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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung zum Übertragen eines frequenzmodulierten Signals sowie ein Sende-Empfangssystem mit einer solchen Sendevorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen eines frequenzmodulierten Signals.
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In Funkübertragungssystemen kann Frequenzmodulation als Modulationsverfahren verwendet werden. Hierbei kann jedoch bei der Datenübertragung bei einer Mehrwegeausbreitung im Funkkanal der Träger bzw. Trägersignale an der Empfangsantenne zeitweise ausgelöscht werden. Dadurch erhöht sich der Rauschflur im demodulierten Signal stark und das übertragene Signal kann nicht weiter verwendet werden. Insbesondere bei statischen Übertragungskanälen, in denen sich die Frequenz wenig bis überhaupt nicht ändert, kann es daher zu einer dauerhaften Auslöschung des Trägers, und vor allem des Nutzsignals, das durch den Träger übertragen wird, kommen.
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DE 1 230 471 B offenbart, Funkmasten derart versetzt aufzustellen, dass die an bestimmten Stellen durch Mehrwegeempfang auftretenden Funklöcher durch das gesendete Signal eines anderen Senders wieder ausgeglichen werden. Dabei senden die beiden Sender auf der gleichen Frequenz.
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Bei digitalen Übertragungsverfahren kann eine Übertragung mit Pilottönen verwendet werden, z.B. bei COFDM (Coded Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). Dabei werden einzelne Träger des Mehrträgerverfahrens als Pilottöne verwendet. Diese werden verwendet, um die Kanalübertragungsfunktion zu schätzen (s.
Kammeyer, "Nachrichtenübertragung", 5. Auflage, S. 607). Der Einsatz und die Auswertung der Pilottöne unterscheiden sich aber gänzlich zum Einsatz bei analogen Übertragungsmethoden. Ein Pilotton dient hier nicht der Aussteuerung des Trägers sondern der gezielten Übertragung eines dem Empfänger bekannten Signals zur ständigen Kanalschätzung.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine sichere und zuverlässige analoge Übertragung von Signalen zu ermöglichen, bei der eine Auslöschung der Signale am Empfänger reduziert ist.
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Demgemäß wird eine Sendevorrichtung zum Übertragen eines frequenzmodulierten Signals vorgeschlagen. Die Sendevorrichtung weist eine Pilottonerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Pilottons und eine Modulationseinrichtung zum Erhalten des erzeugten Pilottons und eines modulierenden Nutzsignals und zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Signals basierend auf einer Kombination des erzeugten Pilottons und des modulierenden Nutzsignals auf. Der erzeugte Pilotton weist dabei eine Frequenz außerhalb des Frequenzbereichs des modulierenden Nutzsignals auf, um den Frequenzbereich des frequenzmodulierten Signals zu variieren.
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Unter dem Begriff „Erhalten“ wird hierbei verstanden, dass der erzeugte Pilotton sowie das Nutzsignal in die Modulationseinrichtung eingespeist werden.
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Wie bereits erläutert, kann es bei einem Funkkanal, der zur Übertragung eines frequenzmodulierten Signals verwendet wird, bei einer Mehrwegeausbreitung dazu kommen, dass das frequenzmodulierte Signal, im Folgenden auch frequenzmoduliertes Trägersignal oder FM-Träger genannt, am Empfänger durch Überlagerung mehrerer Signale stark gedämpft oder sogar ausgelöscht ist. Mehrwegempfang oder Mehrwegeausbreitung, wie sie an einem Empfänger auftreten kann, bedeutet, dass elektromagnetische Wellen eines Senders von Reflektoren (z. B. Gebäuden, insbesondere metallischen glatten Oberflächen) abgelenkt werden und auf verschiedenen Wegen beim Empfänger ankommen. Dadurch entsteht eine Vermischung des direkten Signals mit den verschiedenen zeitlich versetzten reflektierten Echosignalen.
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Ein stark frequenzmodulierter Träger durchläuft periodisch die Frequenz der Auslöschung. Die Konsequenz sind Störspitzen nach der Demodulation am Empfänger. Diese können, sofern sie nicht lange andauern, leicht mit Hilfe von linearer Interpolation korrigiert werden. Diese Korrektur ist berechtigt, da die Störspitzen Frequenzanteile haben, die gar nicht auftreten dürfen. Mit diesem a priori-Wissen lässt sich dieser Fehler detektieren und beheben.
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Da jedoch insbesondere bei statischen oder beinahe statischen Kanälen, wie sie beispielsweise bei einer MR-Übertragung in einem Magnetresonanztomographen auftreten, die meiste Zeit ein Messsignal kleiner Amplitude übertragen wird, ist der Träger kaum moduliert. Daher kann es vorkommen, dass in diesem Fall der Träger bei einem statischen Funkkanal für die Dauer der Datenübertragung an der Frequenz der Auslöschung verweilt. Die Übertragung ist damit gestört. Um dies zu verhindern, muss der Träger, selbst bei einem modulierenden Signal kleiner Amplitude, dauerhaft in der Frequenz variiert werden.
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Gemäß der vorgeschlagenen Sendevorrichtung wird dies durch eine Kanalanpassung gelöst. Hierbei erzeugt eine Pilottonerzeugungseinrichtung einen Pilotton. Dieser wird derart dem modulierenden Nutzsignal hinzugefügt, dass stets ein Mindestfrequenzhub garantiert wird. Unter Mindestfrequenzhub wird eine Mindeständerung des Frequenzbereichs des Trägersignals, d.h. des frequenzmodulierten Signals, verstanden.
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So kann es zwar vorkommen, dass kurzzeitig eine Auslöschung des frequenzmodulierten Signals am Empfänger auftritt, diese wird jedoch aufgrund dieser Änderung bzw. Variation des Frequenzbereichs nicht über den gesamten Übertragungszeitraum auftreten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Pilottonerzeugungseinrichtung eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Frequenz des Pilottons auf.
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Die Bestimmungseinrichtung kann zum einen festlegen, welche Frequenz der Pilotton aufweisen soll. Zum anderen kann die Bestimmungseinrichtung diese Frequenz auch einstellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Pilottonerzeugungseinrichtung dazu eingerichtet, den Pilotton derart zu erzeugen, dass seine Frequenz oberhalb des Frequenzbereichs des modulierenden Nutzsignals liegt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Pilottonerzeugungseinrichtung dazu eingerichtet, den Pilotton derart zu erzeugen, dass seine Frequenz unterhalb des Frequenzbereichs des modulierenden Nutzsignals liegt.
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In Abhängigkeit von dem Frequenzbereich des Nutzsignals kann die Pilottonerzeugungseinrichtung den Pilotton oberhalb oder unterhalb des Frequenzbereichs des Nutzsignals anordnen. Ist der Pilotton unterhalb des Frequenzbereichs des Nutzsignals gewählt, sollten Oberwellen des Pilottons nicht in das Nutzband fallen. Der Pilotton sollte dann nach der Filterung also ein rein sinusförmiger Ton sein. Ist er oberhalb gewählt, sollte bei seiner maximalen Amplitude der vorgesehene belegte Frequenzbereich nicht überschritten werden.
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Ein Pilotton unterhalb des Frequenzbereichs des Nutzsignals kann technisch schwieriger zu realisieren sein. Daher kann je nach technischer Realisierbarkeit sowie in Abhängigkeit von der Frequenz bzw. dem Frequenzbereichs des Nutzsignals ein Pilotton oberhalb oder unterhalb des Frequenzbereichs des Nutzsignals gewählt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Pilottonerzeugungseinrichtung eine Einstellungseinrichtung zur Einstellung einer Amplitude des Pilottons auf.
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Die Einstellungseinrichtung kann mit der Bestimmungseinrichtung kombiniert werden. In diesem Fall wird durch eine Einheit sowohl die Frequenz als auch die Amplitude des Pilottons gesteuert bzw. geregelt.
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Durch die Variation der Amplitude kann die Leistung des Pilottons angepasst werden. Die Amplitude des Pilottons kann also in Abhängigkeit von der Leistung des Nutzsignals angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Einstellungseinrichtung dazu eingerichtet, die Amplitude des Pilottons basierend auf einem vorgegebenen Wert der Amplitude einzustellen.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird für jede Übertragung eines Nutzsignals ein Pilotton mit derselben Amplitude bzw. Leistung verwendet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Pilottonerzeugungseinrichtung eine Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Leistung des modulierenden Nutzsignals auf.
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Die Ermittlungseinrichtung kann die Amplitude des modulierenden Nutzsignals ermitteln. Beispielsweise kann die Ermittlungseinrichtung hierzu einen Log-Power-Detektor aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Einstellungseinrichtung dazu eingerichtet, die Amplitude des Pilottons basierend auf der ermittelten Leistung einzustellen.
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Auf diese Weise kann bei einem schwachen Nutzsignal die Amplitude des Pilottons erhöht und bei einem starken Nutzsignal verringert werden. Ein schwaches Nutzsignal entspricht einer geringen Amplitude des modulierenden Nutzsignals. Durch die Anpassung der Amplitude des Pilottons kann die Gesamtsignalleistung auf einem ähnlichen oder gleichen Wert gehalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einstellungseinrichtung einen Oszillator zur Einstellung der Amplitude und der Frequenz des Pilottons auf.
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Ein Oszillator kann verwendet werden, um sowohl die Einstellungseinrichtung als auch die Bestimmungseinrichtung zu realisieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Pilottonerzeugungseinrichtung einer Filtereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den Pilotton der Modulationseinrichtung zuzuführen.
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Die Filtereinrichtung ist so ausgestaltet, dass auf diesem Pfad der Sendervorrichtung nur der Pilotton an die Modulationseinrichtung weitergeleitet wird. Die Filtereinrichtung kann hierzu beispielsweise ein Bandpassfilter aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sendevorrichtung eine Filtereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, das Nutzsignal der Modulationseinrichtung zuzuführen.
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Auf diesem Pfad der Sendervorrichtung wird somit nur das Nutzsignal an die Modulationseinrichtung weitergeleitet. Die Filtereinheit kann hierzu ein Tiefpassfilter, Bandpassfilter oder Hochpassfilter aufweisen. Dies hängt von der Frequenz des Pilottons und vom Frequenzbereich des Nutzsignals ab.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Sende-Empfangssystem vorgeschlagen. Das Sende-Empfangssystem weist eine Sendevorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Übertragen eines frequenzmodulierten Signals und eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen und Demodulieren des frequenzmodulierten Signals auf.
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Zum Demodulieren des frequenzmodulierten Signals kann die Empfangsvorrichtung eine Demodulationseinrichtung aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Sende-Empfangssystem in einem Magnetresonanztomographen angeordnet.
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In einem Magnetresonanztomographen kann ein statischer Kanal auftreten. In diesem Fall ist die beschriebene Sendevorrichtung besonders vorteilhaft. Sie kann jedoch auch in jedem anderen System, in dem eine Auslöschung von Trägersignalen auftreten kann, verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Empfangsvorrichtung eine Filtereinrichtung zum Filtern eines demodulierten empfangenen Signals auf, um das Nutzsignal, d.h. ohne Pilotton, wiederzugewinnen.
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Die Filtereinrichtung ist so ausgestaltet, dass sie den Pilotton ausblendet und nur das Nutzsignal durchlässt. Beispielsweise kann die Filtereinrichtung ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter oder ein Hochpassfilter aufweisen.
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Des Weiteren kann die Empfangsvorrichtung die Frequenz des Pilottons ermitteln, oder überwachen, und die Filtereinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenz einstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Übertragen eines frequenzmodulierten Signals vorgeschlagen. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein Pilotton erzeugt. In einem zweiten Schritt werden der erzeugte Pilotton und ein modulierendes Nutzsignals erhalten. In einem dritten Schritt wird ein frequenzmoduliertes Signal basierend auf einer Kombination des erzeugten Pilottons und des modulierenden Nutzsignals erzeugt. Der erzeugte Pilotton weist dabei eine Frequenz außerhalb des Frequenzbereichs des modulierenden Nutzsignals auf, um den Frequenzbereich des frequenzmodulierten Signals zu variieren.
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Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens veranlasst.
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Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
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Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Sende-Empfangssystems;
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2 und 3 zeigen Diagramme mit Frequenzbereichen des Nutzsignals und des Pilottons;
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4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sendevorrichtung des Sende-Empfangssystems von 1;
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5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Sendevorrichtung des Sende-Empfangssystems von 1;
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6 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Empfangsvorrichtung des Sende-Empfangssystems von 1; und
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7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Übertragen eines frequenzmodulierten Signals.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt ein Sende-Empfangssystem 100. In diesem Sende-Empfangssystem 100 werden Signale 30 zwischen einer Sendevorrichtung 10 und einer Empfangsvorrichtung 20 übertragen. Der dazu verwendete Übertragungskanal kann statisch sein.
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Die Empfangsvorrichtung 20 weist eine Modulationseinrichtung 3 auf, die ein zu übertragendes Nutzsignal 4 moduliert. Hierzu wird eine Frequenzmodulation verwendet.
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Da es an der Empfangsvorrichtung 20, auch Empfänger genannt, zu einer Auslöschung mancher Frequenzen des empfangenen Signals 30 aufgrund einer Mehrwegeausbreitung kommen kann, wird zu dem zu übertragenden Nutzsignal 4 ein Pilotton 2 hinzugefügt. Dieser dient dazu, den Frequenzbereich des frequenzmodulierten Signals 30 zu variieren. Auf diese Weise kann auch bei statischen Übertragungskanälen, in denen keine Änderung der Frequenz stattfindet, ein Mindestfrequenzhub des Signals 30 realisiert werden.
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Zur Erzeugung des Pilottons 2 weist die Sendevorrichtung 10 einen Pilottonerzeugungseinrichtung 1 auf. Diese wird in Zusammenhang mit den folgenden Figuren noch näher erläutert.
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Die Modulationseinrichtung 3 kombiniert den Pilotton 2 und das modulierende Nutzsignal 4 und führt die Frequenzmodulation an dem kombinierten Signal durch, um das zu übertragende frequenzmodulierte Signal 30 zu erzeugen.
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Die Empfangsvorrichtung 20 empfängt das Signal 30 und demoduliert dieses. Die Empfangsvorrichtung wird in 6 näher erläutert.
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Wie bereits erläutert, wird dem modulierenden Signal 4 ein Pilotton 2 hinzugefügt, der in seiner Amplitude entweder konstant oder variabel ist. Die in 2 und 3 dargestellten Spektren zeigen, wie der Pilotton 2 eingefügt werden kann. In 2 wird der Pilotton 2 oberhalb des zu übertragenden Nutzbandes, d.h. dem modulierenden Signal 4, also bei einer größeren Frequenz, übertragen. In 3 wird der Pilotton unterhalb des modulierenden Signals 4, also zwischen Nutzband und der Frequenz 0 Hz, d.h. der Frequenz von Gleichspannung, übertragen.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sendevorrichtung 10, in der ein variabler Pilotton 2 hinzugefügt wird.
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Hierbei weist die Pilottonerzeugungseinrichtung 1 eine Ermittlungseinheit oder Leistungsmessschaltung 5 auf, um die Leistung des zu übertragenden Nutzsignals 4 zu erfassen. Diese Leistungsmessschaltung 5 wiederum steuert die Ausgangsleistung eines Oszillators 6, der den Pilotton 2 erzeugt. Der Pilotton 2 wird dann über einen Bandpassfilter 7 der Modulationseinrichtung 3, auch Modulator genannt, zugeführt.
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Das Nutzsignal 4 wird über einen zugehörigen Filter 8, welcher für den Pilotton 2 undurchlässig ist, dem Modulator 3 zugeführt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Filter 8 ein Tiefpassfilter.
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Das in 2 gezeigte Spektrum zeigt beispielhaft die zum Blockschaltbild der 4 gehörenden Filterübertragungsfunktionen als gestrichelte Linien.
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Alternativ lässt sich auch ein Pilotton 2 fester Amplitude übertragen. Dies ist in der in 5 gezeigten Sendevorrichtung 10 realisiert. Dabei werden am Oszillator 9 eine feste Amplitude und feste Frequenz für den Pilotton 2 eingestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Empfangsvorrichtung 20 ist in 6 gezeigt. Das empfangene Signal 30 wird in einer Demodulationseinrichtung oder Demodulator 21 demoduliert. Anschließend wird das Nutzsignal 4 über eine Filtereinrichtung 22, beispielsweise einen Tiefpass, wiedergewonnen. Der Pilotton 2 wird dabei unterdrückt.
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Die Filtereinrichtung 22 des Empfängers 20 muss zu der Filtereinrichtung 8 des Senders 10 passen, um den Pilotton 2 entsprechend unterdrücken zu können.
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7 zeigt ein Verfahren zum Übertragen eines frequenzmodulierten Signals 30. Dieses Verfahren kann in dem Sende-Empfangssystem von 1 durchgeführt werden.
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In einem ersten Schritt 201 wird ein Pilotton 2 erzeugt. In einem zweiten Schritt 202 wird der erzeugte Pilotton 2 und ein modulierendes Nutzsignal 4 in die Modulationseinrichtung 3 eingespeist.
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In einem dritten Schritt 203 wird ein frequenzmoduliertes Signal 30 basierend auf einer Kombination des erzeugten Pilottons 2 und des modulierenden Nutzsignals 4 erzeugt, wobei der erzeugte Pilotton 2 eine Frequenz außerhalb des Frequenzbereichs des modulierenden Nutzsignals 4 aufweist, um den Frequenzbereich des frequenzmodulierten Signals 30 zu variieren.
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Diese Schritte können auch in anderer Reihenfolge oder zeitgleich ausgeführt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Kammeyer, "Nachrichtenübertragung", 5. Auflage, S. 607 [0004]
