NO137413B - Fm demoduleringssystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår detektorer for frekvensmodulerte signaler, og særlig en FM detektor med forbedret terskeleffekt.

Innen kommunikasjonsteknikken foregår det en stadig søken etter utstyr og fremgangsmåter for å oppnå en pålitelig overføring av høy kvalitet. I denne forbindelse benyttes særlig vinkelmodulerte kommunikasjonssystemer slik som FM kommunikasjonssystemer, idet disse systemer har en meget stor pålitelighet på grunn av deres immunitet overfor støy. I en vinkelmodulert mottager er det velkjent å benytte seg av terskelkretser som oppviser et terskelpunkt over hvilket signal/støyforholdet til det demodulerte informasjonssignal øker lineært med det mottatte signalnivå. Under dette terskelpunktet finner det sted en meget hurtig forringelse av signal/støyforholdet med et avtagende signalnivå. Dette terskelnivået fastlegger derfor det grensenivå under hvilket det vinkelmodulerte kommunikasjonssystem vil svikte. Det er velkjent at det ved vinkelmodulerte systemer eksisterer en avhengighet mellom båndbredden og signal/støyforholdet, slik at en økning i signal/støyforholdet krever en økning i båndbredden. Dette resulterer generelt i en forhøyelse av terskelnivået. For å

unngå denne forhøyelse av terskelnivået er. det nødvendig å øke bære-bølgens effekt. I enkelte kommunikasjonssystemer hvor det mottatte signal kan falle under terskelpunktet, slik som i systemer med kom-munikasjon over horisonten og i satelittkommunikasjonssystemer, ble opprinnelig opprettholdelsen av det mottatte signal over terskelnivået for en gitt prosentdel av overføringstiden, oppnådd ved å øke den utsendte effekt, ved å øke antennens diameter og/eller ved å benytte diversity systemer. I den senere tid er det blitt benyttet mer økono-miske arrangementer for å bedre mottagingen av vinkelmodulerte kommunikasjonssystemer. Disse arrangementer virker slik at de senker terskelpunktet til den vinkelmodulerte mottager, det vil med andre ord si at man frembringer en utvidelse av terskelnivået. Dette vil for-

bedre påliteligheten for systemet, idet mottageren da kan reagere på et signal som har et lavere signal/støyforhold enn ved de konven-sjonelle systemer. Dersom det kreves en spesifikk pålitelighet vil også det samme arrangementet muliggjøre en reduksjon i den utsendte effekt som er nødvendig.

I alminnelighet fås en utvidelse av terskelnivået ved å redusere den effektive båndbredde til den vinkelmodulerte mottager, eller med andre ord ved.å redusere modulasjonsindeksen til signalet etter den høyfrekvente forsterker i mellomfrekvensdelen til mottageren. Denne reduksjon av den effektive båndbredde reduserer også mottagerens støy og^forbedrer således signal/støyforholdet for den mottatte bærebølge i mellomfrekyensbåndet. Derfor vil én reduksjon"av støyén ved dette

.punkt senke terskepunktet idet terskepunktet avhenger av signal/støy-forholdet til mottagerens bærebølge i' mellomfrekvensdelen av mot-ta^cjerejv.,. Således vil mottageren med det lavere terskelpunkt reagere på signaler med et lavere signal/støyforhold enn hva som tidligere har vært tilfelle. 3s:j. inusTxiax su- K... ■ ...• -...: ^JEn av ...de kretser som har vært benyttet for å tilveiebringe deri ovennevnte terskelutvidelsé, omfatter en'faselåst sløyfe hvor en pro^uk^tdetektor benyttes for demodulering. Mellomfrékvenssignalét og utgangen fra en spenningsstyrt oscillator som er avstemt i frekvens til mellomfrékvenssignalét, multipliseres i produktdétéktoren f6r~å f^emb^r.inge;,det demodulerte signal ved utgangen. I dette system til-)rrrs^ak(ek9bles.,.endel av det demodulerte signal gjennom et lavpåss filter

og dafner.,et styresignal for å styre frekvensen til den spenningsV ^Ityr^e^gcsillator, slik at frekvensen til denne ocsillator vil følge ,v,,r.r,mellomfrekvensen. Kombinasjonen av oscillatorfrekvensen som følger mell<g>mfrekvensen og lavpassfilteret fører til en terskelutvidelsé

_J.ojcdi0en reduksjon av den effektive båndbredde oppnås og lavpass-* fjrekye.nsen., fjerner støy som foreligger i det demodulerte signal. ~ i' io< .rf.?Tm^let ve<^ foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et; ;Pl^demjqdul.eringssystem som gjør bruk av en faselåst sløyfe og som j0.s^arf£en;,..f.qrbedret terskeleffekt i forhold til hva som tidligere hår vajr^ oppnådd. e + j..!T,T.0Dette^.oppnås ved å utforme demoduleringssystemet i overensstém-_0fiCi[ne^s,e,r.me,4...4e nedenfor fremsatte patentkrav. ;_rr.„m,-,.f ,Fox tå tgi -en klarere forståelse av oppfinnelsen vises til néden-ståande-de.taljbeskrivelse av en utførelse av oppfinnélsen og tii de b- xo tegninger hvor, x - ;~'io5: !'j:fig,.;-4. -.viser et blokkdiagram for et frekvensmodulert demoduleringssystem i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse og; ; ;fig. 2 viser noen tidsvariable signaler som fremkommer ved. avmerkede punkter i kretsen i fig. 1 og som er velegnet til å forklare virkemåten av filteret i demoduleringssystemet til fig. 1. ;I fig. 1 er det vist et demoduleringssystem i henhold til foreliggende oppfinnelse. Her tilføres et FM signal i mellomfrekvensom-rådet til mellomfrekvensforsterkeren 1 som er utstyrt med automatisk volumkontroll (AGC). Utgangen fra forsterker 1 er koblet til et. filter med N parallelle utganger og videre til en faselåst sløyfe 3, idet det modulerende basisbånd-signal av det innkommende mellomfre-kvens FM signal er fjernet fra den faselåste sløyfe 3 for bruk, i. den øvrige del av mottagerutstyret for å gjenvinne og gjøre bruk av in-formasjonen i det modulerende basisbånd-signalet. ;Den faselåste sløyfen 3 omfatter fasesammenligningskrets 4 koblet til utgangen fra filter 2 over mellomfrekvensforsterkeren 21 og til utgangen fra den spenningstyrte oscillator 5. Utgangssignalet fra. oscillator 5 blir delt ved hjelp av frekvensdeler 6 til en mellom-frekvens som er tilpasset frekvensen til frékvenssignalét som er koblet til forsterkeren.. Som det er vist i figuren, har oscillatoren 5 et utgangsignal lik (NF IF)/2 hvor F IF er mellomfrekvensen til det innkommende frekvensmodulerte signal som tilføres forsterkeren 1 og som i eksemplet har en frekvens på 10 MHz. Således har utgangssignalet fra oscillator 5 i den viste utførelse hvor N = 4 en frekvens på 20 MHz. Delingskretsen 6 deler denne oscillatorens utgangssignal med to og frembringer derved et signal som føres til sammenligningskrets 4 og som har en frekvens på 10 MHz. Utgangen fra sammenligningskrets 4 er det demodulerte basisbånd og dette blir tilført gjennom forsterkeren og lavpassfilteret 7 som har til hensikt å fjerne støy fra dette basisbånd-signalet for å frembringe et styringssignal for oscillatoren 5 og derved forårsake at frekvensen til oscillatorens utgangssignal følger frekvensen til det innkommende mellomfrekvenssignal. Som vist på figuren, er basisbåndets signal koblet fra utgangen til filteret 7, men man skal også huske at basisbånd-signalet dessuten er tilstede ved utgangen til oscillator 5 ved bruk av en ytterligere demodulering av utgangen. ;Filteret 2 med N parallelle utganger, omfatter fire (når* N = 4) induksjonsfrie lavpassfiltre som omfatter motstand 8 og kondensatorene 9-12 som er koblet i rekkefølge i kretsen mellom motstand 8 og sammenligningskrets 4 på en tidsmultiplex basis. Koblingen av kondensatorene skjer ved en hastighet som er lik og som følger frekvensen til inngangssignalet (FIF)• Verdien av de fire lavpassfilterkompo-nentene er identiske og tjener til å etablere båndbredden til filteret 2 som er justert til å være tilnærmet den dobbelte av den høyeste basisbåndfrekvens for det inngående FM signal. Omkoblingene av de firelavpassfiltrene skjer med en frekvens som tilsvarer FM signalet og herved etableres senterfrekvensen til et båndpassfilter hvor omkoblingshastigheten til de fire kondensatorer forårsaker en lavpass-til-båndpass transformering.

Det skal bemerkes at mens figur 1 viser kretsen for filter 2 hvor

N = 4, kan filteret 2 inneholde N lavpassfiltre hvor N = 3 eller høyere, og hvor det viste arrangement med N = 4 viser seg å være mer praktisk. Begrensningen av verdien N er bare innført fordi den ønskede lavpass-til-båndpass transformering ikke vil skje for lavere verdier av N.

I overensstemmelse med prinsippet for foreliggende oppfinnelse utledes koblingshastigheten ved hvilken kondensatorene 9-12 kobles inn i kretsen fra oscillatoren 5, og denne koblingshastigheten må være lik og følge frekvensvariasjonene til inngangssignalet. En utførelse av kretsen for å utlede koblingsstyrihgssignalene for kondensatorene 9-12 er vist i fig. 1. Som vist omfatter koblingsstyringskrétsen 13 en kvadreringskrets 14 som.er koblet til utgangen av oscillator 5 for å frembringe firkantpulsbølger med en frekvens som er den dobbelte av centerfrekvensen til det innkommende mellom frekvenssignal og følger de frekvensvariasjoner til denne som er forårsaket av det modulerende basisbånd-signalet. Utgangen fra firkantgeneratoren 14 er vist i fig. 2A. Flip-flop 15 er som vist koblet til kretsen 14, og en inverter 16 er også koblet til utgangen fra krets 14. Utgangssignalet ved utgangen 1 til flip-flop 15 er illustret i kurve B fig. 2, og den komplementære verdi av dette signal er tilstede ved O-utgangen til flip-flop 15. Utgangen fra inverteren 16 danner komplementærkurven til kurve A i

fig. 2. OG portene 17, 18, 19 og 20 er koblet til kondensatorene 12, 11, 10 og 9 slik at utgangssignalene fra OG portene vil føre til at de tilsvarende kondensatorer er innkoblet i filtersignalveien samtidig

med tidssignalene som er generert av de viste innganger til de for-skjellige OG kretser 17 - 20. Den logiske utgang A.B. fra OG porten 17 er vist i kurven A.B. i fig. 2 og fås ved å ta den logiske OG funksjonen til signal A og signal B. Den logiske utgang fra OG porten 18, A.B.

er vist i kurve A.B. fig. 2. Denne bølgeformen er fremstilt ved å ta den logiske OG funksjonen til utgangen A fra inverteren 16 dg fra B utgangen fra flip-flop 15. Den logiske utgang A.B. fra OG kretsen 19 er vist i kurven A.B. i fig. 2 og er fremstilt ved å ta den logiske OG funksjonen av utgangen A fra kretsen 14 og utgangen b" fra flip-flop 15.

Den logiske utgang A.B. fra OG kretsen 20 er vist i kurven A.B. i

fig. 2, og fremstilles ved å ta den logiske OG funksjonen av A utgangen til inverteren 16 og B utgangen fra flip-flop 15. Ved å betrakte tidsformene som fremstilles ved utgangene fra OG kretsene 17 - 20 vil man se at hver av kondensatorene 9-12 blir koblet inn i signalveien til filteret 2 med en koblingshastighet som er lik og som følger frekvensvariasjoner i inngangssignalet som har en syklisk frekvens som tilsvarer halvparten av frekvensen til kurven A i fig.2.

Terskelforbedringen til kretsen i henhold til fig. 1 i forhold

til en konvensjonell faselåst sløyfedemodulator fås på grunn av anvendelsen av filter 2 i signalveien foran den faselåste sløyfen 3. Filteret 2 har en senterfrekvens som er fastlagt av utgangssignalet

til oscillator 5 i den faselåste sløyfe 3 som i sin tur blir fastlagt av den øyeblikkelige frekvens til mellomfrekvensinngangen for FM signalet som tilføres forsterkeren 1, og resulterer derved i et mellom-frekvensfilter med en minimal båndbredde og som følger den innkommende frekvens og derved forårsaker en ytterligere reduksjon av terskelnivået idet støy som er tilstede i mottageren før signalet virker på den faselåste sløyfe 3, elimineres. Resultatet er et fullstendig FM demoduleringssystem med en forbedret terskeleffekt.

Claims (8)

1. FM demoduleringssystem med en forbedret terskeleffekt og om-fattende en kilde (1) for FM-signaler som skal demoduleres og en faselåst sløyfekoblet demodulator (3). med en spenningsstyrt oscillator (5), karakterisert ved at det er koblet et filter (2) med N utganger mellom kilden (1) for FM-signalene og demodulatoren (3) , hvilket filter (2) dessuten er koblet til utgangen fra oscillatoren (5) og styres av denne slik at filterets N utganger innkobles i syklisk sekvens mellom kilden (1) og demodulatoren (3), og at N er lik eller større enn 3.

2. FM demoduleringssystem ifølge krav 1, og hvor det frekvensmodulerte signal (FT.L„r) har en gitt senterfrekvens som ligger i MF området og som varierer med frekvensen til det innkommende FM signal, karakterisert ved at oscillatoren (5) frembringer et utgangssignal med en frekvens som er N/2 ganger den gitte senterfrekvens og følger de nevnte frekvensvariasjoner.

3. FM demoduleringssystem ifølge krav 2, karakterisert ved at demodulatoren (3) omfatter en frekvensdeler (6) som er koblet til oscillatoren (5) og deler dens utgangssignal med N/2, en fasesammenligningskrets (4) koblet til utgangen fra frekvens-deleren (6), og et lavpassfilter (7) som er innkoblet mellom fase-sammenligningskretsens (4) utgang og oscillatorens (5) inngang.

4. FM demoduleringssystem ifølge krav 3, karakterisert ved at det demodulerte FM signal tas fra utgangen til lavpassfilteret (7).

5. FM demoduleringskrets ifølge krav 1, karakterisert ved at filteret (2) omfatter N parallelle, induksjonsfrie lavpassfilterseksjoner (9, 10, 11, 12) samt styrekretser (13) koblet til disse lavpassfilterseksjoner (9, 10, 11, 12) og til oscillatoren (5), hvilke styrekretser (13) reagerer på oscillatorens utgangssignal med å innkoble de N lavpassfilterseksjonene mellom FM-signalkilden (1) og demodulatoren (3) i en syklisk rekkefølge.

6. FM demoduleringssystem ifølge krav 5, karakterisert ved at hver av de N lavpassfilterseksjoner (9, 10, 11, 12) innkobles i en rytme som avhenger av den gitte senterfrekvensen og at omkoblingshastigheten følger de forekommende frekvensvariasjoner.

7. FM demoduleringssystem ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at Ner lik 4 og at styrekretsene (13) omfatter en pulsformende krets (14) som er koblet til oscillatoren, en bistabil krets (15) koblet til utgangen fra den pulsformende krets, som også er koblet til en inverter (16) samt logiske kretser (17, 18, 19, 20) hvis innganger er koblet til utgangene fra den bistabile krets (15), utgangen fra inverteren (16) eller direkte til utgangen fra den pulsformende krets (14) og hvis utganger er koblet til hver sin av de N lavpassfilterseksjoner idet de logiske kretser (17, 18, 19, 20) er koblet slik at det frembringes N påhverandrefølgende tidspulssignaler (A • B, A • B, A • B, A» B) som er tidsforskjøvet i forhold til hverandre og som hvert følger den gitte hastighet for å styre omkoblingen av hver av de N lavpassfilterseksjoner (9, 10, 11, 12) mellom FM-signalkilden (1) og demodulatoren (3).

8. FM demoduleringssystem ifølge krav 7, karakterisert ved at den bistabile krets (15) er en flip-flop med en "1" og en "0" utgang og at de logiske kretsene omfatter: en første OG-port (17) koblet til den pulsformende krets (14) og til "1" utgangen for å frembringe det første (A * B) av de N tidspulssignaler som styrer koblingen av den første (12) av de N filterseksjoner, en andre OG-port (18) koblet til inverteren (16) og til "1" utgangen for å frembringe det andre (A • B) av de N tidspulssignaler som styrer koblingen av den andre (11) av de N filterseksjoner, en tredje OG-port (19) koblet til den pulsformende krets (14) og til "0" utgangen for å frembringe det tredje (A • B) av de N tidspulssignaler for å styre omkoblingen av den tredje (10) av de N filterseksjoner, og en fjerde OG-port (20) koblet til inverteren (16) og til "0" utgangen for å frembringe det fjerde (A' *B) av de N tidspulssignaler for å styre omkoblingen av den fjerde (9) av de N filterseksjoner.