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Verfahren und Schaltungsanordnung zur Trägerfrequenz-
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überwachung in einem Nachrichtenübertragungssystem Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Trägerfrequenzüberwachung in einem'
Nachrichtenübertragungssystem, bei dem den Kennzuständen eines Digitalsignals eine
phasensprungfreie,frequenzmodulierte Trägerschwingung zugeordnet wird und bei dem
dieses bandbegrenzte, frequenzmodulierte Trägersignal über eine Übertragungsstrecke
einem Demodulator zugeführt wird, der in Abhängigkeit von der Frequenz der Trägerschwingung
Gleichspannungssignale als demodulierte Signale abgibt.
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Zur Demodulation eines FSK-Signals (Frequency-Shift-Keying-Signal)
ist ein Demodulator vorgeschlagen worden, bei dem ein inkrementelles Verfahren verwendet
wird. Der Demodulator entscheidet anhand der Nulldurchgänge des empfangenen FSK-Signals,
ob die Signalfrequenz ober- oder unterhalb der Mittenfrequenz liegt.
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Für den Anwendungsfall Bildschirmtext werden beispielsweise den Kennzuständen
eines binären Digitalsignals die Kennfrequenzen 1300 bzw. 2100 Hz zugewiesen, so
daß die Mittenfrequenz bei 1700 Hz liegt. Wird für die Übertragungsrate beispielsweise
1200 bit/s gewählt, so liegt diese im Vergleich zu den Kennfrequenzen relativ hoch,
so daß eine Mittelung über mehrere Nulldurchgänge notwendig ist, um eine geringe
Verzerrung und Störsicherheit beim Rauschen zu erreichen. Bei dem vorgeschlagcnsn
inkrementellen Verfahren wird die Impulsserie am Ausgang des digitalen Differenzierers
einem Verzögerungsabschnitt zugeführt. Die verzögerten und die unverzögerten Impulsserien,
deren Logisch-1-Werte die Nulldurchgiiigrabstände repräsentieren, werden jeweils
einem Umsetzer zugeführt. Der Abstandswert,ein Zahlenwert darstellendes Vielbitsignal
am Ausgang des Umsetzers,ist
ein Maß für den Abstand der augenblicklich
empfangenen Signalfrequenz zur Mittenfrequenz der Kennfrequenzen.
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Die Abstandswerte am Ausgang der Umsetzer stehen jeweils für die Zeit
zwischen den zugehörigen Nulldurchgängen des empfangenen FSK-Signals an. Im vorliegenden
Fall wird im Umsetzer für eine Signalfrequenz oberhalb eines bestimmten Maximums
das kleinste binäre Wort zugewiesen und für Kennfrequenzen unterhalb eines bestimmten
Minimums das entsprechende Wort. Dieser Bereich ist entsprechend der Auflösung des
Umsetzers unterteilt. Die Mittenfrequenz ist z.B.durch den Übergang des höchstwertigen
Bits des Abstandswertes von beispielsweise Logisch-1- Wert nach Logisch-O-Wert gekennzeichnet.
Die Verzögerungszeit im Verzögerungsabschnitt ist ein Vielfaches der Periodendauer
des internen Takts.In einem an die Umsetzer anschließenden Subtrahierer wird die
Differenz zwischen den verzögerten und unverzögerten Abstandswerten gebildet. Das
Ausgangssignal des Subtrahierers wird einem zweiten Akkumulator zugeführt, in dem
während jeder Taktperiode des internen Takts der Mittelwert nach dem inkrementellen
Verfahren neu berechnet wird. Unter diesem Verfahren versteht man, daß sich der
richtige Summenwert im zweiten Akkumulator dann ergibt, wenn die Differenz aus dem
neu in den Verzögerungsabschnitt eingelesenen Signal und dem den Verzögerungsabschnitt
verlassenden Signal zum Inhalt des zweiten Akkumulators von der vorhergehenden Taktperiode
hinzuaddiert wird. Dadurch kann auf eine absolute Addition aller im Verzögerungsabschnitt
befindlichen Signale im zweiten Akkumulator verzichtet werden. In einem.nachfolgenden
Komparator wird das Ausgangs signal des Akkumulators mit dem der Mittenfrequenz
entsprechenden Wert verglichen. Um zu vermeiden, daß während des Betriebs des Demodulators
die Übereinstimmung zwischen Inhalt des Verzögerungsabschnitts und des zweiten Akkumulators
gestört ist, d.h., daß der Mittelwert am Ausgang des zweiten
Akkumulators
um eine zufällige und feste Differenz sich vom tatsächlichen Inhalt des Verzögerungsabschnitts
unterscheidet, werden die Abstandswerte des zweiten Umsetzers in einem ersten Akkumulator
mit jedem Taktschritt des internen Takts aufsummiert. Nach Ablauf eines Zeitintervalls,
das z.B. der Verzögerungszeit des Verzögerungsabschnittsentspricht, erfolgt eine
Korrektur in der Weise, daß der Summenwert des ersten Akkumulators im zweiten Akkumulator
übernommen wird. Die Zeitintervalle zwischen den Zeitpunkten der jeweiligen Übernahme
können beliebig lang gewählt werden. Sie enthalten mindestens die Verzögerungszeit,
nach deren Ablauf, d.h. zu Beginn eines neuen Intervalls, die Übernahme erfolgt
Dazu ist eine Steuerschaltung vorgesehen, welche im wesentlichen einen Zähler enthält,
der nach Ablauf einer .gewissen Anzahl jntrnen von Periodendauern des/Takts ein
Steuersignal erzeugt, mit dem der Summenwert übernommen wird. Bei der schaltungstechnischen
Realisierung wird fur den Verzögerungsabschnitt ein mehrstufiges Schieberegister
vorgeseh-en.
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Die Komponenten der Umsetzer sind ein oder mehrere Prioritätsencoder,
eine logische Verknüpfungsschaltung und eine Speicherschaltung. Mit einem Prioritätsencoder
ist der Abstand der.z.B. Logisch~1-Kennzustände der Impulsserie, welche augenblicklich
an einer Anzahl von Ausgängen des Schieberegisters erscheint, feststellbar. Der
den Nulldurchgangsabständen der empfangenen Signalfrequenzen kennzeichnende digitale
Wert, der sogenannte Abstandswert, wird im Falle mehrerer Prioritätsencoder aus
deren Ausgangssignalen mit Hilfe der logischen Verknüpfungsschaltung gebildet. Als
Übernahmebefehl für den Abstandswert in die Speicherschaltung wird z.B. der Logisch-1-Kennzustand
am Ausgang einer nachfolgenden Stufe des Sclnieberegisters verwendet. Treten während
des Betriebs Störungen auf, d.h. das demodulierte FSK-Signal ist z.B. verrauscht
oder ein zufälliges Signal, so ist ein Meldesignal für
das Datenendgerät
erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Demodulator der eingangs
beschriebenen Art ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Trägerfrequenzüberwachung
vorzusehen, welches neben dem Schaltungsaufwand zur Realisierung des Demodulators
einen geringen zusätzlichen Schaltungsaufwand erfordert und bei dem im wesentlichen
die vorhandenen Komponenten des Demodulators mitverwendet werden können.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine den
Nulldurchgängen der Trägerschwingung entsprechende Impulsserie unterschiedlich verzögert
an entsprechenden Ausgängen eines mehrstufigen Verzögerungsabschnitts erscheint
und sowohl einem Umsetzer als auch einer logischen Vérknüpfungsschaltung zugeführt
wird, daß einer Reihe von gleichzeitig an den Ausgängen des Verzögerungsabschnitts
auftretenden Impulsen im Umsetzer ein Zahlenwert darstellendes digitales Vielbitsignal
zugeordnet wird, daß der Übergang von einem Kennzustand in den anderen eines bestimmten,
zusätzlichen Ausgangssignals des Umsetzers ein Zählsignal auslöst,-welches über
die logische Verknüpfungsschaltung einem Zähler zugeführt wird, daß das Übertragssignal
des Zählers an der logischen Verknüpfungsschaltung anliegt und daß beim Übergang
eines der Ausgangssignale des Zählers von einem in den anderen Kennzustand entschieden
wird, ob die Trägerschwingung vorhanden ist oder nicht.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Trägerfrequenzüberwachung
läßt sich auf besonders einfache Weise der Betriebszustand der Übertragungsstrecke
überwachen und somit bei gestörtem Betrieb diese Störungsursache eindeutig feststellen.
Bei Verknüpfung geeignet ausgewählter Signale, welche im ausgeführten
Demodulator
bereits vorhanden sind, läßt sich der Aufwand für die logische Verknüpfungsschaltung
auf ein Mindestmaß beschränken und aus der Überwachung der Trägerfrequenz ein Meldesignal
gewinnen.
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Im einzelnen wird vorgeschlagen, daß die Zahl der Stufen des Verzögerungsabschnitts
der Zahl der Stufen einer Reihe von Schieberegistern und die zugehörige Verzögerungszeit
einer bestimmten Zeitspanne eines internen Takts entspricht. Das Ausgangssignal
von 1 Stufen eines zweiten Schieberegisters wird jeweils den 1 Eingängen eines Prioritätsencoders
im Umsetzer zugeführt.
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Mit dem Ausgangssignal der n-ten Stufe bzw. einer (n+o)-ten Stufe
eines dritten Schieberegisters werden der Rücksetzeingang bzw. der Setzeingang einer
ersten bistabilen Kippstufe der logischen Verknüpfungsschaltung angesteuert. Entsprechend
bewirkt das Erscheinen eines Impulses am Ausgang einer vor dem l-stufigen Schleberegister
angeordneten Stufe eines ersten Schieberegisters des Verzögerungsabschnitts das
Setzen einer zweiten bistabilen Kippstufe der logischen Verknüpfungsschaltung. Diese
bistabile Kippstufe wird mit dem Ausgangs signal am ersten Ausgang des l-stufigen
Schieberegisters zurückgesetzt.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei Verwendung der (n-m)-ten
Stufe bzw. der (n+o)-ten Stufe des ersten bzw. dritten Schieberegisters der Bereich
der Abstandswerte zu den im Betrieb tatsächlich vorkommenden Frequenzen hin verschoben
wird. Dieser Bereich der Frequenzabstände zur Mittenfrequenz kann z.B. mittig zur
Mittenfrequenz liegen. Er wird entsprechend der Auflösung des verwendeten Prioritätsencoders
unterteilt. Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung werden die unterschiedlich
verzögerten Ausgangssignale, z.B. des zweiten Schieberegisters, dem Umsetzer zugeführt
und mit dem Übernahmebefehl einer der n-ten Stufe nachfolgenden Stufe des Schieberegisters
wird
der gebildete Abstandswert in einer Speicherschaltung des
Abstandsumsetzers übernommen und erscheint an dessen Ausgang. Durch die Verwendung
eines Ausgangssignals einer der n-ten Stufe nachfolgenden Stufe des Schieberegisters
als Übernahmebefehl wird der Bereich der Abstandswerte zur Mittenfrequenz hin verschoben.
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Der erste Bereich (d.h. Abstandswerte, gebildet aus den Ausgangssignalen
des zweiten Schieberegisters) ist jedoch kleiner als jener Bereich, der durch die
Auswahl einer beliebigen Stufe vor dem zweiten Schieberegister und einer frei nach
dem zweiten Schieberegister wählbaren Stufe entsteht.
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Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung kann derart ausgebildet sein, daß das Ausgangssignal des zusätzlichen
Ausgangs des Umsetzers einem ersten Eingang eines ersten NAND-Gatters dcr logischen
Verknüpfungsschaltung zugeführt wird. Am zweiten Ausgang des NAND-Gatters wird der
invertierende Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe angelegt. Das Ausgangssignal
dieses NAND-Gatters wird an den ersten Eingang eines UND-Gatters der logischen Verknüpfungsschaltung
angelegt. Dem zweiten Eingang des UND-Gatters wird das Ausgangssignal am inv'ertierenden
Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe zugeführt. Das Ausgangssignal einer (n+p)-ten
Stufe des dritten Schieberegisters wird an den ersten Eingang eines zweiten NAND-Gatters
angelegt. Dem zweiten Eingang dieses NAND-Gatters wird der interne Takt zugeführt.
Das Ausgangssignal des zweiten NAND-Gatters wird an den zweiten Eingang. eines ODER-Gatters
angelegt. Dem ersten Eingang des ODER-Gatters wird das invertierte Übertragssignal
der höchsten Stufe des Zählers zugeführt. Der Takteingang des Zählers wird mit dem
Ausgangssignal des ODER-Gattersbeaufschlagt.
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In Abhängigkeit vom Signal am Vorwärts-Rückwärts-Zähleingang des Zählers
werden die Impulse des Aus-
gangssignals des ODER- Gatters gezählt
und erhöhen oder erniedrigen den Zählerstand.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sind für die logische
Verknüpfungsschaltung eine geringe Anzahl der einfachsten Gatterschaltungen erforderlich,
so daß der Aufwand dafür gering gehalten werden kann.
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Weiterhin ergibt sich hinsichtlich einer Integration des Demodulators
eine günstige Schaltungsanordnung.
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Durch die Verwendung des invertierten Übertragssignals des Zählers
weist dieser 'Anschlagverhalten' auf. Im Normalfall zählt der Zähler nach Einschalten
des Demodulators aufwärts, bis der Logisch-1-Kennzustand am höchstwertigen Ausgang
des Zählers erscheint. Dieses Signal zeigt an, daß die Trägerschwingung vorhanden
ist. Bei weiterem Hochzählen erreicht der Zähler den Anschlag. Das Übertragssignal
am Überlaufausgang des Zählers nimmt dann den Logisch-O-Kennzustand an. Durch dieses
'Anschlagverhalten' und durch die Hysterese des Zählers, d.h. die Schwelle des Kennzustandswechsels
am höchstwertigen Ausgang,bei deren Über- oder Unterschreiten die Trägerschwingung
als vorhanden oder nicht erkannt wird, liegt in einem entsprechenden Abstand zum
Anschlag, wird verhindert, daß die Trägerfrequenzüberwachung bereits auf kurze Störimpulse
anspricht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung daygestellten
bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Fig.1 zeigt ein Blockschaltbild für einen möglichen Aufbau der Schaltungsanordnung
zur Trägerfrequenzüberwachung nach der Erfindung.
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Fig.2 zeigt eine mögliche Realisierung der logischen Verknüpfungsschaltung
gemäß der Erfindung.
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In Fig.1 erscheint an den Ausgängen eines Verzögerungsabschnitts 1
die Impulsserie unterschiedlich verzögert.
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Der (n-m)-te Ausgang der (n-l)-te Ausgang, der n-te Ausgang, der (n+o)-te
Ausgang und der (n+p)-te Ausgang wird jeweils mit den entsprechenden Eingängen einer
logischen Verknüpfungsschaltung 3 verbunden. Weiterhin werden die (n-l)-ten bis
n-ten Ausgänge des Verzögerungsabschnitts 1 den jeweiligen Eingängen eines Umsetzers
2 zugeffihrt. Der Umsetzer 2 bildet daraus für einen ersten Bereich die entsprechenden
Abstandswerte.
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Ein zusätzlicher Ausgang des Umsetzers 2 ist mit einem Eingang der
logischen Verknüpfungsschaltung 3 verbunden. Dieser Ausgang nimmt den z.B. Logisch-1-Kennzustand
dann an, wenn an allen Eingängen des Umsetzers 2 kein Logisch-1-Zustand der unterschiedlich
verzögerten Impulsserie anliegt. Die Ausgangssignale der logischen Verknüpfungsschaltung
3 werden einem Zähler 4 zugeführt.
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Das Ubertragssignal des Zählers 4 wird einem Eingang der logischen
Verknüpfungsschaltung 3 zugeführt.
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Wie Fig.2 zeigt, ist der Verzögerungsabschnitt 1 in eine Reihe von
Schieberegistern 5, 6, 7 unterteilt.
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Das Ausgangssignal am (n-m)-ten Ausgang des ersten Schieberegisters
5 wird dem Setzeingang einer bistabilen Kippstufe 10 zugeführt. Das Ausgangssignal
am (n-l)-ten Ausgang des zweiten Schieberegisters 6 ist sowohl mit einem Eingang
eines Prioritätsencoders 8 als auch mit dem Rücksetzeingang der zweiten bistabilen
Kippstufe 10 verbunden. Das Ausgangssignal der n-ten Stufe des zweiten Schieberegisters
6 liegt sowohl an einem Eingang des Pr.ioritätsencoders 8 als auch am Rücksetzeingang
einer ersten bistabilen Kippstufe 9 an. Dem Setzeingang der bistabilen Kippstufe
9 wird das Ausgangssignal am (n+o)-ten Ausgang des dritten Schieberegisters 7 zugeführt.
Durch die Verwendung der (n-m)-ten bzw. (n+o)-ten Stufe des Verzögerugsabschnitts
1 wird der zweite Bereich um die
Mittenfrequenz gewählt. Einem
ersten NAND-Gatter 11 wird der zusätzliche Ausgang des Umsetzers 2, d.h.
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des Prioritätsencoders 8, und der invertierende Ausgang der zweiten
bistabilen Kippstufe 10 zugeführt.
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Das Ausgangssignal des ersten NAND-Gatters 11 liegt am Eingang eines
UND-Gatters 13. Einem weiteren Eingang des UND-Gatters 13 wird der invertierende
Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe 9 zugeführt.
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Das Ausgangssignal des UND-Gatters 13 wird dem Steuereingang zum Vorwärts-
oder Rückwärtszählen des Zählers 4 zugeführt. Der (n+p)-te Ausgang des dritten Schieberegisters
7 wird einem ersten Eingang eines zweiten NAND-Gatters 12 zugeführt. Dadurch sind
der erste und zweite Bereich hinsichtlich ihrer Lage zueinander eindeutig festgelegt.
An einem weiteren Eingang des zweiten NAND-Gatters 12 liegt der interne Takt T an.
Das Ausgangssignal des zweiten NAND-Gatters 12 wird einem zweiten Eingang eines
ODER-Gatters 14 zugeführt. Der Überlaufausgang des Zählers 4 wird über einen Inverter
mit dem ersten Eingang des ODER-Gatters 14 verbunden. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters
14 wird als Taktsignal an den Zähler 4 angelegt. Durch diese Beschaltung des Zählers
4 wird erreicht, daß der Zähler innerhalb des durch die Stufen (n-m) bzw.
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(n+p) festgelegten Bereichs aufwärtszählt und beim Übergang des Ubertragssignals
des Zählers 4 von einem in den anderen Kennzustand beim höchstwertigen Zählerstand
stehen bleibt. Dann steht am Takteingang des Zählers 4 ein Signal mit dem Logisch-1-Kennzustand
an und die Impulse am Ausgang des zweiten NAND-Gatters 12 werden nicht gezählt.
Bei Frequenzen außerhalb dieses Bereichs zählt der Zähler abwärts, bis der Wert
Logisch-O erreicht ist. Durch die Verwendung des höchstwertigen Ausgangs des Zählers
4 kann aus einer Änderung des Kennzustands eine einfache Ja/Nein-Entscheidung über
die vorhandene Trägerschwingung getroffen werden.