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Die
Erfindung betrifft die Detektion von Verzerrungen bei AM-Signalen,
und bezieht sich insbesondere auf die Detektion von Störern, d.h.
einzelnen Sinustönen,
die durch andere technische Einrichtungen oder durch Verzerrungsträger von
anderen Sendern verursacht werden, oder anderen Schmalbandverzerrungen.
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Im
Allgemeinen werden im AM-Rundfunk Signale häufig durch Störer gestört, welche
durch andere technische Einrichtungen verursacht werden können, die
sich mehr oder weniger nahe an dem Empfänger befinden; beispielsweise
kann ein Monitor, welcher sich in bestimmten Frequenzbereichen wie
ein Sender verhalten könnte
und sich nahe an dem Empfänger
befindet, zu schweren Störungen führen.
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Ferner
offenbart die Druckschrift
US
5 353 260 A ein Verfahren zum Erfassen von Verzerrungen in
einem AM-Signal, umfassend den Schritt des Analysierens der Energien
von Unterbändern
des AM-Signals.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unkompliziertes und verlässliches
Verfahren und eine Einrichtung zum Erfassen solcher Störungen, um
in der Lage zu sein, diese zu unterdrücken, sowie eine geeignete
Einrichtung zum Erfassen solcher Störungen zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch das in dem unabhängigen Patentanspruch 1 definierte
Verfahren gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
desselben sind jeweils in den nachfolgenden Patentansprüchen 2 bis
8 definiert. Eine Einrichtung zum Erfassen solcher Störungen ist
in den unabhängigen
Patentansprüchen
9 und 10 definiert. Bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben sind
in den nachfolgenden abhängigen
Patentansprüchen
11 und 12 definiert.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden Unterbänder
zumindest eines Seitenbands des Doppelseitenband-AM-Signals analysiert,
um die vorstehend beschriebenen Verzerrungen zu erfassen. Daher
stellt die Erfindung ein verlässliches
Detektionsverfahren bereit, da nicht das gesamte AM-Signal oder
ein jeweiliges Seitenband desselben verarbeitet werden, um solche
Verzerrungen zu erfassen, sondern nur Unterbänder desselben.
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Daher
wird, da die Quadraturkomponente, welche mathematisch gleich der
Differenz beider Seitenbandsignale ist, für die Erzeugung des unteren und
des oberen Seitenbands notwendig ist, bevorzugt diese Quadraturkomponente
für die
Analyse verwendet. Ferner könnte
auch eine höhere
Potenz dieser Quadraturkomponente verwendet werden, jedoch ist auch
hierfür
die Erzeugung der Quadraturkomponente notwendig.
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In
Abhängigkeit
von der gewollten Genauigkeit kann jedes der analysierten Unterbänder einen mehr
oder weniger breiten Frequenzbereich abdecken. Es ist ebenfalls
möglich,
dass die Unterbänder nicht
alle denselben Frequenzbereich abdecken, sondern dass ein jeweiliger
Frequenzbereich für
ein jeweiliges Unterband in Übereinstimmung
mit einer psychoakustischen Regel dahingehend bestimmt wird, dass
Frequenzbereiche mit einer höheren
Empfindlichkeit bezüglich
des menschlichen Ohrs in mehr Unterbänder aufgeteilt werden als
Frequenzbereiche mit einer geringeren Empfindlichkeit bezüglich des menschlichen
Ohrs.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden zwei Alternativen zum Analysieren der Energien von
Unterbändern
des oberen und/oder unteren Seitenbandsignals vorgeschlagen, um
zu ermitteln, ob ein jeweiliges Unterband des jeweiligen Seitenbandsignals
gestört
ist oder nicht.
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In Übereinstimmung
mit dem ersten vorgeschlagenen bevorzugten Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche 1 und
9 werden die Energien jeweiliger Unterbänder beider Seitenbandsignale
und eines jeweiligen Differenzsignals derselben ermittelt, und falls
das jeweilige Differenzsignal einen Pegel oberhalb einer vorbestimmten
Schwelle hat, wird das jeweilige Unterbandsignal mit der höheren Energie der
jeweiligen Unterbandsignale beider Seitenbänder als gestörtes Unterbandsignal
ermittelt. Die Schwelle könnte
zum Beispiel dahin gehend Bezug zu der mittleren Energie aller Unterbänder haben,
dass sie dazu proportional ist.
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Natürlich kann
die vorbestimmte Schwelle unterschiedliche Werte in Übereinstimmung
mit psychoakustischen Beobachtungen haben, so dass nur Verzerrungen
erfasst werden, welche von dem menschlichen Ohr gehört werden
können,
d.h. welche einem menschlichen Hörer
auf die Nerven gehen.
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Alternativ
werden alle Frequenzen mit einem Pegel der Quadraturkomponente des
kohärenten, komplexen
amplitudenmodulierten Signals, welcher oberhalb einer vorbestimmten
Schwelle liegt, als gestörte
Frequenzen ermittelt, und wird das jeweilige entsprechende Unterband
beider Seitenbandsignale bei einer dieser gestörten Frequenzen mit der höheren Energie
als das gestörte
Unterband ermittelt.
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Diese
zweite bevorzugte Alternative, entsprechend dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs
10, hat den Vorteil, dass nur ein Signal vollständig in Unterbänder aufgeteilt
werden muss, und dass nur die Unterbänder der Einzelseitenbandsignale
für gestörte Unterbänder erzeugt
werden müssen.
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Natürlich kann,
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung,
auch in diesem Fall die vorbestimmte Schwelle für jedes Unterband in Übereinstimmung
mit psychoakustischen Beobachtungen ermittelt werden.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird die Unterbandanalyse bevorzugt unter Verwendung einer
Filterbank, eines Bandpassfilters mit variabler Mittenfrequenz,
welche über
den gesamten Frequenzbereich abgestimmt werden kann, komplexen Frequenzverschiebungen
und Tiefpassfiltern, und/oder einer schnellen bzw. Fast-Fourier-Transformation durchgeführt.
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Weiter
bevorzugt werden zumindest Gruppen von Unterbändern parallel verarbeitet.
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Zudem
weiter bevorzugt werden alle Energiewerte von Unterbändern, die
während
der jeweiligen Unterbandanalyse erhalten wurden, tiefpassgefiltert,
um schnelle Umschalteffekte in den weiteren Störerfiltern zu vermeiden.
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Die
Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele werden
anhand einer detaillierten Beschreibung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels
derselben, beschrieben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
besser verständlich.
Es zeigen:
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1 ein
ungestörtes
Doppelseitenband-AM-Signal;
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2 ein
Doppelseitenband-AM-Signal, welches durch zwei Störer gestört wird;
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3 die
Analyse der Energien eines Doppelseitenband-AM-Signals für ein Unterband
gemäß der Erfindung;
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4 ein
Blockdiagramm der Unterbandanalyse gemäß der Erfindung;
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5 ein
stärker
detailliertes Blockdiagramm der Unterbandanalyse gemäß der Erfindung; und
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6 bis 8 Signale
in verschiedenen Signalverarbeitungsstufen der in 5 gezeigten
Unterbandanalyse.
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1 zeigt
ein ungestörtes
Doppelseitenband-AM-Signal, welches aus zwei dieselbe Information
enthaltenden Seitenbänden,
d.h. dem unteren Seitenband LSB und dem oberen Seitenband USB, besteht.
Der Absolutwert des Spektrums |S(jω| des unteren Seitenbands LSB
und des oberen Seitenbands USB ist symmetrisch, d.h. der Wert des
Spektrums einer negativen Frequenz –jω des unteren Seitenbands LSB,
welches die negativen Frequenzen abdeckt, ist gleich dem Wert des
Spektrums derselben positiven Frequenz +jω des oberen Seitenbands, welches
die positiven Frequenzen abdeckt.
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Störer, welche
aus einzelnen Sinustönen
resultieren, die durch andere technische Einrichtungen oder durch
Verzerrungsträger
von anderen Sendern verursacht werden, erscheinen üblicherweise
in nur einem Seitenband. 2 zeigt ein komplexes Basisbandsignal
mit einem Störer
IL in dem unteren Seitenband LSB und einem Störer IU in dem oberen Seitenband
USB. Beide Störer
erscheinen als ein Spitzenwert in dem Spektrum des komplexen Basisbandsignals,
da sie jeweils einen einzelnen Sinuston repräsentieren. Der Grad der Interferenz
hängt von
der Amplitude des jeweiligen Spitzenwerts, d.h. von dem Absolutwert
des Spektrums |S(jω|
bei der jeweiligen Frequenz jω des
Störers,
ab. In dem gezeigten Beispiel hat der Störer IL innerhalb des unteren
Seitenbands LSB eine kleinere Amplitude als der Störer IU in
dem oberen Seitenband USB.
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Die
Erfindung zieht Vorteile aus der Tatsache, dass die beiden Seitenbänder bei
AM-Rundfunk dieselbe
Information enthalten, d.h. eine Redundanz gegeben ist. Daher ist
es möglich,
die betreffenden Teile der beiden Seitenbänder des kohärenten Signals
zu vergleichen, um Verzerrungen zu erfassen. Wie in 3 gezeigt
ist, werden die beiden einzelnen Seitenbandsignals für einen
solchen Vergleich in Unterbänder
gefiltert.
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3 zeigt,
wie die Analyse von Energien des kohärenten Doppelseitenband-AM-Signals
für ein
Paar von entsprechenden Unterbändern
SnUSB, SnLSB beider
Seitenbänder
USB, LSB (n = 1, ... ns, d.h. Anzahl von Unterbändern innerhalb eines Seitenbands)
durchgeführt
wird. 3 zeigt die Absolutwerte |H(jω| des Audio-Spektrums des unteren
Seitenbands ASLSB und des Audio-Spektrums des oberen Seitenbands
ASUSB über
der Frequenz jω.
In dem gezeigten Beispiel zeigt das Audio-Spektrum des unteren Seitenbands
ASLSB keine Verzerrungen, und zeigt das Audio-Spektrum des oberen
Seitenbands ASUSB einen Störer
IU. Ferner sind der Frequenzbereich des Unterbands SnUSB
des oberen Seitenbands USB und der entsprechende Frequenzbereich
des Unterbands SnLSB des unteren Seitenbands
LSB gezeigt. Beide Unterbänder
SnUSB, SnLSB haben
denselben Absolutwert ihrer Mittenfrequenz, d.h. das Unterband SnLSB des unteren Seitenbands LSB hat die
Mittenfrequenz –jωn, und das Unterband SnUSB
des oberen Seitenbands USB hat die Mittenfrequenz +jωn. Ferner haben alle Paare solcher entsprechender
Unterbänder
mit demselben Index n dieselbe Breite, d.h. decken denselben Frequenzbereich
ab.
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Um
die Unterbandanalyse in Übereinstimmung
mit der Erfindung durchzuführen,
wird ein Bandpassfilter mit entsprechender Breite des Durchlassbereichs
und Mittenfrequenz verwendet, um die Energie eines jeweiligen Unterbands
SnUSB, SnLSB zu
ermitteln. Für
jedes jeweilige Paar von Unterbändern
SnUSB, SnLSB werden
die Energien der Unterbandsignale selbst und des Differenzsignals
derselben ermittelt. Für
jedes Paar von Unterbändern
mit einem Pegel des Differenzsignals oberhalb einer vorbestimmten
Schwelle wird vermutet, dass es ein gestörtes Unterband umfasst. Um
zu entscheiden, welches Unterband das gestörte ist, werden die Energien
der ermittelten Unterbänder
beider Einzelseitenbandsignale verglichen, und angenommen, dass dasjenige
mit mehr Energie das gestörte
ist.
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Ein
Blockdiagramm, das eine solche Unterbandanalyse zeigt, ist in 4 gezeigt.
Das empfangene AM-Signal, d.h. das komplexe Basisbandsignal wird
kohärent
demoduliert, um das obere Seitenbandsignal USB und das untere Seitenbandsignal LSB
zu erhalten. Beide Seitenbandsignale USB, LSB werden einem Unterband-Analysator 1 zugeführt, welcher
die Bandpassfilterung oder einen anderen Betriebsablauf durchführt, um
ein jeweiliges Signal proportional zu der Energie aller jeweiliger
Unterbänder
für jedes
Seitenband USB, LSB zu ermitteln. Jedes Paar der 2ns-Ausgangssignale
SnUSB, SnLSB, n =
1 ... ns, des Unterband-Analysators 1, welches die Energien
entsprechender Unterbänder
beider Seitenbänder
umfasst, d.h. welche denselben Index n haben, wird einem jeweiligen
Subtrahierer 2n zugeführt, welcher
das Differenzsignal derselben an eine jeweilige erste Energiebestimmungseinrichtung
bzw. einen Energiedeterminator 3n ausgibt,
welcher die Energie des Differenzsignals berechnet und sie an einen
jeweiligen ersten Komparator 6n ausgibt,
welcher sie gegen eine vorbestimmte Schwelle vergleicht. Diese vorbestimmte
Schwelle kann von der Nummer n des Unterbands abhängig sein,
d.h. kann psychoakustische Betrachtungen berücksichtigen. Jeder jeweilige
Komparator 6n gibt einen Wert aus,
der anzeigt, ob ein Unterband SnUSB, SnLSB des jeweiligen Paars gestört ist oder
nicht. Alternativ könnten
alle Ausgangssignale aller ersten Energiedeterminatoren 3n einem ersten Komparator 6 zugeführt werden,
welcher eine vorbestimmte Anzahl von gestörten Unterbändern in Übereinstimmung mit ihrem relativen
Pegel ermittelt; d.h., es wird eine vorbestimmte Anzahl von Unterbändern mit
den höchsten
Pegeln als gestört
ermittelt. Diese Alternative kann auch eine Schwelle in Betracht
ziehen, beispielsweise, um die Anzahl von als gestört ermittelten
Unterbändern
zu verringern.
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Um
zu ermitteln, welches Seitenband USB, LSB das gestörte Unterband
SnUSB, SnLSB umfasst, wird jedes jeweilige Unterband SnUSB
des Audio-Spektrums des oberen Seitenbands USB ferner einem jeweiligen
zweiten Energiedeterminator 4n zugeführt, welcher
die Energie des Eingangssignals an einen jeweiligen zweiten Komparator 7n ausgibt, und wird jedes jeweilige
entsprechende Unterband SnLSB des Audio-Spektrums
des unteren Seitenbands LSB einem jeweiligen dritten Energiedeterminator 5n zugeführt, welcher die Energie des
Eingangssignals ebenfalls an den jeweiligen zweiten Komparator 7n ausgibt. In Abhängigkeit davon, welches beider
Eingangssignale den höheren
Wert hat, gibt der jeweilige zweite Komparator 7n an,
welches jeweilige Paar von Unterbändern SnUSB,
SnLSB das gestörte Unterband ist, d.h. ob
die jeweilige Verzerrung innerhalb des oberen Seitenbands USB oder
innerhalb des unteren Seitenbands LSB liegt.
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Daher
ist es auf der Grundlage der von den jeweiligen ersten und zweiten
Komparatoren 6n und 7n ausgegebenen Informationen möglich, zu
ermitteln, welches der beiden Unterbänder SnUSB,
SnLSB gestört ist. Ferner können bei
der Beobachtung aller Ausgangssignale der ersten und zweiten Komparatoren 6n , 7n (n
= 1 ... Anzahl von Unterbändern
in einem Seitenband) alle gestörten
Unterbänder
mit ihrer Lage in dem oberen oder unteren Seitenband ermittelt werden.
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Wie
vorstehend erwähnt
wurde, ist es anstelle des Aufteilens beider Einzelseitenbandsignale
in Unterbänder
und Analysieren ihres Differenzsignals in jedem Unterband alternativ
ebenfalls möglich,
die Quadraturkomponente des kohärenten
komplexen Doppelseitenbandsignals zu analysieren. In gestörten Unterbändern gibt
es ebenfalls ein Maximum von Energie in dieser Signalkomponente.
Dies bedeutet, dass nur ein Signal vollständig in Unterbandsignale aufgeteilt
werden muss. Die Information darüber, welches
Seitenband die jeweilige Verzerrung umfasst, muss separat ermittelt
werden. Daher müssen nur
für die
gestörten
Seitenbänder
die Einzelseitenbandsignale erzeugt und in Unterbänder aufgeteilt werden,
und wird angenommen, dass das gestörte Eine das Eine mit mehr
Energie in seinem Unterband ist.
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Wie
vorstehend erwähnt
wurde, werden für die
Realisierung der Unterbandanalyse in Übereinstimmung mit der Erfindung
verschiedene Wege vorgeschlagen. Der Unterbandanalysator könnte eine Filterbank,
ein Bandpassfilter mit variabler Mittenfrequenz, welche über den
gesamten Frequenzbereich abgestimmt werden kann, komplexe Frequenzschieber
und Tiefpassfilter, und/oder einen Fast-Fourier-Transformator beinhalten.
Der Frequenzbereich der jeweiligen Filter wird in Abhängigkeit
von der gewollten Genauigkeit bestimmt.
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Um
die Maxima nach jedem Analyseblock aufzufinden, könnten die
Energien aller Unterbänder in
einer Tabelle gespeichert werden. Bevorzugt werden alle Werte tiefpassgefiltert,
um schnelle Umschalteffekte in den weiteren Verzerrungsfiltern zu vermeiden.
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Ein
detaillierteres Blockdiagramm, das eine Unterbandanalyse in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigt, welche unter Verwendung komplexer Frequenzverschiebungen
und von Tiefpassfiltern durchgeführt
wird, ist in 5 gezeigt. Um 5 zu erläutern, sind
in den 6 bis 8 verschiedene Signalverarbeitungsstufen
und Signale innerhalb dieser Stufen gezeigt.
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In
diesem Fall wird jedes von beiden Seitenbandsignalen USB, LSB in
M Blöcke
von K Unterbändern
(K ist eine geradzahlige Ganzzahl) mit Bandbreiten Δω aufgeteilt,
welche Blöcke
in den Niederfrequenzbereich verschoben werden. Für das obere Seitenband
wird diese Aufteilung und Verschiebung mittels einem ersten Multiplizierer 10 durchgeführt, welcher
das obere Seitenbandsignal USB mit e–j·(m+0,5)·(K·Δω)·t multipliziert,
und für
das untere Seitenbandsignal LSB wird diese Aufteilung und Verschiebung
mittels einem zweiten Multiplizierer 15 durchgeführt, der
das untere Seitenbandsignal LSB mit ej·(m+0,5)·(K·Δω)·t multipliziert,
wobei m = 0, 1, ... M – 1. 6 zeigt
die Verschiebung und die Aufteilung für das obere Seitenbandsignal
USB, d.h. 6 zeigt das obere Seitenbandsignal
USB mit drei Blöcken von
K Unterbändern,
wobei der mittlere Block von K Unterbändern in den Niederfrequenzbereich
verschoben werden wird.
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Danach
wird, um Rechenleistung zu sparen und in der Lage zu sein, bessere
Tiefpassfilter zu erhalten (S härter,
welches zu nahezu keiner Überlappung
von Unterbändern
führt),
die Abtastrate der resultierenden komplexen Signale verringert.
Für das obere
Seitenbandsignal USB wird dies mittels einer ersten Abtastraten-Verringerungseinheit 11 durchgeführt, welche
die Abtastrate um einen Faktor r verringert, und für das untere
Seitenbandsignal LSB wird dies mittels einer zweiten Abtastraten-Verringerungseinheit 16 durchgeführt, welche
ebenfalls die Abtastrate um einen Faktor r verringert.
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Alle
einzelnen K Unterbandsignale werden mittels jeweiligen K Multiplizierern
parallel in den Niederfrequenzbereich verschoben. Für das obere
Seitenbandsignal USB sind K dritte Multiplizierer 121 , 122 ,
..., 12K parallel angeordnet, welche
das in der Abtastrate reduzierte, frequenzverschobene obere Seitenbandsignal
USB mit einem entsprechenden Faktor multiplizieren, um das jeweilige
Unterband in den Niederfrequenzbereich zu verschieben. Daher wird
dann, wenn der Index eines dritten Multiplizierers 121 , 122 ,
..., 12K mit k = 1 ... K bezeichnet
wird, eine jeweilige Multiplikation des Eingangssignals mit ej·(0,5(K+1)–k)·(Δω)·t durchgeführt. Auf
vergleichbare Art und Weise wird das in der Abtastrate reduzierte,
frequenzverschobene untere Seitenbandsignal LSB durch jeweilige
vierte Multiplizierer 171 , 172 , ... 17K mit einem
Signal ej·(0,5(K+1)–k)·(Δω)·t,
k = 1 ... K multipliziert. Diese Berechnung und die resultierenden
Signale sind in 7 gezeigt, d.h. 7 zeigt
die Frequenzverschiebungen der verschiedenen, in dem Block enthaltenen
Unterbänder.
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Die
resultierenden komplexen Signale, die von den jeweiligen dritten
Multiplizierern 121 , 122 , ..., 12K ausgegeben
werden, werden einer jeweiligen ersten Realteil-Berechnungseinheit 131 , 132 ,
... 13K zugeführt, und die Ausgangssignale
der jeweiligen vierten Multiplizierer 171 , 172 , ... 17K werden
einer jeweiligen zweiten Realteil-Berechnungseinheit 181 , 182 ,
... 18K zugeführt.
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Schließlich werden,
bevor die Unterbandenergieanalyse durchgeführt wird, wie sie ebenfalls
in 4 gezeigt ist, alle einzelnen K Unterbänder jedes Seitenbands,
welche parallel in den Niederfrequenzbereich verschoben sind, einer
Tiefpassfilterung in jeweiligen Sätzen von Tiefpassfiltern 141 , 142 ,
... 14K für das obere Seitenbandsignal
und zweiten Tiefpassfiltern 191 , 192 , ... 19K für das untere
Seitenbandsignal unterzogen, welches in 8 gezeigt
ist, d.h. 8 zeigt die abschliessende Tiefpassfilterung
eines in den Niederfrequenzbereich (Realteil) verschobenen Unterbands.
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5 zeigt
drei Blöcke
von Subtrahierern 21 , 22 ... 2K ,
ersten Energiedeterminatoren 31 , 32 ... 3K, zweiten Energiedeterminatoren 41 , 42 ... 4K , dritten Energiedeterminatoren 51 , 52 ... 5K und zweiten Komparatoren 71 , 72 ... 7K , und einen ersten Komparator 6,
welcher das Maximum innerhalb allen ns Unterbändern ermittelt, um das am
stärksten
verzerrte Unterband in diesem Bereich zu ermitteln.