DE2228069C3 - Verfahren und Einrichtung zur Unterdrückung von Störungen bei frequenzmodulierten Signalen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Unterdrückung von Störungen bei frequenzmodulierten SignalenInfo
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
- H03D3/02—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal
- H03D3/04—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal by counting or integrating cycles of oscillations
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrükkung von Störungen bei frequenzmodulierten Signalen
durch modulationsabhängige Sperrung eines die zeitliche Lage der Nulldurchgänge des frequenzmodulierten
Signals auswertenden Empfängers während eines Teiles jeder Signalhalbperiode, sowie eine Einrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens.
Bekanntlich läßt sich das Verfahren der Frequenzmodulation (FM) mit Erfolg anwenden, wenn Nachrichten
über gestörte Kanäle übertragen werden sollen. Man erkauft die erhöhte Störbefreiung durch einen, z. B.
gegenüber Amplitudenmodulation, erhöhten Bandbreitenbedarf. Ein Maß für die Verbesserung des Störverhaltens
ist der Modulationsindex, der das Verhältnis von Frequenzhub zu oberster Modulationsfrequenz ist
Diese Betrachtungen gelten nur, solange die Störsignale klein gegen das FM-Signal bleiben. Besonders unangenehm
sind Störsignale, die zu zusätzlichen Nulldurchgängen des FM-Signals führen. Speziell bei der
Meßwertübertragung, bei der die Demodulation häufig durch Zählung der Nulldurchgänge des FM-Signals in
einem vorgegebenen Zeitintervall oder durch Messung der Zeit zwischen zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden
Nulldurchgängen erfolgt, ergeben sich Obertragungsfehler.
Zur Verbesserung dieser Verhältnisse sind Einrichtungen bekanntgeworden, die den Empfängereingang
während eines Teils |eder Signalhalbperiode sperren. Während der Sperrzeit können sich Störungen dann
nicht auswirken. Man verliert hierbei so lange keine Nutzinformation, wie sichergestellt ist, daß in die
Sperrzeit kein echter Nulldurchgang des FM-Signals fällt Dies ist der Fall, wenn die Sperrzeit kleiner als die
kleinste zu erwartende Halbperiodendauer wird. Andererseits
sollte die Sperrzeit möglichst wenig kleiner als diese kleinste zu erwartende Halbperiodendauer
sein, damit die Wahrscheinlichkeit möglichst gering ist, daß ein kurz vor dem Nutzsignal auftretendes Störsignal
bereits als Nutzsignal ausgewertet wird.
Aus der deutschen Patentschrift 8 09 670 ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der die Sperrzeit von dem
Modulationssignal gesteuert wird. Dazu wird das demodulierte Signal verwendet, das gegebenenfalls
noch über einen Tiefpaß geleitet wird. Durch die Demodulation und insbesondere durch einen Tiefpaß
entsteht jedoch eine Mitteilung der einzelnen zuletzt eingetroffenen Signalhalbperioden sowie eine gewisse
zeitliche Verschiebung, so daß die optimale Sperrzeit daraus nicht gewonnen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die
Störungen nahezu in einem theoretisch optimalen Maße unterdrückt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß aus den gespeicherten diskreten Zeitdauern der jeweils letzten Signalhalbperioden
sowie aus den vorgegebenen Modulationskenndaten die kürzeste zu erwartende Zeitdauer der
nächsten Signalhalbperiode bestimmt wird und diese im wesentlichen die Sperrzeit angibt. Für die theoretisch
maximale Sperrzeit ist nämlich hauptsächlich die Zeitdauer der letzten Signalhalbperiode sowie in
geringerem Maße die Zeitdauer einiger davorliegender Signalhalbperioden wesentlich. Durch eine diskrete
Erfassung und Speicherung dieser Zeitdauern kann dann praktisch die optimale Sperrzeit berechnet
werden.
Ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Diagramm eines Beispiels eines frequenzmodulierten Signals,
F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung nach der Erfindung,
Fig.3 eine andere Anordnung zur Erzeugung des
Sperrsignals.
In Fig. la ist ein Beispiel eines frequenzmodulierten
Signals dargestellt, wobei die Momentanfrequenz mit
der Zeit zunimmt Von diesem Signal werden nur die Nuildurchgänge ausgewertet, die in F i g. Ib als Impulse
dargestellt sind. Entsprechend der steigenden Frequenz des Eingangssignals nehmen die Zeitabstände T„_ h Tn,
Tn+ 1 der Nulldurchgangssignale mit der Zeit ab.
In Fig. Ic sind die minimalen, aufgrund des nicht
dargestellten vorherigen Verhaltens £es Eingangssignals
und der Modulationskenndaten zu erwartenden Abstände der Nulldurchgangssignale, d. h. der Dauern
der Signalhalbperioden des Eingangssignals, dargestellt Die Sperrzeii muß um eine sehr kleine Zeit kürzer sein
als jeweils die kürzeste zu erwartende Dauer dieser Signalhalbperiode, damit im Extremfall kein echter
Nulldurchgang verlorengeht In F i g. 1 wird diese geringe Zeitverkürzung zur vereinfachten Darstellung
jedoch nicht berücksichtigt
Diese minimalen zu erwartenden Dauern der Signalhalbperioden sind jedoch ideale Werte, die sich
ergeben, wenn praktisch die gesamte Vergangenheit des Eingangssignals berücksichtigt wird. Dies ist praktisch
selbstverständlich nicht möglich. Die gleichen Ausführungen treffen auch zu für die maximale zu erwartende
Dauer der Signalhalbperiode, nach deren Ablauf dem Empfänger ein Ersatzsignal zugeführt werden kann,
falls bis zum Ablauf dieser Zeit kein Eingangssignal empfangen wurde. Andererseits können sich in der Zeit
zwischen dem Ende der Sperrzeit und dem Aussenden eines Ersatzsignals an den Empfänger, das dann eine
erneute Sperrzeit auslöst, Störungen auswirken, so daß diese Zeit möglichst kurz sein sollte. Wie weit bei der
Berechnung der minimalen und der maximalen ;u erwartenden Dauer Tn+ ι min und Tn+ ι m« der Signalhalbperioden
außer der Dauer der letzten auch die Dauern der davorliegenden Signalhalbperioden zu berücksichtigen
sind, hängt also vom gewünschten Grad der Störbefreiung ab. Berücksichtigt man nur die Dauer Tn
der letzten Signalhalbperiode, so ergibt sich
Tn + 1 mil . * Γ.ί l-Tn+ imax*Tn\[
Darin isl
H = 2^1'".
wobei ω, die oberste Modulationsfrequenz und Δ Ω der
Frequenzhub ist, so daß Ar somit durch die Modulationskenndaten festgelegt ist. Die Änderung der Dauer der
Halbperioden ist also proportional dem Quadrat der Halbperiodendauer selbst sowie dem Produkt von
oberster Modulationsfrequenz und Frequenzhub.
Das Störverhältnis ρ ist ein Maß dafür, wie viele von gleichmäßig verteilten Störungen sich auswirken
können, wobei das maximale Störverhältnis Q\m„ bei der
maximal möglichen Dauer einer Signalhalbperiode auftritt und beträgt:
2m
V/ 1 Γ 2m I2N
/V </ U-"J/"
/V </ U-"J/"
Darin sind η = ΔΩΙωχ und m = ΔΩ/Ωο, wobei Ωο die
Trägerfrequenz bzw. die Mittenfrequenz ist Das Störverhältnis Q\max ist also auch vom Modulationsindex
η abhängig und kann mit wachsendem Modulationsindex beliebig klein gemacht werden.
Das Störverhältnis wird noch wesentlich kleiner, wenn ein sehr kleiner Modulationsgrad gewählt wird,
wie z. B. beim FM-Rundfunk üblich ist.
Das Verfahren eignet sich auch zur Unterdrückung von Impulsgruppenstörungen, sogenannten burst-Störungen, falls sie kürzer als die jeweilige Signalhalbperiode
sind. Sie treten vor allem in Nachrichtenkanälen auf, die über schaltende Vermittlungseinrichtungen laufen.
Hat z. B. der erste Impuls einer Impulsgruppenstörung
anstelle eines echten Nulldurchganges den Empfänger erreicht, und die Sperrung für die minimale
zu erwartende Dauer der nächsten Signalhalbperiode
ίο ausgelöst, so wird dadurch der folgende echte
Nulldurchgang, aber auch die folgenden Störungen der Impulsgruppenstörung unterdrückt Am Ende der
Halbperiode hat der Empfänger daher trotzdem die richtige Zahl von Nulldurchgängen erhalten, es ist
lediglich eine kleine zeitliche Verschiebung des Eintreffens 8 afgetreten.
In F i g. 2 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens gezeigt
An dem Signaleingang 1 wird entweder das in F i g. 1 a dargestellte Eingangssignal oder der daraus bereits
abgeleitete Nulldurchgangsimpuls angelegt Im ersteren Fall muß sowohl der Empfänger 9 wie auch die
Periodendauer-Meßeinrichtung 2 in der Lage sein, aus dem frequenzmodulierten Eingangssignal die NuIldurchgänge
zu erzeugen. Das am Signaleingang 1 angelegte Signal gelangt dann über das UND-Tor 7 und
das ODER-Tor auf den Signaleingang des Empfängers 9 sowie direkt auf die Perdiodendauer-Meßeinrichtung 2.
In dieser Meßeinrichtung 2 wird die Periodendauer der
jo gerade empfangenen Signalhalbperiode gemessen und
nach Beendigung, d. h. mit dem Nulldurchgangssignal, abgespeichert Der vorher gespeicherte Wert der Dauer
der vorhergehenden Signalhalbperiode ν ird in den Speicher 3 und der dort gespeicherte Wert in den
Speicher 4 übertragen. Falls sehr hohe Anforderungen an die Störsignalunterdrückung gestellt werden und der
exakte theoretische Wert der minimalen und gegebenenfalls maximalen Dauer der zu erwartenden Signalhalbperiode
möglichst weitgehend angenähert werden soll, können auf den Speicher 4 noch weitere, nicht
dargestellte Speicher folgen, in denen in gleicher Weise die gespeicherten Werte bei jedem Nulldurchgang um
eine Stufe parallel verschoben werden. Der Speicher in der Meßeinrichtung 2 sowie die Speicher 3 und 4 und
4r> gegebenenfalls folgende v/erden daher zweckmäßig als
Schieberegister ausgebildet. Bei geringeren Anforderungen an die Störunterdrückung kann es auch
ausreichen, nur die Dauer der letzten Signalhalbperiode zu speichern. In diesem Falle fehlen die Speicher 3 und 4,
und der Speicher in der Meßeinrichtung 2 wird lediglich überschrieben.
Die Ausgänge dieser Speicher führen auf die Recheneinheit 5, in der unter Berücksichtigung der
bekannten Modulationskenndaten die kleinste danach zu erwartende Halbperiodendauer berechnet wird.
Diese Berechnung erfolgt mit an sich bekannten Mitteln der analogen und bzw. oder digitalen Rechentechnik,
wobei das Rechenprogramm durch die mathematische Gleichung für die minimale zu erwartende Dauer der
ho Signalhalbperiode gegeben ist. Diese Mittel selbst sind
nicht Gegenstand der Erfindung und werden daher hier nicht näher beschrieben.
Nach dem Eintreffen eines Nulldurchgangssignals, das die Meßeinrichtung 2 an die Recheneinheit 5
h1; weitergibt, erzeugt diese ein Sperrsigna! mit einer
Dauer, die etwas kurzer ist als die kürzeste zu erwartende Dauer der momentanen Signalhalbperiode.
Dieses SDerrsienal ist an den unteren Eingang des
UND-Tors 7 angeschlossen und bewirkt, daß während der Dauer des Sperrsignals kein am Signaleingang 1
angelegtes Signal auf den Empfänger 9 gelangen kann.
Die Ausgänge der Speicher in der Meßeinrichtung 2 sowie 3 und 4 sind außerdem mit einer Recheneinheit 6
verbunden, in der in entsprechender Weise wie in der Recheneinheit 5 die größte zu erwartende Dauer der
momentanen Signalhalbperiode berechnet wird. 1st bis zum Ablauf dieser maximalen Dauer kein neues
Nulldurchgangssignal in der Recheneinheit 5 eingetroffen, so erzeugt die Recheneinheit 6 ein Ersatzsignal, das
über das ODER-Tor 8 an den Empfänger 9 geliefert wird, um so eine mögliche kurzzeitige Leitungsunterbrechung
mit kleinem Fehler zu überbrücken. Außerden wird mit dem Ersatzsignal ein neues Sperrsignal in der
Recheneinheit 5 ausgelöst, und zwar zweckmäßig mit den bereits vorhandenen gespeicherten Werten. Es
kann ein Alarm vorgesehen werden, wenn die Recheneinheit 6 einmal oder mehrmals hintereinander
ein Ersatzsignal liefern mußte, um Leitungsunterbrechung oder Senderausfall zu erkennen, oder auch nur zu
verhindern, daß die Empfangseinrichtung außer Synchronisation gerät
Die Erzeugung des Sperrsignals erfolgt zweckmäßig mittels eines in seiner Eigenzeit steuerbaren Zeitgliedes,
ebenso wie die Erzeugung des Ersatzsignals. Diese
Zeitglieder werden durch die berechneten Werte der zu erwartenden minimalen und maximalen Dauer der
Signalhalbperiode gesteuert. Der Aufbau der Zeitglie der hängt vor allem vom Frequenzbereich und vom
gewünschten Grad der Störverminderung ab. So können auch digitale Zählschaltungen verwende!
werden. Bei sehr kleinem Modulationsgrad und seht hoher Frequenz, wie es z. B. beim FM-Rundfunk üblich
ist, werden das Sperrsignal und das Ersatzsignal zweckmäßig nicht direkt etwa von einer Kippschaltung
geliefert, sondern durch eine Frequenzfiberlagerungsschaltung gebildet.
Eine derartige Überlagerungsschaltung ist schematisch in F i g. 3 dargestellt. Der Misch- bzw. Modulationseinrichtung
11 wird einerseits das Eingangssignal mit der Frequenz f\ und andererseits ein Hilfssignal mit
der Frequenz /"» zugeführt. Das Hilfssignal wird von
einer Recheneinheit 12 gesteuert, die entsprechend der Recheneinheit 5 bzw. 6 in Fig.2 aufgebaut und
angesteuert sein kann. In der Einrichtung 11 wird einmal
die Summe aus den beiden Eingangsfrequenzen gebildet, die an dem Ausgang 17 abgenommen wird und
das Sperrsignal angibt, und zum anderen wird die Differenz aus den beiden Eingangsfrequenzen gebildet
und am Ausgang 18 abgenommen, von dem das Ersatzsignal abgeleitet werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Unterdrückung von Störungen bei frequenzmodulierten Signalen durch modulationsabhängige
Sperrung eines die zeitliche Lage der Nulldurchgänge des frequenzmodulierten Signals
auswertenden Empfängers während eines Teiles jeder Signalhalbperiode, dadurch g e kennzei-chnet,
daß aus den gespeicherten ι ο diskreten Zeitdauern der jeweils letzten Signalhalbperioden
sowie aus den vorgegebenen Modulations· kenndaten die kürzeste zu erwartende Zeitdauer der
nächsten Signalhalbperiode bestimmt wird und diese im wesentlichen die Sperrzeit angibt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die kürzeste, zu erwartende Signalhalbperiode nur aus der Zeitdauer der letzten
SignjaJhalbperiode bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Zeitdauern der letzten
Signalhalbperioden zusätzlich die längste zu erwarj*nde
Zeitdauer der nächsten Signalhalbperiode bestimmt wird und dem Empfänger nach Ablauf
dieser Zeit ein Ersatzsignal zugeführt wird, falls bis,
zum Ablauf dieser Zeit kein Signal empfangen wurde.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Sperrst- so gnals von der Dauer der Sperrzeit ein in seiner
Eigenzeit von den gespeicherten diskreten Zeitdauern steuerbares Zeitglied (S) vorgesehen ist, und
daß der Ausgang des Zeitglieds (5) mit dem Sperreingang einer Torschaltung (7) verbunden ist
die dem Empfänger (9) vorgeschaltet ist und die Zuführung eines Signals zum Empfänger während
der Dauer des Sperrsignals verhindert
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Zeitglied (5} aus einer
Frequenzüberlagerungsschaltung (U) besteht, die durch Addition der Momentanfrequenz des empfangenen
Signals und einer durch die gespeicherten diskreten Zeitdauern gesteuerten Hilfsfrequenz ein
Hilfssignal erzeugt, dessen Periodendauer im wesentlichen die Sperrzeit bestimmt
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Signalleitung vor dem
Empfänger (9) ein ODER-Glied (8) eingefügt ist, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang einer ·>ο
Einrichtung (6) verbunden ist, die nach Ablauf der längsten zu erwartenden Zeitdauer der nächsten
Signalhalbperiode ein Signal abgibt, falls bis zum Ablauf dieser Zeit kein Signal am Signaleingang (1)
empfangen wurde. v>
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