Filter zwischen Demod. und Auswertung

Kurt Bindl schrieb:

Wenn du FSK demodulieren willst, dürfte die Phase des Signal ohne Bedeutung sein.

Ein Filter hat immer unterschiedliche Phasenlaufzeiten je nach Frequenz, in Abhängigkeit von der Filterchrakteristik.

Wenn du unterhalb der Null-Frequenz und oberhalb der Einsfrequenz Störsignale hast, kann ein Filter einiges bringen.

Alfred

Ein _richtiger_ Filter bringt da immer etwas, drum gibt es ja auch Matched Filter Systeme. Allerdings kann ein falsch designter Filter auch viel kaputt machen, Stichwort Intersymbolinterferenz.

Daher ist geht die Frage zurück: Welcher Hub, welche Datenrate, welcher Sendefilter ?

Gruß Oliver

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Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10

Oliver Bartels schrieb

ist.

Hallo , wir hatten schon mit 600 Ohm Kontakt.

Bandbreite 20 kHz Hub 2 Khz

1200 Baud

Sendefilter (keines) linear ,also ohne Preemphasis

Kurt

Alfred Gemsa schrieb

ist.

das wär gut

Die "NF" ist das normale ungefilterte Empfängerrauchen + das Nutzsignal

Suche eine "einfache" Schaltung (passiv) um das Rauschverhalten zu verbessern Wenns aktiv besser geht dann ist das auch OK

Kurt

Kurt Bindl schrieb:

Viele Funkkisten arbeiten mit Phasenmodulation. Sollte zwar egal sein, aber manchmal eben doch nicht. Der TCM 3105 wurde in Telefonmodems eingesetzt. Die NF Bandbreite wäre dann so 300-3200 Hz.

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gruß horst-dieter

Meine Kristallkugel sagt mir, dass Du _insgesamt_ den Frequenzunterschied zwischen beiden 1,0 FSK Frequenzen meinst.

Also kein matched Flter System.

Beispielrechnung:

Dann: 1200 Baud bei 10101010... Folge ergibt maximal 600 Hz Signalfrequenz ohne Oberwellen.

Nach der allseits bekannten FM Bandbreitenschätzformel ( (+/-)Hub der FSK-FM = hier 1kHz bei 2kHz Frequenzdifferenz beider FSK Frequenzen) werden relevante Seitenschwingungen des FSK Signals ab ca. 10% Amplitude im Bereich

Bandbreite_FM = 2 * ( (+/-)Hub + f_Signal ),

hier also B = 2 * ( 1 kHz + 600 Hz ) = 3,2 kHz rund um die Mitte zwischen beiden FSK Frequenzen liegen. ( Falls es andere Zahlen sind: Bitte umrechnen. )

Die 3,2kHz sind dann die Bandbreite, die der Filter _mindestens_ haben sollte, sonst werden für den FSK-Detektor entscheidende Signalanteile kaputtgemacht.

Wichtig:

Der FSK-Detektor muss dann natürlich damit leben können, dass das rückgewonnene Signal einen weichen Übergang zwischen beiden FSK Frequenzen zeigt, denn die Oberwellen für eine harte Umschaltung (Rechteck => 3. OW, 5. OW usw.) werden durch den Filter einkassiert. Kann er das nicht, dann muss man die Bandbreite des Filters erhöhen.

Unterschreiten sollte man diese Bandbreite mit einem einfachen asynchronen Detektor keinesfalls, sonst wird die Bitfehlerrate heftig ansteigen.

Andererseits wird so ein 3,2kHz Filter je nach Steilheit die Bandbreite für die Rauschleistung z.B. von 20kHz auf z.B. 5kHz reduzieren, also Faktor 4, ergo 6dB S/N Gewinn, was ja schonmal _etwas: ist.

Möchte man mit noch weniger Bandbreite arbeiten, dann bleiben nur präzisere Modulationsarten, beispielsweise verwenden Handys mit der GMSK eine Spielart der FSK mit Modulationsindex 0,5 und sehr exakt definiertem Sendefilter (allerdings auch kein Matched System, sonst würde z.B. ein Root Raised Cosine Filter genutzt).

Aber Achtung: Der Filter darf nicht zu steil sein, denn:

Zu der Sache mit der Phase: Natürlich hat der Phasengang des Filters einen Einfluß auf das Signal und die Bitfehlerrate, besonders wenn er nicht linear ist. Denn eine Frequenzänderung kann man sich auch als durch ganz viele ständige Phasenänderungen zusammengesetzt betrachten. Der Phasengang spielt dann keine Rolle, wenn man nur 0 oder 1 sendet, ansonsten durch die 01/10 Übergänge schon.

Besonders schlecht für diesen Zweck sind steile analoge oder steile IIR Filter, die Steilheit bedeutet nämlich, dass der Filter sich Informationen aus der fernen Vergangenheit merkt (wie soll er sonst die exakte Frequenz an der Flanke bestimmen) und mit den gegenwärtigen Symbolen vermischt, das wiederum ergibt Intersymbolinterferenz (ISI) und bei schlechten Signalen Bitsalat. In professionellen Systemen findet man deshalb gerne eine intersymbolinterferenzfreie Spielart digitaler FIR Filter, diese lassen sich analog nicht vernünftig nachbilden. Außerdem kann man ISI auch mit Trellis/Viterbi & Co. bekämpfen, aber auch das ist kompliziert.

Deshalb lieber einen "harmlosen" (Bessel) Filter als irgendein scharfes Tschebyscheff Teil 6ter Ordnung dafür hernehmen.

Insgesamt wird der Filter bei so einem einfachen FSK System ein _Kompromiss_ sein, den darfst Du dann experimentell finden.

Gruß Oliver

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Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
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Am Eingang: "A continous low-pass antialiasing filter " ( bestimmt nicht sehr steil ). Dann kommt SC-Filter und dann was simples digitales als Demodulator.

D.h. ein simples aliasing-filter genügt dort weil man ihn in der Telefonanwendung nicht bis 20kHz mit Rauschen vollpumpt. Ein externes Aliasing-Filter könnte etwas helfen. Es gibt verschiedenste FSK-Demodulationsverfahren, ob das des TCM3105 prinzipbedingt das edelste ist möchte ich bezweifeln. Daß ihn Amateurfunker typisch verwenden beweist nichts.

MfG JRD

Oliver Bartels schrieb

die beiden HF-Frequenzen z.B 1200 / 1800 Hz

was ist ein "matched Filter System"

Danke für die guten Informationen.

Mit meinem Schomandl stell ich einen Hub von 2 khz ein Ein größerer Hub bringt nichts, ausserdem möchte ich Frequenzabweichungen abfangen (soll alles in der Bandbreite bleiben)

Die Empfängerbandbreite ist meists 20 khz kann sie aber auch auf 12,5 einstellen. Das sollte eigentlich auch schon etwas bringen.

Was ein Bessel-Filter ist muss ich erst lernen. hab mir am Demodulator ein R/C hingehängt (Tiefpass) das hat auch schon was gebracht.

Die Kombi aus Hoch und Tiefpass sollte doch schon gut sein ?

Kurt

bei FSK wird überhaupt nichts moduliert

abgesehen davon, was meinst Du mit:: "Sollte zwar egal sein, aber manchmal eben doch nicht."?

Filter gehören eher vor den Demodulator, allerdings schreibst Du gar nicht was Du filtern willst.

Gruss Peter

Die Frequenz ?

MfG JRD

Ok, bei 1200/1800Hz wären es aber nur 600Hz FSK Frequenzunterschied und ergo _für_die_FM_Formel_

300Hz Hub. Gibt bei 1200 BPS dann 1,8kHz Mindestbandbreite, wenn man nicht mit matched Filter arbeitet.

Du siehst, irgendwann ist der Hub nicht mehr so bedeutsam, im Gegenteil, macht man ihn zu klein, dann gibt es per se Intersymbointerferenz.

Bei 1200BPS ist mit einem Modulationsindex von

0,5 bei +/-300Hz eh Feierabend, das ist dann MSK, ich rate aber davon ab, wenn der FSK Demodulator nicht sehr gut ist. Denn bei +/-300Hz Hub bedeutet das vom Mittelwert beider FSK Frequenzen bei im Beispiel 1500Hz aus gesehen, dass der Phasenzeiger 4 Bits (300/1200=0,25*360=90 Grad Delta-Phase pro Bit) braucht, um einmal um den Kreis rumzukommen.

Sprich Dein Träger macht dann pro Bit einen Phasenübergang je nach Wert des Bits von plus oder minus 90 Grad. Mehr nicht! Eine "andere Frequenz" ergibt sich erst bei einer langanhaltenden 1 oder 0 Folge, vorher ist die FSK nichts weiter als eine differentielle Phasenmodulation.

Und deshalb spielt das Phasenverhalten des Filters sehr wohl eine Rolle.

Wie gesagt, die 90 Grad sind unter bestimmten Umständen (Bandbegrenzung) bereits das intersymbol- interferenzfreie theoretische Minimum, das ich für den Anfang nicht wählen würde. Bei GSM geht das mit DSP-Technik einher ...

Einfach gesagt eines, bei dem der Sendefilter genau gleich dem Empfangsfilter aufgebaut ist und beide zusammen in Reihe einen intersymbolinterferenzfreien Filter bilden.

Man kann zeigen, dass ein solches System das Optimum beim S/N herausholt.

Der Sendefilter sorgt dafür, dass die beanspruchte Bandbreite in Grenzen bleibt, der Empfangsfilter _rekonstruiert_ das Signal und sorgt gleichzeitig dafür, dass nicht auf Frequenzen empfangen wird, die im wesentlichen nur Rauschleistung zu bieten haben.

Das kommt für die FSK-Frequenzdifferenz bei Amateuranwendung IMHO grob hin, am besten ist natürlich für gute Empfänger ein Vielfaches der halben Datenrate, wenn er das denn präzise genug schafft ...

Von MSK rate ich bei Amateuranwendungen ab.

Ja. Wie gesagt: Wenn der Filter zu steile Flanken hat, dann merkt er sich viele Informationen aus der Vergangenheit => Bitsalat.

Unter Umständen schadet der Hochpass mehr als er bringt. Professionell legt man die Mittenfrequenz auf Null (das braucht dann zwei Kanäle, I und Q mit 90 Grad Phasenversatz) und arbeitet nur mit einem sehr exakt definiertem Tiefpass.

Gruß Oliver

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Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10

Oliver Bartels schrieb

Hallo Oliver,

danke für die ausführlichen Infos muss mich erst damit auseinandersetzen um es zu verstehen.

Das mit dem Sendefilter ist mir unklar. Dachte immer da braucht (kann) nichts gefiltert werden. Ausser den Oberwellen natürlich.

Meine Vorstellung: bei einer Modulation mit 1000 Hz

Die 1000 Hz bestimmen "wie oft" der Träger um die Sollmitte wechselt, und der Hub wieweit die Auslenkung ist.

Wenn es sich bei der Mod-Frequenz um einen sauberen Sinus handelt so können doch keine "anderen" Frequenzen entstehen ?

Kurt

Peter Voelpel schrieb

Hallo Peter,

Der Sender wird wechselseitig mit 1200 / 1800 Hz moduliert. Diese "Töne" kommen nun aus dem Demodulator wieder raus. Sie sind mehr oder weniger verrauscht.

Meine Vorstellung ist (war) , dass ich eigentlich nur diese beiden Frequenzen aus dem Rauschen rausfiltern muss um die Reichweite zu verbessern. Da aber nun die Umschaltung der Frequenzen relativ schnell geht ist das Ganze nicht mehr so einfach. steile Filter benötigen ja eine gewisse Zeit um sich einzuschwingen. Diese ist aber nicht vorhanden.

An die ZF-Breite kann ich nicht ran, sie ist mit 20 bzw. 12,5 Khz festgelegt.

Die Überlegung war die, dass ich ja eigentlich "überall" filtern kann, also auch auf der NF-Seite. Wenn die HF-Bandbreite zu eng wird, dann gibt es auch Probleme bei Frequenzungenauigkeiten. Eine gewisse Empfängerbandbreite muss sein, denn sonst kommt ein Sender der mit seiner Mittenfrequenz etwas weiter am Rand liegt nicht mehr drüber, es gibt starke Verzerrungen.

Kurt

das ist AFSK

ich dachte, es geht um ein FSK-Signal, da wird der Sender nicht moduliert, sondern lediglich in der Frequenz geshiftet, hier also um 600Hz. Ist die bessere Methode, da Verzerrungen im Modulator wegfallen

ist der Empfänger zu schlecht?

im Prinzip ja, die Reichweite wird bei schmalerem Filter grösser hängt aber von der Übertragungsgeschwindigkeit ab wie eng man werden darf, bei 1200bit/s brauchst Du etwa 12KHz

bei der Geschwindigkeit?

normalerweise nicht, es sei denn die Sender und Empfänger Hardware taugt nichts

aber 12,5KHz ist dafür ja völlig ausreichend bei 1200 bit/s

ich benutze das DSP der Soundkarte zur Filterung und Auswertung von FSK Signalen

Gruss Peter

Der (Telefon-)TCM3105 ( Bell 202 , V23 ) ist kein (Funk-)FFSK-Modem-IC. Es gibt diverse von

z.B.: Die Beschaffung dürfte allerdings mühsam sein.

MfG JRD

[TOFU gelöscht]

Bitte versuche die nächsten male nur den Text stehen zu lassen auf den du dich beziehst.

Ich versuche es mal, auch wenn ich es sicher nicht so briliant wie Oliver hinbekomme. Der Begriff Sendefilter ist meiner Meinung nach etwas verwirrend. Ich verwende lieber Impulsformer dafür.

Wenn du zwischen zwei Frequenzen umschaltest machst du das i.A. mit einem steilen Rechteckimpuls. Dieses Umschalten erzeugt dir aber sehr viele Oberwellen die auch noch nah an deinem Nutzsignal liegen. Jetzt kannst du versuchen es mit einem schmalen (Sende-)filter wieder so hinzubekommen das es in deinen Kanal passt oder aber du machst den Übergang von vornherein weicher. Daher ist es IMHO egal ob du nun Sendefilter oder Impulsformer verwendest.

Du hast uns nicht verraten was du eigentlich genau machen willst. Aber irgendwie klingt das alles nach AFSK. Das wäre z.B. wenn du anstatt eines Mikrofones ein Modem an dein (FM)- Funkgerät ansteckst.

Du schreibst, du willst 1200Baud übertragen, aber der Träger soll mit 1kHz "um die Sollmitte wechseln" Das passt nicht. Du kannst bei 2-FSK nur ein Bit pro Symbol übertragen, musst den Träger also zwangsweise mit 1.2kHz umtasten.

Wenn es ein reiner Sinus ist stimmts schon, da du ihn aber umtastest entsteht halt ein mehr oder weniger breites Spektrum. Ich weis nicht in wie weit du die mathematischen Grundlagen beherscht. Aber ich glaube es sollte nicht so schwer sein eine Fourieranalyse von einem FSK-Signal zu machen. Die "schlimmste" Bitfolge bzgl. des Spektrums ist 10101....

Evt. rechne ich es nachher mal aus.

Aber ich glaube ja du willst irgendwas in Richtung AFSK mit Handfunkgerät machen. Hast du uns aber nicht verraten. Wenn ja brauchst du dich mit der Filterei, Intersymbolinterferenz etc. eigentlich nicht wirklich rumschlagen so du nicht das Maximum herausholen willst.

Tschüss Martin L.

Martin Laabs schrieb

So es hat etwas gedauert.

Entschuldigt, es ist AFSK

Habe da zwei verschiedene Anwendungen im Auge.

a' Einige Daten mit HF-Modulen übertragen (HF bis 6 Watt). Hier wird über einen Baustein wie TCM3105 moduliert. der Tcm.. schaltet nicht im Nulldurchgang um, sondern er leitet einfach auf die andere Frequenz über. Auf der Empfängerseite ist der gleiche Baustein aktiv.

b' wieder einige Daten ... Hier werden ISM-Module verwendet. Wegen der gewünschten niedrigen Spannung kann ich keine fertigen "Sinuserzeugenden" Ics verwenden. Das soll ein Kleinrechner (AVR) bewerkstelligen. Er kann aber nur Rechtecke ausgeben (Sinus ist mir zu kompliziert). Um die fehlende Gleichspannungsübertragung zu umgehen möchte ich mit bi-Phase arbeiten. Die HF-Module haben eine interne Bandbreitenbegrenzung, dadurch wird automatisch ein mehr oder wenig brauchbarer Sinus erzeugt.

Auf der Empfängerseite will ich "schon was Gutes" rausholen. Die Leistung von 10 mW und die Empfängerdaten von ca 115..dBm lassen die Reichweite ja gewaltig schrumpfen. Also kommt es auf gute Auswertung ab.

Darum die Fragen, ob mit Filterung noch etwas zu verbessern ist.

Da ja die HF-Teile "unantastbar" sind, muss ich mich auf die NF-Seite konzentrieren. Die Überlegungen (meine - fast Laie) sehen so aus: Es werden zwei Frequenzen erzeugt, aufmoduliert und wieder im Demodulator zurückgewonnen.

Bei einem verrauschtem Signal sind noch zusätzlich alle möglichen Frequenzen (innerhalb der Empfängerbandbreit) dabei. Wenn man nun nur die beiden (gewünschten) Frequenzen rausfiltert sollte sich das S/N-Verhältniß verbessern lassen.

Aber: ein Filter muss "vergleichen" können (Oliver !!) um ein Ergebniss zu bringen (heisst Einschwingzeit wird benötigt). Durch die (im Verhältniss zu den verwendeten Frequenzen) schnelle Umtasterei kann ein Filter nicht richtig einschwingen. Ausserdem ergeben sich sicherlich auch Phasenverschiebungen.

Die Überlegung läuft auf einen Bandpass hinaus, der Unten und Oben abschneidet. Dadurch können "Ausserband-Anteile" abgeblockt und sich auf das Nutzsignal(e) konzentriert werden.

Wenn nun so ein Bandpass einigermaßen linear arbeitet, dann sollten auch die Phasenverzerrungen im Rahmen bleiben.

Am besten wär eine passive Schaltung mit RC-Bauteilen. (Kombi aus Hoch- und Tiefpass)

Möchte mich einfach an die Erfahrungen "Wissender" anhängen.

M f G Kurt

Kurt Bindl ( snipped-for-privacy@t-online.de) postete:

So ungefähr. Du hast es hier mit zwei aufeinander folgende Modulationen zu tun. Zuerst wird das Datensignal im NF-Bereich frequenzmoduliert, dann wird dieses Ergebnis der Modulation auf die HF aufmoduliert.

Die erste Modulation erzeugt unter anderem die 1200/1800 Hz. Aber, wie es sich für eine FM gehört, wird noch viel mehr erzeugt. Der Oliver hat dir gezeigt, dass im NF-Bereich eine Trägerfrequenz von 1500 Hz mit einem Hub von 300 Hz und mit einer Frequenz von 600 Hz moduliert wird.

Dies ergibt ein NF-Signal einer Bandbreite von 1800 Hz bei der Mittenfrequenz von 1500Hz, es werden also im NF-Bereich 600-2400 Hz

*benötigt,* um die Informationen zu "verpacken". Darüber hinaus gehende Reserven im NF-Bereich sind ganz nett, um schlechte Decoder zu unterstützen.

Diese 600-2400 Hz gehen dann zum HF-Modulator und stehen im Empfänger wieder zur Verfügung. Der HF-Hub und die HF-Bandbreite sind wieder andere Baustellen.

Es sind, durch die Modulation, nicht nur diese beiden Frequenzen, sondern mindestens 600-2400 Hz.

Ein Tiefpass ist sicher sinnvoll. Ein Hochpass würde evtl. zur Unterdrückung von Störungen (50Hz) auch Sinn machen.

Ich würde hier evtl. einen Tiefpass von 3 kHz nach dem HF-Demodulator vorsehen. Oder einen Bandpass für 300Hz bis 3 kHz.

Joachim