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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rundfunkempfang.
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Unter
Rundfunkempfang sei dabei insbesondere der Empfang von Radiosendern
und Funkkanälen
zu verstehen.
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Die
Verfügbarkeit
zahlreicher auf unterschiedlichen Frequenzen sendender Rundfunksender
und der Wunsch der Nutzer von Rundfunkempfängern wecken den Wunsch nach
einem simultanen Empfang einer Vielzahl von Rundfunksendern. Beispielsweise
ist es für
den Nutzer eines in einem Kraftfahrzeug verbauten oder zumindest
darin mitgeführten
Radioempfängers
wünschenswert,
dass ihm stets eine aktuelle Liste empfangbarer Radiosender präsentiert
wird.
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Bei
vielen aus dem Stand der Technik bekannten Empfangsverfahren werden
zur Erstellung von Senderlisten Funkkanäle oder Radiokanäle durch
Vorfilterung selektiert und dann einzeln demoduliert. Es wird also
nicht das gesamte Dienstfrequenzband abgetastet, sondern stets nur
ein Teil desselben.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Empfang
einer Vielzahl von Rundfunksendern bereitzustellen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Rundfunkempfang umfasst zumindest die folgenden Schritte: Zunächst wird
ein Empfangssignal erzeugt, vorzugsweise mittels einer Empfangseinheit,
die typischerweise zumindest eine Antenne umfasst. Dieses Empfangssignal
wird in zumindest zwei getrennte Signalpfade eingespeist. Bei einem
ersten Signalpfad, in welchen das Empfangssignal eingespeist wird, wird
das eingespeiste Empfangssignal im Wesentlichen ungefiltert auch
als Ausgangssignal verwendet. Das Ausgangssignal des ersten Signalpfads
wird digitalisiert und anhand einer Demodulation des digitalisierten
Ausgangssignals wird ein Nutzsignal zumindest eines starken Rundfunksenders
gewonnen. Im Rahmen der Demodulation, gegebenenfalls aber auch losgelöst von dieser,
wird aus dem digitalisierten Ausgangssignal des ersten Signalpfads
das Subband dieses zumindest einen starken Rundfunksenders im Empfangssignal
bestimmt. Zumindest eine charakteristische Größe dieses Subbands, vorzugsweise
eine Hauptfrequenz des Subbands, wird verwendet, um ein Sperrfilter
zu konfigurieren, mittels welchen Signalanteile des zumindest einen
starken Rundfunksenders in dem in einen zweiten Signalpfad eingespeisten
Empfangssignal unterdrückt
werden. Das mittelbar oder unmittelbar aus dieser Filterung resultierende
Ausgangssignal des zweiten Signalpfads wird ebenfalls digitalisiert.
Schließlich
wird anhand einer Demodulation des digitalisierten Ausgangssignals
des zweiten Signalpfads ein Nutzsignal zumindest eines weiteren
Rundfunksenders gewonnen.
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Die
Erfindung ermöglicht
mittels einer einzigen Demodulationseinheit (z. B. ein so genannter Receiver)
eine simultane Abtastung eines sehr breiten Dienstfrequenzbands.
Eine solche simultane Abtastung ist vorteilhaft, um die gesamte
in dem Dienstfrequenzband befindliche Sendervielfalt laufend verfügbar zu
machen bzw. zu halten. Somit lassen sich Senderlisten sekundengenau
aktuell halten, Datendienste wie Verkehrsmeldungen auch von anderen Sendern
empfangen und Senderwechselzeiten von einigen Millisekunden realisieren.
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Bei
Verfahren gemäß dem Stand
der Technik mussten zum Erzielen solcher Vorteile (Listenaufbau, Daten
und schnelle Senderwechsel) mehrere separate Demodulationseinheiten
bzw. Receiver verwendet werden.
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Aufgrund
unterschiedlicher Sendeleistungen der Sender und unterschiedlicher
räumlicher
Abstände
eines Empfängers
zu verschiedenen Sendern können
sich die Empfangsleistungen der Signale verschiedener Sender zwischen
stärkstem
und schwächsten
im Einzelbandfall empfangbarem Sender um weit über 100 dB unterscheiden. Zusätzlich ist noch
ein Rest-SNR (signal-to-noise ratio) für einen fehlerfreien Empfang
eines schwachen Senders erforderlich (im UKW-Radiofall beispielsweise
ca. 20 dB für
hochwertigen Stereoempfang). Diese SNR-Werte erhöhen die Dynamikanforderungen über den
einfachen Pegelunterschied hinaus. Da selbst moderne Analog-Digital-Wandler
einen linearen Dynamikbereich von maximal 100 dB aufweisen und wesentliche
Erweiterungen des Dynamikbereichs von Analog-Digital-Wandlern mit
den derzeit verfügbaren
technologischen Möglichkeiten
physikalisch unmöglich
erscheinen, können
bei der Anwendung eines Verfahrens gemäß dem Stand der Technik und
bei Abtastung des vollen Dienstfrequenzbands in der Regel nur die
stärksten
in dem Dienstfrequenzband liegenden Sender empfangen werden.
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Bei
der Erfindung wird das Gesamtband-Empfangssignal in zwei oder noch
mehr separate Signalpfade aufgeteilt, d. h. es wird in einen Hauptpfad
und zumindest einen weiteren Empfangspfad gesplittet.
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Im
Hauptpfad befindet sich vorzugsweise kein Filter, das Signal wird „direkt” einer
Analog-Digital-Wandlung
unterzogen und analysiert.
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Im
einfachsten Fall wird anhand des Ausgangssignals des Hauptpfads
ein einziger – vorzugsweise
der stärkste
im Dienstfrequenzband enthaltene – Sender empfangen, d. h. sein
Nutzsignal wird aus dem digitalisierten Ausgangssignal des Hauptpfads extrahiert.
Es können
aber auch mehrere starke Sender anhand des Ausgangssignals des Hauptpfads empfangen
werden.
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Im
Rahmen der Signalanalyse lässt
sich das Subband des einen starken Senders bzw. lassen sich die
Subbänder
der mehreren starken Sender bestimmen. Die Signalanteile dieser – nun bereits über den Hauptpfad
empfangenen – Sender
können
in dem zumindest einen weiteren Empfangspfad unterdrückt werden.
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Um
diese Unterdrückung
zu erreichen, werden vorzugsweise in dem zumindest einen weiteren Empfangspfad
Sperrfilter über
die Subbänder
der starken Sender gelegt.
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Da
starke Sender in der Regel nur dann ein gravierendes Problem darstellen,
wenn sich der Empfänger
nahe einem Sendemast befindet, ist die Anzahl der zu unterdrückenden
Sender und somit die erforderliche Anzahl von Sperrfiltern in der
Praxis begrenzt.
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Durch
die Sperrfilter werden die Signalanteile der starken Sender im Signal
des zumindest einen weiteren Empfangspfads vorzugsweise eliminiert oder
zumindest sehr stark reduziert. Die Konfiguration der Sperrfilter
ist somit besonders einfach möglich.
Die Sperrfilter müssen
insbesondere keine definierte Dämpfung
aufweisen.
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Nach
der wie oben beschrieben erfolgten Filterung lassen sich im Signal
des zumindest einen weiteren Empfangspfads auch schwächere Sender verstärken und
empfangen, ohne Dynamikbereiche eines nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlers
zu überschreiten.
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In
jedem weiteren Empfangspfad ist vorzugsweise zumindest ein Sperrfilter
angeordnet.
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Die
Anzahl der in jedem weiteren Empfangspfad verwendeten Sperrfilter
entspricht im einfachsten Fall der Anzahl der bereits über andere
Pfade empfangenen Sender. Die Anzahl der in dem ersten weiteren
Empfangspfad verwendeten Sperrfilter entspricht beispielsweise idealerweise
der Anzahl der bereits über
den Hauptpfad empfangenen Sender.
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Durch
Kaskadierungstechniken kann die Anzahl der erforderlichen Sperrfilter
bei Verfahren, die zumindest zwei weitere Empfangspfade nutzen,
reduziert werden. Die Anzahl der in jedem weiteren Empfangspfad
verwendeten Sperrfilter entspricht dann beispielsweise der Anzahl
der Sender, die über den
jeweils in der Kaskade übergeordneten
Pfad empfangen werden.
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Eine
Kaskadierung kann grundsätzlich
in beliebig vielen Ebenen erfolgen. In jedem weiteren Empfangspfad
ist dabei vorzugsweise zumindest ein Sperrfilter angeordnet. Dabei
kann ein in der Kaskade untergeordneter Empfangspfad n + 1 jeweils
nach dem zumindest einen Sperrfilter eines in der Kaskade übergeordneten
Empfangspfads n angeordnet werden. In anderen Worten wird der Empfangspfad
n + 1 vom Empfangspfad n erst nach dessen zumindest einem Sperrfilter
abgezweigt. Das zumindest eine Sperrfilter des Empfangspfads n wirkt
somit auch im Empfangspfad n + 1 und muss nicht gesondert in diesem
vorgesehen werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung befindet sich in jedem zusätzlich zum Hauptpfad vorgesehenen
weiteren Empfangspfad genau ein Sperrfilter. Dann kann eine Kaskadierung umgesetzt
werden, indem jeweils das Ausgangssignal des in einem Empfangspfad
n angeordneten Sperrfilters als Eingangssignal eines in einem Empfangspfad
n + 1 angeordneten Sperrfilters verwendet wird. Das Sperrfilter
des Empfangspfads n wirkt somit auch im Empfangspfad n + 1.
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Befinden
sich in einem zusätzlich
zum Hauptpfad vorgesehenen weiteren Empfangspfad mehrere in Reihe
geschaltete Sperrfilter, so wird eine Kaskadierung vorzugsweise
umgesetzt, indem das Ausgangssignal des letzten in diesem Empfangspfad angeordneten
Sperrfilters als Eingangssignal des ersten Sperrfilters des in der
Kaskade nachfolgenden Empfangspfads verwendet wird. Das Sperrfilter
des in der Kaskade nachfolgenden Empfangspfads wirkt somit auch
in dem in der Kaskade nachfolgenden Empfangspfad.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung werden mittels eines Multiplexers die Ausgangssignale
mehrerer Signalpfade einer gemeinsamen Digitalisierungseinheit zugeführt. Ebenso
kann aber auch mit entsprechendem Mehraufwand in jedem Signalpfad
eine gesonderte Digitalisierungseinheit vorgesehen sein.
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Gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können mittels einer an sich
aus Überlagerungsempfängern bekannten
Zusammenschaltung eines Oszillators, eines Mischers, eines Zwischenfrequenzfilters
und gegebenenfalls eines Zwischenfrequenzverstärkers, Zwischenfrequenzen erzeugt
und in den oben beschriebenen Verfahren verwendet werden.
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Beispielsweise
kann bereits aus dem originär
von einer Antenne stammenden Empfangssignal ein Zwischenfrequenzsignal
erzeugt und als Empfangssignal des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.
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Ebenso
kann ein solches Zwischenfrequenzsignal aus dem Ausgangssignal des
letzten in einem Signalpfad angeordneten Sperrfilters gewonnen werden.
Ein solches Zwischenfrequenzsignal kann derart in seinem Pegel angepasst
und dem Signal des Hauptpfads additiv überlagert werden, dass nach
der Signaladdition letztlich alle Sender innerhalb des Dynamikbereichs
der verwendeten Digitalisierungseinheit, d. h. des verwendeten Analog-Digital-Wandlers, liegen.
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In
anderen Worten wird der Signalpegel des Zwischenfrequenzsignals
mittels des Zwischenfrequenzverstärkers derart angepasst, dass
durch die Addition ein Summensignal entsteht, bei welchem die Signalanteile
zumindest eines starken Rundfunksenders, dessen Nutzsignal anhand
des digitalisierten Ausgangssignals des ersten Signalpfads gewonnen
wird, ebenso wie die in dem Zwischenfrequenzsignal enthaltenen Signalanteile
zumindest eines weiteren Rundfunksenders innerhalb des Dynamikbereichs
der Digitalisierungseinheit liegen.
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Das
originär
von einer Antenne stammende Empfangssignal wird vorzugsweise durch
ein Bandpass-Filter auf das relevante Dienstfrequenzband beschränkt.
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Im
Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematisch
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1 eine
erste Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Rundfunkempfangsverfahrens,
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2 eine
zweite Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Rundfunkempfangsverfahrens,
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3 eine
dritte Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Rundfunkempfangsverfahrens,
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4 eine
vierte Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Rundfunkempfangsverfahrens,
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5 eine
fünfte
Schaltungsanordnung zur Durchführung
eines Rundfunkempfangsverfahrens.
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Ein
Kraftfahrzeug umfasst eine Rundfunkempfangsanlage, durch welche
eine Vielzahl von Radiosendern simultan empfangen werden kann.
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Die
Rundfunkempfangsanlage erlaubt eine simultane Abtastung des gesamten
relevanten Dienstfrequenzbands, hier der von Radiosendern genutzte
Teil des UKW-Bands. Die Rundfunkempfangsanlage umfasst daher nur
einen einzigen Receiver, d. h. nur eine einzige digitale Signalverarbeitungseinheit
mit Eignung zur Demodulation, und ist dementsprechend kostengünstig herstellbar.
Trotz der Beschränkung
auf nur einen einzigen Receiver erlaubt die Rundfunkempfangsanlage
eine Senderlistenerstellung gleichzeitig und in Echtzeit, Empfangen
aller Datendienste im Hintergrund sowie eine Kanalumschaltung ohne
wahrnehmbare Verzögerung.
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Im
Folgenden werden beispielhaft fünf
mögliche
Ausführungsformen
der Rundfunkempfangsanlage sowie das mittels der jeweiligen Ausführungsform
durchgeführte
Empfangsverfahren erläutert.
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Bei
der Schaltungsanordnung gemäß 1 wird
zunächst
das von einer Antenne 1 stammende Empfangssignal durch
ein Bandpass-Filter 2 auf das relevante Dienstfrequenzband
eingeschränkt.
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Das
Ausgangssignal des Bandpass-Filters 2 wird in einen (gemäß der Darstellung
in 1) oberen und einen (gemäß der Darstellung in 1)
unteren Signalpfad eingespeist. Der (gemäß der Darstellung in 1)
obere Signalpfad wird im Folgenden als Hauptpfad bezeichnet, der
(gemäß der Darstellung
in 1) untere Signalpfad als Nebenpfad.
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Im
Hauptpfad befinden sich keine Filterelemente. Das in den Hauptpfad
eingespeiste Ausgangssignal des Bandpass-Filters 2 wird
direkt durch einen am Ende des Hauptpfads angeordneten Analog-Digital-Wandler 5 digitalisiert.
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Das
Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 5 wird an eine
digitale Signalverarbeitungseinheit 10 übertragen, welche mittels Demodulation
aus dem digitalisierten Signal des Hauptpfads die Nutzsignale der
N stärksten
Radiosender im Dienstfrequenzband extrahiert. N kann dabei insbesondere
eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 sein.
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Im
Rahmen der Demodulation werden auch die Subbänder dieser N stärksten Radiosender
im Dienstfrequenzband bestimmt. Als charakteristische Größe jedes
dieser Subbänder
wird jeweils die Hauptfrequenz des Subbands ermittelt. Anhand jeder dieser
Hauptfrequenzen wird eines von N Sperrfiltern 31, 32,
..., 3N konfiguriert, die in dem Nebenpfad seriell angeordnet
sind.
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Bei
dem in den Nebenpfad eingespeisten Ausgangssignal des Bandpass-Filters 2 werden
somit mittels der N Sperrfilter 31, 32, ..., 3N die
Subbänder
der N stärksten
Radiosender unterdrückt,
bevor das Ausgangssignal des letzten Sperrfilters 3N von einem
Verstärker 4 verstärkt und
von einem am Ende des Nebenpfads angeordneten Analog-Digital-Wandler 6 digitalisiert
wird.
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Das
Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 6 wird ebenfalls
an die digitale Signalverarbeitungseinheit 10 übertragen,
welche mittels Demodulation auch aus dem digitalisierten Ausgangssignal
des Nebenpfads Nutzsignale von Radiosendern im Dienstfrequenzband
extrahiert. Zusätzlich
zu den bereits anhand des Hauptpfadsignals empfangenen N stärksten Radiosendern,
werden anhand des Nebenpfadsignals weitere M Radiosender empfangen.
M kann dabei insbesondere eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 sein.
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Die
Schaltungsanordnung gemäß 2 entspricht
im Wesentlichen derjenigen von 1. Jedoch
wird ein Multiplexer 7 verwendet, um die Signale des Hauptpfads
und des Nebenpfads jeweils zeitweise an den gemeinsam genutzten
Analog-Digital-Wandler 8 anzulegen.
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Die
Schaltungsanordnung gemäß 3 besitzt
große Ähnlichkeit
mit derjenigen von 2. Es wird ein Zwischenfrequenzsignal
aus dem Ausgangssignal des letzten im Nebenpfad angeordneten Sperrfilter 3N gewonnen.
Das Zwischenfrequenzsignal wird erzeugt mittels einer an sich aus Überlagerungsempfängern bekannten
Zusammenschaltung eines Oszillators 11, eines Mischers 12 und
eines Zwischenfrequenzfilters 13. Der Zwischenfrequenzverstärker 14 dient
der Anpassung des Signalpegels derart, dass durch Addition des verstärkten Zwischenfrequenzsignals
mit dem Signal des Hauptpfads an der Additionsstelle 15 ein
Signal entsteht, bei welchem alle relevanten Sender innerhalb des Dynamikbereichs
der verwendeten Digitalisierungseinheit, hier des Analog-Digital-Wandlers 8,
liegen. Es reicht also auch hier ein einziger Analog-Digital-Wandlers 8 aus.
Das digitalisierte Signal wird wiederum an die Signalverarbeitungseinheit 10 übertragen,
welche daraus mittels Demodulation die Nutzsignale aller relevanten
Sender im Dienstfrequenzband extrahiert.
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Die
Schaltungsanordnung gemäß 4 stimmt
in weiten Teilen überein
mit derjenigen von 1. Allerdings wird bereits das
Ausgangssignal des Bandpass-Filters 2 mittels einer an
sich aus Überlagerungsempfängern bekannten
Zusammenschaltung eines Oszillators 21, eines Mischers 22 und
eines Zwischenfrequenzfilters 23 in ein Zwischenfrequenzsignal
umgewandelt. Das so erzeugte Zwischenfrequenzsignal wird in der
Folge so verarbeitet wie das Ausgangssignal des Bandpass-Filters 2 bei
der Schaltunganordnung gemäß 1.
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Die
Schaltungsanordnung gemäß 5 stimmt
in weiten Teilen überein
mit derjenigen von 2. Allerdings wird bereits das
Ausgangssignal des Bandpass-Filters 2 mittels einer Zusammenschaltung
eines Oszillators 21, eines Mischers 22 und eines
Zwischenfrequenzfilters 23 in ein Zwischenfrequenzsignal
umgewandelt. Das so erzeugte Zwischenfrequenzsignal wird in der
Folge so verarbeitet wie das Ausgangssignal des Bandpass-Filters 2 bei
der Schaltunganordnung gemäß 2.