DE2651043C3 - Empfänger für synchrone Signale mit doppelter phasenverriegelter Schleife - Google Patents

Description

(A) I untergrund der Erfindung
I. CJebicl der [Erfindung

Die Erfindung hc/icht sich auf einen Empfänger /um Empfang synchroner Informationssignale, in denen Symbole im Takte einer Taktfrequenz auftreten und die über eine Übertraglingsstrecke übertragen werden, die keine beliebigen I requenztranslationen aufweist, wobei die Informationssignale in einem I rcquerizband mit einer Breite die großer ist als die Hälfte der Taktfrequenz, und kleiner als die Taktfrequenz auflre ten, welcher Empfänger eine Anordnung einhält /um ausschließlichen Zurückgewinnen eines IKvugssignals <>^Γ> aus den Informationssignalen, .welche Anordnung mit einem nicht linearen .'iitinalveraibcUiingskreis mit einem Eingang versehen isl, dem die liiiiniii.ilinnssigna Ie zugeführt werden und mit einem Ausgang, der mit einer phasenverriegelten Schleife verbunden ist. in welche Schleife ein Phasenvergleichskreis und ein Oszillator mit regelbarer Frequenz zum Liefern des Bezugssignals aufgenommen sind.

Das Bezugssignal kann zum'Erzeugen eines Berugstaktsignals für Symbolregeneration benutzt werden, aber auch zum Erzeugen eines Bezugsträgers für synchrone Demodulation.

Anwendungsbereiche derartiger Empfänger lassen sich u. a. in Datenübertragungssystemen finden, die mit synchroner Pulsamplitudenmodulation arbeiten, wobei im Empfänger genaue Information über die Abtastzeitpunkte des empfangenen Signals verfügbar sein muß.

Z Beschreibung des Standes der Technik

Bei einem bekannten Empfänger der obengenannten Art werden die Informationssignale zur Erzeugung eines Signals mii einem Anteil bei der doppelten Symbolfrequenz der Informationssignale einer Quadrierschaltung zugeführt. Dieser Anteil wird danach mit einem Schmalbandfilter in Form einer phasenverriegelnden Schleife selektiert. Ein Nachteil dieses bekannten Empfängers ist jedoch, daß wenn das Informationssignal lange Reihen gleicher Symbole enthält, die keinen Frequenzanteil gleich der Symbolfrequenz verursachen, auch kein Anteil bei der doppelten Symbolfrequenz erzeugt werden kann, wodurch das mit Hilfe der phasenverriegelnden Schleife erhaltene Bezugstaktsignal große Phasenschwankungen aufweisen kann, die ihrerseits eine große Zunahme der Fehlermöglichkeit bei der Symbolregeneration herbeiführen können.

Eine bekannte Lösung für das obenstehend geschilderte Problem besteht darin, daß durch Verwendung eines Datenverzerrers vermieden wird, daß lange Reihen gleicher Symbole auftreten. In den Empfänger soll dann ein komplementärer Entzerrer aufgenommen werden (vgl. Rudi de Buda: »Coherent Demodulation of FSK With Low Deviation Ratio« IEEE Transactions on Communications, Juni 1972, Seite 429—435, insbesondere Seite 432, rechte Spalte, Zeile 15 und 16).

Der Nachteil dieser Lösung ist die zusätzliche Apparatur und die damit einhergehenden Kosten, während zugleich eine Volumenvergrößerung des Empfängers die Folge ist, was insbesondere bei Verwendung als tragbarer Empfänger beschwerlich ist.

Das Mitsenden von Pilolsignalen mit dem Informationssignal ist eine andere mögliche Lösung, die jedoch wegen der zusätzlich erforderlichen Energie und/oder Bandbreite und der zusätzlichen Apparatur mit den bereits beschriebenen Folgen nicht immer akzeplierbar ist.

(B) Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezweckt nun, einen Empfänger der obenstehend beschriebenen Art zu schaffen, in dem der Nachteil großer Phasenschwankungen in dem zurückgewonnenen Bezugssignal bei langen Reihen gleicher Symbole auf einfache Weise ohne Verwendung von Pilotsignalen oder Verzerrer und Enl/etreikombinationen vermieden wird.

Der erfindimgsgcmälJe Empfänger weist dazu das Kennzeichen auf, daß der Phascnvergleichskreis zwei Phasendetekioren einhält, die mit je einem ersten Eingang gemeinsam an den Ausgang des nicht linearen Signalveraibeiliingskrcises und mn je einem zweiten Eingang an einzelne Ausgange eines Ite/ugskreises angeschlossen sind, der vom Oszillator ju-speist wird,

und zwar zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mit einem rationellen Frequenzverhältnis und daß der Phasenvergleichskreis weiter einen Ausgangskreis zum FiStem und Kombinieren der von den Phasendetektoren gelieferten Ausgangssignale zu einem Itegelsignal für den Oszillator enthält.

(C) Kurze Beschreibung der Figuren

F i g. 1 zeigt einen Empfänger nach dem Stand der Technik;

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Empfängers nach der Erfindung;

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Bezugskreises zum Gebrauch ι«»·einem Empfängernach Fig.2;

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Ausgangskreises zum Gebrauch in einem Empfänger nach F i g. 2.

Entsprechende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen angegeben.

(D) Beschreibung der Figuren

Der in Fig. 1 dargestellte Empfänger ist an eine Übertragungsstrecke 1 angeschlossen, die keine beliebigen Frequenztranslationen aufweist und über die synchrone binäre Datensignale durch Frequenz-Umtast-Modulation (FSK) mit einem Modulationsindex gleich 0,5 übertragen werden.

Bei diesen FSK-Signalen mit dem Modulationsindex 0,5 gilt für die Beziehung zwischen der Symbolfrequenz 4, der Frequenz 4 gehörend zu einem Binärwert »1« und der Frequenz // gehörend zu einem Binär»vert »0« beispielsweise:

4=4 = 24

Dieser Empfänger enthält eine Anordnung 2 zum Zurückgewinnen eines Bezugstaktsignals und einen Regenerationskreis 3, der von der Anordnung 2 gesteuert wird. Die Anordnung 2 besteht aus einer Quadrierschaltung 4, der die Informationssignale zugeführt werden, und einer an den Ausgang 5 der Quadrierschaltung 4 angeschlossenen phasenverriegelnden Schleife 6.

Von der Quadrierschaltung 4 wird ein Signal erzeugt mit einem Anteil bei der Symbolfrequenz 4- Das Bezugstaktsignal zur Symbolregeneration wird mit Hilfe der phasenverriegelnden Schleife 5 erhalten, in die ein spannungsgesteuerter Oszillator 7 mit einer Nennfrequenz entsprechend /"(,aufgenommen ist. Weiter enthält diese Schleife einen Phasenvergleichskreis 8 in Form eines Phasendetektors 9, dem die Ausgangssigna-Ie des Oszillators 7 und der Quadrierschaltung 4 zugeführt werden und ein Tiefpaßfilter 10, dem das Regelsignal für den Oszillator 7 entnommen wird. Das vom Oszillator 7 gelieferte Be/ugstaktsignal wird dem Regencrationskreis 3 zugeführt. Am Ausgang des Regenerationskreises sind die regenerierten Symbole zur Weiterverarbeitung in nicht näher angegebenen Teilen des Empfängers verfügbar.

Wenn im Informationssignal die Binärwcrte »I« und »0« auf beliebige Weise aufeinanderfolgen, wird im Ausgangssignal der Quadrierschallung 4 immer ein Anteil bei der Frequenz, 4 mit ausreichend großer Amplitude vorhanden sein, um ein Be/ugstaktsignal mit praktisch der richtigen Phase zu erhalten. Treten jetloch in dem Inforinationssignal lange Reihen binärer Werte »I« auf, so wird die Amplitude des Anteils bei der Frequenz 4 im Ausgaiigssigiuil der Quadriersehaltung während dieser langen Reihen sehr klein werden, wodurch das dem Oszillator 7 entnommene Be/.ugstakt signal große Phasenschwankungen aufweisen wird, die zu Fehlern bei der Symbolregeneration führen werden.

Der Empfänger, wie dieser in Fig.2 dargestellt ist, unterscheidet sich vom Empfänger nach F ι g. 1 dadurch.

daß der Phasenvergleichskreis S zwei Phasendetektoren 11 und 12 enthält, die mit je einem ersten Eingang 13 bzw. 14 gemeinsam an den Ausgang 5 des nicht linearen Signalbearbeitungskxeises 4 und mit je einem zweiten Eingang 15 bzw. 16 an einzelne Ausgänge 17 bzw. 18.

ίο eines Bezugskreises 19 angeschlossen sind, der vom Oszillator 7 zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mit einem rationeilen Frequenzverhältnis gespeist wird, während der Phasenvergleichskreis 8 weiter einen Ausgangskreis 20 enthält zum Filtern und Kombinieren der von den Phasendetektoren 11 und 12 gelieferten Ausgangssignale zu einem Regelsignal für den Oszillator 7. Der Empfänger nach F i g. 2 ist zum Empfang von FSK-Signalen mit Modulationsindes 0.5 eingerichtet, wobei der Bezugskreis 19 nur einen Halbierer 21 enthält und der Oszillator 7 auf eine Nennfrequenz 24 abgestimmt ist. Dem Phasendetektor Il wird das Ausgangssignal des Oszillators 7 unmittelbar als Phasenbezugssignal zugeführt, während dem Phasendetektor 12 ein Phasenbe/ugssignal mit einer vom Halbierer 21 auf 4 verringerten Frequenz zugeführt wird. Damit das Verhältnis zwischen den Frequenzen der den Phasendetektoren 11 bzw. 12 zugeführten Phasenbezugssignale dem Verhältnis zwischen den Frequenzen 4 bzw. /}im Informationssignal entspricht, ist es von Bedeutung, daß die verwendete Übertragungsstrecke keine beliebigen Frequenztranslationen aufweist. Dies ist beispielsweise der Fall bei Kabeln, bei der Aufzeichnung auf Magnetband, aber auch bei Verwendung von Frequenzmodulation»,- und -detektionssystemen, wie diese beim mobilen Funkbetrieb angewandt werden. Vom Phasendetektor 11 wird nun ein Ausgangssignal geliefert, und zwar infolge der Binärwerte »1« im Informationssignal, und der Phasendetektor 12 liefert ein Ausgangssignal infolge der Binärwerte »0«. Weil im Informationssignal niemals die beiden Frequenzanteile 4 und /) gleichzeitig fehlen werden, liefert mindestens einer der Phasendetektoren 11 oder 12 ein Ausgangssignal. Diese Ausgangssignale werden im Ausgangskreis 20 vom Addierer 22 zu einem

•Ti Regelsigna¹ kombiniert, das nach Filterung vom Tiefpaßfilter 23 dem Oszillator 7 zugeführt wird.

Der Vorteil des beschriebenen Empfängers ist. daß unabhängig vom Informationsinhalt des empfangenen Signals immer ein Regelsignal für den Oszillator

so geliefert wird, so daß ein sehr stabiles Be/ugstaktsignal ohne große Phasenschwankungen erhalten wird, wobei diese hohe Stabilität dennoch keine lange Kinstellzeit erfordert.

Bei Anwendung von Restseitenbandmodulation

Yi (VSB) zur Übertragung von Informationssignalen, wobei die Trägerfrequenz der Symbolfrequenz entspricht und ein unteres Seitenband des modulierten Signals ausgesendet wird, entsteht nach Quadrieren ein Anteil auf der Symbolfreqiienz durch die Beiträge im

w) Spektrum des modulierten Signals gegenüber der halben Symbolfreqiienz symmetrisch liegender FreqiiL'iizanteile. In diesem Fall ist jedoch die Amplitude dieses Anteils von der Folge der Binürwerie»l«und»0« im Informationssignal weitgehend abhängig. Kurze

ii > Reihen gleicher Symbole bedeuten, daß verhältnismäßig viele Anteile um die halbe Symbolfrequen/ vorhanden sind und folglich, daß nach Quadrieren cmc verhältnismiil.iig große Amplitude des Anteils .ml iler Symbolfre-

quenz auftritt. Dagegen führen lange Reihen gleicher Symbole Frequenzanteile um die Trägerfrequenz ein, die nach Quadrieren zu einem Frequenzanteil auf der doppelten Trägerfrequenz führen, von der auch wieder die Amplitude weitgehend informationsabhängig ist. In praktischen Fällen werden die beiden Anteile durchschnittlich gleich stark vorhanden sein, so daß auch hier ebenso wie im bereits beschriebenen Fall von FSK-Signalen mit Vorteil der erfindungsgemäße Empfänger verwendet werden kann.

Wenn der spannungsgesteuerte Oszillator auf eine Nennfrequenz entsprechend der doppelten Trägerfrequenz abgestimmt wird, kann das Ausgangssignal des Oszillators nach Frequenzteilung durch zwei für Demodulation des übertragenen Signals als auch für Regeneration der binären Symbole verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß der eriir.dungsgerr.äße Empfänger nicht nur für die Informationssignale vom beschriebenen FSK- oder VSB-Typ verwendet werden kann, sondern im allgemeinen zum Empfang synchroner Informationssignale, wie diese beispielsweise auf digitale Weise mit Hilfe von »Echomodulation« oder auf analoge Weise, wobei ein Postmodulationsfilter mit einer Bandbreite zur Größe mindestens der Nyquistfrequenz verwendet wird, erzeugt werden können.

Bei der Verwendung von »Echomodulation« kann das Frequenzband, in dem die im Informationssignal auftretenden Frequenzanteile liegen, eine Verschiebung zur Größe eines Vielfachen der Hälfte der Symbolfrequenz aufweisen. Wenn beispielsweise die Frequenzanteile um dreimal /j/2 verschoben sind, so daß Γι = 44/2

^r> und 4 = 54/2, treten nach Quadrierung Anteile bei den Frequenzen 4//, und 54 auf. Der Oszillator 7 kann dann beispielsweise auf eine Nennfrequenz von 60 4 angestimmt werden.

In Fig.3 ist angegeben, wie der Bezugskreis 19 in

in diesem Fall aus Teilern oder Multiplizierern 24, 25 und 26 zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mit einem rationellen Frequenzverhältnis aufgebaut werden kann. Der Teiler 24 teilt dann die Frequenz durch 4, der Teiler 25 durch 5 und der Teiler 26 durch 3.

In Fi g. 4 ist eine Ausführungsform des Ausgangskreises 20 dargestellt, in dem die Addier- und Filterbearbeitungen in einer anderen Reihenfolge als im Ausgangskreis 20 nach Fig. 2 durchgeführt werden. Die Ausführungsform nach Fig.2 wird jedoch wegen der Einfachheit in der Praxis bevorzugt werden.

Es sei bemerkt, daß auch bei Verwendung einer Verzerrer- und Entzerrerkombination, wobei während kurzer Zeit Reihen gleicher Symbole auftreten können, die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einer wesentlichen Verbesserung der zu erreichenden Einstellzeil führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

26 5 ί Patentansprüche:

1. Empfänger zum Empfang synchroner Informaüonssignale, in denen Symbole im Takte eine: Taktfrequenz auftreten und die über eine Obertragungsstrecke übertragen werden, die keine beliebigen Frequenztranslationen aufweist, wobei die Informationssignale in einem Frequenzband mit einer Breite die größer ist als die Hälfte der Taktfrequenz und kleiner als die Taktfrequenz auftreten, welcher Empfänger eine Anordnung zum ausschließlichen Zurückgewinnen eines Bezugssignals enthält, welche Anordnung mit einem nicht linearen Signalverarbeitungskreis mit einem Eingang versehen ist, dem die Informationssignale zugeführt werden und mit einem Ausgang der mit einer phasenverriegelten Schleife verbunden ist, in die ein Phasenvergleichskreis und ein Oszillator mit einer regelbaren Frequenz aufgenommen sind, und 2u zwar zum Liefern des Bezugssignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenvergleichskreis zwei Phasendetektoren enthält, die mit je einem ersten Eingang gemeinsam an den Ausgang des nicht linearen Signalvcrarbeitungskrciscs und mit je einem zweiten Eingang, an einzelne Ausgänge eines Bezugskreises angeschlossen sind, der vom Oszillator gespeist wird, und zwar zum Erzeugen zweier Phasenbezugssignale mit einem rationellen Frequenzverhältnis und daß der Phasenvergleichs- so kreis weiter einen Ausgangskreis zum Filtern und Kombinieren der von den Phasendetektoren gelieferten Ausgangssignale zu einem Regelsignal für den Oszillator enthält.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekenn- J5 zeichnet, daß der Bezugskreis aus zwei Zweigen besteht, wobei das Ausgangssignal des Oszillators über einen ersten Zweig unmittelbar einem ersten Ausgang des Bezugskreises zugeführt wird und über einen zweiten Zweig mit einem darin aufgenomme- ίο nen Halbieren einem zweiten Ausgang des Bezugskreises zugeführt wird.

3. Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis aus einem Addierer zum Bilden der Summe der von den Phasendelektoren gelieferten Ausgangssignalc und aus einem Filter /um Filtern des erhaltenen Sunimensignals besteht.