DE2829429C2 - Verfahren und Anordnung zur weichen Phasenumtastung einer Trägerschwingung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur weichen Phasenumtastung einer Trägerschwingung. Mit Phasenumtastungen einer Trägerschwingung, d. h., mit erzwungenen Änderungen des Phasenwinkels der Schwingung um 180°, werden in der Nachrichtentechnik binär codierte Informationen übertragen. Die Binärwerte sind entweder durch die Phasenlage der Schwingung zu bestimmten Zeitpunkten dargestellt oder durch die Änderung, die der Phasenwinkel zwischen zwei bestimmten Zeitpunkten erfahren hat. Erfolgt die Phasenumtastung innerhalb eines Z>itintervalles, das klein gegen die Periodendauer der Trägerschwingung ist, so spricht man von harter Phasenumtastung. Ist die Zeit für die Umtastung dagegen groß gegen die Periodendauer, so wird von weicher Phasenumtastung gesprochen.

Der durch harte Phasenumtastung modulierte Träger stellt ein Signal dar, das ein erheblich größeres Frequenzband einnimmt als zur Übertragung der binären Information notwendig ist. Durch einen nachfolgenden, aufwendigen Bandpaß wird das Signal auf eine vertretbare Freqüenzbahdbreite eingeengt. Der bei weicher Phasenumtastung gewonnene modulierte Träger kann in der Regel ohne Filterung verwendet werden. Filter werden hier nötig, um den zeitlichen Verlauf der Änderung des Phasenwinkels zu steuern.

In der DE-AS 15 91 810 ist eine Phasenmodulation beschrieben, bei der eine Trägerschwingung zunächst durch ein Binärsignal auf die Weise frequenzmoduliert wird, daß die bipolaren Impulse des Signales zur Vorspannung eines spannungEgesteuerten Oszillators addiert werden. Auf der Empfängerseite wird die mit der Frequenzmodulation verbundene Phasenverschiebung innerhalb eines Signalelementes der modulierten Trägerschwingung bestimmt und dadurch das ursprüngliche Binärsignal zurückgewonnen.

Eine weitere Phasenmodulation eines Trägers ist in der US-PS 37 77 269 beschrieben. Nach dieser Druckschrift werden die zu codierenden binären Daten zunächst an einen Takt gebunden. Dann werden die taktgebundenen Daten dazu verwendet, eine Gatterschaltung zu bteuern, die jeweils eine von zwei Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen ohne Phasensprung an den Eingang einer Schaltung gibt, die das Gesamtsignal derart verändert, daß auf der Empfängerseite die Phasenverschiebung gegenüber einem Referenzsignal zur Wiedergewinnung der binären Daten verwendet werden kann.

Eine weitere Phasenumtastung einer Rechteckschwingung zur Codierung binärer Daten wird nach der GB-PS 14 64 865 dadurch erreicht, daß jede Änderung in den binären Daten zu einer vorübergehenden geringfügigen Veränderung der Frequenz einer Rechteckschwingung führt, bis die damit verbundene Phasenverschiebung gegenüber der frequenzmäßig unveränderten Rechteckschwingung 180° beträgt. Durchgeführt wird die Phasenumtastung mit digitalen Bausteinen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur weichen Phasenumtastung einer Trägerschwingung anzugeben, das sich mit möglichst wenigen digitalen Bausteinen realisieren läßt.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben. Anhand der Figuren soll zunächst das Verfahren und dann die Anordnung erläutert werden.

Um das Prinzipielle am Verfahren darzulegen, wird davon ausgegangen, daß es sich bei den im Anspruch 1 erwähnten Teilschwingungen um sinusförmige Schwingungen handelt. Die Fig. la und Ib zeigen Ausschnitte aus dem Zeitdiagramm der Teilschwingungen A 1 und A 2, deren lineare Superposition den modulierten Träger A im gleichen Zeitraum liefert. Der modulierte Träger ist in F i g. Ic gezeigt.

Im Zeitintervall zwischen Null und ί 1 sind alle Kenngrößen der beiden Teilschwingungen gleich. Die durch lineare Superposition über Teilschwingungen erhaltene Trägerschwingung unterscheidet sich daher nur in der Amplitude von ihi-en Bestandteilen. Zum Zeitpunkt M, zu dem ein Scheitelwert der bieden Teilschwingungen auftritt, wird — ohne Sprung im Phasenwinkel — die ursprüngliche Frequenz der ersten Teilschwingung um die Hälfte herauf- und die Frequenz der anderen Teilschwingung um die Hälfte herabgesetzt. Mit anderen Worten, im Beispiel wurde Al = /0 gewählt. Ein Sprung im Phasenwinkel muß deshalb vermieden werden, weil ein solcher Sprung das Ffequenzspektrum der Einzelschwingungen und damit das des modulierten Trägers Ungünstig beeinflussen würde.

Die Superposition der beiden Teilschwingungen zeigt für Zeiten größer als 11 ein Schwingungsbild, dessen tiefstes Minimum erstmalig dort auftritt, wo beide Teilschwingungen gleichzeitig ein Minimum annehmen. Es ist dies der Zeitpunkt ί2 in den Fig. la bis Ic Beim Auftreten dieses Minimums wird die Frequenz jeder Tailschwingung wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgesetzt, und zwar abermah. so, daß der Phasenwinkel der Teilschwingungen erhalten bleibt Für Zeiten größer als ti ergibt sich dann die um 180° phasenverschobene Trägerschwingung, wie dies aus Fig. Ic ersichtlich ist.

Es leuchtet unmittelbar ein, daß nicht jede Frequenzveränderung der Teilschwingungen einerseits dazu führt daß ihre Minima gleichzeitig auftreten und daß andererseits bei anschließender Rückstellung der Frequenzen die resultierende Trägerschwingung gegenüber der anfänglichen Trägerschwingung genau um 180° phasenverschoben ist Eine nähere Untersuchung ergibt folgendes: Ist /0 die Frequenz der Trägerschwingung und /1 = /Ό + 4//die höhere und/2 = /0 + AfI-,die niedrigere Frequenz der Teilschwingungen, so muß Af = fOp/q sein, mit ρ und q als natürliche Zahlen, wobei ρ zusätzlich ungerade zu sein hat. Das erste Minimum, in dem die Frequenz jeder Teilschwingung auf ihren ursprünglichen Wert zurückgestellt werden darf, tritt nach einer Wartezeit plAf auf. Der für die Anwendung wichtigste Fall ist der mit ρ = 1; die Wartezeit beträgt dann MAf.

Dem Beispiel in F i g. 1 ist wegen der gewählten Frequenzverhältnisse das bei praktischen Anwendungen entstehende typische Schwingungsbild der resultierenden Schwingung A noch nicht erkennbar. Wählt man nämlich Af wesentlich kleiner als /0, also q wesentlich größer als 1, so entsteht als resultierende Schwingung A zwischen den Zeitpunkten 11 und 12 das als Schwebungskurve bekannte Schwingungsbild. Es tritt ein Schwebungsminimum (Schwebungsknoten) genau in der Mitte zwischen den beiden Zeitpunkten 11 und 12 auf. Die Schwebungskurve hat zwischen den Zeitpunkten f 1 und ί 2 eine N ulistelle mehr als die Trägerschwingung in dieser Zeit. Das gleiche trifft für die Schwingung A 1 zu, wogegen die Schwingung A 2 eine Nullstelle weniger besitzt als die Trägerschwingung im gleichen Zeitraum. Entsprechende Aussagen lassen sich z. B. über die Zahl der Umkehrpunkte machen, wie sich unschwer an den Schwingungsbildern der F i g. 1 ablesen läßt. Die letzten Bemerkungen bilden die Ausgangsbasis für die digitale Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Grundsätzlich ließe sich das Verfahren mit zwei identischen, spannungsgesteuerten Qszillatoren realisieren, die gleichzeitig gestartet werden. Eine vorteilhaftere Anordnung zeigt Fig. 3. Mit dreiD-Flip-Flops FFl, FF2 und FF3, einem EXCLUSIV-ODER-Gatter G, zwei gleichen Frequenzteilern TX und T2, sowie zwei Widerständen und einem einfachen Tiefpaß wird aus der binären Schwingung eines Oszillators mit der 2^m + '-fachen Trägerfrequenz /Ό der modulierte Träger nach Anspruch 1 erzeugt. Binäre Vors'ufen beider Teilschwingungen werden zunächst dadurch gewonnen, daß zwischen zwei Zeitpunkten — entsprechend den Bemerkungen am Ende des letzten Absatzes — ausgezeichnete Funktionswerte der Oszillatorschwingung, z. B. ansteigende Flanken, gelöscht bzw. eingefügt werden. Sodann werden diese Teilschwingungen über je einen der Teiler Π und T2 heruntergeteilt, über die Widerstände R1 und R 2 linear superponiert und durch den Tiefpaß TPvon störenden Oberwellen befreit

Im einzelnen sol! die Funktionsweise der Schaltung unter Zuhilfenahme der Fig.2 erläutert werden. Die F i g. 2 zeigt sechs Zeitachsen, über denen binäre Signale aufgetragen sind. Die Ordinaten der Achsen sind mit dem gleichen Symbol bezeichnet wie die Anschlüsse, an denen die dargestellten Schwingungen auftreten. Die Schwingung des Oszillators O ist auf der Achse a aufgetragen. Diese Schwingung wird den Takteingang

to der beiden Flip-Flops FFl und FF2 zugeführt Der Ausgang Q 2 des Flip-Flops FF2 ist auf seinen Dateneingang D 2 zurückgekoppelt; diese Rückkopplung bewirkt eine Frequenzhalbierung der Oszillatorschwingung. Die geteilte Schwingung ist über der Achse b in Fig.2 aufgetragen. Diese Schwingung wird dem ersten Eingang des EXCLUSIV-ODER-Gatters G zugeführt Der zweite Eingang dieses Gatters ist mit dem Ausgang Q 3 des dritten Flip-Flops FF3 verbunden, während der Ausgang des Gatters G an den Takteingang TA 3 des Flip-Flops FF3 gelegt ist

Am Dateneingang D 3 des dritten Flip-Flops möge ein Signal anliegen, wie es auf der Achse c der F i g. 2 aufgetragen ist Solange dieses Datensignal den binären Wert »0« annimmt liegt auch am Ausgang Q 3 und damit am zweiten Eingang des Gatters G der Binärwert ,0« an. Die Impulse, die vom Ausgang Q 2 zum Gatter G gelangen, durchlaufen dieses mit der Eigenverzögerung des Gatters und erreichen dann den Takteingang TA 3 des Flip-Flops FF3. Die Verzögerung ist an den ersten

drei Impulsen auf der Achse d gegenüber den Impulsen der Achse b deutlich sichtbar gemacht Mit dem Auftreten des dritten Impulses am Takteingang TA 3 springt das Datensignal D 3 von »0« auf ,1«. Mit der ansteigenden Flanke des vierten Impulses des Signales Q 2, wird daher der Binärwert »1« an den Ausgang Q 3 übernommen, wie dies auf Achse ezu erkennen ist. Von Q 3 gelangt dieser Binärwert »1« an den zweiten Eingang des Gatters G, dessen Ausgangssignal TA 3 nach Verstreichen der Eigenverzögerung auf »0« gesetzt wird. Im Signal TA 3 entsteht ein Impuls von der Länge der Verzögerungszeit des Gatters G, wie aus Achse d der Fig.2 ersichtlich. Da der Eingang Q3 mindestens so lange auf »1« bleibt wie das Signal D 3, wirkt während dieser Zeit das Gatter G als Inverterschaltung, die die Impulse des Signales Q 2 verzögert und invertiert. Dies ist an F i g. 3 auf der Achse dan den beiden Impulsen zu erkennen, die auf den ersten schmalen Impuls folgen. Nach dem Rückgang des Signales D 3 auf ,0« tritt nochmals ein schmaler Impuls im Signal TA 3 auf. Die dann folgenden Impulse des Signales TA 3 sind gegenüber den Impulsen des Signales Q 2 wiederum nur verzögert.

Wie die F i g. 3 zeigt, wird das Signal TA 3 sowohl dem zweiten Frequenzteiler 7"2 zugeführt als auch dem Dateneingang Di des ersten Flip-Flops FFl. Am Q-Ausgang Q1 dieses Flip-Flops erscheint das mit den positiven Flanken des Oszillatorsignales O abgetastete Signal TA 3. Das Ergebnis dieser Abtastung ist auf Achse f aufgetragen. Die schmalen Impulse im Signal TA 3 sind bei dieser Abtastung »übersehen« worden.

Als wesentliches Ergebnis ist festzuhalten, daß in einem Zeitintervall, das die Länge der Pfeile über den Achsen b, dund /hat, das Signal TA 3 eine ansteigende Flanke mehr und das Signal Q1 eine ansteigende Flanke weniger enthält als das Signal Q 2. Gesteuert wird das Löschen und Einfügen von Flanken durch Impulse des Datensignales Z? 3. Dieses Einfügen und Löschen von Flanken erscheint in der Frequenzlage nach F i g. 2 als

unstetiger Vorgang in dem Sinne, daß die Flankenabstände in den Signalen TA 3 und Ql sich unstetig ändern. Die nachfolgende Frequenzteilung durch die Teiler Ti und T2 macht den Flankenabstand zu einer sich nahezu kontinuierlich verändernden Größe.

Es ist jedoch zu beachten, daß — z. B. bei einem Teilungsverhältnis der Teiler von 1 : N — im Datensignal D3 eine Impulsserie von NImpulsen auftreten muß, damit die frequenzgeteilten Signale zwischen den Zeitpunkten, die durch Anfang und Ende der Impulsseric gegeben sind, genau eine Flanke mehr bzw. eine Flanke weniger enthalten als das unbeeinflußte Signal.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur weichen Phasenumsetzung einer Trägerschwingung, bei dem die weiche Phasenumtastung durch eine vorübergehende Frequenzändehing der Trägerschwingung herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschwingung aus der linearen Superposition zweier Teilschwingungen besteht, die vor der Umtastung in allen Kenngrößen identisch sind, und daß zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Scheitelwert der Teilschwingungen auftritt, unter Beibehaltung des Phasenwinkels die Frequenz der einen Teilschwingung um Af/2 herauf und die Frequenz der anderen Teilschwingung um den gleichen Betrag herabgesetzt wird, wobei /!/"ein ganzzahliger Teil der Trägerfrequenz ist und daß nach einer Wartezeit von T = lAd/die Frequenzen der Teilschwingungen ebenfalls unter Beibehaltung des Phasenwinkels wieder auf ihren ursprünglichen Wert zurückgestellt werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Rechteckoszillators (O), dessen Frequenz das 2^{m +} '-fache der Trägerfrequenz beträgt, an die Takteingänge eines ersten (FFi) und eines zweiten (FFi) Flip-Flops geführt ist und daß der (^-Ausgang des zweiten Flip-Flops sowohl mit seinem Dateneingang als auch mit dem ersten Eingang eines EXCLUSIV-ODER-Gatters (G) verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Gatters an den Takteingang eines dritten Flip-Flops (FF3), an den Dateneingang des ersten Flip-Flops und an den Eingang eines ersten, m-stufigen Frequenzteilers (Ti) geführt ist und daß der (^-Ausgang des dritten Flip-Flops an den zweiten Eingang des EXCLUSlV-ODER-Gatters, der (^-Ausgang des ersten Flip-Flops mit dem Eingang eines zweiten /77-stufigen Frequenzteilers (T2) verbunden ist und daß der Ausgang eines jeden Frequenzteilers über je einen Widerstand (Ri, R2) an den Eingang eines to Tiefpasses (TP) führt.