CH648968A5 - Verfahren zur herabsetzung von interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten signal und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

35 Die Erfindung ist insbesondere für Systeme von Bedeutung, bei denen ein Videosignal auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet wird, um nachher wieder ausgelesen werden zu können. Wegen der durch den Aufzeichnungsträger im allgemeinen auferlegten Bandbreitenbeschränkung sind in 40 der Vergangenheit eine Vielzahl von Kodiersystemen entwik-kelt worden, die bezwecken, das ursprüngliche Videosignal derart zu transformieren, dass auf möglichst vorteilhafte Weise diese beschränkte Bandbreite des Aufzeichnungsträgers ausgenutzt wird. Eine dabei vielfach angewandte Tech-45 nik ist die Frequenzmodulation, bei der also ein Trägersignal von dem Videosignal in der Frequenz moduliert wird. Wenn dabei von einem zusammengesetzten Farbvideosignal ausgegangen wird, enthält dieses Signal im allgemeinen ein einer festen Grundfrequenz aufmoduliertes Farbartsignal. So ent-50 hält ein Standard-Färb Videosignal nach der NTSC-Norm eine Farbhilfsträgerwelle von 3,58 MHz und die Standard-Farbvideosignale nach der PAL- und nach der SECAM-Norm enthalten eine Farbhilfsträgerwelle von 4,43 MHz.

Wenn ein derartig zusammengesetztes Farbvideosignal 55 einem Trägersignal in der Frequenz aufmoduliert wird, werden Seitenbandkomponenten erhalten, die durch dieses Modulationssignal mit der Farbhilfsträgerfrequenz herbeigeführt werden und in einem Frequenzband von dem Trägersignal gleich einem ganzen Vielfachen dieser Farbhilfsträger-60 frequenz liegen.

Vor allem bei Systemen, in denen eine verhältnismässig niedrige Frequenz für das Trägersignal gewählt ist, können diese genannten Seitenbandkomponenten zu erheblichen Störungen führen. Insbesondere wenn sich die untere Seltenes bandkomponente zweiter Ordnung bis in den negativen Frequenzbereich erstreckt und demzufolge als sogenannte «umgefaltete» Seitenbandkomponente im positiven Frequenzbereich zum Ausdruck kommt, kann im wiedergegebe

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nen Bild eine erhebliche Interferenzstörung, auch als Moiré-störung bezeichnet, entstehen.

Um diese Interferenzstörung infolge der genannten Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung zu unterdrücken, ist in der niederländischen Patentanmeldung 7 701 035 ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei dem vor der Frequenzmodulation ein Korrektursignal erzeugt wird, das nach Frequenzmodulation eine Kompensation der genannten Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung bewirken muss. Dieses Korrektursignal wird dadurch erhalten, dass mit Hilfe einer Quadriervorrichtung die zweite Harmonische des Farbhilfsträgersignals erzeugt wird. Dieses Korrektursignal wird dann vor der Frequenzmodulation zu dem Farbvideosignal addiert, wobei, um die gewünschte Kompensation der störenden Unterseitenbandkomponente zu erhalten, sowohl die Phasenbeziehung als auch die Amplitudenbeziehung dieses Korrektursignals in bezug auf das Farbvideosignal sehr genau bestimmt sein müssen. Ausserdem soll zum effektiven Unterdrücken der genannten Interferenzkomponente die Amplitude des Korrektursignal quadratisch mit der Amplitude des Modulationssignals variieren. Weiter ist die erforderliche Verstärkung von dem Modulationsindex der Frequenzmodulation abhängig. Um die obengenannten Bedingungen zu erfüllen, sind komplizierte Schaltungen erforderlich, die ausserdem strengen Anforderungen entsprechen müssen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich mit verhältnismässig einfachen Schaltungen durchführen lässt. Das erfindungs-gemässe Verfahren weist die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, dass bei Impulsbreitenmodulation des Trägersignals durch die genannte Unterseitenbandkomponente erster Ordnung des frequenzmodulierten Signals eine Modulationskomponente bei einer Frequenz entsteht, die gleich der Frequenz der Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung ist, die bei der Frequenzmodulation des Trägersignals durch das Modulationssignal erhalten ist. Die Polarität dieser Modulationskomponente der Impulsbreitenmodulation ist aber gerade der der Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals entgegengesetzt, wodurch eine Herabsetzung der bei dieser Frequenz auftretenden Interferenzkomponente erhalten wird. Da gerade diese Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals die störendste Interferenzkomponente ist, wird durch das Verfahren nach der Erfindung eine effektive Signalverbesserung erreicht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung wird der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation derart gewählt, dass das bei dieser Impulsbreitenmodulation erhaltene Unterseitenband zweiter Ordnung wenigstens annähernd die gleiche Grösse wie das Unterseitenband zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals aufweist, das durch das Modulationssignal herbeigeführt wird.

Die Impulsbreitenmodulation des Trägersignals kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. So können die ansteigenden und abfallenden Flanken dieses Trägersignals voneinander getrennt und kann über eine Verzögerungsvorrichtung mit einer von der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung gesteuerten Verzögerungszeit der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Flanken geändert werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Impulsbreitenmodulation dadurch erhalten, dass von wenigstens annähernd einem Einseitenband FM-Signal mit endlich steilen Flanken ausgegangen und dieses Signal symmetrisch begrenzt wird. Da das frequenzmodulierte Signal als starke Signalkomponente das Trägersignal und die genannten Seitenbandkomponenten erster Ordnung enthält, wird durch diese Begrenzung automatisch die gewünschte Impulsbreitenmodulation erhalten.

Um die störendste Interferenzkomponente, und zwar die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung, effektiv zu unterdrücken, ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass das in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene Trägersignal vor der Begrenzung selektiv geschwächt wird. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene untere Seitenbandkomponente vor der Begrenzung selektiv verstärkt wird. Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung wird die Amplitude der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung in bezug auf die Amplitude des Trägersignals relativ vergrössert, wodurch die Amplitude der zur Kompensation der unteren Seitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals bestimmten Modulationskomponente des in der Impulsbreite modulierten Signals ebenfalls vergrössert ist.

Die selektive Verstärkung der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung kann nach einer Weiterbildung auf einfache Weise dadurch erhalten werden, dass diese Komponente von dem frequenzmodulierten Signal abgetrennt, um einen vorbestimmten Faktor verstärkt und wieder zu dem frequenzmodulierten Signal addiert wird.

Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die im Patentanspruch 8 definiert ist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Frequenzspektrum eines von einem zusammengesetzten Farbvideosignal modulierten Trägersignals,

Fig. 2 das Frequenzspektrum eines von einem Modulationssignal in der Impulsbreite modulierten Trägersignals,

Fig. 3 das Frequenzspektrum, das durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung erhalten ist, und

Figuren 4 und 5 zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Fig. 1 zeigt zur Illustrierung das Frequenzspektrum eines frequenzmodulierten Signals, wie es erhalten wird, wenn ein Trägersignal von einem Standard-PAL-Farbfernsehsignal in der Frequenz moduliert wird. Dabei ist angenommen, dass der Modulationsindex derart klein gewählt ist, dass die Seitenbandkomponenten dritter Ordnung und höherer Ordnungen vernachlässigt werden können. Weiter ist in der Figur der Einfachheit halber ein Trägersignal 1 mit fester Frequenz von fo = 6 MHz angegeben. Tatsächlich wird infolge der Modulation durch das im Farbfernsehsignal vorhandene Leuchtdichtesignal ein Frequenzhub um diese Frequenz fo, z.B. zwischen 5,5 und 6,5 MHz, auftreten. Für eine erste Auseinandersetzung des Erfindungsgedankens ist dies aber nicht von Bedeutung.

Da ein Standard-PAL-Farbfernsehsignal ein mit der Farbartinformation moduliertes Farbhilfsträgersignal mit der Frequenz fc = 4,43 MHz enthält, entstehen infolge dieses Modulationssignals im frequenzmodulierten Signal zunächst zwei Seitenbandkomponenten erster Ordnung in einem Frequenzabstand fo von dem Trägersignal 1, also eine Frequenzkomponente 2 bei einer Frequenz fo — fc und eine Frequenzkomponente 2' bei einer Frequenz fo + fc. Diese beiden Seitenbandkomponenten erster Ordnung 2 und 2' weisen eine entgegengesetzte Polarität auf und bilden somit eine reine Frequenzmodulation des Trägersignals 1.

Weiter entstehen bei der Frequenzmodulation zwei Seitenbandkomponenten zweiter Ordnung des Trägersignals 1 in einem Frequenzabstand 2fc von dem Trägersignal 1. Die

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obere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung liegt bei einer ersten hohen Frequenz, dass sie weiter vernachlässigbar ist. Die Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung ergibt aber eine Frequenzkomponente 3, die sogenannte gespiegelte Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung. Unter dem Ausdruck «gespiegelt» ist hier zu verstehen, dass die Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung wegen der niedrigen Frequenz des Trägersignals 1 in dem negativen Frequenzbereich zu liegen kommt und dadurch gespiegelt in bezug auf die Frequenz 0 im positiven Frequenzbereich zum Ausdruck kommt, wodurch die Frequenzkomponente 3 bei einer Frequenz 2fc —fo erhalten wird.

Wenn von einem symmetrischen rechteckförmigen frequenzmodulierten Signal ausgegangen wird, enthält das Frequenzspektrum auch ungerade Harmonische des Trägersignals und Seitenbandkomponenten um diese Harmonischen. Die meisten dieser Frequenzkomponenten spielen wegen ihrer Grösse und Frequenz keine wichtige Rolle. Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 1 die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung der dritten Harmonischen des Trägersignals dargestellt. Diese Frequenzkomponente 4 liegt bei einer Frequenz 3fo — 2fc und nimmt also, gleich wie die Frequenzkomponente 3, einen Frequenzabstand 2fo —2fc von dem Trägersignal 1 ein. Da die Polarität dieser zwei Frequenzkomponenten 3 und 4 entgegengesetzt ist, bilden sie zusammen eine Frequenzmodulation des Trägersignals 1 und führen sie nach Frequenzdemodulation ein Störsignal mit einer Frequenz 2fo — 2fc herbei, das als sogenanntes Moirému-ster in dem wiedergegebenen Bild zum Ausdruck kommt.

Um bei einem Übertragungssystem mit Frequenzmodulation mit einer möglichst beschränkten Bandbreite auszukommen, wird meistens die sogenannte Einseitenbandmodulation angewandt, was bedeutet, dass nur das Trägersignal und die Frequenzkomponenten unterhalb dieses Trägersignals übertragen werden. Dies bedeutet, dass im Frequenzspektrum nach Fig. 1 nur die innerhalb des Frequenzbandes Ef vorhandenen Frequenzkomponenten 1, 2 und 3 von Bedeutung sind. Als Störsignal bleibt in einem derartigen Einseitenband-system die Frequenzkomponente 3 bestehen, die nach Frequenzdemodulation ein Störsignal mit Frequenz 2fo — 2fc ergibt, das zu einem Moirémuster führt. Es ist demzufolge von grossem Interesse, bei derartigen Übertragungssystemen diese Frequenzkomponente möglichst zu unterdrücken.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass das frequenzmodulierte Signal einer Impulsbreitenmodulation unterworfen wird, und zwar insbesondere dadurch, dass das Trägersignal 1 mit der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung 2 in der Impulsbreite moduliert wird. Um den Effekt dieser Impulsbreitenmodulation verdeutlichen zu können, ist in Fig. 2 das Frequenzspektrum eines in der Impulsbreite modulierten Signals dargestellt, wie es erhalten wird, wenn ein Trägersignal 1 mit Frequenz fo von einem Modulationssignal mit Frequenz fp in der Impulsbreite moduliert wird. Zum Bewirken der Impulsbreitenmodulation sind eine Anzahl von Möglichkeiten bekannt, auf die nachstehend noch näher eingegangen werden wird.

Das Frequenzspektrum des in der Impulsbreite modulierten Signals enthält als Frequenzkomponenten zunächst wieder das Trägersignal 1 mit Frequenz fo. Es stellt sich heraus, dass als zweiter Frequenzkomponente eine Komponente 5 mit Frequenz fp entsteht, d.h. eine Frequenzkomponente, die mit dem Modulationssignal zusammenfällt. Weiter stellt sich heraus, dass die Polarität dieser Frequenzkomponente gleich der Polarität des Modulationssignals ist, so dass in dem Frequenzspektrum nach Fig. 2 das Modulationssignal, was eine Frequenz und Polarität anbelangt, als der Frequenzkomponente 5 entsprechend betrachtet werden kann.

Wenn die Impulsbreitenmodulation auf symmetrische

Weise stattfindet, werden um das Trägersignal 1 nur Seitenbandkomponenten gerader Ordnung erhalten, d.h. Frequenzkomponenten in einem Frequenzabstand 2nfp (mit n einer ganzen Zahl) von dem Trägersignal 1. Die wichtigsten dieser Frequenzkomponenten sind also die Komponente 6 bei einer Frequenz fo — 2fp und die Komponente 6' bei einer Frequenz fo + 2fp. Diese Komponenten 6 und 6' weisen, wie gefunden wurde, eine Polarität auf, die der Polarität des Trägersignals 1 entgegengesetzt ist. Weiter treten um die zweite Harmonische des Trägersignals 1, die selbst nicht auftritt, nur ungerade Seitenbandkomponenten auf, d.h. Frequenzkomponenten in einem Frequenzabstand (2n+ l)fp von der Frequenz 2fo. Der Vollständigkeit halber ist im Frequenzspektrum die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung 7 dieser zweiten Harmonischen des Trägersignals 1 dargestellt, die eine Frequenz 2fo — fp aufweist. Die Seitenbandkomponenten höherer Ordnungen, die innerhalb des angegebenen Frequenzbereiches auftreten, können vernachlässigt werden, wenn der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation klein gewählt wird. Ferner werden bei einer Beschränkung der Übertragungsbandbreite auf ein Frequenzband Ef die Frequenzkomponenten 6' und 7 keine wichtige Rolle mehr spielen.

Ein Vergleich der Frequenzspektren nach den Figuren 1 und 2 zeigt, dass im Falle, in dem bei der Impulsbreitenmodulation als Modulationssignal die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung 2 des frequenzmodulierten Signals benutzt wird, die unterschiedlichen Frequenzkomponenten des in der Impulsbreite modulierten Signals in bezug auf ihre Frequenz mit den Frequenzkomponenten des frequenzmodulierten Signals zusammenfallen. Insbesondere fällt die Frequenzkomponente 6 (Frequenz fo — 2fp = 2fc — fo) des in der Impulsbreite modulierten Signals mit der störenden Frequenzkomponente 3 des frequenzmodulierten Signals zusammen. Weiter ist aus dem Figuren ersichtlich, dass diese beiden Frequenzkomponenten 3 und 6 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Die Erfindung nutzt dies dadurch aus, dass die genannte Störkomponente 3 bei der Frequenz 2fc —fo im frequenzmodulierten Signal herabgesetzt wird. Dazu wird das frequenzmodulierte Signal einer Impulsbreitenmodulation unterworfen, wobei insbesondere das Trägersignal 1 von der Frequenzkomponente 2 in der Impulsbreite moduliert wird. Dadurch wird der Frequenzkomponente 3 additiv die Frequenzkomponente 6 zugesetzt, wodurch eine Herabsetzung der Grösse der resultierenden Frequenzkomponente bei der betreffenden Frequenz 2fc — fo erhalten wird, weil die zwei betreffenden Frequenzkomponenten 3 und 6 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Das Ausmass der Herabsetzung der genannten Störkomponente bei dieser Frequenz 2fc — fo wird naturgemäss durch das gegenseitige Grössenverhältnis der beiden Frequenzkomponenten 3 und 6 bestimmt. Dabei kann aber die Grösse der Frequenzkomponente 6, die durch die Impulsbreitenmodulation erhalten ist, auf einfache Weise derart angepasst werden, dass eine möglichst grosse Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2fc — fo erzielt wird. Zur näheren Erläuterung wird nachstehend annäherungsweise die Grösse der unterschiedlichen Frequenzkomponenten des frequenzmodulierten und des in der Impulsbreite modulierten Signals angegeben.

Bekanntlich können in einem frequenzmodulierten Signal die Grössen der unterschiedlichen Frequenzkomponenten in Besseischen Funktionen ausgedrückt werden. Wird bei der Frequenzmodulation von einem kleinen Modulationsindex ß ausgegangen, so kann für die Amplituden Ai, A2 und A3 der Frequenzkomponenten 1, 2 bzw. 3 des Frequenzspektrums nach Fig. 1 geschrieben werden:

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Ai = Jo(ß)

A2 = J.(ß) (1)

A3 = J2(ß)

wobei Jo, Ji und J2 die Besseischen Funktionen nullter, erster bzw. zweiter Ordnung darstellen.

Für die Impulsbreitenmodulation wird nun von einem sinusförmigen Trägersignal 1 ausgegangen, dem die Frequenzkomponente 2 als Impulsbreite aufmoduliert wird. Es stellt sich heraus, dass bei Impulsbreitenmodulation die Amplituden der unterschiedlichen Frequenzkomponenten durch einen Modulationsindex m bestimmt werden, der gleich dem Verhältnis zwischen dem Amplituden des Modulationssignals, der Frequenzkomponente 2 und des Trägersignals 1 ist. Für diesen Modulationsindex m kann also geschrieben werden: m = A2/A1 =Ji(ß). Da eine Änderung der Amplituden der m = A2/Ai = Ji(ß). Da eine Änderung der Amplituden der Frequenzkomponenten des in der Impulsbreite modulierten Signals auf einfache Weise durch Änderung des Amplitudenverhältnisses des Modulationssignals und des Trägersignals möglich ist, wird nachstehend für den Modulationsindex der Ausdruck m = C • Ji(ß) verwendet,

wobei C eine Konstante ist.

Für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung wichtigste Frequenzkomponente 6 des in der Impulsbreite modulierten Signals wird dann eine Amplitude As gefunden, die der Gleichung

As ss J2(m) = J2{C • Ji(ß)} (2)

entspricht, wobei J2 wieder die Besseische Funktion zweiter Ordnung darstellt.

Für eine vollständige Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2fc-fo muss gelten:

A3 = Aö oder J2(ß) = J2(m)=J2{C-Ji(ß)} (3).

Für die Besseischen Funktionen erster Ordnung und höherer Ordnungen kann annähernd die Formel J„(x)= 1/n! (x/2)- gelten. Das Einsetzen dieser Annäherung für die Besseischen Funktionen in den Ausdruck (3) ergibt dann die Bedingung:

!/2(ß/2)2 = Vz\C ■ Ji(ß)/2}2 = 1/2 • C% • {(ß)/2p (4),

woraus die Bedingung

C = 2 (5)

folgt.

Diese Bedingung (5) gibt somit an, dass für eine vollständige Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2fc — fp das Amplitudenverhältnis zwischen der Frequenzkomponente 2 und dem Trägersignal 1 um einen Faktor 2 vergrössert werden soll. Dies kann naturgemäss auf zwei verschiedene Weisen bewirkt werden, und zwar durch selektive Schwächung des Trägersignals 1 oder durch selektive Verstärkung der Frequenzkomponente 2.

Nach der Impulsbreitenmodulation ist das ursprüngliche Frequenzspektrum des frequenzmodulierten Signals nach Fig. 1 demzufolge in ein Frequenzspektrum nach Fig. 3 verwandelt, wobei der Einfachheit halber nur die wesentlichen Frequenzkomponenten innerhalb des Übertragungsfrequenzbandes Ef angegeben sind. Als einzige Frequenzkomponenten verbleiben ein Trägersingal 1 bei der Frequenz fo und eine Frequenzkomponente 2' bei der Frequenz fo — fc. Diese beiden

Frequenzkomponenten 1 und 2' entsprechen in bezug auf ihre Frequenzlage völlig den Frequenzkomponenten 1 und 2 des ursprünglichen frequenzmodulierten Signals und unterscheiden sich von diesen nur durch ihre Amplitude, wobei diese Änderung der Amplituden von der Weise abhängt, auf die die Impulsbreitenmodulation stattfindet. Es ist aber ohne weiteres klar, dass nach Frequenzdemodulation auf eine für ein Einseitenband-FM-Signal übliche Weise des Signals mit einem Frequenzspektrum nach Fig. 3 wieder das ursprüngliche als Modulationssignal bei der Frequenzmodulation verwendete Farbfernsehsignal erhalten wird.

In bezug auf die Grösse der Frequenzkomponente 2' nach der Impulsbreitenmodulation kann folgendes bemerkt werden. Die Amplitude dieser Komponente entspricht bei der oben eingehaltenen annäherungsweisen Berechnung der Formel

A2'= V2 m = 1/2 C ■ A2 (6)..

Dies bedeutet, dass, falls die Konstante C = 2 ist, die Amplitude dieser Frequenzkomponente 2' gleich der Ampli- • tude der ursprünglichen Komponente auf derselben Frequenz ist.

Zum Bewirken der Impulsbreitenmodulation sind aus der Literatur eine Anzahl von Möglichkeiten bekannt. Um einige Möglichkeiten anzugeben, sei auf die US-PS 3 893 163 verwiesen. In Fig. 5 dieser Patentschrift wird eine Vorrichtung zum Bewirken einer Impulsbreitenmodulation dargestellt, bei der ein Trägersignal in zwei Teilsignale gespaltet wird, die die ansteigenden bzw. die abfallenden Flanken des Trägersignals darstellen. Diese beiden Teilsignale werden zwei Verzögerungsvorrichtungen zugeführt, deren Verzögerungszeit veränderlich ist. Die Verzögerungszeiten dieser beiden Verzögerungsvorrichtungen werden nun in Abhängigkeit von dem Modulationssignal, jedoch in einander entgegengesetzten Richtungen, geändert. Die Ausgangssignale der beiden Verzögerungsvorrichtungen werden wieder zu einem Signal mit doppelter Frequenz zusammengefügt, das dann die gewünschte Impulsbreitenmodulation enthält. Bei Anwendung dieser Vorrichtung für die vorliegende Erfindung kann die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung 2 abgetrennt und als Modulationssignal den beiden Verzögerungsvorrichtungen zugeführt werden, um die Teilsignale gegeneinander zu verschieben, die von dem verbleibenden Teil des frequenzmodulierten Signals abgeleitet wird.

Eine zweite in Fig. 4 der vorgenannten USA-Patentschrift dargestellte Möglichkeit geht von einem Trägersignal mit endlich steilen Flanken aus, zu dem das Modulationssignal addiert wird. Dann wird das erhaltene Summensignal symmetrisch begrenzt, wodurch ein wenigstens annähernd rechteck-förmiges Signal mit der gewünschten Impulsbreitenmodulation entsteht. Es ist einleuchtend, dass dieses Impulsbreitenmodulationsverfahren sehr einfach durchgeführt werden kann; daher wird bei den nachstehend angegebenen Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung diese Impulsbreitenmodulationsweise angewandt.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 wird das frequenzmodulierte Signal FM mit einem Frequenzspektrum nach Fig. 1 einer Eingangsklemme 10 zugeführt, wobei angenommen wird, dass dieses Signal endlich steile Flanken aufweist. Diese Eingangsklemme 10 ist mit einem Eingang 12a einer Addierschaltung 12 verbunden, der demzufolge dieses Signal FM zugeführt wird. Ausserdem ist diese Ausgangsklemme 10 mit einem Bandfilter 11 verbunden, mit dem die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung 2 (Fig. 1) abgetrennt wird. Diese Frequenzkomponente 2 wird mit Hilfe eines Verstärkers 15 verstärkt und dann einem Eingang 12b der Addier-

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Schaltung 12 zugeführt. In dieser Addierschaltung 12 werden die beiden ihren Eingängen 12a und 12b angebotenen Signale zueinander addiert, wodurch ein Signal FM' erhalten wird, dessen Frequenzspektrum, was die Lage der Frequenzkomponenten anbelangt, völlig dem Frequenzspektrum des Signals FM entspricht. Dieses Signal FM' wird dann einem symmetrischen Begrenzer 13 zugeführt, wodurch ein praktisch recht-eckförmiges Ausgangssignals FMC an der Ausgangsklemme 14 erhalten wird.

Diese Begrenzung durch den Begrenzer 13 kann, wie in der genannten US-PS 3 893 163 nachgewiesen wird, als eine Impulsbreitenmodulation der Frequenzkomponenten mit der grössten Frequenz (Komponente 1) durch die Frequenzkomponente mit niedrigerer Frequenz (Komponente 2) aufgefasst werden.

Wie bereits angegeben ist, wird in erster Linie von einem Signal FM mit endlich steilen Flanken ausgegangen, was der Fall ist, wenn das Signal FM einer Frequenzbeschränkung unterworfen ist. Dies kann bereits automatisch der Fall sein, wenn die Vorrichtung nach Fig. 4 in einer Wiedergabevorrichtung für einen Aufzeichnungsträger verwendet wird, der eine Übertragungskennlinie mit beschränkter Bandbreite aufweist. Auch kann selbstverständlich mit Hilfe eines der Vorrichtung nach Fig. 4 vorgeschalteten Tiefpasses das frequenzmodulierte Signal in der Bandbreite beschränkt werden, derart, dass das Signal FM z.B. nur die Trägerwelle 1 und Komponenten mit niedrigeren Frequenzen enthält. In diesem Falle kann das Signal FM als die Summe von drei sinusförmigen Signalen 1,2 und 3 betrachtet werden. Dies bedeutet, dass jede der Komponenten 1,2 und 3 durch die Begrenzung im Begrenzer 13 zu einer Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 führt. Hinzu kommt noch die Impulsbreitenmodulation durch die abgetrennte und verstärkte Komponente 2, die vorher zu dem Signal FM in der Addierschaltung 12 addiert wird. Für die Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 durch die Komponente 3 gilt ein Modulationsindex n = A3/Ai=:A3. Dies bedeutet, dass analog der Formel (6) nach der Impulsbreitenmodulation die Amplitude der Störkomponente 3 gleich

'Ari = V2 A3 (7)

ist. Für die Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 durch die Komponente 2 gilt ein Modulationsindex m = (l + K)A2, was nach der Formel (2) eine Frequenzkomponente 6 in dem in der Impulsbreite modulierten Signal ergibt, die der Formel

Ag = J2(m) = Jz{( 1 + K) Az} (8)

entspricht. Wenn (7) und (8) gleichgesetzt werden, wird als Bedingung für eine vollständige Kompensation der Störkom-ponente bei der Frequenz 2fc-fo erhalten: K=;0,4, während für die Amplitude A2' der Komponente 2' gilt: Ai'= V2 m ^0,7A2.

Eine Anwandlung der oben angegebenen Möglichkeiten kann dadurch erhalten werden, dass mit Hilfe des Bandfilters 11 nicht nur die Komponente 2, sondern beide Komponenten 2 und 3 abgetrennt werden. Dies ist bestimmt zweckdienlich, wenn beide Komponenten, was ihre Frequenzen anbelangt, einander nahe liegen. Analog den vorhergehenden Berechnungen kann dann wieder der Wert der Verstärkung K bestimmt werden, für den eine vollständige Kompensation der Störkomponente bei der Frequenz 2fc — fo erhalten wird, was die Bedingung K = 1 ergibt.

Eine dritte Möglichkeit wird erhalten, wenn von einem frequenzmodulierten Signal FM an der Eingangsklemme 10 ausgegangen wird, das keiner Frequenzbeschränkung unterworfen worden ist, was bei Anwendung der Vorrichtung nach

Fig. 4 in einer Aufzeichnungsvorrichtung der Fall sein kann, während dieses Signal FM dennoch endlich steile Flanken aufweist. Dies kann z.B. bei Anwendung eines FM-Modula-tors der Fall sein, der ein dreieckförmiges Ausgangssignal liefert. Würde dieses Signal FM einem symmetrischen Begrenzer zugeführt werden, so tritt gar keine Verschiebung der Nulldurchgänge und somit keine Impulsbreitenmodulation auf. Dies bedeutet, dass in der Vorrichtung nach Fig. 4 die Impulsbreitenmodulation lediglich durch die abgetrennte Komponente 2 herbeigeführt wird, die dem Eingang 12b der Addierschaltung 12 zugeführt wird. Nach der annäherungsweise gefundenen Formel (5) wird in diesem Falle der Verstärker 15 einen Verstärkungfaktor und dem Wert 2 aufweisen müssen. Die Amplitude der Frequenzkomponente 2' wird in diesem Falle zweimal die Amplitude der ursprünglichen Frequenzkomponente 2 betragen, weil ja diese ursprüngliche Komponente 2 erhalten bleibt, und zu dieser Komponente wird die durch die Impulsbreitenmodulation bei dieser Frequenz entstandene Komponente derselben Grösse addiert.

Auch hier ergibt sich wieder die Möglichkeit, entweder nur die Komponente 2 oder beide Komponenten 2 und 3 mit Hilfe des Bandpassfilters 11 abzutrennen und dem Eingang 12b der Addierschaltung 12 zuzuführen.

Fig. 5 zeigt eine zweite sehr einfache Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, wobei entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 4 bezeichnet sind. Das frequenzmodulierte Signal FM wird der Eingangsklemme 10 zugeführt, die mit einem Tiefpass 16 verbunden ist. Es wird angenommen, dass das frequenzmodulierte Signal FM in bezug auf seine Bandbreite beschränkt ist, d.h., dass die oberen Seitenbänder unterdrückt sind. Der Tiefpass 16 weist eine Frequenzkennlinie mit einer Frequenz zwischen der Frequenz fo des Trägersignals 1 und der Frequenz 2fc —fo der Frequenzkomponente 3 des frequenzmodulierten Signals auf. Dadurch wird die Amplitude der Frequenzkomponenten 2 und 3 in Bezug auf die der Trägerwelle 1 des frequenzmodulierten Signals geändert. Das Ausgangssignal dieses Tiefpasses 16 wird dann dem Begrenzer 13 zugeführt, wodurch die gewünschte Impulsbreitenmodulation erhalten wird. Durch passende Wahl der Frequenzkennlinie des Tiefpasses 16 kann dabei wieder erreicht werden, dass die Störkomponente bei der Frequenz 2fc — fo völlig eliminiert wird, so dass das Spektrum des am Ausgang 14 zur Verfügung stehenden Signals FMC dem in Fig. 3 gezeigten Frequenzspektrum entspricht. Nach der oben angegebenen annäherungsweisen Berechnung wird als Bedingung gefunden, dass die Trägerwelle um einen Faktor 2 in der Amplitude geschwächt sein soll.

Das Verfahren nach der Erfindung schafft demzufolge die Möglichkeit, in einem frequenzmodulierten Signal, insbesondere einem Signal mit niedriger Trägerfrequenz, die wichtigste Störkomponente zu unterdrücken. Wenn dabei an ein Übertragungssystem gedacht wird, bei dem ein Informationssignal auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet und nachher wieder ausgelesen wird, kann das Verfahren nach der Erfindung sowohl beim Aufzeichnen als auch beim Wiedergeben der Information verwendet werden. Eine Aufnahme der Vorrichtung nach Fig. 4 oder 5 in die Aufzeichnungsvorrichtung bringt mit sich, dass auf den Aufzeichnungsträger endgültig das Signal FMC aufgezeichnet wird. Dieses Signal kann nach Auslesung ohne weiteres einem Frequenzmodulator zugeführt werden und ergibt dann das ursprüngliche Informationssignal, in dem die normalerweise auftretende Moiréstôrung stark unterdrückt ist. Wird die Vorrichtung nach Fig. 4 oder 5 in die Auslesevorrichtung aufgenommen, so ist auf den Aufzeichnungsträger das normale frequenzmodulierte Signal FM aufgezeichnet. Das ausgelesene Signal FM wird dann zunächst auf die angegebene Weise korrigiert,

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was das Signal FMC ergibt, das dann einem Frequenzdemodu-lator zugeführt wird. Wenn für die Frequenzmodulation eine Schaltung verwendet wird, die als erste Stufe einen Begrenzer enthält, ist es einleuchtend, dass man diesen Begrenzer die Funktion des Begrenzers 13 in der Vorrichtung nach Fig. 4 oder 5 erfüllen lassen kann.

Es dürfte einleuchten, dass es zum Erhalten einer vollständigen Kompensation der Störkomponente von Bedeutung ist, die richtige Phasenbeziehung zwischen den unterschiedlichen Signalkomponenten aufrechtzuerhalten. Dafür müssen naturgemäss an die Phasenkennlinien der verwendeten Filter bestimmte Anforderungen gestellt werden. Ausserdem wird im Idealfall das Amplitudenverhältnis zwischen den Komponenten 2 und 3 und der Trägerwelle 1 für jede mögliche Frequenz des modulierten Trägersignals innerhalb des Frequenzhubes den gewünschten Wert aufweisen müssen. In bezug auf die Vorrichtung nach Fig. 5 würde dies bedeuten, dass die Amplitudenkennlinie des Tiefpasses 16 vorzugsweise einen geraden Teil mit einem frequenzabhängigen Wert sowohl 5 innerhalb des Frequenzbandes der Komponenten 2 und 3 als auch innerhalb des Frequenzhubes des Trägersignals 1 aufweisen soll. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine für die Praxis genügend starke Unterdrückung der Störkomponente auch mit einer erheblich einfacheren Filterkennlinie to erhalten werden kann. So ist als Tiefpass in der Vorrichtung nach Fig. 5 ein Filter mit Butterworth-Thomson-Kennlinie zweiter Ordnung benutzt, mit dem völlig akzeptable Ergebnisse in bezug auf die Unterdrückung der Störkomponente erzielt wurden.

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal, das ein Trägersignal enthält, welches wenigstens mit einem Modulationssignal mit Grundfrequenz frequenzmoduliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersignal (1) durch die infolge des Modulationssignals in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (2) in der Impulsbreite moduliert wird (Fig. 1).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulationsgrad bei der Impulsbreitenmodulation derart gewählt wird, dass das bei dieser Impulsbreitenmodulation entstandene untere Seitenband zweiter Ordnung (6) wenigstens annähernd die gleiche Grösse wie das untere Seitenband zweiter Ordnung (3) des frequenzmodulierten Signals aufweist, das durch das Modulationssignal herbeigeführt wird (Fig. 1,2).
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsbreitenmodulation dadurch erhalten wird, dass von einem wenigstens angenäherten Einseiten-band-FM-Signal (Ei) mit endlich steilen Flanken ausgegangen und dieses Signal symmetrisch begrenzt wird (Fig. 1).
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem frequenzmodulierten Signal (Ei) vorhandene Trägersignal (1) vor der Begrenzungs selektiv geschwächt wird (Fig. 1).
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im frequenzmodulierten Signal (Ei) vorhandene Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) vor der Begrenzung selektiv verstärkt wird (Fig. 1).
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Verstärkung der unteren Seitenbandkompo-nete erster Ordnung dadurch erhalten wird, dass diese Komponente (3) von dem frequenzmodulierten Signal (Ei) abgetrennt, um einen vorher bestimmten Faktor verstärkt und wieder zu dem frequenzmodulierten Signal (Ei) addiert wird (Fig. 1).
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von einem symmetrisch frequenzmodulierten Signal ausgegangen wird, dass von diesem Signal die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) abgetrennt und um einen vorher bestimmten Faktor verstärkt wird, und dass dann die Impulsbreitenmodulation dadurch erhalten wird, dass diese verstärkte Unterseitenbandkomponente erster Ordnung zu dem frequenzmodulierten Signal addiert und das Summensignal symmetrisch begrenzt wird.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Modulationsschaltung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal durch die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsschaltung eine Begrenzungsschaltung (13) zur symmetrischen Begrenzung des frequenzmodulierten Signals enthält (Fig. 4, 5).
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Tiefpass zum Unterdrücken von oberen Seitenbandkomponenten des frequenzmodulierten Signals versehen ist, welcher Tiefpass der Begrenzungsschaltung vorgeschaltet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsschaltung mit einer der Begrenzungsschaltung (13) vorgeschalteten Schwächungsschaltung (16) zum selektiven Schwächen des Trägersignals versehen ist (Fig. 5).
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächungsschaltung (16) einen Tiefpass mit einer zwischen der Frequenz der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung (3) und der Frequenz des Trägersignals (1) liegenden Grenzfrequenz enthält (Fig. 1, 5).
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsschaltung mit einer der

    5 Begrenzungsschaltung vorgeschalteten selektiven Verstärkervorrichtung zum selektiven Verstärken der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) versehen ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsschaltung mit einer Addierschal-

    lo tung (12), mit ersten Zuführungsmitteln zum Zuführen des frequenzmodulierten Signals (Ei) zu dieser Addierschaltung, mit einem Bandpassfilter (11) zur Abtrennung der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) von dem frequenzmodulierten Signal (Ei) und mit zweiten Zuführungs-

    15 mittein versehen ist, mit deren Hilfe diese abgetrennte untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (3), um einen vorher bestimmten Faktor verstärkt, der Addiervorrichtung (12) zugeführt wird (Fig. 4).
15. 15. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Her-

    20 absetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal, dessen Trägersignal mit einem Modulationssignal mit Grundfrequenz frequenzmoduliert ist, das ein zusammengesetztes Farbvideosignal mit einem Leuchtdichtesignal und einem auf einer Farbhilfsträgerwelle aufmodulier-

    25 ten Farbartsignal ist.

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