METHOD FOR FREQUENCY SCRAMBLING SUB-BANDS

Abstract: 1. Method for the translation and interchange, discretely in time, of the frequencies of n partial bands of the width B of a signal frequency band of the width n . B scanned at a scanning frequency fs = 1/T each time by a sine carrier oscillation and by the cosine carrier oscillation orthogonal thereto, according to the Weaver method and by means of n Weaver modulators each respectively consisting of two first multipliers, behind which are connected like filters, and two second multipliers, which are connected together at the output side by way of a summating member, as well as a scrambling matrix between the filters and the second multipliers, characterised thereby, that in the Weaver modulators, the filters in the mutually orthogonal branches are realised through multiplex operation of single filter (ZF nu) and the two first and the two second multipliers are realised through multiplex operation of a respective single multiplier (M nu 1, M nu 2), to which the sine carrier oscillation and the cosine carrier oscillation orthogonal thereto (2 sin omega nu kT or 2 cos omega nu kT) are fed alternately at the rate of twice the scanning frequency 2 fs, wherein k is the consecutive number of the scanning instant, and that the ratios of the carrier frequencies to the scanning frequency are determined by omega nu/2 pi fs = f nu/fs = I nu/m nu =< 1/2, with I nu and m nu as natural (positive whole) numbers, wherein nu = 1 to n.

Description: Verfahren zur Frequenzvertauschung von Teilbändern Die Erfindung betrifft ein zeitdiskretes Verfahren zur Frequenzumsetzung und -vertauschung von n gleichbreiten Teilbändern eines Signalfrequenzbandes nach der Weaver-Methode gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei der Weaver-Methode, erstmals beschrieben in Proc. IRE, Dez. 1956, S. 1703 bis 1705, werden anstelle der bei üblicher Teilbandvertauschung verwendeten reellen Trägerschwingungen cosxskT zur Umsetzung der Teilbänder komplexe Trägerschwingungen eine benutzt, wobei die einzelnen Trägerfrequenzen so gewählt sind, dass die Filterung aller Teilbänder mittels gleicher Tiefpässe erfolgt. Dieses Verfahren zur Erzeugung von Einseitenbandsignalen ist vor allem für eine digitale Realisierung geeignet, da hierbei die Modulation auf der Kompensation gegenphasiger Spektralanteile im Nutzband basiert, weshalb von den beiden Zweigtiefpässen TP (Fig. 1) eine gute Übereinstimmung der Durchlasscharakteristik gefordert werden muss. Zur Verbesserung der Unterdrükkung störender Inbandspektren ist jedoch eine gute Über einstimmung der Übertragungseigenschaften der beiden ganzen Zweige, also auch der Modulatoren, der Amplitude, der Phase und der Orthogonalität der Trägerschwingungen erforderlich. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein zeitdiskretes Verfahren der obigen Art anzugeben, das in unaufwendiger Weise eine gute Übereinstimmung der übertragungseigenschaften der orthogonalen Zweige ergibt, so dass störende Inbandspektren eliminiert oder stark unterdrückt werden. Die Lösung erfolgt mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln. Durch die erfindungsgemässe Lösung lässt sich die Hälfte der Multiplizierer in den Weaver-Modulatoren sowie die Hälfte der Tiefpässe bzw. Filter gegenüber dem üblichen Weaver-Verfahren einsparen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Weaver-Modulatoren (Multiplizierer und Filter) in gleicher Ausführung realisiert werden können oder dass in weiterer Multiplexausnutzung nur ein einziger Weaver-Modulator erforderlich ist. Durch die Multiplexbildung wird eine sehr hohe Kompensation störender Inbandspektren erreicht, was zu eir.er Verbesserung des Signal-Störabstandes des umgesetzten Signals führt. Das angegebene Verfahren lässt sich vorteilhaft bei der Einseitenband-Modulation bzw. zur Sprachverschleierung einsetzen. Der Multiplexbetrieb ist an sich zwar bei der zeitdiskreten Signalverarbeitung bekannt, beispielsweise durch den Aufsatz von Gersho in Proceedings of the IEEE, Vol. 67, No. 2 vom Februar 1979, Seite 196 bis 218. Eine Möglichkeit zur Multiplexbildung von Multiplizierern in Weaver-Modulatoren, wobei den Multiplizierern abwechselnd verschiedene Trägerfrequenzen zugeführt werden, wurde durch Kurth in IEEE Transactions on Communication Technology Vol. COM-19, No. 1 Febr. 1971 pp. 63 bis 71 bekannt. In dem Aufsatz von Gazsi in IEEE Transactions on Communications VOL COM 27 No. 1. Jan. 1979 Seiten 221 bis 228, wurden Möglichkeiten für die einfache Realisierung digitaler Modulatoren aufgezeigt, wenn das Verhältnis der Trägerfrequenz zur Abtastfrequenz ein Quotient einfacher ganzer Zahlen ist. Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren. Die Fig. 1 stellt eine Schaltungsanordnung bzw. zwei orthogonale Zweige für das v-te Teilband einer n-Teilband Vertauschung nach der üblichen Wea ver-Methode dar. Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Anordnung für zwei orthogonale Zweige und die Fig. 3 eine Multipliziererrealisierung für einen Wea ver-Modulator in zeitdiskreter Verarbeitung. Aus Fig. 1 ist erkennbar, wie das Eingangssignal mit dem Spektrum X(f) mit der Abtastrate fs abgetastet wird und anschliessend den Multiplizierern Mv zugeführt wird. Gezeichnet sind von den n-Teilbanddoppelzweigen ein zueinander orthogonales Zweigpaar für das Teilband v. In den ersten Multipli zierern M 1N und M 1Q (N steht für Normal- und Q für Qua v V draturkomponente), die mit den Trägerschwingungen 2 cosw kT v bzw. 2 sinu kT versorgt werden, ist jeweils ein Filter V TP nachgeschaltet, dessen Ausgang auf einen der Eingänge der Verwürfelungsmatrix VMa geschaltet ist. Die Ausgänge dieser Verwürfelungsmatrix führen wiederum auf die zweiten Multiplizierer, von denen diejenigen für das s.Teilband Mv2N bzw. Mv2Q gezeichnet sind, deren Ausgänge durch ein Summierglied zum Ausgangssignal mit dem Spektrum Y(f) zusammengefasst werden. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie das Eingangssignal mit dem Spektrum X(f) einem Abtasthalteglied S/H zugeführt wird, das mit der Abtastrate fs abgetastet wird, dessen Ausgang auf nunmehr nur noch einen Multiplizierer Myl für das Teilband v geführt ist. Dieser erste Multiplizierer Mv1 wird ebenso wie ein nachgeschalteter zweiter Multiplizierer Me2 mittels synchronem Schalter mit der doppelten Abtastrate 2fs mit den Trägerschwingungen 2 cosx9kT kT bzw. 2 sinw kT gespeist. Das Ausgangssignal des ersten Multiplizierers wird gefiltert, und zwar erfindungsgemäss in einem zeitdiskreten Filter Zfv, das als transversales oder rekursives Filter ausgeführt sein kann. Da dem Filter von dem ersten Multiplizierer zeitdiskrete Werte im Takte der doppelten Abtastrate 2fs angeboten werden, muss auch die interne Arbeitstaktrate den gleichen Wert aufweisen. Ferner sind die Verzögerungsglieder dieses im 2er-Multiplex ausgenutzten zeitdiskreten Filters durch eine Kettenschaltung zweier Verzögerungsglieder realisiert, welche die zu verarbeitenden Signalwerte jeweils T/2 lang speichern. Der Ausgang des zeitdiskreten Filters ist auf einen Eingang der Verwürfelungsmatrix VMa geschaltet. Die Matrixausgänge sind jeweils auf einen zweiten Multiplizierer Mv2 geführt, der synchron mit dem ersten zwischen den beiden orthogonalen Trägerschwingungen umgeschaltet wird. Ausgangsseitig sind die zweiten Multiplizierer der n Weaver-Modulatoren zusammengefasst und einem Summierglied A zugeführt, in dem die Multiplexsignalwertepaare jeweils für eine Periode des Abtasttaktes akkumuliert werden. Durch die Abtastung der akkumulierten Werte mit der Abtastrate fs erhält man das zeitdiskrete Ausgangssignal mit dem Spektrum Y(f). In Fig. 3 ist ein Realisierungsbeispiel für eine zeitdiskrete Multiplizieranordnung wiedergegeben, bei dem lediglich mit 3 Betragswerten-, nämlich 0,268; 0,732 und 1 das Eingangssignal x(kT) bzw. x(kT/2) multipliziert zu werden braucht. Durch Anschalten dieser drei Werte mit positivem und negativem Vorzeichen mittels einer Ansteuerlogikschal tung, z.B. in der Reihenfolge 0,268; 0,732; 1; 1; 0,732; 0,268 usw. für eine Sinusträgerschwingung wird die abgetastete Trägerschwingung für das Frequenzverhältnis fv/fs = 1/12 erzeugt. Durch die Realisierung und Multiplexausnutzung des Multiplizierers gemäss Fig. 3 ist die Übereinstimmung der Trägeramplituden sichergestellt. Durch die Verwendung redundanter Verzögerungsglieder, gekoppelt mit einer weiteren Erhöhung der filterinternen Taktfrequenz, beispielsweise um Faktor 2, lässt sich vorteilhafterweise ein Nebensprechen zwischen den Quadraturkanälen weitgehend unterbinden, das durch parasitäre Effekte bei der Ladungsverschiebung in der Grössenordnung der Transferineffi zienz E von ungefähr 10 3 bis 10-5 auftritt.

Claims: Patentansprüche 1. Zeitdiskretes Verfahren zur Frequenzumsetzung und -ver tauschung von n Teilbändern der Breite B eines mit der Abtastfrequenz fs = 1/T abgetasteten Signalfrequenzban des der Breite n.B jeweils mit einer Sinus- und der da zu orthogonalen Cosinusträgerschwingung, nach der Weaver Methode, mittels n Weaver-Modulatoren, jeweils bestehend aus zwei ersten Multiplizierern, denen gleiche Filter nachgeschaltet sind, und zwei zweiten Multiplizierern, die ausgangsseitig über ein Summierglied zusammengeschal tet sind, sowie einer Verwürfelungsmatrix zwischen den Filtern und den zweiten Multiplizierern, dadurch gekenn zeichnet, dass in den Weaver-Modulatoren die Filter in den zueinander orthogonalen Zweigen durch Multiplexbetrieb eines einzigen Filters (ZFv) und die zwei ersten und die zwei zweiten Multiplizierer durch Multiplexbetrieb jeweils eines einzigen Multiplizierers (Mv1, Mv2), dem im Takte der doppelten Abtastfrequenz 2 fs abwechselnd die Sinus und die zu ihr orthogonale Cosinusträgerschwingung 2 sinw kT bzw. 2 cos w, kT zugeführt werden, wobei k die laufende Nummer des Abtastzeitpunktes ist, realisiert wer den, und dass die Verhältnisse der Trägerfrequenzen zur Abtastfrequenz festgelegt werden durch EMI7.1 mit t m als natürliche (positive, ganze) Zahlen, wo bei v = 1 bis n ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch m,6(2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12}. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass t = 9 gesetzt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass m = m für alle v gesetzt wird. 5. Verfahren nach. Anspruch 1, 3 und LI, dadurch gekennzeich net, dass m > 2 n gewählt wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Sinus- und die dazu ortho gonalen Cosinusträgerschwingungen sinxvkT kT bzw. coskT v durch einen abtastbaren Festwertegeber erzeugt werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Festwertegeber mittels auf feste Werte eingestellte Bewertungsschaltungen realisiert wird, wobei das Eingangs signal (x(kT) bzw. x(kT/2)) über eine dieser ausgewählten Bewertungsschaltungen geführt wird. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Multiplexbetrieb der Fil ter (ZFv) durch die jeweilige Auftrennung der Verzöge rungsglieder der Verzögerungszeit T in 2 hintereinander geschaltete Verzögerungsglieder der Verzögerungszeit T/2 bei der doppelten Abtastrate 2 fs = 2/T realisiert wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsglieder der Verzögerungszeit T/2 in s hintereinandergeschaltete Verzögerungsglieder der Verzöge rungszeit T/2s aufgeteilt und mit der 2s-fachen Abtastfre quenz getaktet werden. 10.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Filter (ZFv) und die Mul tiplizierer (Mvl, Mv2) mit digitalen Schaltungsmitteln realisiert werden.

Inventors: GOCKLER, HEINZ, DIPL.-ING., Göckler, Heinz, Dipl.-Ing.
Applicants: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH
Application year: 1982
Main classification: H04K1
IPC codes: H04J1, H04K1