DE1949643C3 - Empfanger zum Empfang in einem vorgeschriebenen Übertragungsband liegender Informationsimpulssignale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Empfänger zum Empfang in einem vorgeschriebenen Übertragungsband liegender mehrwertiger Informationsimpulssignale, bei dem die ursprünglichen Informationsimpulse mit verschiedenen Impulsen aus einer Reihe äquidistanter Taktimpulse zusammenfallen, welcher Empfänger mit einer Detektionsvorrichtung versehen ist, der ein mehrwertiges lnformationsimpulssignal entnommen werden kann, während er ferner einen von einem örtlichen Taktimpulsgenerator gesteuerten Impulsregenerator zur Regeneration der delektierten Informationsimpulse nach der Form und nach dem Auftrittszeitpunkt und einen Taktfrequenz-Extraktor zur Wiedergewinnung der einem Phasensynchronisierkreis des örtlichen Taktimpulsgenerators zugeführten Taktfrequenz enthält.

Derartige Empfänger finden bei verschiedenen Übertragungsweisen der Informationsimpulssignale Verwendung, und zwar sowohl bei einer Direktübertragung mehrwertiger Informationsimpulssignale wie auch bei einer Übertragung mit Hilfe von Modulation, z. B. Amplitudenmodulation oder mehrwertiger Phasenmodulation. Die Detektionsvorrichtung ist dabei dem angewandten Übertragungsmodus angepaßt.

In Empfängern, in denen der Detektionsvorrichtung ein zweiwertiges lnformationsimpulssignal entnommen wird, kann die Gesamtübertragungskennlinie von Sender-Übertragungsweg-Empfänger nach einem bekannten Kriterium von Nyquist zum Beibehalten der ursprünglichen Lage der Nulldurchgänge im detektierten Informationssignal eingestellt werden, wodurch aus dieser richtigen Lage der Nulldurchgänge die Taktfrequenz auf der Empfangsseite phasenrichtig wiedergewonnen werden kann. Eine derartige Einstellung ist aber bei Empfängern, bei denen an der Detektionsvor-

richtung ein mehrwertiges Informationsimpulssignal auftreten kann, nicht mehr möglich, so daß dann besondere Maßnahmen zur phasenrichtigen Wiedergewinnung der Taktfrequenz angewandt werden sollen, die z. B. darin bestehen, daß die Taktfrequenz entweder über eine gesonderte Verbindung oder mit Hilfe eines den zu übertragenden Impulssignalen zugesetzten Pilotsignals von dem Sender auf den Empfänger übertragen wird.

Die Erfindung bezweckt, einen Empfänger der eingangs erwähnten Art zu schaffen, in dem auf einfache Weise die Taktfrequenz aus den empfangenen Informationsimpulssignalen selber phasenrichtig wiedergewonnen werden kann.

Der Empfänger nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur phasenrichtigen Wiedergewinnung der Taktfrequenz aus den empfangenen Informationsimpulssignalen ein der Detektionsvorrichtung entnommenes mehrwertiges Informationsimpulssignal einem im Takifrequenz-Extraktor aufgenommenen Selektionskreis zugeführt wird, der auf die halbe Taktfrequenz abgestimmt ist und dessen Ausgang mit einem als Frequenzverdoppler wirkenden mchtlinearen Kreis verbunden ist, der über einen normalerweise geöffneten elektronischen Schalter an den Phasensynchronisierkeis des örtlichen Taktimpulsgenerators angeschlossen ist, wobei der elektronische Schalter von einem Steuerkreis gesteuert wird, dem ein dem Selektionskreis entnommenes Signal zugeführt wird und der eine Schwellenvorrichtung enthält, die beim Überschreiten ihres Schwellwertes ein Steuersignal zum Schließen des elektronischen Schalters liefert.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt l· i g. 1 einen Empfänger nach der Erfindung und

F i g. 2,3 und 4 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Empfängers nach Fig. 1, Fig. 5 eine Variante des Empfängers nach Fig. 1,

Fig.6 einen Empfänger nach der Erfindung, der bei ^₀ Übertragung mit Hilfe achtwertiger Phasenmodulation angewandt wird, und V

Fig. 7 ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Empfängers nach F i g. 6.

Fig. 1 zeigt einen Empfänger nach der Erfindung zum Empfang mit Hilfe von Amplitudenmodulation übertragener vierwertiger synchronen Informationsimpulssignale, bei dem die ursprünglichen Informationsimpulse mit verschiedenen Impulsen aus einer Reihe äquidistanter Taktimpulse mit einer Taktfrequenz /4 von z. B. 5 kHz zusammenfallen, während die Trägerfrequenz f_cz. B. 20 kHz beträgt.

Im dargestellten Empfänger werden die dem Übertragungsweg I entnommenen Informationsimpulssignale.die in einem Übertragungsband von 17 — 23 kHz liegen, über ein Entzerrungsnetzwerk 2 zur Entzerrung des erwähnten Übertragungsbandes und einen Eingangsverstärker 3 einer Amplitudendetektionsvorrichtung 4 in Form eines kohärenten Detektors 5 und eines sich daran anschließenden Tiefpasses 6 mit einer Grenzfrequenz von z. B. 3 kHz zugeführt. Das der Detektionsvorrichtung 4 entnommene vierwertige Informationsimpulssignal wird zur weiteren Verarbeitung in einem Verbraucher 7 einem Impulsregenerator 8 zugeführt, der von einem örtlichen Taktimpulsgenerator 9 gesteuert wird.

Der dargestellte Impulsregenerator 8 ist auf bekannte Weise als ein Ampütudendiskriminator mit drei doppelseitigen Begrenzern (»slicers«) ausgebildet, deren Schwellwerte derart eingestellt sind, daß sie in der Nähe der Mitten der vier möglichen Pegel des detektieren vierwertigen Informationsimpulssignals liegen, wobei jeder Begrenzer mit einer Abtastvorrichtung verbunden ist, die unter der Steuerung von Abtastimpulsen der Taktfrequenz 4 das Ausgangssignal des betreffenden Begrenzers abtastet und die erhaltenen Abtastsignale einem Impulserzeuger zuführt, während sämtliche Impulserzeuger an eine Zusammenfügungsvorrichtung angeschlossen sind, die dann nach der Form und nach dem Auftrittszeitpunkt regenerierte Informationsimpulse an den Verbraucher 7 liefert.

Der örtliche Taktimpulsgenerator 9 wird mit der senderseitigen Taktfrequenz synchronisiert. Im Gegensatz zu einem Empfänger, bei dem der Detektionsvorrichtung ein zweiwertiges Informaiionsimpulssignal entnommen wird, kann beim Empfänger nach Fig. 1, bei dem am Ausgang der Detektionsvorrichtung 4 ein vierwertiges Informationsimpulssignal auftritt, das z. B. die bei a in Fig. 2 dargestellte Gestalt aufweist, die Gesamtübertragungskennlinie von Sender-Übertragungsweg-Empfänger nicht derart eingestellt werden, daß die Taktfrequenz aus den Nulldurchgängen dieses vierwertigen Informationsimpulssignals wiedergewonnen werden kann, weil, wie aus der bei b in Fig.2 dargestellten Lage der Nulldurchgänge dieses Informationsimpulssignals a ersichtlich ist, ein großer Teil dieser Nulldurchgänge nicht mit einer Reihe äquidistanter Impulse der Taktfrequenz zusammenfällt, die bei c in Fig.2 dargestellt ist. Zur phasenrichtigen Wiedergewinnung der Taktfrequenz im Empfänger sollen dann besondere Maßnahmen getroffen werden; z. B. kann die Synchronisierung des örtlichen Taktimpulsgeneralors 9 dadurch bewirkt werden, daß die Taktfrequenz mit Hilfe eines Pilotsignals oder auf andere bekannte Weise, z. B. über einen gesonderten Übertragungsweg, von dem Sender auf den Empfänger übertragen und mit Hilfe eines Taktfrequenz-Extraktors tO, z. B. in Form eines Pilotfilters, wiedergewonnen wird, wonach dann die wiedergewonnene Taktfrequenz einem Phasensynchronisierkreis 11 des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 zugeführt wird.

Im dargestellten Empfänger wird örtliche Taktimpulsgenerator 9 als ein frei laufender Generator in Form eines stabilen Oszillators 12 mit hoher Frequenz, z. B. einer Frequenz 64 /i>=320kHz, ausgebildet, dem sich der als ein digitaler mit einem Teilfaktor 64 ausgebildete Phasensynchronisierkreis 11 anschließt, wobei die Phasensynchronisierung dadurch bewirkt wird, daß aus der wiedergewonnenen Taktfrequenz f/, hergeleitete Impulse als Rückstellimpulse dem Teiler zugeführt werden, welche Impulse den Teiler jeweils in seine Anfangslage zurückführen.

Um im bisher beschriebenen Empfänger eine phasenrichtige Wiedergewinnung der Taktfrequenz aus den empfangenen Informationsimpulssignalen selber zu erzielen, wird nach der Erfindung ein der Detektionsvorrichtung 4 entnommenes mehrwertiges Informationsimpulssignal einem im Taktfrequenz-Extraktor 10 aufgenommenen Selektionskreis 13 zugeführt, der auf die halbe Taktfrequenz abgestimmt ist und dessen Ausgang mit einem als Frequenzverdoppler wirkenden nichtlinearen Kreis 14 verbunden ist, der über einen normalerweise geöffneten elektronischen Schalter 15 an den Phasensynchronisierkreis 11 des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 angeschlossen ist, welcher elektronische Schalter 15 von einem Steuerkreis 16

gesteuert wird, dem ein dem Selektionskreis 13 entnommenes Signal zugeführt wird und der eine Schwellenvorrichtung 17 enthält, die beim Überschreiten ihres Schwellwertes ein Steuersignal zum Schließen des elektronischen Schalters 15 liefert.

In einer dargestellten Ausführungsform hat der Selektionskreis 13 z. B. die Form eines auf die halbe Taktfrequenz /i/2 abgestimmten Schwingkreises, während der nichtlineare Kreis 14 durch einen doppelseitigen Begrenzer 18 (»slicer«) gebildet wird, dessen Begrenzungswerte zu beiden Seiten des Nullpegels eingestellt sind, welchem Begrenzer sich ein differenzierendes Netzwerk 19 für das begrenzte selektierte Signal der halben Taktfrequenz /i/2 und ein Doppelweggleichrichter 20 anschließen, wobei der Ausgang dieses Gleichrichters an den elektronischen Schalter 15 angeschlossen ist. Ferner wird der Steuerkreis 16 durch einen Amplitudendetektor 21, z. B. einen Umhüllendendetektor, für das selektierte Signal der halben Taktfrequenz /i/2 und die sich daran anschließende Schwellenvorrichtung 17 gebildet, welche Schwellenvorrichtung z. B. gleichfalls als doppelseitigen Begrenzer (»slicer«) ausgebildet ist, dessen niedrigster Begrenzungswert den Schwellwerk bildet, der auf einen geeignete gewählten Pegel eingestellt ist.

An Hand des Zeitdiagramms nach F i g. 3 wird nun die Taktfrequenzextraktion im Empfänger nach der Erfindungbeschrieben.

Wenn z. B. am Ausgang der Detektionsvorrichtung 4 das bei a dargestellte vierwertige Informationsimpulssignal (vgl. a in Fig. 2) erscheint, tritt am Ausgang des Selektionskreises 13 das bei b dargestellte Signal der halben Taktfrequenz /i/2 auf, dessen Amplitude sich in Abhängigkeit von dem Informationsimpulssignal a ändert. Wenn dieses selektierte Signal b dem nichtlinearen Kreis 14 zugeführt wird, tritt infolge doppelseitiger Begrenzung im Begrenzer 18 das nahezu rechteckige Signal c auf. Durch Differenzierung dieses begrenzten Signals c im Differenzierungsnetzwerk 19 wird die Impulsreihe d erhalten, die aus scharfen Nadelimpulsen .zusammengesetzt ist, die mit den Nuildurchgängen im selektierten Signal b der halben Taktfrequenz #2 zusammenfallen. Nach Doppelweggleichrichtung dieser Impulsreihe d\m Gleichrichter 20 tritt am Eingang des elektronischen Schalters 15 die Impulsreihe e auf, in der die Nadelirnpulse infolge der Frequenzverdopplungswirkung dieses Gleichrichters 20 mit der doppelten Frequenz der Impulsreihe d auftreten. Zur Steuerung des Schalters 15 wird das selektierte Signal b gleichfalls dem Amplitudendetektor 21 im Steuerkreis 16 zügeführt, wobei die Umhüllende /"dieses selektierten Signals b erhalten wird, die der Schwellenvorrichtung 17 zugeführt wird, die beim Überschreiten ihres Schwellwertes (bei fm Fig.3 gestrichelt dargestellt) ein Steuersignal g zum Schließen des elektronischen Schalters 15 liefert, so daß am Ausgang dieses Schalters 15 die Impulsreihe h erscheint, in der sämtliche Nadelimpulse im Takt der Taktfrequenz /i auftreten. Die Impulse dieser Impulsreihe h werden nun als Synchronisierimpulse dem Phasensynchronisierkreis 11 des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 zugeführt und führen dann, wie oben auseinander gesetzt wurde, den Teiler jeweils in seine Anfangslage zurück.

Die auf diese Weise erhaltene Synchronisierung ist besonders zuverlässig, da die Nadelimpulse der Impulsreihe e, die mit den Nulldurchgängen des selektierten Signals b zusammenfallen, nur als Synchronisierimpulse (Impulsreihe /^benutzt werden, wenn die Amplitude dieses selektierten Signals b genügend groß ist, wodurch der Einfluß von Störungen, z. B. Geräusch, auf die Lage der Nulldurchgängc dieses selektierten Signals b dann verhältnismäßig gering ist, während außerdem zufällige Nulldurchgänge, die herbeigeführt werden, wenn die Amplitude dieses selektierten Signals b auf Null abnimmt, die Synchronisierung nicht beeinflussen.

So wird im dargestellten Empfänger mit Hilfe einer aus den empfangenen Informationsimpulssignalen selber wiedergewonnenen Impulsreihe der Taktfrequenz eine sowohl zuverlässige als auch genaue Phasensynchronisierung des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 bewirkt, wie Versuche ergeben haben und wie nachstehend an Hand der Zeitdiagramme nach Fig.4 näher erläutert wird.

Bei der Erläuterung wird von dem ursprünglichen vierwertigen Informationsimpulssignal p(t) auf der Senderseite ausgegangen, das als Funktion der Zeit fbei a in F i g. 4 dargestellt und aus synchroner Informationsimpulsen mit verschiedenen Amplituden, aber mit gleicher Zeitdauer D= I/4 aufgebaut ist. Eine bestimmte Komponente mit Radialfrequenz ω*=2πί tritt in einem deratigen Informationsimpulssignal p(t) in der Gestalt:

c(f)cosmi + i(f) · sinf<»i (1)

auf, wobei die Koeffizienten cftjund s(t) bekanntlich mit Hilfe der Integrale:

c(0

- f J*

τ) -COScit -dr,

ι- Τ

s(t) = = p(r)· sin ι»τ dr.

(2)

(3)

ι- Τ

bestimmt werden können, bei denen die Größe des Integrationsintervalls T gleich einer oder mehreren Perioden der Radialfrequenz ω ist. Die Amplitude und die Phase der betreffenden Komponente mit Radialfrequenz ω, die durch diese Koeffizienten c(t) und s(t) bestimmt sind, sind somit im allgemeinen von dem Verlauf des Informationsimpulssignals p^als Funktion der Zeit t abhängig.

Es stellt sich abe^r heraus, daß für eine Komponente der halben Taktfrequenz /i/2, somit mit der Radialfrequenz ω = -τ/D, bei dem für a gewählten Ausgangspunkt f=0 gilt, daß die Integration in einem Intervall (k\D, k₂D), wobei ki und k₂ ganze Zahlen sind, für das Integral c(t) nach (2) stets einen Wert Null liefert, aber für das Integral s(t) nach (3) einen von Null verschiedenen Wert liefern kann. Auf einfache Weise läßt sich dies mit Hilfe der in Fig. 4 bei b bzw. c für die Radialfrequenz ω = .τ/D dargestellten Funktionen cos(.ti/D) bzw. sin (.-rt/D) veranschaulichen, wobei aus der Figur ersichtlich ist, daß in einem beliebigen Intervall (k\D, (k\ + \)D) mit einer Größe D der Mittelwert des Produkts p(t) ■ cos (πt/D) den Wert Null hat, während das Produkt p(t) · sin (πΐ/D) einen von Null verschiedenen Mittelwert annehmen kann.

Aus Obenstehendem geht hervor, daß die Komponente der halben Taktfrequenz /i/2, somit der Radialfrequenz io = x/D, lediglich als

s(f)'siiW = s{t)· sin(.-r(/D)

(4)

auftritt, so daß, abgesehen von dem Vorzeichen des

Koeffizienten s(i), die Phase der Komponente der halben Taktfrequenz /j/2 von dem Verlauf des Informationsimpulssignals p(t) unabhängig ist. Daraus ergibt sich außerdem, daß die Lage der Nulldurchgänge dieses Signals der halben Taktfrequenz /i/2 insofern diese Nulldurchgänge nicht dadurch herbeigeführt werden, daß der Koeffizient s(t)den Wert Null annimmt, gleichfalls vom Verlauf des Informationsimpulssignals /^,!unabhängig ist.

Wenn nun das bei a in Fig. 4 dargestellte Informationsimpulssignal p(t), in dem, wie nachgewiesen wurde, eine vorhandene Komponente der halben Taktfrequenz /i/2 die Eigenschaft besitzt, daß die Lage der Nulldurchgänge vom Verlauf des Informationsimpulssignals p(t) unabhängig ist, mit Hilfe des Senders über den Übertragungsweg I auf den Empfänger übertragen wird, erscheint am Ausgang der Detektionsvorrichtung 4 das bei c/dargestellte Informationsimpulssignal (vgl. a in den F i g. 2 und 3), das in der Bandbreite begrenzt ist, aber in dem die Komponente der halben Taktfrequenz /i/2 mit ungeänderten Eigenschaften vorhanden ist. Insbesondere tritt diese Komponente im Informationsimpulssignals d\n der Gestalt:

As[I) smlint/D) +

auf, wobei der Faktor A und die Phasenverschiebung φ durch die Gesamtübertragungskennlinie von Sender-Übertragungsweg-Empfänger für die halbe Taktfrequenz /i/2 gegebene Konstanten sind, die vom Verlauf des Informationsimpulssignals nicht abhängig sind. Die Lage der Nulldurchgänge der Komponente der halben Taktfrequenz /i/2 ist also bei linearer Übertragung eine Invariante bezüglich des Verlaufs des Informationsimpulssignals.

Die Selektion dieser Komponente der halben Taktfrequenz 4/2 im Wählkreis 13 und die weitere Anwendung der bereits ausführlich beschriebenen Maßnahmen bewirken, daß dann die bei h in Fig. 3 dargestellte Impulsreihe auftritt, in der sämtliche Nadelimpulse mit Nulldurchgängen der selektierten Komponente der halben Taktfrequenz /i/2 zusammenfallen und im Takt der Taktfrequenz /i auftreten, ohne daß ihre Lage durch den Verlauf des Informationsimpulssignals beeinflußt wird.

Auf diese Weise wird durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen mit Hilfe einer aus den empfangenen Informationsimpulssignalen phasenrichtig wiedergewonnenen Taktfrequenz eine besonders zuverlässige und genaue Phasensynchronisicrung des örtlichen Taktimpulsgenerators bewirkt, wobei eine unerwünschte Beeinflussung der Phasensynchronisierung durch die Informationsimpulssignalc völlig vermieden ist.

Fig. 5 zeigt eine Variante des Empfängers nach F i g. 1, wobei entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Der Empfänger nach Fi g. 5 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 in bezug auf die Ausbildung des nichtlincaren Kreises 14 im Taktfrcquenz-Extraklor 10 und des örtlichen Taktimpulsgcncrators9.

Der nichtlinearc Kreis 14 in F i g. 5 enthält ein an den Ausgang des Wahlkreises 13 angeschlossenes nichtlineares Element 22, das z. B. durch einen doppelseitigen Begrenzer gebildet wird, dessen Ausgangs-gcgcn-Eingangskennlinic einen quadratischen Term besitzt, wobei mit Hilfe dieses nichtlinearcn Elements 22 das im Selcktionskrcis 13 selektierte Signal der halben Taktfrequenz /i/2 in der Frequenz verdoppelt wird, und wobei in einem auf die Taktfrequenz /i abgestimmten Selektionskreis 23, z. B. einem Schwingkreis, unerwünschte Frequenzkomponenten beseitigt werden, S wonach das in der Frequenz verdoppelte Signal dem elektronischen Schalter 15 zugeführt wird. Wie in F i g. 1 wird auch in diesem Falle nur bei genügend großer Amplitude des selektierten Signals der halben Taktfrequenz /i/2 der Schalter 15 von dem Steuerkreis 16

ίο geschlossen und wird das im als Frequenzverdoppler wirkenden nichtlinearen Kreis 14 erhaltene Signal der Taktfrequenz /i dem Phasensynchronisierkreis 11 des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 zugeführt.

Der örtliche Taktimpulsgenerator 9 enthält in diesem Falle gleichfalls einen stabilen Oszillator 12, der jedoch nun die Taktfrequenz 4 hat und der über einen Impulserzeuger 12' zum Erhalten kurzzeitiger Abtastimpulse an den Impulsregenerator 8 angeschlossen ist, während der Phasensynchronisierkreis U einen Phasen-

zo diskriminator 24 enthält, an den einerseits der Taktfrequenz-Extraktor 10 und andererseits der Oszillator 12 angeschlossen ist, während der Ausgang des Phasendiskriminators 24 mit einem Glättungsfilter 25 verbunden ist, dessen geglättetes Ausgangssignal als Regelsignal einem z. B. als veränderliche Reaktanz ausgebildeten Frequenzkorrektor 26 zur selbsttätigen Phasensynchronisierung des Oszillators 12 mit dem im Taktfrequenz-Extraktor 10 wiedergewonnenen Signal der Taktfrequenz /i zugeführt wird.

Die Wirkungsweise des Empfängers nach Fig.5 entspricht im wesentlichen der des Empfängers nach Fig. 1. Insbesondere erfolgt die Phasensynchronisierung des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 auch hier nur, wenn die Amplitude des im Selektionskreis 13 selektierten Signals der halben Taktfrequenz /i/2 genügend groß ist.

Wenn das nichtlineare Element 22 eine rein quadratische Ausgangs-gegen-Eingangskennlinie aufweist, kann beim Empfänger nach F i g. 5 der selektionskreis 23 fortgelassen werden. Ferner kann das dem Steuerkreis 16 zuzuführende Signal statt, wie in den

VF i g. 1 und 5 dargestellt ist, direkt dem Ausgang des Wählkreises 13 beim Empfänger nach F i g. 5 z. B. auch dem Ausgang des als Doppelweggleichrichter ausgebildeten nichtlinearen Elements 22 oder dem Ausgang des Selektionskreises 23 entnommen werden.

Oben wurde die Wirkungsweise des Empfängers nach der Erfindung für den Fall erläutert, daß ein mehrwertiges Informationssignal mit Hilfe von Amplitudenmodulation übertragen wird. Die Maßnahmen nach der Erfindung können aber auch bei der Übertragung von Informationsimpulssignalen mit Hilfe mehrwertiger Phasenmodulation Anwendung finden, wie nun an Hand der Fig.6 erläutert wird, wobei entsprechende Elemente in Fig.6 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Der Empfänger nach F i g. 6 ist zum Empfang von mit Hilfe achtwertiger Phasenmodulation übertragenen synchronen Informationsimpulssignalen eingerichtet, wobei die ursprünglichen zweiwertigen Informationsimpulssignalc mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von z. B. 2400 Baud eine Trägerschwingung mit einer Frequenz f_c von z. B. 1,7 kHz in der Phase modulieren. Das dem Übertragungsweg 1 entnommene phasenmodulierte Signal, das in einem Übertragungsband von 15—2,2 kHz liegt, wird über das Entzerrungsnetzwerk 2 und den Eingangsverstärker 3 der Detektionsvorrichtung 4 zugeführt, die im dargestellten Empfänger zwei

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parallelgeschaltete Kanäle enthält, die mit je einem Synchrondemodulator 5', 5" und einem sich daran anschließenden Tiefpaß 6', 6" mit einer Grenzfrequenz von z. B. 0,5 kHz versehen sind. Die beiden Synchrondemodulatoren 5', 5" werden unmittelbar bzw. über ein s 90°-Phasenverschiebungsnetzwerk 27 von einem örtlichen Trägerfrequenzgenerator 28, ζ. Β. einem stabilen Oszillator, gespeist, wobei am Ausgang jedes der Tiefpässe 6', 6" ein in der Bandbreite begrenztes vierwertiges Informationsimpulssignal erscheint, dessen ursprüngliche Informationsimpulse im Takt einer Taktfrequenz 4=800 Hz aufireten. Der örtliche Trägerfrequenzgenerator 28 wird genau mit der senderseitigen Trägerfrequenz f_cz. B. mit Hilfe eines mit dem phasenmodulierten Signal mitgesandten Pilotsignals oder auf andere bekannte Weise synchronisiert.

An Hand eines in Fig. 7 dargestellten Vektordiagramms wird auseinander gesetzt, wie im Empfänger nach F i g. 6 die ursprünglichen zweiwertigen Informationsimpulssignale mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 2400 Baud wiedergewonnen werden. Im Vektordiagramm sind acht aufeinander folgende Sektoren von 45° (»Oktanten«) dargestellt, wobei das dem Übertragungsweg 1 entnommene phasenmodulierte Signal, das mit rft) angedeutet ist, zu den durch die Taktfrequenz 4 bestimmten Abtastzeitpunkten in der Mitte eines der Oktanten liegt, wenn der örtliche Trägerfrequenzgenerator 28 mit der sendeseitigen Trägerschwingung der Frequenz f_c in der Phase genau übereinstimmt. Jedem Oktanten ist eine bestimmte Kombination dreier auffolgender Informationsimpulse (A, B und C) im ursprünglichen zweiwertigen Informationsimpulssignal zugewiesen, wobei in F i g. 7 diese Kombinationen A, B, C, bei den Oktanten durch binäre Zahlen angegeben sind. Infolge der Synchrondemodulation mit zwei orthogonalen Trägerschwingungen in den Demodulatoren 5', 5" erscheinen am Ausgang jedes der Tiefpässe 6', 6" yierwertige Informationsimpulssignale aft) bzw. bft), die in F i g. 7 als Projektionen des phasenmodulierten Signals rjfi^ im betreffenden Augenblick auf den orthogonalen Trägerfrequenzvektoren mit einer Phase von 0° bzw. 90° dargestellt sind. i

Zur Bestimmung der Werte A und B wird jedes der Signale a(t)und b(t)am Ausgang jedes der Tiefpässe 6', 6" einem Abtast-und-Haltekreis (»sample-and-hold circuit«) 29 bzw. 30 zugeführt, welche Kreise unter der Steuerung von Taklimpulsen des örtlichen Taktirhpulsgenerators 9 bestimmen, ob aft) bzw. bft) positiv oder negativ sind. Am Ausgang des Abtast-und-Haltekreises 29 erscheint der Informationsimpuls A mit dem binären Wert I, wenn aft) positiv ist, während dieser Informationsimpuls mit dem binären Wert 0 auftritt, wenn aft) negativ is.': auf gleiche Weise tritt am Ausgang des Abtast-und-Haltekreises 30 der Informationsimpuls B mit dem binären Wert 1 oder 0 auf, je nachdem bft) positiv oder negativ ist. Zur Bestimmung des Wertes C wird einerseits das Signal aft)—bft) mit Hilfe eines zwischen den Ausgängen der Tiefpässe 6', 6" eingeschalteten Widerstandes 31 gebildet, dem das Signal aft) unmittelbar und das Signal bft) über eine Phasenumkehrstufe 32 zur Bildung des Signals - fyX> zugeführt wird. Der Widerstand 31 ist genau in der Mitte abgegriffen und das an diesem Mittelabgriff auftretende Signal aft)-bft) wird einem Abtast-und-Haltekreis 33 zugeführt, der bestimmt, ob a(t)-bft) positiv oder negativ ist. Andererseits wird gleichfalls das Signal aft)+bft) n\\i Hilfe eines zwischen den Ausgängen der Tiefpässe 6', 6" eingeschalteten Widerstandes 34 gebildet, wobei am Mittelabgriff das Signal a(t)-hbft) auftritt, daß einem Abtast-und-Haltekreis 35 zugeführt wird, der bestimmt, ob das Signal a(t)+bft)posh\v oder negativ ist. Aus dem Vektordiagramm nach Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Informationsimpuls C nur den binären Wert 1 aufweist, wenn die Signale a(t)-b(t)\ina aft)+ bft) gleichzeitig positiv oder gleichzeitig negativ sind, während dieser Impuls in allen anderen Fällen den binären Wert 0 annimmt. Im dargestellten Empfänger wird der Informationsimpuls C dadurch erhalten, daß die Ausgänge der beiden Abtast-und-Haltckreise 33,35 an die Eingänge eines Modulo-2-Addierers 36 angeschlossen werden, wobei einem der Eingänge des Modulo-2-Addierers 36 eine Umkehrstufe 37 vorgeschaltet ist.

Die so erhaltenen Informationsimpulse A, B und C werden nun einem Parallel-Reihen-Wandler 38 zugeführt, in dem auf bekannte Weise die gleichzeitig im Takt der Taktfrequenz 4=800 Hz auftretenden zweiwertigen Informationsimpulse A. B, C in das ursprüngliche zweiwertige Informationsimpulssignal umgewandelt werden, in dem die Informationsimpulse A, B und C nacheinander im Takt der dreifachen Taktfrequenz 34=2400 Hz auftreten, wobei dieses ursprüngliche Informationsimpulssignal an den Verbraucher 7 weitergeleitet wird. Der Parallel-Reihen-Wandler 38 wird in diesem Falle durch drei »Und«-Tore 39, 40, 41 gebildet, von denen ein Eingang an die respektiven Abtast-und-Haltekreise 29, 30 und an den Modulo-2-Addierer 36 angeschlossen ist, während an den anderen Eingang in zyklischer Abwechselung Impulse der dreifachen Taktfrequenz 34 gelegt werden, wobei sie Ausgänge der »Und«-Tore 39,40,41 über ein »Oder«-Tor 42 mit dem Verbraucher 7 verbunden sind.

Die Impulse der dreifachen Taktfrequenz 34 zur Steuerung des Parallel-Reihen-Wandlers 38 werden, wie die Impulse der Taktfrequenz 4 zur Steuerung der Abtast-und-Haltekreise 29,30,33 und 35, dem örtlichen Taktimpulsgenerator 9 entnommen. In der dargestellten Ausführungsform liefert der stabile Oszillator 12 zu diesem Zweck Impulse mit einer Frequenz von 3x644=153,6 kHz, die im Teiler 11 mit einem Teilfaktor 64 geteilt werden, wodurch am Ausgang des Teilers 11 Impulse mit einer Frequenz 34 erscheinen. Diese Impulse mit einer Frequenz 34 werden als Schiebeimpulse einem Ringzähler 43 mit drei Schieberegisterelementen 44, 45, 46 zugeführt, wobei der Ausgang des letzten Schiebcregisterelements 46 mit dem Eingang des ersten Schieberegisterelements 44 verbunden ist. Der Zustand der Schieberegisterelemente 44,45,46 ist dabei derart eingestellt, daß stets nur am Ausgang eines der Schieberegisterelcmente ein Impuls zur Steuerung des Parallel-Reihen-Wandlcrs38 auftritt. Um bei der Parallel-Reihen-Umwandlung die richtige Phasenbeziehung zwischen den Impulsen der Taktfrequenz 4 und den Impulsen der dreifachen Taktfrequenz 34 zu sichern, werden die Impulse der Taktfrequenz 4 dem letzten Schieberegisterelcment 46 entnommen, so daß der Ringzähler 43 zugleich als Teiler mit einem Teilfaktor 3 benutzt wird. Die Impulse der Taktfrequenz 4 am Ausgang des Ringzählers 43 werden einem Impulserzeuger 47 zum Erhalten kurzzeitiger Impulse zur Steuerung der Abtast-und-Haltekreise 29,30,33,35 zugeführt.

Wie bei den Empfängern nach den Fig. 1 und 5 wird beim Empfänger nach F i g. 6 die Taktfrequenz 4 aus den empfangenen Informationsimpulssignalen selber phasenrichtig wiedergewonnen, indem ein der Detek-

tionsvorrichiung 4 entnommenes mehrwertiges Informationsimpulssignal dem bereits ausführlich beschriebenen Taktfrequenz-Extraktor 10 zugeführt wird. In der dargestellten Ausführungsform werden zu diesem Zweck die den Tiefpässen 6', 6" entnommenen vierwcrligcn Informationsimpulssignale a(t) und b(t) beide über eine lineare Zusammenfügungsvorrichtung 48 dem Wählkreis 13 zugeführt, der auf die halbe Taktfrequenz /i/2 abgestimmt ist. Die Phasensynchroniiierung erfolgt auch in diesem Falle auf gleiche Weise wie beim Empfänger nach Fig. 1, wobei der Phasensynchronisierkreis des örtlichen Taktimpulsgsnerators 9 nun die beiden Teiler 11 und 43 enthält, mit deren Hilfe die Taktfrequenz f_h aus der viel höheren Frequenz des Oszillators 12 erhalten wird, wobei die Synchronisierimpulse des Taktfrequenz-Extraktors 10 die beiden Teiler 11,43 in ihre Anfangslage zurückführen.

Die so erhaltene Phasensynchronisierung des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 ist nicht nur besonders genau, sondern auch im Gegensatz zu der Wiedergewinnung der Informationsimpulssignale selber von Phasenabweichungen des örtlichen Trägerfrequenzgenerators 28 in bezug auf die senderseitige Trägerschwingung völlig unabhängig, wie an Hand der F i g. 7 nachgewiesen wird.

Hat der örtliche Trägerfrequenzgenerator 28 z. B. eine Phasenabweichung ψ, so tritt zwischen den Signalen an den Ausgängen der Tiefpässe 6', 6" »Übersprechen« auf, wie aus F i g. 7 ersichtlich ist, in der das phasenmodulierte Signal r(t) nun nicht auf die orthogonalen Trägerfrequenzvektoren mit einer Phase von 0° bzw. 90°, sondern auf die in Fig. 7 gestrichelt dargestellten über einen Winkel ψ phasenverschobenen Trägerfrequenzvektoren mit einer Phase ψ bzw. 90" +ψ projiziert wird, so daß die Signale a(t) und b(t) beide einen Beitrag zu dem Ausgangssignal sowohl des Tiefpasses 6' wie auch des Tiefpasses 6" liefern. Tritt nun die Komponente der halben Taktfrequenz 4/2 (vgl. Beziehung [5]) im Signal a(t)\x\ der Gestalt:

dem Wählkreis 13 zugeführten Signal in der Gestalt: ! [s_o(0 + s„(0] · cos φ + [s»(0 - ««(Ο] · sin _Ψ\ ■ sin (

s_a(t)· sin i.-tt/D)
und im Signal b(t) in der Gestalt:

s_t(0· sin (nt/D)

auf, so zeigt Fig. 7, daß bei einer Phasenabweichung φ des örtlichen Trägerfrequenzgenerators 28 diese Komponente der halben Taktfrequenz /i/2 in der Gestalt:

[s„(0 · cos ψ + s_t(t) · sin γ·] ■ sin(jif/D) (8) am Ausgang des Tiefpasses 6' und in der Gestalt:

Qs₁(O · cos ψ - s.(0 · sin ψ] ■ sin(;it/D) (9)

am Ausgang des Tiefpasses 6" auftritt, so daß sie in dem

erscheint. Aus den Beziehungen (8), (9) und (10) folgt, daß weder der Verlauf der Informationsimpulssignale a(t) und b(t), noch die Phasenabweichungen ψ des ίο örtlichen Trägerfrequenzgenerators 28 den geringsten Einfluß auf die Lage der Nulldurchgänge des mit Hilfe des Wählkreises 13 selektierten Signals der halben Taktfrequenz (iJl ausüben, vorausgesetzt, daß, gleich wie im Obenstehenden, die Amplitude dieses selektierten Signals genügend groß ist.

Die Anwendung der beschriebenen Maßnahmen bewirkt also mit Hilfe der aus den empfangenen Informationsimpulssignalen selber phasenrichtig wiedergewonnenen Taktfrequenz eine besonders ge-

jo naue und zuverlässige Phasensynchronisierung des örtlichen Taktimpulsgenerators 9, wobei weder der Verlauf der Informationsimpulssignale, noch die Phasenabweichungen des örtlichen Trägerfrequenzgenerators 28 die erhaltene Phasensynchronisierung des örtlichen Taktimpulsgenerators 9 auf unerwünschte Weise beeinflussen.

Anstatt die den Tiefpässen 6', 6" entnommenen mehrwertigen Informationsimpulssignale beide dem Selektionskreis 13 zuzuführen, ist es auch genügend, wenn eines der beiden Signale, z. B. das dem Tiefpaß 6' entnommene Informationsimpulssignal, diesem Kreis zugeführt wird, wobei aus der Beziehung (8) folgt, daß die vorerwähnten Erwägungen nach wie vor ungeschwächt geltend sind. Ferner kann der Empfänger nach

F i g. 6 auch zum Empfang dreier gesonderter zweiwertiger Informationsimpulssignale mit je einer Übertragungsgeschwindigkeit von 800 Baud eingerichtet werden, wobei auf der Senderseite die Taktimpulse für diese drei Informationsimpulssignale sowohl in der Frequenz

als auch in der Phase genau miteinander übereinstimmen sollen. Die drei Informationsimpulssignale können dann unmittelbar dem Ausgang des Abtast-und-Haltekreises 29, des Abtast-und-Haltekreises 30, bezw. des Modulo-2-Addierers 36 entnommen werden, während der Parallel-Reihen-Wandler 38 und die zugehörige Steuervorrichtung dann fortgelassen werden können.

Schließlich sei noch bemerkt, daß statt eines örtlichen Taktimpulsgenerators oder Trägerfrequenzgenerators vom frei laufenden Typ, wie eines Oszillators, auch Generatoren vom gesteuerten Typ benutzt werden können, in denen z.B. die Taktfrequenz f_b oder die Trägerfrequenz /_c aus einer Anzahl Steuerfrequenzen hergeleitet wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Empfänger zum Empfang in einem vorgeschriebenen Übertragungsband liegender mehrwertiger Informationsimpulssignale, von denen die ursprünglichen Informationsimpulse mit verschiedenen Impulsen aus einer Reihe äquidistanter Taktimpulse zusammenfallen, welcher Empfänger mit einer Detektionsvorrichtung versehen ist, der ein mehrwertiges Informationsimpulssignal entnommen werden kann, während er weiter einen von einem örtlichen Taktimpulsgenerator gesteuerten Impulsregenerator zur Regeneration der delektierten Informationsimpulse nach der Form und nach dem Auftrittszeitpunkt und einen Taktfrequenz-Extraktor zur Wiedergewinnung der einem Phascnsynchronisierkreis des örtlichen Taktimpulsgenerators zugeführten Taktfrequenz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur phasenrichtigen Wiedergewinnung der Taktfrequenz aus den empfangenen Informationsimpulssignalen ein der Detektionsvorrichtung entnommenes mehrwertiges Informationsimpulssignal einem im Taktfrequenz-Extraktor aufgenommenen Selektionskreis zugeführt wird, der auf die halbe Taktfrequenz abgestimmt ist und dessen Ausgang mit einem als Frequenzverdoppler wirkenden nichtlinearen Kreis verbunden ist, der über einen normalerweise geöffneten elektronischen Schalter an den Phasensynchronisierkreis des örtlichen Taktimpulsgenerators angeschlossen ist, wobei dieser elektronische Schalter von einem Steuerkreis gesteuert wird, dem ein dem Selektionskreis entnommenes Signal zugeführt wird und der eine Schwellenvorrichtung enthält, die beim Überschreiten ihres Schwellwertes ein Steuersignal zum Schließen des elektronischen Schalters liefert.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Kreis durch einen an den Selektionskreis angeschlossenen doppelseitigen Begrenzer, ein sich daran anschließendes differenzierendes Netzwerk für das begrenzte selektierte Signal der halben Taktfrequenz und einen Doppelwcggleichrichter gebildet wird, dessen Ausgang mit dem elektronischen Schalter verbunden ist.

3. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Kreis durch einen an den Sclekiionskreis angeschlossenen Doppelweggleichrichtcr und einen weiteren sich daran anschlie-Ucndon auf die Taktfrequenz abgestimmten Selektionskreis zur Selektion des im Gleichrichter in der Frequenz verdoppelten Signals gebildet wird, wobei der Ausgang dieses Selektionskreises mit dem elektronischen Schalter verbunden ist.

4. Empfänger nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis der Schwellenvorrichtung ein Amplitudendetektor vorgeschaltet ist.

5. Empfanger nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, der zum Empfang von mit Hilfe mehrwertiger Phasenmodulation übertragenen Informationsimpulssignalcn eingerichtet ist und von einem örtlichen Trägerfrequenzgenerator gespeiste Synchrondcrmxlulaioren enthält, dadurch gekennzeichnci. daß der Sclcktionskreis an wenigstens einen der Ausgange der Synchrondemodulatoren angeschlossen ist.

Auszug

Empfänger zum Empfang synchroner Informationsimpulssignalen, der enthält: eine Detektionsvorrichtung, der ein mehrwertiges Informationsimpulssignal entnommen werden kann, einen von einem örtlichen Taktimpulsgenerator gesteuerten Impulsgenerator und einen Taktfrequenz-Extraktor zur Wiedergewinnung der Taktfrequenz zur Synchronisierung des örtlichen Taktimpulsgenerators.

Zum Erhalten einer phasenrichtigen Wiedergewinnung der Taktfrequenz aus den empfangenen Informationsimpulssignalen selber wird nach der Erfindung ein der Detektionsvorrichtung entnommenes mehrwertiges lnformationsimpulssignal einem im Taktfrequenz-Extraktor aufgenommenen Selektionskreis zugeführt, der auf die halbe Taktfrequenz abgestimmt ist und dessen Ausgang mit einem als Frequenzverdoppler wirkenden nichtlinearen Kreis verbunden ist. der über einen normalerweise geöffneten elektronischen Schalter an den Phasensynchronisierkreis des örtlichen Taktimpulsgenerators angeschlossen ist, wobei dieser elektronische Schalter von einem Steuerkreis gesteuert wird, dem ein dem Selektionskreis entnommenes Signal zugeführt wird und der eine Schwellenvorrichtung enthält, die beim Überschreiten ihres Schwellwertes ein Steuersignal zum Schließen des elektronischen Schalters liefert.