DE1616497B2 - Uebertragungseinrichtung zum senden von digitalen informationenvon einem sender zu einem empfaenger - Google Patents
Uebertragungseinrichtung zum senden von digitalen informationenvon einem sender zu einem empfaengerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine übertragungseinrichtung zum Senden von digitalen Informationen von
einem Sender zu einem Empfänger unter Verwendung von phasenmodulierten Signalen.
Zur Übertragung von digitalen Informationen sind Ubertragungseinrichtungen bekannt, die nach dem
sogenannten Impulslageverfahren arbeiten. Bei diesem Verfahren wird die Information durch den Abstand
eines oder mehrerer Impulse von einem Bezugsimpuls dargestellt. Dieser Abstand bedeutet einen
zeitlichen Unterschied im Auftreten der einzelnen Impulse.
Die Zeit, die ein Signal bzw. eine elektromagnetische Welle zum Zurücklegen des Weges vom Sender zum
Empfänger benötigt, ist nicht konstant. Zeitunterschiede ergeben sich durch unterschiedliche Ausbreitungswege,
durch Reflexionen an bestimmten Schichten in der Atmosphäre, durch Reflexionen an
Bodenerhebungen und Gebäuden usw. Diese Zeitunterschiede werden vom Sender als Änderungen in
der übertragenen Information erfaßt und führen damit unmittelbar zu Ubertragungsfehlern.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine übertragungseinrichtung
zu schaffen, bei der Ubertragungsfehler dieser Art nicht vorkommen können. Zur Lösung
dieser Aufgabe muß eine Verschlüsselung der Nach- ri<%ht und eine Modulation gefunden werden, in der
die Information zeitunabhängig enthalten ist. Zur prinzipiellen Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung
eine Modulation vor, bei der die Information durch die Phasenverschiebung zwischen Signalen
unterschiedlicher Frequenz, die nur um wenige Hertz auseinanderliegen, steckt. Wegen dieses im Vergleich
zu ihrer Grundfrequenz nur geringen Frequenzunterschiedes erfahren diese Signale während ihrer
Ausbreitung praktisch identische Phasenverschiebungen, so daß Ubertragungsfehler minimal und vernachlässigbar
sind. Zeitunterschiede, die die Signale während des Weges vom Sender zum Empfänger erfahren,
bleiben ohne Wirkung und haben keinen Einfluß auf die übertragung der Information.
Im einzelnen sieht die Erfindung vor, daß sowohl der Empfänger wie auch der Sender miteinander synchronisierte
Signalgeneratoren enthalten, der Sender durch logische Netzwerke gesteuerte Phasenschieber
enthält, die Netzwerke mehrere Informationssignale liefern, die jeweils um den gleichen Frequenzabstand
fc voneinander getrennt sind und jedes Signal während eines Sendeintervalls in seiner Phasenlage
gegenüber der Phasenlage des frequenzmäßig benachbarten Signals verschoben ist, die logischen Netzwerke
nach Maßgabe von ersten Bits der digitalen Information die Phasenschieber steuern, um die
Phasenlage des zweiten Informationssignals Fn gegenüber
dem ersten Informationssignal f„,t zu verschieben
und um dann nach Maßgabe zweier Bits der digitalen Information die Phasenlage des dritten Informationssignals/^
gegenüber dem zweiten Signal f,h zu verschieben
usw., und daß die Signale in dem Empfänger getrennt und während eines Sendeintervalls hinsichtlich
ihrer Phasenlage mit dem in der Frequenz unmittelbar benachbarten Signal unter Bildung von die
übertragene digitale Information darstellenden Ausgangssignalen verglichen werden.
Bei einer auf diese Weise ausgebildeten übertragungseinrichtung
bildet jedes Signal das Bezugssignal für das nächstfolgende benachbarte Signal. Dies
bedeutet, daß ein bestimmtes Signal mit einer bestimmten Frequenz den Bezugspunkt für die Phasenverschiebungen
sämtlicher folgender Signale mit anderen Frequenzen bildet. Diese folgenden Signale werden
demnach nacheinander in der Phase moduliert. Ein Signal wird immer dann in seiner Phasenlage moduliert,
nachdem das vorhergehende Signal in seiner Phasenlage moduliert worden ist und damit den Bezugspunkt
für die Phasenmodulation des nächstfolgenden Signals bildet. Dies bedeutet auch, daß zwischen
den einzelnen Signalen keine Lücken frei bleiben und ein bestimmtes Frequenzband damit hoch ausgenutzt
wird.
Der Abstand zwischen sich folgenden Signalen beträgt z. B. 40 Hz.
Zweckmäßige Weiterbildungen des obengenannten Erfindungsgedankens bilden den Gegenstand von
Unteransprüchen.
Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Schaltbilder und Schaubilder wird die Erfindung weiter erläutert. In der Zeichnung ist
Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Schaltbilder und Schaubilder wird die Erfindung weiter erläutert. In der Zeichnung ist
F i g. 1 ein Blockschaltbild des Senders der übertragungseinrichtung,
F i g. 2 ein Diagramm, das die Phasenverschlüsselung der digitalen Information im Sender gemäß F i g. 1 zeigt,
F i g. 2 ein Diagramm, das die Phasenverschlüsselung der digitalen Information im Sender gemäß F i g. 1 zeigt,
F i g. 3 ein Blockschaltbild des Empfängers der erfindungsgemäßen übertragungseinrichtung und
F i g. 4 ein Schaltbild einer Multiplizierschaltung, die im Epfänger gemäß F i g. 3 verwandt wird.
F i g. 4 ein Schaltbild einer Multiplizierschaltung, die im Epfänger gemäß F i g. 3 verwandt wird.
Zu der in F i g. 1 gezeigten Schaltung gehört ein Register 10, in dem eine Vielzahl von Bits gespeichert
sein soll, die z. B. nacheinander von einer Eingangsleitung erhalten werden. 4 Bits können am Ausgang
des Registers parallel abgenommen werden; sie sind mit X1, X2, x3, X4. bezeichnet. Das Register 10 kann ein
Schieberegister sein, von dem die erwähnten 4 Bits auf einen Ausgabeimpuls hin ausgegeben werden.
Obwohl nur 4 Bits erwähnt sind, kann eine größere Zahl mit dem vorliegenden System gleichzeitig übertragen
werden.
Die Ausgabeimpulse werden von einem Impulsgenerator 12 erzeugt. Er gibt periodische Impulse mit
einer festen Folgefrequenz ab; während der Periodenzeit kann eine Vielzahl von Bits übertragen werden.
Als eine geeignete Folgefrequenz für diese Ausgabeimpulse kann 25 Hz angesehen werden; sie wird im
folgenden mit/j,, bezeichnet und ist die Zeitbasis des
Systems. Diese Frequenz wird von einem Frequenz-Normal 14, z. B. einem quarzgesteuerten Oszillator
der bekannten Art, abgeleitet. Der Ausgang dieses Normals wird mit einer Frequenzteiler- und Vervielfacherschaltung
16 verbunden, die mit Kaskadenschaltungen von Flip-Flops und nicht linearen Vervielfacherschaltungen
der bekannten Art arbeitet. Zusätzlich zu dem Signal mit der Frequenz fhi erzeugt
die Schaltung 16 Signale der Frequenzen/c, J1, J2, /3
und fs. fc ist eine Frequenz, die um einige Größenordnungen
höher ist als fbr Vorzugsweise sollte diese
Frequenz -ein Vielfaches von fhl sein, da sie dann
günstig mit der Schaltung 16 erzeugt werden kann. Mithin soll fc gleich mfht sein, wobei m eine ganze
Zahl ist. Ein geeigneter Wert für /c ist 1000 Hz, das ist die 40. Harmonische zu fh gleich 25 Hz.
Die Frequenz /s sollte so gewählt werden, daß sich
Ausgangssignale in einem Frequenzbereich ergeben, der für Anwendung in einem Radiosender oder anderen
Einrichtungen, die nachher beschrieben werden, ge-
eignet ist.fs soll gleich nfhi sein. Die restlichen Signale
haben Frequenzen fx, f2 und /3, die jeweils um die
Frequenzfbt auseinanderliegen. Entsprechend gilt:
/3 =/s + 3/b,
Da somit alle benutzten Frequenzen in Beziehung zu/h( stehen, kommt in ,einer Periode von/^ eine bestimmte
Anzahl von Wellen oder Halbwellen dieser Frequenzen vor. Diese Bedingung erleichtert die Verarbeitung
im Empfanger, bei der — wie später beschrieben — zusammengehörende Signale gefunden
werden müssen.
Die information wird übertragen durch vierfache Phasenumtastung, was mit den mehrfach vorhandenen
Phasenschiebern 20, 22, 24, 26, 28 und 30 erreicht wird, die hintereinandergeschaltet sind. Durch
sie läuft das Signal mit der Frequenz fc, so daß seine
Phasenlage stufenweise verändert wird. Die Phasenschieber 20 und 26 bestehen aus Widerstands-Kondensator-Netzwerken
und bewirken eine Phasenschiebung von 45°l·^- Radiant). Die Phasenschieber 22 und 28
mögen Verstärker sein, die eine Stufe mit der Verstärkung Null haben, die elektronisch ein- und ausgeschaltet
wird, je nachdem, ob das anliegende Bit »1« oder »0« ist. Diese Verstärker bilden also Phasenschieber,
die die Phasenlage um 180° ändern bei einem Bit »1« und die Phasenlage nicht ändern beim
Bit »0«. Die Phasenschieber 24 und 30 sind ähnliche Verstärkerschaltungen, die Stufen mit Widerstands-Kondensator-Netzwerken
haben, die eine Phasenverschiebung von 90°
bewirken, wenn die Stufen
eingeschaltet sind. Die Phasenlage wird also beim Bit »1« um 90° gedreht, indem der Verstärker beim
Bit »1« elektronisch eingeschaltet wird und beim Bit »0« abgeschaltet wird. Elektronische Schalter, die
durch digitale Signale gesteuert werden und die einen aus einer Vielzahl von Verstärkern ein- oder ausschalten,
sind in der Technik bekannt und werden daher nicht näher beschrieben. Es können natürlich
auch andere Arten von digital gesteuerten Phasenschieberschaltungen, wie sie z. B. in der Vervielfacherschaltung
16 enthalten sind, benutzt werden. Zum Beispiel kann die Frequenz fc in allen acht möglichen
Phasenlagen erzeugt werden. Dann werden nur Torschaltungen vorgesehen, die die gewünschten
Phasen entsprechend den zu übertragenden Daten auswählen.
Die Bits X1 und x3 steuern die 180°-Phasenschieber
22 und 28. Die 90°-Phasenschieber 24 und 30 werden durch die Ausgänge von zwei Addierschaltungen, die
Halbaddierer 32 und 34, gesteuert. Der Halbaddierer 32 bildet die Summe von X1 und X2, während der
Halbaddierer 34 die Summe von X3 und X4. ausgibt.
Die Phasendifferenz zwischen Signalen mit benachbarten Frequenzen wird als Informationsmehge für
2 Bits benutzt. Diese Phasendifferenz sei Δ &k. Dieser
Winkel wird in jede der vier Phasenpositionen gebracht, nämlich 45, 135, 225 und 315°
£L JiL
4"' 4
4"' 4
5.-T
und
»0«»0«, »1«»1« und »0«»l«. F i g. 2 stellt die beschriebene Beziehung der Phasenverschlüsselung graphisch
dar.
Aus der vorangegangenen Beschreibung und aus F i g. 2 folgt, daß die absolute Phasenlage des Signals
am Ausgang des Phasenschiebers 30 durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann:
-j + (x4 0x3) -J ,
Der Phasenwinkel des Signals von Phasenschieber wird dargestellt durch
Durch den Einsatz von zusätzlichen Gruppen von Phasenschiebern, die Phasenschieber für 45, 180 und
90° ähnlich den Phasenschiebern 26, 28 und 30 einschließen würden, können zusätzliche Paare von Bits
gleichzeitig mit den Bits X1 bis x4 während jeder
Ubertragungszeit übertragen werden.
Die Mischstufen 36, 38, 40 und 42 sind vorgesehen, um die Signale der Frequenz fc am Eingang der hintereinandergeschalteten Phasenschieber 20 bis 30 und an den Ausgängen jeder Gruppe von Phasenschiebern (am Ausgang von Phasenschieber 24 und Phasenschieber 30) mit Signalen von Frequenzen, die um die Frequenz fbt auseinanderliegen, zu überlagern. Die unteren Seitenbandausgänge 42, 36, 38 und 40 werden über die Filter 44, 46, 48 und 50 geführt. Diese Frequenzen werden J]1, /ni(, f„t und /0( genannt. Eine Frequenz fs—fc wird für die Synchronisierung im Empfänger, wie später beschrieben, benutzt. Die übrigen Frequenzen an den Ausgängen der Filter werden durch folgende Gleichungen dargestellt:
Die Mischstufen 36, 38, 40 und 42 sind vorgesehen, um die Signale der Frequenz fc am Eingang der hintereinandergeschalteten Phasenschieber 20 bis 30 und an den Ausgängen jeder Gruppe von Phasenschiebern (am Ausgang von Phasenschieber 24 und Phasenschieber 30) mit Signalen von Frequenzen, die um die Frequenz fbt auseinanderliegen, zu überlagern. Die unteren Seitenbandausgänge 42, 36, 38 und 40 werden über die Filter 44, 46, 48 und 50 geführt. Diese Frequenzen werden J]1, /ni(, f„t und /0( genannt. Eine Frequenz fs—fc wird für die Synchronisierung im Empfänger, wie später beschrieben, benutzt. Die übrigen Frequenzen an den Ausgängen der Filter werden durch folgende Gleichungen dargestellt:
L1 =/i,+ 2/ft/,
entsprechend den Werten der benachbarten Bits von Es sei erwähnt, daß diese Frequenzen durch die
gegebene Frequenz fbt getrennt werden und stufenweise
in der Phasenlage verändert sind.
Die Signale/J1, f„h, f„t und /Of werden in einem
linearen Additionsnetzwerk 52, z. B. einer Widerstandsmatrix, zusammengeführt. Das sich ergebende
Signal wird dann im Verstärker 54 verstärkt und vom Sender 56 übertragen, der z. B. ein Hochfrequenzradiosender
ist, der die Signale mit der Antenne 58 über ein Radioband abstrahlt. Für den Fall, daß die
unteren Seitenbänder der Mischstufen 38 bis 42 alle in einem Frequenzbereich liegen, der weit entfernt von
den oberen Seitenbändern ist, kann ein Filter im Verstärker 54 oder unmittelbar vor diesem Verstärker
benutzt werden, um alle Frequenzen bis auf die unteren Seitenbänder zu unterdrücken. Selbstverständlich können
ebenso die oberen wie die unteren Seitenbänder benutzt werden.
Der Empfängerteil des Systems ist in F i g. 3 dargestellt. Ein Empfänger 60 empfängt die Signale, die
vom Sender 56 (Fig. 1) übertragen werden. Der Empfänger 60 kann ein Hochfrequenznachrichtenempfänger
sein, der an die Antenne 62 angeschlossen ist. Das gesamte Eingangssignal s(t) am Ausgang des
Empfängers enthält alle Signale, die über das Radioband übertragen werden; das sind /([, fmt, f„t und/0[.
Dieses Eingangssignal soll allgemein während jeder
Ubertragungszeit ( das ist -γ-) dargestellt werden als:
J ftf
s(t) =
Av ist die Amplitude jedes Signals und'/„ die Frequenz,
das sind im erwähnten Fall die Frequenzen fu,
fmt, /„, und /0[, und Φυ ist der Phasenwinkel jedes der
erwähnten Signale.
Ein Frequenznormal 64, welches ähnlich dem Frequenznormal 14 (F i g. 1) ist, gibt Signale an die Frequenzteiler-
und Vervielfacherschaltung 66 ab, die ebenfalls ähnlich der Schaltung 16 in F i g. 1 aufgebaut
ist. Diese Schaltung erzeugt eine Vielzahl von Signalen mit der gleichen Frequenz wie die Ausgangssignale
der Schaltung 16. Diese Signale haben die Frequenzen f„r, f„,r und fOr. Ein weiteres Signal
. besteht aus Impulsen und hat die Folgefrequenz qfbr
und wird z. B. von den binären Frequenzteilern in Schaltung 66 erzeugt. Die Frequenz fbr ist die gleiche
wie die Frequenz fbt, die im Senderteil des Systems
erzeugt wird, q ist das Verhältnis der Geschwindigkeit, mit der Daten übertragen werden (gesamte Anzahl
von Bits pro Sekunde) zur Zahl der Ubertragungszeiten
pr$ Sekunde. Entsprechend ist im behandelten Beispiel
q gleich 4, und qfb ist 100 Hz.
Die Frequenzteiler- und Vervielfacherschaltung 66 erzeugt auch die Frequenz/Or, deren Periodendauer
gleich der Ubertragungszeit ist. Es ist zu verlangen, daß die Ubertragungszeit während des Empfanges
(Demodulation) die gleiche ist, wie die Ubertragungszeit während des Sendens (Modulation). Daher ist das
Synchronisiersystem 68 vorgesehen. Dieses System nimmt sowohl die Frequenz fhr, die im Empfänger
erzeugt wird, als auch die übertragenen Frequenzen f„H
und /, auf, wobei die letzteren aus dem Eingangssignal 's(r) durch Verwendung der Filterschaltung 70
erhalten werden. Das Synchronisiersystem 68 enthält Mischschaltungen, die die Signale der Frequenzen f„,t
und/,r einander, überlagern, so daß ein Ausgangssignal
mit e'iner Frequenz gleich der Differenzfrequenz zwischen f„h und /(( erhalten wird. Es sei daran erinnert,
daß diese Differenzfrequenz gleich fbt ist.
Eine phasenstarre Rückkopplungsschaltung, die z. B. einen variablen Frequenzoszillator und einen
Phasendetektor zur Kontrolle einer der erzeugten Frequenzen erfaßt, ist auch in dem Synchronisiersystem
68 enthalten. Der variable Oszillator soll auf die Frequenz fbr (25 Hz) eingestellt sein. Der Ausgang
dieser phasenstarren Ausgangsschaltung wird im Phasendetektor mit dem Ausgang des Mischsystems,
in dem f„,t und f,t überlagert werden, verglichen. Der
Phasendetektor gibt ein Fehlersignal ab entsprechend der Phasendifferenz zwischen fbr und fbl. Die phasenstarre
Rückkopplungsschaltung wird mit diesem Signal gesteuert und gibt so an ihrem Ausgang eine Frequenz
fbr ab, die phasenstarr mit fbt ist. Auf diese
Weise ist die Ubertragungszeit während des Empfangs mit der Ubertragungszeit während des Sendens synchronisiert.
Das Ausgangssignal des Synchronisiersystems 68 ist daher ein Signal mit der Frequenz fbr,
das synchronisiert ist mit dem Signal/,,,.
Ein Impulsgenerator 70 formt das Signal/^ aus dem Synchronisiersystem 68 in einen kurzen Impuls,
der am Ende der Ubertragungszeit erscheint. Der' Impuls soll z. B. aufhören beim positiven Nulldurchgang
des Signals fbr. Da Schaltungen zur Impulsformung
an einem bestimmten Punkt der Periode einer Wechselspannung bekannt sind, soll sie hier
nicht im einzelnen beschrieben werden. Der Ausgang des Impulsformers wird aucn auf eine Verzögerungsschaltung 72 gegeben, die einen kurzen Impuls am
Anfang jeder Ubertragungszeit erzeugt. Es mag wünschenswert sein, den Impulsformer 70 und Verzögerungsschaltung
72 in einer Schaltung zu vereinen, die einen Impuls abgibt, der während des positiven Nulldurchgangs des Signals fbr erscheint. Die
Anstiegsflanke dieses Impulses wird dann gerade vor dem Ende der Ubertragungszeit und die Hinterflanke
am Beginn der nächsten Ubertragungszeit liegen. Die Impulse, die dann entsprechend der ansteigenden und
absteigenden Flanke erzeugt werden, müssen dann an Stelle der Ausgangsimpulse des erwähnten Impulsgenerators
70 und der Verzögerungsschaltung 72 benutzt werden.
Unter den Signalen, die im gesamten Eingangssignal s(i) enthalten sind, befinden sich die phasenmodulierten
Informationssignale mit den Frequenzen /Of, /Π( und f„,t. Diese Signale können während einer
Ubertragungszeit durch die folgenden drei Gleichungen dargestellt werden:
sOl = AOt sm(27ifOit+0k),
s„, = An, sm(2xfnit+0k-l),
s,„( = A,„csm(2xfmtt+ek-2).
s„, = An, sm(2xfnit+0k-l),
s,„( = A,„csm(2xfmtt+ek-2).
Die Phasenwinkel dieser drei Signale können durch die übertragung verschoben sein, z. B. durch gleichzeitigen
Empfang über mehrere Wege oder durch Fading. Hierdurch kann z. B. das Signal s0( nach dem
Empfang durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
S01 = ^Or(sin2.-i/O(+0fc).
Dabei ist 0k = 0k — Ak. wobei Ak die Phasenverschiebung
durch die übertragung zwischen Sender und Empfänger darstellen soll. Wie oben erklärt, ist die
Information in der Phasendifferenz Δ Φ zwischen den empfangenen Signalen enthalten, die in ihrer Frequenz
zueinander benachbart liegen, wobei die Phasendifferenz in bezug auf die Zeitbasis definiert ist.
Die Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen sOl und s„; kann aus den absoluten Phasenwinkeln
nach der folgenden Gleichung abgeleitet werden:
ΔΦ, = (Φ*-Φ*-ι)·
Dabei ist ΔΦΙί die Phasendifferenz zwischen den
Signalen sOf und s„t, und Φ]ί und Φ^_ι sind die absoluten
Phasenwinkel dieser Signale während einer Ubertragungszeit. Die durch die übertragung verursachte
Phasenverschiebung ist für die beiden Signale sOt und s„: im wesentlichen gleich wegen ihrer benachbarten
Frequenzen. Damit ist die durch die übertragung bedingte Phasenverschiebung Ak-1 für das Signal s„t
im wesentlichen gleich Ak. Der Differenzwinkel ΔΦίί
ist daher gleich der Differenz zwischen den absoluten Phasen winkeln der Signale sOt und s„;. Diese Beziehung
kann mathematisch ausgedrückt werden mit:
Danach kann also die Information aus dem Differenzwinkel Δ 0k abgeleitet werden.
Eine Vielzahl von Phasenvergleichern 74, 76, 78, 80, 82 und 84 sind vorgesehen, um die Phasenwinkel
der empfangenen Informationssignale s,„t, s„t und s0[
festzustellen. Die Phasenvergleicher 74 und 76 sind mit der Bezeichnung MS und MC versehen, um darzustellen,
daß diese Phasenvergleicher 74 und 76 die Sinus- und Kosinusvergleicher in Verbindung mit
dem s„,-Signal.sind. Die anderen Phasenvergleicher 78, 80, 82 und 84 sind mit NS, NC, OS und OC bezeichnet,
um auf die gleiche Weise ihre Wirkungsweise als Sinus- und Kosinusphasenvergleicher für die
Signale s„t und s„t darzustellen. Die Signale mit den
Frequenzen/,, ,/„r und/Or aus der Frequenzteiler- und
Vervielfacherschaltung 66 werden den Phasenvergleichern für die Signale der entsprechenden Frequenzen
zugeführt. Die Phasenschieber 86, 88 und 90 sind erforderlich, um die Signale aus der Frequenzteiler-
und Vervielfacherschaltung 66 um 90° i-yj zu
drehen, bevor sie den Kosinusphasenvergleichern 76, 80 und 84 zugeführt werden.
Die Phasenvergleicherschaltungen können in der bekannten Art aufgebaut sein, die die zugeführten
Signale vervielfachen und integrieren. Der Vervielfacher kann ein Diodenvervielfacher sein, und der
Integrator kann eine KC-Schaltung, nachgeschaltet dem Vervielfacher, sein. Dieser Integrator wird gelöscht
z/B) durch Entladen seiner Kapazität zu Beginn der
Ubertragungszeit mit dem Ausgangsimpuls der Verzögerungsschaltung 72. Hierfür können Dioden über
die Kapazität geschaltet sein, die während des Impulses aus der Verzögerungsschaltung 72 in Durchlaßrichtung
vorgespannt sind. Ein Diodenpaar, jeweils in verschiedener Richtung gepolt, kann benutzt werden,
um sicherzugehen, daß die Kapazitäten in den Phasenvergleichern entladen werden, unabhängig von
der Polarität, die sie während der Ubertragungszeit erhalten haben.
Der Ausgang der Phasenvergleicher entspricht den Sinus- und Kosinuskomponenten der Informationssignale. Dabei wird eine Sinuskomponente definiert als
die Komponente, die mit dem empfangenen Informationssignal in bezug auf das entsprechende Signal von
Schaltung 66 in Phase ist. Die Kosinuskomponente ist zu dem empfangenen Informationssignal in bezug auf
das entsprechende Signal von Schaltung 66 um 90° phasenverschoben. Zum Beispiel gibt der Sinusphasenvergleicher
82 für das Signal sOt am Ausgang ab:
• τ
Ysor = J s(t) sin (2TIf0)Ut.
Das ergibt über die Ubertragungszeit von 0 bis T 4 A0 cos <Pk. Auf ähnliche Weise bestimmt der
Kosinusphasenvergleicher 84 die Kosinuskomponente des Phasenwinkels des Signals sot, die dargestellt
werden kann durch die Gleichung:
Sinus- und Kosinuskomponenten des Phasenwinkels ΦΛ_2 des s„„-Signals.
Eine Vielzahl von Abfrageschaltungen 92, 94, 96, 98, 100 und 102 ist vorgesehen, um die Ausgänge der
Phasenvergleicher am Ende der Phasenvergleichszeit, die im gewählten Beispiel der Ubertragungszeit entspricht, abzufragen. Diese Abfrageschaltungen können
analoge Torschaltungen sein, die durch den Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 70 geöffnet werden.
Wenn sie geöffnet sind, geben diese Abfrageschaltungen
Signale an Schaltungen ab, die Ausgangssignale ableiten, die dem Sinus und Kosinus der Phasendifferenzwinkel
zwischen den Informationssignalen, das sind ΔΦί und A0k_1, entsprechen.
Der Kosinus des Phasendifferenzwinkels Δ Φ\ wird
mit Hilfe der zwei Multiplizierschaltungen 104 und 106 dargestellt. Eine geeignete Multiplizierschaltung
ist in Fig. 4 gezeigt. Die Multiplizierschaltung 104 ist mit den Ausgängen der Abfrageschaltungen 98
und 102 verbunden. Die Abfrageschaltung 102 schaltet das Signal Ycor durch und die Abfrageschaltung 98
das Signal Yc„r Das Signal Ycnr kann dargestellt
werden durch eine Gleichung ähnlich der, wie sie für Ycor verwendet wurde:
Yc„r = An sin 0k_y.
Die Multiplizierschaltung 104 gibt also ein Ausgangssignal ab, das dem Produkt von Ycor und Ycnr
entspricht. Die zweite Multiplizierschaltung 106 ist mit den Ausgängen der Abfrageschaltungen 96 und
100 verbunden, die die Signale Ysor und Ys„r durchschalten.
Das Signal Ys„r kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
=
A
C0S
Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 106 entspricht dem Produkt von Ysnr und Ysor. Die Ausgänge
der Multiplizierschaltungen 104 und 106 werden in einer Addierschaltung 108, die linear, also z. B.
mit Widerständen, aufgebaut sein soll, addiert zum Ausgangssignal z4. Dieses Signal z4 entspricht dem
Kosinus der Phasendifferenz zwischen den Signalen s„ und s0(, das ist Δ 0k. Die folgenden Gleichungen geben
wieder, wie die Multiplizierschaltungen 104 und 106 und der Addierer 108 dieses Ausgangssignal erzeugen:
Durch Anwendung trigonometrischer Gleichungen kann man ableiten, daß
Za =
Ycor = J s(t) cos (2πf0)dt.
Die Kosinuskomponente Ycor ist während der
Ubertragungszeit gleich A0 sin <Pk. In gleicher Weise
bestimmen die Phasenvergleicher 78 und 80 die Sinus- und Kosinuskomponenten des Phasen winkeis 0k-i
des s„(-Signals und die Vergleicher 74 und 76 die
ist, da Δ 0k gleich Δ Φλ ist.
Ein Ausgangssignal, das dem Sinus der Phasendifferenz zwischen den Signalen sot und s„t entspricht,
wird von effiem zweiten Paar von Multiplizierschaltungen
110 und 112 erzeugt. Deren Ausgänge Werden mit einer Subtraktiprisschaltung 116 verbunden, die
aus einem lineärehiiWiderstandsnetzwerk einschließlich
eines Verstärkers !bestehen soll. Der Verstärker ergibt eine ^Phasenumkehr. für eines der angelegten
Eingangssignale, so daß durch Addition der Eingangssignal der Subtraktionsschaltung das Ausgangssignal
der Differenz zwischen beiden Eingängen entspricht. Die Multiplizierschaltung 110 ist verbunden mit den
Abfrageschaltungen 98 und 100, die die erwähnten Ausgangssignale Yc„r und Ysnr erzeugen. Die Multi-
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.-_ y v _ γ γ
plizierschaltung 112 liegt an den Abfrageschaltungen Bits zwischen aufeinanderfolgenden Ubertragungs-96
und 102 mit den Ausgängen Ysnr und Ycor. Die zeiten im Register gespeichert. Die einstellbare VerProdukte
dieser Signale an den Ausgängen der Multi- zögerungsschaltung sollte benutzt werden, um sicherplizierschaltungen
werden voneinander subtrahiert zustellen, daß Ausleseimpulse nicht mit Einschreibdurch
die Subtraktionsschaltung 116, an der das 5 impulsen der Verzögerungsschaltung 72 zusammen-Ausgangssignal
z3 entsteht. Die Multiplizierschal- fallen.
tungen 110 und 112 und die Subtraktionsschaltung In F i g. 4 ist die Multiplizierschaltung dargestellt,
116 führen daher den folgenden Rechnungsgang durch: die für jede der in Fig. 3 erwähnten Schaltungen
verwendet werden kann. Die Schaltung umfaßt vier
ίο Diodenteiler 150,152,154 und 156. Jede dieser Schal-
Durch Anwendung trigonometrischer Gleichungen tungen ist gleich aufgebaut und umfaßt wiederum eine
erhält man .- . . Vielzahl von Dioden 158, 160, 162 und 164, die alle
ΐ · m bis auf eine durch die Widerstände 166, 168 und 170
sm JC* überbrückt sind. Die Widerstände sollten alle den
15 gleichen Widerstandswert haben. Die Diodenspan-
mit Δ 0k = Δ Qk. nungsteiler 150 und 154 die so gepolt sind, daß sie
Auf ähnliche Weise werden die Signale Z1 und z2 Strom in gegensätzlichen Richtungen durchlassen, sind
erhalten, die dem Sinus und Kosinus der Phasen- miteinander verbunden. Die Teiler 156 und 152, die
differenz zwischen den Signalen s„ und sm entsprechen. auf gleiche Weise gegensätzlich gepolt sind, sind eben-Hierfür
sind die Multiplizierschaltungen 120,122,124 20 falls miteinander verbunden. Ein Ausgangswiderstand
und 126 vorgesehen. Die Multiplizierschaltungen 120 172, der eine Mittelanzapfung bei 174 besitzt, verbindet
und 122 geben Ausgangssignale an die Addierschal- die Verbindungspunkte der zusammengeschalteten
tung 128 ab. Die Addierschaltung 128 erzeugt das Teilerschaltungen 150, 154 und 156, 152. Die Aus-Ausgangssignal
Z1. Das Signal Z1 wird von der Sub- gangs wicklungen 176 und 178 von zwei Eingangstraktionsschaltung
130 erzeugt, die an die Multiplizier- 25 Übertragern 180 und 182 sind verbunden über die
schaltungen 124 und 126 angeschlossen ist. Die Schal- Enden der Teilerschaltungen 150, 156 und 152, 154,
tungen 120, 122 und 128 führen Rechengänge durch die nicht miteinander in Verbindung stehen. Die Punkte
ähnlich denen für das Signal z4, während die Multi- an den Enden und an den Mittelanzapfungen 184 und
pliaierschaltungen 124 und 126 und die Subtraktions- 186 der Wicklungen 176 und 178 geben an, daß diese
schaltung 130 die Gleichungen darstellen, um das 30 Wicklungen entgegengesetzt zueinander gepolt sind.
Signal Z1 zu erzeugen, wie sie für das Signal z3 be- Die Sekundärwicklung 190 eines zweiten Eingangsschrieben
wurden. Übertragers 192 ist mit den Mittelanzapfungen 184
Die Ausgänge Z1, z2, z3 und z4 werden durch die und 186 der Ausgangswicklungen 176 und 178 vertriggerbaren
Flip-Flops 132, 134, 136 und 138 in bunden. Die Mittelanzapfung 194 der Sekundärdigitale Form gebracht, wodurch die Bits X1, X2, X3 35 wicklung 190 ist mit der Mittelanzapfung 174 des
und x4 entstehen. Diese Flip-Flops werden getriggert Ausgangswiderstandes 172 verbunden. Die Polung
durch ein negatives Signal, um ein »1«-Bit abzugeben. der übertrager 180, 182 und 192 ist, wie durch die
Das Triggern der Flip-Flops kann durch bekannte Punkte angegeben, derart, daß sich für die Eingangs-Diodennetzwerke
erfolgen. spannungen ex und e2 während jeder Halbwelle gegen-
In F i g. 2 ist dargestellt, daß Sinus und Kosinus 40 sätzliche und gleichsinnige Beziehungen ergeben. Zum
der Winkel Δ 9k und Δ ΘΙί_1, die durch die Ausgänge Z1 Beispiel haben die Spannungen ex und e2 in der ersten
bis z4 dargestellt werden, durch ihre Polarität die Halbwelle in der Schleife, die mit dem Diodenteiler
Wertigkeit der Bits festlegen. Zum Beispiel muß X4 150 gebildet wird, gleiche Richtung und gegensätzliche
ein »O«-Bit sein, wenn z4 positiv ist, da z4 dem Kosinus Richtung in der Schleife mit dem Teiler 152. In der
des Winkels Δ 0k entspricht. Demnach ergibt x4 ein 45 folgenden Halbwelle sind die Dioden in den Teilern
»1«-Bit, wenn z4 negativ ist. z4 ist das zweite des Paars 154 und 156 leitend und die Dioden in den Teilern 150
von Bits entsprechend der Phasenkodierung dieser und 152 in entgegengesetzter Richtung vorgespannt.
Bits bei der übertragung. In ähnlicher Weise ergibt Z3, Damit haben die Signale in der Schleife, die den Teiler
das eine Funktion des Phasendifferenzwinkels ist, daß 154 umfaßt, gleiche Richtung, während sie in der
das Bit x3 »0« ist, wenn z3 positiv, und »1«, wenn z3 50 Schleife mit dem Teiler 156 gegensätzliche Richtung
negativ ist. haben.
Ein Register 140 ist vorgesehen, um die während Wenn im Betrieb die Höhe der Spannung an den
jeder Ubertragungszeit übermittelten Bits zu speichern Teilern in Durchlaßrichtung ansteigt, wird die Diode
und serienweise in eine übertragungsleitung auszu- 158, die nicht durch einen Widerstand überbrückt
lesen. Es kann ein Schieberegister sein, dem Schiebe- 55 ist, anfänglich Strom führen, da die Spannung über
impulse mit der Frequenz qfbr über die einstellbare die restlichen Dioden 160, 162 und 164 nicht hoch
Verzögerungsschaltung 142 zugeführt werden. Das genug ist, um diese Dioden in leitenden Zustand
Register wird zum Auslesen der Flip-Flops 132 bis 138 zu bringen, zumal da sie durch die Widerstände 166,
durch ein Signal angeregt, das von der Verzögerungs- 168 und 170 überbrückt sind. Mit weiterem Anschaltung
72 zugeführt wird. Da die Impulse von der 60 steigen der Spannung werden die Dioden 160, 162
Verzögerungsschaltung 72 nach der Abfrage der und 164 nacheinander Strom führen, da die anliegende
Phasenvergleicher erscheinen, müssen die Flip-Flops Spannung hoch genug ist. Die Widerstände 166,
132 bis 138 die in der unmittelbar davorliegenden 168 und 170 sind so bemessen, daß wenigstens eine
Ubertragungszeit gesendeten Bits gespeichert haben. der Dioden im quadratischen Teil ihrer Kennlinie
Demnach kann die Information also dann in das 65 arbeitet. Entsprechend wird sich die Kennlinie des
Register übernommen werden. Die Daten werden aus gesamten Diodenteilers mit steigender Spannung
dem Schieberegister mit den Impulsen der Frequenz einem quadratischen Verlauf nähern. Die Multiplizier-
qfbr nacheinander entnommen. Daher werden die schaltung nach F i g. 4 arbeitet daher über einen
weiten Bereich, was die Amplitude des Eingangssignals betrifft, im Gegensatz zu den herkömmlichen
Dioden-Multiplizierschaltungen, die auf kleine Amplituden der Eingangssignale beschränkt sind. Die
Schaltung führt einen Rechnungsgang nach der folgenden Gleichung durch:
(el + e2f - fa - e2f =-4e;i?2 = <?o-
Die Ausgangsspannung e0 kann am Ausgangswiderstand
172 abgenommen werden. Aus F i g. 4 geht hervor, daß die Schleife mit den Teilern 150 und
Spannungen abgibt, die am Widerstand 172 während einer Halbwelle der Eingangssignale anstehen,
während die Schleife mit den Teilern 154 und 156 Spannungen erzeugt, die an diesem Widerstand
während der anderen Halbwelle der Eingangssignale anstehen.
Claims (4)
1. übertragungseinrichtung zum Senden von digitalen Informationen von einem Sender zu
einem Empfänger unter Verwendung von in der Phasenlage modulierten Signalen, dadurch
gekennzeichnet, daß sowohl der Empfänger wie auch der Sender miteinander syno
ironisierte Signalgeneratoren (16 und 66) entnalten,
der Sender durch logische Netzwerke (10, 32 und 34) gesteuerte Phasenschieber (20 bis 30)
enthält, die Netzwerke mehrere Informationssignale (fmt, f„t, und fCt) liefern, die jeweils
um den gleichen Frequenzabstand fc voneinander getrennt sind und jedes Signal während eines
Sendeintervalls in seiner Phasenlage gegenüber der Phasenlage des frequenzmäßig benachbarten
Signals verschoben ist, die logischen Netzwerke (10, 32 und 34) nach Maßgabe von ersten Bits
der digitalen Information die Phasenschieber (20 bis 30) steuern, um die Phasenlage des zweiten
Informationssignals/,, gegenüber dem ersten
Informationssignal fm< zu verschieben und um
dann nach Maßgabe zweier Bits der digitalen Information die Phasenlage des dritten Informationssignals
fCi gegenüber dem zweiten Signal/„( zu verschieben usw., und daß die
Signale in dem Empfänger getrennt und während eines Sendeintervalls hinsichtlich ihrer Phasenlage
mit dem in der Frequenz unmittelbar benachbarten Signal unter Bildung von die übertragene digitale
Information darstellenden Ausgangssignalen verglichen werden.
2. übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger-Signalgenerator
(66) über Phasenschieber (86, 88, 90) an Korrelatorschaltungen (76, 80, 84) angeschlossen
ist, um entsprechend den empfangenen phasenverschobenen Informationssignalen eine
Vielzahl von Signalen zu erzeugen und die Korrelatorschaltungen (76,80,84) entsprechenden Signale
miteinander in Beziehung setzen, um Ausgangssignale zu erzeugen, die Funktionen der Phasenbeziehungen
zwischen diesen sind.
3. übertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Korrelatorschaltungen
(74 bis 84) vorgesehen sind, von denen jede auf eine andere der vom Empfänger erzeugten Signale und auf die übertragenen Informationssignale
gleicher Frequenz anspricht, um Ausgangssignalpaare zu erzeugen, die den jeweiligen Sinus und Kosinus der Phasendifferenz
zwischen vom Empfänger erzeugten Signalen gleicher Frequenz und den übertragenen Informationssignalen
darstellen, und daß weitere logische Schaltungen (92, 94...) bei den Ausgangssignalpaaren
wirksam sind, die den Signalen und Tönen entsprechen, die in der Frequenz benachbart
sind, um Ausgangssignale zu erzeugen, die Funktionen des jeweiligen Sinus und Kosinus
der Phasendifferenz zwischen übertragenen Informationssignalen sind.
4. übertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren logischen
Schaltungen (92,94...), die bei den Ausgangssignalpaaren wirksam sind, zwei Vervielfacherschaltungen
(104, 106...) umfassen, die über Abfrageschaltungen (96,98,100,102) an die entsprechende
der Korrelationsschaltungen angeschlossen sind, um die Sinus- und Kosinus-Ausgangssignale, die
dem Signal mit einer dieser Frequenzen entsprechen, einzeln an verschiedene der Vervielfacherschaltungen
anzulegen, und um die Sinus- und Kosinus-Ausgangssignale, die dem Signal entsprechen, das eine der Frequenz des Informationssignals
benachbarte Frequenz hat, auch einzeln an verschiedene der Vervielfacherschaltungen anzulegen, und Additionsschaltungen (108,
128) an die Vervielfacherschaltungen angeschlossen sind, um die Ausgangssignale der Vervielfacherschaltungen
additiv zu kombinieren.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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