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Verfahren für Einseitenbandübertragung Es ist bekannt, bei der trägerfrequenten
Übertragung von Telephonie oder Telegraphiesignalen nicht beidebei der Modulation
der Trägerschwingung entstehenden Seitenbänder zu übertragen, sondern eines dieser
Seitenbänder bei der Üb#ertragung ganz oder teilweise zu unterdrücken. Die hierbei
auftretenden Verzerrungen sind nur bei kleinem Modulationsgrad zu vernachlässigen,
insbesondere ergibt sich bei der Übertragung von Telegraphiesignalen, hierizu gehören
auch die in der Fernsehtechnik vorkommenden Bildsignale, eine erhebliche Verzerrung
der Ein- und Ausschwingvorgänge. Es ist bekannt, daß bei der Übertragung von solchen
Signalen, d.h. Ein- und Aussehaltvorgängen, eine vollkommene Unterdrückung des einen
Seitenbandes nicht möglich ist. Es wird vielmehr stets ein kleiner Rest des zweit-en
Seitenbandes noch übertragen. Bei geringem Modulationsgrad werden die Verzerrungen
klein, wenn die Abschneidung des zweiten Seitenbandes so vorgenommen wird, daß die
Summe der Amplituden sich entsprechender Frequenzen in beiden Seitenbändern stets
konstant bleibt (Nyquistb-edingung), d.h. also, man.muß zur Abschneidung ein Filter
etwa nach Abb. i benutzen, dessen Amplitudenkurve a die genannte Bedingung erfüllt,
wobei die Trägerfrequenz Trf auf halber Höhe der Filterflanke F zu liegen kommt.
In der Zeichnung sei Aci) der Bereich des ursprünglichen Seitenbandes, öco der durch
das Filter noch durchkommende Rest des abgeschnittenen Seitenbandes.
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Der physikalische Grund für diese Abschneidebedingung geht aus folgender
Betrachtung hervor: In der bekannten Vektordarstellung (Abb. 2) bedeutet a
den
Vektor der Trägerschwingung, b. und b.
zwei Seitenbandfrequenzen, die
zusammen den sinusförmig auf und ab gehenden Vektor c ergeben. Ist die Modulation
nicht sinusförmig, so kann man in jedem Fall diese Modulation als eine Fouriersumme
von Sinusschwingungen auffassen; für die übereinander gelagerten Einzelschwingungen
gelten dann jeweils die gleichen Betrachtungen.
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Man erkennt, daß die Amplitude des auf und ab gehenden Vektors. sich
nicht -ändert, wenn man den im einen Seitenband liege4den Vektor
b. verkleinert und dafüT den im anderen Seitenband liegenden Vektor
b2 entsprechend vergrößert, wie es die genannte Nyquistbedingung zum Ausdruck
bringt. Es wird jedoch izugleich eine Phasenmodulation des Trägervektors eintreten,
da die Spitze des modulierten Trägervektors nicht mehr geradlinig, sondern auf einer
Ellipse d zwischen den Punkten e und f hin und her geht.
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Schwieriger sind die hier besonders wichtigen Verhältnisse bei der
Übertragung einmaliger Ein-oder Ausschaltvorgänge (Telegraphiersignal#, Bildsignale,
beim Fernsehen usw.). Ein solcher Einschaltvorgang kann bekanntlich als eine unendliche
Summe von Sitiusschwingungen aufgefaßt werden, deren Frequenz von o bis zu der höchsten
noch übertragenen Frequenz wo reicht und deren Amplitude mit der Frequenz abnimmt.
Untersucht man für dies-en Fall, welchen Weg die Spitze -des Trägervektors bei der
Übertragung des Einschaltvorganges, d. h. bei der Änderung von dem Wert a
(Abb. 3) vor dem Einschalten auf den Wert b nach -dem Einschalten
nimmt, so findet man ein-en Weg C, dessen Form weitgehend von der Form der Filterkurve
abhängt, die zur Abschneidung des einen Seitenbandes benutzt wird.
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Zusätzlich zu der bekannten Nyquistbedingung entsteht nun die Aufgabe,
die Filterkun-- so zu wählen, daß bei gegebenem Frequenzbandrest für das zu unterdrückende
Seitenband möglichst kleine Verzerrungen auftreten. Diese Bedingung ist z. B. besonders
wesentlich bei der Übertragung von Fernsehbildern auf Kabelleitung, wo ein genau
bestimmtes übertragbares Frequenzband möglichst vorteilhaft für die Bildmodulation
ausgenutzt werden soll.
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. Es wurden seither Filterkurven etwa gemäß Abb. i benutzt,
bei der die Trägerfrequenz auf halber Höhe der Filterflanke lag. Diese Filter sind
'besonders einfach und ihre Verwendung daher naheliegend.
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Eine wesentliche Verringerung der Verzerrungen wird erfindungsgernäß
dadurch erzielt, daß ein Filter -verwendet wird, dessen Amplitudenkurve einen treppenförmigen
Verlauf hat. Im folgenden wird begründet, warum die erfindungsgemäße Filterkurve
wesentlich bessere Eigenschaften hat.
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Für verschiedene Filterflanken der Form Abb. i ergibt die genaue Durchrechnung
der Ortskurven für die Spitze des Trägervektors bei der Übertragung von Einschaltvorgängen
die Kurven der Abb. 4. Der prozentual-, Rest des einen Seitenbandes beträgt bei
der einen Kurve 40%, bei der anderen iol/o. Hieraus lassen sich leicht die tatsächlichen
Amplitudenkurven des modulierten Trägers für verschiedene Modulations-,rade ermitteln.
Für eine Filterflanke der Form Abb. 5a zeigt Abb. 5b,eine entsprechende Kurve. Trotzdem
hier der Rest des Frequenzbandes für das zweite Seitenband nur iol/o des vollen
Bandes beträgt, erhält man einen Einschwingvorgang, der etwa dem Restfrequenzband
von 40'70 bei der Anwendung von Filterkurven der früheren Art entspricht. Man erreicht
also durch die Verwendun- der erfindungsgemäßen Filterkurven bei gleich-er Toleranz
für die Verzerrung eine ganz wesentlich bessere Ausnutzung des zur Übertragung verfügbaren
Frequenzbandees.
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Da die Trägerfrequenz genau in der Mitte der Treppenstufe liegt, ist
zugleich auch die selbstverständlich ebenfalls notwendig-- Nyquistb-edingunerfüllt.
Noch etwas günstiger liegen die Verhältnissee, wenn man in dem Frequenzbereich,
in dem die tiefen Modulationsfrequenzen zweiseitenbandmäßig übertragen werden, das
Seitenband bevorzugt, das bei den höheren Frequenzen unterdrückt wird. Die gleichen
Betrachtungen gelten sinngzemäß auch für nicht sprunghaft, sondern abgerundet verlaufende
Filterkurven. Ähnliche Verfahren sind bereits für Telephoniemodulation bekanntgeworden.
So wurde vorgeschlagen, das Frequenzband z. B. der Musik in die tiefen und hohen
Frequenzen aufzuteilen und die tiefen Frequenizen z-weiseitenbandmäßig, die hohen
Frequenzen dagegen einseitenbandmäßig zu modulieren und dann zusammenzuschalten.
Der physikalische Grund für die hierbei möglicheVerbesserung derÜbertragung ist
etwa der gleiche, das Verfahren ist jedoch nur bei akustischen Übertragungen anwendbar,
da das Ohr die dabei unvermeidlichenPhasenverzerrungen nicht empfindet. Für Signale,
die formgetreu übertragen werden müssen, also z. B. Tel,-graphie- oder Bildsignale,
kommt nur das erfindungsgemäß2 Verfahren in Frage.
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Die Herstellung der treppenförinigen Filterkurven berei
' tet grundsätzlich keine größeren Schwierigkeiten als die Herstellung- von
Filterkurven der früheren Form. Auch hier ist an das Filter die Anforderung zu stellen,
daß die Phasenverzerrungen möglichst klein bleiben. Gemäß einem weiteren Teil der
Erfindung wird die Herstellung eines Filters der hier gewünschten Form in folgender
Weis-. erreicht: Durch eine Verzweigung werden die noch nicht gefilterten- Signale
den beiden Filtern a und b (Abb. 6) zugeführt. Das Filter a schneidet
bei der Frequenz fl, das Filter b bei der Frequenz f. ab, die an den
beiden Enden dzr Treppenstufe liegen. Vereinigt man die beiden Wege, soergibt die
Parallelschaltung zwischen den Punkten c und d ein Filter der gewünschten
Filterkurve. Die Phasenverzerrungen werden hier besonders klein, da beim Abschneiden
jeweils nur in einem Zweig Phasen,#erzerrungen auftreten.
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Auch bei der Herstellung von phasenverzerrungsfreien Filtern der Form
Abb. i kann man mit Vorteil von diesem Grundprinzip der Verzweigung b 0
auf
mehrere Einzelfilter Gebrauch machen, also z. B. eine Anordnung gemäß Abb-
7 verwenden, bei der die Abschneidellgrenzen der einzelnen Filter a bis
d gleichmäßig über dem Frcquenzbereich der Filterflanke verteilt sind. Auch
hier werden besonders kleine Phasenverzerrungen für die zwischen den Punkten e
und f gemessene Filterkurve erzielt.