DE2820943A1

DE2820943A1 - Demodulator

Info

Publication number: DE2820943A1
Application number: DE19782820943
Authority: DE
Inventors: Gregers Evald Mogensen
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1979-08-23
Also published as: FR2417888A1; DE2820943C3; US4318049A; GB1553654A; NL7901243A; DE2820943B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Demodulator und insbesondere einen Demodulator, der in Modulator-Demodulatoren (MODEM) verwendet wird, die mit Vielfachpegel-Phasenverschiebungs-Tastsignalen arbeiten, wobei erfindungsgemäß ein verbesserter Demodulator geschaffen werden soll.

Ein erfindungsgemäßer Demodulator zur Verwendung mit einem Vielfachpegel-Phasenverschiebungs-Tastsignal, das N Phasenpegel aufweist, enthält eine Einrichtung, um das Phasenverschiebungs-Tastsignal, das im folgenden mit PVT-Signal bezeichnet wird, zur Bildung eines Basisband-Signals mit einem direkt erzeugten Signal zu mischen, dessen Frequenz nominell die gleiche wie die des PVT-Signals ist; weiterhin enthält der erfindungsgemäße Demodulator eine Frequenz-Multipliziereinrichtung, welche eine Frequenzmultiplikation um einen Faktor N von Komponenten des Basisband-Signals durchführt; weiterhin enthält er eine Filtereinrichtung, welche die Hochfrequenzkomponenten des frequenzmultiplizierten Signals entfernt; auch enthält der Demodulator eine Frequenz-Dividiereinrichtung, welche das gefilterte Signal oder ein da^von abgeleitetes Signal durch einen Faktor N dividiert; und schließlich umfaßt der erfindungsgemäße Demodulator eine Mischstufe, welche das dividierte Signal mit dem direkt erzeugten Signal oder dem davon abgeleiteten Signal mischt.

Wenn das dividierte Signal mit dem direkt erzeugten Signal gemischt wird, wird die ursprüngliche Trägerfrequenz des PVT-Signals wiedergewonnen. Die Wiedergewinnung der Trägerfrequenz ist wichtig, damit die Möglichkeit besteht, daß Taktsignale vom empfangenen PVT-Signal wiedergewonnen werden können, was seinerseits die Möglichkeit schafft, daß das PVT-Signal demoduliert wird und die Datensignale wieder gebildet werden. Wenn das dividierte Signal anstatt einer Mischung mit dem direkt erzeugten Signal mit einem Signal gemischt wird, das davon abgeleitet ist und zusätzlich Signal-

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komponenten enthält, die für das empfangene PVT-Signal repräsentativ sind, besteht die Möglichkeit, daß Signale, die für die erforderlichen Taktsignale und Datensignale repräsentativ sind, erhalten v/erden können, ohne daß die Notwendigkeit besteht, als separaten Schritt eine wiedergebildete Trägerfrequenz zu erzeugen.

Vorzugsweise wird das PVT-Signal in zwei Teile gleicher Leistung aufgespaltet; dabei wird der eine Teil direkt mit dem direkt erzeugten Signal gemischt, während der andere Teil dann mit dem direkt erzeugten Signal gemischt wird, nachdem dieses eine relative Phasenverschiebung von 90° durchlaufen hat.

In einer wiederum bevorzugten Ausführungsform werden die zwei Phasenquadratursignale, die auf diese Weise als Ergebnis des Mischens erzeugt wurden, durch Tiefpaßfilter geschickt, um die Signale des oberen Seitenbands, die durch das Mischen erzeugt wurden, zu entfernen, bevor sie in ihrer Frequenz durch den Faktor N multipliziert v/erden.

In einer wiederum bevorzugten Ausführungsform, werden die zwei Signale durch weitere Tiefpaßfilter geschickt, um Signale, die nicht repräsentativ für ein Vielfaches N der Trägerfrequenz der PVT-Signale sind, zu entfernen oder wenigstens abzuschwächen.

Die gefilterten Signale können dann in ihrer Frequenz durch einen Faktor N direkt dividiert werden; jedoch kann dies Schwierigkeiten bereiten, da nur niedrige Frequenzen vorhanden sind; stattdessen werden vorzugsweise die gefilterten Signale mit Hochfrequenzsignalen vor der Division gemischt. Typischerweise liegen diese Hochfrequenzsignale über 1

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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 die allgemeinste Ausführungsform eines Teils eines erfindungsgemäßen Demodulators;

Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der in Fig. 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;

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

Fig. 7 ein der Erläuterung dienendes Diagramm, das sich auf Fig. 4 bezieht.

In Fig.1 läßt sich eine Schaltung erkennen, welche dazu geeignet ist, aus einem empfangenen Breitband-Signal, das Phasenverschiebungs-Tastsignale (PVT-Signale) trägt, eine Trägerfrequenz herauszuzMien. 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 Eingangssignals ist. Das Signal vom Oszillator 5 wird direkt an das Mischglied 4 angelegt, durchläuft jedoch eine Phasenverschiebung von

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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 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 Eingangsanschluß 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.

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Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung ist u.U. schwierig zu betreiben, da der Frequenzteiler 11 Basisband-Signale frequenzunterteilen muß, die nach ihrer Definition, 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 und 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 Fig. 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.

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In l?ig. 3τ in. der die in Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltungen als Ti'äger-Rückgewinnungs-Schaltung 31 bezeichnet sind, wird schematisch gezeigt, auf Vielehe V/eise die in den Fig. 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 Träger-Riickgewinnungsschaltung 31 erzeugt unvermeidbar eine gewisse "Verzögerung nand eine gewisse Gesarntphasenverschiebuiig. Um dies zu kompensieren, sind in einem Signalweg 3? Verzögerungs- und Phasenverschiebungs-Schaltungen 33 ^un-d y\ vorgesehen. Die PVT-Signale werden an ein weiteres Paar von Mischglied erη 36 und angelegt, die die wiedergewonnene Trägerfrequenz ebenfalls empfangen. Das Hischglied 37 empfängt diese Frequenz direkt, während das an das Mischgüied 36 angelegte Signal eine Phasenverschiebung von 9ö° erfährt. Nachdem die gemischten Signale durch ein Paar Tiefpaßfilter ⁷j?.· 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 Fig. 3 zu sehen ist, noch verbesserungsfähig ist, da die Möglichkeit besteht, daß Signale vom Oszillator 5 in den aus den Hir.chgliedern 36 und 37 bestehenden Demodulatorkreis durch: ■·'·:! Ί·;οη. 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.

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

In Anbetracht dessen v:urde eine alternative Schaltungsanordnung entwickelt,die in Fig. 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 Fig. 1 gezeigten Bereich aufgebaut und enthält den gleichen Singangsanschluß 1, Leistungsteiler 2, gleiche Hischglieder 3 und 4, den gleichen Oszillator 5 und die gleichen FiIber 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 xind 45 geführt, welche nur die Basisband-Signale übrig lassen; diese werden ihrerseits bei Hischgliedern 44 und 45 mit einem 20 MIIz Signal gemischt, das von einem weiteren Oszillator 46 erhalten wird. Das Signal vom Oszillator 46 wird an das Mischglied 45 direkt engelegt, durchläuft aber eine Phasenänderung von 90 , bevor es an das Mischglied 44 angelegt wird. Die resultierenden Frequenzen von den I'Iischgliedern 44 und 45, die auf 20 IHIz zentrierb sind, werden in einer Suinmierschaltung 47 kombiniert und über einen einstellbaren Phasenschieber 48 zu einer Frequenzteilerschaltung 49 geschickt, die einen Frequenzdivisionsfaktor von 4 besitzt. Der Teiler 49 besitzt zwei Aungangsanschlüsse, an denen geteilte Frequenzen mit einer relativen Phasendifferenz von 90° erhalten v/erden. Diese frequenzgeteilten Signale werden an weitere Ilischglieder 50 und 51 angelegt.

Die von den Tiefpaßfiltern 6 und 7 erhaltenen Signale werden ebenf all r. über Verzögerungsschaltungen 52 und 53 zu einem Paar von Hischgliedern 54 und 55 geschickt. Die Funktion der Ver-

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zögerungsschaltungen 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

einer ladungsgekoppelten Einrichtung (charge coupled device) oder durch äquivalente Elemente verwirklicht werden. Die Verzögerung kann deshalb sehr leicht an einen großen Bereich von Bandbreiten, wie sie durch die Filter 42 und 43 bestimmt werden, angepaßt werden. Eine Kompensation für Verzögerungen, die durch den Vervielfacher 41 eingeführt wurden, kann ebenfalls auf diese Weise bewirkt werden. Die anderen Eingänge dieser zwei Mischglieder nehmen das Signal vom Oszillator auf, nachdem in einem zweiten Frequenzteiler 56 die Frequenz durch einen Faktor 4 dividiert worden ist. Dieser Frequenzteiler stellt ebenfalls Ausgangssignale mit einer relativen Phasenverschiebung von 90° bereit, die an die Mischglieder 54 und 55 angelegt werden. Nach dem Mischen werden diese Signale in einer Summierschaltung 57 kombiniert, die ein Signal erzeugt, dessen Nominalfrequenz 5 MHz ist. Das so erhaltene Signal wird bei einem Leistungsteiler 58 aufgespalten und an die zwei Mischglieder 50 und 51 angelegt. Die Trägerfrequenz wird beim Teiler 49 erzeugt und mit den Signalen bei Mischgliedern 50 und 51 zum Zwecke der Taktextrahierung und, falls erforderlich, der Datenneubildung gemischt. Zur Entfernung der oberen Seitenbänder, die durch die Mischglieder erzeugt wurden, werden die Signale durch Tiefpaßfilter 5 9 und 60 geschickt.

Aus den der Erläuterung dienenden schematischen Darstellungen, die in den Fig. 5, 6 und 7 gegeben sind, läßt sich die Art und Weise, in der die in den vorhergehenden Figuren gezeigten Schaltungen arbeiten, erkennen. In diesen Figuren sind die verschiedenen Frequenzen und Phasen, die bei unterschiedlichen Stellen in den Schaltungen vorliegen, gekennzeichnet, so daß die Bildung spezieller Frequenzen und der zugeordneten Phasen verfolgt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

f\. Demodulator für ein vielpegeliges Phasenverschiebungs-Tastsignal mit N Phasenpegel, dadurch gekennzeichnet , daß Mischstufen (3, 4·) zur Erzeugung eines Basisband-Signals das PVT-Signal mit einem direkt erzeugten Signal, mischen, dessen Frequenz nominell die gleiche wie die des PVT-Signals ist, daß eine Multipliaierschaltung (8) Komponenten des Basisband-Signals mit einem Faktor H multipliziert, daß Filterschaltungen (9,10) aus dem frequenz-multiplizierten Signal Hochfrequenzanteile entfernen, daß eine Frequenzteilerschaltung (11) das gefilterte Signal oder ein davon abgeleitetes Signal durch einen Faktor Έ dividiert, und daß Mischstufen (12, 13) das dividierte Signal mit dem direkt erzeugten Signal oder dem davon abgeleiteten Signal mischen.

DR. C. MANlTZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD 8 MÖNCHEN 22. ROBE RT-KOCH-STR ASSE I TEL. (089) 22 42 II. TELEX 05-29672 PATMF

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DIPL.-ING. W. ORÄMKOW 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATTI SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (07ID56 72 61

ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

ORIGINAL INSPECTED
2. Demodulator nach -Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PVl'-Signal in zwei Teilsignale gleicher Leistung aufgespalten wird, daß ein Teilsignal direkt mit dem direkt erzeugten Signal gemischt wird, und daß das andere Teilsignal dann mit dem direkt erzeugten Signal gemischt wird, nachdem das direkt erzeugte Signal eine relative Phasenverschiebung von 90° durchlaufen hat.
3. Demodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei als Resultat des Mischens erzeugten Phasenquadratursignale, bevor sie mit dem Faktor N multipliziert werden, zur Entfernung der oberen Seitenbandsignale, die durch den Hischvorgang eingeführt wurden, durch Tiefpaßfilter geschickt werden.
4. Demodulator nach Anspruch 3·> dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Signale durch weitere Tiefpaßfilter geschickt werden, um diejenigen Signale, die nicht für ein Vielfaches IT der Trägerfrequenz der PVT-Signale repräsentativ sind, zu entfernen oder wenigstens abzuschwächen.
5. Demodulator nach Anspruch M-, dadurch gekennzeichnet, daß die gefilterten Signale vor dem Dividiervorgang mit Hochfrequenzsignalen gemischt sind.
6. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Signale, welche die PVT-Ilodulation tragen, einer Verzögerung unterworfen sind, um die Verzögerung zu kompensieren, welche im Frequenzvervielfacher oder in der Filterschaltung zur Entfernung von Hochfrequenzkomponenten aus dem frequenzvervielfachten Signal eingeführt xrorden ist.

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7. Demodulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß diejenige Verzögerung, der die PVT-Modulation unterworfen ist, durch eine variable Verzögerungseinrichtung bewirkt ist, welche in Abhängigkeit von der Bandbreite der Filterschaltungen einstellbar ist.

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