SE501264C2 - Metod och anordning för generering av en lokal bärvågssignal - Google Patents

Description

15 20 25 30 501 264 2 mycket höga krav på de anordningar som genererar den lokala bärvågssignalen, bland annat på reglersnabbhet, stabilitet, frekvensrenhet etc. Ett exempel på en sådan anordning är känd genom den internationella patentansökan WO 91/07016.

I anordningen enligt nämnda ansökan ingår en fasdetektor som jämför den mottagna bärvågens frekvens med frekvensen för en referensbärvåg från en lokal oscillator. Fasskillna- den mellan frekvenserna utnyttjas som styrsignal för den lokala oscillatorn. Denna oscillator omfattar i sin tur en referensoscillator vars utsignal utgör referens för en faslåst slinga innehållande en spänningsstyrd oscillator.

Utsignalen från denna oscillator är den tidigare nämnda referensbärvågen.

Styrsignalen fördelas så att den dels direkt påverkar den spänningsstyrda oscillatorn, varigenom snabba frekvensänd- ringar kan göras, dels styr referensoscillatorn. För så att frekvensändringen för den spänningsstyrda oscillatorn blir fullgod funktion måste styrsignalen fördelas exakt lika stor som referensoscillatorns frekvensändring.

Det sistnämnda villkoret innebär emellertid en allvarlig nackdel. oscillatorn har i praktiken olika styrkarakteristik och är Referensoscillatorn och den spänningsstyrda dessutom oftast av olika typer. Även deras egenskaper med För att uppfylla villkoret för lika frekvensändring måste således avseende på temperaturförändringar är olika. individuella justeringar och kompenseringar göras vid fördelningen av styrsignalen. Svårigheten att rätt fördela styrsignalen begränsar också storleken på det frekvensin- tervall (inlåsningsområde) inom vilket anordningen kan fånga och låsa på en bärvågsfrekvens. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en metod och en anordning som gör det möjligt 10 15 20 25 501 264 3 att lokalt generera en bärvågssignal som med avseende på fas och frekvens överensstämmer med den mottagna bärvågen och som uppfyller höga krav på reglersnabbhet, frekvensnog- grannhet, frekvens- och temperaturstabilitet.utan att kräva någon form av justeringar. Med anordningen skall önskade kanalcenterfrekvenser kunna ställas in inom ett stort frekvensområde och.anordningens inlåsningsområde skal1.vara tillräckligt stort för att innefatta kanalcenterfrevenser- nas tillåtna avvikelser från nominella värden samtidigt som inlåsning på inte avsedda kanalfrekvenser förhindras.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Nämnda ändamål uppnås genom metoden enligt föreliggande uppfinning, vars kännetecken framgår av patentkrav 1.

Nämnda ändamål uppnås även genom anordningen enligt föreliggande uppfinning, vars kännetecken framgår av patentkrav 5.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar i blockschemaform en anordning enligt upp- finningen.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM Den metod för generering av en lokal bärvågssignal som uppfinningen avser, skall :ul närmare beskrivas. Enligt metoden genereras den lokala bärvågsfrekvensen genom samverkan mellan tre slingor och omfattar följande steg där: - i ett första steg en i en första slinga genererad referensfrekvens jämförs med avseende på fas och frekvens med den i en andra slinga genererade lokala 501 264 10 15 20 25 30 4 bärvågssignalen och där' resultatet från jämförelsen utnyttjas för att ändra den lokalt genererade bärvågs- signalens frekvens och referensfrekvensen så att dessa överensstämmer med varandra; - i ett andra steg den lokalt genererade bärvågssignalen tillförs en tredje slinga där den jämförs med avseende på fas och frekvens med en mottagen bärvåg, varvid resultatet från jämförelsen utnyttjas för att ändra den lokalt genererade bärvågssignalen så att dess fas och frekvens överensstämmer med fasen och frekvensen för den mottagna bärvågen; - i det andra steget den genererade referensfrekvensen jämförs med den lokalt genererade bärvågssignalens frekvens, varvid resultatet från jämförelsen utnyttjas för att styra referensfrekvensen så att denna över- ensstämmer med frekvensen för den lokalt genererade bärvågssignalen.

För att kunna utnyttja metoden för att med en referens- frekvens generera lokala bärvågssignaler med olika frekven- ser, kan referensfrekvensen och den lokalt genererade bärvågssignalen före jämförelsen frekvensdelas med av varandra oberoende delningstal.

Som kommer att framgå av det följande kan ytterligare fördelar uppnås enligt metoden om dels referensfrekvensen endast kan ändras ett begränsat värde och, om detta värde under andra steget överskrides, i stället den lokalt genererade bärvågssignalens frekvens ändras för att överensstämma med referensfrekvensen och dels genom att slingförstärkning och bandbredd för den andra slingan väljs så att denna huvudsakligen blir inaktiv under det andra steget. 10 15 20 25 30 501 264 5 I det följande skall metoden och de fördelar som uppnås med denna, närmare beskrivas i form av ett utföringsexempel och med hänvisning till figur 1.

Den beskrivna anordningen omfattar tre samverkande faslåsta slingor, nämligen en referensslinga 1, en syntesslinga 2 och en bärfrekvensslinga 3.

I referensslingan 1 ingår en spänningsstyrd kristalloscil- lator (VCXO) 4 vars utsignal i en frekvensdelare 5 delas med ett tal N. Den neddelade signalen utgör den ena av insignalerna till en fasdetektor 6. Utsignalen från fasdetektorn går via ett lågpassfilter 7 tillbaka till VCXO:n och styr dess frekvens.

Syntesslingan 2 innehåller en spänningstyrd oscillator (VCO) 8. Efter passage av en fördelare 9 sker i en andra frekvensdelare 10 en neddelning av VCO:ns signalfrekvens med ett tal M. Denna neddelade signal utgör den andra insignalen till fasdetektorn 6. Syntesslingan sluts genom att den tidigare nämnda utsignalen från fasdetektorn via ett andra lågpassfilter 11 och den ena ingången på en summationsenhet 12 också tillförs VCO:n.

VCO:n 8 ingår även i bärfrekvenslingan 3 genom att en del av dess utsignal genom fördelaren 9 går till en andra fasdetektor 13 där den jämförs med den mottagna bärvågen, som är ansluten vid punkten 14. Den från jämförelsen resulterande signalen är via ett lågpassfilter 15 kopplad till summationsenhetens 12 andra ingång.

Såväl i fasdetektorn 6 som i fasdetektorn 13 jämförs de två insignalerna med avseende på fas och frekvens. Utsignalen från fasdetektorfa kommer således att vara beroende av insignalernas fasskillnader och, eftersom fasskillnaderna 501 264 10 15 20 25 30 6 förändras om frekvenserna inte överensstämmer, frekvens- skillnaden.

Vid dimensioneringen av slingorna skall för en fullgod funktion slingorna ges olika egenskaper. Således skall bland annat * syntesslingans bandbredd vara mindre än bandbredden för referens- och bärvågsslingorna; * referensslingans slingförstärkníng vara större än syntesslingans; * VCO:ns utstyrningskapacitet för syntesslingan vara mer än dubbla utstyrningskapaciteten för bärvågsslingan.

Den ovan beskrivna anordningens funktion är följande: I ett första steg skall anordningen ställas in till den kanalcenterfrekvens som skall användas. Detta sker genom att välja olika kombinationer av delningstalen N och M.

Genom detta arrangemang kan som referensoscillator användas en enda, spänningsstyrd kristalloscillator (VCXO) 4 vars utstyrningsområde endast behöver vara tillräckligt stort för att innefatta tillåtna frekvensavvikelser från kanal- centerfrekvenserna. Genom att utnyttja en kristallstyrd oscillator uppnås också en hög stabilitet i kanalcenterfre- kvensområdet.

Den för syntes- och bärvågsslingorna gemensamma VCO:n 8 måste däremot ha ett utstyrningsområde som innefattar samtliga kanalcenterfrekvenser som är aktuella.

Inledningsvis antas att ingen bärvåg mottas. Frekvensen för utsignalen från VCO 8 kommer då att anta ett värde som efter neddelning med talet M i frekvensdelaren 10 jämförs med den med talet N neddelade VCXO-signalens frekvens. Så länge de neddelade signalerna skiljer sig åt i fas och 10 15 20 25 30 501 264 7 frekvens kommer utsignalen från fasdetektorn 6 att vara # 0 men på grund av de slutna slingorna kommer oscillatorer- nas frekvenser att styras så att fasdetektorns utsignal går mot 0. Genom lämpligt val av talen N och M kan således frekvensen för syntesslingans VCO 8 ställas in till den valda kanalens centerfrekvens. Neddelningen.gör det således möjligt att med en referensfrekvens ställa in flera olika kanalcenterfrekvenser. Anordningen fungerar givetvis även utan neddelning men är då begränsad till enstaka kanal- centerfrekvenser.

Eftersom ingen bärvågssignal tas emot kommer utsignalen från den andra fasdetektorn 13 i bärvågsslingan att vara = 0. I praktiken kommer den dock på grund av obalanser och liknande att skilja sig något från 0. Utsignalen kommer därför att via summationsenheten 12 att påverka frekvensen för VCO 8 och därmed utsignalen från fasdetektorn 6.

Som tidigare nämnts är förstärkningen i referensslingan 1 hög. Detta innebär att redan vid låga utsignalnivåer från fasdetektorn 6, beroende på den ovannämnda utsignalen från den andra fasdetektorn 13, kommer VCXO:n 4 att styras till någon av gränserna för dess utstyrningsområde. Frekvensen för VCO 8 kommer då att anta ett värde som efter ned- delningen är lika med den neddelade VCXO:ns frekvens.

När en bärvåg mottas och tillförs den andra fasdetektorn 13 via anslutningspunkten 14 uppkommer en utsignal från den andra fasdetektorn som är beroende på fas- och frekvens- skillnaden mellan den mottagna bärvågen och signalen från VCO 8. Via lågpassfiltret 15 och summationsenheten 12 styr fasdetektorns utsignal frekvensen hos VCO 8 mot den mottagna bärvågens. Då bärvågsslingan har en högre band- bredd och slingförstärkning än syntesslingan kommer bärvågsslingan att styra VCO 8 nædan syntesslingan är passiv. Då utsignalen från VCO 8 ändrar frekvens kommer 501 264 10 15 20 25 30 8 även utsignalen från fasdetektorn 6 att ändras, vilket medför att också referensslingans oscillator VCXO 4, beroende på den högre bandbredden och den höga slingför- stärkningen i referensslingan, snabbt ändrar sin frekvens så att fasdetektorns 6 utsignal går mot 0. VCXO:n ställs således in på en frekvens som efter neddelning är lika med den neddelade frekvensen från VCO:n. VCXO:n s frekvens kommer på detta sätt att följa den mottagna bärvågens eventuella frekvensförändringar.

Efter inlåsningen styrs följaktligen VCO 8 med hjälp av bärvågsslingan. Syntesslingan är på grund av sin lägre bandbredd och slingförstärkning inaktiv medan referens- slingan säkerställer att VCXO:ns 4 frekvens, med hänsyn taget till neddelningarna, följer VCO:ns.

Det kan tänkas att inlåsning påbörjas på en annan kanal- frekvens än den avsedda. Detta kan hända genom att en utsignal från den andra fasdetektorn 13 uppstår som ett resultat av jämförelsen mellan VCO-signalens frekvens och den andra kanalens bärvågsfrekvens. I första ögonblicket kommer då bärfrekvensslingan att styra VCO:ns frekvens mot den andra, "felaktiga" bärvågens. Såsom beskrivits ovan medför detta att referensslingans VCXO försöker uppnå en frekvens som, med beaktande av neddelningarna, motsvarar VCO:ns, men på grund av det begränsade utstyrningsområdet är' detta inte möjligt. Utsignalen från fasdetektorn 6 kommer därför att växa och efter hand, genom syntesslingan, styra VCO 8 tillbaka mot den ursprungliga frekvensen. Då VCO:ns tidigare nämnts är minst dubbelt så stor som dess ut- utstyrningskapacitet för syntesslingan såsom styrningskapacitet för bärvågsslingan, återförs alltid VCO:n till den avsedda kanalfrekvensen.

Den nu beskrivna anordningen kan ur funktionssynpunkt karakteriseras på följande sätt: 10 15 20 501 264 9 - Referensslingan 1 i samverkan med syntesslingan 2 genererar önskad kanalcenterfrekvens.

- Bärvågsslingan 3 detekterar den mottagna bärvågen och genererar snabbt en lokal bärvågssignal vars fas och frekvens överensstämmer med den mottagna bärvågens.

- Referensslingan 1 bestämmer inlåsningsområdet, det vill säga det frekvensintervall kring kanalcenterfrekvenser- na inom vilket bärvågsslingan kan fånga och följa en mottagen bärvågs frekvens.

- Referensslingan 1 i samverkan med syntesslingan 2 förhindrar att bärvågsslíngan 3 fångar fel bärvågs- frekvenser.

- Den kristallstyrda oscillatorn 4 i referensslíngan 1 ger anordningen god frekvensstabilitet.

Ovan har en fördelaktig utföringsform av anordningen beskrivits. De i beskrivningen nämnda komponenterna kan emellertid ges olika utformning. Sålunda kan både digitala och analoga kretslösningar utnyttjas. Det är heller inte alltid nödvändigt att oscillatorn i. referensslingan är kristallstyrd. Andra utföringsformer är givetvis tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (9)

501 264 10 15 20 25 10 PATENTKRAV

1. Metod att generera en lokal bärvågssignal genom sam- verkan mellan tre slingor, kännetecknad därav, att

2. - i ett första steg en i. en första slinga genererad referensfrekvens jämförs med avseende på fas och frekvens med den i en andra slinga genererade lokala bärvågssignalen och där' resultatet från jämförelsen utnyttjas för att ändra den lokalt genererade bärvågs- signalens frekvens och referensfrekvensen så att dessa överensstämmer med varandra; i ett andra steg den lokalt genererade bärvågssignalen tillförs en tredje slinga där den jämförs med avseende på fas och frekvens med en 'mottagen bärvåg varvid resultatet från jämförelsen utnyttjas för att ändra den lokalt genererade bärvågssignalen så att dess fas och frekvens överensstämmer med fasen och frekvensen för den mottagna bärvågen; i det andra steget den genererade referensfrekvensen jämförs med den lokalt genererade bärvågssignalens frekvens varvid resultatet från jämförelsen utnyttjas för att styra referensfrekvensen så att denna över- ensstämmer med frekvensen för den lokalt genererade bärvågssignalen. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att referensfrekvensen och den lokalt genererade bärvågssig- nalens frekvens jämförs efter att frekvenserna delats med av varandra oberoende delningstal. 10 15 20 25 501 264 ll

3. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att referensfrekvensen endast kan ändras ett begränsat värde och, om detta värde under det andra steget överskrides, i stället frekvensen för den lokalt genererade bärvågsignalen ändras för att överensstämma med referensfrekvensen.

4. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att bandbredden och slingförstärkningen för den andra slingan väljs så att den under det andra steget huvud- sakligen är inaktiv.

5. Anordning för generering av en lokal bärvågssignal omfattande tre samverkande slingor, kännetecknad därav, att - i en första slinga (1) är inrättad en första oscillator (4) vars utsignal i en första fasdetektor (6) jämförs med avseende på fas och frekvens med utsignalen från en i en andra slinga (2) anordnad andra oscillator (8); - utsignalen från den första fasdetektorn (6) återförs dels till den första oscillatorn (4) för styrning av dess frekvens, dels, via en första ingång på en i den andra slingan (2) anordnad summationsanordning (12), till den andra oscillatorn (8) för styrning av dess frekvens; - utsignalen från den andra oscillatorn (8) också till- förs en andra fasdetektor (13), inrättad i en tredje slinga (3), i vilken andra fasdetektor den andra oscil- latorns utsignal jämförs med avseende på fas och frekvens med en mottagen bärvåg, tillförd den andra fasdetektorn; - utsignalen från den andra fasdetektorn (13) via en andra ingång' på summationsanordningen (12) återförs 501 264 5 10 15 20 25 12 till den andra oscillatorn (8) för att styra dess frekvens.

6. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad därav, att - i den första slingan (1) är anordnad en första frek- vensdelare (5) som omvandlar frekvensen för utsignalen från den första oscillatorn (4) innan den tillförs den första fasdetektorn (6); - i den andra slingan (2) är anordnad en andra frekvens- delare (10) som omvandlar frekvensen för utsignalen från den andra oscillatorn (8) innan den tillförs den första fasdetektorn (6).

7. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad därav, att den andra slingans bandbredd är mindre än bandbredden för den första slingan och för den tredje slingan.

8. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad därav, att den första slingans slingförstärkning är högre än den andra slingans slíngförstärkning.

9. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad därav, att den andra oscillatorns (8) frekvens vid styrning genom den andra slingan kan ändras minst dubbelt så mycket som vid styrning genom den tredje slingan. 10 Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad därav, att den första oscillatorn (4) utgörs av en spänningsstyrd kristalloscillator och att den andra oscillatorn (8) utgörs av en spänningsstyrd oscillator.