DE2022328C3 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Frequenzen für ein eine Vielzahl von Kanälen enthaltendes Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Frequenzen gemäß Jem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. W)

Bei bekannten Anordnungen zur Erzeugung der für ein Frequenzmultiplexsystem zur Übertragung von Nachrichten auf eine Vielzahl von Kanälen erforderlichen Frequenzen geht man von einem Niederfrequenzsignal aus, dessen Frequenz im allgemeinen 4 kHz · beträgt. Mittels Bandpaßfiltern werden dann aus den durch Signalverzerrung erzeugten Oberwellen die gewünschten Frequenzen ausgesiebt. Es ist auch bekannt, höhere Frequenzen (z. B. 612 kHz) nicht durch Verzerrung des Grundfrequenzsignals zu gewinnen, weil dessen hierfür benötigte Oberwellen (z. B. die 153ste Oberwelle) zu hoch wären, sondern durch Verzerrung einer Oberwelle der Grundfrequenz relativ hoher Ordnung (z. B. 12 kHz). Ferner sind Schaltungsanordnungen bekannt, mit welchen durch Kombinieren von zwei oder mehreren Oberwellen der Grundfrequenz Frequenzen gewonnen werden, die keine Vielfachen der Grundfrequenz sind.

Aus der Druckschrift der Firma Telefunken »Trägerfrequenzanlage V 300«, A W/Wb 612 Tf 4.64, Seiten 4 bis 8, und insbesondere aus Abb. 7 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der, von einer Grundfrequenz ausgehend, die für die verschiedenen Kanäle erforderlichen Frequenzen durch Frequenzteilen des hochfrequenten Ausgangssignals mittels binärer Frequenzteiler und durch Ausfiltern von Oberwellen erzeugt werden. Bei dieser Schaltungsanordnung geben die Binärzähler Rechteckimpulssignale mit einem Tastverhältnis bzw. einem Pause/Impuls-Verhältnis von 1 ab, aus dem dann die Oberschwingungen ausgefiltert werden, um die gewünschten Frequenzen zu erhalten. Gemäß den Grundsätzen bei der Fourier-Analyse ist das Amplitudenspektrum der Oberwellen von der Impulsdauer der Ausgangsimpuise abhängig, und zwar derart, daß der Unterschied in den Amplituden umso größer ist, je kleiner das Tastverhältnis des Rechteckimpulssignals, von dem bei der Analyse ausgegangen wird, ist. Bei einem Tastverhältnis von 1, wie es bei den bekannten Schaltungsanordnungen vorliegt, erhält man daher bei der Ausfilterung von Oberwellen für diese sehr unterschiedliche Amplituden, so daß zur Verstärkung unterschiedliche Verstärker für die durch Fourier-Analyse erzeugte Trägerfrequenzen erforderlich sind.

Ausgehend von dieser bekannten Schaltungsanordnung liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Trägersignalen unterschiedlicher Frequenz zu schaffen, bei der für die einzelnen Trägerfrequenzen einheitlich ausgebildete Verstärker verwendet werden können, so daß die Schaltungsanordnung einfacher und kostengünstiger herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch Entschlüsselungskreise, die in Form von UND-Gliedern vorliegen, also denkbar einfach und kostengünstig herzustellen sind, werden aus den ein großes Tastverhältnis aufweisenden Ausgangssignalen der binären Frequenzteiler auf sehr einfache Weise kurze Impulse entsprechender Frequenz erzeugt. Die kurzen Impulse führen bei der Fourier-Analyse dazu, daß die durch Bandpaßfilter erzeugten Signale mit den durch eine Frequenzteilung nicht zu erzeugenden Frequenzen in praktisch gleicher Amplitude über einen breiten Frequenzbereich hinweg vorliegen, so daß gleiche Verstärker verwendet werden können.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Grundfrequenz als Rechteckschwingung von einem quarzgesteuerten Oszillator geliefert. Die Frequenzteilung erfolgt in üblicher Weise zum Beispiel durch Binärzähler. Wenn diese Zähler nicht rückgekoppelt sind, liefern sie ebenfalls rechteckige Schwingungen mit einem Pause/Impuls-Verhältnis von 1:1. Da bei dieser Rechtcckform die geradzahligen

Oberwellen fehlen, kann man aus jeder Rechteckschwingung mittels einfacher Filter je nach Bedarf eine sinusförmige Schwingung mit der gleichen Frequenz erzeugen, welche der Grundfrequenz der Fourierschen Reihenentwicklung entspricht Die Verwendung von binären Frequenzteilen hat außerdem den Vorteil, daß man auf einfache und sichere Weise die Frequenzen erhält, die als Oberwellen eines der ganzzahligen Bruchteile der Grundfrequenz gewonnen wurden. Wenn in der Fourier-Reihe ein Rechteckimpulssignal ίο mit der Frequenz k und der Impulsdauer τ entwickelt wird, hat bekanntlich das Amplitudenspektrum den Verlauf

sin (.-τ »ι /ρ τ)
η for

wobei η ganzzahlig ist

Je kleiner also r, d. h. je kürzer der Impuls ist, umso mehr Oberwellen sind im Spektrum enthalten, und um so flacher ist der Verlauf des Spektrums in der Umgebung des Ursprungs. Wenn man daher das Impulssignal mit der Frequenz /₀ einer Reihe von Bandpaßfiltern zuführt, die auf seine Oberwellen abgestimmt sind, erhält man eine Reihe von sinusförmigen Signalen mit der Frequenz nfa, deren Amplitude umso gleichförmiger ist, je kürzer die Dauer τ des Impulssignals ist.

Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung können sehr kurze Impulse besonders einfach dadurch erzeugt werden, daß einer Koinzidenzschaltung (UND-Glied) einige der Signale der Frequenzteileranordnung zugeleitet werden, die von einem Impulssignal der Frequenz h gesteuert wird und ein Signal mit der Frequenz r] liefert, das am Ausgang der Koinzidenzschaltung als Impulssignal mit der Frequenz /i und einer Dauer von 1/(2 /2) erscheint. Die Wahl der Signale hängt von der jeweiligen Altsführungsform der Frequenzteileranordnung ab.

Im Vergleich mit den bekannten Anordnungen zum Erzeugen von Frequenzen besitzt die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wesentliche Vorteile. Bekanntlich ist es sehr wichtig, die im Eingangssignal enthaltenen Störsignale herabzusetzen, da sie den Rauschabstand beim Übergang von der Grundfrequenz zu den Oberwellen erheblich verschlechtern. Dies gilt insbesondere für Netzstörungen von 50 oder 100 Hz oder die in die zuvor erzeugten Signale eingeführten Linien von ±50 Hz und ± 100 Hz, welche sich als Linien von +50 oder ±100 "<. in den Oberwellen bemerkbar machen und nicht mehr herausgefiltert werden können. Ein weiteres Problem stellen die Störungen dar, die durch die Betriebsspannung in die Verzerrungseinrichtung eingeführt werden können.

Bei einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird der Rauschabstand wesentlich verbessert, und die Schaltungsanordnung kann von Netzstörungen unabhängig gemacht werden. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung bedarf im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen auch keiner Eichung, da sie sehr stabil ist. Sie kam. als integrierte Schaltkreise aufgebaut werden, wodurch eine beträchtliche Einsparung an Raumbedarf und Verlustleistung und eine entsprechende Herabsetzung der Kosten erreicht werden. Schließlich können sehr kurze periodische Impulse erzeugt werden, die ein sehr flaches Amplitudenspektrum in einem großen Frequenzbereich aufweisen. Mittels Bandoaßfiltern können solche Fre-

15

20

30 quenzen, die durch Teilung nicht gewonnen werden können, mit praktisch gleichen Amplituden erzeugt werden. Dies wiederum ermöglicht einheitlich ausgebildete Verstärker für die Trägerfrequenzen.

Eine Anordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Rechteckgenerator hoher Frequenz und Stabilität, beispielsweise einem quarzgesteuerten Oszillator, der mit einer Rechteckimpulsformerschaltung gekoppelt ist, aus einer Reihe von Frequenzleilerketten und aus einigen Schaltkreisen zur Entschlüsselung von Ausgangssignalen gewisser Stufen der Frequenzteileranordnung, wodurch sehr kurze Impulse mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt werden können.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung s,oll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Frequenzen gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Ausführungsform eines Frequenzteilerkreises zur Teilung durch 20 und einen Entschlüsselungskreis und

F i g. 3 Ausgangssignale der einzelnen Stufen des Teilerkreises und des Entschlüsselungskreises gemäß Fig. 2.

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Schaltungsanordnung erzeugt ein (nicht dargestellter) quarzgesteuerter Oszillator ein Rechteckschwingungssignal mit einer Frequenz von 1440 kHz (alle in der Zeichnung angegebenen Frequenzen verstehen sich in kHz). Mit an sich bekannten Frequenzteilerkreisen werden aus diesem Signal einige der erforderlichen Frequenzen gewonnen, und zwar die Kanalträgerfrequenzen mit 12, 16 und 20 kHz, die Pilotfrequenz mit 60 kHz und zwei der Vorgruppenträgerfrequenzen von 96 und 12OkHz. Zur Gewinnung der entsprechenden sinusförmigen Signale können wenig aufwendige Filter (die in der Zeichnung nicht dargestellt sind) verwendet werden, da die am Filtereingang erscheinenden Signale nur aus der Nutzfrequenz und den entsprechenden Oberwellen zusammengesetzt sind. Auch die zweite Oberwelle wird auf einfache Weise eliminiert, und zwar mittels bekannter Kreise, die am Ausgang eine Rechteckschwingung mit einem Pause/Impuls-Verhältnis von 1 liefern.

Insbesondere für die Frequenzen von 12, 16 und 20 kHz genügen Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz, die nur wenig über 20 kHz liegt und für alle drei Frequenzen gleich ist. Auch für die beiden Vorgruppenfrequenzen von 96 und 12OkHz sind Tiefpaßfilter ausreichend, deren Grenzfrequenz für beide Frequenzen geringfügig über 12OkHz liegt. Die anderen beiden Vorgruppenträgerfrequenzen von 84 und 10OkHz und die fünf Hauptgruppenträgerfrequenzen werden durch Auswahl (mittels nicht dargestellter Filter) der Oberwellen der Impulssignale mit einer Frequenz von 12 kHz gewonnen. Die Impulsbreite ist gleich der Periode der 240-kHz-Signale zur Gewinnung der beiden Vorgruppenträgerfrequenzen (Entschlüsselung A) und gleich der Periode der 1440-kHz-Signale zur Erzeugung der Hauptgruppenträgerfrequenzen (Entschlüsselung B). Die umgekehrte Trägerfrequenz rW Hauptgruppe, 114 kHz, wird mittels eines Filters (wie die 19. Oberwelle) aus einem Impulssignal gewonnen, das eine Frequenz von 6 kHz und die gleiche Impulsdauer besitzt wie die Impulse der Vorgruppe (Entschlüsselung A). Dieses Impulssignal erhält man durch Halbieruneder Freauenz einer 12-kHz-Rechteck-

schwingung, die zusammen mit dem Vorgruppensignal (Entschlüsselung feinem UND-Glied zugeleitet wird.

Als Beispiel zur Gewinnung irgendeiner anderen Oberwellenfrequer ^ aus 4 kHz soll nun erläutert werden, wie man e.ac Frequenz von 556 kHz erhält, die als Pilotfrequenz verwendet werden kann. Die Frequenz der 12-kHz-Rechteckschwingung wird durch drei geteilt und das gewonnene Signal wird zusammen mit den Hauptgruppenimpulsen, die am Ausgang des Entschlüsselungskreises B erscheinen, an ein UND-Glied angelegt. Auf diese Weise erhält man Impulse mit einer Frequenz von 4 kHz und einer Dauer, die gleich derjenigen der Impulse der Hauptgruppe ist, und hieraus kann man mittels eines (nicht dargestellten) Filters die 139. Oberwelle gewinnen. Der Aufwand des Filters wird dadurch wieder ausgeglichen, daß die Impulse auf sehr einfache Weise erzeugt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß außer den Verstärkern der drei Kanalträgerfrequenzen und den entsprechenden Filtern auch die Verstärker der vier Vorgruppenträgerfrequenzen und diejenigen der fünf Hauptgruppenträgerfrequenzen untereinander gleich sein können. Dadurch wird die Schaltungsanordnung sehr vereinfacht.

F i g. 2 zeigt eine schematische Schaltungsanordnung eines durch 20 teilenden Frequenzteilers, der aus einem durch 5 teilenden Teiler (drei rückgekoppelte bistabile Stufen) und aus zwei in Kaskade geschalteten bistabilen Stufen besteht. Der dargestellte durch 5 teilenden Zähler ist einer von verschiedenen verwendbaren m Teilertypen.

Die am Ausgang der drei bistabilen Stufen des durch 5 teilenden Frequenzteilers gemäß Fig. 2 erscheinenden Schwingungsformen B, C und D sind in F i g. 3 dargestellt. Wenn ein Frequenzteiler eines anderen Typs verwendet wird, ändern sich selbstverständlich die Schwingungsformen. Der durch 20 Teilende Frequenzteiler gemäß F i g. 2 erzeugt eine Rechteckschwingung F mit einer Frequenz, die 20mal niedriger ist als die Eingangsfrequenz (Signal A). Dieses Ergebnis ändert sich auch dann nicht, wenn man die dargestellte Reihenfolge des durch 5 teilenden Teilers und der ersten bistabilen Stufe vertauscht.

Wenn man eine bestimmte Anzahl von in geeigneter Weise ausgewählten Signalen des durch 20 teilenden Frequenzteilers an ein UND-Glied anlegt, erhält man ein Signal, dessen Breite gleich der Periode des Eingangssignals ist und dessen Periode ein 20stel der Periode des Eingangssignals beträgt. Bei der Anordnung gemäß F i g. 2 werden die Signale C, D, fund Fan das UND-Glied angelegt, deren Form aus Fig.3 ersichtlich ist.

Ohne die Frequenz des Signals zu ändern, welche am Ausgang des UND-Gliedes erscheint, kann man die Breite bzw. Dauer des Signals A halbieren, wenn man in der Entschlüsselung das Signal A hinzufügt, oder auf ein Drittel herabsetzen, wenn man einen durch drei teilenden Frequenzteiler vorschaltet und dessen geeignete Ausgangssignale in die Entschlüsselung einführt, oder auf ein Fünftel seines ursprünglichen Wertes, wenn man einen durch 5 teilenden Frequenzteiler vorschaltet und dessen Ausgangssignale in die Entschlüsselung einführt usw. Die praktische Anwendung dieser Methode ist in F i g. 1 gezeigt (Entschlüsselung B).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Frequenzen für ein eine Vielzahl von Kanälen enthaltendes, nach dem Frequenzmultiplexprinzip arbeitendes Nachrichtenübertragungssystem aus einem Ausgangsfrequenzsignal, wobei die erforderlichen Frequenzen durch Frequenzteilung eines hochfrequenten Ausgangssignals mittels binärer Frequenzteiler gewonnen, und die übrigen Frequenzen durch Ausfilterung von Oberwellen aus wenigstens einer der durch Frequenzteilung gewonnenen Frequenzen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet,daß mit ausgewählten Stufen der Frequenzteileranordnung gekoppelte Entschlüsselungskreise (UND-Glieder) vorgesehen sind, die kurze Impulse mit entsprechender Frequenz erzeugen, aus denen dann die nicht durch Frequenzteilung des Ausgangsfrequenzsignals ableitbaren, gewünschten Frequenzen gewonnen werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente Ausgangssignal und die Signale mit den durch Division gewonnenen Frequenzen Rechteckschwingungen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Entschlüsselungskreise vorgesehen sind, welche mit ausgewählten Stufen der Divisionsanordnung gekoppelt sind und jo kurze Impulse erzeugen, aus denen durch Ausfilterung der Oberwellen solche Frequenzen gewonnen werden, die nicht durch Division der Ausgangsfrequenz zur Verfügung stehen.

4. Schallungsanordnung nach einem der Ansprü- » ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Divisionsanordnung und die Entschlüsselungskreise aus digital arbeitenden integrierten Schaltkreisen bestehen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü- 4« ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für alle erzeugten Frequenzen gleichartige Verstärker und gleichartige Filter verwendet werden, und daß die Verstärker und Filter jeweils gleiche einteilige Einheiten für diese Frequenzen bilden. <r>

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen von Frequenzen erzeugt werden, daß für jede Gruppe jeweils Verstärker eines einzigen, eigenen Typs und entsprechende gleichartige Filter ■">< > verwendet werden, und daß die Verstärker und Filter jeweils einteilige Einheiten bilden, die innerhalb jeder Gruppe einheitlich sind.