DE4234337C1

DE4234337C1 - Demodulator für FSK-Signale

Info

Publication number: DE4234337C1
Application number: DE19924234337
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Ing Goeckler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2012-10-13

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator für durch Frequenzumtastung (FSK) modulierte Signale, der eine digitale Filteranordnung aufweist, welche die Signale in Teilsignale mit den bei der Frequenzumtastung beteiligten Frequenzen zerlegt.

Ein derartiger FSK-Demodulator ist aus der EP 305 125 B1 bekannt. Die Filteranordnung besteht hierbei aus zwei einzelnen unterschiedlichen digitalen Bandpaßfiltern. Diese bekannte Realisierung der Filteranordnung ist recht aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator der eingangs genannten Art anzugeben, der eine möglichst wenig aufwendige digitale Filteranordnungen für die Zerlegung der FSK-Frequenzen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die nach der Erfindung zur Trennung der FSK-Frequenzen verwendete digitale Kammfilterweiche benötigt im wesentlichen nicht mehr Aufwand als eines der Bandpässe gemäß dem Stand der Technik.

Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nun die Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines FSK-Demodulators,

Fig. 2 ein Prototypfilter für eine Kammfilterweiche,

Fig. 3 eine Kammfilterweiche mit halbierter Abtastfrequenz,

Fig. 4 Übertragungsfunktionen eines Prototypfilters und

Fig. 5 eine Übertragungsfunktion einer Kammfilterweiche und deren Ausgangsspektrum.

In der Fig. 1 ist ein z. B. aus dem EP 305 125 B1 bekannter Aufbau eines FSK-Demodulator dargestellt. Er besitzt an seinem Eingang einen Analog/Digital-Umsetzer AD, der ein analoges durch Frequenzumtastung (FSK) moduliertes Signal mit einer Frequenz f_A abtastet und digitalisiert. Eine anschließende digitale Filteranordnung F zerlegt das digitalisierte FSK-Signal X₁ in zwei Teilsignale Y₁ und Y₂, von denen jedes einer der an der Frequenzumtastung beteiligten Frequenzen f_L und f_H zugeordnet ist. Beide Teilsignale Y₁ und Y₂ werden quadriert Q1, Q2 und dann einem Subtrahierer S zugeführt. Schließlich gelangt das Differenzsignal der beiden quadrierten Teilsignale an einen Schwellwertentscheider E, der entscheidet, welche der FSK-Frequenzen jeweils vorliegt. Es ist zweckmäßig, zwischen dem Subtrahierer S und dem Schwellwertentscheider ein Glättungsfilter GF einzufügen.

Um den Aufwand für die Filteranordnung F möglichst gering zu halten, ist diese als Kammfilterweiche ausgeführt. Dabei bestehen zwischen der Abtastfrequenz f_A für die der Kammfilterweiche zugeführten frequenzumgetasteten Signale und zwei an der Frequenzumsetzung beteiligten Frequenzen f_L und f_H (f_L<f_H) folgende Beziehungen:

wobei i eine ganze Zahl größer Null, L eine ganze Zahl größer 2 und m eine ganze ungerade Zahl ist; n ist die Menge der natürlichen, ganzen Zahlen.

Die Kammfilterweiche mit der Übertragungsfunktion H(z^L) wird von einem Prototypfilter - das ist ein Impulsformertiefpaß, der für niedrige Isochronverzerrungen bzw. gutes Einschwingverhalten optimiert sein kann - mit der Übertragungsfunktion H_T(z) abgeleitet. Das Prototypfilter ist z. B. ein nichtrekursives FIR Filter.

Die zu der Tiefpaßübertragungsfunktion H_T(z) komplementäre Hochpaßübertragungsfunktion des Prototypfilters ist

H_H(z) = H_T(-z)

Beide Übertragungsfunktionen H_T(z) und H_H(z) des Prototypfilters sind in Fig. 4 dargestellt.

Fig. 2 zeigt ein Prototypfilter, in dem beide Übertragungsfunktionen

und

gemeinsam realisiert sind. Dabei gilt für die Verzögerungszeit T der Verzögerungsglieder T=1/f_A, und N ist die Zahl der Filterkoeffizienten h₁, h₂, . . .

Soll aus dem Prototypfilter die Kammfilterweiche mit den Übertragungsfunktionen H_T(z^L) und H_H(z^L) abgeleitet werden, so ist bei dem Prototypfilter jede Verzögerungszeit T durch L · T zu ersetzen. Die komplementären Frequenzgänge H_T(z^L) und H_H(z^L) dieser Kammfilterweiche und deren Wirkung auf die Trennung der FSK-Frequenzen f_L und f_H (f_L<f_H) sind in Fig. 5 schematisch dargestellt. In dem gezeigten Beispiel wird von einer Abtastfrequenz f_A=0,83 MHz, und den Faktoren m=3, i=9 und L=5 ausgegangen. Mit f_H′, f_H″ und f_L′, f_L″ sind Spiegelfrequenzen von f_H und f_L gekennzeichnet.

Die Abtastfrequenz der beiden Ausgangssignale Y₁ und Y₂ der Kammfilterweiche kann gegenüber der Abtastfrequenz f_A am Eingang halbiert werden, indem die Kammfilterweiche als Polyphasenfilter realisiert wird. Fig. 3 zeigt eine als Polyphasenfilter angeführte Kammfilterweiche. Durch die eingangsseitige Umschaltung zwischen den Signalwegen 0 und 1 mit der Abtastfrequenz f_a reduziert sich die Abtastfrequenz der Ausgangssignale Y₁ und Y₂ auf f_A/2. Wegen der Halbierung der Abtastfrequenz ist die Verzögerungszeit in den Verzögerungsgliedern zu verdoppeln (2LT).

Falls keine hohen Anforderungen an Isochronverzerrungen bestehen, kann von einem Prototypfilter mit den sehr einfach zu realisierenden Übertragungsfunktionen

H_T(z)=(1+z^-1)ⁿ und H_H(z)=(1-z^-1)ⁿ

ausgegangen werden.

Sehr aufwandsgünstig ist wegen einer Einsparung an Multiplizierern und Addierern, das Prototypfilter für die Kammfilterweiche als Halbbandfilter zu entwerfen. Halbbandfilter sind an sich aus IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-30, No. 5, Oct. 1982, S. 734 bis 738 bekannt.

Claims

1. Demodulator für durch Frequenzumtastung modulierte Signale, der eine digitale Filteranordnung aufweist, welche die Signale in Teilsignale mit den bei der Frequenzumtastung beteiligten Frequenzen zerlegt, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Filteranordnung (F) eine Kammfilterweiche ist und daß zwischen der Abtastfrequenz f_A für die der Kammfilterweiche zugeführten frequenzumgetasteten Signale und zwei an der Frequenzumsetzung beteiligten Frequenzen f_L und f_H (f_L<f_H) folgende Beziehungen bestehen: wobei i eine ganze Zahl größer Null, L eine ganze Zahl größer 2 und m eine ganze ungerade Zahl ist.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammfilterweiche als Polyphasenfilter realisiert ist, wobei die an den Ausgängen vorliegenden Teilsignale (Y₁, Y₂) eine gegenüber dem frequenzumgetasteten Eingangssignal (X₁) halbierte Abtastfrequenz aufweisen.

3. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammfilterweiche von einem nichtrekursiven Prototypfilter abgeleitet ist.

4. Demodulator nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammfilterweiche aus einem Prototypfilter mit der Übertragungsfunktion H (z) = (1±z^-1)ⁿabgeleitet ist.

5. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prototypfilter als Halbbandfilter entworfen ist.