AT398658B - Störschutzschaltung für demodulatoren digital modulierter signale - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Störschutzschaltung für Demodulatoren digital modulierter Signale mit Demodulation durch Quadraturmodulation des empfangenen Signales unter Verwendung von Auswerteschaltungen für je zwei Quadratur-Komponenten, die nach auf unterschiedliche Weisen (Zeitverzögerung, Differentiation oder Integration) bewirkten 90'-Phasenverschiebungen und nach Digitalisierung mittels Komparatoren und nachgeschalteten Speicherstufen logisch überprüfbare Signalstrukturen aufweisen, die einer Äquivalenz- oder Antivalenzprüfung unterzogen werden.

Empfänger mit Quadraturmodulation sind beispielsweise in "John H. Park; An FM Detector for Low S/N; IEEE Trans.Commun. COM-18,Aprll 1970" beschrieben. Auch die US-PS 4,953,182 beschreibt einen derartigen Empfänger, bei dem adaptiv Verstärkung und Phaseneinstellung korrigiert werden. Quadraturdemodulationsschaltungen werden weiterhin in GB-A-2 242 588, ΘΒ-Α 2 244 611 und in GB-A-2 187 349 beschrieben.

Da sich Digitalsignale durch Folgen von "L"- und "H"-Werten darstellen lassen, ist es üblich geworden, diese Werte durch zwei zugeordnete Frequenzen zu repräsentieren, die zwecks drahtloser Übertragung auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert werden. Um die Übertragung möglichst hoher Bitraten zu gewährleisten, ist es erforderlich, bei der empfängerseitigen Demodulation die Übergangszeitpunkte zwischen den "L"-und "H"-Signalen möglichst genau zu erfassen. Hierzu werden die beiden Frequenzen nach erstmaliger Demodulation von ihrer gemeinsamen Trägerfrequenz einer zweiten Demodulation unterzogen, um die entsprechenden "L"- bzw. "H"-Werte als Digitalsignale zu rekonstruieren. Wegen der geforderten Präzision bei der Rekonstruktion der Übergangszeitpunkte zwischen den die "L"- bzw."H"-Werte repräsentierenden Frequenzen wird für die genannte zweite Demodulation ein Quadratur-Demodulationsverfahren angewendet, das also nicht nur die Amplituden, sondern auch die Nulldurchgänge dieser Frequenzen mit Hilfe von Phasenverschiebungen um je 90 · -Phasenwinkel zu erfassen gestattet.

Die Zuverlässigkeit der Signalverarbeitung bei Anwendung einer Quadraturmodulation beruht auf der Auswertung einer redundanten Signalstruktur und zwar mittels zweier Quadratur-Komponenten, die auf unterschiedliche Weisen Phasenverschiebungen von je 90' unterzogen und danach miteinander verglichen werden. Hierzu werden die miteinander zu vergleichenden analogen Signale mittels Komparatoren in Digitalsignale umgewandelt, die, je nach Art der Erzeugung der Phasenverschiebung entweder mittels Zeitverzögerung oder durch Differentiation oder durch Ingetration, einer Äquivalenz- oder einer Antivalenzprüfung unterzogen werden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der bei der erfindungsgemäßen Störschutzschaltung vorgesehenen Demodulatoren ist der prinzipielle Aufbau eines Demodulators mit nur einer Auswerteschaltung in Fig. 1 dargestellt.

Das zu demodulierende Signal ist ein Impulstelegramm, bei dem die Impulse durch eine um eine Basisfrequenz f erhöhte Mittenfrequenz F also durch eine Frequenz (F+f) und die Impulspausen durch die um diese Basisfrequenz f verminderte Mittenfrequenz F, also durch eine Frequenz (F-f) repräsentiert werden. Diese beiden Frequenzen (F+f) und (F-f) werden von einem auf die Mittenfrequenz F als Trägerfrequenz abgestimmten Empfänger 1 empfangen und zwei Modulatoren 2 und 3 zugeführt. Im Modulator wird das empfangene Signal mit einer am Empfangsort von einem Oszillator 4 erzeugten Modulationsfrequenz gemischt, die gleich etwa mit der empfangenen Mittenfrequenz F ist. Während die Modulationsschwingung des Oszillators 4 dem Modulator 2 unmittelbar zugeführt wird, erhält der Modulator 3 eine Modulationsschwingung, die mittels eines Phasenschiebers 5 um eine Viertelperiode (90') gegenüber der ursprünglichen Modulationsschwingung phasenverschoben ist. An den Ausgängen der Modulatoren 2,3 bilden sich somit zwei quadraturmodulierte Signale von der Basisfrequenz f.

Es ist leicht nachweisbar, daß im Falle, daß der Modulator 2 eine Schwingung liefert, die aufgrund ihrer Phasenlage (abgesehen von der Amplitude) durch die Funktion sin 2irft darstellbar ist, dann vom Modulator 3 eine Funktion geliefert wird, die durch cos 2irft darstellbar ist. Mit 6 ist in Fig. 1 ein Differentiationsglied bezeichnet, das vom Ausgangssignal des Modulators 3 den Differentialquotienten bildet; im speziellen Fall ergibt sich durch die Differentiation aus der Funktion cos 2irft (ebenfalls ohne Berücksichtigung der Amplitude) das Signal -sin 2-n-ft, also genau das negative Signal des Modulators 2. Mittels zweier Komparatoren 7 und 8 werden die Ausgangssignale des Modulators 2 einerseits und des Differentiationsgliedes 6 anderseits bezüglich der Erreichung je eines entsprechenden Schwellwertes geprüft. Die Ausgangssignale der Komparatoren 7 und 8 sind demnach Impulse mit entgegengesetzten Vorzeichen. Die Gegensätzlichkeit dieser Impulse wird schließlich durch ein ein Antivalenzgatter 9 überprüft, das also durch ein Ausgangssignal die Demodulation eines vom Empfänger 1 erhaltenen Eingangsimpulses meidet und während der Eingangsimpuispausen kein Ausgangssignal liefert. Die Eindeutigkeit der Aussage des Antivalenzgatters 9 wird durch einen weiteren Komparator 10 sichergestellt.

Außer der in Fig. 1 beschriebenen Auswerteschaltung mit Quadraturmodulation ist eine weitere möglich, bei der beide Quadraturkomponenten durch verschiedenartige, jedoch gleichsinnige 90'-Phasenverschie- 2

AT 398 658 B bungen gleiche Phasenlagen aufweisen, die durch ein Äquivalenzgatter überprüfbar sind.

Der Vorteil des hohen zeitlichen Auflösungsvermögens, den die Quadraturmodulation bietet, ist mit dem Nachteil einer hohen Störanfälligkeit bei kleinen Signalamplituden verbunden. Besonders störend sind Rauschsignale, die in zeitlicher Nähe eines Nulldurchganges des empfangenen Signales auftreten, also bei jener Quadraturkomponente, die bei der Auswerteschaltung nach Fig. 1 keiner Phasenverschiebung unterworfen wird. Es hat sich erwiesen, daß sich diese Störungen aber auch auf die andere, durch zweimalige gleichsinnige 90"-Phasenverschiebungen letziich um 180° phasenverschobene Quadraturkomponente auswirken.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Störanfälligkeit von Demodulatoren mit Quadraturmodulation zu reduzieren und erzielt dies dadurch, daß zwei Auswerteschaltungen vorgesehen sind, in deren erster eine zweimalige gleichsinnige 90 * -Phasenverschiebung in nur einer Komponente erfolgt, während in der zweiten Auswerteschaltung gleichsinnige 90*-Phasenverschiebungen in den beiden Komponenten stattfinden, die mittels Äquivalenzgatter ausgewertet werden, und daß die aus den beiden Quadratur-Komponenten der ersten Auswerteschaltung gewonnenen digitalen Signale von mit hohen Abtastraten betriebenen Antivalenzgattern überwacht sind, die bei gleichzeitigen Signaländerungen beider Komponenten eine Umschaitung der Signalauswertung von der ersten Auswerteschaltung auf die zweite Auswerteschaltung auslösen. Der Erfindung liegt die Erfahrung zugrunde, daß Störungen der Quadraturmodulation mit zweimaliger 90"-Phasenverschiebung der einen Komponente unwirksam bleiben bei einer Quadraturmodulation mit gegensinnigen 90 · -Phasenverschiebungen der beiden Quadraturkomponenten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.

Prinzipiell besteht die erfindungsgemäße Störschutzschaltung aus zwei Auswerteschaltungen I und II, die in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien voneinander getrennt dargestellt sind. Beide Auswerteschaltungen werden gemeinsam mit den gleichen um 90 · gegeneinander phasenverschobenen Signalen versorgt, die auf die gleiche Art, wie in Fig. 1 dargestellt, gewonnen werden. Hierbei gelangt die in ihrer Phase belassene Quadraturkomponente (entsprechend dem Ausgangssignai des Modulators 2) an die Klemme 11 und die um 90" phasenverschobene Komponente (entsprechend dem Ausgangssignal des Modulators 3) an die Klemme 12. Die Auswahischaltung I entspricht in ihrer Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten; demnach sind das Differentiationsglied 6 sowie die Komparatoren 7 und 8 in gleicher Weise wie in Fig. 1 bezeichnet. Bei der Auswerteschaltung II sind die entsprechenden Glieder mit 16,17 und 18 bezeichnet. Mit 14 sind einheitlich kurzzeitig betätigte Speicherstufen bezeichnet, von denen jeweils eine an die Ausgänge der Komparatoren 7,8 bzw. 17,18 angeschlossen. Diese Speicherstufen 14 sind über ein System von mit strichlierten Linien angedeuteten Leitungen an einen Taktgeber 15 für Abtastimpulse mit einer hohen Abtastrate angeschlossen, die also wesentlich höher ist als die Impulsrate der zu demodulierenden Impulse. Die Speicherstufen 14 halten die jeweils eingegebenen Werte für die Dauer des Abstandes zwischen zwei Abtastimpulsen fest und ermöglichen so eindeutige logische Auswertungen.

Die den Komparatoren 7 und 8 der Auswerteschaltung I nachgeschalteten Speicherstufen 14 haben eine zusätzliche Funktion im Zusammenwirken mit zwei angeschlossenen Antivalenzgattern 19 und 20, welche die Übereinstimmung der Ein- und Ausgangssignale der zugeordneten Speicherstufen 14 während der Dauer jeweils einer Abtastperiode zwischen zwei Abtastimpulsen überwachen. Wenn nämlich eines der als Änderungsdetektoren wirkenden Antivalenzgatter 19 bzw. 20 anspricht, so bedeutet dies, daß innerhalb der betreffenden Abtastperiode das Vorzeichen des demodulierten Signales gewechselt hat. Tritt dieser Umstand bei den von den beiden Quadraturkomponenten abgeleiteten Signalen gleichzeitig ein, so ist dies ein Indiz für eine Störung durch Rauschsignale nahe dem Nulldurchgang des demodulierten Signales. In diesem Fall sprechen daher beide Antivalenzgatter 19 und 20 gleichzeitig an, deren Ausgangssignale mit einer durch nachgeschaltete, ebenfalls vom Abtasttakt gesteuerte Verzögerungsglieder 21 und 22 bewirkten Verzögerung einem Koinzidenzgatter 23 zugeleitet werden. Das Ansprechen des Koinzidenzgatters 23 bedeutet daher das Auftreten einer solchen Störung und wird daher als Auslösesignal zur Umschaltung von der Auswerteschaltung I zur Auswerteschaltung II verwendet.

Die Ausgangssignale der Komparatoren 7 und 8 werden nach Abspeicherung durch die Speicherstufen 14 durch ein Antivalenzgatter 24 ausgewertet, das dem Gatter 9 der Fig. 1 entspricht. In der Auswerteschaltung II werden hingegen die Ausgangssignale der Komparatoren 17 und 18 ebenfalls nach Abspeicherung durch ein Äquivalenzgatter 25 ausgewertet. Mit 26 ist ein in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Koinzidenzgatters 23 betätigter Umschalter bezeichnet, der bei einer durch die Antivalenzgatter 19 und 20 indizierten Störung die Signalauswertung von der Auswerteschaltung I auf die Auswerteschaltung II verlegt. Den Valenzgattern 24 und 25 ist je ein weiteres Verzögerungsglied 27 bzw. 28 nachgeschaltet. Diese Verzögerungsglieder 27 und 28 sind ebenfalls durch den Abtasttakt des Taktgebers 15 gesteuert und synchronisieren die Ausgabe der demodulierten Signale aufeinander. Das auf diese Weise von Störungen nicht beeinträchtigte Signal wird vom Ausgang 29 des Umschalters 26 abgenommen. 3

Claims (1)

1. AT 398 658 B Patentansprüche 1. Störschutzschaltung für Demodulatoren digital modulierter Signale mit Demodulation durch Quadraturmodulation des empfangenen Signales unter Verwendung von Auswerteschaltungen für je zwei Quadratur-Komponenten, die nach auf unterschiedliche Weisen (Zeitverzögerung, Differentiation oder Integration) bewirkten 90 · -Phasenverschiebungen und nach Digitalisierung mittels Komparatoren und nachgeschalteten Speicherstufen logisch überprüfbare Signalstrukturen aufweisen, die einer Äquivalenz- oder Antivalenzprüfung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Auswerteschaltungen (l,ll) vorgesehen sind, in deren erster (I) eine zweimalige gleichsinnige 90 · -Phasenverschiebung in nur einer Komponente erfolgt, während in der zweiten Auswerteschaltung (II) gleichsinnige 90"-Phasenverschiebungen in den beiden Komponenten stattfinden, die mittels Äquivalenzgatter (25) ausgewertet werden, und daß die aus den beiden Quadratur-Komponenten der ersten Auswerteschaltung (I) gewonnenen digitalen Signale von mit hohen Abtastraten betriebenen Antivalenzgattern (19,20) überwacht sind, die bei gleichzeitigen Signaländerungen beider Komponenten eine Umschaltung (26) der Signalauswertung von der ersten Auswerteschaltung (I) auf die zweite Auswerteschaltung (II) auslösen. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4