DE1541624A1 - Verfahren zur Frequenzumsetzung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Frequenzumsetzung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Frequenzumsetzung eines Signals mit beliebigem Frequenzspektrum.
• In der Technik ist es vielfach erwünscht, eine Frequenzumsetzung vorzunehmen. So ist es beispielsweise oft einfacher, ein. höherfrequentes Signal-zu analysieren, sei es, weil mechanische Filter verwendet werden können, sei es, weil die Einschwingzeit der Filter kürzer ist, usw. Die zu,analysierenden Signale fallen aber oft im niederfrequenten Bereich an,.. z. B. als Sprachsignale oder als tonfrequente Frequenzcodesignale in Fernmelde- oder Fernwirkanlagen. Es sind verschiedene Verfahren,4ekannt, mit denen-'eine Frequenzumsetzung'bewirkt werden kann. So, kann z. B: eine Frequenzvervielfachung durch Erzeugung von Oberwellen mittels eines richtlinearen Elements bewirkt werden. Schwierigkeiten verursacht hierbei, insbesondere bei hohem Vervielfachungsfaktor, der gegenüber dem Pegel der niederrangigen Harmonischen schwache Pegel der Harmonischen höherer Ordnung. Wenn ein Frequenzgemisch umgesetzt werden soll, ist dieses Verfahren überhaupt nicht o$er nur sehr beschränkt verwendbar. ' Man kann auch durch das Ursprungssignal einen auf eine andere Frequenz abgestimmten Schwingkreis anstossen. Da die Frequenz des Ausgangssignals von der Resonanz@retuenz abhängt, ist mit diesem Verfahren nur ein Signal mit-einer von der Frequenz des Ursprungsgignals unühängigen konstanten Frequenz zu erlangen.
• Eine weitere bekannte Methode, die nur für eine einzelne Frequenz anwendbar ist, sieht vor, aus dem umzusetzenden Signal Impulse abzuleiten und deren Frequenz jeweils zu verdoppeln oder zu halbieren. Ersteres ist beispielsweise durch Differentierkreise, letzteres durch Ansteuerung einer bistabilen Schaltung, erreichbar.
• Allen bekannten Verfahren haftet der gemeinsame Nachteil an, dass mit ihnen kein Frequenzgemisch beliebiger Zusammensetzung beliebig Inder Frequenz umgesetzt werden kann.
• V p( Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das diesen Nachteil nicht aufweist, und ausserdem auf einfache Weise sowohl eine Frequenzerhöbung als auch einelFrequenzreduktion gestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Wert der Signalamplitude zyklisch abgetastet wird mit einer Frequenz,

  die zumindest doppelt so gross ist wie die höchste im Signal zu

  erwartende Frequenz, dass die die ermitteladen Amplitudenwerte

  darstellenden Informationen individuell gespeichert und mit einer von der Abtastfrequenz verschiedenen Taktfrequenz ausgespeichert werden, und dass aus den ausgespeicherten Informationen das frequenz.umgQsetzte Signal abgeleitet wird.
• n Das erfindungsgemässe ErfahrenT@ermöglicht es daher, nach dem gleichen Prinzip ein ganzes Frequenzband in einen höheren oder tieferen Bereich der Frequenzskala zu transponieren. Ein weiterer Vorteil, der dabei erreicht wird, ist darin zu sehen ,. dass das umgesetzte Signal zu einem beliebigen Zeitpunkt zur Verfügung gestellt, oder mit anderen Worten: beliebig verzögert werden kann. Dies kann insbesondere dann erwünscht sein, wenn das Frequenzspektrum analysiert werden soll (z.B. Zeichenerkennung, Sprachanalyse usw.) mittels einer Einrichtung, die ihren eigenen .Arbeitstakt hat.
• In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens können die Amplitudenwerte in Analogform oder Digitalform gespeichert werden, wobei im letzteren Fall die ausgespeicherten Informationen in Analogform umgewandelt werden.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Das in seiner Frequenz umzusetzende Signal steht auf der Zeitung Ltg an und kann ein Wechselstromsignal mit einer einzigen Frequenz oder mit einem beliebigen Frequenzgemisch (z.B. Sprache oder frequenzcodiertes Signal) sein. Die höchste Frequenz, die im Signal vorkommen kann, sei mit fmax bezeichnet. Wenn man-, entsprechend der Zehre des Abtasttheorems - den Wert der jeweils auf der Zeitung Ltg vorherrschenden Signalamplitude periodisch mit einer Abtastfrequenz fab 2fmax abtastet, kann aus den so gewonnenen Amplitudenwertinformationen das ursprüngliche Signal wieder gewonnen werden. Diese Technik findet z. B. bei der Zeitmultiplex-Übertragungstechnik allgemein Verwendung. Diese Abtastung der Signalamplitude er.fölgt mittel: der Abtasteinrichtung Ab, der über die Ader J den Abtasttakt bestimmende Impulse zugeführt werden mit einer Impulsfolgefrequenz fi = fab #> 2fnäx. Die Abtasteinrichtung kann beli=ebig ausgeführt sein, z. B. als Modulator, in dem die Impulse durch das Signal amplitudenmoduliert werden, oder, mit anderen Worten, als eine durch die Impulse gesteuerte Torschaltung. Die gbtasteinrichtung liefert Impulse mit der Impulswiederholungsfrequenz fi, von denen jeder eine Amplitude entsprechend dem jeweils abgetasteten tmpli.tudenwert aufweist. Natürlich" kann an Stelle einer @mplitudenmodulation auch eines der anderen bekannten ilodulaticnsverfahren, z. B. Impulslärgenmodulation, Anwendung fi.m3.en. Diese mcduli.erten Impulse werden auf einen Analog-Digital-Wandler ADW geführt., an . dessen Ausgang ein Signal erscheint, das den jeweiligen Amplitudenwert in codierter Form angibt, z. B. in Form eines Impulscodes. Die.nacheinander auftretenden Amplitudenwertinformationen werden der Reihe nach einzeln in entsprechend dimensionierten Abschnitten des Speichers Sp gespeichert. Der Speicher selbst kann wiederum beliebig ausgeführt sein, z.B. als Schieberegister oder als Magnetkernspeicher, usw.

  Nach erfolgter Einspeicherung E, von einigen L Amplituden-

  werten wird der Speicher gelesen und die ausgespeicherten Signale (Impuls-Code) auf einen Digital-Analog-Wandler DAW gegeben. Dieser liefert an seinen Ausgang Impulse, die entsprechend dem jeweils gespeicherten Amplitudenwert moduliert sind, und die im Demodulator D demoduliert werden. Für in ihrer Amplitude modulierte Impulse kann der Demodulator in einfacher Weise als Filter (Tief" oder Bandpass) ausgebildet sein. Entsprechend der Erfindung ist die Taktfrequenz ft, mit der der Speicher gelesen wird, verschieden von der Abtastfrequenz fab (oder, da fab - fi, verschieden von der Impulsfolgefrequenz fi). Das am Ausgang A des Demodulators D auftretende Signal setzt ;sich dann aus-Frequenzen zusammen, von denen jede zur zugeordneten Frequenz des ursprünglichen Signals im.Yerhältnis steht. Der Wert.K sei als Umsetzungsfaktor bezeichnet und, da sowohl K ,> 1 als auch K < 1 gewählt werden kann, ist sowohl eine Frequenzerhöhung als auch eine Frequenzreduktion durchführbar. Wesentlich ist, dass einganzes Frequenzgemisch in einem einmaligen Vorgang umgesetzt werden kann. Dem Umsetzungsfaktor K sind praktisch nur durch die Funktionsgeschwindigkeit der vorzugsweise elektronischen Bauelemente Grenzen gesetzt, bei der Brequenzerhöhung insbesondere durch den höchsten erreichbaren Auslesetakt für den Speicher.
• Die Wandler ADW und DAW sind nur gestrichelt gezeichnet, da sie nicht unbedingt erforderlich sind. Es können auch direkt 2ynaloe-. vierte gespeichert werden, z.B. indem amplitudenmodulierte Impulse auf einem Kondensatorspeicher gegeben werden.
• Ein Zahlenbeispiel möge das erfindungsgemässe Verfahren noch weiter verdeutlichen. Der Einfachheit halber sei ein aus nur zwei Frequenzen f'! und f2 bestehendes Signal angenommen, und es sei: f'1 = 'i KH z f2 = 2 KHz. Der Bedingung f ab - fi? 2. fmax wird Genüge getan, wenn f i = 4 KHz

  Gewählt wird. Das heisst: alle 0,25 msek wird der Amplitudenrrar t

  abgetastet und von der Abtasteinrichtung- Ab ein modulierter Im-

  puls geliefert. Im @.nalog-Digital-@landler AD-;f wird aus jedem die-

  ser Impulse ein beispiels-eise aus b Bits bestehendes binäres

  Signal abgeleitet und in b Speicherelementen eines Speicherab-

  schnittes des Speichers Sp gespeichert. Nach erfolgter Einspei-

  cherung von N Amplitudenwerten in N Speicherabschnitten erfolöt

  die Ausspeicherungo Bei dieser werden die Informationen nachein-

  ander mit einer ' Geschwindigkeit von z. B. 0,2 @a.sek pro Informa-

  tion dem Speicher entnommen und dem D@gital-Analog Viandler DAZ.7,

  zugeführt. Die b Bits einer Information können dabei parallel

  gelesen werden. Die Auslese-Taktfrequenz ft beträgt daher

  _ MHz.

  .#m Ausgan3 A des Demodulators D entsteht daher ein Signal mit

  den Frequenzen

  1,25 1uzz

  f 2 = 2,5 hzHz.

  Der Umsetzungsfaktor und entspricht daher dem oben angegebenen Verhältnis Wie bereits erwähnt, 17,ann das umzusetzende Signal ein beliebiges Fracuenzspektrum aufweisen; das einfache, nur zwei Frequenzkom-yonenten umfassende Signal wurde nur gewählt, um eine übersichtliche Darstellung zu ermöglichen,.
• Die l@usspeicherung kann natürlich zu einem beliebigen Zeitpunkt nach erfolgter Einspeicherung der N Amplitudenwerte vorgenommen Wenlen. Damit ist ausser der Frequenzumsetzunohne zusj-*tzlicren -4vtiwand auch eine beliebige Verzögerung zu erreichen.
• Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Speicher zerstörungsfrei zu lesen, um das in seiner Frequenz umgesetzte Signal wiederholt zur Verfügung stellen zu können. Die Löschur des Speichers erfolgt denn erst, wenn das Signal nicht mehr benötigt wird.
• Es kann auch von Vorteil sein, dem Demodulator ein Filter (Tief-oder Bandpass) vorzuschalten, um den Einfluss des ,iuantisierung,srauschens und eventuell bei der Ausspeicherung auftretender Störsignale zu beschränken. Ist der Demodulator selbst als Filter ausgebildet, erübrigt sich dieser $ufwand.

Claims (1)

1. yatentanaprüche 1. Verfahren zur Frequenzmsetzung eines Signals --it beliebigem F requenzspektrun, dadurch gekennzeichnet, dasshr ert der SignalC--zplitude zyklisch abgetastet wird mit einer Frequenz, die zumindest do-)Felt so Zross ist wie die höchste im i@nal zu erwartende Frequenz, dass die die ermittel£en #nplituden.- vierte darstellenden Informationen individuell gespeichert und mit einer von der kbüastfrequenz verschiedenen Taktfrequenz ausg,Es-.Deichert werden, und dass aus den ausgespeicherten I nfo.rmationen das (fr eGuenz)umgesetzte Signal abgeleitet wird. 2. Verfahren nach Änspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenwerte in t#.nalogform gespeichert werden. 3. Verfahren nach «nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die .#Mplitudenwerte in Digitalform gespeichert und nach ihrer 2-#.us- speicherung in _l-nalogform umgewandelt werden. 4. Verfahren nach ;-".Lspruc h 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lbtastung der @mplitudenvrerte in an sich bekannter :reise kurch odulation von periodisch auftretenden Impulsas voräe- nomen wird, und dass die modulierten Impulse einzeln in Ab- schnitten eines Analogspeichers (z.B. Kondensatorspeicher) gespeichert werden. 5. Verfahren nach :nspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die .btastung der ..'mplitudenwerte in an sich bekannter eise durch 1._odulation von periodisch auftretenden Impulsen vorge- no=en crird, und dass aus den modulierten Impulsen mittels enes.nalog-Dgitah::andlers (MU) abgeleitete codierte Infor- mationen gespeichert werden, aus denen bei ihrer Ausspeicherung mittels eines Dig:. tal-Analog !Tandlers (DKJ) die Analog- information zurückgewonnen wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die gespeicherten Informationen zerstörungs- frei gelesen werden. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass die beim Ausspeichervorgang anfallenden Signale vcz- *..:-y,---r :-i.uswertung über rilter geführt werden. Verzeichnis der verwendeten Bezeichnungen Bezugs- Ursprungssprache D/f/ Übersetzung EI,Y .Zeichen 'Ztg itunb live Abtas ter Scanner ADJ @::aloö-Digital_"ulandler analog to digital conver--er Sp Speicher Store DAZ;I Digital-Analoä=",Tandler digital to änalog_ converter D Demodulator demodulator A nusgang output