Wie kann ich ein Signal mit analogen Komponenten zeitlich "strecken"?

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Wie kann ein Signal (z. B. ein analoges Funksignal) zeitlich "gedehnt" werden, so dass sich die Frequenz halbiert und das Signal doppelt so lange dauert? Es ist einfach, dies in einem Computer zu tun, aber kann es mit analogen Komponenten durchgeführt werden?

Die Transformation, nach der ich suche, ist die gleiche wie das Aufnehmen eines Audiobands und das anschließende Abspielen mit der halben Geschwindigkeit, also das Übersetzen eines Eingangssignals von beispielsweise Beispiel Eingangssignal

zu

Beispiel Ausgangssignal

(Dies unterscheidet sich von dem, was ein Überlagerungsfunkempfänger tut: Er verschiebt ein Signal von einer hohen zu einer niedrigeren Frequenz, aber das Signal nimmt immer noch dieselbe Zeit in Anspruch.)

Das Aufzeichnen und Zurücklesen mit einer langsameren Geschwindigkeit wäre eine Möglichkeit, dies zu tun, aber dies würde langsame mechanische Komponenten erfordern und nicht in der Lage sein, mit schnelleren Signalen umzugehen.

Hintergrund: Ich baue nichts, wofür ich das brauche, aber ich frage mich, ob so etwas wie Zeitmultiplex im vordigitalen Zeitalter funktionieren könnte oder was nötig wäre, um es zu erstellen. Das ist auch der Grund, warum eine Methode wie das Aufnehmen auf Band und das Verlangsamen der Wiedergabe nicht funktionieren würde. Wenn die gemultiplexten Signalstücke kurz sind, könnten die mechanischen Systeme eines Bandes nicht mithalten.

Bearbeiten Die Beziehung zum Zeitmultiplex: Ich dachte, dass tdm mit einer solchen Technik implementiert werden könnte. Nehmen Sie zwei kontinuierliche Signale, teilen Sie sie in (etwa) Mikrosekundenintervalle auf, drücken Sie jede Mikrosekunde in eine halbe Mikrosekunde (Erhöhung der Frequenz) und verschachteln Sie dann die zusammengedrückten Signalsegmente aus beiden Strömen. Um zu demodulieren, kehren Sie den Vorgang um, indem Sie die ungeraden oder geraden Intervalle strecken.

JanKanis
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1. Wie wird Ihr Design (in der realen Welt) entscheiden, wann "t = 0" ist? 2. Unabhängig davon, welche Art von Technologie verwendet wird, muss zur Erzeugung der Ausgabe bei (zum Beispiel) t = 100 daran erinnert werden, was die Eingabe bei t = 50 war. Es ist also eine Art Speicher erforderlich. Und der Speicher ist niemals unbegrenzt. Wie lange muss das funktionieren, bevor der Speicherplatz knapp wird?
Das Photon
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Ich bin mir auch nicht sicher, wie sich diese Frage auf das Zeitmultiplex bezieht. Kannst du mehr darüber sagen, warum du denkst, dass es eine Verbindung gibt?
Das Photon
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Spielen Sie es von einem Fahrzeug ab, das sich mit Mach 0,5 von Ihnen entfernt.
Brian Drummond
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Die Audiobandbreite des herkömmlichen Telefondienstes beträgt ~ 3,3 kHz bei einer entsprechenden Nyquist-Abtastrate von 6,6 kSps. Wenn Sie TDM mit Divisionen im US-Maßstab durchgeführt haben, konnte das Signal direkt durch Tiefpassfilterung reproduziert werden, solange Sie jedem Kanal mindestens alle 150 us einen Steckplatz zugewiesen haben, ohne dass diese Idee der Zeitdehnung erforderlich ist.
Das Photon
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In Deutschland gab es ein Funksystem, das wirklich eine Eimerbrigade benutzte, um kurze "Zeitfenster" in einem analogen System zu eröffnen. Es wurden mehrere Empfänger und synchronisierte Sender verwendet, um ein sehr großes Funknetz aufzubauen, das mit einem einzigen Sende- / Empfangsfrequenzpaar betrieben wurde. Die Zeitschlitze wurden verwendet, um Betriebsdaten (Signalstärke und andere Informationen) im Band mit dem Audio zu übertragen. Wenn es richtig funktionierte, hatten Sie eine enorme Abdeckung, ohne die Kanäle zu wechseln. Wenn es nicht richtig funktionierte, hatten Sie immer noch die Berichterstattung, aber es klang, als würden Sie versuchen, eine Tischkreissäge zu rufen.
JRE

Antworten:

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Es gibt eine analoge Technologie, die für diese Aufgabe verwendet werden kann ... die CCD- Verzögerungsleitung "Bucket Brigade" .

Es ist analog, hat aber viel mit digitalen Techniken zu tun, da es sich um ein Abtastdatensystem handelt.

Eine typische CCD-Verzögerungsleitung hat 512 oder 1024 Kondensatoren in einer Leitung und ein Netzwerk von CMOS-Schaltern, um sie miteinander zu verbinden. Es funktioniert ungefähr wie folgt:

  1. Laden Sie einen Kondensator bis zur Spannung am Eingangspin auf.
  2. Halten Sie diese Spannung und laden Sie den zweiten Kondensator auf die Spannung des ersten auf.
  3. Halten Sie diese Spannung und laden Sie die Kappe 3 von Kappe 2 auf, während Sie Kappe 1 vom Eingangspin laden.
  4. Wiederholen Sie diesen Vorgang, indem Sie gerade von ungerade und ungerade von gerade aufladen, bis das erste Sample auf dem Ausgangsstift erscheint.

Die allgemeine Idee ist wie eine Reihe von Menschen, die sich gegenseitig Eimer geben, um zu versuchen, ein Feuer zu bekämpfen.

Wenn Sie zu diesem Zeitpunkt die Tonhöhe ändern möchten, müssen Sie neue Daten mit der eingegebenen Abtastrate in einem zweiten CCD speichern, während Sie die erste mit der neuen Abtastrate leeren (in Ihrem Fall die Hälfte der ursprünglichen Taktrate). .

Da der zweite CCD voll ist, während der erste nur halb leer ist, haben Sie jetzt ein Problem: Sie müssen einige der Daten sichern. Wenn Sie mehr als 2 CCD-Verzögerungsleitungen haben, können Sie die Verknüpfungen durch Überblenden von einer zur anderen "verbergen", während Sie eine dritte ausfüllen. Dies ist jedoch keine perfekte Technik.

CCDs haben ziemlich schlechte Rausch- und Verzerrungsspezifikationen sowie alle Spektral- und Aliasing-Probleme von digitalem Audio, so dass Sie auf dieser Seite von 1980 nicht viel über sie hören werden.

Ein solches Beispiel ist der SAD1024 (Datenblatt hier), der hier als Pitch Shifter (mit ständig variierender Tonhöhe, auch bekannt als Flanger) verwendet wird

Brian Drummond
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Wow, das ist ein guter Fund!
Peufeu
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"Sie werden auf dieser Seite von 1980 nicht viel über sie hören." Wie immer haben Musiker Vorlieben, die vom EE-Standpunkt aus keinen Sinn ergeben. BBDs werden nicht mehr wirklich hergestellt, aber Delay- und Pitch-Geräte, die auf BBDs basieren, sind bei Musikern und Produzenten immer noch sehr beliebt, so dass die BBDs selbst hoch geschätzt werden. Es gibt mindestens zehn BBD-basierte Verzögerungsgeräte, die im Fachhandel für Musikinstrumente weit verbreitet sind, und als Person, die einige BBD-Verzögerungen und einige digitale Modelle von BBD-Verzögerungen besitzt, kann ich feststellen, dass die Realität besser ist.
Todd Wilcox
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In der Tat begann die Bewegung der "Originalinstrumente" mit der Nachbildung von Instrumenten des Mittelalters und der Renaissance, den herrlichen Klängen von Sackbuts und Cornetts und ... scheint sich auf analoge Instrumente von Moog und Fairlight zu verlagern! Nach dem Preis zu urteilen, den ich gestern bei eBay für einen SAD1024 gesehen habe, könnte es an der Zeit sein, in meiner Junk-Box zu stöbern ...
Brian Drummond
Warum nennst du es CCD statt BBD? CCDs sind spezifische Bildgebungsgeräte, die eine BBD in Silizium enthalten.
OrangeDog
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Weil Bucket Brigades normalerweise als ladungsgekoppelte Geräte implementiert werden. Bei einem "CCD-Sensor" ist der CCD nicht der Bildsensor selbst, sondern die Eimer-Brigade, mit der jede Scanlinie ausgelesen wird. Eine Art analoges Parallel In Serial Out-Schieberegister (obwohl die Kondensatoren auch die Fotodetektoren sein können, bin ich mir nicht sicher). Der Name CCD geht sicherlich seiner Verwendung in Bildsensoren voraus.
Brian Drummond
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Ich würde vorschlagen, das Signal auf einem Band aufzunehmen und mit der halben Geschwindigkeit abzuspielen.

Ich kann dem Grund nicht folgen, warum dich das nicht befriedigt. Natürlich können Sie auch andere Medien verwenden (z. B. Kabel, Festplatten usw.). Das Grundprinzip ist das gleiche.

Wenn nichts davon für Sie gut ist, müssen Sie die Anforderungen weiter spezifizieren.

Quark
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Sie können nicht dasselbe Band mit einer Geschwindigkeit aufnehmen und mit einer anderen Geschwindigkeit wiedergeben. Wenn der Fragesteller also in Echtzeit verarbeiten möchte, funktioniert das Band überhaupt nicht.
Todd Wilcox
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@ Todd Wilcox: Natürlich kannst du! Die Wiedergabe mit halber Geschwindigkeit bedeutet nur, dass sich das Band zwischen Aufnahmekopf und Wiedergabekopf stapelt (Sie haben jedoch das gleiche Problem mit jeder anderen Technologie; sogar mit der digitalen Technologie: In diesem Fall füllt sich der Speicher). Infolgedessen müssen Sie die Aufnahme für eine Weile beenden, während die Wiedergabe fortgesetzt wird. Aber genau das will OP. Während dieser Aufnahmepause im Zeitmultiplex ist der andere Kanal aktiv.
Curd
Hmm .. Guter Punkt. Oder Sie könnten zwei Bandsysteme haben und von einem zum anderen wechseln, während beim ersten das Spiel entfernt wird.
Todd Wilcox
@ Todd Wilcox: Ja. Ich denke, in der Realität wäre mehr als ein Band (pro Kanal) erforderlich, da die Beschleunigung nicht sofort erfolgen kann (Band / Draht / Platte benötigt einige Zeit, um zu beschleunigen / zu verlangsamen) ... aber all diese Überlegungen betreffen eine praktische Implementierung und Ich denke, die Frage ist rein theoretisch.
Curd
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Wenn das Signal periodisch ist, können Sie immer ein Abtastoszilloskop verwenden .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich meine, Sie können jeden ADC verwenden, vorausgesetzt, das Blendenfenster und der Jitter sind klein genug, aber Sie haben nach Analog gefragt, also müssen Sie den alten Diodenbrückensampler verwenden, wie es die Zauberer früher getan haben ...

DC-14 GHz mit handgelöteten Durchgangsteilen .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Überprüfen Sie das Datum, 1968;)

peufeu
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Abgesehen davon, dass Sie eine Rakete abfeuern, die sich mit der halben Lichtgeschwindigkeit fortbewegt und so das empfangene Signal ausdehnt, benötigen Sie etwas, das eine Probe von dem, was Sie empfangen, speichert und dann langsamer wiedergibt. Letztendlich bedeutet dies, dass Sie nie das einholen, was ursprünglich übertragen wurde, dh Sie müssen langsamer speichern und wiedergeben. Ein analoges Band macht das ganz gut, aber wenn Sie dies in IC-Form wollen, sind digitale Speichermethoden der beste Weg.

Andy aka
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Richtig, es würde die Erhaltung von etwas verletzen, weil eingehende Informationen aufgebaut werden :-)
vicatcu
Ich kann nicht sagen, ob mir ein relativistischer Effekt fehlt oder ob Sie nur die Hälfte der Schallgeschwindigkeit eingeben wollten.
Jalalipop
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@ Jalalipop: Ich denke, er spielt auf Rot / Blauverschiebung an (Doppler-Effekt).
jbord39
Ich spiele darauf an.
Andy aka
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Hoppla. Ich auch, aber aus irgendeinem Grund nahm ich eine Schallwelle an. Ich habe RF-Hardware auf meinem Schreibtisch, aber ich habe vergessen, dass EM-Wellen existieren, doh
jalalipop
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Es gibt einen Weg, dies zu tun: "gechirpte" Laserpulse und Dispersionskompensationsfaser. Der Brechungsindex der Faser (und damit die Geschwindigkeit, mit der sich Licht über die Faser ausbreitet) ist eine Funktion der Lichtwellenlänge. Dies wird als Dispersion bezeichnet, da sich schmale Impulse zeitlich ausbreiten. Die Dispersionskompensationsfaser ist so ausgelegt, dass sie eine sehr hohe negative Dispersion aufweist, so dass sie die Dispersion einer viel längeren Länge der normalen Faser "rückgängig machen" kann.

Beginnen Sie mit einem gechirpten Laserpuls, der die Wellenlänge überstreicht. Dies kann erzeugt werden, indem ein sehr schmaler Breitbandimpuls genommen und durch eine Länge einer Dispersionskompensationsfaser gesendet wird. Dann moduliert die Amplitude den gechirpten Impuls mit dem Signal, das Sie strecken möchten. Senden Sie dann den modulierten Impuls durch ein schönes langes Stück Dispersionskompensationsfaser.

Dies ist wirklich eine Technik für sehr kurze Zeitskalen, bei der mehrere km Dispersionskompensationsfaser erforderlich sind, um Impulse von einigen 10 ns zu dehnen. Die Dispersion in Dispersionskompensationsfasern liegt üblicherweise in der Größenordnung von -50 ps / nm / km.

alex.forencich
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Süß ... aber möchten Sie der Faser eine Länge geben, die Sie beispielsweise für eine Millisekunde Dispersion benötigen?
Brian Drummond
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Dies hat überhaupt keine Relevanz für die Frage. "Zwitschern" wandelt einen kurzzeitigen Breitbandimpuls in ein Signal um, das einen kleineren Spitzenwert zum Durchschnittswert (und wieder zurück) aufweist, komprimiert jedoch kein beliebiges Signal in irgendeiner wiederherstellbaren Weise zeitlich. Wenn Sie versuchen, den gechirpten Impuls zu verstärken, verwandelt die Kompensationsfaser dies in eine schmale Wellenform, in der die tatsächlichen Informationen in dem "Rauschen" codiert sind, das vor und nach dem Hauptimpuls auftritt. Für TDM überhaupt nicht nützlich.
Dave Tweed
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Dies ist tatsächlich eine echte Technik, die eine Reihe von Anwendungen hat, siehe en.wikipedia.org/wiki/Time_stretch_analog-to-digital_converter , en.wikipedia.org/wiki/Serial_time-encoded_amplified_microscopy
alex.forencich
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Es gibt wirklich keine Verbindung zu TDM. Obwohl das öffentliche Telefonnetz vor der Einführung von TDM digital war, funktioniert das gleiche Konzept mit analogen Samples.

Sie müssen nur eine Abtastrate auswählen, die die gewünschten Informationen erfasst. Wenn Sie mit dem PSTN-Beispiel fortfahren, wäre dies eine Abtastrate von 8000 Hz, die Audio erfasst, das in den Bereich von 300 bis 3400 Hz fällt.

Um N Sprachkanäle zu verschachteln, benötigen Sie einen Kommunikationskanal, der 8000 × N Abtastwerte pro Sekunde verarbeiten kann. Sie senden nacheinander ein Sample von jedem der Sprachkanäle und starten die gesamte Sequenz 1/8000 Sekunde (125 µs) später erneut.

Sie können entweder alle Sprachkanäle gleichzeitig abtasten und dann die Abtastungen entsprechend ihrer Kanalnummer um einen Bruchteil von 125 µs verzögern, oder Sie können einfach die Phase der Abtastung für jeden Kanal verschieben (was bei den meisten PSTN-Geräten der Fall ist) tut).

Unter dem Strich ist keine "Zeitkomprimierung" erforderlich, wenn die TDM-Bildrate mit der für die einzelnen Kanäle erforderlichen Abtastrate übereinstimmt.

Dave Tweed
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Das geht wirklich nicht analog. Während die Leute eine Menge netter und interessanter Ideen verworfen haben, können passive analoge Schaltungen nur (1) die Phase verschieben und (2) abschwächen. Alles, was sie tun können, ist darauf beschränkt, was mathematisch durch die Übertragungsfunktion ausgedrückt werden kann (die alle Informationen im Frequenzbereich mit einer komplexen Funktion multipliziert, die sowohl den Winkel verschiebt als auch die Amplitude abschwächt).

Wenn Sie die Verstärkung als analoge aktive Addition wählen, können Sie natürlich auch einige Frequenzen anheben - aber das ist wirklich alles, was Sie bekommen, das ist mehr.

Es gibt Ideen wie Eimerbrigaden, aber wie bereits erwähnt, wird dies wirklich digital (oder zumindest quasi-digital). Früher war die Idee, mit einer Geschwindigkeit auf Band aufzunehmen und mit halber Geschwindigkeit wiederzugeben, wirklich der einzige praktische Ansatz.

So etwas ist digital viel einfacher. Aber auch dort müssen Sie sich klar darüber sein, was Sie wollen. Wenn Sie bei t = 0 beginnen und ein Signal strecken möchten, das zu t = 1 geht, und es zur gleichen Anfangszeit über die doppelte Zeit herauskommen lassen möchten (geben Sie also 0 aus

eSurfsnake
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Beachten Sie, dass "analog" nicht unbedingt LTI (linear, zeitinvariant) impliziert. Ihre Aussagen gelten für Letzteres, nicht für Ersteres.
Dave Tweed
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Du siehst aus, als hättest du einen Satz durchgearbeitet.
wizzwizz4
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@ DaveTweed: Er sagte passive analoge Komponenten. Transistoren gelten allgemein als aktiv, oder? Ich nehme an, in einem ausreichend kleinen Maßstab wird so ziemlich alles seltsames Verhalten bewirken, aber aus praktischen Gründen hat er Recht mit passiven Komponenten, die diese Einschränkung haben?
user541686
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Abgetastete Daten implizieren weder digital noch "quasi-digital" (was auch immer das bedeutet). Obwohl es stimmt, dass die überwiegende Mehrheit der digitalen Systeme abgetastete Datensysteme sind, ist das Gegenteil nicht unbedingt der Fall. Und die Frage enthielt keine Einschränkung auf passive Komponenten.
Brian Drummond
Ja zu Dave Tweed. In den meisten Fällen, wenn Menschen an solche Dinge denken, ist es eine „glatte“ Dehnung oder ähnliches. Und sie hoffen, es mit einer klassischen Schaltung zu tun. Ich habe Ideen beschönigt, die nicht LTI sind, da LTI die wahre Intuition vermittelt.
eSurfsnake
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Es scheint, dass Sie selbst die beste Antwort geben. Sie sagen: "Es ist einfach, dies in einem Computer zu tun." Alles, was Sie dann brauchen, ist ein "geeigneter" AD-Wandler, um das Signal dem Computer zuzuführen, und dann ein DA-Wandler, um Ihnen das endgültige Signal zu geben. Der Computer bietet Ihnen die Flexibilität, die Sie möglicherweise zur Verarbeitung des Signals benötigen.

Guill
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