DE2928976A1 - Demodulator fuer frequenzumgetastete signale - Google Patents

Description

• Demodulator für frequenzumge Lastete
• Signale Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Demodulator für frequenzumgetastete Signale wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein solcher Modulator ist in dem Buch von P.Bocker, "Datenübertragung; Nachrichtentechnik in Datenverarbeitungssystemen", Band II, "Einrichtungen und Systeme", Berlin 1977, auf den Seiten 32 bis 34 beschrieben.
• Frequenzumgetastete Signale können zur Übertragung von binären Daten verwendet werden. Hierbei ist die eine Frequenz (z.B.700 Hz) dem einen Binarwert (z.B. 1) und die andere Frequenz (z.B. 500 Hz) dem anderen Binäruert (z.B. 0) zugeordnet. Der Zeitpunkt des Wechsels zwischen den beiden Frequenzen hängt vom Takt, mit dem die Daten übertragen werden, und von der übertragenen Information selbst ab. Der Takt kann regelmäßig oder unregelmäßig sein. Zur empfangsseitigen Wiedergewinnung der übertragenen Daten müssen die empfangenen Signale frequenzdemoduliert werden und es rlln der Takt der Datenübertragunq bekannt sein.
• Aus dem frequenzdemodulierten Signal erkennt man, welcher Binärwert vorliegt. Der Takt ist notwendig, um zu erkennen, wieviele gleiche Binärwerte aufeinanderfolgen.
• Aufgabe Es ist Aufgabe der Erfindung, einen neuen Demodulator anzugeben.
• Lösung Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln; vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Vorteile Der neue Demodulator ermöglicht es1 den Umtastzeitpunkt sehr genau zu bestimmen. Dies ist besonders bei einem kleinen Abstand zwischen der Taktfrequenz, mit der die Daten übertragen werden (Basisband) und den Trägerfrequenzen, zwischen denen umgetastet wird von Vorteil.
• Beschreibung Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt Fig.1 Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung, Fig.2 ein Blockschaltbild der wesentlichen Teile des Demodulators.
• Der neue Demodulator dient nur zur Demodulation des frequenzumgetasteten Signals, d.h. das demodulierte Signal gibt nur an, welcher Binärwert gerade vorhanden ist und nicht die übertragenen Daten selbst. Um aus dem demodulierten Signal die Daten zu erhalten, muß, wie bereits erwähnt, zusätzlich der bei der sendeseitigen Modulation verwendete Takt bekannt sein.
• Wie aus der zitierten Literaturstelle bekannt ist, wird das empfangene Signal (Fig.la), dessen Amplitude leicht schwanken kann, bandbegrenzt, verstärkt und in ein unipolares Rechtecksignal (Fig.lb) umgewandelt.
• Mit diesem Signal wird eine Zähleinrichtung angesteuert, die die Anzahl der Perioden eines hochfrequenten Zähltaktes, die zwischen den Nulldurchgängen liegen, zählt (Fig.1c). Die maximalen Zählerstände Z (Fig.lc) n werden der Einrichtung nach Fig.2 zugeführt, in der das frequenzdemodulierte Signal ermittelt wird.
• Wie bereits erwähnt, wird bei dem zu demodulierenden Signal zwischen zwei Frequenzen umgeschaltet. Bei der Demodulation ist es schwierig, genau den Umschaltzeitpunkt zu erkennen, weil - Basisband und Trägerfrequenzen nahe beieinander liegen können, und - nach dem Umschalten eine gewisse Einschwingzeit auf die neue Frequenz notwendig ist.
• Speichert man die ermittelten Zählerstände Z jeweils n so lange, bis ein neuer Zählerstand zur Verfügung steht, dann erhält man die in Fig.ld dargestellte Treppenkurve. Diese Treppenkurve ist eine vereinfachte Darstellung des Frequenzverlaufs als Funktion der Zeit des zu demodulierenden Signals. Zur Demodulation muß ermittelt werden, zu welchem Zeitpunkt der Zählerstand, der der Länge der Halbperiode der Mittenfrequenz zwischen den Frequenzen, zwischen denen umgeschaltet wircrl, von der Treppenkurve ubcr-oder unterschritten wird. Hierbei kann der Umschaltpunkt jedoch nur ungenau ermittelt werden.
• Man erreicht jedoch in vorteilhafter Weise ein gutes Meßergebnis, wenn man die Treppenkurve durch eine Kurve ersetzt, die die einzelnen Zählerstände Z1 bis Z10 miteinander verbindet. Eine solche Kurve ist in der Fig.le dargestellt. Die Schnittpunkte U dieser Kurve mit dem Schwellwert S geben sehr genau die Zeitpunkte, zu denen zwischen den Frequenzen umgeschaltet wird, an.
• Um eine solche Kurve darstellen zu können, ist es notwendig, die zwei aufeinanderfolgenden Zählerstände zu kennen, denn nur so können die Verbindungsgeraden ermittelt werden.
• Alle Zählerstände müssen also mindestens so lange(Tv) gespeichert werden, bis der nächste Zählerstand ermittelt ist. Dies ist die Dauer der längsten vorkommenden Halbperiode Tv, d.h. der Kehrwert der niedrigeren der beiden Frequenzen, zwischen denen umgeschaltet wird.
• Die Speicherzeit TV wählt man jedoch vorteilhaft etwas länger als Tv. Um keine Verzerrung der Kurve zu erhalten, müssen alle Zählerstände gleich lange gespeichert werden.
• Es kann also vorkommen, daß zu bestimmten Zeitpunkten mehr als zwei Zählerstände gespeichert sind.
• Die ermittelten Zählerstände Z sind proportional zu n den Längen der Halbperioden Tn+1-Tn. In der Fig.ld ist Z5 proportional zu T5-T4. Bei Kenntnis von Z4, Z5 und T5-T4 kann die Verbindungsgerade zwischen Z4 (dem älteren Zählwert) und Z5 (dem jüngeren Zählwert) bestimmt werden.
• Die Kurve, die die Zählerstände Z1 bis Z10 verbindet, kann man durch Zählerstände eines weiteren Zählers sehr gut annähern. Es wird eine weitere Treppenkurve - jedoch mit einer sehr feinen Staffelung - gebildet. Dieser weitere Zähler erhält in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen Taktimpulse mit unterschiedlichen Impulsfolgefrequenzen. Die Impulsfolgefrequenzen sind so gewählt, daß er in einem Intervall (z.B. T5-T4) genau vom älteren (T4) zum jüngeren (T5) Zählerstand zählt.
• Durch Vergleich der Zählerstände des weiteren Zählers mit dem (digitalen) Schwellwert S erhält man die Polaritätswechsel des Basisbandsignals. Bei jedem über- oder Unterschreiten des Schwellwertes wechselt die Amplitude des Demodulatorausgangssignals (Fig.lf) zwischen zwei möglichen Werten.
• Daß dieses Signal gegenüber dem empfangenen Signal zeitlich verschoben ist, ist ohne Bedeutung. Diese Verschiebung addiert sich lediglich zu der ohnehin unDeKannten dujzeit zwischen Selldet und El1pfänyer des Nachrichtenübertragungssystems. Wichtig hingegen ist, daß die zeitliche Aufeinanderfolge des Frequenzumtastens genau ermittelt wird, was mit dem neuen Demodulator sehr genau möglich ist.
• Die Genauigkeit läßt sich noch weiter vergrößern, wenn man die lineare Verbindungsgeraden zwischen aufeinanderfolgenden Zählerständen durch die Einhüllende der Zählerstände ersetzt. Hierzu müssen jedoch mehrere aufeinanderfolgende Zählerstände ausgewertet werden und die Impulsfolgefrequenz der Taktimpulse für den weiteren Zähler nahezu kontinuierlich verändert werden.
• Anhand der Fig.2 wird das Blockschaltbild des neuen Demodulators näher erläutert.
• Ein Zähldiskriminator gibt an einen Speicher (2) die maximalen Zählerstände Z weiter. Der Speicher, z.B.
• n ein FIFO, kann gleichzeitig mehrere Werte speichern.
• Ein Rechner berechnet aus zwei aufeinanderfolgenden Zählerständen, z.B. Z4 und Z5, die Differenz Z5-Z4.
• Entsprechend dem Betrag dieser Differenz und der Länge des Intervalls T5-T4 wählt der Rechner 3 in einem Taktgenerator 6 einen Takt aus, der einem Vor-Rückwärtszähler 4 zugeführt wird.
• Der Vor-Rückwärtszähler, der zu diesem Zeitpunkt auf Z4 eingestellt ist, zählt während der Zeit T5-T4 von Z4 auf Z5. Die Information über die Zählrichtung erhält er vom Rechner 3.
• Anhand der Beschreibung der Fig.1 wurde erläutert, daß die interpolierte Kurve (Fig.1e) um TV gegenüber der Treppenkurve (Fig.ld) verschoben sein muß. Deshalb wählt der Rechner 3 erst zum Zeitpunkt T4+TV im Takt- generator 6 den zum Intervall T5-T4 gehörigen Takt aus. Zum Zeitpunkt T5 wird dem Vor-Rückwärtszähler 4 noch der Takt zugeführt, der zum Intervall T4-T3 gehört.
• Die Zählerstände des Vor-Rückwärts zäh lers 4 werden einer digitalen Schwellwertschaltung 5 zugeführt, die oberhalb des Schwellwertes S ein Signal mit dem Wert 1 und unterhalb des Schwellwertes S ein Signal mit dem Wert 0 abgibt. Das Ausgangssignal der digitalen Schwellwertschaltung 5 ist das Basisbandsignal.
• Der Rechner und die Speicher werden nicht näher erläutert, da hierfür an sich bekannte Einrichtungen verwendet werden können.

Claims (3)

1. Patentansprüche j. Demodulator für frequenzumgetastete Signale mit einer Zähleinrichtunq zur Ermittlung der Längen der Halbperioden der empfangenen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die den Halbperioden proportionalen Zählerstände periodisch in einen Speicher (2) eingespeichert und wieder gelöscht werden und zwar so, daß gleichzeitig mindestens die zwei aufeinanderfolgenden Halbperioden proportionalen Zählerstände (Zn) gespeichert sind, daß jeweils nach einer Zeit (Tv) nach dem Einspeichern des älteren von zwei aufeinanderfolgenden Werten, die mindestens gleich der längsten zu erwartenden Halbperiode (Tv) ist, einem weiteren Zähler (4) Taktsignale zugeführt werden, die so gewählt sind, daß dieser Zähler in einer Zeit, die gleich der Halbperiode, die dem jüngeren von zwei aufeinanderfolgenden Zählerständen zugeordnet ist, von dem älteren (Zn) zu dem engeren (in+1) Zählerstand zählt, daß in einer Vergleichseinrichtung (5) ermittelt wird, wann dieser weitere Zähler (4) einen Zählerstand (S) erreicht, der mindestens angenähert der Halbperiode der Mittenfrequenz der Frequenzen zwischen denen umgetastet wird, proportional ist, und daß zu diesen Zeicpunkten von einem ersten zu einem zweiten Wert des Demodulatorausgangssignals umgeschaltet wird.
2. 2. Demodlllator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolation zwischen dem jüngeren und dem älteren Zählerstand, die der weitere Zähler durchführt, linear ist.
3. 3. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tnterpolation zwischen dem jüngeren und dem älteren Zählerstand, die der weitere Zähler durchführt, abhängig von weiteren Zählerständen so durchgeführt wird, daß die Interpolationskurve Teil einer Einhüllenden für eine bestimmte Anzahl von Zählerständen ist.