183380. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés fázisbillentyűzött vivőhullám koherens vivőjelének alapsávi ejlfeldolgozás módszerével történő kinyerésére
1 183 380 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés fázisbillentyűzött vivőhullám koherens vivőjének alapsávi jelfeldolgozás módszerével történő kinyerésére, főleg digitális rádióberendezésekben a rendszerint többszintű fázisbillentyűzéssel modulált vivőhullámból koherens referenciajel. előállítása, valamint a digitális információ felismerése és helyreállítása céljából. Digitális információt átvivő rendszerekben, mint pl. digitális (PCM) jelsort továbbító rádiórelé berendezésekben, vagy adatátviteli berendezésekben ismert előnyeinél fogva modulációs eljárásként előszeretettel alkalmazzák a vivőhullám többszintű fázismodulációját, más szavakkal fázisbillentyűzését (jele: N—PSK, ahol N = 2, 4, 8, ..., a modulációs szintek száma). A fázisbillentyűzés történhet még az ún. kvadratúra részleges válaszfüggvény eljárással (angol rövidítése: QPR), ahol a modulációs szintek száma páratlan (lásd: Lucky, R. W.—Salz, J.—Weldon, E. J., principles of Data Communication”, McGraw-Hill, Inc., New York, 1968.). A hivatkozott modulációs eljárások jellemzője, hogy a modulációs spektrum a vivőt diszkrét komponens formájában nem tartalmazza. Vételi oldalon az információ helyreállítására a gyakorlatban a következő lépéseket alkalmazzák: — a modulálatlan vivővel koherens referenciajeleket állítanak elő; — a koherens referenciajellel modulált vivőt fázisban demodulálják (koherens detektor); — az N számú demodulált alapsávi jelet egy ún. döntő áramkörre vezetik, mely ezeket négyszögesíti (digitalizálja); — a rendszerint ingadozó szélességű, más szóval dzsitteres (angolul: jitter) elemi jelekből álló jelsort (jelsorokat) regenerálják, rendszerint magából a demodulált alapsávi jelsorból kinyert órajel segítségével. (Lásd: Lucky—Salz—Weldon, „Principles of Data Communication”, McGraw-Hill, Inc. New-York). A demodulátor minőségét nagymértékben megszabja az, hogy milyen minőségben sikerül az általában zajos és az átviteli út torzításait magán viselő modulált jelből egy frekvenciájú koherens vivőt előállítani. A jelenleg elterjedt módszer a vivőt nem tartalmazó modulált jelből a vivő kinyerésére általában két lépésből áll. Első lépésben a modulált vivőt egy N-edfokú nemlinearitásra vezetjük, pl. egy frekrencia N-szerező áramkörre, ahol N a fázisállapotok száma. Az előállított vivő tisztasága — elsősorban az átviteli rendszer által megkövetelt sávkorlátozás miatt, mint pl. adóspektrum előírás, vevőzaj csökkentés — általában nem elegendő a sokszorozás után megmaradó ún. modulációs zaj miatt. Ezért második lépésben a vivő tisztítását egy fáziszárt hurok (angol rövidítése: PLL) végzi oly módon, hogy egy feszültségszabályzott oszcillátorból (a továbbiakban VCO) származó, valamint a kiemelt vivőt tartalmazó jelet egy analóg szorzó áramkörön (koherens detektor) összekeveredik és a VCO-t a különbségi fázissal arányos hibajellel vezérlik. Ilyen elven működik az ORION Rádió és Villamossági Vállalat 2 Mbit/s jelátviteli sebességű DRF 04 M típusú 400 MHz-es sávban működő digitális rádiórelé berendezésének koherens fázisdemodulátora. Az adóoldalon 4-PSK-val modulált jelet a vevőben 5 MHz-es KF-re lekeverik, majd egy frekvencianégyszerezőben felnégyszerezik, majd egy olyan fáziszárt hurokba vezetik, mely egy 20 MHz-es oszcillátor jelét a négyszeres frekvenciájú kiemelet vevőkomponensre rászinkronizálja, majd végül az ily módon „behúzott” oszcillátor jelét frekvenciában lenegyedelik két egymástól 90°-ra eltolt fázisú komponens formájában, melyek a fázisdemodulátorban levő koherens detektorok referenciajeléül szolgálnak. A digitális információ helyreállítása a továbbiakban — a bevezetőben ismertetett módon — a fázisban demodulált jelek négyszögesítésével majd regenerálásával történik. Az ismertetett eljárás alkalmazása magasabb rádiófrekvencián, pl. néhány GHz-en vagy afölött működő berendezéseknél több nehézséggel jár, elsősorban a PLL — hurokkal szemben támasztott ellentétes követelmények miatt. A referenciavivő jel/zaj viszonyának növelése a hurok sávszélességének csökkentését kívánja. Ugyanakkor a huroknak elegendő sávszélességgel, másszóval elég nagy behúzási tartománnyal kell rendelkeznie ahhoz, hogy az adó- és vevőoszcillátorok megengedett frekvenciaelmászásából, valamint a VCO szabadonfutó frekvenciájának elmászásából (hőmérsékletváltozás, tápfeszültségváltozás, öregedés) adódó frekvenciaeltérés esetén is biztonságosan kövessen a rendszer. Például 2 GHz-es sávban az adó- és vevőoszcillátorok szokásos ±2XIO“5 relatív frekvencia-stabilitásával számolva a vevő KF frekvencia abszolút eltérése ±80 kHz a névleges értéktől, mely frekvencianégyszerezés után ±4X 80 = = ±320 kHz, amihez még a VCO stabilitását is hozzá kell számítani, azaz legalább ±400 kHz behúzási tartományra van szükség, vagyis a 20 MHz-es VCO-ra vonatkoztatva ez minimum 2 % relatív érték. Mind az elmélet (pl. Lindsey, W. C., „Synchronization Systems in Communication .and Control,” Prentice-Hall, Inc., New-Yersey.) mind a megépített berendezések gyakorlati eredményei azt mutatják, hogy kiegészítő áramkörök nélkül 2 %-nál nagyobb relatív befogási tartomány esetén a PLL-hurok stabil működése kritikusnak mondható. (TKI KGMTanulmány: 34 Mbit/s sebességű digitális rádiórelé berendezés elektromos mintája.) A PLL-hurok befogási tartományának növelésére szokásos eljárás egy olyan „behúzó” vagy más szavakkal „bevadászó” segédáramkör alkalmazása, mely a hurok szinkronizmusból kiesett állapotában a VCO-t egy frekvenciasávon belül elhangolni képes egészen addig, míg a hurok behúzott állapotba nem kérül. Az áramkör működését az határozza meg, hogy milyen kritériumok alapján induljon meg, vagy álljon le a keresés. A legtöbbször erre a célra a VCO-t vezérlő hurok hibajelét, vagy egy ebből származtatott jelet használnak fel. (Példaként lásd: Yamashita, T., Sakata, T., Iguchi, K., „Synchronous Phase Demodulators for High Speed Quadrature PSK Transmission Systems,” FUJITSU Scient. Techn. J., Dec. 1975.) Míg a hurok behúzott tartományában a hurok hibafeszül.ség értéke jól követi a VCO frekvenciáját, addig „szétesett” huroknál általában ugyanúgy zérus vezérlőfeszükség van, mint a behúzási tartomány közepén. (Lásd: Lindsey korábban idézett művét.) A vadászó vagy más szavakkal beállító áramkörnek a PLL jellemzőitől való működtetése további problémát jelent olyan esetekben, ahol a kívánt frekvencián kívül hamis frekvenciákra történő behúzás lehetősége is fennáll. A hurok hibafeszültségéből ui. általában nem dönthető el, hogy a kívánt vagy pedig egy hamis szinkronizá5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
