CH666584A5 - Method and apparatus for demodulating high frequency modulated signals by means of digital filters and demodulators digital, as well as application of the method in a fernsteuerempfaenger. - Google Patents

Method and apparatus for demodulating high frequency modulated signals by means of digital filters and demodulators digital, as well as application of the method in a fernsteuerempfaenger. Download PDF

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CH666584A5
CH666584A5 CH557084A CH557084A CH666584A5 CH 666584 A5 CH666584 A5 CH 666584A5 CH 557084 A CH557084 A CH 557084A CH 557084 A CH557084 A CH 557084A CH 666584 A5 CH666584 A5 CH 666584A5
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Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Demodulieren 15 von hochfrequent modulierten Signalen mittels digitaler Filter und digitaler Demodulatoren, bei welchem das ein kontinuierliches Nutz- und Störsignalspektrum aufweisende modulierte Basisbandsignal zuerst bandbegrenzt und anschliessend mit einer bestimmten Abtastfrequenz abgetastet und weiterverarbeitet 20 wird. The invention relates to a method for demodulating 15 of high frequency modulated signals by means of digital filters and digital demodulators, wherein the continuous noise spectrum having useful and modulated baseband signal is first band-limited and then sampled with a certain sampling frequency and is further processed 20.

Digitale Filter und Demodulatoren werden heute verbreitet eingesetzt und dienen unter anderem dazu, modulierte zeitdis-krete digitale Signale mittels Rechnern, zB Microcomputern oder Signalprozessoren zu filtern und zu demodulieren. Digital filters and demodulators are used today disseminated and used, inter alia to filter modulated zeitdis-concrete digital signals by means of computers, including microcomputers or signal processors and demodulate. Die zu-25 grundeliegende Technik ist unter der Bezeichnung «Digitale Signalverarbeitung» bzw. «Digital Signal Processing» bekannt, siehe beispielsweise das Buch «Theory and Application of Digital Signal Processing» von LR Rabiner und B. Gold, Verlag Prentice Hall, New Yersy. The to-25 grunde lying technique is known as "Digital Signal Processing" or known "Digital Signal Processing", see for example the book "Theory and Application of Digital Signal Processing" by LR Rabiner and B. Gold, Prentice Hall, New Yersy ,

30 In der Theorie der digitalen Signalverarbeitung gilt bezüglich der Abtast- oder Taktfrequenz eine fundamentale Vorschrift, das sogenannte Abtasttheorem. 30 In the theory of digital signal processing, a fundamental requirement, the so-called sampling theorem is true with respect to the sampling or clock frequency. Dieses besagt, dass die minimale Abtastfrequenz, mit welcher ein kontinuierliches Signal noch abgetastet werden darf, mindestens doppelt so hoch 35 sein muss, wie die höchste Frequenz, welche im Spektrum des Signals noch merklich vorkommt. This means that the minimum sampling frequency with which a continuous signal must be sampled yet, must be at least twice as high 35 as the highest frequency which still occurs markedly in the spectrum of the signal.

Im Buch «Halbleiter-Schaltungstechnik» von U. Tietze und Ch. Schenk, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1980, wird gezeigt, dass ein zeitdiskretes Signal (zB ein mit der In the book "Semiconductor Circuit Technology" by U. Tietze and Ch. Schenk, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1980 shows that a discrete-time signal (eg, with the

Periode Ta period Ta

1 1

fa abgetastetes Signal) ein in fa periodisches Spektrum besitzt und dass wegen dieser Periodizität das kontinuierli- fa sampled signal) has a periodic in fa spectrum and that because of this periodicity, the continuous

45 che Spektrum Xa(£2) auf |Q | 45 che spectrum Xa (£ 2) | Q | fa begrenzt werden muss. fa must be limited.

Wenn man diese Vorschrift missachtet, dann tritt ein sogenannter «Aliasing»-Effekt auf, der sich so auswirkt, dass diejenigen If one ignores this requirement, then enters a so-called "aliasing" effect on that impacts so that those

1 1

so Anteile des kontinuierlichen Spektrums, welche höher als —fa so portions of the continuous spectrum, which is higher than -fa

2 2

liegen, nach dem Abstaten in tiefere Frequenzbereiche rutschen und sich dort störend auswirken. lie, slide and after Abstaten in lower frequency ranges have an impact there disturbing.

Die Höhe der Abtastfrequenz bestimmt zusammen mit der 55 Länge des Verarbeitungsprogramms die Mindestrechengeschwindigkeit des Rechners, der zwischen zwei Abtastungen das gesamte Signalverarbeitungsprogramm durcharbeiten können muss. The amount of the sampling frequency determined together with the length 55 of the processing program, the minimum processing speed of the computer must the work through the entire signal processing program between two samples. Da die Rechengeschwindigkeit von Microcomputern und Signalprozessoren limitiert ist, wird dadurch sehr oft die Anwendung der 60 digitalen Signalverarbeitung eingeschränkt. Since the calculation speed of micro computers and signal processors is limited by the application of digital signal processing 60 is very often restricted.

Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren angegeben werden, welches die Anwendungsmöglichkeiten der Signalverarbeitung wesentlich vermehrt, indem es die Verwendung von Microcomputern mit einer bisher ungenügenden Rechengeschwindig-65 keit für die digitale Signalverarbeitung ermöglicht. By the invention, a method is now provided which substantially increases the possible applications of the signal processing by enabling the use of microcomputers with hitherto insufficient Rechengeschwindig-ness 65 for digital signal processing.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst. This object according to the invention is solved by the features specified in patent claim 1.

Die Erfindung geht von der neuen Erkenntnis aus, dass die The invention is based on the novel finding that the

3 3

666 584 666584

erwähnte Begrenzung des kontinuierlichen Spektrums XA(Q) nicht nur im Frequenzbereich fa eingeführt werden kann, son- -mentioned limitation of the continuous spectrum XA (Q) can not only be introduced in the frequency range fa, special

1 1

dern auch in jedem Frequenzabschnitt von |m—fa | countries in each frequency section of | m-fa | < |£2A | <| £ 2A | < |(m+1)—fa | <| (M + 1) -fa | mit m = 1, 2, 3 wobei alle derart begrenzten with m = 1, 2, 3 and all such limited

Spektren nach der Abtastung zu einem eindeutigen periodischen Spektrum führen. lead spectra after sampling a unique periodic spectrum. Dabei wird der sonst so störende «Alia-sing»-Effekt nutzbar, indem die Spektren Xa(£2) um ±m-fa periodisch wiederholt werden. Here, the otherwise interfering "Alia-sing" effect is used by the spectra Xa (£ 2) are repeated by ± m-fa periodically. Ein in einem oberen Frequenzbereich gemäss der obigen Ungleichung liegendes Spektrum wird also durch die «Unterabtastung» mit fa unverändert in den Bereich |f | A lying in an upper frequency range according to the above inequality spectrum is therefore by the "sub-sampling" with fa unchanged in the range of | f | fa hinuntergemischt. fa down mixed.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es also unter bestimmten Voraussetzungen und bei Ergreifen der angegebenen Massnahmen, hochfrequente modulierte Signale mit niedrigen Abtastfrequenzen abzutasten, zu filtern und zu demodulieren als dies bisher aufgrund des Abtasttheorems zulässig war. Thus, the inventive method makes it possible under certain conditions and for taking the measures specified to sample high frequency modulated signals with low sampling frequencies to filter and demodulate than was permitted by the sampling date.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens, mit einem Filter zur Bandbegrenzung des modulierten Signals und mit Mitteln zur Abtastung des bandgefilterten Nutzsignals. The invention further relates to a device for carrying out said method, comprising a filter for band-limiting the modulated signal and means for sampling the filtered band useful signal.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale gekennzeichnet. The inventive device is characterized by the features specified in claim 5.

Die Erfindung betrifft ausserdem eine Anwendung des genannten Verfahrens in einem Fernsteuerempfänger gemäss Patentanspruch 7. The invention also relates to an application of said method in a remote control receiver according to claim. 7

Rundsteuerempfänger benötigen schmalbandige Filter hoher Güte, um aus dem Niederspannungsnetz amplitudengetastete Steuersignale auszufiltern. Ripple control receivers require narrow high-Q filters to filter out amplitudengetastete control signals from the low voltage network. Bisher hat man dafür beispielsweise ein zweistufiges Digitalfilter vierter Ordnung verwendet (CH-PS 559 983), das die gestellte Aufgabe zwar lösen kann, jedoch gegenüber einem Microprozessor, beispielsweise einem 8-Bit Mi-crocomputer, der heute die grösste praktische Bedeutung aufweist, wesentlich teurer ist. So far, it has for example a two-stage digital filter fourth order used (Swiss Patent No. 559,983), which can solve the task indeed, but compared to a microprocessor, such as an 8-bit, which today has Mi-crocomputer the greatest practical importance, much is more expensive. Ein 8-Bit Microcomputer benötigt jedoch für die erforderlichen Rechenoperationen (ca. 9 Multiplikationen mit Filterkonstanten, 8 Additionen mit Overflow-überwachungen und 8 Registermanipulationen) eine Rechenzeit von ca. 300 jxs und könnte daher höchstens mit einer Taktfrequenz von 3300 Hz getaktet werden. However, an 8-bit microcomputer required for the necessary arithmetic operations (about 9 multiplications with filter constants, 8 additions with overflow monitoring and 8 registers manipulations) a computation time of approximately 300 jX and may therefore be clocked by a maximum frequency of 3300 Hz. Da jedoch Steuerfrequenzen bis zu 2000 Hz vorkommen und demnach nach dem Abtasttheorem eine Abtastfrequenz von mindestens 4000 Hz vorgeschrieben ist, ergaben sich bisher Probleme mit der Rechengeschwindigkeit und 8-Bit Microcomputer konnten nicht als Digitalfilter für Rundsteuerempfänger verwendet werden. However, since driving frequencies occur up to 2000 Hz and, therefore, a sampling frequency of at least 4000 Hz is required by the sampling theorem so far been problems with the computing speed and 8-bit microcomputer could not be used as a digital filter for ripple control receivers.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist diese Aufgabe jetzt erstmals lösbar, indem dieses im gegenständlichen Fall geringere Abtastfrequenzen zulässt, womit dem Microcomputer ausreichend Rechenzeit zur Verfügung steht. The inventive method, this task is first solved now by allowing this in the present case lower sampling frequencies with which the microcomputer is sufficient computing time.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; Hereinafter the invention using an exemplary embodiment and the drawings will be explained in greater detail; es zeigen: show it:

Fig. 1, 2 Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 1, 2 are diagrams for explaining the inventive method,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines selektiven Empfangsteils eines Rundsteuerempfänger, und Fig. 3 is a block diagram of a selective reception portion of a ripple control receiver, and

Fig. 4, 5 Diagramme zur Funktionserläuterung. Fig. 4, 5 are diagrams for explaining function.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens in allgemeiner Art. Fig. 1 zeigt in Zeile a ein mit fm moduliertes Basisbandsignal mit einem gegebenen Nutz- und Störsignalspektrum XA(ß). Figs. 1 and 2 show diagrams to illustrate the inventive method in a general nature. Fig. 1 shows in a row with a modulated FM baseband signal with a given payload and noise spectrum XA (ß). Das Nutzsignalspektrum ist mit N und das Störsignalspektrum ist mit S bezeichnet. The useful signal is N and the noise spectrum is denoted by S. Das Signal von Zeile a wird zuerst gemäss Zeile b mit einem analogen Bandpass Ha(£2) bandbegrenzt, woraus gemäss Zeile c das Nutzsignalspektrum Xa' (ß) mit den Stopbandgrenz-frequenzen Qmi„ und ßmax resultiert. The signal from line a is first according to line b with an analog bandpass Ha (£ 2) band-limited, resulting in row C of the useful signal spectrum Xa '(SS) results with the stop-band limit frequencies Qmi "and ßmax.

Für die Abtastung des Nutzsignalspektrums Xa' (£2) wird nun eine Abtastfrequenz a>a gewählt, welche folgenden beiden Bedingungen genügen muss: 'For the scanning of the useful signal spectrum Xa (£ 2) is now selected a sampling frequency a> a, which must meet the following two conditions:

C0a^2(Qmax — ^min) C0a ^ 2 (Qmax - ^ min)

— Das Nutzsignalspektrum muss vollständig innerhalb - The useful signal must be completely within

1 1

eines Periodenabschnittes m—coa (m = 1, 2, 3, ...) liegen. a period-section m-coa (m = 1, 2, 3, ...) are located. Aus- Out-

2 2

serhalb dieses Periodenabschnittes dürfen höchstens noch spektrale Anteile von Störsignalen vorkommen. serhalb this period section spectral components of interference signals may occur at most. Dies ist aber nur dann zulässig, wenn gewährleistet ist, dass diese Anteile in den Sperrbereich von nachfolgenden Digitalfiltern zu liegen kommen. but this is only allowed if it is ensured that these shares come to rest in the stop band of subsequent digital filters.

Man sieht aus Zeile c, dass die Abtastfrequenz coa auch unterhalb der vorkommenden Signalfrequenzen liegen darf. It is seen from line C that the sampling frequency coa may also be below the signal frequencies occurring.

Bei Erfüllung dieser beiden Bedingungen für die Abtastfrequenz coa ergibt sich das in Zeile d dargestellte periodische Spektrum X(ei0)T) des mit e>a abgetasteten Signals. On fulfillment of these conditions for the sampling frequency coa results in the displayed line d in periodic spectrum X (EI0) T) of the sampled with e> a signal. Es ist aus n It is composed of n

Zeile d ersichtlich, dass in jeder Periode — die vollständige In- Line d seen that in each period - the complete home

T T

formation enthalten ist. is formation.

Das mit coa abgetastete Signal kann nun nach bekannten Prinzipien der digitalen Signalverarbeitung weiterverarbeitet werden. The sampled with coa signal can now be further processed according to known principles of digital signal processing. Insbesondere kann es digital gefiltert — mit der Taktfrequenz K)a — und auf digitale Weise demoduliert werden. In particular, it can digitally filtered - with the clock frequency K) a - and digitally demodulated. Zeile e zeigt den Frequenzganz eines digitalen Filters H(ejmT) zur Trägerfrequenzunterdrückung. Line e shows the frequency whole of a digital filter H (ejmT) for carrier frequency suppression.

In Fig. 2 ist zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Darstellung gewählt wie in Kapitel 2.12 «Relation Between Continuous and Discrete Systems» des Buches «Theo-ry and Application of Digital Signal Processing» von LR Ra-biner und B. Gold, Verlag Prentice Hall, New Yersy. In FIG. 2 to explain the inventive method a representation is selected as described in section 12.2 "Relation Between Continuous and Discrete Systems" of the book "Theo-ry and Application of Digital Signal Processing" by LR Ra biner and B. Gold, Prentice Hall, New Yersy. Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die in diesem Kapitel beschriebene Begrenzung des kontinuierlichen Spektrums Xa(£2) The method is based on the finding that the boundary of the continuous spectrum Xa described in this chapter (£ 2)

n 1 n 1

nicht nur im Frequenzbereich]£21 bzw. |Q | not only in the frequency range] £ 21 or | Q | caa eingeführt werden kann, sondern auch in jedem Frequenzabschnitt caa can be introduced, but also in each frequency section

1 1 1 1

von|m-jcoa|< |Qa|< |(m+1)—a>a | of | m-JCOA | <| Q | <| (m + 1) -a> a | mit m =1, 2, 3, ... Wie in with m = 1, 2, 3, ... As shown in

Zeile a und b von Fig. 2 für m = 2 dargestellt ist, führen alle derart begrenzten Spektren nach der Abtastung zu einem eindeutigen periodischen Spektrum. Line a and b of Fig. 2 is shown for m = 2, perform all such limited spectra after sampling to a unique periodic spectrum.

Ausserdem wurde erkannt, dass in dieser Form der sonst so störende «Aliasing»-Effekt nutzbar wird, indem gemäss Formel Moreover, that is used in this form of the otherwise disturbing "aliasing" effect by according to formula has been detected,

2IÏ 2II

(2.65) des genannten Kapitels die Spektren Xa(ü) um ± m — (2.65) of Chapter spectra Xa (ii) by ± m -

F F

bzw. ± mcoa periodisch wiederholt werden. or ± MCOA be repeated periodically. Dies bedeutet, dass ein in einem oberen Frequenzbereich |m—a>a | This means that one in an upper frequency range | m-a> a | < |Qa | <| Q | < |(m+1) <| (M + 1)

1 1

—tt>a | -tt> a | liegendes Spektrum durch die «Unterabtastung» mit raa lying spectrum by the "sub-sampling" with raa

2 1 2 1

unverändert in den Bereich |co | unchanged in the area | co | <yCOa hinuntergemischt wird. <YCOa is down mixed.

In den Zeilen c und d von Fig. 2 sind die Verhältnisse für m = 1 dargestellt. In the rows c and d of FIG. 2, the ratios for m = 1 are shown. Wie ein Vergleich der Zeilen a und b für m = 2 einerseits und der Zeilen c und d für m = 1 anderseits zeigt, ist die Tatsache zu beachten, dass, je nachdem ob m gerade As a comparison of lines A and B for m = 2 on the one hand and the lines c and d for m = 1 indicates the other hand, the fact is to be noted that, depending on whether just m

1 1

oder ungerade ist, im Bereich co<—coa das positive oder das ne- or odd, the positive or in the region co <--COA the NE

2 2

gative analoge Frequenzspektrum erscheint. gative analog frequency spectrum appears.

Für die Signalweiterverarbeitung muss selbstverständlich das Abtasttheorem beachtet werden. For signal processing, of course, the sampling must be considered. Diese Forderung ist aber auto5 However, this requirement is AUTO5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

666 584 666584

4 4

matisch erfüllt, wenn die weitere Signalverarbeitung im Takt caa erfolgt. matically met if further signal processing in time caa done. Für den Fall, dass das negative Spektrum weiterverar- In the event that the negative spectrum weiterverar-

1 1

beitet wird, ist zu berücksichtigen, dass die Frequenzen an —coa beitet is is to be considered that the frequencies at -COA

2 2

gespiegelt sind. are mirrored. Dies gibt bei AM-Systemen und FM-Systemen für digitale Datenübertragung (zB FSK-Systemen) im allgemeinen keine Probleme. This is for AM and FM systems systems for digital data transmission (eg FSK systems) are generally no problems. Bei Audio-Anwendungen darf das Spektrum natürlich nicht seitenverkehrt hinuntergemischt werden, sofern hier überhaupt Frequenzverschiebungen zulässig sind. For audio applications, the range should not be down mixed reversed course, if any frequency shifts are permitted here.

Das beschriebene Verfahren ist besonders gut dazu geeignet, Digitalfilter in Rundsteuerempfängern zu realisieren. The method described is particularly well suited to implement digital filter in ripple control receivers. Rundsteuerempfänger benötigen bekanntlich schmalbandige Filter hoher Güte, um aus dem Niederspannungsnetz amplitudengetastete Steuersignale ausfiltern zu können. Ripple control receiver need known narrow-band high-Q filters to filter out amplitudengetastete from the low voltage power control signals. In der europäischen Patentanmeldung 83 105 834.2 (Veröffentlichungsnummer 0 105 087) wird ein zweistufiges Digitalfilter vierter Ordnung vorgestellt, das diese Aufgabe grundsätzlich lösen kann. In the European patent application 83 105 834.2 (Publication No. 0,105,087) a two-stage digital filter fourth order is presented, which can solve this problem in principle.

Wenn man jedoch das Digitalfilter als preisgünstigen 8-Bit Microcomputer realisieren will, dann ergeben sich Probleme mit der Rechengeschwindigkeit und mit der Taktfrequenz. However, if one wants to realize the digital filter as a low-cost 8-bit microcomputer, then there are problems with the computing speed and with the clock frequency.

Denn einerseits erfordern die nötigen Rechenoperationen (ca. 9 Multiplikationen mit Filterkonstanten + 8 Additionen mit Overflowüberwachungen + 8 Registermanipulationen) eine Rechenzeit von ca. 300 ns, so dass das Digitalfilter höchstens mit einer Taktfrequenz von 3300 Hz getaktet werden kann, und anderseits schreibt aber das Abtasttheorem wegen der vorkommenden Steuerfrequenzen bis zu 2000 Hz eine Abtastfrequenz von mindestens 4000 Hz vor. On the one hand the necessary calculations require (about 9 multiplications with filter constants + 8 additions with overflow monitoring + 8 register manipulations) a computing time of about 300 ns so that the digital filter can be clocked by a maximum clock frequency of 3300 Hz, and on the other hand, writes the sampling occurring because of the control frequencies up to 2000 Hz, a sampling frequency of at least 4000 Hz before. Dies bedeutet, dass das Digitalfilter nicht mit der vom Abtasttheorem vorgeschriebenen Abtastfrequenz betrieben werden kann. This means that the digital filter can not be operated with the prescribed by the sampling theorem sampling.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines selektiven Empfangsteils eines Rundsteuerempfängers, mit welchem unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens die Aufgabe der Realisierung des erforderlichen Digitalfilters als 8-Bit Microcomputer gelöst werden kann. Fig. 3 shows the block diagram of a selective reception portion of a ripple control receiver, with which using the inventive method, the object of the implementation of the required digital filter can be solved as 8-bit microcomputer.

Der in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete selektive Empfangsteil dient bekanntlich dazu, aus dem aus dem Netz angebotenen Frequenzgemisch ein Fernsteuersignal mit der Signalfrequenz fs selektiv zu empfangen und eine den Fernsteuerbefehlen entsprechende Impulsfolge abzugeben. The selective reception part indicated in Fig. 3 by the reference numeral 1 is used is well known to receive from the offer from the network frequency mix a remote control signal to the signal frequency fs selectively and make a remote control commands corresponding pulse train. Aufbau und Arbeitsweise eines Rundsteuerempfängers werden als bekannt vorausgesetzt; are assumed to be known construction and operation of a ripple control receiver; es wird in diesem Zusammenhang auf die schon erwähnte europäische Patentanmeldung 83 105 834.2 und auf die CH-PS 559 983 verwiesen. reference is made in this connection to the already mentioned European Patent Application 83 105 834.2 and in the CH-PS 559,983.

Der Empfangsteil 1 weist eine Eingangs klemme 2 auf, die an einen Anschlusspunkt 3 einer Stromleitung 4 angeschlossen ist, welcher die Signalfrequenz fs überlagert ist. The receiving part 1 comprises an input terminal 2 which is connected to a connection point 3 of a power line 4, which is the signal frequency fs is superimposed. Die an der Eingangsklemme 2 liegende Eingangsspannung wird einem Vorfilter 5 zugeführt, welchem ein Analog/Digital-Wandler 7 und ein Digitalfilter 8 nachgeschaltet sind. The input voltage applied to the input terminal 2 is supplied to a prefilter 5, which an analog / digital converter 7, and a digital filter connected downstream. 8 Nach dem Digitalfilter 8 ist ein AM-Demodulator 9 angeordnet, dessen Ausgang mit der Ausgangsklemme 10 des Empfangsteils 1 verbunden ist. After the digital filter 8, a AM demodulator 9 is arranged, whose output is connected to the output terminal 10 of the receiving part 1. Der Empfangsteil 1 enthält ausserdem einen einen Schwingquarz aufweisenden Frequenzgenerator 6 zur Erzeugung der Taktfrequenz für die einzelnen Stufen des Empfangsteils 1. Die Taktfrequenz könnte auch mittels einer als PLL bezeichneten Regelschaltung vom Netz abgeleitet werden. The receiving part 1 further comprises a quartz oscillator having a frequency generator 6 for generating the clock frequency for the individual stages of the receiving part 1. The clock frequency could also be derived from the network by a method known as a PLL control circuit.

Der Empfangsteil 1 und dessen Arbeitsweise sollen nun anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert werden, wobei die Fig. 4 und 5 die Signalverläufe in den einzelnen Stufen des Empfangsteils 1 zeigen: Fig. 4 zeigt in Zeile a die Begrenzung des empfangenen Signalspektrums mit dem Vorfilter 5 (Fig. 3) und in Zeile b das digitale Spektrum des abgetasteten Signals. The receiving part 1, and its operation will now be explained with reference to Figures 3 to 5, wherein the 4 and 5 show the waveforms at the various stages of the receiving part 1:... Figure 4 shows in line a limitation of the received signal spectrum with the Pre-filter 5 (Fig. 3) and in line b, the digital spectrum of the sampled signal. Fig. 5 zeigt in Zeile a die Filtercharakteristik des digitalen Filters 8 (Fig. 3), in Zeile b das Spektrum des Ausgangssignals des digitalen Filter 8, in Zeile c den Amplitudengang der Filterkette Vorfilter 5 + digitales Filter 8 und in Zeile d die Dämpfung der störenden Durchlassbereiche der Filterkette durch das Vorfilter 5. Fig. 5 shows in line a, the filter characteristic of the digital filter 8 (Fig. 3), in line b, the spectrum of the output signal of the digital filter 8, at line c the amplitude response of the filter chain prefilter 5 + digital filter 8 and in line d, the attenuation the spurious passbands of the filter chain through the prefilter. 5

Das Vorfilter 5 ist durch ein analoges Bandpassfilter zweiter Ordnung mit der Güte Q > 15 gebildet. The pre-filter 5 is formed by an analog band-pass filter of the second order with the quality Q> 15 °. Es weist gemäss Fig. 4, It has according to Fig. 4,

1 1

Zeile a bei fa und —fa eine Dämpfung von -20 dB auf und be- Line at a fa and -fa an attenuation of -20 dB and loading

2 2

grenzt das empfangene Nutz- und Störsignalspektrum der Steuerfrequenz fs. adjoins the received payload and noise spectrum of the driving frequency fs. Die Taktfrequenz des Frequenzgenerators 6, die der Abtastfrequenz fa des A/D-Wandlers 7 entspricht, wird so gewählt, dass das Nutzsignalspektrum XA(jf) in eine Periode The clock frequency of the frequency generator 6 which corresponds to the sampling frequency fa of the A / D converter 7 is selected so that the useful signal XA (jf) in a period

1 1

m—fa der Frequenzachse zu liegen kommt. m-fa the frequency axis comes to rest. Ausserhalb dieser outside this

2 2

Periode sollen Störfrequenzen genügend stark gedämpft sein, so dass das Digitalfilter 8 im Durchlassbereich nicht durch originale oder hinuntergemischte Störfrequenzen gestört wird. Period should be sufficiently strongly attenuated interfering frequencies, so that the digital filter 8 is disturbed in the transmission band not original or down mixed noise frequencies. Gemäss Fig. 4, Zeile a, beträgt die Abtastfrequenz fa 3000 Hz, die According to FIG. 4, line a, the sampling frequency fa 3000 Hz, the

1 1

halbe Abtastfrequenz —fa liegt also bei 1500 Hz und das Signal So half the sampling -fa is 1500 Hz and the signal

2 2

1 1 liegt in der Frequenzperiode zwischen m—fa und (m +1)—fa, 1 1 is located in the frequency period between m-fa and (m +1) -fa,

2 2 2 2

wobei m = 1 ist. wherein m = 1.

Nach der Abtastung des bandgefilterten Netzsignals ergibt sich ein digitales Spektrum X(ei2nfT) gemäss Fig. 4, Zeile b. After the scanning of the band filtered signal in a digital power spectrum X (ei2nfT) according to FIG. 4, line b is obtained. Die gestrichelte Kurve A zeigt dabei die Summe aller überlappenden periodischen Spektren. The dashed curve A shows the sum of all overlapping periodic spectra. Da das Bandpassfilter gemäss Zeile a nur eine endliche Dämpfung (-20 dB) aufweist, tritt noch etwas störendes «Aliasing» auf. Since the band-pass filter according to a line only a finite attenuation (-20 dB) which is a bit annoying "aliasing" occurs.

Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 7 (Fig. 3) wird mit dem digitalen Filter 8, welches beispielsweise von der in der europäischen Patentanmeldung 83 105 834.2 beschriebenen Art sein kann und eine Filtercharakteristik gemäss Fig. 5, Zeile a, The output of the A / D converter 7 (Fig. 3) is connected to the digital filter 8, which may be for example of the type described in the European patent application 83 105 834.2 type and a filter characteristic shown in FIG. 5, line a,

1 1

aufweist, gefiltert. has filtered. Da dieses Filter bei —fa und fa stark dämpft Since this filter at -fa and fa strongly attenuates

(-20 dB), werden die störenden «Aliasing»-Effekte stark unterdrückt. (-20 dB), the disturbing "aliasing" effects greatly suppressed.

Zeile b von Fig. 5 zeigt das Spektrum des Ausgangssignals des digitalen Filters 8 (Fig. 3): Y(ej2nfr) = X(ei2nft) • H(ej2nfT). . Line b of Figure 5 shows the spectrum of the output signal of the digital filter 8 (Fig. 3): Y (ej2nfr) = X (ei2nft) • H (ej2nfT). Charakteristisch ist das Spektrum in den Bereichen fa - fs und fa + fs, wo durch die Periodizität des Signalspektrums X(ej2nfT) und der Filterübertragungsfunktion H(ei2nft) neue Frequenzen entstanden sind («Aliasing» durch Abtastung). Characteristic is the spectrum in the areas of fa - fs and fa + fs where by the periodicity of the signal spectrum X (ej2nfT) and the filter transfer function H (ei2nft) has opened new frequencies ( "aliasing" by scanning). Im Bereich fa - fs ist das Spektrum gegenüber dem Originalspektrum an fa gespiegelt. In the field fa - fs the spectrum to the original spectrum of fa is mirrored. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Weiterverarbeitung, da nur die Amplitude des Signals ausgewertet werden soll. However, this does not affect the further processing, since only the amplitude of the signal to be evaluated. Bei FSK-Systemen müsste hingegen die Spiegelung berücksichtigt werden. In FSK systems, however, the mirror would have to be considered.

Das Ausgangssignal des digitalen Filters 8 wird durch den AM-Demodulator 9 (Fig. 3), der vorzugsweise digital realisiert ist, amplitudenmässig ausgewertet. The output of the digital filter 8 is determined by the AM demodulator 9 (Fig. 3), which is preferably implemented digitally, evaluated in terms of amplitude. Diese Auswertung kann fol-gendermassen erfolgen: Das digitale Signal Y(e'2nfT) wird pro Abtastung gleichgerichtet, es wird also der Absolutwert von Y(nT) gebildet, Y(nT) = | This evaluation can take place fol-gender crowds: The digital signal Y (e'2nfT) is rectified per sample, so it is not the absolute value of Y (nT) formed Y (nT) = | Y(nT). Y (nT). Dieser Absolutwert wird auf ein digitales Tiefpassfilter gegeben, welches ebenfalls mit fa getaktet ist und eine der Frequenz des Basisbandsignals angepass-te Grenzfrequenz besitzt, welche aber selbstverständlich unter- This absolute value is applied to a digital low-pass filter, which is likewise clocked at the frequency fa, and has a the base band signal is pass-th cut-off frequency, but which, of course, lower

1 1

halb von —fa liegt. is half of -fa.

2 2

In Fig. 5, Zeile c, ist die realisierte Eintonübertragungsfunk-tion, also der Amplitudengang der Filterkette aus analogem Bandpass- 5 und Digitalfilter 8 (Fig. 3) dargestellt. In Fig. 5, line c, the realized Eintonübertragungsfunk-tion, that the amplitude response of the filter chain of analog bandpass 5 and digital filter 8 is shown (Fig. 3). Die Übertragung ist nicht frequenztreu. The transfer is not frequency faithful. Denn wenn eine Steuerfrequenz fs auf das Filter gegeben wird, dann erscheint an dessen Ausgang durch die Unterabtastung die Grundfrequenz fa - fs (gestrichel- Because if a control frequency fs is added to the filter, the fundamental frequency appears at its output by the sub-sampling fa - fs (dashed

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

666 584 666584

te Linie B). th line B). Die gleiche Frequenz fa - fs erscheint auch bei der Einspeisung der Frequenz fi = fa - fs, allerdings wird diese Frequenz fi um 25 dB gedämpft, was durch den Punkt C angedeutet ist. The same frequency fa - fs also appears at the feed frequency fi = fa - fs, but this frequency fi is attenuated by 25 dB, which is indicated by the point C. Diese Dämpfung wird alleine durch das Vorfilter 5 (Fig. 3) erreicht. This damping is achieved solely by the prefilter 5 (Fig. 3). Ebenso erscheint die Frequenz fa - fs am Ausgang des Digitalfilters 8 (Fig. 3), wenn mit irgendeiner Frequenz m(fa ± fs), m = 1,2,..., angesteuert wird. Similarly, the frequency fa appear - fs at the output of the digital filter 8 (Fig. 3) when m with any frequency (fa ± fs), m, ..., is controlled = 1.2. Die Dämpfung aller dieser periodischen Frequenzen ist ebenfalls ausschliesslich durch das Vorfilter 5 gegeben. The attenuation of all of these periodic frequencies is also given exclusively by the prefilter. 5

Da erfindungsgemäss die Vorschrift für die Abtastfrequenz lediglich besagt, dass das Nutzsignalspektrum innerhalb einer Since according to the invention merely stating the requirement for the sampling, that the useful signal spectrum within a

1 1

Frequenzperiode von —fa liegen muss, bestehen bei der Wahl must be frequency period of -fa consist in choosing

2 2

der Abtastfrequenz noch gewisse Freiheiten. the sampling yet certain freedoms. Ausserdem wurde also was

1 1

sichtbar, dass ausserhalb der Frequenzperiode —fa liegende visible that outside the frequency period lying -fa

2 2

Störspektren nur soweit durch das Vorfilter 5 gedämpft werden müssen, als sie nicht durch das folgende Digitalfilter 8 (Fig. 3) unterdrückt werden. Noise spectra must be damped by the prefilter 5, only in so far as they do not by the following digital filter 8 (Fig. 3) can be suppressed.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, die Abtastfrequenz fa zusammen mit dem analogen Bandpassfilter 5 und dem Digitalfilter 8 optimal auszulegen. Hence the task of the sampling frequency fa along with the analog bandpass filter 5 and the digital filter 8 produces optimally design. Im vorliegenden Fall ergibt sich eine besonders zweckdienliche Lösung, wenn die Abtastfrequenz fa folgende Bedingung erfüllt: In the present case, a particularly useful solution if the sampling frequency fa satisfies the following condition:

2 2

fa = -fs fa = fs

5 ^ 5 ^

Dann ergibt sich nämlich, dass die beiden kritischen vom analogen Vorfilter zu dämpfenden «Durchlassbereiche» des Filtersystems: fa - fs und fa + fs gegenüber fs im Verhältnis 1:2 bzw. 2:1 stehen. Then, there arises namely that the two critical from analogue pre-filter to be damped "pass-bands" of the filter system: fa - fs fs and fa + against fs 1: are 1: 2 and 2 respectively. Damit ist, wie Fig. 5, Zeile d, zeigt, gewährlei-lo stet, dass das analoge Bandpassfilter zweiter Ordnung die beiden störenden Durchlassbereiche gleichermassen dämpft. Thus, as Fig. 5, line d shows ensu-lo stet that the analog second-order band-pass filter attenuates the two interfering passbands equally. Denn die Verhältnisse 1:2 und 2:1 führen auf der logarithmischen Frequenzskala zu äquidistanten Frequenzabständen. Because the ratios 1: 2 and 2: 1 lead on the logarithmic frequency scale at equidistant frequency intervals.

Da bei Rundsteuerempfänger die Steuerfrequenz fs bis zu 15 2000 Hz beträgt, ergibt sich eine Abtastfrequenz fa von 3000 Hz. Diese Abtast- und Taktfrequenz ist auch für einfache 8-Bit Microcomputer noch ausreichend niedrig, wogegen die nach dem Abtasttheorem geforderte Abtastfrequenz von mindestens 4000 Hz eindeutig zu hoch wäre. Since, in the ripple control receiver, the control frequency fs up to 15 to 2000 Hz is, there is a sampling frequency fa of 3000 Hz. This sampling and clock frequency is still sufficiently low for simple 8-bit microcomputer, whereas that required by the sampling theorem, the sampling frequency of at least 4000 Hz would clearly too high. Es sind auch Fälle denkbar, 20 wo das beschriebene Verfahren einen noch höheren «Unterabtastungsgewinn» ergibt, beispielsweise bei hochfrequent modulierten schmalen Spektren. There are also conceivable cases, 20 where the described method an even higher "undersampling profit" results, such as high-frequency modulated narrow spectra. Diese können mit einem schmalen Bandpassfilter begrenzt und durch Unterabtastung in einen tieferen Frequenzbereich transformiert und dort feingefiltert wer-25 den. These can be limited to a narrow band pass filter and transformed by sub-sampling in a lower frequency range, where finely filtered wer-25 to.

4 Blätter Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims (9)

666 584 666584
1 1
fa bzw. — fa eine starke, dem Störsignalspektrum angepasste fa or - fa a strong, the noise spectrum matched
1 1
trum innerhalb einer Periode m—fa der Frequenzachse zu liegen spectrum to be within a period m-fa of the frequency axis
1 1
gnalen ausserhalb des genannten Periodenabschnittes m—fa das gnalen outside the said period portion of m-fa the
1 1
riodenabschnittes m—fa liegt, wobei m eine natürliche Zahl ist. riodenabschnittes m-fa, where m is a natural number.
1. Verfahren zum Demodulieren von hochfrequent modulierten Signalen mittels digitaler Filtej und digitaler Demodula-toren, bei welchem das ein kontinuierliches Nutz- und Störsignalspektrum aufweisende modulierte Basisbandsignal zuerst bandbegrenzt und anschliessend mit einer bestimmten Abtastfrequenz abgetastet und weiterverarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass man das modulierte Basisbandsignal mit dem kontinuierlichen Nutz- und Störsignalspektrum XA(Ü) mit einem analogen Bandpassfilter (5) bandbegrenzt, woraus ein Nutzsignalspektrum Xa' (ß) mit einer unteren und oberen Stop-bandfrequenz Qmjn bzw. ßmax resultiert, und dass man eine Abtastfrequenz fa wählt, die nicht kleiner ist als der doppelte Wert der Differenz von oberer minus unterer Stopbandfrequenz, also fa >2(Qjnax - £imin), wobei das Nutzsignalspektrum zumindest bis auf spektrale Anteile von Störsignalen innerhalb eines Pe- 1. A method for demodulating high frequency modulated signals by digital Filtej and digital Demodula gates, wherein the continuous commercial and noise spectrum having modulated baseband signal is first band-limited and is then sampled with a certain sampling frequency and further processed, characterized in that the modulated baseband signal with the continuous commercial and noise spectrum XA (Ü) with an analog bandpass filter (5) band-limited, resulting in a useful signal spectrum Xa '(Q) with an upper and lower stop band frequency Qmjn or ßmax results, and that selects a sampling frequency fa that is not less than twice the value of the difference of upper minus lower stop band frequency, ie fa> 2 (Qjnax - £ imine), wherein the useful signal at least for the spectral components of interfering signals within a Pe-
2 2
2 2
Dämpfung aufweist und mit einer der Abtastfrequenz entsprechenden Taktfrequenz betrieben wird. having damping and is operated at a sampling frequency of the corresponding clock frequency.
2 2
kommt. comes.
2 2
Filter (8) für die digitale Filterung des abgetasteten Signals so auslegt, dass die genannten Anteile in dessen Sperrbereich zu liegen kommen. Filter (8) for the digital filtering of the sampled signal so interpreted that the proportions referred to come to rest in its stopband.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das mit der Abtastfrequenz fa abgetastete Signal mit einer der Abtastfrequenz entsprechenden Taktfrequenz digital filtert und auf digitale Weise demoduliert. 2. The method of claim 1, characterized in that the digital filters corresponding with the sampling frequency fa sampled signal with a sampling frequency of the clock frequency and demodulated in a digital manner.
2 2
2 2
PATENTANSPRÜCHE
3 3
±20-30% die Bedingung fa = — fs erfüllt. ± 20-30% of the condition fa = - fs met.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Auftreten von spektralen Anteilen von Störsi- 3. A method according to claim 2, characterized in that upon the occurrence of spectral components of Störsi-
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man durch das Digitalfilter (8) nicht unterdrückte spektrale Anteile von Störsignalen durch das analoge Bandpassfilter (5) dämpft. 4. The method according to claim 3, characterized in that it does not attenuate by the digital filter (8) suppressing spectral components of interfering signals by the analog band-pass filter (5).
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Filter zur Bandbegrenzung des modulierten Signals und mit Mitteln zur Abtastung des bandgefilterten Nutzsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter durch ein analoges Bandpassfilter (5) zweiter Ordnung gebildet ist, und dass die Abtastfrequenz fa so gewählt ist, dass einerseits diese nicht kleiner ist als der doppelte Wert der Differenz von oberer minus unterer Stopbandfrequenz des durch das Bandpassfilter begrenzten Nutzsignals und andererseits das Nutzsignalspek- 5. Apparatus for carrying out the method of claim 1, comprising a filter for band-limiting the modulated signal and means for sampling the band-filtered information signal, characterized in that the filter by an analog band-pass filter (5) second-order is formed, and that the sampling frequency fa is selected such that on the one hand it is not less than twice the value of the difference of upper minus lower stop band frequency range delimited by the band-pass filter the useful signal and on the other hand Nutzsignalspek-
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein digitales Filter (8) zur Filterung des abgetasteten Nutzsignals, welches beim ganzen und halben Wert der Abtastfrequenz 6. Apparatus according to claim 5, characterized by a digital filter (8) for filtering the sampled useful signal, which at full and half value of the sampling frequency
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einem Fernsteuerempfänger, insbesondere in einem Rundsteuerempfänger, mit einem Digitalfilter zur Ausfilterung amplitudengetasteter Einton-Steuersignale aus dem Niederspannungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass man als Digitalfilter (8) einen 8-Bit Microcomputer verwendet und diesen mit einer Taktfrequenz fa tastet, welche unterhalb der vom Abtasttheorem vorgeschriebenen minimalen Abtastfrequenz liegt. 7. Application of the method according to claim 1 in a remote control receiver, in particular in a ripple control receiver, characterized by a digital filter to filter amplitude shift keyed single-tone control signals from the low-voltage network, that is used as the digital filter (8) is an 8-bit microcomputer, and this with a clock frequency fa scans, which is below the minimum required by the sampling theorem, the sampling frequency.
8. Anwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz fa für die Abtastung des empfangenen Signals mit der Steuerfrequenz fs und damit auch die Taktfrequenz so gewählt wird, dass sie innerhalb einer Bandbreite von 8. Application according to claim 7, characterized in that the sampling frequency fa for the sample of the received signal having the control frequency fs, and thus the clock frequency is selected to be within a range of
9. Anwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das analoge Bandpassfilter (5) die Durchlassbereiche fa - fs und fa + fs des Filtersystems analoges Bandpassfilter plus Digitalfilter (8) gleichermassen gedämpft sind. 9. Application according to claim 8, characterized in that by the analog band-pass filter (5) the passbands of fa - fs and fa + of the filter system analog band pass filter plus digital filter (8) are attenuated equally fs.
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