METHOD FOR DEMODULATING A FREQUENCY AND PHASESHIFT KEYED SIGNAL

Abstract: 1. Method for demodulating a carrier signal modulated by frequency shift keying as well as also by phase shift keying, which method contains the steps that this modulated carrier signal is first multiplied in a Costas phase-regulating loop by a reference signal (so(t)) delivered by a voltage-controlled oscillator (VCO2) in a first multiplier (M1) and parallelly thereto by the reference signal (so'(t)) displaced in phase through pi/2 in a second multiplier (M2), that the signal components lying below the carrier frequency are then filtered out of the output signals (s1 (t), s2 (t)) of the multipliers (M1, M2) and the phase shift keying signals are derived therefrom, that these signal components (s'1 (t), s'2 (t)) filtered out of the output signals (s1 (t), s2 (t)) of the multipliers (M1, M2) are interlinked one with the other by multiplication (M3) into a signal (s3 (t)), from which the information about the phase difference between the modulated carrier signal and the reference signal delivered by the voltage-controlled oscillator is filtered out and fed to the voltage-controlled oscillator (VCO2), and that the frequency shift keying signal is derived by differentiation (D) from the signal (s3 (t)) formed by the interlinking, wherein DELTA omega . T "1 applies with DELTA omega = modulation depth of the frequency shift keying and T = symbol duration of the data signals to be modulated.

Description: Verfahren zum Demodulieren eines frequenz- und phasenumgetasteten Signals Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Demodulieren eines sowohl durch Frequenzumtastung als auch durch Phasenumtastung modulierten Trägersignals. Bereits aus dem Aufsatz von M.J.O'Mahony in Electronics Leiters, 14. Okt. 1976, Vol. 12, No. 21, S. 550, 551 ist es bekannt, die beiden Modulationsarten der Frequenzumtastung (FSK) und der Phasenumtastung (PSK) gleichzeitig auf ein Trägersignal anzuwenden. Es wird in dieser Literaturstelle gezeigt, dass ein solches frequenz- und phasenumgetastetes Signal sich durch eine geringere Fehlerwahrscheinlichkeit auszeichnet, als Signale, welche, um genausoviele Signalzustände zu übertragen, in bekannter Weise mehrfach phasenmoduliert oder phasen- und amplitudenmoduliert sind. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Demodulieren eines sowohl frequenz- als auch phasenumgetasteten Signals anzugeben, das sich mit einem möglichst geringen Schaltungsaufwand realisieren lässt. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dieses modulierte Trägersignal in einer Costas-Phasenregelschleife zunächst in einem ersten Multiplizierer mit einem von einem spannungsgesteuerten Oszillator abgegebenen Bezugssignal und parallel dazu in einem zweiten Multiplizierer mit dem um T/2 phasenverschobenen Bezugssignal multipliziert wird, dass dann aus den Ausgangssignalen der Multiplizierer die unterhalb der Trägerfrequenz liegenden Signalanteile herausgefiltert und daraus die Phasenumtastsignale abgeleitet werden, dass diese aus den Ausgangssignalen der Multiplizierer herausgefilterten Signalanteile miteinander zu einem Signal ver knüpft werden, aus dem die Information über die Phasenablage zwischen dem modulierten Trägersignal und dem vom spannungsgesteuerten Oszillator abgegebenen Bezugssignal herausgefiltert und dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird, und dass aus dem durch die Verknüpfung gebildeten Signal durch Differenzierung das Frequenzumtastsignal abgeleitet wird. Es stellt sich ein günstiger Zusammenhang zwischen dem Signal-Rauschleistungsverhältnis und der Fehlerwahrscheinlichkeit des zu demodulierenden Signals ein, wenn es mit einem Modulationshub von ca. 0,3 frequenzmoduliert worden ist. Aus der EP 0 141 466C2 ist es an sich bekannt, zur Demodulation eines 4-phasenumgetasteten Signals eine modifizierte Costas-Phasenregelschleife einzusetzen. Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird nun die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig, 1 ein Blockschaltbild zur FSK-2PKS Modulation eines Trägersignals und Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Demodulation dieses FSK-2PSK modulierten Signals, Fig. 3 ein Blockschaltbild zur FSK-QPSK Modulation eines Trägersignals und Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Demodulation dieses FSK-QPSK modulierten Signals. Ein Verfahren zur Modulation eines Trägersignals sowohl durch Phasen- als auch Frequenzumtastung, wobei die Phase zwei verschiedene Zustände und auch die Freqeunz zwei verschiedene Zustände (c; (sc +a-, sc c az) annehmen kann, verdeutlicht das Blockschaltbild in Fig. 1. Hierbei gibt ein spannungsgesteuerter Oszillator VCO1 ein Trägersignal EMI2.1 ab, das gesteuert durch ein digitales Signal z(t) = t 1 entweder die um alu erhöhte oder erniedrigte Mittenfrequenz annimmt. Das Ausgangssignal f(t) des spannungsgesteuerten Oszillators VCO1 wird schliesslich in einem Multiplizierer MM mit einem zweiten digitalen Signal x(t) = + 1 multipliziert, so dass daraus ein die Phasenzustände 0 oder 1800 annehmendes Signal entsteht. Am Ausgang des Modulators liegt also ein sowohl frequenz- als auch phasenumgetastetes Signal EMI3.1 vor, das nun zu einem Empfänger übertragen wird. Im Empfänger wird dieses Signal s(t) nach dem folgenden Verfahren demoduliert, das auf dem Funktionsprinzip einer Costas-Regelschleife beruht. Wie aus der Figur 2 hervorgeht, wird das modulierte Signal s(t) zunächst über einen Bandpass BP gleichzeitig zwei Multiplizierern Ml und M2 zugeführt. Der Bandpass BP besitzt eine Durchlassbandbreite Bi = 2/T, wobei T der Symboldauer der Datensignale x(t) und z(t) entspricht, und seine Mittenfrequenz ist gleich der TrAgersignalfrequenz Qc Das FSK-2PSK modulierte Eingangssignal s(t) wird im ersten Mischer M1 mit einem von einem spannungsgesteuerten Oszillator VC02 abgegebenen Bezugssignal so(t) = 2 cos (c; t yo) (3) und im zweiten Mischer M2 mit dem um #/2 phasenverschobenen Bezugssignal so'(t) = -2 sin (#ct + #o) (4) multipliziert. Als Ausgangssignale der Multiplizierer M1 und M2 ergeben sich dann EMI4.1 und EMI4.2 Anschliessende Tiefpassfilter TP1 und TP2 lassen nur die unterhalb der Trägerfrequenz liegenden Anteile der Multipliziererausgangssignale s1(t) und s2(t) durch, so dass an den Ausgängen der Tiefpassfilter TP1 und TP2 die Signale EMI4.3 und EMI4.4 vorliegen. Diese ausgefilterten Signale sl (t) und s2'(t) werden darauf in einem Multiplizierer M3 multiplikativ miteinander verknüpft, wodurch das Signal EMI5.1 entsteht, welches mit x(t) = + 1 -x2(t) = 1 EMI5.2 ist. Bei sehr kleinem Phasenversatz - gO zwischen dem Eingangssignal und dem Bezugssignal des spannungsgesteuerten Oszillators VCOl und unter der Voraussetzung, dass der Modulationshub klein ist (ca. 0,3) also der Anteil EMI5.3 Dieses Signal s3(t) gemäss (tO) durchläuft das Regelfilter RV, welches nur die Regelspannung s3'(t) - s 2 (## -#o) (11) durchlä sst, welche als Steuergrösse an dem spannungsgesteuerten Oszillator VC02 wirksam wird. Das Signal s1'(t) am Ausgang des Tiefpassfilters TP1 hat unter der eben genannten Voraussetzung, dass EMI5.4 und ( 9 - s )-" 0 ist, die Form EMI6.1 und ist damit direkt proportional zu dem zu demodulierenden Phasentastsignal x(t). Das Frequenzumtastsignal z(t) wird mit Hilfe eines Differenzierers D aus dem Ausgangssignal s3(t) gemäss (10) des Multiplizierers M3 abgeleitet. Die Differenzierung von s3(t) ergibt EMI6.2 b(t) = 2SdQz(t) (13) Das Signal b(t) ist also dem Frequenzumtastsignal z(t) direkt proportional. An Hand der Fig. 3 und 4 soll nun der Fall behandelt werden, dass das durch Freqeunz- und Phasenumtastung modulierte Trägersignal zwei verschiedene Frequenz- und vier verschiedene Phasenzustände annehmen kann. Ein solches FSK-QPSK Signal wird auf folgende Weise gebildet (vgl. Fig. 3). Ein spannungsgesteuerter Oszillator VC03 gibt ein Trägersignal EMI6.3 ab, das gesteuert durch ein digitales Signal z(t) = + 1 entweder die um dO erhöhte oder erniedrigte Mittenfrequenz annimmt. Das Ausgangssignal g(t) des spannungsgesteuerten Oszillators wird in einem ersten Multiplizierer MM1 mit einem zweiten digitalen Signal x(t) = + 1 und in einem zweiten Multiplizierer MM2 um t/2 phasenverschoben mit einem dritten digitalen Signal y(t) = + 1 multipliziert. Die aus der Multiplikation hervorgehenden Signale werden in einem Summierer SUM zusammengefasst und ergeben das Signal EMI7.1 Dieses sich aus zwei Quadraturkomponenten zusammensetzende Signal q(t) wird nach dem gleichen auf dem Costas-Prinzip beruhenden Verfahren demoduliert, wie es bereits oben er lautet worden ist. Das in Fig. 4 dargestellte Blockschaltbild besitzt daher zum grössten Teil die gleichen Komponenten wie das in Fig. 2 gezeigte. Gegenüber der Demodulation eines FSK-2PSK Signals gemäss Fig. 2 erfolgt bei der Demodulation eines FSK-QPSK Signals gemäss Fig. 4 die Zusammenfassung der Ausgangssignale der Tiefpassfilter TP1, TP2 auf eine andere Weise. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters TP1 wird nämlich, nachdem es einen Begrenzer B1 durchlaufen hat, mit dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters TP2 in einem ersten Multiplizierer M4 multipliziert, und das Ausgangssignal des Tiefpassfilters TP2 wird, nachdem es einen Begrenzer B2 durchlaufen hat, mit dem Ausgangssignal des Tiefpassfilters TP1 in einem zweiten Multiplizierer M5 multipliziert. Beide aus der Multiplikation hervorgehenden Signale werden einander in einem Summierer SU additiv überlagert. Aus dem Ausgangssignal des Summierers SU wird einerseits' das Steuersignal für den spannungsgesteuerten Oszillator VC02 und andererseits durch Differenzierung ein dem Frequenzumtastsignal z(t) proportionales Signal c(t) abgeleitet. Die den beiden Phasentastsignalen x(t) und y(t) proportionalen Signale d(t) und e(t) stehen an den Ausgängen der beiden Tiefpassfilter TP1 und TP2 zur Verfügung. Bei einem FSK-2PSK Signal berechnet sich für den PSK-Anteil eine Bitfehlerwahrscheinlichkeit von EMI8.1 und für den FSK-Anteil eine Bitfehlerwahrscheinlichkeit von EMI8.2 wobei das Signal-Rauschleistungsverhältnis und h der Modulationshub ist. Für die Bedingung EMI8.3 welche mit einem Modulations hub h ¯ 0,3 und einem guten Signal-Rauschleistungsverhältnis S/N ¯ 5 realisierbar ist, ergibt sich eine Gesamt-Bitfehlerwahrscheinlichkeit EMI8.4 Die Gesamt-Bitfehlerwahrscheinlichkeit für ein FSK-2PSK Signal ist also für h - 0,3 genau so gross wir für ein rei- nes 2PSK Signal,welches halb soviele Signalzustände aufweist wie das FSK-2PSK Signal. Im Vergleich zur bekannten QPSK Modulation wird die gleiche Gesamt-Bitfehlerwahrscheinlichkeit bei halber Signalleistung und gleicher Anzahl von Signalzuständen erreicht. Der Aufbau von Sender und Empfänger ist dabei wesentlich vereinfacht.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Demodulieren eines sowohl durch Frequenzum tastung als auch durch Phasenumtastung modulierten Träger signal, dadurch gekennzeichnet, dass dieses modulierte Trägersignal in einer Costas-Phasenregelschleife zunächst in einem ersten Multiplizierer (M1) mit einem von einem spannungsgesteuerten Oszillator (VC02) abgegebenen Be zugssignal (so(t)) und parallel dazu in einem zweiten Multiplizierer (M2) mit dem um1?/2 phasenverschobenen Bezugssignal (so'(t)) multipliziert wird, dass dann aus den Ausgangssignalen (s1(t), s2(t)) der Multiplizierer (M1, M2) die unterhalb der Trägerfrequenz liegenden Si gnalanteile herausgefiltert und daraus die Phasenumtast signale abgeleitet werden, dass diese aus den Ausgangs signalen (s1(t), s2(t)) der Multiplizierer (M1, M2) he rausgefilterten Signalanteile (s1'(t), s22(t)) mitein ander zu einem Signal s3(t) durch Multiplikation (M3) bei FSK/2PSK verknüpft werden, aus dem die Information über die Phasenablage zwischen dem modulierten Träger signal und dem vom spannungsgesteuerten Oszillator abge gebenen Bezugssignal herausgefiltert und dem spannungs gesteuerten Oszillator (VC02) zugeführt wird, und dass aus dem durch die Verknüpfung gebildeten Signal (s3(t)) durch Differenzierung (D) das Frequenzumtastsignal ab geleitet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Frequenz- und Phasenumtastung modulierte Trä gersignal mit einem Modulationshub von ca. 0,3 frequenz moduliert ist.

Inventors: MAURER, ROBERT, PROF. DR.
Applicants: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH
Application year: 1986
Main classification: H04L27
IPC codes: H04L5, H04L27