DE1217435B

DE1217435B - Method and circuit arrangement for digital frequency modulation

Info

Publication number: DE1217435B
Application number: DES77991A
Authority: DE
Inventors: Hans Rudolph
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-02-12
Filing date: 1962-02-12
Publication date: 1966-05-26

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur digitalen Frequenzmodulation Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur übertragung von digitalen Nachrichtenzeichen, insbesondere Telegrafiezeichen, mittels Frequenzmodulation, wobei eine Trägerfrequenz zwischen mindestens zwei Frequenzen umgetastet wird.Method and circuit arrangement for digital frequency modulation The invention relates to a method and a circuit arrangement for transmission of digital message symbols, in particular telegraph symbols, by means of frequency modulation, wherein a carrier frequency is keyed between at least two frequencies.

Zur übertragung von digitalen Nachrichtenzeichen, z. B. Telegrafiezeichen, wird vielfach die Frequenzmodulation benutzt. Dabei wird im allgemeinen die Schwingung eines Oszillators zwischen zwei Frequenzen f 1 und f 2 umgetastet. In der Mitte zwischen diesen beiden Frequenzen liegt die nichtausgesendete Trägerfrequenz f 0. Der Abstand der Trägerfrequenz von jeder der beiden anderen Frequenzen wird als Frequenzhub bezeichnet.For the transmission of digital message characters, e.g. B. Telegraphic characters, frequency modulation is often used. In general, the oscillation of an oscillator is keyed between two frequencies f 1 and f 2. In the middle between these two frequencies lies the non-transmitted carrier frequency f 0. The distance between the carrier frequency and each of the other two frequencies is referred to as the frequency deviation.

Es sind viele Schaltungen bekannt, die sich zum Umtasten der Schwingungsfrequenz eines Oszillators eignen. Sie haben aber im allgemeinen den Nachteil, daß sich die Trägerfrequenz nicht ohne Rückwirkung auf den Frequenzhub ändern läßt, d. h., wenn man bei gleichem Frequenzhub mit veränderter Trägerfrequenz senden will, so muß man bei der geänderten Trägerfrequenz den Frequenzhub gesondert ein-,stellen. Zur Lösung der Aufgabe, Trägerfrequenz und Frequenzhub unabhängig voneinander variieren zu können, behilft man sich deshalb vielfach durch ein- oder mehrstufige Frequenzumsetzung der Schwingungsfrequenz eines nur im Frequenzhub veränderbaren Oszillators mittels veränderbarer Umsetzungsträger.Many circuits are known which are suitable for keying the oscillation frequency of an oscillator. But they generally have the disadvantage that the carrier frequency cannot be changed without affecting the frequency deviation . That is, if you want to transmit with the same frequency deviation with a changed carrier frequency, you have to set the frequency deviation separately for the changed carrier frequency. In order to solve the problem of being able to vary the carrier frequency and frequency deviation independently of one another, a solution is therefore often used by single or multi-stage frequency conversion of the oscillation frequency of an oscillator that can only be changed in frequency deviation by means of changeable conversion carriers.

In vielen Anwendungsfällen ist es auch störend, daß ein in der Frequenz umtastbarer Oszillator, dessen Frequenzhub innerhalb weiter Grenzen veränderbar sein soll, nicht ausreichend frequenzstabil ausgeführt werden kann, da Frequenzstabilität und schnelles Umschwingen der Frequenz bei der Tastung einander widersprechende Forderungen sind.In many applications it is also disturbing that one in the frequency Switchable oscillator, the frequency deviation of which can be changed within wide limits should be, can not be performed with sufficient frequency stability, since frequency stability and rapid oscillation of the frequency when keying contradicting each other Demands are.

Mit dem Verfahren und der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung werden die Nachteile der bekannten erwähnten Schaltungen vermieden, d. h, eine Änderung der Trägerfrequenz wirkt sich nicht auf den Frequenzhub und umgekehrt aus. Dies wird Cremäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die unmodulierte Trägerfrequenz in mehreren ersten Phasenlagen (0', 900, 1800, 270') in einer bestimmten ersten Reihenfolge zur Verfügung gestellt wird und daß diese erste Reihenfolge der Trägerphasen abhängig von einem binären Steuersignal so geändert wird, daß die Trägerphasen nacheinander in ansteigender oder abfallender zyklischer Folge durchlaufen und als binär frequenzmodulierte Schwingung ausgesendet werden. Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, daß die Phase der Trägerfrequenz in kleinen Stufen abhängig vom Steuersignal in positiver oder negativer Richtung gedreht wird, wobei die Geschwindigkeit der zusätzlichen Drehung der Hubfrequenz proportional ist.With the method and the circuit arrangement according to the invention the disadvantages of the known circuits mentioned are avoided, i. That is, a change in the carrier frequency does not affect the frequency deviation and vice versa. This is achieved according to the invention in that the unmodulated carrier frequency is made available in several first phase positions (0 ', 900, 1800, 270') in a specific first order and that this first order of the carrier phases is changed as a function of a binary control signal is that the carrier phases run through one after the other in increasing or decreasing cyclical sequence and are emitted as a binary frequency-modulated oscillation. The basic idea of the invention is therefore that the phase of the carrier frequency is rotated in small steps depending on the control signal in the positive or negative direction, the speed of the additional rotation being proportional to the stroke frequency.

Bei einer vorteilhaften Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens liegt jede der verschiedenen Trägerphasen an einer Torschaltung an und diese Torschaltungen werden abhängig von den Ausgangsimpulsen eines Verteilers in zyklischer Folge durchlässig für diese Trägerphasen gesteuert. Die Ausgangssignale aller Torschaltungen werden addiert und bilden die auszusendende Schwingung.In an advantageous circuit for carrying out this method, each of the different carrier phases is applied to a gate circuit and these gate circuits are controlled so as to be permeable to these carrier phases in a cyclical sequence as a function of the output pulses of a distributor. The output signals of all gate circuits are added and form the oscillation to be transmitted.

Die zusätzliche Phasendrehung der Trägerfrequenz in positiver oder negativer Richtung, abhängig von einem z. B. binären Steuersignal, kann durch Umdrehung der Umlaufrichtung der Ausgangsimpulse des Verteilers oder durch Vertauschung der bestimmten Torschaltungen zugeführten Trägerphasen erreicht werden.The additional phase shift of the carrier frequency in positive or negative direction, depending on a z. B. binary control signal, can by rotation the direction of rotation of the output pulses of the distributor or by interchanging the Carrier phases fed to certain gates can be achieved.

Einzelheiten des Verfahrens und der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.Details of the method and the circuit arrangement according to Invention are explained with reference to the drawing.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F ig. 1 liefert der Trägerfrequenzgenerator Gl zwei Trägerphasen, die um 90' gegeneinander phasenverschoben sind. Eine Trägerphase ist mit 01 bezeichnet, die andere ist dagegen um #-900 gedreht. Die Trägerphase 0' wird einer Torschaltung TI- unmittelbar und einer Torschaltung T3 über eine Leitungskreuzung Kl zugeführt. Am Trägereingang der Torschaltung T3 ergibt sich also eine Trägerphase mit der Phasenlage 1801. Die Ausgangsphase +90' des Generators Gl wird über den von dem binären Steuersignal S gesteuerten Umtastmodulator M der Torschaltung T2 und über die Leitungskreuzung K2 der Torschaltung T4 zugeleitet. Bei positiver Spannung des Steuersignals S+ liegt dann beispielsweise an der Torschaltung T 2 die Trägerphase + 901 und an der TorschaltungT4 die Trägerphase +270' an. Bei negativer Steuersignalspannung S- Regt an der Torschaltung T2 die Phasenlage 270' und an der Torschaltung T4 die Phasenlage 901 an. Die vier Torschaltungen Tl bis T4 werden durch die Ausgangsspannungen A bis D des beispielsweise als Ringzähler ausgebildeten Verteilers Z in zyklischer Folge durchlässig für die anliegenden Trägerphasen gesteuert, so daß sich nach Zusammenfassung der Ausgangsspannungen der Torschaltungen über die Widerstände Rl bis R4 im Sendeverstärker V eine Summenschwingung ergibt, die je Verteilerumlauf um 4/4 Schwingungen, d. h. um eine ganze Schwingungsperiode von der von dem Generator Gl gelieferten Trägerfrequenz verschieden ist. Der VerteilerZ wird mit einem Taktpuls weitergeschaltet, der von dem Hubfrequenzgenerator G 2 abgeleitet und mittels des Impulsformers F geeignet geformt ist. Bei Verwendung eines vierstufigen Verteilers muß die im Generator G2 erzeugte Frequenz gleich dem vierfachen der gewünschten Hubfrequenz sein. Bei positiver Steuersignalspannung S+ ergibt sich dann am Ausgang AS eine gegenüber der vom Generator Gl gelieferten Frequenz höhere und bei negativer Steuersignalspannung S- eine niedrigere Frequenz.In the embodiment according to FIG. 1 , the carrier frequency generator G1 supplies two carrier phases which are phase-shifted by 90 'with respect to one another. One carrier phase is labeled 01 , while the other is rotated by # -900. The carrier phase 0 ' is fed directly to a gate circuit TI- and to a gate circuit T3 via a line crossing Kl. At the carrier input of the gate circuit T3 there is a carrier phase with the phase position 1801. The output phase +90 'of the generator Gl is fed to the gate circuit T2 via the keying modulator M controlled by the binary control signal S and to the gate circuit T4 via the line crossing K2. In case of positive voltage of the control signal S + is then, for example, on the gate T 2 + 901 the carrier phase and the TorschaltungT4 the carrier phase at +270 '. If the control signal voltage S- is negative, it excites phase position 270 ' at gate circuit T2 and phase position 901 at gate circuit T4. The four gate circuits Tl to T4 are controlled in cyclic sequence by the output voltages A to D of the distributor Z, which is designed as a ring counter, so that after the output voltages of the gate circuits are combined via the resistors Rl to R4 in the transmitter amplifier V, a total oscillation results, which per distributor circulation by 4/4 oscillations, i. H. differs by a whole oscillation period from the carrier frequency supplied by the generator Gl. The distributor Z is switched on with a clock pulse derived from the stroke frequency generator G 2 and suitably shaped by means of the pulse shaper F. When using a four-stage distributor, the frequency generated in generator G2 must be four times the desired stroke frequency. In the case of a positive control signal voltage S +, a higher frequency than the frequency supplied by the generator Gl results at the output AS and a lower frequency in the case of a negative control signal voltage S-.

Die zusätzliche Drehung der Trägerphase in vier Stufen je Hubfrequenzperiode ist in vielen Fällen noch zu grobstufig, d. h., die am Ausgang AS auftretenden Phasenspränge sind zu groß. In diesem Fall kann die Schaltung selbstverständlich auch auf sechs oder mehr Phasenstufen erweitert werden, wobei der erforderliche Aufwand entsprechend ansteigt. Es ist jedoch gemäß weiterer Erfindung auch möglich, die Anzahl der Phasenstufen je Hubfrequenzperiode dadurch zu erhöhen, daß zusätzliche zweite Phasenlagen der Trägerfrequenz dadurch gebildet werden, daß zeitweise zwei oder mehr erste Trägerphasen einander überlagert werden. Dies kann in einfacher Weise praktisch ohne Mehraufwand allein durch geeignete Ausbildung des Verteilers erreicht werden. Zu diesem Zweck ist der Verteiler Z so ausgebildet, daß die an den Ausgängen A bis D des Verteilers auftretenden Verteilerimpulse sich teilweise überlappen, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. In den überlappungszeiten sind dann jeweils zwei Torschaltungen gleichzeitig geöffnet, so daß sich zwei um 90, gegeneinander phasenverschobene Spannungen am Eingang des Sendeverstärkers Y überlagern und eine Zwischenphasenlage ergeben. Die Sendespannung erhält dadurch zwar eine zusätzliche Amplitudenmodulation, die Seitenfrequenzen zum Träger ün vierfachen Abstand des Frequenzhubs zur Folge hat. Diese Seitenfrequenzen können durch ein frequenzbandbegrenzendes Sendefilter oder durch Amplitudenbegrenzung im Sendeverstärker unterdrückt werden.The additional rotation of the carrier phase in four stages per stroke frequency period is still too coarse in many cases, i.e. In other words, the phase jumps occurring at output AS are too large. In this case, the circuit can of course also be expanded to six or more phase stages, the required effort increasing accordingly. According to a further invention, however, it is also possible to increase the number of phase stages per stroke frequency period in that additional second phase positions of the carrier frequency are formed in that two or more first carrier phases are temporarily superimposed on one another. This can be achieved in a simple manner, with practically no additional effort, simply by suitably designing the distributor. For this purpose, the distributor Z is designed so that the distributor pulses occurring at the outputs A to D of the distributor partially overlap, as shown in FIG. 3 is shown. In the overlapping times, two gate circuits are then opened at the same time, so that two voltages which are phase-shifted by 90 are superimposed at the input of the transmission amplifier Y and an intermediate phase position results. As a result, the transmission voltage receives an additional amplitude modulation, which results in side frequencies to the carrier over four times the spacing of the frequency deviation. These side frequencies can be suppressed by a frequency band-limiting transmission filter or by limiting the amplitude in the transmission amplifier.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Verteiler, bei dem sich die Ausgangsimpulse benachbarter Stufen überlappen. Dieser Verteiler besteht aus vier bistabilen Kippstufen Kl bis K4, die über die vorgeschalteten Koinzidenzgatter G 1 bis G 8 gesteuert werden. Das Gatter Gl bewirkt das selbsttätige Anlaufen und den funktionsrichtigen Ablauf des Verteilers. Zum Betrieb des Verteilers dienen zwei TaktpulsphasenP1 und P2 gemäß den oberen beiden Zeilen in F i g. 3. Um eine der Kippstufen aus einer Stellung in die andere umzuschalten, ist das gleichzeitige Auftreten einer Vorbereitungsspannung und eines Taktimpulses an einem der vorgeschalteten Koinzidenzgatter erforderlich; nur im Falle des Gatters Gl' sind dazu zwei Vorbereitungsspannungen notwendig. Beispielsweise wird die Kippstufe Kl aus ihrer »0«-Lage nur dann in die »l«-Lage umgelegt, wenn sich die Kippstufen K2 und K3 beide in der »0«-Lage befinden und somit das Gatter G f vorbereitet ist und wenn gleichzeitig ein Impuls der TaktpulsphaseP1 auftritt. Die KippstufeK1 wird wieder in die »0«-Lage zurückgeschaltet, wenn der obere Ausgang der KippstufeK2 das Koinzidenzgatter G2' vorbereitet und gleichzeitig ein Impuls der TaktpulsphaseP2 auftritt. Die Bedingungen für das Umschalten der übrigen Kippstufen sind aus F i g. 2 leicht zu ersehen. In den Zeilen A bis D in F i g. 3 sind die an den Ausgängen A bis D in F i g. 2 auftretenden Verteilerimpulse dargestellt. Die Zeile S+ in F i g. 3 zeigt die ausgesendeten Phasenlagen der vom Generator G 1 nach F i g. 1 gelieferten Schwingung, wenn positive Steuersignalspannung S+ am unteren Eingang des Modulators M anliegt und ein Verteiler gemäß F i g. 2 verwendet wird. Wie ersichtlich, erfolgen in diesem Fall die Phasendrehungen in positiver Richtung, d. h., die am Ausgang AS auftretende Frequenz ist höher als die vom Generator Gl gelieferte Frequenz. In F i g. 3, Zeile S-, sind die ausgesendeten Phasenlagen unter den gleichen Bedingungen bei negativem Steuersignal S- dargestellt. In diesem Fall erfolgen die zusätzlichen Phasendrehungen in negativer Richtung, d. h., die am Ausgang AS auftretende Frequenz ist niedriger als die vom Generator Gl gelieferte Frequenz.F i g. 2 shows an embodiment for the distributor in which the output pulses of adjacent stages overlap. This distributor consists of four bistable flip-flops Kl to K4, which are controlled via the upstream coincidence gates G 1 to G 8. The gate Gl causes the automatic start-up and the correct functioning of the distributor. Two clock pulse phases P1 and P2 are used to operate the distributor according to the two upper lines in FIG. 3. In order to switch one of the flip-flops from one position to the other, the simultaneous occurrence of a preparation voltage and a clock pulse at one of the upstream coincidence gates is required; only in the case of the gate Gl 'are two preparatory voltages necessary for this. For example, the flip-flop Kl is only moved from its "0" position to the "1" position if the flip-flops K2 and K3 are both in the "0" position and the gate G f is thus prepared and if at the same time a pulse of the clock pulse phase P1 occurs. The flip-flop K1 is switched back to the "0" position when the upper output of the flip-flop K2 prepares the coincidence gate G2 ' and a pulse of the clock pulse phase P2 occurs at the same time. The conditions for switching over the remaining flip-flops are shown in FIG. 2 easy to see. In lines A to D in FIG. 3 are those at the outputs A to D in FIG. 2 occurring distributor impulses shown. The line S + in FIG. 3 shows the phase positions transmitted by the generator G 1 according to FIG. 1 supplied oscillation when a positive control signal voltage S + is applied to the lower input of the modulator M and a distributor according to FIG. 2 is used. As can be seen, in this case the phase rotations take place in the positive direction, i. That is, the frequency occurring at the output AS is higher than the frequency supplied by the generator Gl. In Fig. 3, line S-, the transmitted phase positions are shown under the same conditions with a negative control signal S- . In this case the additional phase rotations take place in the negative direction, i. That is, the frequency occurring at the output AS is lower than the frequency supplied by the generator Gl.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß durch zeitweise überlagerung von mehr als zwei Trägerphasen oder durch Überlagerung von zwei Trägerphasen mit unterschiedlicher Amplitude auch noch andere Zwischenphasenlagen und damit eine noch feinere Stufung der zusätzlichen Phasendrehungen erreicht wer-. den kann.It is readily apparent that through temporary superposition of more than two carrier phases or by superimposing two carrier phases different amplitudes also other intermediate phase positions and thus one even finer gradations of the additional phase rotations can be achieved. can.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ergibt sich eine positive bzw. negative zusätzliche Phasendrehung der vom Generator G 1 gelieferten Frequenz abhängig von der Polarität des dem Umtastmodulator M zugeführten binären Steuersignals S. Die gleiche Wirkung läßt sich auch dadurch erreichen, daß das binäre Steuersignal die Umlaufrichtung der Ausgangsimpulse des Verteilers steuert, d. h., daß der Verteiler z. B. bei positivem Steuersignal in der einen und bei negativem Steuersignal in der anderen Richtung umläuft. Der Modulator M kann dann weggelassen werden.In the embodiment according to FIG. 1 results in a positive or negative additional phase shift of the frequency supplied by the generator G 1 depending on the polarity of the binary control signal S supplied to the shift modulator M. The same effect can also be achieved in that the binary control signal controls the direction of rotation of the output pulses of the distributor , d. that is, that the distributor z. B. rotates with a positive control signal in one direction and with a negative control signal in the other direction. The modulator M can then be omitted.

Claims

1. A method for transmitting digital message signs, in particular Telegrafiezeichen, by means of frequency modulation, a carrier frequency is keyed between at least two frequencies, d a d u rch gekennz eichnet that the unmodulated Trägerfreqeunz in a plurality of first phase angles (01, 901, 180 ', 2701) is made available in a certain first order and that this first order of the carrier phases is changed depending on a binary control signal (S) so that the carrier phases run through one after the other in increasing or decreasing cyclical order and are emitted as a binary frequency-modulated oscillation.

2. The method according spoke 1, characterized in that additional second phase positions (45-, 135-, 225-, 315 ') of the unmodulated carrier frequency are formed in that two or more first carrier phases are temporarily superimposed on one another. 3. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that each of the first carrier phases (0 ', 90', 180 ', 270') is applied to a gate circuit (TI ... T4) that these gate circuits depend on the Output pulses of a distributor (Z) in a cyclical sequence are permeable to these first carrier phases and that the output signals of all gate circuits are added. 4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that when the state of the binary control signal (S) changes, the direction of rotation of the output pulses of the distributor (Z) is reversed. 5. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that when the state of the binary control signal (S) changes, the specific gate circuits (T1 ... T 4) supplied first carrier phases (0 ", 900, 1801>, 2700) are interchanged . Circuit arrangement according to Claim 5, characterized in that a carrier frequency generator (G1) is provided which supplies the carrier frequency in two phase positions (0 ', 90') different by 901 , that one of the two carrier phases (0 ') has a first gate circuit (T1) immediately and a third gate circuit (T3) after a phase reversal and the other carrier phase (90 ') via a keying modulator (M) controlled by the binary control signal (S ), a second gate circuit (T2) immediately and a fourth gate circuit (T4) after a phase reversal controls that the gate circuits are successively controlled in this order by the output pulses of a four-stage distributor (Z) controlled by a stroke frequency generator (G2) and that d The output signals of all gate circuits are summed up over time via an addition circuit (R 1 ... R4). 7. Circuit arrangement according to claim 4 , 5 or 6 and for performing the method according to claim 2, characterized in that the output pulses of the distributor (Z) partially overlap. Considered publications: A. Raschkowitsch, "phasewinkelmodulation ", Fachbuchverlag GmbH., Leipzig, 1952, pp. 6, 17, 18, 21 to 24. Considered older patents: German patents No. 1151552, 1 154 151.