DE2820943B2 - Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz eines vielpegeligen Phasenumtastsignals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz eines vielpegeligen Phasenumtastsignals mit .V Phasenzuständen für einen Demodulator, mit einem Anfachen Frequenzvervielfacher, einem nachgeschalteten Filter und einem 1/ΛΛ Frequenzteiler.

Bei einer derartigen bekannten Schaltungsanordnung gemäß der DE-OS 22 16 259 ist das Empfangssignal einer Serienschaltung eines Frequenzvervielfachers, eines nachfolgenden selektiven Bandfilters, das auf die vierfache Trägerfrequenz abgestimmt ist, und eines Frequenzteilers, der die Frequenz des Ausgangssignals des Bandfilters auf die Frequenz der Trägerschwingung herunterteilt, zugeführt

In der Praxis erweist es sich bei einer derartigen Schaltungsanordnung als außerordentlich schwierig, das

ίο vorgesehene und notwendige Bandfilter derart zu konstruieren, daß es das erforderliche Frequenzverhalten aufweist Überdies wird durch dieses Bandfilter in der Schaltungsanordnung eine Phasenverschiebung eingeführt die zu einer Phasenverfälschung der am Ausgang erzeugten Trägerschwingung führt Es ist daher notwendig zusätzlich eine Phasenkorrekturschaltung vorzusehen, die den Schaltungsaufbau kompliziert und Abgleichs- bzw. Driftprobleme mit sich bringt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des neuen Hauptanspruchs genannten Gattung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau phasengetreu arbeitet.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das PSK-Signal zur Erzeugung von Basisbandsignalen an eine mit einem lokal erzeugten Bezugssignal, dessen Frequenz nominell gleich der Trägerfrequenz ist, versorgte Mischstufe angelegt ist, daß Teile der darin erzeugten Basisbandsignale einem /V-fachen Frequenzvervielfacher zugeführt sind, dem ein Tiefpaßfilter nachgeschaltet ist, und daß die Ausgangssignale des Tiefpaßfilters über einen 1/N-Frequenzteiler zur Mischung mit dem lokal erzeugten Bezugssignal oder einem davon abgeleiteten Signal an eine Mischstufe geführt sind.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung ist also das Filter zwischen dem Frequenzvervielfacher und dem Frequenzteiler als Tiefpaßfilter zur Extrahierung der Trägerfrequenz ausgeführt, also als ein Filter dessen Frequenzgang auf die Frequenz Null zentriert ist. Konstruktion- und Dimensionierungsprobleme ergeben sich bei einem Tiefpaßfilter ebenso wenig, wie nennenswerte, störende Phasenverschiebungen. Vor allem aber kann die Bandbreite des Tiefpaßfilters sehr einfach und genau dadurch verändert werden, daß ein oder zwei passive Bauteile verändert werden. Dies bedeutet, daß der Demodulator, in dem die Schaltungsanordnung verwendet wird, sehr vielseitig ist und einen weiten Bereich von Symbolraten verarbeiten kann. Eine Veränderung der Symbolrate erzeugt nämlich eine entsprechende Veränderung der effektiven Bandbreite des empfangenen Signals, wobei das Tiefpaßfilter auf einfache Weise entsprechend angepaßt werden kann. Überdies ist anzumerken, daß in Demodulatoren das Filterprofil sehr kritisch ist, so daß es sich wiederum als Vorteil erweist, ein leicht anpaßbares Tiefpaßfilter anstelle eines nach dem Stand der Technik eingesetzten Bandfilters zu verwenden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, ein Eingangssignal in das Basisband umzusetzen, d. h. in ein auf die Frequenz Null zentriertes Frequenzband, und die Trägerfrequenz in diesem Basisband mittels eines Tiefpaßfilters zu extrahieren. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zuerst das Eingangssignal mit einem Bezugssignal aus einem lokalen Oszillator gemischt wird, dessen Frequenz nominell der erwarteten Trägerfrequenz entspricht. Da das empfangene Signal aus einer entfernten Station stammt, ist zwar der

genaue Wert der Trägerfrequenz nicht bekannt, doch kann gleichwohl ein Annäherungswert vermutet werden. Vorausgesetzt, daß die Frequenz des lokalen Oszillators der empfangenen Trägerfrequenz einigermaßen nahekommt, kann dann mittels des Tiefpaßfilters der genaue Wert der Trägerfrequenz extrahiert werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

F i g. 1 die allgemeinste Ausführungsform eines Teils eines erfindungsgemäßen Demodulators;

Fig.2 eine abgeänderte Ausführungsform der in F i g. 1 gezeigten Schaltung;

Fig.3 als Erläuterung die Anwendung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltungen; diese Anwendung erleichtert unter Verwendung des wiedergewonnenen Trägersignals das Extrahieren des Taktes und die Regeneration der Daten;

Fig.4 eine abgeänderte Schaltungsanordnung mit verbesserten elektrischen Eigenschaften;

F i g. 5 und 6 erläuternde Diagramme, die sich auf die Frequenzmultiplikations- und -Divisionsschaltungen der Fig. 2 beziehen; und

F i g. 7 ein der Erläuterung dienendes Diagramm, das sich auf F i g. 4 bezieht

In F i g. 1 läßt sich eine Schaltung erkennen, welche dazu geeignet ist, aus einem empfangenen Breitband-Signal, das Phasenverschiebungs-Tastsignale (PVT-Signa-Ie) trägt, eine Trägerfrequenz herauszuziehen. Die Eingangssignale sind an einen Anschluß 1 angelegt, der mit einem Leistungsaufteiler 2 verbunden ist, welcher die Leistung gleich unterteilt und sie einem Paar von Mischgliedern 3 und 4 zuführt. Die zweiten Eingänge der Mischglieder 3 und 4 empfangen Signale von einem lokalen Oszillator bzw. Empfängeroszillator 5, dessen Frequenz nominell die gleiche wie die Trägerfrequenz des Eingangssignal ist. Das Signal vom Oszillator 5 wird direkt an das Mischglied 4 angelegt, durchläuft jedoch eine Phasenverschiebung von 90°, bevor es an das Mischglied 3 angelegt wird. Die Ausgangssignale der Mischglieder 3 und 4 werden durch Tiefpaßfilter 6 bzw. 7 geführt, die so ausgebildet sind, daß sie nur die Differenzsignale, die von den Mischgliedern erzeugt wurden, durchlassen. Die Summensignale werden abgeschwächt. Folglich liegen am Ausgang der zwei Filter Basisband Signale vor, die an einen Frequenzvervielfacher 8 angelegt werden, der in diesem Falle einen Frequenzvervielfachungsfaktor von 4 liefert. Es wurde angenommen, daß die ankommenden Signale vier Phasenpegel besitzen und daß durch Vervielfachung der Frequenzanteile im Basisbandsignal um einen Faktor von 4 die Modulationskomponenten entfernt sind, und damit Signale übrig bleiben, die für die Trägerfrequenz und -phase repräsentativ sind. Die multiplizierten Frequenzen werden an ein weiteres Paar von Tiefpaßfiltern 9 und 10 angelegt, welche unerwünschte Oberschwingungen und Signalkomponenten, welche durch den Frequenzvervielfachungsprozeß erzeugt wurden, entfernen. Die gefilterten Signale werden in einer Teilerschaltung 11, welche eine Frequenzunterteilung durch einen Faktor 4 bewirkt, frequenzunterteilt. Die dividierten Signale werden zu einem weiteren Paar von Mischgliedern 12 und 13 geführt, wo sie mit dem Signal des lokalen Oszillators 5 gemischt werden. Das Signal vom lokalen Oszillator 5 wird an das Mischglied 13 direkt angelegt, durchläuft jedoch eine Phasenverschiebung von 90°, bevor es an das Mischglied 12 angelegt wird. Die Wirkung der Mischglieder 12 und 13 liegt darin, die für die Trägerfrequenz repräsentativen Signale zur gleichen Frequenz zurückzuwandeln, welche sie am EingangsanschluB 1 hatten. Auf die Rekombination dieser zwei Signale an einer Kombinierschaltung 14 wird die Trägerfrequenz zurückgewonnen und an einem Anschluß 15 bereitgestellt Sobald die Trägerfrequenz zurückgewonnen worden ist kann sie zur Erzeugung eines Taktsignals und zum Extrahieren der modulierten Daten aus dem empfangenen Signal verwendet werden.

Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung ist u. U. schwierig zu betreiben, da der Frequenzteiler 11 Basisband-Signale frequenzunterteilen muß, die nach ihrer Defination, Anteile sehr niedriger Frequenz einschließlich Gleichspannungspegel enthalten. In Fig.2 ist eine mehr praxisbezogene Schaltung gezeigt; dabei läßt sich erkennen, daß das vordere Ende dieser Schaltung sehr ähnlich mit dem von Fig. 1 ist Jedoch wird von einer Signalquelle 16 eine willkürliche Hochfrequenz und in diesem Falle 2 MHz an die Mischglieder 17 und 18 angelegt, welche auf die Tiefpaßfilter 9 und 10 folgen. Wiederum durchläuft das Signal von der Frequenzquelle 16 eine Phasenverschiebung von 90°, bevor es an das Mischglied 17 angelegt wird. Die zwei auf 2 MHz zentrierten Frequenzen, die an den Ausgängen der Mischglieder 17 und 18 bereitgestellt werden, werden in einer Kombinierschaltung 19 kombiniert und dann durch einen Faktor 4 in einer Frequenzteilerschaltung 20 frequenzunterteilt Da jedoch diese Frequenzteilerschaltung Frequenzen unterteilt, die anstatt bei Gleichspannung, wie es in Fig. 1 der Fall war, auf 2 MHz zentriert sind, läßt sie sich unter Verwendung bekannter digitaler Frequenzunterteilungstechniken auf sehr einfache Weise verwirklichen. Das frequenzgeteilte Signal wird bei einem Leistungsteiler 21 aufgespalten und an ein Paar weiterer Mischglieder 22 und 23 angelegt, wo sie mit einem Signal, das von der Signalquelle 16 abgeleitet wird, kombiniert werden. Es sei bemerkt, daß das Signal auch in einem weiteren Frequenzteiler 24 durch einen Faktor 4 unterteilt wird und an das Mischglied 23 direkt uniJ an das Mischglied 22 über einen 90°-Phasenschieber angelegt wird. Die unteren Seitenbänder des gemischten Signals werden durch ein Paar von Tiefpaßfiltern 25 und 26 geführt, deren Abschneidefrequenzen in der Größenordnung von 0,1 MHz liegen. Die gefilterten Signale werden dann an zwei Mischglieder 12 und 13 angelegt, welche den in F i g. 1 gezeigten Mischgliedern entsprechen. Bei diesen Mischgliedern wird das Signal vom geräteeigenen Oszillator 5 wiedereingesetzt; die wiedergewonnene Trägerfrequenz wird am Ausgang der Kombinierschaltung 14, sowie es zuvor der Fall war, erhalten.

In Fig. 3, in der die in Fi g. 1 und 2 gezeigten Schaltungen als Träger-Rückgewinnungs-Schaltung 3i bezeichnet sind, wird schematisch gezeigt, auf welche Weise die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Schaltungen zur Erzeugung eines Taktsignals und zur Regenerierung der modulierten Daten verwendet werden kann. Diese Schaltung ist mit einem automatischen Frequenzregelkreis 32 ausgestattet, der den Oszillator 5 so steuert, daß er der wiedergewonnenen Trägerfrequenz folgt. Die TrSjer-Rückgewinnungsschaltung 31 erzeugt unvermeidbar eine gewisse Verzögerung und eine gewisse Gesamtphasenverschiebung. Um dies zu kompensieren, sind in einem Signalweg 35 Verzögerungs- und Phasenverschiebungs-Schaltungen 33 und 34 vorgese-

hen. Die PVT-Signale werden an ein weiteres Paar von Mischgliedern 36 und 37 angelegt, die die wiedergewonnene Trägerfrequenz ebenfalls empfangen. Das Mischglied 37 empfängt diese Frequenz direkt, während das an das Mischglied 36 angelegte Signal eine Phasenverschiebung von 90° erfährt. Nachdem die gemischten Signale durch ein Paar Tiefpaßfilter 38 und 39 geführt werden, werden sie zu Taktextrahier- und Datenregenerier-Schaltungen geführt, die, da ihr Aufbau konventionell sein kann, nicht wiedergegeben sind. Es mag sein, daß die Schaltungsanordnung, die in F i g. 3 zu sehen ist, noch verbesserungsfähig ist, da die Möglichkeit besteht, daß Signale vom Oszillator 5 in den aus den Mischgliedern 36 und 37 bestehenden Demodulatorkreis durchschlagen. Dies erscheint höchst unerwünscht, da auf diese Weise Gleichkanalinterferenzen erzeugt werden könnten. Zusätzlich erscheint es wünschenswert, eine möglichst schnelle Erfassung der Trägerfrequenz zu erreichen oder alternativ dazu bei einer gegebenen Erfassungszeit das Schwanken der Phase der wiedergewonnenen Trägerfrequenz zu minimieren. Dies erfordert den Einbau einer Verzögerung in den Signalweg 35, um die inhärent in der Träger-Rückgewinnungsschaltung 31 vorhandene Verzögerung auszugleichen.

Dies zufriedenstellend in der gezeigten Schaltung durchzuführen, kann sich als etwas problematisch erweisen.

In Anbetracht dessen wurde eine alternative Schaltungsanordnung entwickelt, die in F i g. 4 zu sehen ist. In dieser Schaltungsanordnung wird die Rückgewinnung der Trägerfrequenz integral mit der Demodulation des empfangenen Breitband-PVT-Signals durchgeführt Der vordere Bereich der Schaltung ist gleichartig zu dem in F i g. 1 gezeigten Bereich aufgebaut und enthält den gleichen Eingangsanschluß 1, Leistungsteiler 2, gleiche Mischglieder 3 und 4, den gleichen Oszillator 5 und die gleichen Filter 6 und 7. Das Ausgangssignal von den Filtern 6 und 7 wird zu einem Frequenzvervielfacher 41 geschickt der eine Frequenzmultiplikation mit dem Faktor 4 bewirkt Die Ausgangssignale werden durch ein Paar von Tiefpaßfiltern 42 und 43 geführt, welche nur die Basisband-Signale übrig lassen; diese werden ihrerseits bei Mischgliedern 44 und 45 mit einem 20 MHz Signal gemischt das von einem weiteren Oszillator 46 erhalten wird. Das Signal vom Oszillator 46 wird an das Mischglied 45 direkt angelegt durchläuft aber eine Phasenänderung von 90°, bevor es an das Mischglied 44 angelegt wird. Die resultierenden Frequenzen von den Mischgliedern 44 und 45, die auf 20 MHz zentriert sind, werden in einer Summierschaltung 47 kombiniert und über einen einstellbarer Phasenschieber 48 zu einer Frequenzteilerschaltung 49 geschickt, die einen Frequenzdivisionsfaktor von 4 besitzt. Der Teiler 49 besitzt zwei Ausgangsanschlüsse an denen geteilte Frequenzen mit einer relativer Phasendifferenz von 90° erhalten werden. Diese frequenzgeteilten Signale werden an weitere Mischglieder 50 und 51 angelegt

Die von den Tiefpaßfiltern 6 und 7 erhaltenen Signale

ίο werden ebenfalls über Verzögerungsschaltungen 52 und 53 zu einem Paar von Mischgliedern 54 und 55 geschickt. Die Funktion der Verzögerungsschaltungen 52 und 53 liegt darin, die Verzögerung durch die Filter 42 und 43 hindurch auszugleichen. Die Verzögerungsschaltungen können durch die Verwendung von getasteten Verzögerungsleitungen von der Art einei ladungsgekoppelten Einrichtung (charge coupled device) oder durch äquivalente Elemente verwirklich werden. Die Verzögerung kann deshalb sehr leicht ar einen großen Bereich von Bandbreiten, wie sie durch di< Filter 42 und 43 bestimmt werden, angepaßt werden Eine Kompensation für Verzögerungen, die durch der Vervielfacher 41 eingeführt wurden, kann ebenfalls au diese Weise bewirkt werden. Die anderen Eingänge dieser zwei Mischglieder nehmen das Signal von Oszillator 46 auf, nachdem in einem zweiten Frequenz teiler 56 die Frequenz durch einen Faktor 4 dividier worden ist Dieser Frequenzteiler stellt ebenfall: Ausgangssignale mit einer relativen Phasenverschie bung von 90° bereit, die an die Mischglieder 54 und 5i angelegt werden. Nach dem Mischen werden dies« Signale in einer Summierschaltung 57 kombiniert, di< ein Signal erzeugt dessen Nominalfrequenz 5 MHz ist Das so erhaltene Signal wird bei einem Leistungsteile 58 aufgespalten und an die zwei Mischglieder 50 und 51 angelegt Die Trägerfrequenz wird beim Teiler 4! erzeugt und mit den Signalen bei Mischgliedern 50 un« 51 zum Zwecke der Taktextrahierung und, fall; erforderlich, der Datenneubildung gemischt Zur Entfer nung der oberen Seitenbänder, die durch die Mischglie der erzeugt wurden, werden die Signale durcl Tiefpaßfilter 59 und 60 geschickt

Aus den der Erläuterung dienenden schematischei Darstellungen, die in den F i g. 5,6 und 7 gegeben sind läßt sich die Art und Weise, in der die in dei vorhergehenden Figuren gezeigten Schaltungen arbei ten, erkennen. In diesen Figuren sind die verschiedene! Frequenzen und Phasen, die bei unterschiedlicher Stellen in den Schaltungen vorliegen, gekennzeichnet so daß die Bildung spezieller Frequenzen und dei zugeordneten Phasen verfolgt werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz eines vielpegeligen Phasenumtastsignals mit N Phasenzuständen für einen Demodulator, mit einem N-fachen Frequenzvervielfacher, einem nachgeschalteten Filter und einem 1 /N- Frequenzteiler, dadurch gekennzeichnet,
daß das PSK.-Signal zur Erzeugung von Basisbandsignalen an eine mit einem lokal erzeugten Bezugssignal, dessen Frequenz nominell gleich der Trägerfrequenz ist, versorgte Mischstufe (3, 4) angelegt ist,

daß Teile der darin erzeugten Basisbandsignale einem JV-fachen Frequenzvervielfacher (8) zugeführt sind, dem ein Tiefpaßfilter (9,10) nachgeschaltet ist, und

da3 die Ausgangssignale des Tiefpaßfilters (9, 10) über einen 1/N-Frequenzteiler (11) zur Mischung mit dem lokal erzeugten Bezugssignal oder einem davon abgeleiteten Signal an eine Mischstufe (12, 13) geführt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PSK-Signal in zwei Teilsignale gleicher Leistung aufgespalten in zwei Schaltungszweige eingespeist daß das erste Teilsignal gespeisten Mischstufe (4) angelegt ist, und daß das zweite Teilsignal im zweiten Schaltungszweig einer mit dem um 90° phasenverschobenen Bezugssignal gespeisten Mischstufe (3) zugeführt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die um 90° zueinander phasenverschobenen Ausgangssignale der beiden Mischstufen (3, 4) über je ein Tiefpaßfilter (6, 7) dem Mfachen Frequenzvervielfacher (8) zugeführt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem ΛΖ-fachen Frequenzvervielfacher (8) in jedem Schaltungszweig je ein Tiefpaßfilter (9,10) nachgeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Tiefpaßfilter (9, 10) jeweils einer mit Hochfrequenz gespeisten Mischstufe (17, 18) zugeführt sind, und daß die Ausgangssignale der Mischstufen (17, 18) an den l/N-hrequenzteiler(20) geleitet sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das PSK-Signal in einem weiteren Schaltungszweig (35) durch eine die im Frequenzvervielfacher (8) und den Tiefpaßfiltern (9,10) auftretenden Verzögerungen kompensierende Verzögerungsschaltung (33) geführt ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungswert der Verzögerungsschaltung (33) in Abhängigkeit von der Bandbreite der Tiefpaßfilter (9, 10) einstellbar veränderlich ist.