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Die
Erfindung betrifft ein Übertragungsgerät mit der
Begrenzung von Außerband-Störungen.
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Eine
digitale Modulation wird mehr und mehr für Satteliten und die terrestrische Übertragung
anwendet. Es werden verschiedene Typen einer Modulation benutzt,
jedoch bestehen alle in der Übertragung
von Symbolen, die in der Phase und in der Amplitude moduliert sind,
möglicherweise
auf mehrere Träger.
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In
der Theorie ist es möglich,
eine direkte Modulation durchzuführen,
d. h. eine direkte Modulation der Trägerfrequenz. Jedoch liegen
die digitalen Systeme im Allgemeinen in internen Einheiten, die nicht
starken Änderungen
in der Temperatur ausgesetzt sind, während die Antennen bei einer
bestimmten Entfernung außerhalb
liegen. Aus diesen Gründen
wird im Allgemeinen ein Zwischenfrequenzband mit einer Frequenz
niedriger als das Übertragungsfrequenzband
benutzt, um die Strecke zwischen der inneren Einheit und der äußeren Einheit
zu bilden, wobei die Frequenzumsetzung in der äußeren Einheit erfolgt.
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Außerdem ist
es, wenn ein Übertragungssystem
mit mehreren Kanälen
benutzt wird, notwendig, über
eine variable Kanalumsetzung zu verfügen, wenn es nicht möglich ist,
eine Frequenzvielfalt bei der Modulation zu haben. Eine Frequenzumsetzstufe mit
Anwendung eines Oszillators ermöglicht
die Frequenzvielfalt.
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Bei
einer bestimmten Modulation erweist es sich als einfacher, die Modulation
in einem digitalen Modus durchzuführen. Jedoch haben integrierte Schaltungen
Verarbeitungsgrenzen, insbesondere für die Digital/Analog-Konverter.
Zur Übertragung
eines digitalen Signals ist es bekannt, eine niederfrequente Modulation
anzuwenden, gefolgt von einer Umsetzung auf eine höhere Frequenz,
bei der das conjugierte Bild des zu übertragenden Signals leichter
eliminiert wird.
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Es
ist zum Beispiel bekannt, einen Übertragungsweg
zu wählen,
wie er in 1 dargestellt ist. Der Übertragungsweg
von 1 enthält
eine Stufe 10 für
eine Modulation, bei einer "tiefen"-Frequenz, eine zweite
Stufe 20 für
die Umsetzung des Nutz signals und zur Filterung des Bildbands des
zu übertragenden
Signals, eine dritte Stufe 30 zur Erzeugung der Frequenzvielfalt
und eine vierte Stufe 40 zur Umsetzung des Signals auf
die Übertragungsfrequenz.
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Wie
es im Stand der Technik bekannt ist, kodiert eine nicht dargestellte
Kodiereinheit die Daten und führt
die modulierenden Signale R(s) und I(s), die zum Beispiel einer
Kette von zu übertragenden
komplexen Symbolen entsprechen. Die Modulation erfolgt zum Beispiel
nach einer bekannten Lösung durch
Anwendung von zwei Mischern 11 und 12, die jede
ein modulierendes Signal R(s) und I(s) und ein Signal mit einer
bestimmten Frequenz Cos(ωt)
oder Sin(ωt)
empfangen. Eine Addierschaltung 13 addiert die von den
Mischern 11 und 12 kommenden Signale. Ein Filter 14 lässt den
Nutzteil des Signals von der Addierschaltung 13 durch. 2A zeigt
das Spektrum des Signals von der ersten Stufe 10. Die erste Stufe 10 besteht
im Allgemeinen aus der Anwendung einer Schaltung für die Mischung,
die Addierung und die digitale Filterung. Das Signal wird in ein
analoges Signal am Ausgang der ersten Stufe 10 durch die
Anwendung eines Konverters umgesetzt, der nicht dargestellt ist.
Aus Gründen
der Skalierung und der Durchführbarkeit
der integrierten Schaltung erfolgt die Modulation bei einer "niedrigen" Frequenz, d. h., dass
das modulierte Signal zum Beispiel unterhalb 50 MHz liegt. Unter
derartigen Modulationsbedingungen kann es vorkommen, dass das Nutzband
des Signals (das zum Beispiel einem Übertragungskanal entspricht)
ein weites Spektrum von zum Beispiel 30 MHz bei einer niedrigen
Frequenz zwischen zum Beispiel 20 und 50 MHz einnimmt.
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Die
zweite Stufe 20 bewirkt eine Frequenzumsetzung und Filterung
zur Verschiebung des Nutzbandes des Signals auf höhere Frequenzen. 2B zeigt
das umgesetzte Nutzband 100, das konjugierte und umgesetzte
Bild 101 des Nutzbands, eine Spektrallinie 102 bei
der Frequenz des örtlichen
Oszillators LO1 entsprechend einer Streuung von dem Mischer 21 und
die Kennlinie 103 des Filters 22 der zweiten Stufe 20.
Wenn zum Beispiel die Frequenz des örtlichen Oszillators LO1 bei
300 MHz liegt, liegt das Nutzband zentriert bei 335 MHz zwischen
320 und 350 MHz. Das Filter 22 muss das konjugierte Bild 101,
das zwischen 250 und 280 MHz liegt, konjugieren und die Spektrallinie
bei 300 MHz eliminieren. Derartige Anforderungen an das Filter 22 sind
sehr streng und schwierig durchzuführen. Vor der Filterung hat
das konjugierte Bild 101 im Wesentlichen die selbe Leistung
wie das Nutzband 100, und die Spektrallinie 102 bleibt
im Allgemeinen anwesend.
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Die
dritte Stufe 30 bildet die Frequenzvielfalt durch Anwendung
eines Mischers 31, eines örtlichen Oszillators LO2 mit
veränderbarer
Frequenz und eines Filters 32, das die Bild- und harmonischen
Frequenzen der Umsetzung unterdrückt. 2C zeigt die äußersten
Umsetzungen 104 des Nutzbands, die Kennlinie 105 des
Filters 32 und die Störumsetzungen 106 und 107 der
Störkomponenten 101 und 102. Als
Beispiel liefert der veränderbare
Oszillator LO2 ein Signal mit einer Frequenz zwischen 1,4 und 1,9 GHz,
um so das Nutzband in einen Bereich zwischen 1,72 und 2,25 GHz umzusetzen.
Die Kennlinie 105 dient zum Zwecke der Unterdrückung der
Bild- und der harmonischen Frequenzen außerhalb dieses Bereichs. Die
Stör-Umsetzungen 106 in
dem Bereich können
nicht gedämpft
werden, und das Übertragungssystem
muss diese berücksichtigen,
um den störenden
Einfluss auf die Qualität
der Übertragung zuminimieren.
Die Stör-Umsetzungen 107 außerhalb des
Bereichs werden leicht gedämpft,
da das Filter 32 ein Breitbandfilter ist, das das Nutzsignal
nicht verschlechtern sollte, und da diese parasitären Umsetzungen 107 sehr
nahe zu dem Nutzsignal liegen.
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Die
vierte Stufe 40 liegt im Allgemeinen nahe zu der Antenne
und bewirkt die Umsetzung in das Übertragungsband, das zum Beispiel
zwischen 14 und 14,53 GHz liegt, sowie die Leistungsverstärkung für die Übertragung
des Signals. 2D zeigt das Spektrum des übertragenden
Signals, das Übertragungsband 108 und
die Außerband-Störungen 109, die übertragen
werden, wenn das Nutzband an der Grenze des Übertragungsbands übertragen
wird.
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Die Übertragungsbänder sind
Regulierungsbehörden
ausgesetzt. Die Regulierungsbehörden
bei den Bedingungen für
die Anwendung dieser Bänder und
insbesondere der maximale Störpegel
außerhalb des
zugeordneten Bandes, in einer sehr strengen Weise, damit sie nicht
Benutzer der benachbarten Bänder
stören.
Die Störeffekte 109 außerhalb
des Bands müssen
unterhalb eines Schwellwerts liegen, der durch die Überwachungsbehörden bestimmt
ist. Dieser Schwellwert kann sehr niedrig sein. Die Dämpfung der
Außerband-Störungen für das Nutzsignal
beträgt
zum Beispiel 60 dB.
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Der
Fachmann auf diesem Gebiet ist konfrontiert mit mehreren Lösungen für die Einhaltung der
variablen Schwellwerte. Eine erste Lösung besteht darin, nicht das
vollständige
zugeordnete Band zu benutzen, derart, dass der Teil 111 in
dem zugeordneten Frequenzband liegt. Eine zweite Lösung besteht
in der Anwendung von Filtern mit hoher Unterdrückung, die sehr schwer herzustellen
sind und das Signal verzerren und die Leistungsfähigkeit des Übertragungssystems
verschlechtern können.
Eine dritte Lösung
besteht in der Durchführung
der Modulation bei einer höheren
Frequenz, die dem Abstand des Bildspektrums und der Spektrallinie
des örtlichen Oszillators
von dem Nutzsignal entspricht, das jedoch eine Modulation in einem
analogen Modus verlangt mit der Anwendung von diskreten Bauteilen
mit niedriger Leistungsfähigkeit.
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Die
Erfindung schlägt
vor, eine Modulationseinheit zu erzeugen, die es ermöglicht,
einerseits die Gesamtheit des zugeordneten Frequenzbands auszunutzen,
ohne Filter mit einem hohem Rückweisungsverhältnis zu
benutzen, was ermöglicht,
die Modulation bei einer relativ niedrigen Frequenz durchzuführen. Gemäß der Erfindung
erfolgt die Modulation normalerweise oder mit einer Inversion des Spektrums.
Danach erfolgt eine supradyne oder infradyne Frequenzumsetzung derart,
dass die Störeffekte
von der Modulation immer in dem Frequenzband für die Übertragung liegen.
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Die
Erfindung schlägt
ein Verfahren zur Übertragung
von Daten auf wenigstens einem Kanal in einem zugehörigen Übertragungsfrequenzband vor,
wobei abhängig
von der Lage des Kanals in dem autorisierten Übertragungsfrequenzband, entweder ein
erstes moduliertes Signal entsprechend einer Modulation einer ersten
Frequenz durch die Anwendung von Daten erzeugt wird, dann das erste
modulierte Signal in einer infradynen Weise in ein vorbestimmtes
Frequenzband umgesetzt wird, oder ein zweites moduliertes Signal
erzeugt wird, dessen Spektrum dem invertierten Spektrum des ersten
modulierten Signals entspricht, dann das zweite modulierte Signal
in einer supradynen Weise umgesetzt wird in ein vorbestimmtes Frequenzband
und eine supradyne oder infradyne Frequenzumsetzung erfolgt, derart,
dass die Störeffekte
aufgrund der Modulation immer in dem Frequenzband für die Übertragung
liegen.
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Die
Ausdrücke "infradyn" und "supradyn" betreffen hier das
aus der Umsetzung resultierende Signal. Wenn eine Umsetzung in einer
infradynen Weise erfolgt, bedeutet das, dass die Frequenz des örtlichen
Oszillators kleiner ist als das Nutzsignal aus der Umsetzung. Wenn
eine Umsetzung in einer supradynen Weise erfolgt, bedeutet das,
dass die Frequenz des örtlichen
Oszillators höher
ist als das Nutzsignal aus der Umsetzung.
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Nach
der Umsetzung erfolgt eine Filterung des ersten oder des zweiten
modulierten Signals vorzugsweise durch Anwendung eines Filters,
dessen Kennlinie dem vorbestimmten Frequenzband entspricht, wird
eine supradyne oder infradyne Frequenzumsetzung ausgeführt, derart,
dass die Störeffekte von
der Modulation immer in dem Frequenzband für die Übertragung liegen.
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Die
Erfindung ist außerdem
eine Vorrichtung zur Übertragung
von Daten auf wenigstens einem Kanal in wenigstens einem zugeordneten Übertragungsfrequenzband,
das enthält
Mittel zur Erzeugung eines modulierten Signals auf der Grundlage der
zu übertragenden
Daten, Mittel zur Invertierung oder zur Nicht-Invertierung des Spektrums
des modulierten Signals auf der Grundlage der Lage des Kanals in
dem autorisierten Übertragungsfrequenzband,
Mittel zur Erzeugung eines Signals für die Umsetzung auf eine erste
oder auf eine zweite Frequenz, Auswahlmittel zur Wahl der ersten
und zweiten Frequenz auf der Grundlage der Lage des Kanals in dem
autorisierten Übertragungsfrequenzband
und Mittel zur Erzeugung eines umgesetzten Signals aus dem umgesetzten
Signal und aus dem modulierten Signal.
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Die
Vorrichtung enthält
vorzugsweise Filtermittel für
die Filterung des umgesetzten Signals.
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Die
Erfindung wird besser verständlich,
und andere besondere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung:
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1 zeigt
eine Übertragungsvorrichtung gemäß dem Stand
der Technik,
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2 zeigt
die verschiedenen Spektrallagen, die die Elemente der Vorrichtung
von 1 einnehmen,
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3 zeigt
eine Übertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
und
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4 zeigt
die verschiedenen Spektrallagen, die die Elemente der Vorrichtung
von 3 einnehmen.
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Die
vorher beschriebenen 1 und 2 werden
nicht im Einzelnen weiter beschrieben. Anderseits dienen dieselben
Bezugsziffern für ähnliche Bauteile,
die dieselbe Funktion ausüben
gegenüber dem
Stand der Technik. Aus Gründen
der Lesbarkeit sind die Spektraldarstellungen nicht maßstabsgerecht.
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3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Übertragungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
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Die Übertragungsvorrichtung
von 3 enthält
eine erste Stufe 10 zur Durchführung der Modulation bei "niedrigen" Frequenzen, eine
zweite Stufe 20 zur Verbesserung der Filterung der Folge,
eine dritte Frequenzumsetzstufe 30 und eine vierte Übertragungsstufe 40.
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Die
erste Stufe bewirkt die Modulation in Phase und Amplitude, auch
bekannt durch den Namen einer so genannten Konstellationsmodulation. Die
Daten sind in Symbolen durch die Anwendung eines Kodiergeräts vom bekannten
Typ kodiert, das in 3 nicht dargestellt ist. Jedes
Symbol entspricht einer komplexen Zahl, die einen Träger mit
der Frequenz ω/2π moduliert.
Die Kodiervorrichtung liefert zwei modulierende Signale R(s) und
I(s), die einer Kette von zu sendenden Symbolen entsprechen.
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Die
Modulation erfolgt durch die Anwendung von zwei Mischern 11 und 12,
von denen jeder ein modulierendes Signal R(s) und I(s) empfängt. Einer der
Mischer 11 empfängt
ein Signal mit der Frequenz ω/2π, und der
andere Mischer 12 empfängt
dasselbe, in der Phase um Plus oder Minus π/2 verschobene Signal, abhängig von
einem Steuersignal. Die Tatsache der Wahl der Phasenverschiebung
von Plus oder Minus π/2
hat die Wirkung, es zu ermöglichen, das
Spektrum des modulierten Signals für die Frequenz ω/2π zu invertieren
oder nicht zu invertieren. Eine Addierschaltung 13 addiert
die Signale von den Mischern 11 und 12, und ein
Filter 14 lässt
nur den Nutzteil des Signals von der Addierschaltung 13 durch. 4A zeigt
das Spektrum des Signals, das die erste Stufe 10 verlässt, wenn
die Modulation mit einer Phasenverschiebung von + π/2 erfolgt. 4B zeigt
das Spektrum des die erste Stufe 10 verlassenden Signals,
wenn die Modulation mit einer Phasenverschiebung von – π/2 erfolgt.
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In
einem bevorzugten Beispiel wird die erste Stufe 10 durch
die Anwendung einer Schaltung gebildet, die das Mischen, die Addition
und die Filterung im digitalen Modus durchführt, wobei das Signal in die
analoge Form am Ausgang der ersten Stufe 10 umgesetzt wird.
Die Mischung erfolgt in einem digitalen Modus durch Multiplikation
von zwei Datenketten. Die Wahl der Phasenverschiebung von Plus oder
Minus π/2
erfolgt sehr einfach, entweder durch Wahl einer Kette von Daten
durch zwei oder durch eine Multiplikation mit –1. In einem derartigen Fall
kann das Filter 14 durch die analoge/digitale Umsetzvorrichtung
gebildet werden.
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Die
zweite Stufe 20 bewirkt die Frequenzumsetzung und die Filterung,
die den Zweck haben, das durch die Stufe 10 modulierte
Signal in höhere
Frequenzen zu verschieben. Ein Mischer 21 empfängt das
modulierte Signal einerseits und ein Umsetzsignal andererseits.
Das Umsetzsignal kann zwei Frequenzwerte aufweisen. In dem bevorzugten
Beispiel wählt
ein Umschalter 23 einen Oszillator unter den Oszillatoren
LOinf und LOsup. Ein Filter 22 hat ein Frequenzband entsprechend
dem Nutzband des modulierten Signals nach der Umsetzung. Die Kennlinie 103 des
Filters ist derart bestimmt, dass sie ein Spektrum mit der Breite
des modulierten Signals durchlässt.
Die Frequenz des Oszillators LOinf ist derart bestimmt, dass die
Umsetzung des modulierten Signals durch die Anwendung des Oszillators
LOinf den positiven Teil des modulierten Signals in die Kennlinie 103 des
Filters 22 bringt, was einer Umsetzung vom Infradyn-Typ
entspricht. Die Frequenz des Oszillators LOsup ist derart bestimmt,
dass die Umsetzung des modulierten Signals durch die Anwendung des
Oszillators LOsup den negativen Teil des modulierten Signals in
die Kennlinie 103 des Filters bringt, was einer Umsetzung
vom Supradyn-Typ entspricht. Es ist vorteilhaft, dass für die Mittenfrequenz
des modulierten Signals nach der Umset zung in einer infradynen oder supradynen
Weise bei demselben Punkt in der Kennlinie 103 des Filters 22 liegt.
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Der
Umschalter 23 empfängt
das Steuersignal, um so eine infradyne Umsetzung zu bilden, wenn die
Modulation mit einem in der Phase um + π/2 verschobenen Signal erfolgt,
und bewirkt die supradyne Modulation, wenn die Modulation mit einem
um – π/2 in der
Phase verschobenen Signal erfolgt. 4C zeigt
den Übergang,
der mit dem modulierten Signal von 4A erfolgt,
und 4D zeigt die mit dem modulierten Signal von 4B durchgeführte Umsetzung.
Der Fachmann auf diesem Gebiet kann, nachdem die Umsetzung durch
den Mischer 21 erfolgt ist, erkennen, dass das Nutzsignal
in der Kennlinie 103 dasselbe ist, unabhängig von
der durchgeführten
Modulation. Im Gegensatz dazu liegt die Spektrallinie 102 aufgrund
der Streuung von dem Mischer 21 und dem konjugierten Bild 101 des
Nutzsignals auf verschiedenen Kanten der Kennlinie 103.
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Die
dritte Stufe 30 bewirkt die Frequenzvielfalt durch die
Anwendung eines Mischers 31, eines in der Frequenz veränderbaren
Oszillators LO2 und eines Filters 3, das das Bild- und
die harmonischen Frequenzen der Umsetzung bewirkt. Die Frequenz des
Offsets zwischen dem Nutzsignal und der Frequenz null ist wesentlich
größer am Ausgang
der zweiten Stufe 20 als an dem Ausgang der ersten Stufe 10.
Daher sind die Streuungen von dem Mischer 31 sowie die
Bilder aus dieser durch den Mischer 31 ausgeführten Umsetzung
ausreichend weit entfernt von den Kanten der Kennlinie 105 des
Filters 32, um richtig unterdrückt zu werden, ohne dass wesentliche Bemühungen beim
Filter 32 erforderlich sind. Um Störeffekte zu vermeiden, die
aus der Umsetzung der zweiten Stufe 20 an den Kanten der
Kennlinie 105 resultieren, ist es sinnvoll, eine supradyne
Umsetzung vorzunehmen, wenn das Nutzsignal hinten in dem niedrigeren
Teil der Kennlinie 105 liegt, und muss in einer infradynen
Umsetzung durchgeführt
werden, wenn das Nutzsignal hinten in dem oberen Teil der Kennlinie 105 liegt.
Alle Störeffekte
aus der Umsetzung der zweiten Stufe 20 finden sich in der
Kennlinie 105. 4E zeigt
die extremen Fälle
der Umsetzung.
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Die
vierte Stufe 40 enthält
einen Mischer 41, ein Filter 42, einen Kraftverstärker 43 und
eine Antenne 44. Der Mischer 41 setzt das die
dritte Stufe 30 verlassende Signal in das Übertragungsfrequenzband
um. Das Filter 42 beseitigt die Bildfrequen zen der Umsetzung. 4F zeigt
das mögliche
Spektrum des Übertragungssignals.
Wie der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen kann, gibt es keine
Außenband-Störungen in
der Nähe
der Bandkanten mehr.
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Mit
der Erfindung werden die Außenband-Störungen zurückgebracht
in das Übertragungsband.
Wie der Fachmann auf diesem Gebiet weiß, kann der Wert der Störeffekte,
die zulässig sind,
einen Wert wesentlich höher
als der Wert der Außenband-Störeffekte
haben. Es ist dann möglich, das
Filter 22 mit Anforderungen zu erzeugen, die kleiner sind
als diejenigen, die für
die Schaltung des Standards der Technik notwendig sind, während ein niedrigerer
Wert der Außenband-Störungen garantiert
wird.
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Es
sind zahlreiche Varianten der Erfindung möglich. Das beschriebene Beispiel
zeigt eine Vorrichtung mit vier Stufen. Es ist selbstverständlich, dass
die Hinzufügung
oder das Weglassen einer oder mehrerer Stufen möglich ist.
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Der
Frequenzhub der dritten Stufe kann direkt in der vierten Stufe erfolgen,
um die Anzahl von Bauteilen des Übertragungswegs
zu verringern.
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Es
ist außerdem
möglich,
den Frequenzhub teilweise in der Kodierschaltung gemäß einer
bekannten Technik durchzuführen.
Die modulierenden Signale R(s) und I(s) entsprechen dann einer digitalen
Modulation, anstatt einem Symbol zu entsprechen. In diesem Fall
ist es möglich,
einen Doppelfrequenzoszillator oder zwei Oszillatoren anzuwenden, die
in ihrer Lage des Oszillators der dritten Stufe umgeschaltet werden.
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Die
Erfindung ist besonders geeignet für digitale Modulationen mit
weiten Bändern,
zum Beispiel vom CDMA-Typ oder vom Mehrträger-Typ. Die modulierenden
Signale R(s) und I(s) bezeichnen dann eine Modulationssumme bei
verschiedenen Frequenzen.
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Es
sei jedoch bemerkt, dass das Spektrum selbst invertiert werden sollte.
Das ist nur möglich
mit dem Diagramm der 3, wenn die komplexe Modulation
der Mittenfrequenz des Nutzbandes durchgeführt ist. Wenn die Modulation
auf einer Frequenz erfolgt, die nicht in der Mitte liegt, ist es
ratsam, in einem Fall mit der Frequenz zu modulieren, die gewünscht ist,
und in dem anderen Fall mit einer Frequenz entsprechend der Frequenz,
die symmetrisch liegt zu der Mittenfrequenz des Nutzbandes.