Frequenzmodulation wird üblicherweise mit einem einzelnen Träger erzeugt. Für einige Anwendungen ist es aber interessant, mit einer einzigen Modulation gleich mehrere FM-Signale zu erzeugen. Eine solche Einrichtung könnte z.B. für die UKW-Versorgung eines Autobahntunnels oder als Störsender benützt werden.

In unserer Arbeit haben wir einen solchen Mehrfach-Frequenzmodulator simuliert, entwickelt und gebaut. Unser Konzept beruht weitestgehend auf digitalen Bausteinen. Ein sinusförmiger Träger wird mit dem Basisbandsignal moduliert. Als Modulationssignal kann ein Mono- oder auch ein FCC-Stereosignal eingegeben werden. In einem Einseitenbandmischer wird der modulierte Träger gleichzeitig auf mehrere Frequenzen umgesetzt, deren Werte via PC in die Hardware geladen werden. Die so gewonnenen Frequenzen haben noch nicht die gewünschten Trägerfrequenzen, jedoch die richtigen Abstände zueinander. Schliesslich setzen zwei weitere analoge Mischstufen das Trägerpaket in den geforderten Frequenzbereich um.

Wir haben darauf geachtet, die internationalen Rundfunk-Normen einzuhalten, damit jeder UKW-Radio als Empfänger dienen kann.

Die Diplomarbeit setzt sich aus zwei Teilen zusammen:

Teil A: Entwicklung Testgerät

Unsere Aufgabe war es, ein Gerät zu entwickeln, welches Funksprüche in Echtzeit gezielt verzögern, abschwächen und mit einem zusätzlichen Rauschpegel versehen kann. Für die Signalbearbeitung verwendeten wir einen Digital Signal Processor (DSP), welcher via Benutzeroberfläche auf einem PC über eine serielle Verbindung gesteuert werden kann. Auf dem PC realisierten wir eine Benutzeroberfläche, welche über die serielle RS-232 Schnittstelle den DSP steuert. Im DSP wurden einzelne Module zur Abschwächung der Signale, Verzögerung und Erzeugung von Rauschen realisiert, welche je nach Modus miteinander verknüpft wurden. Zur Anpassung an die reale Funkumgebung wurde eine elektronische Anpassungsschaltung an den Ein- und Ausgängen realisiert, so dass wir am Ende der Diplomarbeit über ein funktionierendes Testsystem verfügen, welches direkt in der realen Umgebung eingesetzt werden kann.

Teil B: Analyse Funksignale

In diesem Teilproblem ging es darum, Kriterien zur Qualitätsbestimmung von Funksprüchen, welche von unserer Partnerfirma in ihrem System verwendet werden, auf Ihre Eignung zu testen. Im Weiteren sollten Ansätze zur Detektion von Rückkopplungen in Funksprüchen gesucht werden. Wir entwickelten dazu ein Matlabprogramm, welches die Funksprüche direkt aus einer Wave Datei einliest, analysiert und grafisch die Resultate der Auswertung ausgibt. Bei der kritischen Betrachtung der Kriterien stellten wir fest, dass Manipulationen an einzelnen Spektrallinien durch Bandbegrenzungen und Innenbandmodulationen die Funktion beeinträchtigen. Die Untersuchung von Rückkopplungssequenzen zeigte, dass eine Detektion nicht auf einfache Art aus den Qualitätsfaktoren ermittelt werden kann. Ein vielversprechender Ansatz wurde aber in der Kontinuität der Qualitätsfaktoren des Signalpegels gefunden.

SPEARS steht für speaker recognition system. SPEARS ist eine, in MATLAB realisierte, Simulation für ein Sprecherverifikationssystem basierend auf dem LPC-Modell der menschlichen Sprachproduktion. Ein LPC-Prozessor liefert als Resultat der Signalverarbeitung eines einzelnen Sprachsegments einen Merkmalvektor, der die Charakteristika des analysierten Segments repräsentiert. Mehrere solche Merkmalvektoren zusammen repräsentieren dann eine sprachliche Einheit (Laut, Wort, Satz). Das somit gewonnene Sprachmuster eines Sprechers wird dann mit den Referenzmustern, der im System gespeicherten Sprechern, verglichen. Ein neuronales Netz, das auf die zu erkennenden Sprecher trainiert ist, klassifiziert die Resultate des Mustervergleichs und weist den erkannten Sprecher aus. Der Mustervergleich basiert auf einem Dynamic Time Warping Algorithmus. Der Algorithmus arbeitet mit zwei ineinander verschachtelten For-Schleifen und benützt eine symmetrische Wegvorschrift für lokale Kontinuität. Für eine Sprecher abhängige Worterkennung erreichte das System eine Erkennungsrate von 95% in einer ruhigen Umgebung und 90% in einer geräuschvollen Umgebung. Ging es nur darum die Testsprecher zu erkennen, erreichte das System eine Erkennungsrate von 100% in ruhiger, sowie geräuschvoller Umgebung. Untersuchungen zeigten, dass das System sehr empfindlich auf verrauschte Signale reagiert und die Ursache dieses Problems in der Signalanalyse, der LPC-Analyse eines Sprachsignals, liegt.

Warum ist eine Zweidrahtanlage für viele Teilnehmer wünschenswert? Für herkömmliche Sonnerieanlagen sind viele Verbindungsdrähte notwendig. Dadurch ergibt sich bei der Installation ein grosser Aufwand. Eine Anlage basierend auf einer Zweidrahtleitung vereinfacht die Installation erheblich.

Eine Besonderheit der Zweidrahtanlage ist, dass sowohl die Sprachsignale als auch die Versorgungsspannung auf einer Zweidrahtleitung übertragen werden. Wir konnten die Anlage von Grund auf konzipieren. In einem ersten Schritt definierten wir die zeitlichen Abläufe der Anlage. Danach wurden die einzelnen Komponenten der Zweidrahtanlage ausgearbeitet. Das Mikrofonsignal wird mit einer steuerbaren Verstärkung auf den für die Übertragung notwendigen Pegel gebracht. Die Übertragung wird mit einer Frequenzmodulation realisiert, welche eine hohe Übertragungsqualität gewährleistet. Störungen der Netzfrequenz und deren Harmonische durch kapazitive und induktive Einkopplung werden somit elegant umgangen. Die einzelnen Wohnungen werden mit Tonpaaren (DTMF) angesprochen. Der Lautsprecher wird auch als Mikrofon betrieben, was einige zusätzliche Umschaltungen erfordert.

Die Anlage konnte, wegen der Nichtumsetzung der Umschaltlogik in Hardware, nicht vollständig aufgebaut werden. Jedoch können die wichtigsten Funktionen betrieben werden.