DE69113124T2 - Einrichtung zur Trägerrückgewinnung mit Mittel zum Verhindern falscher Frequenzverriegelung. - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Trägerwellenrückgewinnung, versehen mit einer Einrichtung zum Verhindern von falschen Frequenzverriegelungen für phasenmodulierte numerische bzw. digitale Signale.
• Sie findet Anwendung bei der Digitalübertragung und insbesondere in dein Fall, wo eine Information durch kohärente Demodulation zurückgewonnen wird.
• Das Gebiet der Anwendung der Erfindung ist daher sehr breit und erstreckt sich über Datenübertragungsmodems, Richtfunksysteme, Weltraumkommunikationssystexne und sogar die Optik (im Falle der überlagerten Verbindungen).
• Die Demodulation einer Welle setzt seitens des sie durchführenden Empfängers die Kenntnis der Frequenz und der Phase der Emissionsträgerwelle voraus.
• Zu diesem Zweck wird eine Demodulationswelle erzeugt durch einen spannungsgeregelten Qszillator bzw. Schwinger (OCT), wobei die Steuerspannung dieses Schwingers durch einen Phasenkomparator geliefert wird, der eine Fehlerspannung abhängig vom Phasenabstand Φ zwischen der modulierten Trägerwelle und der durch den Schwinger erzeugten Welle liefert.
• Aufgrund der Tatsache, daß die Emissionsträgerwelle amplituden- und/oder phasenmoduliert sein kann, hängt die Struktur des Phasenkomparators ab von der verwendeten Modulation.
• Die Rückgewinnung der Trägerwelle durch die Phasenverriegelungsschleife erfordert zunächst, daß der Oszillator eine Frequenz nahe der empfangenen modulierten Welle hat. Dies erreicht man durch Phasenvergleich zwischen der empfangenen modulierten Welle und der durch den Oszillator gelieferten Welle, wobei die Frequenz der Welle des Oszillators kontinuierlich modifiziert wird bis zum Erreichen der Frequenz der modulierten Welle.
• Diese Phase der Frequenzerfassung oder - verriegelung ist bei den herkömmlicherweise zur Trägerwellenrückgewinnung eines modulierten Digitalsignals verwendeten Vorrichtungen nicht garantiert.
• Es kommen nämlich falsche Frequenzverriegelungen vor, und dies genau dann, wenn der Abstand zwischen der Trägerfrequenz und der Frequenz des lokalen Empfangsoszillators ein ganzzahliges Vielfaches der Hälfte der Modulationsgeschwindigkeit ist.
• Dieses Phänomen tritt häufig auf, wenn die Digitaldatenraten klein sind und wenn die Abweichung der Oszillatoren aufgrund eines eventuellen Dopplereffekts (im Falle von Satellitenübertragungen) einen großen Erfassungsbereich erfordert. Dies ist z.B. der Fall des Übertragungssystems des Typs IMMARSAT STANDARD C.
• Eine kohärente Demodulationsvorrichtung für mit zwei Phasenzuständen modulierte Signale, üblicherweise "Costas- Schleife" genannt, ist in Figur 1 dargestellt.
• Diese Vorrichtung ermöglicht so wie sie dargestellt ist nicht, die Probleme der falschen Frequenzverriegelungen im Falle der Phasenmodulation mit zwei Zuständen zu lösen. Jedoch ist es möglich, auf elementare Weise eine falsche Frequenzverriegelung festzustellen und die Erfassung neu zu starten, indem man auf besondere Weise das Steuersignal des Oszillators erzwingt, wie angegeben in der folgenden detaillierten Beschreibung.
• Die Vorrichtung umfaßt auf bekannte Weise einen spannungsgeregelten Schwinger bzw. Oszillator 4, der über einen Steuereingang 27 ein Fehlersignal ε(Φ) erhält und über einen Ausgang 26 eine Welle liefert, deren Phase abhängig ist vom Fehlersignal.
• Die Vorrichtung umfaßt noch zwei Demodulatoren 1, 2. Der erste hat zwei Eingänge 20 und 21, jeweils für den Empfang der modulierten Welle und der durch den spannungsgeregelten Schwinger gelieferten Welle, und einen Ausgang 22, der ein Signal x&sub1; liefert. Der zweite hat zwei Eingänge 23 und 24, jeweils für den Empfang der modulierten Welle und der durch den spannungsgeregelten Schwinger gelieferten Welle, vorher durch einen Phasenschieber um 90º phasenverschoben, und einen Ausgang 25, der ein Signal Y&sub1; liefert.
• Ein Tiefpaßtilter 5 ist am Ausgang des Demodulators 1 angeordnet. Dieses Filter liefert ein gefiltertes Signal P(t). Ebenso ist ein Tiefpaßfilter 6 am Ausgang des Demodulators 2 angeordnet, das ein Signal Q(t) liefert. Diese Filter sind nötig zum Unterdrücken der Harmonischen bzw. Oberwellen am Ausgang des Demodulators. Sie konnen auch der Maximierung des Rauschabstands dienen, wenn dies nicht schon geschehen ist mit Hilfe eines vor den beiden Demodulatoren angeordneten Tiefpaßfilters.
• Die Vorrichtung der Figur 1 umfaßt ebenfalls ein Schleifenfilter 7, das an seinem Ausgang ein Fehlersignal ε(Φ) liefert, wobei dieses Filter an seinem Eingang das Ausgangssignal eines Multiplizierwerks 8 empfangt.
• Die gefilterten Signale P(t) und Q(t) werden an die beiden Eingänge des Multiplizierwerks 8 gelegt
• Das Ganze bildet eine Phasenverriegelungsschleife.
• Die Vorrichtung umfaßt außerdem einen Schwellendetektor 9, gefolgt von einer Entscheidungsschaltung 100, gesteuert durch einen nicht dargestellten Taktgeber.
• Diese Einheit ermöglicht, den Pegel des Tiefpaßfilter- Ausgangssignals festzustellen und auf diese Weise zu wissen, ob die Phasenverriegelung richtig ist oder nicht. Bei einer richtigen Phasenverriegelung ist nämlich eines der beiden Signale praktisch Null, während bei Vorliegen einer falschen Verriegelung die Signale des phasengleichen und des um 90º phasenverschobenen Kanals eine identische Dynamik aufweisen.
• Dieses einfache System hat leider den Nachteil, sich nicht über Modulationen mit einer größeren Anzahl von Zuständen erstrecken zu können, und es liefert vor allem keine Angabe zur Frequenzverschiebung, d.h. zu der Richtung, in die man den lokalen spannungsgeregelten Schwinger orientieren muß damit er diesen Frequenzabstand reduziert.
• Man kann dieses Problem jedoch lösen, indem man in den Eingang des lokalen Schwingers ein periodisches Niedrigfrequenzsignal einspeist, genannt Abfrage- bzw. Abtastsignal, das man sperrt, sobald das oben erwahnte Kriterium überprüft ist.
• Leider kann diese Losung eine ganze Periode des Abtastsignals beanspruchen, das, wie erwähnt, ein Niedrigfrequenzsignal ist, so daß die Erfassungszeit schließlich groß sein kann.
• Nun hat der Anmelder festgestellt, daß diese Zeit wesenlich reduziert werden könnte unter der Voraussetzung, daß man die Richtung ermitteln kann, in die man den spannungsgeregelten Schwinger orientieren muß.
• Es sei erinnert, daß eine zweite Methode darin besteht, festzustellen, daß bei Vorhandensein einer falschen Verriegelung das Schleifengeräusch höher ist als wenn das System richtig verriegelt ist. Jedoch ist dann das Entscheidungskriterium wenig verläßlich, denn ein großes Schleifengeräusch kann ganz einfach mit schlechten Übertragungsbedingungen zusammenhängen und daher zeigt ein hohes Schleifengeräusch nicht notwendigerweise eine falsche Frequenzverriegelung an. Diese Methode ist folglich äußerst fragwürdig.
• Außerdem weiß man aus der französischen Patentanmeldung vom 4. Oktober 1983, angemeldet unter der Nummer 83 15794 und veröffentlicht unter der Nummer 2552959, daß man eine Vorrichtung zur Rückgewinnung einer Trägerwelle verwirklichen kann mittels eines Costas-Demodulators, dem man einen Phasen- und Frequenzkomparator für mit N Phasenzuständen modulierte Signale hinzufügt.
• Bei dieser Vorrichtung besteht das Prinzip darin, eine summarische Verarbeitung der Signale P(t) und Q(t) des phasengleichen und des um 90º phasenverschobenen Kanals des Costas-Demodulators durchzuführen, um einerseits die Regelungsfehlerspannung zu ermitteln und andrerseits eine nach Filtrierung zu der Frequenzverschiebung proportionale Spannung. Diese Technik ermöglicht vor allem eine beträchtliche Reduzierung der Erfassungszeit, im Cegensatz zu den ein blindes Abtastsignal verwendenden klassischen Systemen.
• Jedoch löst diese Vorrichtung an sich noch nicht das Problem der besonders kritischen falschen Frequenzverriegelungen bei den digitalen Übertragungssystemen des Typs IMMARSAT STANDARD C mit kleinen Datenraten. Bei diesem Übertragungstyp können sich falsche Frequenzverriegelungen ereignen, wenn der Abstand zwischen der Trägerfrequenz und der Frequenz des lokalen Oszillators ein ganzzahliges Vielfaches der Halfte der Modulationsgeschwindigkeit R (R = 1/T) ist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rückgewinnung einer Trägerwelle ermöglicht die Beseitigung dieser Nachteile.
• Die Patentandmeldung EP-A-072241 (FUJITSU LTD) betrifft eine Trägerwellenrückgewinnungsvorrichtung für mit einer Phasenmodulation 2n des PSK-Typs modulierte Digitalsignale.
• Die beschriebene Vorrichtung umfaßt eine Phasenverriegelungsschleife, eine Schleife mit automatischer Frequenzregelung umfassend, die ermöglicht, die Pseudoverriegelungsphänomene zu vermeiden, die sich ereignen, wenn das Verhältnis zwischen der Taktfrequenz und der Trägerfrequenz klein ist, was der Fall ist bei bei den digitalen Kommunikationssystemen kleiner Kapazität.
• Die automatische Frequenzregelungsschleife umfaßt dazu auf symetrische Weise zwei Differenziereinrichtungen, jeweils gefolgt durch ein Mischgatter bzw. ODER-Glied. Die Ausgangssignale der ODER-Glieder werden an einen Subtrahierer gelegt, um ein symetrisches System zu erhalten, das das unerwünschte Rauschen unterdrückt und die Schleife stabilisiert.
• Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung hat nicht die gleiche Struktur wie die erfindungsgemäße Vorrichtung. Dieser Strukturunterschied besteht sowohl bei der ausgeführten Funktion als auch beim gelieferten Resultat.
• Die Erfindung hat folglich insbesondere eine Vorrichtung zur Rückgewinnung einer Trägerwelle zum Gegenstand, versehen mit einer Einrichtung zum Verhindern einer falschen Frequenzverriegelung für phasenmodulierte Signale mit N Phasenzuständen N=2p - wobei p eine positive Ganzzahl ist,- die eine Phasenverriegelungsschleife enthält, umfassend:
• - Demodulationseinrichtungen des modulierten Eingangssignals, die zwei Signale X&sub1;(t) und Y&sub1;(t) liefern;
• - einen spannungsgeregelten Oszillator, der eine Sinuswelle liefert;
• - einen 90º-Phasenschieber, der die Sinuswelle empfängt und nach der Phasenverschiebung an die zwei Demodulationseinrichtungen legt;
• - Tiefpaßfiltereinrichtungen der Signale X&sub1;(t) und Y&sub1;(t), die an ihren Ausgängen zwei Signale X(t) und Y(t) liefern;
• - einen Phasenkomparator vom Typ Costas oder ein Multiplizierwerk für den Fall, daß p=1; und
• - ein Schleifenfilter, dessen Ausgang verbunden ist mit dem Eingang des spannungsgeregelten Oszillators,
• dadurch gekennzeichnet, daß diese Verriegelungsschleife außerdem umfaßt:
• - Abtasteinrichtungen der gefilterten Signale X(t) und Y(t), die an ihren Ausgängen abgetastete Signale mit einer Abtastfrequenz Fe der Periode Te derart liefern, daß Fe> (2p+1 n )/T, wobei T der Kehrwert der Modulationsgeschwindigkeit ist und n ein relative ganze Zahl, so daß n /2T die Hälfte des Frequenzbandes darstellt, das auf die Frequenz der Trägerwelle zentriert ist, bei der die falschen Frequenzverriegelungen verhindert werden, der Phasenkomparator oder das Multiplizierwerk abgetastete Signale P(tk) und Q(tk) empfangen, die entweder die Signale am Ausgang der Abtasteinrichtung oder eine gefiltert Version dieser Signale im Fall des Feststellens einer Verriegelung sind,
• und dadurch, daß besagte Vorrichtung gleichfalls umfaßt:
• - Signalverarbeitungseinrichtungen, die zum Berechnen der Änderungsrichtung des Phasenfehlers nötig sind, die die abgetasteten Signale P(tk) und Q(tk) erhalten, die entweder die Signale am Ausgang der Abtasteinrichtungen oder eine gefiltert Version dieser Signale im Falle des Erfassens einer Verriegelung sind und in einer ersten Zeit ermöglichen, die Signale Sin(2Φk) und Cos(2Φk) zu erhalten, die für den Phasenfehler Φk zwischen der Tragerwelle und der durch den Oszillator zum Zeitpunkt der Abtastung tk gelieferten Welle repräsentatif sind, und in einer zweiten Zeit nach dem Filtern dieser beiden Signale ihre Polarität, d.h. das Vorzeichen des gefilterten Sin(2Φk) Sign{Sin(2Φk) gefiltert} und das Vorzeichen des gefilterten Cos(2Φk) Sign{Cos(2Φk) gefiltert};
• - einen Phasen-Frequenz-Komparator, der das Signal Sign{Sin(2Φk) gefiltert} und das Signal Sign{Cos(2Φk) gefiltert} erhält, wobei dieser Komparator ermöglicht, die Richtung der Änderung des Phasenfehlers zu erfassen und ein ädaquates Fehlersignal an die Filterschleife liefert, wenn ein Synchronisationsverlust festgestellt bzw. detektiert worden ist, wobei besagtes Filter andernfalls den Ausgang des Phasenkomparators oder des Multiplizierwerks erhalt;
• - Erfassungsdetektionseinrichtungen die ermoglichen, auf Grund der u.a. vom Phasen-Frequenz-Komparator stammenden Information ein der Verriegelungsdetektion entsprechendes Signal zu liefern, oder ein zweites, einer Synchronisationsverlustdetektion entsprechendes Signal; und
• - angepaßte Filtereinrichtungen, nach den Abtasteinrichtungen in die Phasenverriegelungsschleife eingeschaltet, wenn die Verriegelungseinrichtungen eine Verriegelung detektiert haben, um besagte gefilterte Version der Abtastsignale P(tk) und Q(tk) zu liefern.
• Eine zweite Charakteristik der Rückgewinnungsvorrichtung der Detektionseinrichtungen der Änderungsrichtung des Phasenfehlers umfaßt:
• - eine arithmetische und logische Einheit, die die abgetasteten Basisbandsignale erhält und ein erstes Signal Sin(2pΦk) und ein zweites Signal Cos(2pΦk), wobei diese Signale repräsentativ sind für den Phasenfehler Φk zwischen der Trägerwelle und der durch den Oszillator zum Zeitpunkt der Abtastung tk gelieferten Welle,
• - ein transversales digitales Filter für jedes der vorhergehenden trigonometrischen Signale, ein für das Vorzeichen des ersten und zweiten Signals repräsentatives Signal nach der Tiefpaßfilterung liefernd.
• Nach einer weiteren Charakteristik der Erfindung umfaßt der Phasen-Frequenz-Komparator eine Kippstufe vom Typ D, die an ihrem Eingang D das für den Phasenfehler repräsentative Vorzeichensignal des ersten Signals erhält und ein Taktsignal an ihrem Takteingang, geliefert durch ein logisches Glied, das an seinen Eingängen das zweite fur den Phasenfehler repräsentative Signal, das Abtastsignal und ein Signal ST erhält, das eine Zustandsänderung des Vorzeichensignals des ersten gefilterten Phasenfehlersignals Sin(2pΦk) darstellt.
• Nach einer anderen Charakteristik der Erfindung umfassen die Einrichtungen zur Verriegelungs- und Synchronisationsverlustdetektion:
• - einen Zähler, dessen Eingang ein Signal ST erhält, das eine Zustandsänderung des Vorzeichensignals des ersten gefilterten Phasenfehlersignals anzeigt, gültig gemacht durch das Vorzeichensignal des zweiten gefilterten Phasenfehlersignals,
• - einen Schwellenkomparator, der das Ausgangssignal des Zählers erhält und ein Verriegelungsdetektionssignal liefert, wenn die Anzahl gültig gemachter Zustandsänderungen, erhalten durch den Zähler, größer ist als die Schwelle,
• - ein erstes logisches Glied, das an seinen Eingangen ein Signal ST erhält, das eine Zustandsänderung des Vorzeichensignals des ersten Phasenfehlersignals und das Vorzeichensignal des zweiten gefilterten Phasenfehlersignals darstellt,
• - ein zweites logisches Glied, das an seinen Eingängen das Signal ST und das Vorzeichensignal des zweiten gefilterten Phasenfehlersignals erhält, vorhergehend invertiert, und das ein Signal liefert, dessen Übergang von einem tiefen Zustand zum hohen Zustand eine Synchronisationsverlustdetektion darstellt, wobei dieses Signal an einen Rucksetzeingang für die Anfangsbedingungen des Zahlers gelegt wird.
• Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden, beispielhaften aber nicht einschränkenden Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
• - die Figur 1 stellt eine Tragerwellen-Rückgewinnungsvorrichtung der vorhergehenden Technik für den Fall p=1 dar,
• - die Figur 2A stellt eine erfindungsgemäße Trägerwellen- Rückgewinnungsvorrichtung dar, ebenfalls für p=1,
• - die Figur 2B zeigt dieselbe Vorrichtung, angepaßt an den Fall eines beliebigen P,
• - die Figur 3 stellt die Verarbeitungseinrichtungen der Signale "Vorzeichen" des ersten und des zweiten gefilterten Phasenfehlersignals dar,
• - die Figur 4 stellt den erfindungsgemaßen Phasen-Frequenz- Komparator dar,
• - die Figur 5 stellt Einrichtungen zur Detektion der Verriegelung und des Synchronisationsverlustes dar.
• Die Figur 2A entspricht dem Schaltbild einer erfindungsgemäßen Rückgewinnungsvorrichtung einer Trägerwelle. Bei diesem Schaltbild haben bestimmte Elemente dieselbe Funktion wie die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung der vorhergehenden Technik und tragen folglich dieselbe Referenz wie diese letzteren.
• Die erfindungsgemaße Rückgewinnungsvorrichtung einer Trägerwelle umfaßt also zwei Demodulatoren 1 und 2, von denen jeder das phasenmodulierte Digitalsignal erhält. Diese beiden Demodulatoren sind verbunden mit einem 90º-Phasenschieber 3, um die Basisbandsignale phasengleich und um 90º phasenverschoben zu liefern. Ein erstes Signal X&sub1;(t) wird durch den Demodulator 1 geliefert und ein zweites Signal Y&sub1;(t) wird durch den Demodulator 2 geliefert. Das Signal X&sub1;(t) wird gefiltert durch ein Tiefpaßfilter 5, welches das Signal X(t) liefert, und das Signal Y&sub1;(t) wird gefiltert durch ein Tiefpaßfilter 6, welches das Signal Y(t) liefert. Die Vorrichtung umfaßt außerdem Einrichtungen, die ermöglichen, die gefilterten Basisbandsignale abzutasten, wobei dieses Abtasten erfolgt bei einer Frequenz Fe der Periode Te, derart, daß Te > (2p+1 n )/T, wobei T der Kehrwert der Modulationsgeschwindigkeit ist und n eine relative ganze Zahl. Die Abtast- bzw. Abfrageeinrichtungen werden gebildet durch den Abfrageschalter 10 der Frequenz Fe, angeordnet am Ausgang des Tiefpaßfilters 5, und durch den Abfrageschalter 11 der Frequenz Fe, angeordnet am Ausgang des Tiefpaßfilters 6.
• Die Vorrichtung umfaßt außerdem ein Schleifenfilter 7, dessen Eingangssignal der Ausgang des Multiplizierwerks 8 ist, gefolgt von einem spannungsgeregelten Schwinger bzw. Oszillator 4, der die Sinuswelle liefert, die nach einer Phasenverschiebung um an den Demodulator 1 und an den Demodulator 2 gelegt wird.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt Verarbeitungseinrichtungen der beiden zur Ermittlung der Anderungsrichtung des Phasenfehlers nötigen Signale 40. Diese Einrichtungen erhalten die abgefragten bzw. abgetasteten Signale P(tk) und Q(tk), die entweder die abgetasteten Signale X(t) und X(t) sind oder eine gefilterte Version dieser Signale, und sie ermöglichen, in einer ersten Zeit die Signale zu erhalten, die repräsentativ sind für den Phasenfehler, und in einer zweiten Zeit, nach dem Filtern dieser beiden Signale, ihre Polaritat, d.h. das Vorzeichen des gefilterten Sin(2Φk) und das Vorzeichen des gefilterten Cos(2Φk). Diese Signale werden in der Folge
• Sign {Sin(2Φk) gefiltert}
• Sign {Cos(2Φk) gefiltert}
• genannt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ebenfalls einen Phasen-Frequenz-Komparator 50, der das Signal Sign {Sin(2Φk) gefiltert} und Sign {Cos(2Φk) gefiltert} erhält, wobei dieser Komparator ermöglicht, die Änderungsrichtung des Phasenfehlers festzustellen und dabei ein adaquates Fehlersignal liefert.
• Die Vorrichtung umfaßt außerdem Verriegelungsdetektionseinrichtungen 60, die ermöglichen, auf Grund der u.a. vom Phasen-Frequenz-Komparator stammenden Information ein der Verriegelungsdetektion entsprechendes erstes Signal zu liefern, welches das Kippen der Schalter 12 und 13 in die Stellung II ermoglicht, und ein zweites Signal, einer Synchronisationsverlust- Detektion entsprechend, die ein Kippen der Schalter in die Stellung I zur Folge hat.
• Sobald das System korrekt verriegelt ist, führt bzw. leitet man auf dem phasengleichen und dem um 90º phasenverschobenen Kanal eine angemessene Filtrierung ein.
• Die Figur 2B, gultig fur den allgemeinen Fall, wo p beliebig ist, unterscheidet sich von der Figur 2A nur durch zwei Einrichtungen. Die Einrichtung 70 umfaßt wieder Verarbeitungseinrichtungen der beiden Signale, die notig sind zur Ermittlung der Änderungsrichtung des Phasenfehlers. Diese beiden Signale sind diesmal das Signal Sign {Sin(2pΦk) gefiltert} und Sign {Cos(2pΦk) gefiltert}. Ihre Rolle gegenüber den anderen Einrichtungen ist gleich der der Signale Sign {Sin(2Φk) gefiltert} und Sign {Cos(2Φk) gefiltert} der Vorrichtung 40 der Figur 2A.
• Die Vorrichtung 14 ist ein Phasenkomparator vom Typ Costas, der das Multiplizierwerk 2 der Figur 2A ersetzt. Er benutzt die beiden Eingangssignale P(tk) und Q(tk) und liefert ein von p abhangiges Ausgangssignal. Fur p=2 z.B. liefert die Schaltung 14 das Signal P(tk> ).Q(tk).{P²(tk) - Q²(tk)}.
• Nun wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung detailliert dargestellt anhand einer beispielhaften Ausführungsart der Einrichtungen 70, 50 und 60.
• Die Figur 3 entspricht also einer speziellen Ausführungsart der Vorrichtung 70, wobei diese Vorrichtung zwei Signale liefern kann, die notig sind zur Feststellung der Änderungsrichtung des Phasenfehlers.
• Die Vorrichtung 70 umfaßt zunächst eine arithmetische und logische Einheit 41, gefolgt von einem ersten transversalen digitalen Filter 42, das das Signal Sin(2pΦk) erhält, und ein transversalen digitales Filter 43, das das zweite Signal Cos(2pΦk) erhält. Die arithmetische und logische Einheit 41 erhält die Daten, die dem abgetasteten Signal P(tk) und dem abgetasteten Signal Q(tk) entsprechen. Diese arithmetische und logische Einheit ermöglicht tatsächlich, die Sinus- und Cosinussignale von 2pΦk zu liefern. Die arithmetische und logische Einheit 41 erhält die Binärwörter, die den Signalen P(tk) und Q(tk) entsprechen, mit dem Takt 1/Te. Die Einheit 41 ist an sich klassisch und ermöglicht also, mit dem Takt 1/Te die diskreten Signale Sin(2pΦk) und Cos(2pΦk) zu erhalten, indem man mit Hilfe der trigonometrischen Dekompositionsregeln ihrem Ausdruck in Abhängigkeit von Sin(Φk) und Cos(Φk) folgt, wo diese letzteren Mengen jeweils ersetzt werden durch P(tk) und Q(tk). Diese Signale werden anschließend gefiltert, ehe die Polaritatsinformation abgefragt wird. Das Filtern erfolgt fur jedes Signal mit Hilfe eines transversalen digitalen Filters 42 bzw. 43, der mit diesem gleichen Takt 1/Te funktioniert und dessen Koeffizientenwerte ermoglichen, eine Tiefpaßcharakteristik seiner Übertragungsfunktion zu erhalten. In der Praxis erweist sich ein transversales Filter mit 17 Koeffizienten als ausreichend.
• Nur die Polaritätsinformation der Ausgänge der Filter wird durch den Phasen-Frequenz-Komparator verwendet. Das Filter 42 liefern also das Signal Sign Sin{2pΦk) gefiltert} und das Filter 43 liefert das Signal Sign Cos{2pΦk) gefiltert}.
• Die Figur 4 stellt ein Ausfuhrungsbeispiel des Phasen- Frequenz-Komparators dar.
• Der Phasen-Frequenz-Komparator folgt der Patentanmeldung Nr.83 15794, angemeldet am 4. Oktober 1983 und veröffentlicht unter der Nummer 2552959. Jedoch, im Unterschied zu der allgemeinen, in diesem Patent beschriebenen Struktur, kann man für den speziellen Fall einer Phasenmodulation mit N Zuständen seine Implantation vereinfachen, indem man die Signale Fx und Fy ersetzt durch das Polaritatssignal von Cos(NΦk), wenn gefiltert. Somit
• - entspricht das Signal Sign Sin{2pΦk) gefiltert} dem Signal E des zitierten Patents
• - ersetzt das Signal Sign {Cos(2pΦk) die Signale Fx und Fy des zitierten Patents,
• - erhält man das Signal ST aus dem Signal Sign {Sin(2pΦk) gefiltert} auf gleiche Weise, wie man dieses Signal ST in dem zitierten Patent aus dem Signal S erhalt, das heißt, daß ST ein Binärsignal ist, das bei jedem Übergang des Signals Sign {Sin(2pΦk) gefiltert} einen Rechtecktimpuls aufweist.
• Der Phasen-Frequenz-Komparator hat also eine vereinfachte, in dieser Figur 4 dargestellte Struktur. Er umfaßt ein logisches UND-Glied 51 mit drei Eingängen, das auf einem dieser Eingänge das Frequenzsignal 1/Te erhält, auf dem zweiten Eingang das Signal ST und auf dem dritten Eingang das Signal Sign {Sin(2PΦk) gefiltert}. Der Ausgang Q der Kippstufe liefert eine Angabe bezüglich des Phasenfehlervorzeichens und kann folglich benutzt werden, um den spannungsgeregelten Schwinger zu versehen.
• In Figur 5 ist ein Herstellungsbeispiel der Einrichtung zur Verriegelungs- und Synchronisationsverlustdetektion dargestellt, mit 60 bezeichnet in den Figuren 2A und 2B.
• Diese Vorrichtung umfaßt einen Zahler, der ermöglicht, eine bestimmte Anzahl aufeinandertolgender Vorzeichenwechsel des geiilterten Signals Sin(2pΦk) zu zahlen, wobei das gefilterte Signal Cos(2pΦk) positif bleibt. Der Zähler erhält dazu an seinem Eingang das Signal ST, das nur gultig gemacht wird, wenn das Signal Sign Cos{2pΦk) gefiltert} positiv ist. Auf den Zähler folgt ein Schwellenkomparator 64. Um den Charakter der Aufeinanderfolge der Vorzeichenubergange sicherzustellen, reinitialisiert jede Detektion eines Übergangs den Zähler 63, wenn das Signal Sign {Cos(2pΦk) gefiltert} negativ ist. Dies erfolgt durch den Ausgang eines logischen UND-Glieds mit der Referenz 62, das an einem seiner Eingänge das Signal ST erhalt, wobei auf dem anderen das Signal Sign {Cos(2pΦk) gefiltert} invertiert wird in einem Inverter 65.
• Die Schwelle des Komparators wurde bei der beschriebenen speziellen Anwendung auf acht festgelegt.
• Der Komparator 64 liefert das Verriegelungsdetektionssignal und steuert das Kippen der Schalter 12 und 13 in die Stellung II. Der Ausgang des logischen Glieds 62 liefert ein Synchronisationsverlust-Detektionssignal. Der Synchronisationsverlust wird nämlich detektiert, wenn man einen Zustandsübergang des Signal Sign {Sin(2pΦk) gefiltert} feststellt, wobei das Signal Sign Cos(2pΦk) gefiltert negativ ist.
• Der Ausgang dieses Glieds 62 ermöglicht, die Schalter 12 und 13 in die Stellung I zu steuern.
• Die Wahl einer Abfrage- bzw. Abtastfrequenz, die im Falle einer Modulation mit N Phasenzustanden, N=2p, die Periode Te < T/(2P+1 n ) hat, wobei 1/T die Modulationsgeschwindigkeit bezeichnet, ermöglicht es, ein Uberabtasten (sur-échantillonnage) der Signale P(t) und Q(t) zu erhalten, was der beschriebenen Vorrichtung ermoglicht, das Vorhandensein einer Frequenzverschiebung zu detektieren und zu annulieren, was gleichzeitig die Probleme der falschen Frequenzverriegelungen lost.
• Außerdem ermoglicht die beschriebene Vorrichtung, die richtige Verriegelung der Regelung zu detektieren, und dies unter Berücksichtigung einer bestimmten Anzahl von M aufeinanderfolgenden Vorzeichenwechseln von Sin(2p&Phi;t) (bzw. Sin(2p&Phi;k)), die stattfinden, während Cos(2p&Phi;t) (bzw. Cos(2p&Phi;k)) positiv bleibt, um zu entscheiden, daß das System richtig verriegelt ist.
• Von diesem Zeitpunkt an führt bzw. leitet man die Filtrierung ein, angepaßt an den phasengleichen und den um 90º phasenverschobenen Kanal, und dann verwendet man die klassische Costas-Schleife.
• Der vorhergehend beschriebene Phasen-Frequenz- Komparator erzeugt ein Phasengerausch, das nicht vernachlässigt werden kann, vor allem, wenn die Datenraten klein sind, was genau der Fall ist. Dies ist einfach mit der Tatsache verbunden, daß der Komparator permanent das entsprechende Korrektursignal liefert, das in erster Annäherung praktisch periodisch ist. Dieses Signal kann dann ein nicht zu vernachlassigendes Phasengeräusch erzeugen, je nach Zeitkonstante des Schleifenfilters, während umgekehrt, wenn die Datenraten hoch sind, dieses Phasengerausch schnell vernachlässigbar wird.
• Außerdem ermoglicht die beschriebene Vorrichtung, eine eventuelle ungewollte Entriegelung festzustellen und dann die Erfassungsphase neu zu starten mittels der Schalter 12 und 13, die man immer dann in die Stellung I bringt wenn das System nicht richtig verriegelt ist.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Trägerwellenrückgewinnung, die mit einem Mittel zum Verhindern einer falschen Frequenzverriegelung für die phasenmodulierten Signale mit N Phasenzuständen N=2p, mit p einer ganzen, positiven Zahl, versehen ist, umfassend eine Phasenverriegelungsschleife, die umfaßt:

- zwei Demodulationseinrichtungen (1, 2) des modulierten Eingangssignals, die zwei Signale X&sub1; (t) und Y&sub1;(t) liefern;

- einen spannungsgeregeiten Oszillator (4), der eine Sinuswelle liefert;

- einen ruhenden Phasenschieber (3) von 90º, der die Sinuswelle erhält und sie auf die zwei Demodulationseinrichtungen (1, 2) nach der Phasenverschiebung anwendet;

- Tiefpaßfiltereinrichtungen (5, 6) der Signale X&sub1;(t) und Y&sub1;(t), die an ihren Ausgängen zwei Signale X(t) und Y(t) liefern;

- einen Phasenkomparator vom Typ Costas (14) oder eine Multiplikationseinrichtung (8) in dem Fall, wo p=1; und

- ein Schleifenfilter (7), dessen Ausgang mit dem Eingang des spannungsgeregelten Oszillators (14) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß diese Phasenverriegelungsschleife ferner umfaßt:

- Signal-Abtasteinrichtungen (10, 11) der gefilterten Signale X(t) und Y(t), die an ihren Ausgängen Abtastsignale mit einer Signalabtastfrequenz Fe der Periode Te derart liefern, daß Fe > (2p+1 n )/T ist, wo T das Inverse der Modulationsgeschwindigkeit ist, n eine solche ganze Zahl in Bezug darauf ist, daß n /2T die Hälfte des Frequenzbandes darstellt, das auf die Frequenz der Trägerwelle zentriert ist, bei der die falschen Frequenzverriegelungen verhindert sind,

der Phasenkomparator (14) oder die Multiplikationseinrichtung (8) Abtastsignale P(tk) und Q(tk) empfangen, die entweder die Signale am Ausgang der Abtasteinrichtungen (10, 11) oder eine gefilterte Version dieser Signale im Fall des Erfassens einer Verriegelung sind,

daß die genannte Vorrichtung ebenfalls umfaßt:

- Signalverarbeitungseinrichtungen, die zum Berechnen der Änderungsrichtung des Phasenfehlers (40; 70) notwendig sind, die die Abtastsignale P(tk) und Q(tk) erhalten, die entweder die Signale am Ausgang der Abtasteinrichtungen (10, 11) oder eine gefilterte Version dieser Signale im Fall des Erfassens einer Verriegelung sind und in einer ersten Zeit erlauben, die Signale Sin(2&Phi;k) und Cos(2&Phi;k)zu erhalten, die für den Phasenfehler &Phi;k zwischen der Trägerwelle und der von dem Oszillator zum Zeitpunkt der Abtastung tk gelieferten Welle representativ sind, und in einer zweiten Zeit nach dem Filtern dieser zwei Signale ihre Polarität, d.h. das Vorzeichen des gefilterten Sin(2&Phi;k) Sign {gefilterter Sin(2&Phi;k)} und das Vorzeichen des gefilterten Cos(2&Phi;k) Sign {gefilterter Cos(2&Phi;k)};

einen Phasen-Frequenzkomparator (50), der das Signal Sign {gefilterter Sin(2&Phi;k)} und das Signal Sign {gefilterter Cos(2&Phi;k)} erhält, wobei dieser Komparator ermöglicht, die Richtung der Änderung des Phasenfehlers zu erfassen und ein adäquates Fehlersignal an die Filterschleife (7) liefert, wenn ein Synchronisationsverlust erfaßt worden ist, wobei das Filter (7) sonst den Ausgang des Phasenkomparators (14) oder der Multiplikationseinrichtung (8) erhält;

- Bestimmungsmittel für die Erfassung (60), die gestatten, auf der Grundlage von unter anderem von dem Phasen-Frequenz-Komparator (50) ausgegebener Information ein erstes Signal (11) zu liefern, das der Verriegelungsbestimmung entspricht, oder ein zweites Signal (1), das einer Bestimmung des Synchronisationsverlusts entspricht; und

- angepaßte Filtermittel (30, 31), die in die Phasenverriegelungsschleife nach den Atasteinrichtungen (10, 11) eingeschaltet sind, wenn die Verriegelungsbestimmungsmittel (60) eine Verriegelung erfaßt haben, um die genannte gefilterte Version der Abtastsignale P(tk) und Q(tk) zu liefern.

2. Rückgewinnungsvorrichtung für eine Trägerwelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen (40, 70), die für die Erfassung der Änderungsrichtung des Phasenfehlers notwendig sind, umfassen:

- eine arithmetische und logische Einheit (41), die die Abtastsignale P(tk) und Q(tk) erhält und ein erstes Signal sin(2p&Phi;k) und ein zweites Signal Cos(2p&Phi;k) liefert, die für den Phasenfehler zwischen der Trägerwelle und der Welle am Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators repräsentativ sind,

- ein transversales, digitales Filter (42, 43) für jedes der für den Phasenfehler repräsentativen Signale, das ein Signal liefert, das für das Vorzeichen des ersten und zweiten Signals nach der Filterung repräsentativ ist.

3. Rückgewinnungsvorrichtung für eine Trägerwelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasen- Frequenz-Komparator (50) ein Flip-Flop vom Typ D (52) umfaßt, das an seinem Eingang D das Vorzeichensignal des ersten Signals, das für den gefilterten Phasenfehler repräsentativ ist, und ein Taktsignal an seinem Takteinang erhält, das von einer logischen UND-Torschaltung (51) geliefert wird, die an ihren Eingängen das Vorzeichensignal des zweiten Signals, das für den gefilterten Phasenf ehler repräsentativ ist, das Abtastsignal und ein Signal (ST) erhält, das eine Zustandsänderung des Vorzeichensignals des ersten gefilerten Phasenfehlersignals darstellt.

4. Rückgewinnungseinrichtung für eine Trägerwelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsmittel für die Verriegelung und den Synchronisationsverlust (60) umfassen:

- einen Zähler (63) dessen Eingang das Signal (ST) erhält, das eine Zustandsänderung des Vorzeichensignals des ersten gefilterten Phasenfehlersignals erhält, das durch das Vorzeichensignal des zweiten gefilterten Phasenfehlersignals gültig gemacht worden ist,

- einen Schwellenkomparator (64), der das Ausgangssignal des Zählers erhält und ein Verriegelungsbestimmungssignal liefert, wenn die Anzahl der gültig gemachten Zustandsänderungen, die von dem Zähler erhalten werden, größer als die Schwelle sind,

- eine erste logische Torschaltung (61), die an ihren Eingängen ein Signal (ST) erhält, das eine Zustandsänderung des Vorzeichensignals des ersten gefilterten Phasenfehlersignals Sign {Sin(2p&phi;k) gefiltert} und das Vorzeichensignal des zweiten gefilterten Phasenfehlersignals Sign {Cos(2p&Phi;k) gefiltert} erhält,

- eine zweite, logische Torschaltung (62), die an ihren Eingängen das Signal (ST), das eine Zustandsänderung des Vorzeichensignals des ersten, gefilterten Phasenfehlersignals darstellt, und das zweite Phasenfehlersignal Sign {Cos(2p&Phi;k) gefiltert} erhält, das vorhergehend invertiert worden ist, und die ein Signal liefert, dessen Zustand eine Bestimmung des Synchronisationsverlusts darstellt, wobei dieses Signal an einen Rücksetzeingang für die Anfangsbedingungen des Zählers (63) angelegt wird.