AT390701B - Schaltung des diversity-teils eines fm-empfaengers fuer ein telefonsystem - Google Patents

Description

Nr. 390 701

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltung des Diversity-Teils eines für ein Telefonsystem vorgesehenen FM-Empfängers, welche wenigstens zwei Kanäle zum Empfang amplituden- und frequenzmäßig gleicher oder voneinander verschiedener Signale umfaßt, wobei jeder der Kanäle eine Mischstufe sowie ein Bandpaßfilter zur Bildung eines Zwischenfrequenz-Signals aufweist, und welche Schaltung weiter wenigstens eine 5 einen Frequenzphasendiskriminator enthaltende Phasensynchronisierschleife sowie Summierungselemente zum Addieren der phasen- und frequenzmäßig kongruent gemachten Kanalsignale im Hinblick auf deren Weiterdemodulation umfaßt, wobei von dem Frequenzphasendiskriminator, als dessen Eingangssignale die Zwischenfrequenz-Signale beider Kanäle dienen, nur ein einziger Phasensynchronisierzweig mit spannungsgesteuertem Oszillator zur Mischstufe des einen Kanals geführt ist. 10 In zellulären Telefonsystemen fordert man von den Basisstationen in allgemeinen Mehrfachempfangs-Möglichkeit (Diversity) über zwei oder mehr Kanäle. Beim zu installierenden NMT 900-Netz muß die mit Diversityempfang arbeitende Basisstation auch dann zu funktionieren in der Lage sein, wenn den einen Empfangskanal selbst über lange Zeit kein Signal erreicht oder dessen Pegel unter der eingestellten Schwelle liegt. Eine solche Situation ist zum Beispiel dann gegeben, wenn die eine Empfangsantenne oder das eine 15 Empfänger-Eingangsteil beschädigt ist oder die Antenne völlig fehlt.

Bedingt durch die vom Empfänger zu fordernde außerordentlich hohe Selektivität und die realen Zwischenfrequenzfilter-Toleranzen muß die Möglichkeit gegeben sein, die Zwischenfrequenz-Signale der Diversityempfänger-Kanäle in jedem einzelnen Kanal getrennt außerordentlich scharf auf das Band der in dem betreffenden Kanal befindlichen Filter abzustimmen. Die Zwischenfrequenz-Signale haben somit in den einzelnen 20 Zweigen nicht die gleiche Frequenz.

Das für Hoch- und Zwischenfrequenz verwirklichte "maximal gain predetection combining" ist von den in der Fachliteratur dargelegten Mehrfachempfangs-Prinzipien leistungsdatenmäßig das beste, aber auch in seiner technischen Verwirklichung das unbedingt schwierigste und zudem kostspielig. Das nächstbeste Prinzip ist das "equal gain predetection combining", das sich in seiner technischen Verwirklichung und preislich günstiger als 25 das erstgenannte Prinzip gestaltet

Eine Methode zur Verwirklichung des "combining" ist die Anwendung von Phaseneinrastung zur Synchronisierung der Signale.

Verwirklicht werden kann das "equal gain predetection combining" von Signalen verschiedener Zwischenfrequenz indem man in beiden Diversity-Kanälen mit getrennten Phaseneinrastungen arbeitet, die 30 entweder aneinander oder an einer festen Referenzphase eingerastet werden. Phase und Frequenz der zu addierenden

Signale werden mit Hilfe von Mischstufen und spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCXO) vor dem Summieren und Demodulieren auf gleichen Wert gebracht. Als zweites Eingangssignal der Phasendiskriminatoren dient entweder eine Festfrequenz-Bezugssignal oder das Summensignal selbst

Figur 1 zeigt eine solche bekannte Schaltung, bei der mit Festfrequenz-Bezugssignal gearbeitet wird, während 35 bei der Schaltung nach Figur 2 das Summensignal selbst als Eingangssignal dient In den Figuren können die Signale (RFA) und (RFB) zum Beispiel von zwei Empfangsantennen stammende Signale sein, die frequenz-, phasen- und amplitudenmäßig voneinander abweichen können.

In den Schaltungen treten folgende Blöcke auf: (la) und (lb) sind Mischstufen, (2a), (2b) Bandpaßfilter, (3a), (3b) und (4a), (4b) Verstärker, (5a), (5b) Phasendiskriminatoren, (6a), (6b) Schleifenfilter, (7a), 40 (7b) spannungsgesteuerte Oszillatoren, (8) ist eine Summierschaltung, (9) ein Verstärker, (10) ein

Demodulator, (11) ein Lautsprecher, (12) ein Festfrequenz-Oszillator und (13) ein Phasenschieber (0 790 °).

Das Signal von jedem der Kanäle (A), (B) gelangt nach dem Filtern und Verstärken in den Phasendiskriminator (5a), (5b), dessen Ausgangssignal von der Frequenzdifferenz und dem Phasenunterschied der Eingangssignale abhängig ist. Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators wird über ein Schleifenfilter 45 zum spannungsgesteuerten Generator (7a), (7b) geleitet, dessen Ausgangssignal in der Mischstufe (la), (lb) mit dem Eingangssignal (RFA), (RFB) gemischt wird. Dank der Phasensynchronisierschleifen haben die Signale vor dem Addieren in der Schaltung (8) und dem Demodulieren gleiche Frequenz und Phase. Im Fall gemäß Figur 1 wird das Bezugssignal für die Phasendiskriminatoren (5a), (5b) dem Festfrequenz-Quarzoszillator (12) entnommen, während im in Figur 2 gezeigten Fall über Rückkopplung hinter dem Verstärker (9) das 50 Summensignal selbst als zweites Eingangssignal für die Phasendiskriminatoren entnommen wird.

Bei Verwendung eines Festfrequenz-Quarzoszillators (Fig. 1) gestaltet es sich problematisch, das Schleifenfilter so zu bemessen, daß die Frequenzmodulation des empfangenen Signals nicht gedämpft wird. Das Schleifenfilter (6a), (6b) muß wegen der Modulation sehr schmal bemessen werden. Dadurch wird die Einrastgeschwindigkeit der Schleife herabgesetzt, wobei dann bei hohen Schwundgeschwindigkeiten die 55 Synchronisierung der aus verschiedenen Kanälen stammenden Signale nicht mit der erforderlichen Schnelligkeit erfolgt und das Diversity-Teil an Leistungsfähigkeit verliert.

Verwendet man als zweites Eingangssignal für die Phasendiskriminatoren (5a), (5b) das Summensignal selbst (Fig. 2), so wird die ausreichend genaue Verwirklichung des von den Phasendiskriminatoren geforderten Phasenverhältnisses (0 °... 90 °) zwischen den zu vergleichenden Signalen im statischen Zustand zum Problem. 60 Zu Problemen fuhrt auch das Verhalten der Phasendiskriminatoren (5a), (5b) dann, wenn die Zwischenfrequenz-Signale zum Startzeitpunkt in unterschiedlichen Frequenzen vorliegen, wobei das Signal an dem einen Eingang des Phasendiskriminators Intermodulations- und Oberwellenergebnisse der Zwischenfrequenzen enthält, deren -2-

Nr. 390 701 gegenseitigen Amplituden- und Frequenzverhältnisse in Abhängigkeit vom Eingangspegel des RF-Signals variieren.

Somit funtionieren die oben angeführten, in der Fachliteratur beschriebenen, mit Phasensynchronisierung und Demodulation voraussetzenden "equal gain predetection combining" arbeitenden Diversityempfangs-Lösungen beim Kombinieren von frequenzverschiedenen Signalen, die Phasen- oder Frequenzmodulation aufweisen, mangelhaft. Außerdem funktionieren die dargelegten Lösungen dann nicht optimal, wenn das zu empfangende Signal an dem einen Kanal völlig fehlt oder in seinem Pegel unter der eingestellten Schwelle liegt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird bezweckt, die oben umrissenen Probleme zu beseitigen und gleichzeitig eine einfache und wirtschaftlich wettbewerbsfähige Schaltung zu schaffen.

Im Hinblick auf die Verwirklichung dieser Zielsetzung ist für die Erfindung charakteristisch, daß mittels eingangsseitig am spannungsgesteuerten Oszillator gekoppelter Schaltelemente der Oszillator-Eingang von Frequenzphasendiskriminator des Phasensynchronisierzweigs los- und an eine feste, im voraus eingestellte Bezugsfrequenz koppelbar ist, daß an die Mischstufe des anderen Kanals ein Festfirequenz-Oszillator geschaltet ist und in diesem anderen Kanal außerdem eine Signalpegel-Abtastschaltung angeordnet ist, welche bei im Kanal auftretendem langsamen Schwund ein gesondertes Signal an die genannten Schaltelemente sendet zu dem Zweck, den spannungsgesteuerten Oszillator an die genannte feste Bezugsfrequenz zu schalten.

Eine Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine an jedem der beiden Kanäle angeordnete Signalpegel-Abtastschaltung mit Verzögerungseinrichtung ein Steuersignal liefert, wenn ihr Eingangssignal eine bestimmte Zeit unter der eingestellten Schwelle bleibt, wobei das besagte Steuersignal an einen Schalter geleitet wird, der den betreffenden Kanal von der Summierung loskoppelt.

Im folgenden wird die Erfindung in Form eines Beispieles und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, von denen die schon beschriebenen Fig. 1 und Fig. 2 zwei alternative bereits bekannte Realisierungsmethoden und Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltung als Blockschema zeigen, im einzelnen beschrieben.

In Fig. 3 bedeuten die Bezugszahlen (la) bis (4a), (lb) bis (4b) sowie (8) bis (II) gleichartige Teilschaltungen wie in Fig. 1 und Fig. 2; die Bezugszahl (5) bezeichnet den Frequenzphasendiskriminator der einzigen Phasensynchronisierschleife der Schaltung, die Zahl (6) ein Schleifenfilter und die Zahl (7) einen spannungsgesteuerten Oszillator. (13) bezeichnet den Festfrequenz-Oszillator und (14) das Potentiometer zur Entnahme regulierbarer Gleichspannung von einer nicht dargestellten stabilen Spannungsquelle. Die Zahl (15a), (15b) bezeichnet die Schwellenschaltung, mit der das analoge Eingangssignal ins Binärsystem (0 oder 1) übertragen wird, die Zahl (16a), (16b) das exklusive ODER-Tor und (17a), (17b) die Verzögerungsschaltung. (SW1), (SW2) und (SW3) sind Schalter.

Die Signale (RFA) und (RFB) können von zwei verschiedenen Empfangsantennen erhaltene Signale oder von zwei separaten Empfängern gelieferte zu vereinende Zwischenfrequenz-Signale sein. Die Signale können frequenz-, phasen- und amplitudenmäßig voneinander abweichen.

Es sei zunächst angenommen, daß die Signale in den Kanälen (A) und (B) frequenz-, phasen- und amplitudenmäßig voneinander abweichen, jedoch so, daß in keinem der Kanäle die Amplitude permanent erheblich unter der Kanalempfindlichkeit liegt. Hierbei befinden sich die Schalter (SW1) und (SW2) in Stellung (1) und der Schalter (SW3) in Stellung (2).

Es sei weiter angenommen, daß zum Startzeitpunkt der Vorrichtung die von den Blöcken (la), (2a), (3a), (4a), (5), (6) und (7) gebildete phasensynchronisierte Regelschleife nicht in der Phase eingerastet ist. Die Signale (RFA) und (RFB) haben die Form RFA = a(t)cos[w j(t)+0m(t)+Alpha(t)] RFB = b(t)cos[w3(t)+0m(t)+ß(t)], d. h., sie enthalten die zeitabhängigen Amplituden (a(t)), (b(t)), die Eingangsfrequenzen (wj), (W3), die Phasen- oder Frequenzmodulationen (0m(t)) sowie die Zufallsphasenwinkel (Alpha(t)) und (ß(t)).

Frequenz und Phase des spannungsgesteuerten Oszillators (VCXO) (7) sind regulierbar.

Als Zwischenfrequenz-Signale (IFA) und (IFB) erhält man nach dem Mischen die Summen- und Differenzfrequenzen der ankommenden Signale und der Empfangsoszillatoren, aus denen das gewünschte Mischungsergebnis mit dem Bandpaßfilter (2a), (2b) herausgefiltert wird. Über den Zwischenfrequenzverstärker (3a), (4a) sowie (3b), (4b) werden die Signale (IFA) und (IFB) zum Phasendiskriminator (5) geleitet, der in den spannungsgesteuerten Oszillator (7) die zur Frequenz- und Phasendifferenz der Signale proportinale tiefpaßgefilterte Korrekturspannung (S) speist. Beim Phasenvergleich entfallen die Modulationen (0m) aus dem Vergleichsergebnis.

So rastet die Schleife ein, und die Zwischenfrequenz-Signale (IFA) und (IFB) werden frequenz- und phasenmäßig gleich, so daß sie nun über die Schalter (SW1) und (SW2) der Addierung (8) und der Demodulation (9), (10) zugeführt werden können. Der Frequenz-Regelbereich des spannungsgesteuerten Oszillators (7) ist so gewählt, daß dieser die Frequenzdifferenz zwischen (IFA) und (IFM) zu kompensieren vermag. -3-

Claims (3)

1. Nr. 390 701 Sinkt der Signalpegel des Kanals (A) kurzzeitig ab, so äußert sich dies durch Rauschen neben dem aus dem Kanal (B) gewonnenen Signal. Schwund im Kanal (A) hat jedoch keinerlei Auswirkungen auf die Funktion des Kanals (B). Bezüglich im Kanal (B) eintreffenden Schwunds funktioniert die phasensynchronisierte Schleife als Unterpaßfilter, das die Störungen im Verhältnis zum Ausgang des Kanals (A) dämpft. Bei langsamem Schwund schaltet die vom Verstärker (3b) gelieferte, zum Kanal-Signalpegel proportionale Spannung (RSSI2) (received Signal strenght indicator), durch das über den Schalter (SW3) von der Schwellenschaltung (15b) erhaltene Signal (C2) gesteuert, die Steuerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators (7) kurzzeitig auf Festwert Somit hat auch Schwund am Kanal (B) keinen wesentlichen Einfluß auf die Funktion des Kanals (A). Sinkt im Kanal (A) oder (B) die Amplitude langzeitlich (für mehr als (Tau) s) unter das eingestellte Schwellenniveau, so koppelt, je nachdem in welchem Kanal die niedrige Amplitude vorliegt, der Schalter (SW1) oder (SW2) das Signal (IFA) beziehungsweise (IFB) von der Summiereinrichtung (8) los und stellt den Schalter (SW3) über das Signal (C3) beziehungsweise (C4) in Stellung (1). Auf diese Weise wird verhindert, daß das aus dem rauschenden Kanal stammende Signal in Situationen, in denen kein Diversityempfang möglich oder in Gebrauch ist zur Summierung gelangt und das zu demodulierende Signal verschlechtert. Die Schalter (SW1) und (SW2) werden so gesteuert, daß sie nicht gleichzeitig geöffnet (Stellung (2)) sein können, auch wenn der Signalpegel in beiden Kanälen unter dem eingestellten Schwellenwert liegt Mit dem Potentiometer (14) wird als feste Steuerspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator (7) eine solche Gleichspannung eingestellt, so daß, steht in Abstimmsituation der Schalter (SW3) in Stellung (1) und liegt in beiden Kanälen der Pegel beträchtlich über der Ansprechgrenze, die IFA-Frequenz des Zwischenfrequenzsignals fast gleich der IFB-Frequenz ist. Mit der dargelegten Bauweise wird gegenüber den in der Fachliteratur beschriebenen Lösungen eine ganze phasensynchronisierte Regelschleife eingespart. Dank dem verwendeten Frequenzphasendiskriminator dürfen die Signalfrequenzen der Kanäle (A) und (B) voneinander abweichen. Beim stattfindenden Vergleich werden auch die in den Kanälen vorliegenden Modulationen aus der Steuerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators eliminiert. Das Schleifenfilter kann demzufolge im Hinblick auf die gewünschte Rauschbandbreite und die Schleifengeschwindigkeit bemessen werden. Die Signale (RSSI1) und (RSSI2) können auch durch eine das Trägerwellen-Rauschverhältnis der IFA- und IFB-Signale messende Schaltung ersetzt werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Schaltung des Diversity-Teils eines für ein Telefonsystem vorgesehenen FM-Empfängers, welche wenigstens zwei Kanäle zum Empfang amplituden- und frequenzmäßig gleicher oder voneinander verschiedener Signale umfaßt, wobei jeder der Kanäle eine Mischstufe sowie ein Bandpaßfilter zur Bildung eines Zwischenfrequenz-Signals aufweist, und welche Schaltung weiter wenigstens eine einen Frequenzphasendiskriminator enthaltende Phasensynchronisierschleife sowie Summierungselemente zum Addieren der phasen- und frequenzmäßig kongruent gemachten Kanalsignale im Hinblick auf deren Weiterdemodulation umfaßt, wobei von dem Frequenzphasendiskriminator, als dessen Eingangssignale die Zwischenfrequenz-Signale beider Kanäle dienen, nur ein einziger Phasensynchronisierzweig mit spannungsgesteuertem Oszillator zur Mischstufe des einen Kanals geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eingangsseitig am spannungsgesteuerten Oszillator (7) gekoppelter Schaltelemente (SW3) der Oszillator-Eingang vom Frequenzphasendiskriminator (5) des Phasensynchronisierzweigs los- und an eine feste, im voraus eingestellte Bezugsfrequenz koppelbar ist, daß an die Mischstufe (lb) des anderen Kanals (B) ein Festfrequenz-Oszillator (13) geschaltet ist und in diesem anderen Kanal außerdem eine Signalpegel-Abtastschaltung (15b) angeordnet ist, welche bei im Kanal (B) auftretendem langsamen Schwund ein gesondertes Signal (C2) an die genannten Schaltelemente (SW3) sendet zu dem Zweck, den spannungsgesteuerten Oszillator (7) an die genannte feste Bezugsfrequenz zu schalten.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine an jedem der beiden Kanäle (A, B) angeordnete Signalpegel-Abtastschaltung (15a bis 17a, 15b bis 17b) mit Verzögerungseinrichtung (17a, 17b) ein Steuersignal liefert, wenn ihr Eingangssignal (RSSI1, RSSI2) eine bestimmte Zeit (Tau) unter der eingestellten Schwelle bleibt, wobei das besagte Steuersignal (C3, C4) an einen Schalter (SW1, SW2) geleitet wird, der den betreffenden Kanal (A, B) von der Summierung loskoppelt. -4- 5 Nr. 390 701
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von den Signalpegeln die Schalter (SW1, SW2) der Kanäle (A, B) wenigstens ein Kanal zu den Summierungselementen (8) durchschalten. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-