DE1239349B - Verfahren zur gleichzeitigen UEbertragung binaer codierter Signale zweier Kanaele - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04b

H 04 j; H 041

Deutsche Kl.: 21 al-7/03

Nummer: 1 239 349

Aktenzeichen: St 25363 VIII a/21 al

Anmeldetag: 7. Mai 1966

Auslegetag: 27. April 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung binär codierter Signale zweier Kanäle mittels zweier um 90° phasenverschobener Träger gleicher Frequenz.

Es ist wünschenswert, die Übertragung in einem möglichst schmalen Band vorzunehmen, da die Übertragung über Leitungen außerhalb der Bandmitte mit zunehmender Frequenzabweichung stärker durch Laufzeitverzerrungen des Übertragungskanals gestört wird und bei Übertragung über Funkwege eine ratio- ίο nelle Ausnutzung der verfügbaren Frequenzbereiche geboten ist.

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren anzugeben, das eine möglichst kleine Bandbreite erfordert.

Erfindungsgemäß werden die binären Elemente der Signale der beiden Kanäle mit einer der halben Signalzeit entsprechenden Verschiebung erzeugt, die Übergänge zwischen den Binärzuständen nach einer Cosinusfunktion, deren halbe Periode gleich der Signalzeit ist, geformt, jeder Träger mit einer der so erhaltenen Spannungen symmetrisch amplitudenmoduliert, die modulierten Träger vereinigt, übertragen und demoduliert.

Dabei wird unter der Signalzeit die Dauer jedes der Signalelemente verstanden.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschema zur Erläuterung der Modulation und der damit zusammenhängenden Vorgänge für zwei Signalquellen,

F i g. 2 eine Ergänzung zur Verwendung des Blockschemas nach F i g. 1 für eine einzige Signalquelle,

Fig. 3 und 4 je ein Blockschema zur Erläuterung eines ersten bzw. zweiten Verfahrens zur Demodulation,

Fig. 5 ein Diagramm von Spannungsverläufen an verschiedenen Stellen der Schemata F i g. 1 und 2,

F i g. 6 eine vektorielle Darstellung der möglichen Spannungen auf dem Übertragungsweg,

F i g. 7 in gleicher Darstellung eine Ortskurve zu Fig. 5.

Nach Fig. 1 werden die von zwei nicht dargestellten Signalquellen kommenden rechteckförmigen Signale D und E, deren binäre Elemente um die halbe Signalzeit gegeneinander verschoben erzeugt sind (Fig. 5), zunächst von Signalformern 3 und 4 in Signale D' und E' umgeformt, deren Übergänge von einem der binären Zustände zum anderen gemäß einer Cosinusfunktion erfolgen, deren halbe Periode gleich einer Signalzeit ist.

Diese Umformung kann z.B. erfolgen, indem aus Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung binär
codierter Signale zweier Kanäle

Anmelder:

Stiftung Hasler-Werke, Bern

Vertreter:

Dipl.-Phys. Dr. W. Andrejewski, Patentanwalt,

Essen, Kettwiger Str. 36

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Fritz Eggimann, ._'..·..
Oberengstringen (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 10. Mai 1965 (6464)

den Spannungen D und E alle¹ Anteile, deren Frequenzen höher als die Tastfrequenz sind, durch einen Tiefpaß geeigneter Filtercharakteristik und Grenzfrequenz eliminiert werden.

Ein anderes Verfahren, diese Umformung durchzuführen, besteht darin, durch eine Integrationsschaltung die rechteckigen Signale D pnd E in trapezförmige Signale umzuwandeln, deren Übergangszeit von einer zur andern der den binären Werten entsprechenden Spannungen gleich der Signalzeit ist, und die Übergänge der umgewandelten Spannung durch ein nichtlineares Schaltungsglied in eine der Cosinus₇ funktion angenäherte Form umzuformen..

Die umgeformten Signale D' und E' modulieren in den Modulatoren 7 und 8 (beispielsweise Ringmodulatoren) zwei Träger 5 und 6, die^: gegeneinander um 90° verschoben sind. Am Ausgang jedes der Modulatoren 7 und 8 entsteht eine im folgenden mit U₁ bzw. U₂ bezeichnete Spannung, deren Grundwelle die Frequenz und Phase des betreffenden Trägers 5 bzw. 6 hat und deren Amplitude der modulierenden Spannung D' bzw. E' proportional ist. Bei negativer modulierender Spannung D' bzw. E' ist die Phase der Spannung U₁ bzw. U₂ jedoch um 180° gegen den betreffenden Träger verschoben.' Die Spannungen U₁ und U₂ (modulierte Träger) werden vereinigt.

In einem Tiefpaß 9 werden die Frequenzen, die höher sind als die Grenze des oberen Seitenbandes der Trägerfrequenz, eliminiert.'Die erhaltene Spannung F wird im Verstärker 10' verstärkt und auf den

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Übertragungsweg 11, ζ. B. eine Leitung, gegeben oder dem Modulator eines Funk- oder Trägerstromsenders zugeführt. F i g. 5 zeigt die Spannungen D, E, D', E' und F und die Frequenz / der Spannung F in Abhängigkeit von der Zeit, wobei gleiche Zeitpunkte der Kurven auf Vertikalen liegen. Logisch zusammengehörige Zeitabschnitte sind jeweils mit dem gleichen Buchstaben (a .. . m) bezeichnet. Die Signalformer 3 und 4 und der Tiefpaß 9 verursachen Verzögerungen, die an horizontal verschobenen Lagen logisch zusammengehöriger Zeitabschnitte erkennbar sind.

F i g. 6 zeigt die vektorielle Zusammensetzung der möglichen Werte der Ausgangsspannung F (F i g. 1 und 5) in komplexer Darstellung. Dabei entspricht dem Abstand eines Punktes der Ebene vom Nullpunkt 0 die Amplitude einer Spannung und dem Winkel zwischen der Verbindungslinie des Nullpunktes mit dem Punkt und einer Richtung, die einer Bezugsspannung zugeordnet ist, dem Phasenwinkel der Spannung. Als Bezugsrichtung wird im folgenden die Richtung angenommen, die mit O und U₁ bezeichnet ist. Wie ersichtlich, sind in F i g. 6 die Spannung U₁ in horizontaler Richtung und die Spannung U₂ in vertikaler Richtung aufgetragen. Dabei sind den binären Zuständen 0 und 1 die Spannungen + 1 und — 1 zugeordnet.

In den Zeitpunkten, in welchen die Signalspannung E von einem der binären Zustände in den anderen übergeht, kann CZ₁ nur in einem von drei Zuständen, nämlich — 1, 0 oder +1, und U₂ kann nur im Zustand —1 oder +1 sein. Diesen Zuständen entsprechen Größen der Spannung F, die auf sechs der acht gekennzeichneten Punkte in F i g. 6 liegen. In entsprechender Weise können in den Zeitpunkten, in denen die Spannung!) von einem Zustand in den anderen übergeht, CZ₁ nur die Werte — 1 und +1 und CZ₂ nur die Werte —1,0 +1 annehmen, denen wieder sechs der acht Punkte der F i g. 6 entsprechen. Diese beiden Zeitpunkte sind um eine halbe Signalzeit gegeneinander verschoben. Die Eckpunkte des Quadrats in F i g. 6 sind beiden Gruppen zu sechs Punkten gemeinsam, während die Punkte, die auf dem Kreis liegen, jeweils nur einer der beiden Gruppen angehören. Liegt der Endpunkt des Vektors F also z. B. in einem bestimmten Zeitpunkt auf den Koordinaten CZ₁ = — 1, CZ₂ = 0, abgekürzt mit (—1, 0) bezeichnet, so kann er nach einer halben Signalzeit nur auf einem der folgenden vier Koordinatenpaare liegen: (-1, 1), (0, 1), (-1, -1), (0, -1). Wird die Winkelgeschwindigkeit auf dem Kreis mit +2nf_m bei Bewegung des Punktes entgegen dem Uhrzeigersinn und mit —2nf_m bei Bewegung im Uhrzeigersinn bezeichnet, so sind die entsprechenden Frequenzen der Spannung F um f_m größer bzw. kleiner als die Trägerfrequenz. In den Eckpunkten ist die Winkelgeschwindigkeit gleich Null und die entsprechende Frequenz der Spannung gleich der Trägerfrequenz. Die Zeit, die für das Durchlaufen eines Quadranten des Kreises benötigt wird, ist gleich der halben Signalzeit. Daraus ergibt sich die Umlauffrequenz fm = /s/2 (fs = Signalzeit).

Trägt man den Vektor der Spannung/⁷ entsprechend dem Verlauf der Spannungen D' und E' der F i g. 5 in einer Darstellung nach F i g. 6 auf, so erhält man die Ortskurve F i g. 7. Dabei sind der Deutlichkeit wegen Punkte wie α und c, die eigentlich zusammenfallen, nebeneinander gezeichnet. Die Buchstabenbezeichnungen a.. .m entsprechen den Bezeichnungen α.... m der Zeitabschnitte des Verlaufs der Spannungen D' und E' (F i g. 5) und stehen jeweils am Anfang der von der Spitze des Spannungsvektors während des betreffenden Zeitabschnitts durchlaufenen Strecke.

Die Ortskurve Fig. 7 besitzt zusätzlich zum im Zusammenhang mit F i g. 6 Erläuterten folgende Eigenschaften:

Der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit des Ortspunktes in Funktion der Zeit ist stetig; d. h. eine Umkehrung des Umlaufsinns ist nur in den Endpunkten, wo die Winkelgeschwindigkeit gleich Null ist, möglich, nicht aber auf dem Kreis, wo die Winkelgeschwindigkeit konstant ist. Das bedeutet, daß die Frequenz der Spannung F sich nicht sprunghaft ändert. Dem entspricht eine kleine Bandbreite.

Erreicht der Ortspunkt einen Eckpunkt, so kann er während der nächsten halben Signalzeit entweder im Eckpunkt bleiben (z. B. während d) oder aber ihn

ao im umgekehrten Umlaufsinn verlassen (z. B. b, j, h). Das Verlassen des Eckpunktes im gleichen Umlaufsinn ist nur nach einer ungeraden Anzahl von halben Signalzeiten möglich (z. B. e).

Die Kurve G in F i g. 5 zeigt den Verlauf der Frequenz der Spannung F nach der Ortskurve F i g. 7. Wie ersichtlich, ist bei / und g diese Frequenz kleiner, bei / ist sie größer als z. B. an den Stellen d, e, h, j. An den letzteren Stellen ist außerdem die Amplitude größer als an den ersteren, da sich die Punkte /, g, i auf dem Kreis, die Punkte d,e,h,j auf den Ecken des (nur in F i g. 6 dargestellten) dem Kreis umschriebenen Quadrates befinden.

Ebenso ist an der Kurve G zu erkennen, daß der Übergang von der einen Seitenbandfrequenz zur anderen nur über die Trägerfrequenz möglich ist und immer eine gerade Anzahl von halben Signalzeiten, mindestens deren zwei, beansprucht. Bleibt die Trägerfrequenz während einer ungeraden Anzahl halber Signalzeiten bestehen, so ergibt sich beim nächsten Übergang auf die Seitenbandfrequenz dasselbe Seitenband wie zuvor, nach einer geraden Anzahl von halben Signalzeiten jedoch das andere.

Aus dem durch die Demodulation entstandenen Frequenzgemisch werden durch die Filter 25 und 26 die Anteile, deren Frequenzen oberhalb der höchsten Seitenbandfrequenz liegen, eliminiert. Die Ausgangsspannung der Filter 25 und 26 wird in zwei Signalerkennungsschaltungen 27 und 28 für den Betrieb der Aufzeichnungsgeräte weiterverarbeitet.

Im folgenden wird eine Variante des beschriebenen Übertragungsverfahrens an Hand der F i g. 2 und 4 erläutert. Bei dieser Variante werden die Signale (A in F i g. 5) einer einzigen Signalquelle nach F i g. 2 auf zwei Kanäle verteilt, nach Fig. 1 übertragen und durch Frequenzdiskrimination, z. B. nach F i g. 4, demoduliert. Zur Vereinfachung der Darstellung wird dabei von einem Signal^ ausgegangen, welches so gewählt ist, daß es nach Verteilung auf die Kanäle in diesen zu Spannungen führt, die den Spannungen D und E entsprechen, deren Weiterverarbeitung im Zusammenhang mit F i g. 1, 5, 6 und 7 bereits beschrieben wurde, und bei dieser Variante ebenso erfolgt.

Gemäß dieser Variante wird nach Fig. 2 die Signalspannung A durch einen Verteiler 13 von Bit zu Bit abwechselnd zwei logischen Umwandlern 15 und 16 als Signalspannung B bzw. C zugeführt. Die Umwandler 15 und 16 bilden aus diesen Spannun-

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gen B und C andere Signalspannungen, deren Signalelemente wechseln, wenn ein Signalelement der Spannung B bzw. C einen vorbestimmten der binären Zustände hat, und nicht wechseln, wenn sie den anderen Zustand hat. Diese Spannungen entsprechen (wegen der obigen Wahl der Signalspannung A) den Spannungen D und E und führen ebenso wie letztere dann zur Spannung F.

Vergleicht man den zeitlichen Verlauf G der Frequenz der Spannung F mit dem Verlauf des Signals A, so ergibt sich folgende Zuordnung dieser Frequenz zum Signal: Die Trägerfrequenz ist »1« zugeordnet, beide Seitenbandfrequenzen sind »0« zugeordnet.

Nach F i g. 4 wird die empfangene Spannung F dem Filter 20 und danach einem synchronen oder nichtsynchronen Frequenzdiskriminator 12 zugeleitet. Dieser gibt ein Signal, wenn die augenblickliche Frequenz in einem bestimmten Band um die Trägerfrequenz liegt, und ein anderes Signal, wenn sie außerhalb dieses Bandes liegt. Damit erhält man ao wieder das Signal/i.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung binär codierter Signale zweier Kanäle mittels zweier um 90° phasenverschobener Träger gleicher Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Elemente der Signale (B, C) der beiden Kanäle mit einer der halben Signalzeit entsprechenden Verschiebung erzeugt, die Übergänge zwischen den Binärzuständen nach einer Cosinusfunktion, deren halbe Periode gleich der Signalzeit ist, geformt, jeder Träger mit einer der so erhaltenen Spannungen symmetrisch amplitudenmoduliert, die modulierten Träger vereinigt, übertragen und demoduliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vereinigten, übertragenen Träger (F) zwei Synchrondemodulatoren (21, 22) zugeführt werden, deren jedem eine mit einem empfangenen Träger phasengleiche Spannung (23,24) zugeführt wird (F i g. 3).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale (A) einer einzigen Signalquelle von Bit zu Bit abwechselnd auf die beiden Kanäle verteilt und aus den dadurch erhaltenen Signalfolgen andere Signalfolgen gebildet werden, deren binäre Elemente wechseln, wenn ein Element der erstgenannten Folge einen vorbestimmten Zustand hat, und nicht wechseln, wenn es einen anderen Zustand hat (F i g. 2).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Signal einem Frequenzdiskriminator (12) zugeführt wird, der ein Signal liefert, wenn die augenblickliche Frequenz der empfangenen Spannung (19) in einem bestimmten Band um die Trägerfrequenz liegt, und ein anderes Signal liefert, wenn sie außerhalb dieses Bandes liegt (F i g. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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