DE2228069C3 - Verfahren und Einrichtung zur Unterdrückung von Störungen bei frequenzmodulierten Signalen - Google Patents

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 T_n, T_n+ 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 T_n+ ι min und T_n+ 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 T_n der letzten Signalhalbperiode, so ergibt sich

T_{n + 1 mil} . * Γ.ί l-T_{n+ imax}*T_n\[

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/"

Darin sind η = ΔΩΙω_χ 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

4^r> 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)

Patentansprüche:

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>