DE2900599C2 - Verfahren und Anordnung zur Regenerierung des zur Übertragung verwendeten Hauptenergiebereichs eines trägerfrequenten digitalen Signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung des zur Übertragung verwendeten Hauptenpigiebereiches eines trägerfrequenten digitalen Signals, das in einem pseudoternären Code vorliegt und bei dessen Erzeugung zunächst zur Umcodierung in eine Duobinärcodelage ein Träger mit einer Frequenz gleich der halben Bitfoigefrequenz des digitalen Signali verwendet wird, dessen Phase um 0° gegenüber der Phase einer Schwingung verschoben ist, die im digitalen Signal mit einer Frequenz gleich der halben Bitfoigefrequenz auftritt und außerdem eine weitere UmcodieTing mit einem weiteren Träger mit einer Frequenz gleirii dem Vielfachen der halben Bitfrequenz und einer Phasenver-Schiebung der Anfangsphase von 0° oder 180° erfolgt, das nach der Übertragung der empfangene Hauptencr giebereich entzerrt und verstärkt wird und gleichzeitig einer Modulationseinrichtung und einer Anordnung zur Takt- und Trägerableitung zugeführt wird und in der Modulationseinrichtung der empfangene und entzerrte Hauptenergiebereich in ein regenerierbaTS digitales Signal umgewandelt * ird und dieses Signal anschließend amplitudenmäßig und zeitmäßig regeneriert wird, wobei aus dem empfangenen Signal eine Trägerschwingung mit einer Frequenz gleich dem sendeseitig verwendeten Vielfachen der halben Bitfoigefrequenz der digitalen Signale abgeleitet wird und durch Multiplikation dieser Trägerschwingung mit dem empfangenen, entzerrten Seitenband das regenerierbare digitale Signal erzeugt wird nach Patentanspruch 1 von Patent (Aktenz.: P 27 44 126.5) sowie eine Anord nung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Anordnung dieser Art sind in dem Hauptpatent näher beschrieben. Zur Erläuterung des eingangs genannten Verfahrens sei auf die Fig. 1 verwiesen. In der F i g. 1 sind Sigrmlverknüpfungen zwischen einem zu übertragenden digitalen Signal und trägerfrequenten digitalen Signalen dargestellt. Die Zeile a der Fig. 1 zeigt ein pseudoternär codiertes digitales Signal ohn Gleichstromanteil, das in dieser Form vorliegen kann oder durch Umcodierung aus einem binären Signal entstanden ist. Die Zeile b zeigt einen ersten Träger mit einer Bitfoigefrequenz. die der halben Bitfoigefrequenz der in a dargestellten digitalen Signale entspricht. Durch Multiplikation des digitalen Signals nach Zeile a mit dem ersten Träger nach Zeile b entsieht ein neues digitales Signal c, das in der Duobinärcodelage vorliegt. Die Phasenverschiebung der in den Zeilen a. b. c dargestellten Signale beträgt untereinander 0\ In der Zeile c/ ist ein zweiter Träger mit einer Frequenz gleich der Bitfoigefrequenz der digitalen Signale dargestellt. Durch Multiplikation des Signals nach Zeile c. also des in der Doubinärcodelage vorliegenden Signals mit dem zweiten Träger ergibt sich das Signal nach Zeile f. bei dem es sich um ein tfägerfreqUentes, pseudoternär codiertes Signal handelt, dessen Hauptenergiebereich übertragen werden kann. Alternativ ist auch statt des zweiten Trägers ein dritter Träger mit einer Frequenz gleich der Bitfolgefrequenz der digitalen Signale verwendbar, der iii Zeile / dargestellt ist. Durch Multiplikation des duobinär codierten digitalen Signals nach Zeile c mit diesem dritten Träger ergibt sich ein weiteres trägerfreqUentes

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pseudoternär codiertes Leitungssigniil, dessen Hauptenergiebereich ebenfalls zur LeitungsiQbertragung geeignet ist.

Bei den in Fig. 1 dargestellten Signalen ändert sich mit der Umsetzung jeweils die Energieverteilung im Frequenzbereich. In der F i g. 2a ist die Energieverteilung eines binär codierten digitalen Signals gezeigt, während in der Fig.2b die Energieverteilung eines pseudoternär cod:trten digitalen Signals dargestellt ist Die Energieverteilung des digitalen Signals in der Duobinärcodelage ist in der Fig.2c dargestellt, während in der F i g. 2d die Energieverteilung des in der Fig. 1, Zeile e dargestellten trägerfrequenten pseudoternär codierten Leitungssignals gezeigt ist Aus der Fig.2d ergibt sich, daß für eine ausreichende Regeneration nur der Hauptenergiebereich des Signals übertragen werden muß. Durch eine kohärente Demodulation, wie sie im Hauptpatent näher beschrieben ist, läßt sich empfangsseitig aus dem Hauptenergiebereich ein regenerierfähiges digitales Signal erzeugen. Es entsteht das in Fig.2ε dargesteülte Signal, wobei zunächst oberhalb von /V und unterhalb von - f-, jeweils ein zusätzliches Band beginnt, dessen Hauptenergie bei 2 /τ bzw. -2 fr liegt. Dieses zusätzliche Band wird in bekannter Weise durch ein Tiefpaßfilter unterdrückt.

Die in der F i g. 2 dargestellten Energieverteilungen gelten für Signale mit rechteckförmigen Impulsen. Für cosMörmige ImDulsformen ergeben sich ähnliche Energieverteilungen, die Anteile im oberen Frequenzbereich sind jedoch durch eine entsprechende Tiefpaßfunktion gedämpft.

Aus Fig. 2c ergibt sich, daß das zur Regenerierung erzeugte, in der Duobinärcodelage vorliegende digitale Signal einen erheblichen Gleichstromanteil aufweist. Daraus folgt, daß zwischen Demodulator und Amplitudenentscheider des Impulsregenerators ein für Gleichstrom durchlässiger Weg vorgesehen sein muß. Dabei tritt jedoch eine Offsetspannung auf, die zu Schwellwertverschiebungen im Amplitudenentscheider des Impulsregener .tors und damit zu Verschlechterungen des Signal-Geräuschverhältnisses führen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, das im Hauptpatent beschriebene Verfahren und die entsprechende Anordnung so weiter zu entwickeln, daß auftretende Offsetspannungen keine Schwellwertver-Schiebung im Amplitudenentscheider und damit keine Verschlechterung des Signal-Geräuschverhältnisses hervorrufen können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der arithmetische Mittelwert des erzeugten regenerierbaren digitalen Signals gebildet und als Masse-Bezug; signal einem unsymmetrischen Tiefpaßfilter, in dem die Impulse des erzeugten regenerierbaren digitalen Signals von der Rechteck- in die cos²-Form umgewandelt werden, zugeführt wird. S5

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die Unterdrückung von Offsetspannungen durch die Erzeugung eines virtuellen Bezugspotentials im Verbindungsweg zwischen Demodulator und Amplitudenentscheider des Regenerators möglich ist. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß Störungen oder Verzerrungen des Demodülatiönssignals keinen Einfluß iiuf das Massebezugssignal haben und der zusätzlich benötigte Aufwand insgesamt sehr gering ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung, die auch bei größeren Offsetspannungen wirksam ist, ergibt sich dadurch, daß das erzeugte Masse-Bezugssignal außerdem einem nachgeschalteten Amplitudenentscheider zur Steuerung dieser Amplituden-Schwellspannungen zugeführt wird.

Eine zweckmäßige Regeneratoranordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem eingangsseitigen Bandpaß mit angeschlossenem gesteuerten Entzerrer, einer Anordnung zur Trägerableitung, einer Modulatoranordnung, einem Tiefpaßfilter und einem für die Regenerierung gleichstrombehafteter Signale eingerichteten Basisbandregenerator ergibt sich dadurch, daß die Modulatoranordnung einen unsymmetrischen Doppelgegentaktmischer mit einem Signaleingang, einem Takteingang und wenigstens zwei Ausgängen und eine nachgeschaltete Anordnung zur Mittelwertbildung mit wenigstens zwei Eingängen enthält und daß der Ausgang der Anordnung zur Mittelwertbildung mit einem Bezugsspannungsanschluß des Tiefpaßfilters und einem Bezugsspannungsanschluß des Amplitudenentscheiders des Bastsbandregenerators verbunden ist, daß der Signaleingang des Tiefpaßfilters mit einem der Ausgänge des Doppelgeger.taktmis· '.ers und der Ausgang des Tiefpaßfilters rniv einem Sigüaleingang des Amplitudenentscheiders verbunden ist.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Erzeugung von digitalen Signalen in der Duobinärcodelage und davon abgeleiteten trägerfrequenten digitalen Signalen,

Fig. 2 Energieverteilungen in Abhängigkeit von der Frequenz für in F i g. 1 dargestellte Signale,

Fig 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Demodulatorschaltung,

Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild zu der in Fig. 3 gezeigten Anordnung und

Fig. 5 Signaldiagramme zu der in Fig.4 gezeigten Anordnung.

Auf die Fig. 1 und 2 wurde bei der Erläuterung des Hauptpatentes bereits ausführlich eingegangen, so daß an dieser Stelle auf weitere Ausführungen verzichtet wird.

Die Demodulatorschaltung nach der Fig. 3 verfügt über einen Eingang E für die in pseudoternärer Form vorliegenden digitalen Signale. Mit diesem Eingang fist der Signaleingang eines Doppelgegentaktmischers M und einer Takt- und Trägerableitüng TRA verbunden. Durch diese Takt- und Trägerableitung wird neben den für den angeschlossenen Basisbandregenerator benötigten Takt auch der Träger Utr erzeugt, der an den Trägereingang des Doppelgegentaktmischers M abgegeben wird. In diesem Doppelgegentaktmischer wird durch Multiplikation oes Tragers mit dem digitalen Signal eine kohärente Demodulation durchgeführt und ein in der Duobinärcodelage befindliches regenerierfähige:) digitales Signal erzeugt. Dieses Signal wird in Form zweier zueinander gegenphasiger Ausgsr.gsspannungen ίΛι. IU 2 getrennt von den beiden Ausgängen de? Doppelgegentaktmischers M an zwei Eingänge einer Anordnung MWB zur Mittelwertbildung abgegeben. Außerdem dient ine der beiden Ausgangsspannungen zur Speisung des dem Doppelgegentaktmischer nachgeschalteten Tiefpaßfilters TP. Von der Anordnung MWB wird der arithmetische Mittelwert der beiden Ausgangsspannungen U_A\, Hai erzeugt und an einen virtuellen Massepunkt VM abgegeben. Dieser virtuelle Massepunkt ist mit eineil! Masseanschluß des Tiefpaßfilters TP und außerdem mit dem Steuereingang eines dem Tiefpaßfilter TP im Signalweg nachgeschalteten Amplitudenentscheiders AE verbunden, Dieser Ampll·

tudenentscheider ist Teil eines bekannten Basisbandregenerators zur Regenerierung der Duobinärsignale. Der virtuelle Massepunkt VM stellt dabei einen offselfreien Bezugspunkt für den Tiefpaß und den Amplitudenentscheider dar.

Die in Fig.4 gezeigte Schaltung enthält einen integrierten Doppelgegenlaklrhischef 5042, der zusätzlich eine äußere Beschallung durch die Widerstände R\ ... R8 aufweist, Der Doppelgegenfaktmischer verfügt über einen Trägereingang mit zwei Anschlüssen für den von der Takt- und Trägerableitung erzeugten Träger L/77? und einen Signaleingang mit zwei Anschlüssen für das von der Leitung übertragene Signal Ue. Der integrierte symmetrische Mischer SO 42 besteht aus zwei Stromquellen, die durch die Transistoren Π und 7"2 gebildet werden und die über einen Polaritätsumschaller. der durch die Transistoren T3 ... Tb gebildet ist. an die mit der Speisespannung + U verbundenen

WiHpritänHp ff I tinri ff 7 (jpsrhaltpt νιρπ\ηη Γ)ίρ

Stromquellen und die Umschaltertransistoren erhalten eine temperaturkompensierte Vorspannung, die mittels eines aus Widerständen und Dioden bestehenden Spannungsteilers in der gezeigten Weise realisiert ist. Die Stromquelientransistoren 7*1 und 7"2 werden durch das Empfangssignal Uf angesteuert, während der Polaritätsumschalter durch den zugeführten Demodulationsträger umgeschaltet v/ird. Die Umschaltung erfolgt dabei so. daß während der positiven Trägerhalbwelle über den Widerstand R 2 und den Transistor 7"6 der Strom /2 und über den Widerstand Ri und den Transistor TZ der Strom /1 fließt. Während der negativen Halbwelle des Trägers fließt der Strom /1 über den Widerstand R 2 und den Transistor T4 und der Strom /2 über den Widerstand R 1 und den Transistor 7 5. Da die Ströme /1 bzw. /2 außerdem über die Transistoren 7*1 bzw. T2 fließen, sind diese Ströme proportional zur Eingang-sspannung Ue- Zur Erläuterung dieses Demodulatiorisvorganges wird die F i g. 5 herangezogen, die in der linken Spalte den Demodulationsvorgang für ein sinusförmiges Eingangssignal und in der rechten Spalte für ein idealisiertes digitales Signal als Eingangssignal darstellt. In beiden Fällen wird die bei σ dargestellte gleiche Tragerschwingung verwendet. Das Eingangssignal Ue und die Trägerspannung Um sind dabei auf ein Ruhepotential Ur bezogen, das bei fehlender externer Signalspannung an den beiden Eingangsklemmen auftritt. In diesem Fall fließt der Strom /1 je zur Hälfte über den Transistor 7*3 und den Transistor T4 zum Transistor Ti und der Strom /2 entsprechend über TS und TS zum Transistor TZ Die entstehenden Ausgangsspannungen Ua ι und Ua 2 sind dann gleich grüß und entsprechen der Spannung LW Diese Spannung ist als Bezugspotential für die Ausgangsspannungen in F i g. 5c, 5d bezogen.

Im Betriebsfall wird dieses Bezugspotential durch die Signale überlagert und muß durch Mittelwertbildung erzeugt werden. Dabei ist ersichtlich, daß der Mittelwert der Ausgangsspannungen der Zeilen c und d jeweils einen konstanten Wert ergibt Dieser Mittelwert wird durch die beiden Operationsverstärker V\ bzw. VI erzeugt Der eine Signaleingang des Operationsverstärkers Vi ist über die beiden Widerstände R 2 und R 3 mit den Ausgangsanschlüssen des Doppelgegentaktmodulators verbunden und wirkt als Addierer. Das Äusgangssignal des ersten Operationsverstärkers wird über einen mittels Spannungsteiler mit der Speisespannungsquelle verbundenen Ausgangsanschluß einem der beiden "j Eingänge des zweiten Operationsverstärkers V2 zugeführt, der als Inverter geschaltet ist. Der Ausgangsänschluß des zweiten Operationsverstärkers ist außerdem über einen Spannungsteiler mit der Speisespannungsquelle verbunden. Die an den Mittelanschlüssen der beiden Spannungsteiler erzeugten Spannungen stellen die Referenzspannungen für die beiden Amplitudenentscheiderteile des Basisbnndregenerators dar. Aus diesem Grunde ist der erste Amplitudenentscheiderteil AEi mit dem Mittelabgriff des aus den Widerständen R 11 und R 12 gebildeten und an den Ausgangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers angeschlossenen Spannungsteiler verbunden, in entsprechender Weise ist der zweite Amplitudenentscheiderteil AE2 an den aus

Ηρη WiHprclänrjpn .ff 9 und R 10 "^bildeten prcipn Spannungsteiler angeschlossen. Der Ausgangsanschluß des zweiten Operalionsverstärkers dient außerdem als virtueller Massepunkt für das Tiefpaßfilter TP. Dieses Tiefpaßfilter ist im vorliegenden Falle als Gauss-Tiefpaß geschaltet, dessen Eingang mit dem zweiten Ausgangsanschluß des Doppelgegentaktmischers M und dessen Ausgang mit Signaleingängen des ersten und des zweiten Ampliludenentscheiderteils AE1. AE2 verbunden ist Oas Tiefpaßfilter 7Pstellt im vorliegenden Falle ein wenig aufwendiges unsymmetrisches Filter zur Impulsformung dar, an dessen Ausgang das regenerierfähige Duobinärsignal abgegeben wird.

Die gezeigte Schaltungsanordnung ist gegen Störsignale ausreichend unempfindlich. Treten beispielsweise am Eingang der Schaltungsanordnung Störsignale auf. dann bleibt der arithmetische Mittelwert weiterhin konstant, da die beiden im Doppelgegentaktmischer auftretenden Ströme /1 und /2 gegenphasig und proportional zur Eingangsstörspannung sind und dadurch deren Summe einen konstanten Wert ergibt.

Um Störungen auf die Mittelwertbildung während der Polaritätsumschaltung durch den Demodulationsträger am Demodulatorausgang zu vermeiden, ist am Eingang des ersten Operationsverstärkers ein r".uiiuetibaiur C i als Kurzschluß für Störspannungen, die auf Grund von Unsymmetrien des Mischers entstehen, vorgesehen. Da der Bezugspunkt für die Schwellwerlentscheidung im Amplitudenentscheider durch den arithmetischen Mittelwert der Ausgangsspannungen bestimmt wird, geht eine Gleichspannungsverschiebung des Mischerausgangssignals nicht in die Amplitudenentscheidung ein. Die auftretende Gleichspannungsverschiebuf-r des virtuellen Massepunktes wird nur durch die Operationsverstärker bestimmt und kann in der Praxis vernachlässigt werden. Auch beispielsweise durch Bandbegrenzung im unteren Frequenzbereich des Eingangssignals entstandene Verzerrungen, die sich als langgezogene, über mehrere Bitpositionen verteilte Schwingungen äußern, haben keinen Einfluß auf das Entscheidersignal. Diese Verzermngen äußern sich als höherfrequente Störung am Demodulatorausgang, die außerhalb der Durchlaßkurve des Tiefpaßfilters liegen und dadurch unwirksam werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

29 OO Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regenerierung des zur Übertragung verwendeten Hauptenergiebereiches eines trägerfrequenten digitalen Signals, das in einem pseudoternären Code vorliegt und bei dessen Erzeugung zunächst zur Uimcodierung in eine Duobinärcodelage ein Träger mit einer Frequenz gleich der halben Bitfoigefrequenz des digitalen Signals verwendet wird, dessen Phase um 0° gegenüber der Phase einer Schwingung verschoben ist, die im digitalen Signal mit einer Frequenz gleich der halben Bitfoigefrequenz auftritt und außerdem eine weitere Umcodierung mit einem weiteren Träger mit einer Frequenz gleich dem Vielfachen der halben Bitfrequenz und einer Phasenverschiebung der Anfangsphase von 0° oder 180° erfolgt, das nach der Übertragung der empfangene Hauptenurgiebereich esi'.errt und verstärkt wird und gleichzeitig einer Motiülationseinrichtung und einer Anordnung zur Takt- und Trägerableitung zugeführt wird und in der Modulationseinrichtung der empfangene und entzerrte Hauptenergiebereich in ein regenerierbares digitales Signal umgewandelt wird und dieses Signal anschließend amplitudenmäßig und zeitmäßig regeneriert wird, wobei aus dem empfangenen Signal eine Trägerschwingung mit einer Frequenz gleich dem sendcseitig verwendeten Vielfachen der halben Bitfoigefrequenz der digitalen Signale abgeleitet wird und durch Multiplikation dieser Trägerschwingung mit dem empfangenen, entzerrten Seitenband das regt-.ierierbare digitale Signal erzeugt wird nach Patentanspruch 1 von Patent (Aktenz.: P 27 44 126.5), jadurch gekennzeichnet, daß der arithmetische Mittelwert des erzeugten regenerierbaren digitalen Signals gebildet und als Masse-Bezugssignal einem unsymmetrischen Tiefpaßfilter, in dem die Impulse des erzeugten regenerierbaren digitalen Signals von der Rechteck- in die cos²-Form umgewandelt werden, zugeführt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Masse-Bezugssignal außerdem einem nachgeschalteten Amplitudenentscheider (AE) zur Steuerung dieser Amplituden-Schwellspannungen zugeführt wird.

3. Regeneratoranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I oder 2 mit einem eingangsseitigen Bandpaß mit angeschlossenem gesteuerten Entzerrer, einer Anordnung zur Trägerableitung, einer Modulaioranordnung. einem Tiefpaßfilter und einem für die Regenerierung gleichstrombehafteter Signale eingerichteten Basisbandregenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatoranordnung einen unsymmetrischen Doppelgegentaktmischer (M) mit einem Signaleingang, einem Takteingang und wenigstens zwei Ausgängen und eine nachgeschaltete Anordnung (MWB) zur Mittelwertbildung mit wenigstens zwei Eingängen enthält und daß der Ausgang der Anordnung (MWB) zur Mittelwertbildung mit einem Bezugsspannungsänschluß des Tiefpaßfilters (TP) und einem Bezugsspannungsanschluß des Amplitudenentscheiders (AE) des Basisbandregenerators Verbunden ist, daß der Sighäleiilgang des Tiefpaßfilters (TP) mit einem eier Ausgänge des Doppelgegentaktmischer.s (M) und der Ausgang des Tiefpaßfilters mit einem Signaleingang des Amplitudenentscheiders
verbunden isu