DE4032568A1 - Ueberwachungsempfaenger und verfahren zum ueberwachen eines frequenzbandes - Google Patents
Ueberwachungsempfaenger und verfahren zum ueberwachen eines frequenzbandesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Überwachungsempfänger und
ein Verfahren zum Überwachen eines Frequenzbandes.
Herkömmliche Überwachungsempfänger arbeiten nach dem
Mehrfachüberlagerungsprinzip mit A/D-Wandlung auf einer
ZF-Ebene. Dabei müssen in jeder Frequenzebene
Spiegelfrequenzen durch aufwendige Selektionsmittel
unterdrückt werden. Erwünscht wäre nach dem
grundsätzlich spiegelfrequenzfreien ZFO-Prinzip zu
arbeiten, bei dem ein Hochfrequenzband durch zwei
Mischer mit einem Oszillator direkt in ein Basisband
umgesetzt wird. Die Kanalselektion erfolgt auf der
niederfrequenten Seite mittels zweier Tiefpässe. Mit
Hilfe der beiden Mischer werden die
Quadraturkomponenten des Signales gebildet. Die nach
diesem Prinzip arbeitenden Überwachungsempfänger haben
den Nachteil, daß schon kleine Amplitudenunterschiede
in den beiden Zweigen zu Fehlern führen, die die
Existenz von Spiegelfrequenzen vortäuschen, wodurch der
Dynamikbereich auf maximal 35 dB begrenzt ist.
Überlagerungsempfänger nach dem ZFO-Prinzip sind daher
für eine Spektralüberwachung ungeeignet.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen
Überwachungsempfänger und ein Verfahren zur Überwachung
von Frequenzbändern anzugeben, was den hohen
Materialaufwand der Mehrfachüberlagerung vermeidet und
einen ausreichenden Dynamikbereich ermöglicht. Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Überwachungsempfänger
mit der Merkmalskombination des ersten
Vorrichtungsanspruches und durch ein Verfahren mit der
Merkmalskombination des ersten Verfahrensanspruches.
Der erfindungsgemäße Überwachungsempfänger und das
erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, trotz
extrem geringen Selektionsaufwandes eine
Spektralüberwachung zu ermöglichen, die jede
Spektrallinie eindeutig zuordnet. Die Unteransprüche 2
bis 4 betreffen die digitale Signalverarbeitung im
Basisband.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen herkömmlichen ZFO-Empfänger,
Fig. 2a einen Empfänger gemäß der Erfindung,
Fig. 2b bis 2d Messung mit Empfänger gemäß Fig. 2a,
bis 2d,
Fig. 3 eine aus zwei Empfängern bestehende
Überwachungseinrichtung.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines üblichen
Überwachungsempfängers dargestellt. Einem mit 1
bezeichneten Leistungsteiler wird ein hochfrequentes
Eingangssignal zugeführt. Vom Leistungsteiler gelangt
das hochfrequente Eingangssignal auf einen mit 2 und
einen mit 3 bezeichneten Mischer. In den Mischern 2 und
3 wird das hochfrequente Eingangssignal mit einem aus
einem lokalen Oszillator 8 stammenden hochfrequenten
Signal gemischt. Das aus dem lokalen Oszillator 8
stammende Signal wird vor seiner Zuführung zu den
Mischern 2 und 3 in einem 90°-Leistungsteiler 9
aufgeteilt. Der Ausgang des Mischers 2 ist mit einem
Tiefpaß 4 verbunden, der Ausgang des Mischers 3 mit
einem Tiefpaß 5. Die Tiefpässe 4 und 5 dienen der
Bandbegrenzung der Mischerausgangssignale, sie sind
sogenannte Anti-Aliasing-Tiefpässe. An den Tiefpaß 4
schließt sich ein Analog/Digitalwandler 6, an den
Tiefpaß 5 ein Analog/Digitalwandler 7 an. Die
Analog/Digitalwandler 6 und 7 wandeln die zeit- und
wertkontinuierlichen Ausgangssignale der Tiefpässe 4
und 5 in zeit- und wertdiskrete Signale um. An den
Ausgängen der A/D-Wandler 6 und 7 stehen dann digitale
Signale zur Verfügung, die in einem mit 10 bezeichneten
Prozessorsystem weiter verarbeitet werden. So sind
beispielsweise im Prozessorsystem 10 mit 11 bezeichnete
Mittel vorhanden, die die Ausgangssignale der
A/D-Wandler 6 und 7 einer komplexen schnellen
Fourier-Transformation unterwerfen. In einem mit 12
bezeichneten Teilbereich des Prozessorsystemes 10
liegen dann die Frequenzspektren der Ausgangssignale
der A/D-Wandler vor und können dort z. B. abgespeichert
werden.
Am Eingang des Prozessorsystemes 10 liegen die
sogenannten Quadraturkomponenten des Eingangssignales
vor. Empfänger, die nach einem solchen System arbeiten,
die also komplexe Signalverarbeitung betreiben, sind
spiegelfrequenzsicher. Zusätzliche Maßnahmen zur
eindeutigen Zuordnung von Spektrallinien sind nicht
erforderlich. Es muß jedoch, aufgrund der zwei Mischer,
ein hoher Materialaufwand getrieben werden. Schon
kleinste Unterschiede in der Übertragungsfunktion der
Kanäle 1, 4 und 6 oder 3, 5 und 7 führen zu Fehlern im
Spektrum.
Fig. 2a zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Empfängers. Für die Fig. 2a und für das folgende gilt,
daß gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
Das hochfrequente Eingangssignal wird dem Mischer 2
zugeführt, indem es mit dem Signal des lokalen
Oszillators 8 gemischt wird. Leistungsteiler und
weitere Mischer sind nicht vorhanden. An den Mischer 2
schließt sich der bereits bekannte
Anti-Aliasing-Tiefpaß 4 an. Dem Ausgangssignal des
Tiefpasses 4 ist nicht anzusehen, ob es aus dem
hochfrequenzseitigen Ober- oder Unterband stammt.
Dieses zunächst noch zweideutige Ausgangssignal wird im
Analog/Digital-Wandler 6 digitalisiert. Ein mit 13
bezeichnetes Prozessorsystem, das sich vom
Prozessorsystem 10 durch einen mit 15 bezeichneten
Korrelator unterscheidet, stellt jedoch die eindeutige
Zuordnung der Spektrallinien wieder her. Dabei wird wie
folgt vorgegangen:
Bei einer ersten Oszillatorfrequenz wird ein erstes
Frequenzspektrum aufgenommen. Anschließend wird die
Oszillatorfrequenz verändert und bei einer zweiten
Oszillatorfrequenz ein zweites Frequenzspektrum
aufgenommen. Der Versatz der Oszillatorfrequenz ist so
gewählt, daß das Oberband der ersten Datenaufnahme mit
dem Unterband der zweiten Datenaufnahme den gleichen
Frequenzbereich abdeckt. Beide Datenaufnahmen werden
abgespeichert und anschließend im Korrelator 15
miteinander korreliert. Bei der Korrelation bleiben nur
Linien aus dem Überlappungsbereich übrig. Alle
gespiegelten Spektrallinien fallen weg. Damit sind die
Spektrallinien eindeutigen Frequenzen zugeordnet.
Anhand der Fig. 2b bis 2d wird der Vorgang der
eindeutigen Zuordnung verdeutlicht. Fig. 2b zeigt ein
Spektrum, das bei einer Oszillatorfrequenz von 35 MHz
aufgenommen und in einem 10 MHz-A/D-Wandler
digitalisiert wurde. Fig. 2c zeigt eine Aufnahme, die
mit einer Oszillatorfrequenz von 40 MHz aufgenommen
wurde. Man erkennt, daß im Spektrum nach Fig. 2b
wesentlich mehr Linien als im Spektrum nach Fig. 2c
enthalten sind. Die Korrelation beider Spektren
miteinander liefert die tatsächlich in diesem
Frequenzbereich liegenden Spektrallinien (Fig. 2d).
Der Versatz der Oszillatorfrequenz zur Aufnahme zweier
Datensätze richtet sich nach der Nutzbandbreite des
Empfängers, ist aber auf jeden Fall kleiner als die
halbe Abtastfrequenz (Nyquistkriterium). Abhängig von
der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Prozessorsystemes
13 kann die digitale Signalverarbeitung in Echtzeit
erfolgen, andernfalls Off-Line.
Der Überwachungsempfänger nach Fig. 2a ist in der dort
dargestellten Form nicht in der Lage, Signale mit
Modulation zu detektieren. Die Ursache dafür liegt im
zeitlichen Nacheinander der beiden Datenaufnahmen. Um
Signale mit Modulation detektieren zu können, ist ein
Überwachungsempfänger nach Fig. 3 erforderlich. Der
Überwachungsempfänger nach Fig. 3 besteht aus zwei
Empfängern nach Fig. 2a. Das hochfrequente
Eingangssignal wird in dem bereits bekannten
0°-Leistungsteiler 1 auf die beiden Mischer 2 und 3
aufgeteilt. Im Mischer 2 wird das Signal mit dem
Ausgangssignal eines Oszillators 16, im Mischer 3 mit
dem Ausgangssignal eines Oszillators 17 gemischt. Die
Oszillatorfrequenzen der Oszillatoren 16 und 17 sind,
wie bereits anhand der Fig. 2a beschrieben, so
gegeneinander versetzt, daß sich eine Überlappung des
Oberbandes mit dem Unterband ergibt. Die
Ausgangssignale der beiden Mischer 2 und 3 werden über
die bereits bekannten Anti-Aliasing-Tiefpässe 4 und 5
und die bereits bekannten Analog/Digital-Wandler 6 und
7 tiefpaßgefiltert, digitalisiert dem Prozessorsystem
13 zugeführt. Dort werden sie mit Mitteln 14a oder 14b
einer schnellen Fourier-Transformation unterworfen und
in Speichereinrichtungen 12a oder 12b abgespeichert.
Die auf diese Weise gewonnenen Spektren sind nicht mehr
zeitlich gegeneinander versetzt. Im Korrelator 15
werden sie miteinander korreliert, so daß am Ausgang
des Korrelators eine eindeutige Zuordnung der
Spektrallinien möglich ist.
Die Nutz-Bandbreite des Überwachungsempfängers ist vom
Mischer und vom lokalen Oszillator (Synthesizer)
abhängig. Eine Vorselektion des Eingangssignales ist
notwendig, um Nebenempfangsstellen durch Aliasing in
der Hochfrequenz-Ebene zu unterdrücken. Die
Teil-Bandbreite des überwachten Teilbereiches hängt von
der Abtastrate des A/D-Wandlers und der Steilheit der
Filter ab. Die Fensterbreite ist abhängig von der
Abtastrate und der FFT-Länge. Bei einer Abtastrate von
10 MHz und einer Speichertiefe (FFT-Länge) von 1024
ergibt sich eine Fensterbreite von 20 kHz.
Claims (8)
1. Überwachungsempfänger mit einem durchstimmbaren
Oszillator und einem Mischer zum Umsetzen
hochfrequenter Teilbänder in ein Basisband und mit
Mitteln zur Erzeugung von Frequenzspektren von Signalen
aus dem Basisband,
gekennzeichnet durch einen
Korrelator, der Frequenzspektren, die zu
unterschiedlichen, sich überlappenden hochfrequenten
Teilbändern gehören, korreliert.
2. Überwachungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Signale im Basisband
digitalisiert sind.
3. Überwachungsempfänger nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor als Mittel
zur Erzeugung der Frequenzspektren.
4. Überwachungsempfänger nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch die Verwendung der schnellen
Fourier-Transformation.
5. Verfahren zum Überwachen eines Frequenzbandes, bei
dem hochfrequente Teilbänder in ein Basisband
transformiert und einer Fourier-Transformation zur
Erzeugung von Frequenzspektren unterworfen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
Frequenzspektren von sich überlappenden hochfrequenten
Teilbändern miteinander korreliert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die
Verwendung der schnellen Fourier-Transformation (FFT).
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
seine Verwendung in Echtzeit.
8. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
eine Off-Line-Signalverarbeitung.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ALCATEL SEL AKTIENGESELLSCHAFT, 7000 STUTTGART, DE |
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