DE2338766A1

DE2338766A1 - Fm-demodulationssystem mit geraeuschverminderungseigenschaften

Info

Publication number: DE2338766A1
Application number: DE19732338766
Authority: DE
Inventors: Kiyoji Fujisawa; Katsutoshi Nishimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1973-07-27
Publication date: 1974-02-07
Also published as: US3843928A; DE2338766B2; GB1436212A; CA983589A; FR2195115B1; DE2338766C3; FR2195115A1

Description

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PATENTANWÄLTE

Dr. - Ing. HANS RUSCHKE

Dipl.-Ing. OLAF RUSCHKE 9 Ί Ί R 7 R R

Dipl.-Ing. HANS E. RUSCHKE £ J U υ / W U

1 BERLIN 33 "

Auguste-Viktoria-Straße 65

Matsushita Electric Industrial Co..,Ltd., Kadoma, Osaka,. Japan

FM-Demodulationssystem mit Geräuschverminderungseigenschaften

Zusammenfassung

Ein FM-Demodulationssystem mit Geräuschverminderungseigenschaften besteht aus einem Signalpfad, der einen Begrenzer, eine FM-Demodulationsschaltung und eine Gatterschaltung enthält, und aus einer Steuerschaltung mit einem Differentiator, zwei monostabilen Kippstufen, einem Addierer und einem Gattersignal-Generator. Der Eingang dieser Steuerschaltung ist mit dem Ausgang des Begrenzers gekoppelt, und der Ausgang der Steuerschaltung liegt an dem Steueranschluß der Gatterschaltung, um ein Gattersignal an die Gatterschaltung zu liefern. Die Gatterschaltung im Signalpfad lässt ein demoduliertes Signal zur Ausgangsklemme des Systems durch, wenn kein Gattersignal anliegt, und sperrt das demodulierte Signal, wenn ein Gattersignal vorhanden ist. Die Steuerschaltung erzeugt das Gattersignal, wenn ein Ausfall f des PM-Slgnals vorliegt, auf folgende Weise: Das Signal vom Begrenzer wird vom Differentiator

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differenziert und in eine Folge schmaler Impulse mit positiver und negativer Polarität umgeformt. Durch die positiven und die negativen Nadeln dieser Impulsfolge wird jeweils eine der beiden monostabilen Kippstufen getriggert, und die Ausgänge dieser Kippstufen werden vom Addierer addiert. Die Ausgangsimpulsbreite dieser Kippstufen wird so gesteuert, dass ein Markierungssignal am Ausgang des Addierers erscheint, wenn der Trägerausfall im FM-Signal auftritt. Der Gattersignal-Generator erzeugt aufgrund des Markierungsignals ein Gattersignal, welches auf den Steueranschluss der Gatterschaltung gegeben wird. Infolgedessen erscheint die Geräuschkomponente nicht an der Ausgangsklemme.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Systeme zur Demodulation frequenzmodulierter Signale und insbesondere FM-Demodulationssysteme mit Geräuschverminderungseigenschaften für Tonanwendungen.

Stand der Technik

Ein FM-Demodulationssystem wird oft bei Bandgeräten, FM-Empfängern, Fernsehempfängern usw. verwendet. Bei dem herkömmlichen FM-Demodulationssystem entsteht ein plötzliches Geräusch (impulsive noise) im Ausgangssignal, wenn ein Ausfall des Trägers auftritt oder wenn ein externes Geräusch empfangen wird. Es istbekannt, dass ein Geräusch beim Fehlen des Signals rai.t einer Geräuschsperre ausgeschlossen werden kann, doch die übliche Geräuschsperre kann gewöhnlich nicht das plötzliche Geräusch ausschalten, welches in dem Fall auftritt, wo das empfangene Signal teilweise aufgrund eines sogenannten "Trägerausfalls" verschwindet. Es wurden schon verschiedene Verfahren zur Unterdrückung des plötzlichen Geräuschs angewendet, doch sind diese Verfahren darin nachteilig, dass sie eine komplizierte Schaltungsanordnung benötigen und hohe Kosten verursachen.

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Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein neues und verbessertes FM-Demodulationssystem zur Signaldemodulation ohne Geräuscherzeugung aufgrund eines Trägerausfalls oder eines empfangenen externen Geräusches, welches bei einem Bandgerät, einem FM-Empfanger, einem Fernseh-Empfanger, einem Tonsystem usw. für den Hausgebrauch verwendet werden kann.

Dieses Ziel wird erreicht mit einem System zur Demodulation frequenzmodulierter Signale gemäss der vorliegenden Erfindung, welches aus einem Begrenzer, der ein zu demodulierendes fre- -quenzmoduliertes Eingangssignal empfängt und der eine Amplitudenänderung in diesem frequenzmodulierten Eingangssignal ausschaltet, aus einem Demodulator zur Demodulation des frequenzmodulierten Eingangssignals, aus 'einem Differentiator, der mit dem Ausgang des Begrenzers verbunden ist und dessen Ausgangssignal differenziert und eine aus positiven und negativen Nadeln bestehende Impulsfolge formt, aus einer ersten monostabilen Kippstufe, die mit dem Ausgang des Differentiators gekoppelt ist und durch eine positive Nadel in der Impulsfolge vom Differentiator getriggert wird, aus einer zweiten monostabilen Kippstufe, die mit dem Ausgang des Differentiators gekoppelt ist und durch eine negative Nadel in der Impulsfolge vom Differentiator getriggert wird, wobei die erste und die zweite monostabile Kippstufe so gesteuert werden, dass die Impulsbreite des Ausgangsimpulses ein wenig kürzer ist als das Intervall zwischen den Nulldurchgängen des frequenzmodulierten Ein-, gangssignals, wenn der Frequenzhub des frequenzmodulierten Eingangssignals zum Maximum in negativer Richtung wird, aus einem Addierer, der die Ausgangsimpulse der ersten und der zweiten monostabilen Kippstufe addiert, aus einem Gattersignal-Generator zur Erzeugung eines Gattersignals gemäss dem addierten Ausgang vom Addierer, und aus einer Gatterschaltung, die zwischen dem Ausgang des Demodulators und der Ausgangsklemme des Systems liegt und einen Steueranschluß aufweist, der das Gattersignal vom

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Gattersignal-Genes-ator empfängt., wobei die Gatterschaltung das Eingangssignal zur Ausgangsklemme durchlässt, wenn kein Gattersignal an dem Steueranschluß anliegt, und den Durchgang des Eingangssignals zur Ausgangsklemme verhindert, wenn das Gattersignal an dem Steueranschluß anliegt, wodurch ein demoduliertes Signal, bei dem die Geräuschkomponente ausges-chaltet ist, an der Ausgangsklemme des Systems erscheint.

Beschreibung der Zeichnungen

Dieses und andere Ziele der Erfindung werden aus der Betrachtung der nachfolgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich werden, in denen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 2 die Signalwellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 1 zeigt und

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 wird mit dem Bezugszeichen 1 eine Eingangsklemme bezeichnet, an die ein zu demodulierendes, frequenzmoduliertes Eingangssignal angelegt wird. Der Block 2 ist ein Begrenzer, der mit der Eingangsklemme 1 verbunden ist und die Amplitudenänderungen in dem frequenzmodulierten Eingangssignal ausschaltet. Der Differentiator 3 differenziert das- Ausgangssignal des Begrenzers 2. Eine erste monostabile Kippstufe 4 wird durch positive Impulse in der Impulsfolge vom Differentiator 3 getriggert. Eine zweite monostabile Kippstufe 5 wird durch negative Impulse in der Impulsfolge vom Differentiator 3 getriggert. In dem Addierer werden die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Kippstufe miteinander addiert. Der Gattersignal-Generaor J erzeugt ein

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Gattersignal, welches eine Gatterschaltung 9 steuert,wenn das vom Addierer 6 an Ihn gelieferte Ausgangssignal Null ist. Ein Diskriminator 8 demoduliert das freqnenzmodulierte Signal. Die Gatterschaltung 9 besitzt einen Signalanschluss,, .der mit dem Ausgang des Diskriminators 8 verbunden ist, und einen Steueranschluss, , der mit dem Gattersignal-Generator 7 verbunden ist, und sie sperrt den Durchgang für das an den Signa-lanschluss angelegte Informationssignal zur Ausgangsklemme 10, wenn das Gattersignal an dem Steueranschluss anliegt.

Die Signalwellenformen an den verschiedenen Punkten der Schaltung der Pig. 1 werden in der Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 ist die Zeitdauer von t-^ nach tp eine Zeit, in der ein Trägerausfall oder ein ankommendes plötzliches Geräusch auftreten.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Ein an die Eingangsklemme 1 angelegtes frequenzmoduliertes Signal wird verstärkt und seine Amplitudenänderungen werden durch den Begrenzer 2 ausgeschaltet. Es wird jetzt angenommen, dass das erhaltene Begrenzerausgangssignal eine rechteckige Wellenform hat, wie es in Fig. 2(A) gezeigt wird. Dieses Signal wird auf den Differentiator 3 gegeben, der eine'Ausgangsimpulsfolge gemäss Fig. 2(b) erzeugt. Die Schaltung dieser Ausführungsform der Erfindung ist so entworfen,dass die positiven Impulse in der Impulsfolge gemäss Fig. 2(B) die erste monostabile Kippstufe 4 triggern und die negativen Impulse die zweite monostabile Kippstufe 5 triggern. Die Ausgangswellenform derersten und der. zweiten monostabilen Kippstufe 4 und 5 werden in den Figuren 2(C) und 2(D) gezeigt.

Bei diesen monostabilen Kippstufen ist vorgesehen, dass die Aus-· gangsspannung im stabilen Zustand Null und im quasistabilen Zustand V ist. Die Kippzeit der monostabilen Kippstufen 4 und 5 ist so gewählt, dass s.<§4, ein wenig kürzer ist als die Dauer des' Nulldurchgangsintervalls des frequenzmodulierten Signals, wo der Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals das Maximum in negativerRichtung hat.

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Die beiden Ausgangssignale der ersten und der zweiten'monostabilen Kippstufe werden durch den Addierer 6 addiert,, und es erscheint ein in Fig.2 (E) gezeigtes Ausgangssignal am Ausgangsanscjaluss des Addierers. Die Ausgangs spannung des Addierers wird 2V, wenn die Aus gangs sparlungen der beiden monostabilen Kippstufen 4 und 5 gleichzeitig auf V sind, und die Aus gangs spannung des Addierers 6 wird V, wenn die Ausgangsspannung einer der beiden Kippstufen Null ist.

Es wird jetzt angenommen, dass in dem Zeitintervall von t, bis t_p der Fig. 2 aufgrund eines'Geräusches eine Phasenstörung des frequenzmodulierten Signals auftritt. In einem solchen Fall gibt es eine Zeit, in der diejbeiden monostabilen Kippstufen gleichzeitig den stabilen Zustand einnehmen, so dass die Ausgangsspannung des Addierers 6 Null wird_o Die Dauer des Null-Signals am Ausgang des Addierers 6 entspricht der Dauer, in der das Geräusch existiert. Wenn deshalb die Gatterschaltung 9 während dieser Zeit gesperrt ist, erscheint kein Geräusch an der Ausgangsklemme 10. *

Das Ausgangssignal von dem Addierer β wird auf den Gattersighal- -Generator, 7 gegeben, der das in der Fig. 2(F) gezeigte Gattersignal erzeugt wenn der Addierer 6 einen Ausgangespannungspegel Null liefert. D.h., die Zeitdauer, in der die Gatterschaltung 9 von dem Gattersignal gesteuert wird, stimmt immer mit der Zeitdauer des auftretenden Geräusches überein. Dadurch wird das Geräusch am Durchgang zur Ausgangsklemme 10 gehindert.

Üblicherweise gibt es einen Einschwingvorgang aufgrund der Eigenschaften des Diskriminators 8.In diesem Fall ist esjwünschenswert, dass der Signalsperrzustand der Gatterschaltung 9 aufrechterhalten bleibt, bis der Einschwingvorgang verschwindet, um ein Ausgangsgeräusch vollständig zu verhindern. Fig. 2(F) zeigt eine Gatterimpuls -Wellenform für diesen Zustand, bei der die Gatterimpulsbreite durch das Zeitintervall t₁ bis t, gekennzeichnet ist.

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In der Praxis hat der Ausgang des Systems noch diesehr kleinen verbleibenden Geräuschkomponenten aufgrund der Zeitverzögerung in der Gatterfunktion. Dieses durch die verbleibenden Geräuschkomponenten verursachte.Problem ist gewöhnlich vernachlässigbar. Wenn es notwendig ist, kann jedoch durch eine eingefügte Verzögerungsschaltung in der Vorstufe der Gatterschaltung 9, mit der das auf die Gatterschaltung 9 gelangende Informationssignal verzögert wird, das verbleibende Geräusch von dem Ausgang ferngehalten werden.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Punkt 11 die Eingangsklemme darstellt, auf die das zu demodulierende, frequenzmodulierte Signal gegeben wird. Ein Begrenzer 12 ist mit der Eingangsklemme 11 verbunden und schaltet alle Amplitudenschwankungen in dem frequenzmodulierten Eingangssignal aus. Ein Differentiator 13 differenziert das Ausgangssignal des Begrenzers Ya. Eine erste monostabile Kippstufe wird von den positiven Impulsen einer vom Differentiator I3 gelieferten Impulsfolge getriggert. Eine zweite monostabile Kippstufe 15 wird von den negativen Impulsen einer vom Differentiator 13-gelieferten Impulsfolge getriggert. Die Ausgangssignale der ersten und der zweiten monostabilen Kippstufe werden in einem Addierer 16 addiert. Ein Gattersignal-Generator 17 erzeugt ein eine Gatterschaltung 19 steuerndes Gattersignal, wenn das vom Addierer l6 geleerte Ausgangssignal Null ist. Ein Tiefpassfilter 18 erhält ein in dem Ausgangssignal vom Addierer l6 enthaltenes Informationssignal. Die Gatterschaltung 19 besitzt einen Signaleingangsanschluss, der mit dem Ausgang des Tiefpassfilters 18 verbunden ist, und einen Steueranschluss, der mit dem Gattersignal -Generator I7 verbunden ist, und sie sperrt den Durchgang des an die Eingangsklemme angelegten Informationssignals zu einer Ausgangsklemme 20, wenn-das Gattersignal an den Steueranschluss .angelegt wird.

Fig. 2 kann zur Darstellung der an den verschiedenen Punkten der ehaltung gemäss Fig. 3 auftretenden Wellenformen verwendet werden.

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Unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 wird nachfolgend die Arbeitsweise der anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Das auf die Eingangsklemme 11 gelangende frequanzmodulierte Signal wird verstärkt, und die Amplitudenschwankungen werden durch den Begrenzer 12 ausgeschaltet. Das aus dem Begrenzer erhaltene Ausgangssignal hat· die in Fig. 2(A) gezeigte rechteckige Wellenform und wird auf den Differentiator 13 gegeben. Dieser erzeugt eine Ausgangsimpulsfolge, wie sie in Fig. 2(B) gezeigt wird. Die Schaltungdieser Ausführungsform der Erfindung ist so ausgeführt, dass die positiven Impulse in der Impulsfolge nach Fig. 2(B) die erste monostabile Kippstufe 14 triggern und die negativen Impulse die zweite monostabile Kippstufe 15 triggern. Die Ausgangswellenformen der ersten und der zweiten monostabilen Kippstufe 14 bzw« 15 v/erden in den Fig. 2(c) und 2(D) gezeigt.

Diese monostabilen Kippstufen liefern im stabilen Zustand eine Ausgangsspannung Null und im quasistabilen Zustand eine Ausgangsspannung V. Die Dauer des quasistabilen Zustandeo dieser monostabilen Kippstufen 14 und 15 ist so gewählt, dass sie ein wenig kürzer ist als die Zeitdauer des NulldurchgangsIntervalls des frequenzmodulierten Signals, wo der Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals das Maximum in negativer Richtung hat.

Die beiden Ausgangssignale der beiden monostabilen Kippstufen werden-in einem Addierer 16 addiert, der ein Ausgangssignal liefert, wie es in Fig. 2(E) gezeigt wird. Die Ausgangsspannung des Addierers Io wird zu 2V, wenn die Ausgangsspannungen äer beiden nonostabilen Plippstufen gleichzeitig V betragen, und die Ausgangsspannung des Addierers 16 wird zu V, wenn die Ausgangsspannung einer der beiden monostabilen Pappstufen Null ist.

Es wird jetzt angenommen, dass in dem Intervall von t-, bis to In Fig.- 2 eine Phasenstörung des frequenzmodulierten Signals aufgrund von Geräusch auftritt. In diesem Fall gibt es eine Zeit, In oer beide, monostabilen"Kippstufen gleichzeitig den stabilen Zustand

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annehmen und deshalb die Ausgangsspannung des Addierers 16 ebenfalls Null wird. Die Dauer, in der das Ausgangssignal des Addierers l6 Null ist entspricht der Zeitdauer des existierenden Geräusches .

Da andererseits das Ausgangssignal des Addierers 16 eine Informations komponente mit regelmässigem Frequenzspektrum und die Trägerkomponente enthält, ist die Informations komponente leicht¹ aus dem Addiererausgangssignal zu erhalten, indem man es durch einen Tiefpaß 18 schickt. Wenn die Gatterschaltung 19 in dem Zeitintervall von t^ bis t₂ gemäss Fig. 2 gesperrt ist, erscheint kein Geräusch an der Ausgangsklemme 20. Deshalb enthält die an der Ausgangsklemme 20 auftretende Informationskomponente kein Geräusch.

Das Ausgangssignal des Addierers 16 wird auf den Gattersignal-Generator 17 gegeben, der das in Fig. 2(F) gezeigte Gattersignal erzeugt, wenn der Ausgang des Addierers l6 Nullpegel liefert. Demnach ist die Zeitdauer, in der die Gatterschaltung 19 von dem Gsttersignal gesteuert wird, immer übereinstimmend mit der Zeitdauer des auftretenden Geräusches. Deshalb ist das Geräusch am Durchgang zur Ausgangsklemme 20 gehindert.

Üblicherweise gibt es einen Einschwingvorgang aufgrund der Eigenschaften des Tiefpasses l8. In diesem Fall ist es zweckmässig, dass die Signalsperrung der Gatterschaltung 19 aufrecht erhalten wird, bis der Einschwingvorgang verschwunden ist, um das Ausgangsgeräusch vollständig auszuschalten. Fig. 2(F) zeigt eine Gatterimpuls-Wellenform für diesen Zustand, wo die Gatterimpulsbreite durch das Zeitintervall t-^ bis t-, dargestellt wird.

In der Praxis weist der Ausgang des Systems sehr kleine verblei- · bende Geräuschkomponenten aufgrund der Zeitverzögerung in der Gatterfunktion auf. Diese ist ein gewöhnlich vernachlässigbsres Problem. Durch Einfügen einer Verzögerungsschaltung in einer Vorstufe der Gatterschaltung 19 zur Verzögerung des angelegten Informationssignals, kann das verbleibende Geräusch vom Ausgang ferngehalten werden.

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Obwohl bei der obigen Beschreibung die in den Stufen verwendeten .tatsächlichen Schaltungen nicht gezeigt werden, können offensichtlich verschiedene bekannte Schaltungen zur Verwirklichung verwendet werden, so dass die genaue Beschreibung dieser Schaltungen weggelassen werden konnte.

Es wurde vorangehend die bevorzugte Ausfiihrungsform der Erfindung beschrieben, doch ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der in den folgenden Ansprüchen festgelegten Erfindung zu verlassen.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentans prüche

Γ7> FM-Deiiiodulationssystem mit Gerauschverminderungseigenschaften, gekennzeichnet durch

einen Begrenzer, der ein zu demodulierendes, frequenzmoduliertes Eingangssignal erhält und Amplitudenänderungen in diesem Eingangssig nal ausschaltet,

einen Demodulator zur Demodulation des frequenzmodulierten Signals,

einen Differentiator, der mit dem Begrenzerausgang verbunden ict, das Ausgangssignal des Begrenzers differenziert und eine Nadelimpulsfolge mit positiven und negativen Nadeln bildet, eine erste monostabile Kippstufe, die mit dem. Differentiatorausgang gekoppelt ist und durch die positiven Nadeln in der Impulsfolge vom Differentiator getriggert wird, eine zweite monostabile Kippstufe, die mit dem Differentiatorausgang gekoppelt ist und durch die negativen Nadeln in der Impulsfolge vom Differentiator getriggert wird, wobei die beiden monostabilen Kippstufen eine Ausgangsimpulsbreite aufweisen, die gleicheiner Zeitdauer ist, welche ein wenig kurzer ist als ein Intervall der Nulldurchgänge des frequenzmodulierten Eingangssignals, wo der Frequenzhub des frequenzmodulierten ■Eingangssignals das Maximum in negativer Richtung hat, einen Addierer, der die Ausgangsimpulse der beiden monostabilen Kippstufen miteinander addiert,

2inen Gattersignal-Generator zur Erzeugung eines Gattersignals gemäss dem addierten Ausgang von Addierer, und durch eine Gatterschaltung zwischen dem Demodulatorausgang und dem

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Ausgang des FM-Demodulationssystems, die einen Steueranschluß aufweist, der das Gattersignal vom Gattersignal-Generator empfängt, wobei die Gatterschaltung in solcher Weise arbeitet,
dass sie das Eingangssignal zur Ausgangsklemme durchlässt,
wenn kein Gattersignal an dem Steueranschluss liegt, und das/ Eingangssignal am Durchgang zur Ausgangsklemme hindert, wenn
das Gattersignal an dem Steueranschluss anliegt, wodurch ein
demoduliertes Signal, bei dem die Gerauschkomponente ausgeschaltet ist, an der Ausgangsklemme des Systems erscheint.
2. FM-Demodulationssystem mit Geräuschverminderungseigenschaften nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator mit dem Ausgang des Begrenzers gekoppelt ist.
Ji. FM-Dernodulationssystem mit Geräuschverminderungseigenschaften nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator mit dem Ausgang des Addierers gekoppelt ist.
4. FM-Demodulationssystem mit Geräuschverminderungseigenschaften nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator ein Tiefpaßfilter ist, dessen Ei^ang mit dem Ausgang des
Addieres gekoppelt ist.

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