DE2549955B1 - Phasennachfuehrregelkreis - Google Patents
PhasennachfuehrregelkreisInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Delay Locked Loop-Prinzip (DLL-Prinzip) arbeitenden Phasennachführregelkreis
zur phasenkohärenten Synchronisation der Impulsfolge eines empfangsseitigen, von
einem Taktoszillator gesteuerten Pseudo-Zufallsgenerator mit der ankommenden, gegebenenfalls einer
Trägerschwingung aufgeprägten Impulsfolge eines sendeseitigen gleichen Pseudo-Zufallsgenerators, bei
dem zwei gleiche Signalkanäle vorgesehen sind, die jeweils aus einem von der Pulsfolge des Pseudo-Zufallsgenerators
wenigstens mittelbar angesteuerten Mischer mit nachfolgendem Netzwerk bestehen, bei dem ferner
die beiden Signalkanäle eingangsseitig parallel geschaltet und ausgangsseitig über einen Differenzbildner
zusammengefaßt sind, und bei dem die Regelschleife vom Ausgang des Differenzbildners zum Eingang des in
seiner Frequenz steuerbaren Taktoszillators über ein Schleifenfilter geschlossen ist.
Phasennachführregelkreise dieser Art werden insbesondere auf der Empfangsseite von Nachrichtenübertragungssystemen
benötigt, die zu Zwecken einer Verschlüsselung oder zur Erhöhung der Störresistenz
oder für Mehrfachzugriff (SSMA) von Pseudo-Zufallsgeneratoren auf der Sende- und auf der Empfangsseite
Gebrauch machen und bei denen eine Rückgewinnung der übertragenen Nachricht eine phasenkohärente
Synchronisation des empfangsseitigen Pseudo-Zufallsgenerators mit der ankommenden Impulsfolge des
sendeseitigen gleichen Pseudo-Zufallsgenerators voraussetzt. Der Phasennachführregelkreis bildet in diesem
Falle das wesentliche Element eines Autokorrelationsempfängers, bei dem die ankommende Impulsfolge mit
der Impulsfolge des empfangsseitigen Pseudo-Zufallsgenerators verglichen und die Phasenkohärenz beider
Impulsfolgen durch ein am Ausgang auftretendes Gleichspannungssignal erkannt wird.
Für Regelzwecke ist es sinnvoll, wenn das Ausgangssignal im unmittelbaren Bereich des Synchronisationspunktes einen möglichst linearen, durch Null hindurch-
gehenden Verlauf aufweist. Um dies zu ermöglichen, ist es, wie beispielsweise die Literaturstelle »IEEE Transactions
on Space Electronics and Telemetry« 1963, S. 1 bis 8 aufweist, bekannt, von einer Anordnung entsprechend
Fig. 1 Gebrauch zu machen. Der nach dem DLL-Prinzip arbeitende Phasennachführregelkreis besteht aus
zwei Kanälen, von denen jeder aus der Hintereinanderschaltung eines Mischers Ml bzw. M 2 und eines
Netzwerks N1 bzw. N 2 besteht. Die beiden Kanäle sind
eingangsseitig zum Eingang E einander parallel geschaltet und ausgangsseitig über den Differenzbildner
D zusammengefaßt. Die beiden Mischer Mi und M 2 werden von Impulsfolgen des Pseudo-Zufallsgenerators
PZG über getrennte Leitungen angesteuert. Die am zweiten Eingang des Mischers M1 anliegende Impulsfolge
m(f+r) und die am zweiten Eingang des Mischers M 2 anliegende Impulsfolge m(t+v+A) sind gegenseitig
in der Phase um Δ verschoben. Der Pseudo-Zufallsgenerator PZG wird von einem spannungsgesteuerten
Taktoszillator VCO angesteuert. Die Regelschleife selbst ist vom Ausgang des Differenzbildners D zum
Steuereingang des Taktoszillators VCO über das Schleifenfilter SFgeschlossen.
Im Zustand der Synchronisation sind die Impulsfolgen des Pseudo-Zufallsgenerators PZG an den beiden
zweiten Eingängen der Mischer M1 und M 2 gegenüber
der ankommenden identischen Impulsfolge um das Zeitintervall Δ vor- bzw. nacheilend.
In F i g. 2 sind über die Zeit f die Spannungsverläufe u an den Anschlußpunkten 1,2 und 3 nach F i g. 1 für den
Fall dargestellt, daß sich der Verschiebeparameter τ mit der Zeit t ändert, d. h., daß die eingangsseitige
Impulsfolge eine leichte Drift gegenüber den an den Ausgängen 10 und 20 des Pseudo-Zufallsgenerators
PZG auftretenden Impulsfolgen aufweist. Wie die entsprechend mit 1. und 2. bezeichneten Diagramme in
F i g. 2 erkennen lassen, tritt der die Phasensynchronisation anzeigende Spannungsanstieg am Ausgang des
Netzwerks Nl vor dem am Ausgang des Netzwerks N2 auf. Die gegenseitige Phasenverschiebung ist so
gewählt, daß, wie das der Spannungsverlauf u des Diagramms 3. zeigt, am Ausgang des Differenzbildners
D eine durch Null gehende und zur Nullinie symmetrische Diskriminatorkennlinie entsteht. Die Phase der
Impulsfolgen an den Ausgängen 10 und 20 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG wird mit Hilfe dieser
Diskriminatorkennlinie über den in seiner Frequenz steuerbaren Taktoszillator VCO so geregelt, daß die
Spannung u am Ausgang des Differenzbildners D gegen
Null geht.
Werden hohe Anforderungen an die Regelgenauigkeit eines solchen Phasennachführregelkreises gestellt,
dann müssen die beiden jeweils aus dem eingangsseitigen Mischer und dem ausgangsseitigen Netzwerk
bestehenden Kanäle unter sich gleiche Eigenschaften haben. Insbesondere gilt dies hinsichtlich einer gleichen
Verstärkung und einer gleichen Offsetspannung. In den den Spannungsdiagrammen nach Fig.2 entsprechenden
Spannungsdiagrammen nach F i g. 3 ist erkennbar, wie sich die Ungleichheit beider Kanäle auf die Lage des
Nullpunktes der Diskriminatorkennlinie auswirkt und damit auf die Genauigkeit der Regelung. Das oberste
mit 1. bezeichnete Spannungs-Diagramm in Fig.3 ist
mit dem entsprechenden Diagramm in F i g. 1 identisch, Das Spannungsdiagramm 2. entspricht dem Spannungsdiagramm 2. nach F i g. 2 jedoch mit dem Unterschied,
daß der für diesen Spannungsverlauf maßgebliche Kanal gegenüber dem anderen Kanal sowohl eine
höhere Verstärkung als auch eine höhere Offsetspannung aufweist. Wie das Diagramm 3. nach F i g. 3 zeigt,
ergeben die beiden Spannungsverläufe nach den Diagrammen 1. und 2. nach ihrer Zusammenfassung im
Differenzbildner Deine unsymmetrische Diskriminatorkennlinie, die gegenüber der Nullinie nach unten
verschoben ist. Gegenüber der ebenfalls in unterbrochener Linie eingetragenen Diskriminatorkennlinie, wie sie
auftreten würde, wenn beide Kanäle gleich wären, ergibt sich durch die ungleichen Kanäle eine Verschiebung
des Nullpunkts nach links um die Größe ε. Entsprechend groß ist der dadurch hervorgerufene
Synchronisationsfehler.
Bei hohen Anforderungen an die Regelgenauigkeit ist der technische Aufwand hinsichtlich der Gleichheit der
beiden Kanäle erheblich. Dies hat dazu geführt, nach anderen Lösungen Ausschau zu halten. Durch die
Literaturstelle »IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems« Vol. AES-IO, Nr. 1, Jan. 1974, S. 2
bis 9 ist es bereits bekannt, lediglich einen einzigen Kanal vorzusehen und dem spannungsgesteuerten
Oszillator eine steuerbare Phasenschieberanordnung nachzuschalten, die den Taktpuls für den Pseudo-Zufallsgenerator
periodisch, beispielsweise mit einem Zeithub Δ hin- und herschiebt. Gleichzeitig ist in diesem
Fall auf der Ausgangsseite dieses einen Kanals vor dem Schleifenfilter ein steuerbarer Vorzeicheninverter vorgesehen,
der gleichsinnig und periodisch mit der Phasenverschiebung des Taktpulses das Signal am
Ausgang des Netzwerkes in seinem Vorzeichen umkehrt. Hierdurch tritt jedoch ein Verlust an
Signal-Geräuschabstand von 3 dB auf. Entsprechendes gilt für eine in der gleichen Literaturstelle angegebene
weitere Lösung mit zwei Kanälen, bei denen die beiden Kanäle wenigstens ausgangsseitig mit Ein-Ausschaltern
versehen sind, die so gesteuert werden, daß abwechselnd immer nur einer der beiden Kanäle am
zugehörigen Eingang des Differenzbildners wirksam ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Phasennachführregelkreis der einleitend beschriebenen
Art eine weitere Lösung zur Kompensation der durch Ungleichheit beider Kanäle bedingten Nullpunktfehler
der Diskriminatorkennlinie anzugeben, die den bei bekannten Kompensationslösungen bedingten Verlust
an Signal-Geräuschabstand von 3 dB vermeidet.
Ausgehend von einem nach dem DLL-Prinzip arbeitenden Phasennachführregelkreis der geschilderten
Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß unmittelbar im Anschluß an die
beiden Ausgänge des empfängerseitigen Pseudo-Zufallsgenerators in den beiden Verbindungswegen
zwischen diesem Generator und den zweiten Eingängen der beiden Mischer ein erster Kommutator und in den
beiden Verbindungswegen zwischen den Ausgängen der beiden Kanäle und dem Differenzbildner ein zweiter
Kommutator angeordnet ist und daß die beiden Kommutatoren gemeinsam von einer Taktquelle
gleichsinnig und periodisch zwischen ihren beiden Schaltzuständen hin- und hergeschaltet sind.
Durch die Kommutatoren, die im Rhythmus der Frequenz der Taktquelle die einander zugeordneten
Anschlüsse einerseits der zweiten Eingänge der Mischer und den beiden Ausgängen des Pseudo-Zufallsgenerators
und andererseits der beiden Ausgänge der beiden Netzwerke und den beiden Eingängen des Differenzbildners
wechselweise direkt und überkreuz miteinander verbinden, gewährleisten in außerordentlich vorteilhafter
Weise einen ständigen gleichzeitigen Betrieb beider Kanäle, so daß der mit der erfindungsgemäßen
Kommutierung ausgerüstete Phasennachführregelkreis die gleiche Empfindlichkeit aufweist wie der ohne
Kommutierung. Wie die Praxis zeigt, erweist sich der durch die Kommutierung bedingte technische Aufwand
als erheblich geringer im Verhältnis zu dem technischen Aufwand, der hinsichtlich der Gleichheit der beiden
Kanäle erforderlich wäre, um ein gleich gutes Ergebnis der Sollage des Nullpunkts der Diskriminatorkennlinie
sicherzustellen.
Zweckmäßig wird die Periode der Schwingung der Taktquelle ausreichend groß gegen die Einschwingzeit
der Netzwerke der Signalkanäle gewählt.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden
noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet
F i g. 1 ein bereits erläuterter bekannter, nach dem DLL-Prinzip arbeitender Phasennachführregelkreis,
F i g. 2 und 3 bereits erläuterte Spannungsdiagramme der Schaltung nach F i g. 1 der im unmittelbaren Bereich
der gewünschten Phasensynchronisation auftretenden Spannungen,
Fig.4 ein gemäß der Erfindung modifizierter Phasennachführregelkreis,
Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,
Fig.6 Spannungsdiagramme der im unmittelbaren Bereich der Physensynchronisation an verschiedenen
Punkten in der Schaltung nach F i g. 4 auftretenden Spannungen.
Das Netzwerk Ni bzw. N 2 des bekannten
Phasennachführregelkreises nach F i g. 1 ist im Falle eines phasenkohärenten Phasennachführregelkreises
ein Tiefpaß. Der dem Netzwerk vorgeschaltete Mischer kann in diesem Falle ein Modulo-2-Addierer sein. Ist die
am Eingang E ankommende Impulsfolge einer Trägerschwingung aufgeprägt, so besteht das Netzwerk Ni
bzw. N2 aus einem Bandpaß mit durchgeschaltetem linearem oder quadratischem Gleichrichter.
In Fig.4 ist der Phasennachführregelkreis nach F i g. 1 gemäß der Erfindung dadurch mc difiziert, daß
zwischen den Ausgängen 10 und 20 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG und den zweiten Eingängen der
Mischer Ml und Ml als Kommutator der Umschalter t/l und zwischen den Ausgängen der Netzwerke Ni
und N2 und den beiden Eingängen des Differe.nzbildners Da\s Kommutator der Umschalter U2 angeordnet
ist. Beide Umschalter werden gemeinsam vom Takt der Taktquelle TG gleichsinnig und periodisch gesteuert.
Wie die Umschalter Ui und t/2 weiterhin zeigen,
werden in der angedeuteten Schaltstellung der Umschalter Ui und t/2 die Verbindungen so hergestellt,
wie das beim Phasennachführregelkreis nach F i g. 1 der Fall ist. In der zweiten Schaltstellung, die in unterbro-
chener Linie angedeutet ist, werden die beiden Ausgänge 20 und 30 des Pseudo-Zufallsgenerators PZG
hinsichtlich der zweiten Eingänge der beiden Mischer MX und M 2 miteinander vertauscht. Entsprechendes
gilt hinsichtlich der Ausgänge, der Netzwerke NX und N 2 mit den beiden Eingängen des Differenzbildners D.
In der Schaltung nach Fig.4 sind bestimmte
Schaltungspunkte mit den Zahlen 1 bis 4, la, 2a und Xb,
2b versehen, die sich in F i g. 6 als Bezeichnungen der Spannungsdiagramme u über der Zeit t wiederfinden
und jeweils die Spannungsverläufe darstellen, die an den betreffenden Schaltungspunkten auftreten, wenn sich
der Verschiebeparameter τ mit der Zeit t ändert. Weiterhin weist Fig. 6 das mit 5. bezeichnete
Spannungsdiagramm über der Zeit t auf, das den Taktpuls am Schaltungspunkt 5 nach F i g. 4 wiedergibt.
Die Spannungsdiagramme nach Fig.5 dienen der näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung
nach F i g. 4. Dabei ist wiederum angenommen, daß der aus dem Mischer MX und dem Netzwerk NX
bestehende erste Kanal eine kleinere Verstärkung aufweist als der aus dem Mischer M 2 und dem
Netzwerk N2 bestehende zweite Kanal und daß auch der zweite Kanal eine größere Offsetspannung aufweist
als der erste Kanal. Entsprechend diesen unterschiedlichen Eigenschaften ergeben sich an den Anschlußpunkten
1 und 2 bei fehlender Kommutierung, entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1, Spannungsverläufe,
die sich voneinander nicht nur durch ihre gegenseitige Phasenverschiebung, sondern auch durch ihre Maximalamplitude
und ihre Grundspannung voneinander unterscheiden. Um die Wirkung der Kommutierung in
den Diagrammen Xa, 2a und Xb und 2b deutlich zu
machen, ist der Spannungsverlauf am Anschlußpunkt 1 punktiert und der Spannungsverlauf am Anschlußpunkt
2 in unterbrochener Linie ausgeführt. Im Rhythmus der Pulsfolge nach dem Spannungsdiagramm 5 werden die
Umschalter UX und i/2 betätigt, so daß an den
Anschlußpunkten la und 2a die in den entsprechenden Diagrammen gezeigten Spannungsverläufe auftreten.
Beide Spannungsverläufe setzen sich danach aus aufeinanderfolgenden Abschnitten zusammen, die
wechselweise von den Ausgängen der Mischer M1 und
M 2 herrühren. Die Hüllkurve beider Spannungsverlaufe
hat entsprechend der unterschiedlichen Verstärkung beider Kanäle eine unterschiedliche Amplitude. Durch
den Umschalter LJ2 wird an den Anschlußpunkten Xb und 2b diese Verwürfelung wieder aufgehoben. Zugleich
wird der durch die Kommutierung bewirkte Erfolg sichtbar. Die Spannungsverläufe nach den Diagrammen
Xb und 2b haben nun entsprechend den Spannungs verlauf
en der Diagramme 1. und 2. wieder die gegenseitige Phasenverschiebung und außerdem auch gleiche Amplitude.
Am Ausgang des Differenzbildners D, also am Anschlußpunkt 3. werden beide Spannungsverläufe an
den Anschlußpunkten Xb und 2b im gewünschten Sinne zur Diskriminatorkennlinie entsprechend Diagramm 3.
zusammengesetzt. Die Überlagerung des Kurvenverlaufs durch den Taktpuls der Taktquelle TG wird beim
Durchgang durch das Schleifenfilter 5Fbeseitigt und es ergibt sich am Anschlußpunkt 4 die gewünschte, zur
Nullinie symmetrische Diskriminatorkennlinie. Der durch die Kommutierung erzielte Erfolg wird beim
Diagramm 4. noch dadurch besonders verdeutlicht, daß die Diskriminatorkennlinie, die bei fehlender Kommutierung
sich ergeben würde, strichpunktiert mit in das Diagramm eingetragen ist.
Die in F i g. 5 gezeigte Variante des Phasennachführregelkreises nach Fig.4 weist in den beiden Verbindungswegen
zwischen dem Umschalter UX und den zweiten Eingängen der Mischer MX und M2 die
Mischer MS und M4 auf, deren zweiten Eingängen die Schwingung des Umsetzoszillators O zugeführt wird.
Dem in dieser Weise erweiterten Phasennachführregelkreis kommt dann eine besondere Bedeutung zu, wenn
hohe Anforderungen an seine Störresistenz gestellt werden müssen. Dadurch, daß die zusätzlichen Mischer
M 3 und M 4 innerhalb der von den beiden Umschaltern UX und t/2 begrenzten Schaltungsteils angeordnet
sind, werden auch störende Ungleichheiten dieser Mischer hinsichtlich der gewünschten Funktion der
Gesamtanordnung eliminiert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Nach dem DLL-Prinzip arbeitender Phasennachführregelkreis zur phasenkohärenten Synchronisation
der Impulsfolge eines empfängerseitigen, von einem Taktoszillator gesteuerten Pseudo-Zufallsgenerators
mit der ankommenden, gegebenenfalls einer Trägerschwingung aufgeprägten Impulsfolge
eines sendeseitigen gleichen Pseudo-Zufallsgenerators, bei dem zwei gleiche Signalkanäle
vorgesehen sind, die jeweils aus einem von der Pulsfolge des Pseudo-Zufallsgenerators wenigstens
mittelbar angesteuerten Mischer mit nachfolgendem Netzwerk bestehen, bei dem ferner die beiden
Signalkanäle eingangsseitig parallel geschaltet und ausgangsseitig über einen Differenzbildner zusammengefaßt
sind und bei dem die Regelschleife vom Ausgang des Differenzbildners zum Eingang des in
seiner Frequenz steuerbaren Taktoszillators über ein Schleifenfilter geschlossen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß unmittelbar im Anschluß an die beiden Ausgänge des empfängerseitigen
Pseudo-Zufallsgenerators (PZG) in den beiden Verbindungswegen zwischen diesem Generator und
den zweiten Eingängen der beiden Mischer (Mi, M2) ein erster Kommutator (Ui) und in den beiden
Verbindungswegen zwischen den Ausgängen der beiden Kanäle und dem Differenzbildner (D) ein
zweiter Kommutator (U 2) angeordnet ist, und daß die beiden Kommutatoren gemeinsam von einer
Taktquelle (TG) gleichsinnig und periodisch zwischen ihren beiden Schaltzuständen hin- und
hergeschaltet sind.
2. Phasennachführregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer der
Schwingung der Taktquelle (TG) ausreichend groß gegen die Einschwingzeit der Netzwerke (N 1, N2)
der Signalkanäle ist.
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