DE3236205A1

DE3236205A1 - Einrichtung zur kompatiblen einseitenbandmodulation

Info

Publication number: DE3236205A1
Application number: DE19823236205
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Ing. 1000 Berlin Klaas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1983-03-17

Description

Einrichtung zur kompatiblen Einseitenbandmodulation
Die Erfindung betrifft ein Einseitenbandmodulationssystem, bei dem das modulierte Signal nur die Bandbreite der übertragenen Nachricht belegt, während seine Hüllkurve im Nachrichtenband die Nachricht selbst, oberhalb der maximalen Nachrichtenfrequenz irgendwelche Spektralanteile (Verzerrungen) enthält. Verzerrungsfreie Rückgewinnung der Nachricht ist durch lineare Hüllkurvendemodulation mit nachgeschaltetem Tiefpaß möglich. Die oberhalb der maximalen Nachrichtenfrequenz enthaltenen Spektralanteile besitzen so geringe Leistung, daß sich das System zur kompatiblen Einseitenbandmodulation für den Lang-, Mittel- und Kurzwellenrundfunk eignet.
Es ist aus der Literatur bekannt, daß die Forderung nach idealer Kompatibilität eines Einseitenband- (ESB) -systems ( moduliertes Signal belegt nur die Nachrichtenbandbreite und die HüLlkurve ist bis auf einen Gleichanteil mit der Nachricht identisch ) physikalisch nicht zu erfüllen ist /1/. Fs ist weiterhin bekannt, daß sich Jedes amplitudenmodulierte Signal, dessen Hüllkurve bestimmte Bedingungen erfüllt, durch Hinzufügen einer entsprechenden Phasenmodulation in ein ESB-Signal umwandeln läßt, das die Bandbreite des Quadrats seiner Hüllkurve belegt /1/. Bezeichnet man mit h(t) die Hüllkurve eines amplitudenmodulierten Signals der Trägerfrequenz n ( h(t) sei größer -1 ), mit t den Operator der Hilberttranformation, mit ln den natürlichen Logarithmus sowie mit t die Zeit, so ist das Signal ein ESB - Signal, das unterhalb der Trägerfrequenz keine Spektralanteile hat und dessen Bandbreite mit der Bandbreite von h2 (t) identisch ist. Ist also h(t) mit einer Nachrichtenfunktion (t) bis auf einen Gleichanteil identisch, so besetzt das Signal nctch Gl.(1) diedoppelt Nachrichtenbandbreite.
Es sind in der Literatur Eins-eiteniandmodu1atoren beschrieben worden, die ein Signal nich Gl.(1) erzeugen /;>,3/; moderne Signalverarbeitungsmethoden gewährleisten, daß Ein solches Signal auch hohen Qualitätsansprüchen gerecht wird /4/. Es darf daher als bekannt vorausgesetzt werden, daß die Erzeugung eines Signals nach Gl.(1) keinerlei technologische Schwierigkeiten mehr bereitet. ( Ein derartiger Modulator ist auch unter dem Namen Exponentialmodulator bekannt.) In /5/ wird vorgeschlagen, eine Hüllkurve aus der Nachricht (t) so zu erzeugen, daß die Hüllkurve h(t) die folgenden Eigenschaften aufweist: a) Das Spektrum von h(t) enthält unterhalb der maximalen Nachrichtenfrequenz (wg) das Spektrum der Nachricht (t), oberhalb von wg irgendwelche Spektralanteile, die so gewählt sind, daß die folgende Bedingung b) eingehalten wird.
b) Das Quadrat der Hüllkurve h2 (t) ist auf bandbegrenzt.
Bezeichnet man mit TPwg den idealen Tiefpaßoperator der Grenzfrequenz Wa und mit x(t) eine auf wg bandbegrenzte Funktion, so sind die Forderungen a) und b) durch das folgende Integralgleichungssystem beschrieben In /5,6/ wird eine Funktionenfolge angegeben, die gegen die Lösung des Gleichungssystems (2a,b,c) konvergiert: x beliebig wählbar (bandbegrenzt auf 9 ), O<α<1 (3 b) g, x(t)X(t) (3c) In /5/ wird vorgeschlagen, durch die Transformation das Gleichungssystem (2a,b,c) umzuformen: wo bei den idealen Hochpaßoperator der Grenzfrequenz bezeichnet. In /5/ wird angegeben, daß die Iunktj onenfolge gegen eine Lösung des Gleichungssystems (5a,b,c) konvergiert.
Die Erfindung hat die Erweiterung und Umsetzung dieser Erkenntnisse zu einem funktionsfähigen Modulator zum Gegenstand, der ein Signal erzeugt, das sich zur kompa-I;iblen ESB - Modulation für den Lang-, Mittel- und Kurzwellenrundfunk eignet Es wird vorgeschlagen, einem Modulator entsprechend Figur 1, der ein Signal s(t) entsprechend Gleichung (1) erzeugt, einen Rechner vorzuschalten, der aus der Nachrichtenfunktion (t) eine Hüllkurve h(t) so erzeugt, daß sie die oben genannten Bedingungen a) und b) erfüllt.
Der dem Modulator vorzuschaltende Rechner ist rein digital, also amplituden- und zeitdiskret, aufgebaut; Methoden der AD-Wandlung werden als bekannt vorausgesetzt, sie sind in Zeichnungen weggelassen. Die Amplitudenquantisierung beträgt vorzugsweise 12 - 16 bit.
Der Rechner zur Erzeugung von h(t) kann auf zwei verschiedene Arten aufgebaut werden. Nach Fig. 2 durchläuft das Nachrichtensignal zunächst einen Iterationsrechner, der eine Funktionenfolge nach der Vorschrift x (t) beliebig berechnet, die nach einer endlichen Anzahl - vorzugsweise 6 - 15 Iterationen - abgebrochen wird. Der Iterationsfaktor α kann im Bereich oe X< 1 liegen, schnellste Konvergenz wird jedoch im Bereich 0,4 < α < 0,8 erreicht.
Der ideale Tiefpaßoperator der Grenzfrequenz kG> wird 8 durch ein reales digitales Filter, vorzugsweise ein phasenlinearesrTransversalfilter, angenähert. x (t) kann eine beliebige , auf % bandbegrenzte Funktion sein, d.h.
auch die Wahl von xO=o ist möglich. Der Faktor k ist im Bereich 1#k#2 variabel; das Signal xm(t), m gegen unendlich, ist auf k Ma bandbegrenzt, dadurch kann die Band breite des modulierten Signals s(t) von einfacher bis zu doppelter Nachrichten bandbreite variiert werden. Aus dem Ausgangssignal x (t) ( m ist die Anzahl der Iterationen ) wird nach Addition einer 1 die Quadratwurzel gezogen, das so entstandene Signal h(t) wird dem Exponentialmodulator entsprechend Fig. 1 zugeführt.
Die zweite Möglichkeit zur Erzeugung von h(t) ist in Fig.3 dargestellt. Das Nachrichtensignal durchläuft zunächst einen Iterationsrechner, der eine Funktionenfolge nach der Vorschrift berechnet, die nach einer endlichen Anzahl - vorzugsweise 6 - 15 Iterationen - abgebrochen wird. Der Iterationsfaktor P kann im Bereich oC ß 4 1 liegen, schnellste Koxlvergenz wird jedoch im Bereich 0,4<4< o,8 erreicht.
Der ideale Hochpaßoperator der Grenzfrequenz k Ça wird durch ein reales digitales Filter, vorzugsweise ein phasenlineares Transversalfilter, angenähert. Der Faktor k ist im Bereich 1 $ k # 2 variabel, das Signal (l+ym(t))2, rn gegen unendlich, ist auf kwg bandbegrenzt, dadurch kann die Bandbreite des modulierten Signals s(t) im Bereich von einfacher bis doppelter Nachrichtenbandbreite variiert werden. Aus dem Ausgangssignal ym(t) ( m ist die Anzahl der Iterationen) wird durch Addition einer 1 das Signal h(t) gebildet und dem Exponentialmodulator entsprechend Fig.1 zugeführt.
4 Patentansprüche Literaturnachweis /1/ Powers, H.K.: The compatibility problem in singlesideband transmission; Proc. of the IRE, Aug. 1960, S. 1431-1435 /2/ von Urff,C.A.; Zonis,F.I.: The square làw singlesideband system, IRE Trans. on Communication Systems vol. CS-1o, Sept. 1962, S.257-267 /3/ Leuthold, P.E.: Kompatible Einseitenbandmodulation, Schweizerisch Technische Zei1schrift, Nr.3/4, Jan.
1978, S.59-63, Nr. 5/6, Febr. 1978, S.126-130 /4/ Klaas, L.: Über eine Möglichkeit der kompatiblen Einseitenbandmodulation für den Lang-, Mittel-und Kurzwellenrundfunk. Dissertation, TU Berlin, 1982 /5/ Logan, B.F.; Schroeder, M R.: A solution to the problem of compatible single - sideband transmission, IRE Trans. on Information Theory, vol.
IT-8, 1962, S. 252- 259 /6/ Landau, H. J.; Miranker, W.L.: The recovery of distorted bandlimited signals; Journal of Mathematical Analysis and Appiication, 2, 1961, S.97-104 Ein Literaturverzeichnis aller relevanten Arbeiten zum Thema der kompatiblen Einseitenbandmodulation findet man in /4/.
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Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur kompatiblen Einseitenbandmodulation, dadurch gekennzeichnet, dald einem Exponentialmodulator nach Figur 1 ein digitaler Rechner entsprechend Figur 2 vorgeschaltet wird, der aus den zeit- und amplitudendiskreten Abtastwerten der auf S9 bandbegrenzten NachrichtenfunktiBn g(t,) eine Hüllkurve h(t) nach der Vorschrift errechnet, wobei Xrn (t) nach der Vorschrift x (t) = o ( oder beliebigbandbegrenzt auf 9 ) aus der Nachrichtenfunktion iteriert wird. Die Anzahl m der Iterationen, nach denen die Berechnung der Funktionenfolge xn(t) abgebrochen wird, liegt vorzugsweise im bereich 6 - Ib. Der ideaie Tiefpaßoperator TPkwg der Grenzfrequenz k wg mit 1 # k # 2 wird durch ein reales digitales Filter, vorzugsweise durch ein phasenz-ineares Transversalfilter, angenähert. Der Iterationsfaktor α ist im Bereich o< α < 1 frei wählbar, schnellste Konvergenz wird durch die Wahl von X zwischen 0,4 und o,8 erreicht. Die Amplitudenquantisierung liegt vorzugsweise zwischen 12 und 16 bit.
2. Einrichtung zur kompatiblen Einseitenbandmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß einem Exponentialmodulator nach Figur 1 ein digitaler Rechner entsprechend Figur 3 vorgeschaltet wird, der aus den zeit- und amplitudendiskreten Abtastwerten der auf % bandbegrenzten Nachrichtenfunktion (t) eine Hüllkurve h(t) nach der Vorschrift h(t) = l+ym(t) errechnet, wobei Ym(t) nach der Vorschrift yO(t) = g(t) aus der Nachrichtenfunktion iteriert wird. Die Anzahl der lterationen,.nach denen die Berechnung der Funktionenfolge yn(t) abgebrochen wird, liegt vorzugsweise im Bereich 6 - 15. Der ideale Hochpaßoperator HPkwg Grenzfrequenz k wg mit 1 # k # 2 wird durch ein reales digitales Filter, vorzugsweise ein phasenlineares Transversalfilter, angenähert. Der Iterationsfaktor ß ist im Bereich o < ß < 1 frei wählbar, schnellste Konvergenz wird durch die Wahl von ß zwischen o,4 und 0,8 erreicht. Die Amplitudenquantisierung liegt vorzugsweise zwischen 12 und 16 bit.
3. Einrichtung zur kolnpatiblen Einseitenbandmodulation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Exponentialmodulator vorgeschaltete Rechner nicht amplituden- und zeitdiskret, sondern amplitudenkontinuierlich und zeitdiskret mit Hilfe von Ladungsschiebeschaltungen aufgebaut wird.
4. Einrichtung zur kompatibler Einseitenbandmodulation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Exponentialmodulator vorgeschaltete Rechner nicht amplituden- und zeitdiskret, sondern amplituden-und zeitkontinuierlich ( analog ) aufgebaut wird.