
• Fig. 5 eine Anordnung mit Sende-Empfangseinheiten, die durch je eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit nach den Fig. 1 und 3 aufweisen.
• Fig. 1 zeigt eine Sendeeinheit, geeignet zum Gebrauch bei einer erfindungsgemäßen Anordnung. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet die Eingangsklemme, der ein Signal A zugeführt wird, das die zu übertragenden Daten darstellt, beispielsweise eine Folge von "1" und "0", wie:
• 1,0,0,0,1,1, ...
• wie in Fig. 2, Zeile 1 dargestellt. Zur Erleichterung der Wiederherstellung der Daten in bezug auf ihre Übertragung, werden diese Daten codiert in einem Biphasencode durch einen Codierer 3 mittels eines Signals F von einem Frequenzverdoppler 5, der die Frequenz der Taktsignale H verdoppelt, die der Klemme 7 zugeführt werden und die Daten zu der Klemme A begleiten. Der auf diese Weise gebildete Biphasencode ist bei B in Fig. 2 dargestellt. Dieses Signal geht von -V bis +V Volt. Jeder dieser Werte wird mittels einer veränderlichen Neigungsfrequenzmodulation übertragen. Die Signale B werden einer Frequenzregelschaltung 10 zugeführt, die in Antwort auf die Signale B das Signal am Regeleingang 12 eines Oszillators 15 erzeugt, dessen Frequenz in Antwort auf die Spannung, die dem Regeleingang 12 zugeführt wird, sich ändert. Eine Antenne 17 sendet eine vom Oszillator 15 erzeugte Welle 18 aus.
• Die Empfangseinheit weist eine Empfangsantenne 20 auf zum Empfangen der welle 18, so daß die Empfangsschaltung 22 ein Signal erzeugen kann, das sich auf einfache Weise demodulieren läßt. Diese Schaltungsanordnung verursacht eine Frequenzänderung, die mittels einer Mischers 25 und eines Oszillators 27 erhalten wird, sowie eine ZF-Verstärkung mittels eines Verstärkers 29. Die Ausgangssignale R dieser Schaltungsanordnung 22 werden einer Demodulationsschaltung 35 zugeführt, welche die demodulierten Signale einer Ausgangskiemme 37 zuführt und die diesen demodulierten Signalen entsprechenden Tktsignale der Klemme 38 zuführt.
• Die von der erfindungsgemäßen Anordnung verwendete Modulation ist eine Frequenzmodulation, die eine Neigung p1 Frequenzänderung dF1 für eine Periode dt1 entsprechend einem ersten Signalwert B (+V) macht:
• p1=dF1/dt1
• und eine Neigung p2 einer Frequenzänderung dF2 für eine Periode dt2 entsprechend einem zweiten Signalwert B (-V):
• p2=dF2/dt2
• Nach der Erfindung weist zum Vermeiden von Frequenzunregelmäßigkeiten bei den Änderungen der Neigungen die Steuerschaltung Mittel auf zum Ändern des Vorzeichens der Neigung, wobei diese Mittel aus einem programmierbaren Verstärker 50 bestehen, dessen Verstärkung zwei Werte + 1 und -1 annehmen kann und zwar in Antwort auf die logischen Signale "1" bzw. "0", die dem Programmierungseingang 51 zugeführt werden. Der Eingang dieses Verstärkers erhält ein Signal C von einer Summierungsschaltung 55, die eine Spannung (1/5)V zu dem Signal B addiert. Das Signal D am Ausgang des Verstärkers 50 wird einer Inegrierschaltung 58 zugeführt, die ein Signal E liefert in Richtung des Frequenzregeleingangs 12 des Oszillators 15. Dieses Signal ist eine Spannung Vf, die von -Vfa bis +Vfb Volt variiert. Dies entspricht gemäß einer linearen Beziehung, den Frequenzen f&sub0; - fa und f&sub0; + fb, wobei f&sub0; einer Spannung Null entspricht. Das Signal E wird ebenfalls dem Eingang einer Schwellenschaltung 60 zugeführt, die ein logisches Signal "0" am Ausgang liefert für eine negative Spannung, die dem Eingang zugeführt wird und ein logisches Signal "1" für eine positive Spannung oder eine Spannung Null. Eine D-Flip-Flop-Schaltung 62 erhält am Dateneingang das von der Schaltungsanordnung 60 erzeugte Signal und am Takteingang das Signal F. Das Ausgangssignal dieser Flip-Flop-Schaltung wird dem Programmierungseingang 51 des Verstärkers 50 zugeführt, und zwar über ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 63, das ebenfalls ein Signal von einer zweiten Schwellenschaltung 64 erhält, deren Eingang das Signal C erhält. Diese Schwellenschaltung 64 erzeugt ein logisches Signal "0" für eine negative Spannung, die dem Eingang zugeführt wird und ein logisches Signal "1" für eine positive Spannung oder eine Spannung Null.
• Es ist nun möglich, die Wirkungsweise der Steuerschaltung 10 zu erläutern. Dies wird anhand der Fig. 2 gemacht, in der das Signal B untersucht wird; diese entwickelt sich von +V zu -V und es wird vorgeschlagen, dem Wert +V eine Variationsmeigung p1 zuzuordnen und dem Wert -V eine Variationsneigung p2, wobei p1 und p2 als absolute Werte betrachtet werden.
• Mittels einer Summierungsschaltung 55 werden die Pegel um (1/5)V vershoben, so daß wenn das Signal B dem Wert +V entspricht das Signal C dem Wert (6/5)V entspricht und wenn das Signal B dem wert -V entspricht, das Signal C dem Wert -(4/5)V entspricht. Der restliche Teil der Anordnung wird verursachen, daß die Werte (6/5)V und -(4/5)V den Neigungen p1 und p2 proportional entsprechen:
• p1 = ± k(6/5).V
• p2 = ± k(4/5).V.
• Die Wahl der Vorzeichen + oder - ist insbesondere abhängig von dem dem Programmierungseingang 51 zugeführten Signal und k ist proportional konstant.
• Der Zeitpunkt t&sub0; ist der Zeitpunkt, an dem vorausgesetzt wird, daß die Spannung Vf > 0 ist. Zu diesem Zeitpunkt erscheint eine aktive Flanke des Signals F; dadurch entsteht ein Wert "1", herrührend von der Schaltungsanordnung 60, wobei es die Absicht ist, daß er in die Flip-Flop-Schaltung 62 eingeschrieben wird. Die Gate 63, die ebenfalls ein Signal "1" von der Schaltungsanordnung 64 erhält, erzeugt auf deise Weise eine "0". Der verstärker 50 gelangt in die Umkehrlage, so daß angenommen wird, daß das Signal D den Wert (-6/5).V hat, entsprechend dem Wert des Signals C. Das Signal E entwickelt sich linear von einem positiven Wert Vf zu einem negativen Wert zwischen den Zeitpunkten t&sub0; und t&sub1;, wobei dieser letztere Zeitpunkt auftritt, wenn die nächste aktive Flanke eines Taktsignals F erscheint. Da der Wert E vor dem Zeitpunkt t&sub1; negativ ist, wird der Verstärker 50 nach diesem Zeitpunkt in die Umkehrlage gebracht, weil das EXKLUSIV-ODER-Gatter in Antwort auf Signale "0" der Flip- Flop-Schaltung 62 bzw. der Schwellenschaltung 64 ein Signal mit dem Wert "0" erzeugt. Die Spannung E entwickelt sich mit der Neigung p2 von einer negativen Spannung zu einer anderen positiven Spannung zum Zeitpunkt t&sub2;, an dem eine aktive Flanke des Signals F auftritt. Nach diesem Zeitpunkt wird das Signal am Ausgang des Gatters 63 "1", weil die Signale an den Ausgängen der Elemente 62 und 64 gleich "1" bzw. "0" werden. Zu dem Zeitpunkt t&sub3; ist die Spannung E negativ, was verursacht, daß das Signal am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 62 "0" wird, da das Signal C positiv wird, zu diesem Zeitpunkt wird der verstärker 50 in die nicht-invertierende Lage gebracht, so daß die Spannung E nach einer Zeitperiode Δt positiv wird usw.
• Fig. 3 zeigt schematisch die Struktur der Demodulationsschaltung 35. Diese umfaßt eine Verzögerungsschaltung 100 zur Verzögerung des Signals R am Ausgang der Schaltungsanordnung 22 um τ. Eine Mischstufe 102 schafft die Mischung der Signale R und S (am Ausgang der Schaltungsanordnung 100).
• Fig. 4a zeigt die Frequenzvariationen der Signale R und S; es zeigt sich, daß das Signal T von der Mischstufe 102 Signale erzeugt mit einer Frequenz ff1 und ff2, welche die Neigungen p1 und p2 nach der untenstehenden Gleichung darstellen:
• ff1 = p1.τ
• ff2=p2.τ.
• Fig. 4b zeigt die entsprechenden Frequenzvariationen des Signals T. Ein herkömmlicher FSK-Empfänger 105, der mit dem Ausgang der Mischstufe 102 verbunden ist, stellt die Daten an der Klemme 37 und das Taktsignal an der Klemme 38 wiederher.
• Fig. 5 zeigt, wie eine derartige Schaltungsanordnung auch arbeiten kann in der Sende und Empfangsmode. In dieser Figur werden zwei Sende-Empfänger 200 und 201 dargestellt mit gleichen Strukturen. Nur die Einheit 200 idt detailliert dargestellt, Zum Senden weist diese Schaltungsanordnung eine Steuerschaltung 202 auf, deren Struktur der der Schaltungsanordnung 10 entspricht, die bereits biphasencodierte Daten empfangt. Das Ausgangssignal dieser Schaltungsanordnung 202 wird dem Frequenzsteuereingang eines Sendeoszillators 204 über einen Schaltkreis 205 in der Sendelage 30 (E)zugeführt. Eine Antenne 207 überträgt die in Antwort auf die Ausgangssignale des Oszillators 204 erzeugte Welle.
• Der Empfangsteil weist eine Empfangsantenne 210, eine Mischstufe 212, einen ZF-Verstärker 215 und einen FSK-Empfänger 220 zur Wiederherstellung der Daten auf. Bei dieser Anordnung wird der Sendeoszillator 204 ebenfalls als Ortsoszillator für den Empfangsteil verwendet. Dazu leitet ein Richtkoppler 230 einen Teil der Welle am Ausgang des Oszilaators 204 ab, während es das Frequenzstsuersignal mit fester Spannung über den Schaltkreis 205 empfängt, der sich in der Empfangslage (R) befindet.
• Zur Darstellung der obenstehenden Erläuterung werden die nachfolgenden Größenordnungen gegeben:
• - Trägerfrequenz 18 : etwa 55 GHz
• - dF1 etwa 180 MHZ
• - dF2 etwa 120 MHZ
• - ff1 = 18 MHz
• - ff2 = 12 MHz
• für τ = 50 ns und dt1 = dt2 = Δt = 0,5 u5.
• Obschon ein Beispiel beschrieben worden ist, in dem der Biphasencode verwendet wird zur Übertragung von Daten, dürfte es einleuchten, daß diese Erfindung sich ebenfalls auf ein anderes Codierungsverfahren bezieht: HDB3-Codes oder dgl., Codes, die nach verschlüsselung erhalten werden, usw.

Claims (7)

1. Informationsübertragungsanordnung, bei der eine Frequenzmodulation verwendet wird, und welche die nachfolgenden Elemente aufweist:

-eine Sendeschaltung, aufgebaut mit einem Oszillator (15) mit einem Frequenzregeleingang (12), zum Senden einer Informationsübertragungswelle,

- eine Frequenzregelschaltung (10) zum Liefern von Eingangssignalen zu dem genannten Regeleingang (12) mit Amplituden und mit Neigungen, wobei diese Amplituden und das Vorzeichen der Neigungen von der zu übertragenden Information abhängig ist.

dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (10) die nachfolgenden Elemente aufweist:

- Mittel (55) zum in Abhängigkeit der zu übertragenden Information Bestimmen des Absolutwertes der neigung der dem genannten Eingang zugeführten Signale,

- Mittel (50) zur Änderung des Vorzeichens der Neigung der dem genannten Eingang (12) zugeführten Signale, die außerdem durch Amplitudendetektionsmittel (60) gesteuert werden.

2. Informationsübertragungsanordnung nach Anspruch 1, für die der Oszillator (15) von dem spannungsgesteuerten Typ ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsmittel für die Amplituden der Signale, die dem genannten Eingang zugeführt wurden, durch eine Pegeldetektor für die Spannung (60 der genannten Signale gebildet werden.

3. Informationsübertragungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Änderung des Vorzeichens der Neigung der dem genannten Eingang gelieferten Signale durch eine programmierbaren Inverter-Nicht-Inverter (50) gebildet werden zum Umwandeln der Spannungssignale abhängig von den zu übertragenden Daten, wenn die Lage des Inverters-nicht-Inverters der Schaltungsanordnung (50) durch eine Flip-Flop-Schaltung (63) detektiert wird, die im Takte der Informationen den durch den Pegeldetektor (60) gelieferten Wert ladet.

4. Informationsempfangsanordnung, die Daten empfängt, die mit Hilfe einer Informationsübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gesendet worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schaltungsanordnung die nachfolgenden Elemente aufweist:

- eine Empfangsanordnung (22) zum Liefern eines zu demodulierenden Signals,

-eine Demodulationsschaltung (35) zum Empfangen des zu demodulierenden Signals mit einer Verzögerungsschaltung (100) zum Verzögern des Signals am Ausgang der Empfangsanordnung und mit einer Mischstufe (102) zum Durchführen der Mischung der Eingangs- und der Ausgangssignale der verzögerungsschaltung,

zum Wiederherstellen der Informationen an einer Gebrauchsschaltung.

5. Informationsübertragungsanordnung mit mindestens einer Informationssendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und mit einer Informationsempfangsanordnung nach Anspruch 4.

6. Informationsübertragungsanordnung mit Sende-Empfangsanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sende-Empfangsanordnung aus einer Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und aus einer Empfangsanordnung nach Anspruch 4 besteht.

7. Informationsübertragungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Wechselregelschaltung aufweist, wodurch wechselweise gesendet und empfangen werden kann.