DE1259475B

DE1259475B - Optimal angepasstes Signalfilter

Info

Publication number: DE1259475B
Application number: DEJ27151A
Authority: DE
Inventors: Herman Lawrence Blasbalg
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-12-20
Filing date: 1964-12-18
Publication date: 1968-01-25
Also published as: US3297951A; GB1028418A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03h

Deutsche Kl.: 21 g - 34

Nummer: 1259 475

Aktenzeichen: J 27151IX d/21 g

Anmeldetag: 18. Dezember 1964

.Auslegetag: 25. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein optimal angepaßtes Signalfilter (matched filter), bestehend aus einer Verzögerungseinrichtung mit einer Verzögerung Γ, die mehrere Abschnitte aufweist und der abschnittsweise Anzapfungen zugeordnet sind, über die jeweils unterschiedliche Bewertungssignale zur jeweiligen Amplitudenkennzeichnung für die betreffenden Verzögerungsleitungsabschnitte abgeleitet werden und die mit jeweils einem Eingang eines zur entsprechend der Verzögerung zeitlichen Signalzusammensetzung dienenden Verknüpfungsnetzwerks verbunden sind.

Solche optimal angepaßten Filter könnten rein theoretisch in der Übertragungstechnik wegen ihrer hervorragenden Eigenschaften von gewisser Bedeutung sein. Unter optimal angepaßten Signalfiltern werden Schaltungsanordnungen verstanden, die so ausgelegt sind, daß sie ausschließlich auf eine vorher festgelegte Signalwellenform ansprechen. An Hand des folgenden Beispiels soll Aufbau und Wirkung eines solchen optimal angepaßten Filters näher erläutert werden. Mit Hilfe einer angezapften Verzögerungseinrichtung der Verzögerung T wird ein Impuls mit einer gegenüber T geringen Zeitdauer in eine Signalwellenform mit der Zeitdauer T umgesetzt, deren Amplitudenverlauf mit Hilfe von den jeweiligen Anzapfungen zugeordneten verschieden bemessenen Bewertungswiderständen, die andererseits an einen Summationsnetzwerk liegen, festgelegt wird. Die sich am Ausgang des Summationsnetzwerks ergebende Signalwellenform wird übertragen und am Empfangsort durch ein optimal angepaßtes Filter geleitet, dessen Impulsübertragungscharakteristik die gleiche ist wie die des optimal angepaßten Filters am Sendeort, mit dem Unterschied allerdings, daß ihre Wirkung in zeitlich umgekehrter Weise gegenüber der des optimal angepaßten Filters am Sendeort ausgenutzt wird. Praktisch wird dabei so vorgegangen, daß ein solches Filter mit gleicher Impulscharakteristik am Empfangsort, d. h. die angezapfte Verzögerungseinrichtung, ζ. B. in umgekehrter Richtung gegenüber der Verzögerungseinrichtung des Filters am Sendeort eingespeist wird, so daß dann der ursprünglich in das Filter am Sendeort eingegebene Impuls am Ausgang des Filters am Empfangsort wieder entsteht. Da so an sich eine Impulsfeststellung selbst bei geringem Signalstörverhältnis zufriedenstellend erfolgen kann, scheint die Anwendung optimal angepaßter Signalfilter bei Nachrichtenübertragungssystemen, Radioecholot- und Funkmeßverfahren besonders vorteilhaft. Grundsätzliche Ausführungen über optimal angepaßte Signal-Optimal angepaßtes Signalfilter

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
Herman Lawrence Blasbalg,
Baltimore, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Dezember 1963
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filter und deren Anwendung finden sich im Heft IRE Transactions on Information Theory, Juni 1960, insbesondere Seite 311: »An Introducing to Matched Filters«.

Ein solches optimal angepaßtes Signalfilter ist, wie aus der genannten Literaturstelle hervorgeht, nur dann anwendbar, wenn an dessen Ausgang nur zwischen den Fällen »Signal vorhanden« und »Signal nicht vorhanden« unterschieden werden soll, während die eigentliche Signalform nicht interessiert bzw. schon bekannt ist. Unabhängig also davon, in weleher Weise und in welcher Form ein Signal über einen Übertragungskanal verzerrt worden ist, wird am Ausgang eines optimal angepaßten Signalfilters immer ein scharfer Impuls auftreten.

Eine Signalerkennungsschaltung, wie z. B. nach der USA.-Patentschrift 2 701305, erfüllt demgegenüber eine gänzlich andere Aufgabe. Hier wird nämlich von einem Übertragungssystem ausgegangen, bei dem Impulssignale mehrerer Sendestationen über einen Ubertragungskanal ineinandergeschachtelt übertragen werden. An den einzelnen Empfangsstationen sind daher Mittel vorgesehen, um jeweils die richtige Impulsgruppe von der betreffenden Empfangsstation aufnehmen zu lassen, so daß trotz gegenseitiger Überlagerung eine getreue und sichere Wiedergabe von Impulsgruppen gewährleistet ist.

Während also die beschriebene Signalerkennungsschaltung zur Impulsgruppenerkennung eingerichtet

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ist, ist ein optimal angepaßtes Signalfilter zur Entzerrung eines einzelnen verzerrten Impulses vorgesehen, indem dieser Impuls analysiert und anschließend wieder so zusammengesetzt wird, daß am Filterausgang ein unverzerrter Impuls zur Verfugung steht.

Die Praxis hat nun aber gezeigt, daß die Anwendung solcher bekannter optimal angepaßter Signalfilter begrenzt ist, weil sich der Idealfall bisher nicht auch nur annähernd erreichen läßt. Dies geht aus folgenden Überlegungen hervor: Ein wichtiger Parameter für die Auslegung solcher optimal angepaßter Signalfilter ist das sogenannte Bandbreiten-Zeitprodukt, das eine Verhältnisgröße darstellt, die sich aus der Bandbreite eines Signals multipliziert mit dessen Zeitdauer ergibt. Aus den theoretischen Betrachtungen der obengenannten Veröffentlichung ist nun zu entnehmen, daß ein optimal angepaßtes Signalfilter um so besser und allgemein für die Anwendung bei der Nachrichtenübertragung geeignet ist, je größer das Bandbreiten-Zeitprodukt eines Signals und damit auch das eines optimal angepaßten Signalfilters ist. Bisher realisierbare optimal angepaßte Signalfilter weisen aber ein Bandbreiten-Zeitprodukt auf, das nicht größer als 300 bis 400 ist. Optimal angepaßte Signalfilter bekannter Bauart lassen sich mit den zur Verfügung stehenden Mitteln überhaupt nicht mit einem größeren Bandbreiten-Zeitprodukt herstellen.

Ein optimal angepaßtes Signalfilter kann gewissermaßen als Korrelationseinrichtung betrachtet werden und besteht wie bereits gesagt, aus einer Verzögerungsleitung mit einer entsprechenden Anzahl von Abgriffen, die gleichmäßig auf ihrer Länge verteilt angebracht sind. Wenn sich nun ein Signal längs einer solchen Verzögerungsleitung ausbreitet, dann erscheinen nacheinander Signale an den jeweiligen Abgriffen, die den jeweils den mit den Abgriffen verbundenen, verschieden bemessenen Bewertungswiderständen zugeführt werden, die das Signal sozusagen analysieren, d. h. das jeweils auftretende Signal mit der jeweiligen Bemessung korrelieren. Die so an den einzelnen Bewertungswiderständen auftretenden Signale werden anschließend in einem linearen Summationsnetzwerk aufsummiert, an dessen Ausgang dann eine zusammengesetzte Signalwellenform auftritt, das das Korrelationsergebnis des sich längs der Verzögerungseinrichtung ausbreitenden Signals mit den sich durch die jeweilige Bemessung der Bewertungswiderstände festgelegten Parametern darstellt. Eine naheliegende Maßnahme zur Erhöhung des Bandbreiten-Zeitprodukts eines optimal angepaßten Signalfilters kann nun offensichtlich darin bestehen, daß die Anzahl der Abgriffe der Verzögerungseinrichtung entsprechend erhöht wird. Um aber auf diese Weise Bandbreiten-Zeitprodukte in der Größenordnung von 1000 und mehr zu erreichen, würde jedoch eine unzulässig hohe Anzahl solcher Abgriffe auf einer Verzögerungseinrichtung erforderlich sein. Für in analoger Darstellung arbeitende optimal angepaßte Signalfilter würde aber eine über ein bestimmtes Maß hinausgehende Anzahl von Abgriffen große Probleme bei der Erstellung einer solchen Verzögerungseinrichtung nach sich ziehen, wenn davon ausgegangen wird, daß es überhaupt schon schwierig genug ist, solche Analog-Verzögerungseinrichtung mit einer geringen Anzahl von Abgriffen zu versehen, wie z. B- bei Verwendung von Quarzverzögerungsleitungen. Hinzu kommt noch, daß durch die Abgriffe Verluste unvermeidlich sind und zusätzlich unerwünschte Phasenverzerrungen infolge der durch die Abgriffpunkte verursachten Reflexionen entstehen.

Werden optimal angepaßte Signalfilter verwendet, die in digitaler Technik betrieben werden, weil an Stelle einer Verzögerungsleitung ein digitales Schieberegister verwendet wird, dann wird allerdings bei einer großen Anzahl von Abgriffen, die längs des

ίο Schieberegisters maximal an jeder Stufe angebracht sein können, das bei der Herstellung von Analog-Verzögerungsleitungen auftretende Problem umgangen. Dafür ergibt sich aber dann ein anderes Problem, nämlich das, daß bei einer großen Anzahl von Stufen eines Schieberegisters die Synchronisierung, d. h. die zeitliche Zuordnung der Stufen zueinander, eine äußerste Genauigkeit erfordert. Für eine große Anzahl von Schieberegisterstufen ist es bekanntlich äußerst schwierig, extrem genaue zeitliche Beziehungen für die jeweilige Umschaltung beizubehalten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein optimal angepaßtes Signalfilter zu schaffen, dessen Bandbreiten-Zeitpunkt eine Größenordnung höher ist als das bei den bisher bekannten, wobei die Notwendigkeit verhältnismäßig großer angezapfter Verzögerungseinrichtungen oder extrem großer Schieberegister vermieden werden soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Ableitung mindestens eines Satzes zusätzlicher Bewertungssignale die entsprechenden Anzapfungen mindestens mit einem zusätzlichen Verknüpfungsnetzwerk gekoppelt sind, daß der Ausgang eines ersten Verknüpfungsnetzwerks unverzögert mit dem Ausgang der Filterschaltungsanordnung, der Ausgang eines zweiten Verknüpfungsnetzwerks über eine Ausgabeverzögerungseinrichtung mit einer Verzögerung T usw. und der Ausgang eines η-ten Verknüpfungsnetzwerks über eine (n— l)-te Ausgabeverzögerungseinrichtung mit einer Verzögerung (n—l) T gekoppelt ist.

Bei einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung sind so den Abgriffen der Verzögerungseinrichtung jeweils mehrere Sätze von Bewertungswiderständen mit entsprechend zugeordneten Summationsnetzwerken, anstatt wie bisher nur ein Satz von Bewertungswiderständen mit einem Summationsnetzwerk zugeordnet. Einer Verzögerungseinrichtung ist also in vorteilhafter Weise eine größere Anzahl von Bewertungsso Widerstandssätzen zugeordnet, wobei jeder Satz eine besondere Signalwellenform erzeugt. Die von den Bewertungswiderstandssätzen erzeugten und an den Summationsnetzwerken abgenommenen Signalwellenformen werden anschließend über Ausgabeverzögerungseinrichtungen so zusammengesetzt, daß sich am Ausgang eine Gesamtsignalwellenform ergibt, deren Zeitdauer ein Vielfaches der Verzögerung T der Verzögerungseinrichtung entspricht, wobei der Faktor •durch die Anzahl der Bewertungswiderstandssätze gegeben ist. Auf diese Weise läßt sich ein sehr hohes Bandbreiten-Zeitprodukt eines optimal angepaßten Signalfilters ohne großen Aufwand praktisch realisieren.
Die Erfindung soll nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des optimal angepaßten Signalfilters gemäß der Erfindung,

F i g. 1A graphische Darstellungen zur Erläuterung des Grundprinzips der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 3 A bis 3 E typische Signalwellenformen an charakteristischen Stellen der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

Die in F i g. 1 gezeigte Verzögerungsleitung 10, deren Verzögerung T-Zeiteinheiten entspricht, besitzt auf ihrer Länge gleichmäßig verteilte Abgriffe A, B, C, D, E und F. Obwohl bei der Verzögerungsleitung 10 nur sechs Abgriffe dargestellt sind, kann deren Anzahl größer sein.

Mit den Abgriffen A bis F der Verzögerungsleitung 10 ist jeweils ein Ende der Bewertungswiderstände UA bis UF verbunden, deren jeweilige anderen Enden von einem Summationsnetzwerk 13 erfaßt werden. An einem Ende der Verzögerungsleitung 10 ist eine Eingangsleitung 12 angeschlossen, über die die Signale zugeführt werden, die sich entlang der Verzögerungsleitung 10 ausbreiten sollen.

Die soweit beschriebene und durch das gestrichelt gezeichnete Kästchen 15 dargestellte Schaltungsanordnung stellt die grundlegende Schaltung eines optimal angepaßten Signalfilters dar. Die nähere Beschreibung eines solchen Filters und insbesondere in welcher Weise die einzelnen Widerstände 11,4 bis HF bewertet sind, ist der in der Beschreibungseinleitung genannten Veröffentlichung zu entnehmen. Diese Einzelheiten gehören zum wohlbekannten Stand der Technik und werden als solche nicht als zur Erfindung gehörend betrachtet.

Parallel zu den Bewertungswiderständen 11^4 bis HF sind zwei weitere Sätze von Bewertungswiderständen an die Verzögerangsleitungsabgriffe A bis F angeschlossen, nämlich ein zweiter Widerstandssatz, der die Bewertungswiderstände 17 A bis 17F enthält, die in einem Summationsnetzwerk 19 zusammengefaßt sind, und ein dritter Satz von Bewertungswiderständen 23 A bis 23 F, die in einem Summationsnetzwerk 25 enden.

Der Ausgang des ersten Summationsnetzwerks 13 ist über eine Verbindungsleitung 31 mit einer Verzögerungsleitung 33 verbunden, deren Verzögerung ebenfalls Γ-Zeiteinheiten entspricht. Der Ausgang des Summationsnetzwerks 19 ist über eine Verbindungsleitung 29 mit einem ersten Eingang eines Addiernetzwerks 35 verbunden, dessen zweiter Eingang vom Ausgang der zweiten Verzögerungsleitung 33 gespeist wird, und dessen Ausgang mit dem Eingang einer dritten Verzögerungsleitung 37 verbunden ist, deren Verzögerung ebenfalls T-Zeiteinheiten beträgt.

Der Ausgang des dritten Summationsnetzwerks 25 liegt über der Verbindungsleitung 27 am ersten Eingang eines zweiten Addiernetzwerks 39, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang der Verzögerungsleitung 37 verbunden ist. Der mit der Leitung 40 verbundene Ausgang des Addiernetzwerks 39 gibt das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen optimal angepaßten Signalfilters ab.

In diesem Ausführungsbeispiel sind nur zwei zusätzliche Sätze von Bewertungswiderständen dargestellt. Dies ist aber nur geschehen, um die Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zu vereinfachen, in der Praxis aber können ohne weiteres noch mehr solcher Sätze von Bewertungswiderständen angeschlossen werden.

Wenn aber die Anzahl η dieser Sätze vergrößert wird, ist es offensichtlich auch erforderlich, weitere Verzögerungsleitungen analog zur zweiten 33 und zur dritten Verzögerungsleitung 37 mit entsprechend ver-S teilten Addiernetzwerken, wie die Addiernetzwerke 35 und 39, anzubringen. Während das Ausführungsbeispiel für die grundlegende Schaltung des optimal angepaßten Signalfilters 15 mit einem Satz von Bewertungswiderständen 11.4 bis HF dargestellt ist, ist

ίο es aber auch ohne weiteres möglich, die hier durch Bewertungswiderstände hervorgerufene Bewertung mit Hilfe von anderen elektrischen Bauteilen, wie z. B. Verstärker, herbeizuführen, wobei dann der jeweilige Verstärkungsgrad für die jeweils erforderliehe Bewertung bemessen wird. Das heißt, wenn immer in der Beschreibung der Begriff Bewertungswiderstand auftritt, erscheint er als Ersatz für äquivalente Bauteile.

Bevor nun die Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 behandelt wird, erscheint es notwendig, die allgemeine Wirkungsweise der beispielsweise gezeigten Grundschaltung eines optimal angepaßten Signalfilters in Zusammenhang mit den graphischen Darstellungen nach F i g. 1A zu erläutern.

Bekanntlich ist ein optimal angepaßtes Signalfilter, wie das nach F i g. 1 in Kästchen 15 dargestellte, sowohl für die Signalerzeugung als auch für die Signalfeststellung geeignet. Diese beiden Betriebsweisen stellen aber zeitlich zueinander invertierte Betriebsarten dar, so daß die Beschreibung der Betriebsweise eines optimal angepaßten Signalfilters als Signalgenerator in gleicher Weise die Wirkungsweise als Signalfeststellungs-Einrichtung umfaßt. Wenn also in der nachfolgenden Beschreibung zur Vereinfachung und zum leichteren Verständnis der Erfindung davon ausgegangen wird, daß ein optimal angepaßtes Signalfilter, wie z. B. Schaltungsanordnung 15, als Signalgenerator verwendet wird, so bedeutet das natürlich keine Beschränkung hierauf, da ja die Benutzung der Schaltungsanordnung für die Signalfeststellung offensichtlich ebenso möglich ist.

Mit Bezug auf die Darstellungen der F i g. 1 und 1A wird beim Anlegen eines Impulses an die Klemme 12 ein Signal längs der Verzögerungsleitung 10 mit der Zeitdauer T weitergeleitet. Wenn der an die Klemme 12 angelegte Impuls nacheinander die Abgriffe A, B, C, D, E, F erreicht, dann geben die Bewertungswiderstände 11A bis HF jeweils entsprechende Be- Wertungssignale auf das Summationsnetzwerk 13 ab. Das Summationsnetzwerk 13 summiert die einzelnen Bewertungsbeiträge der Bewertungswiderstände 11A bis 11F auf und erzeugt ein Ausgangssignal auf seiner Leitung 31, welches schematisch in F i g. 1A dargestellt ist, wo die Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist. Die dort gezeigte Wellenform ist äußerst komplex. Es besitzt die Zeitdauer T und hat eine Bandbreite W, die in dem Diagramm A = /(/) für die gleiche Wellenform gezeigt ist.

Das sogenannte Bandbreiten-Zeitprodukt dieser Wellenform stellt eine Verhältnisgröße dar und ergibt sich aus der Multiplikation der Signalbandbreite mit der Signaldauer. Diese Verhältnisgröße ist kennzeichnend für die Zusammensetzung der Wellenform aus den verschiedenen Frequenzanteilen, so daß ohne weiteres gesagt werden kann, daß, je komplexer das Spekrum einer Wellenform ist, d. h. je größer das

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Bandbreiten-Zeitprodukt ist, um so besser solche weiter zu erhöhen. Dies bedingt lediglich zusätzliche

Wellenfonnen, wie z. B. in F i g. 1A, zur Verwen- Bewertungswiderstandssätze, deren aufsummierter

dung in Nachrichtenübertragungssystemen geeignet Ausgang anschließend jeweils in ähnlicher Weise,

sind. Diese Tatsache ergibt sich auch aus der in der aber um einen entsprechenden Betrag erhöht, ver-

Beschreibungseinleitung genannten Veröffentlichung. 5 zögert und dem Ausgang 40 zugeführt wird.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schal- Aus dem Vorhergehenden dürfte klar hervorgehen, tungsanordnung nach F i g. 1 soll nunmehr mit Hilfe daß das Bestreben dahingeht, die Anzahl der erf order graphischen Darstellungen F i g. 3 A bis 3 E be- derlichen Verzögerungsleitungsabgriffe zur Erzeuschrieben werden. Der in Fig. 3 A dargestellte Im- gung von Wellenformen mit großem Bandbreitenzeitpuls wird an die Leitung 12 der Verzögerungsleitung io produkt möglichst herabzudrücken, indem nur eine 10 angelegt. Breitet sich nun eine dem Impuls ent- Verzögerungsleitung, nämlich die Verzögerungsleisprechende Welle längs der Verzögerungsleitung 10 tung 10 (F i g. 1), als sogenannte Speiseverzögerungsaus, dann entstehen an den Summationsnetzwerken leitung dient, die eine bestimmte Anzahl von Signal-13, 19 und 25 entsprechend dem jeweils zugeord- wellenformen erzeugen kann. Die aufeinanderfolgenneten Satz von Bewertungswiderständen UA bis 15 den Signalwellenformen werden über Verzögerungs- tlF, 17 A bis HF, 23 A bis 23 F₁ Signalwellenfor- leitungen 33 und 37 bereitgestellt, die keinerlei Abmen, die in den Fig. 3B bis 3D dargestellt sind. griffe aufweisen, so daß die Gesamtzahl der Abgriffe

Im einzelnen entsteht am Ausgang des Summa- auf einer Verzögerungsleitung, deren Verwirklichung tionsnetzwerkes 25 auf der Ausgangsleitung 27 eine in etwa kritisch ist, nicht zu groß zu sein braucht, komplexe Wellenform 127 (F i g. 3 B), deren Dauer 20 Aber infolge Verteilung der Funktionen auf nur eine T-Zeiteinheiten beträgt und die gleich ist der Ver- Eingangs-Verzögerungsleitung, d. h. für eine Verzögerung auf der Verzögerungsleitung 10. Gleich- zögerungsleitung als Speiseverzögerungsleitung für zeitig erzeugen die Summationsnetzwerke 19 und 13 eine Mehrzahl von Bewertungswiderstandssätzen, und auf ihren jeweiligen Ausgangsleitungen 29 und 31 die auf Ausgabe-Verzögerungsleitungen, die lediglich als Wellenfonnen 129 (F i g. 3 C) und 131 (F i g. 3 D). 25 reine Verzögerungsleitungen ohne Abgriffe verwen-Wie aus den graphischen Darstellungen F i g. 3 A bis det werden, wird die Notwendigkeit vermieden, ver-3 D hervorgeht, sind die Wellenfonnen 127, 129 und hältnismäßig große, mit einer entsprechenden großen 131 jeweils verschieden voneinander, was dadurch Anzahl von Abgriffen versehene Verzögerungsleitunerreicht wird, daß die Werte der Bewertungswider- gen verwenden zu müssen, wobei sich dann noch in stände in den jeweiligen Bewertungswiderstands- 30 vorteilhafter Weise ergibt, daß sich bei Verwendung sätzen entsprechend gewählt worden sind. der erfindungsgemäßen Filter äußerst große Band-Die Wellenform 127 wird über die Leitung 27 dem breiten-Zeitprodukte ergeben.

ersten Eingang des Addierers 39 zugeführt, um dann Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die

als Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 40 aufzu- Verzögerungsleitung 10 als Verzögerungsleitung bei

treten. Die Wellenform 127 erhält keine Verzögerung 35 analoger Betriebsweise dargestellt worden. Die Erfin-

und wird deshalb unmittelbar auf die Ausgangs- dung ist aber auf eine solche Betriebsweise nicht be-

leitung 40 übertragen. schränkt. Die Verzögerungsleitung 10 kann nämlich

Die Wellenform 129, die vom Ausgang des Summa- durch ein digitales Schieberegister ersetzt werden, so

tionsnetzwerks 19 auf den Addierer 35 übertragen daß das optimal angepaßte Signalfilter 15 in digitaler

wird, wird vom Ausgang dieses Addierers über eine 40 Betriebsart verwendet wird.

dritte Verzögerungsleitung 37 auf das Addiernetz- Das in F i g. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeiwerk 39 übertragen. Am Ausgang dieses Addierers spiel der Erfindung ähnelt in seinem Aufbau weittritt dann die Wellenform 129 um T-Zeiteinheiten ver- gehend dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1, was in zögert, bezüglich der Wellenform 127 auf, so daß sie der Zeichnung auch dadurch zum Ausdruck gebracht sich auf der Ausgangsleitung 40 unmittelbar an die 45 wird, daß die entsprechenden Elemente in ihrer Be-Wellenform 127 anschließt. zeichnung gleich sind und in F i g. 2 lediglich jeweils

In gleicher Weise unterliegt die Wellenform 131, nur ein Strichindex an das entsprechende Bezugs-

die durch das Summationsnetzwerk 13 erzeugt wor- zeichen hinzugefügt ist. Bei beiden Ausführungsbei-

den ist, einem ähnlichen Verfahrensschritt, nur daß spielen werden die Signalwellenformen jeweils durch

sie im Ergebnis auf der Ausgangsleitung 40 gegen- 50 die Summationsnetzwerke in gleicher Weise erzeugt,

über der auf der Ausgangsleitung 31 um zweimal Nur in der anschließenden Verarbeitung ergeben sich

T-Zeiteinheiten verzögert ist. Unterschiede.

Die auf der Ausgangsleitung 40 entstehende WeI- Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist nur lenform stellt so eine zeitliche Aneinanderreihung ein Additionsnetzwerk 38 vorgesehen, dessen Ausmehrerer Wellenfonnen dar, die gleichzeitig mit 55 gang mit der Ausgangsleitung 40' verbunden ist. Dem Hilfe je eines Summationsnetzwerkes erzeugt worden ersten Eingang dieses Additionsnetzwerks 38 werden sind. Wie aus der graphischen Darstellung nach über die Zuleitung 27' die Signalwellenformen unver-Fig. 3E hervorgeht, hat die resultierende Wellen- zögert, dem zweiten Eingang werden die auf Signalform eine Dauer von dreimal T-Zeiteinheiten, so daß leitung 29 auftretenden Signalwellenformen über eine sich das ergebende Bandbreiten-Zeitprodukt der 60 Verzögerungsleitung 36 mit einer Verzögerung um Ausgangswellenform um den Faktor 3 erhöht hat, T-Zeiteinheiten zugeführt und dem dritten Eingang d. h. entsprechend der Anzahl der Bewertungswider- die auf Leitung 3Γ auftretenden Signalwellenformen Standssätze, die dem optimal angepaßten Signalfilter über eine Verzögerungsleitung 34 um zweimal T-Zeit-15 zugeordnet sind. einheiten verzögert zugeführt. Auf der Ausgangs-

Es versteht sich von selbst, daß die Anzahl der 65 leitung 40' ergibt sich dann die gleiche Ausgangs-

Widerstandssätze ohne weiteres erhöht werden kann, wellenform, wie in Fig. 3E dargestellt; denn die

um das Bandbreiten-Zeitprodukt der resultierenden durch die Summationsnetzwerke 13', 19' und 25' er-

Signalwellenform auf der Ausgangsleitung 40 noch zeugten Signalwellenformen erhalten jeweils die

gleiche Verzögerung, wie es in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 vorgesehen ist.

Der Grund, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 zu verwenden, die ungleiche Verzögerungseinrichtungen besitzt, wobei 5 allerdings der Zwischenaddierer 35 in F i g. 1 in Wegfall kommt, ergibt sich ohne weiteres, wenn die Verwendung nach F i g. 2 zur Signalfeststellung in Betracht gezogen wird.

Wenn die Anordnung nach Fig. 2 als Signalfeststeller verwendet wird, werden die Eingangs-Signalwellenformen der Verzögerungsleitung 12' zugeführt, wobei die jeweilige Wellenform der in F i g. 3 E dargestellten entspricht. Durch die wohlbekannte Wirkung optimal angepaßter Signalfilter wird in jedem Bewertungswiderstandssatz, d. h. in jedem der Summationsnetzwerke 13', 19' und 25' Wellenformen erzeugt, die zu einem bestimmten Zeitpunkt scharf ansteigen und abfallen, so daß ein Impuls entsteht, der als Autokorrelationsspitzenimpuls bekannt ist. Dieser Spitzenimpuls wird nur erzeugt, wenn die Signalwellenformen an das betreffende Filter bzw. deren Impulsübertragungscharakteristik optimal angepaßt ist. Dies ist leicht einzusehen, wenn die graphischen Darstellungen nach Fig. 3E und 3A betrachtet werden. Wird nämlich die in Fig. 3E gezeigte Wellenform der Verzögerungsleitung 10 (10') zugeführt, dann muß ein Impuls gemäß F i g. 3 A auf der Ausgangsleitung 40 (40') entstehen.

Wenn unter diesen Voraussetzungen alle drei Summationsnetzwerke 13', 19' und 25' Wellenformen erzeugen, die bis auf einen Autokorrelationsspitzenimpuls, in zufälliger Verteilung um einen Mittelwert variieren, indem jeweils alle Signalwellenformen, die vorkommen, aufsummiert werden und anschließend Verzögerungsleitungen, wie in F i g. 1 gezeigt, zugeführt werden, kann sich eine Amplitudenüberhöhung in einer der Verzögerungsleitungen (z. B. 33) ergeben. Deshalb ist ein zwischengeschaltetes Addiernetzwerk (wie 35 inFig. 1) in Fig. 2 weggelassen worden und nur ein Endaddiernetzwerk 38 vorgesehen, das mit den Ausgangsleitungen der entsprechenden Verzögerungsleitungen 34, 36 verbunden ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß eine Verzögerungsleitung 34 oder 36 der Summationswirkung zweier Signale unterliegt, so daß eine Überlastung einer der Verzögerungsleitungen vermieden wird.

In anderer Hinsicht arbeitet die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 in der gleichen Weise wie die nach Fig. 1 beschriebene, so daß die durch die Summationsnetzwerke 13', 19' und 25' erzeugten Signalwellenformen jeweils nach entsprechender Verzögerung dem Addiernetzwerk 38 zugeführt werden. Zu beachten ist hierbei, daß in den beiden Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 und 2 die durch den ersten Satz der Bewertungswiderstände 11,4 bis UF in F i g. 1 erzeugte Signalwellenform der größten Verzögerung unterworfen wird, bevor sie auf der Ausgangsleitung 40 auftritt. Während die Signalwellenform 127 in Fig. 3B und 3E, die durch den letzten Satz der Bewertungswiderstände 23^4 bis 23 F in Fig.! erzeugt wird, beim Auftreten auf der Ausgangsleitung 40 überhaupt keiner Verzögerung unterliegt. Für ein optimal angepaßtes Signalfilter mit η Sätzen von Bewertungswiderständen kann die oben aufgestellte Beziehung verallgemeinert werden, daß gesagt wird, daß das Ausgangssignal der /i-ten Satzes von Bewertungswiderständen überhaupt keiner Verzögerung unterworfen ist, während das durch den ersten Satz von Bewertungswiderständen erzeugte Signal eine Gesamtverzögerung von η · Γ-Zeiteinheiten vor Auftreten auf der Ausgangsleitung 40 erfährt.

Claims

Patentansprüche:

1. Optimal angepaßtes Signalfilter, bestehend aus einer Verzögerungseinrichtung mit einer Verzögerung T, welche in mehrere Abschnitte unterteilt ist und welcher abschnittsweise Anzapfungen zugeordnet sind, über die jeweils unterschiedliche Bewertungssignale zur jeglichen Amplitudenkennzeichnung für die betreffenden Verzögeruhgsleitungsabschnitte abgeleitet werden und die mit jeweils einem Eingang eines zur entsprechend der Verzögerung zeitlichen Signalzusammensetzung dienenden Verknüpfungsnetzwerks verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung mindestens eines Satzes zusätzlicher Bewertungssignale die entsprechenden Anzapfungen mindestens mit einem zusätzlichen Verknüpfungsnetzwerk gekoppelt sind, daß der Ausgang eines ersten Verknüpfungsnetzwerks unverzögert mit dem Ausgang der Filterschaltungsanordnung, der Ausgang eines zweiten Verknüpfungsnetzwerks über eine Ausgabeverzögerungseinrichtung mit einer Verzögerung T usw. und der Ausgang eines «-ten Verknüpfungsnetzwerks über eine (ti— l)-te Ausgabeverzögerungseinrichtung mit einer Verzögerung (n— I)T gekoppelt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Verknüpfungsnetzwerks mit dem ersten Eingang eines ersten Ausgabeverknüpfungsnetzwerks verbunden ist, dessen zweiter Eingang an dem Ausgang einer ersten Ausgabeverzögerungseinrichtung mit einer Verzögerung T angeschlossen ist, dessen Ausgang den Ausgang der Filterschaltungsanordnung bildet, daß der Ausgang des zweiten Verknüpfungsnetzwerks mit dem ersten Eingang eines zweiten Ausgabeverknüpfungsnetzwerks verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang einer zweiten Ausgabeverzögerungseinrichtung mit der Verzögerung T angeschlossen ist und dessen Ausgang mit dem Eingang der ersten Ausgabeverzögerungseinrichtung verbunden ist usw. und daß der Ausgang des η-ten Verknüpfungsnetzwerks am Eingang der «-ten Ausgabeverzögerungseinrichtung mit der Verzögerung T liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Verknüpfungsnetzwerks unverzögert mit dem ersten Eingang eines einzigen Ausgabeverknüpfungsnetzwerks, der Ausgang des zweiten Verknüpfungsnetzwerks über eine erste Ausgabeverzögerungseinrichtung mit der Verzögerung T mit dem zweiten Eingang des Ausgabeverknüpfungsnetzwerks, der Ausgang des dritten Verzögerungsnetzwerks über eine zweite Ausgabeverzögerungseinrichtung mit der Verzögerung 2 Γ mit dem dritten Eingang des Ausgabeverknüpfungsnetzwerks usw. und daß der Ausgang des η-ten Verknüpfungsnetzwerks über eine Verzögerungseinrichtung mit der Verzögerung in—I)T mit dem η-ten Eingang des Ausgabeverknüpfungsnetzwerks verbunden ist.

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4. Anordnung nach Anspruch I₅ 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausgabe digitaler Bewertungssignale eine Verzögerungseinrichtung mit monostabilen oder bistabilen Kippstufen vorgesehen ist, wobei jeweils unterschiedliche Stufenzahlen zur Ableitung von Bewertungssignalen dienen.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausgabe analoger Bewertungssignale eine kontinuierliche Verzögerungsleitung dient, deren Abgriffe über jeweils zugeordnete amplitudenbestimmende Bauteile mit den jeweilig vorgesehenen Eingängen der Verknüpfungsnetzwerke verbunden sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als amplitudenbestimmende Bauteile in an sich bekannter Weise jeweils besonders bemessene Widerstände an den gleichmäßig verteilten Abgriffen der Verzögerungseinrichtung angeschlossen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als amplitudenbestimmende Bauteile aktive Bauelemente dienen, deren jeweiliger Verstärkungsgrad entsprechend der jeweils zugeteilten Bewertung eingestellt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 701305.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen