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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl einer von mehreren
Antennen einer Antennendiversityempfangsanlage mit einem Antennenwahlschalter
und mit einem Funkempfänger.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Antennendiversityempfangsanlage mit
mehreren an die Eingänge
eines Antennenwahlschalters angeschlossenen Antennen und mit einem
Funkempfänger.
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Eine
Antennendiversityempfangsanlage ist eine Funkempfangsanlage mit
einem Funkempfänger,
der an eine von mehreren, meist räumlich getrennten Antennen
anschließbar
ist. Derartige Antennendiversityempfangsanlagen werden z. B. in
Kraftfahrzeugen eingesetzt. Als Antennen dienen bevorzugt Scheibenantennen,
die beispielsweise in die Scheiben des Kraftfahrzeuges integriert
sind. Bei Betrieb der Antennendiversityempfangsanlage, beispielsweise
eine Rundfunkempfangsanlage, eine Fernsehempfangsanlage oder eine
Telefonanlage, wählt
eine Auswahlschaltung nach vorgebbaren Kriterien eine der Antennen
zum Anschließen
an den Funkempfänger
aus.
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Es
kommen jedoch häufig
derart ungünstige Empfangsbedingungen
vor, daß die
Auswahlschaltung ständig
von einer Antenne auf die andere umschaltet. Diese Umschaltvorgänge beeinträchtigen aber
die akustische Wiedergabe des Rundfunkempfangsgerätes in deutlich
hörbarer
Weise. Zusätzlich verursacht
jede Antenne bedingt durch ihre Empfangsstörungen und den Rauschpegel
ihr eigenes Klangbild bei der akustischen Wiedergabe durch den Lautsprecher.
Der Hörer
bemerkt daher ständig
von Umschaltvorgang zu Umschaltvorgang wechselnde Klangbilder des
Lautsprechers, was einen unangenehmen, unruhigen, unsteten Höreindruck
vermittelt, der treffend als brutzelnder Höreindruck bezeichnet werden
kann.
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Eine
derart ungünstige
Empfangsbedingung, die zu häufigem
unnötigen
Umschalten auf eine andere Antenne führt, liegt z. B. vor, wenn
ein Sender mit nur geringer Feldstärke empfangen wird, weil Rauschen
und andere Empfangsstörungen
dann kaum noch vom Nutzsignal zu unterscheiden sind. Wenn der Pegel
des Nutzsignals so niedrig ist, daß er in der Größenordnung
des Rauschpegels liegt, ist eine zuverlässige Umschaltung auf eine
Antenne mit besserer Empfangsqualität kaum noch möglich, weil das
Nutzsignal im Rauschen untergeht.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Auswahl einer
von mehreren Antennen einer Antennendiversityempfangsanlage sowie
eine Antennendiversityempfangsanlage so zu gestalten, daß einerseits
auch bei niedrigem Nutzsignalpegel noch zuverlässig die Antenne mit der besten
Empfangsqualität
gefunden wird, andererseits aber unnötige Umschaltvorgänge auf
andere Antennen vermieden werden.
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Verfahrensmäßig wird
diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen dadurch
gelöst,
daß die
Empfangsfeldstärke
und eine zu Feldstärkeeinbrüchen proportionale
Spannung in einem Summierer addiert werden, daß das Summensignal am Ausgang
des Summierers über
einen ersten Pfad mit einem ersten Verzögerungsglied dem ersten Eingang
eines Vergleichers und über
einen zweiten Pfad mit einem zweiten Verzögerungsglied dem zweiten Eingang
des Vergleichers zugeführt
wird, dessen Ausgangssignal den Antennenwahlschalter steuert, und
daß die
Zeitkonstante des ersten Verzögerungsgliedes
größer gewählt wird
als die des zweiten Verzögerungsgliedes.
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Vorrichtungsmäßig wird
diese Aufgabe mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen dadurch
gelöst,
daß die
Empfangsfeldstärke
am ersten Eingang eines Summierers und eine zu Feldstärkeeinbrüchen proportionale
Spannung am zweiten Eingang des Summierers liegt, daß der Ausgang
des Summierers über
einen ersten Pfad, in dem ein erstes Verzögerungsglied liegt, mit dem
ersten Eingang eines Vergleichers und über einen zum ersten Pfad parallelen
zweiten Pfad, in dem ein zweites Verzögerungsglied liegt, mit dem
zweiten Eingang des Vergleichers verbunden ist, daß die Zeitkonstante
des ersten Verzögerungsgliedes
größer ist
als die des zweiten und daß der
Ausgang des Vergleichers mit dem Steuereingang des Antennenwahlschalters
verbunden ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, das Kriterium zum Umschalten auf eine andere Antenne
aus zwei Parametern abzuleiten, aus der Empfangsfeldstärke und
aus einer Spannung, die zu Feldstärkeeinbrüchen proportional ist. Feldstärkeeinbrüche werden
durch Interferenzen verursacht, die z. B. bei Mehrwegeempfang auftreten.
Die Empfangsfeldstärke
und die zu Feldstärkeeinbrüchen proportionale
Spannung werden in einem Summierer summiert. Das Summensignal am
Ausgang des Summierers wird über
einen ersten Pfad mit einem ersten Verzögerungsglied zeitverzögert dem
ersten Eingang eines Vergleichers und über einen zum ersten Pfad parallelen
zweiten Pfad mit einem zweiten Verzögerungsglied zeitverzögert dem
zweiten Eingang des Vergleichers zugeführt. Die Zeitkonstante des
ersten Verzögerungsgliedes
ist größer gewählt als
die des zweiten. Das Signal am Ausgang des Vergleichers steuert
den Antennenwahlschalter.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, das Summensignal am Ausgang des Summierers sowohl im
ersten als auch im zweiten Pfad um die Flußspannung je einer Diode zu
verschieben. Im ersten Pfad ist außerdem ein Widerstand in Reihe
zur Diode geschaltet, damit das Summensignal im ersten Pfad gegenüber dem
Summensignal im zweiten Pfad um einen kleinen Offset verschoben
wird. Wegen der unterschiedlichen Zeitkonstanten im ersten und im
zweiten Pfad stellt das Summensignal im zweiten Pfad ein Maß für die augenblickliche
Empfangsqualität
der augenblicklich aufgeschalteten Antenne dar, während das
Summensignal im ersten Zweig ein Maß für die Empfangsqualität der zuvor
aufgeschalteten Antenne oder Antennen ist. Wegen dieser schaltungstechnischen
Maßnahmen
gibt der Vergleicher erst dann einen Steuerimpuls an den Antennenwahlschalter
zum Umschalten auf eine andere Antenne ab, wenn das Summensignal
im zweiten Pfad positiv gegenüber dem
Summensignal im ersten Pfad wird. Nach der Einschwingzeit wird nun
die Empfangsqualität
der neu aufgeschalteten Antenne mit der zuvor aufgeschalteten verglichen.
Ist die Empfangsqualität
der neu aufgeschalteten Antenne schlechter als der zuvor aufgeschalteten,
so wird auf eine andere Antenne umgeschaltet, während andernfalls nicht mehr
auf eine andere Antenne umgeschaltet wird. Vorzugsweise ist die
Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes im
ersten Pfad so bemessen, daß nach
Aufschaltung aller Antennen der Antennendiversityempfangsanlage
die Weiterschaltung beendet wird, auch dann, wenn keine Antenne
mit besserer Empfangsqualität gefunden
wird. Es ist dann aber stets die beste aller Antennen auf den Funkempfänger geschaltet.
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Die
Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben und erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
und
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antennendiversityempfangsanlage.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Antennendiversityempfangsanlage
gezeigt.
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Der
Ausgang eines Antennenwahlschalters AS, an dessen Eingänge Antennen
A1–A5
angeschlossen sind, ist mit dem Empfangseingang eines Funkempfängers E
verbunden. Ein erster Ausgang des Funkempfängers E, an welchem die Empfangsfeldstärke F abgreifbar
ist, ist mit dem ersten Eingang eines Summierers S verbunden. Ein
zweiter Ausgang des Funkempfängers
E, an dem eine zu Feldstärkeeinbrüchen proportionale
Spannung Q abnehmbar ist, ist mit dem zweiten Eingang des Summierers
S verbunden. Der Ausgang des Summierers S ist über eine Reihenschaltung aus
einer Diode D1 und einem Widerstand R1 mit dem ersten Eingang und
parallel dazu über
eine Diode D2 mit dem zweiten Eingang eines Vergleichers VL verbunden.
Der erste Eingang des Vergleichers VL liegt über eine Kapazität C1 auf
Bezugspotential, während
der zweite Eingang des Vergleichers VL über eine Kapazität C2 auf
Bezugspotential liegt. Der Ausgang des Vergleichers VL ist mit dem
Steuereingang des Antennenwahlschalters AS verbunden.
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Der
Funkempfänger
E erzeugt eine zur Empfangsfeldstärke proportionale Spannung
F sowie eine zu Feldstärkeeinbrüchen proportionale
Spannung Q. Das Summensignal am Ausgang des Summierers S wird im
ersten Pfad, in welchem die Diode D1 und der Widerstand R1 in Reihe
liegen, um die Flußspannung
der Diode D1 und wegen des Widerstandes R1 noch um einem Offset
verschoben. Eine zeitliche Verzögerung
wird durch die als Zeitglied wirkende Kapazität C1 verursacht.
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Im
zweiten vom Ausgang des Summierers S zum zweiten Eingang des Vergleichers
VL führenden Pfad
liegt die Diode D2, um deren Flußspannung die Spannung am zweiten
Eingang des Vergleichers VL verschoben wird. Außerdem wird das Summensignal im
zweiten Pfad durch die als Verzögerungsglied
dienende Kapazität
C2 zeitlich verzögert.
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Die
Zeitkonstante der Kapazität
C1 ist größer gewählt als
die der Kapazität
C2. Die Spannung am ersten Eingang und am zweiten Eingang des Vergleichers
VL folgt daher bei zunehmender Empfangsqualität unmittelbar der Spannung
am Ausgang des Summierers S, während
bei abnehmender Empfangsqualität
die Spannung am ersten Eingang des Vergleichers mit der Zeitkonstanten
des ersten Verzögerungsgliedes – also der
Kapazität
C1 – verzögert der
Spannung am Ausgang des Summierers S folgt. Analog hierzu folgt
die Spannung am zweiten Eingang des Vergleichers VL bei abnehmender
Empfangsqualität
mit der Zeitkonstanten des zweiten Verzögerungsgliedes – der Kapazität C2 – der Spannung am
Ausgang des Summierers S.
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Weil
die Zeitkonstante der Kapazität
C1 größer gewählt ist
als die der Kapazität
C2, liegt am zweiten Eingang des Vergleichers VL eine Spannung an,
die ein Maß für die Empfangsqualität der augenblicklich
aufgeschalteten Antenne, z. B. der Antenne A1, darstellt, während am
ersten Eingang des Vergleichers VL eine Spannung anliegt, welche
ein Maß für die zuvor
aufgeschaltete Antenne ist. Wegen des einen Offset verursa chenden
Widerstandes R1 schaltet der Vergleicher VL bei abnehmender Empfangsqualität aber erst
dann, wenn die Spannung am ersten Eingang des Vergleichers VL, also
die die Empfangsqualität
der augenblicklich aufgeschalteten Antenne repräsentierende Spannung, positiv
wird gegenüber
der Spannung am ersten Eingang des Vergleichers VL, welche ein Maß für die Empfangsqualität der zuvor
aufgeschalteten Antenne ist. Nach Aufschalten einer neuen Antenne
wird im Vergleicher VL die Empfangsqualität der neu aufgeschalteten Antenne
mit der der zuvor aufgeschalteten verglichen. Ist die Empfangsqualität der neu
aufgeschalteten Antenne besser als die der zuvor aufgeschalteten,
wird nicht mehr weiter auf eine andere Antenne geschaltet. Ist dagegen
die Empfangsqualität
der neu aufgeschalteten Antenne schlechter als die der zuvor aufgeschalteten,
so wird so lange auf eine andere Antenne weiter geschaltet, bis
eine Antenne mit einer besseren Empfangsqualität als die der jeweils vorangehenden
gefunden wird. Die Zeitkonstante der Kapazität C1 ist so bemessen, daß nach Aufschaltung aller
Antennen, bei diesem Ausführungsbeispiel
die fünf
Antennen A1–A5,
die Weiterschaltung beendet wird, auch dann, wenn keine Antenne
mit besserem Empfang gefunden wird.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Antennendiversityempfangsanlage
abgebildet.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich vom ersten dadurch, daß es mit einem Begrenzungsverstärker V ergänzt ist,
dessen nichtinvertierender Eingang mit dem ersten Ausgang des Funkempfängers E
verbunden ist und dessen Ausgang mit dem ersten Eingang des Summierers
S verbunden ist. Der Ausgang des Begrenzungsverstärkers ist über einen
Widerstand R2 auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt, der über einen
Widerstand R3 mit dem Abgriff eines Potentiometers P verbunden ist.
Der eine Anschluß des
Potentiometers P liegt an einer Versorgungsspannung Vb, während der
andere Anschluß auf
Bezugspotential liegt.
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Um
auch noch im Rauschen eine Bewertung der Empfangsqualität durchführen zu
können,
wird die Feldstärke
F ab einem Wert von 10 μV
abwärts folgendermaßen aufsummiert.
Die Feldstärke
F liegt am nichtinvertierenden Eingang des Begrenzungsverstärkers V
an. Sie wird entsprechend der Beschaltung mit den Widerständen R2
und R3 verstärkt
und mittels des Potentiometers P so eingestellt, daß bei einem
Wert von etwa 10 μV
der Ausgang des Begrenzungsverstärkers
V in die positive Begrenzung geht.
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In 3 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Antennendiversityempfangsanlage
gezeigt.
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Der
Ausgang des Antennenwahlschalters AS, an dessen Eingänge fünf Antennen
A1–A5
angeschlossen sind, ist mit dem Empfangseingang des Funkempfängers E
verbunden. Als Funkempfänger ist
ein FM/AM-Empfängerbaustein
IC U 4255 der Firma Temic vorgesehen. Die Empfangsfeldstärke F, die beispielsweise
an einem Pin des Funkempfängers
E abgreifbar ist, liegt am nichtinvertierenden Eingang des Begrenzungsverstärkers V,
dessen Ausgang über
einen Widerstand R2 auf dessen invertierenden Eingang rückgekoppelt
ist. Der invertierende Eingang des Begrenzungsverstärkers V
ist über
einen Widerstand R3 mit dem Abgriff eines Potentiometers P verbunden,
dessen einer Anschluß auf
Bezugspotential liegt und dessen anderer Anschluß über einen Widerstand R4 an
einer Versorgungsspannung Vb liegt. Der Ausgang des Begrenzungsverstärkers V
ist über
einen Widerstand R5 mit dem ersten Eingang des Summierers S verbunden,
dessen Ausgang über einen
Widerstand R7 auf dessen ersten Eingang rückgekoppelt ist. Der Pin 40 des
FM/AM-Empfängerbausteins
E, der über
eine Kapazität
C3 auf Bezugspotential liegt, ist mit dem zweiten Eingang des Summierers
S verbunden. Die zu Feldstärkeeinbrüchen proportionale
Spannung Q, die vorzugsweise im FM/AM-Empfängerbaustein
E aus der Feldstärke F
abgeleitet wird, liegt an der Basis eines Transistors T, an dessen
Kollektor die Versorgungsspannung Vb liegt, und dessen Emitter über einen
Widerstand R6 an den Pin 40 des FM/AM-Empfängerbausteins
E angeschlossen ist und außerdem über eine
Stromquelle I auf Bezugspotential liegt. Der Ausgang des Summierers
ist über
einen ersten Pfad, in welchem die Diode D1 und der Widerstand R1
in Reihe liegen, mit dem ersten Eingang des Vergleichers VL und über einen
parallelen zweiten Zweig, in dem eine Diode D2 liegt, mit dem zweiten
Eingang des Vergleichers VL verbunden, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des
Antennenwahlschalters AS verbunden ist. Der erste Eingang des Vergleichers
VL liegt über
die Kapazität
C1 auf Masse und über
einen Widerstand R8 an der Versorgungsspannung Vb. Der zweite Eingang
des Vergleichers VL liegt über
die Kapazität
C2 auf Bezugspotential und einen Widerstand R9 an der Versorgungsspannung
Vb. Zur Bewertung der Empfangsqualität ist der Pin 40 des
FM/AM-Empfängerbausteins
IC U 4255 über
das aus der Stromquelle I und der Kapazität C3 gebildete Zeitglied mit
Bezugspotential verbunden. Als besonders günstig hat sich für die Kapazität C3 ein
Wert von 2,2 nF erwiesen. Obwohl sich bei diesem Wert für die Kapazität C3 mehrere
Antennen nacheinander nahezu unhörbar
aufschalten und bewerten lassen, verbleibt trotzdem genügend Zeit,
um über
eine ausreichend große Zeitspanne
die Anzahl und die Tiefe der Feldstärkeeinbrüche zu bewerten und daraus
ein genaues Maß für die Empfangsqualität der jeweils
augenblicklich aufgeschalteten Antenne abzuleiten. Die Zeit zur
Bewertung der Empfangsqualität
einer aufgeschalteten Antenne liegt im Millisekundenbereich.
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Die
zu den Feldstärkeeinbrüchen proportionale
Spannung Q hat bei ausgezeichneter Empfangsqualität einen
Wert von 0 V, der bei nachlassender Empfangsqualität bis auf
etwa 3,5 V ansteigt. Unterhalb einer Antennenspannung von 10 μV nähert sich
der Wert der Spannung Q dem Grenzwert 3,5 V an, weil die Interferenzen
der Rauschanteile im Empfangssignal eine Bewertung bei noch niedrigeren Feldstärken verhindern.
Um aber trotzdem noch im Rauschen eine Bewertung der Empfangsqualität zu ermöglichen,
wird die Empfangsfeldstärke
ab einem Wert von 10 μV
abwärts
folgendermaßen
aufsummiert.
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Die
Feldstärke
F liegt am nichtinvertierenden Eingang des Begrenzungsverstärkers V
an und wird entsprechend der Werte der Widerstände R2 und R3 verstärkt und
mittels des Potentiometers P so eingestellt, daß bei einem Wert von 10 μV für die Empfangsfeldstärke F der
Begrenzungsverstärker
V gerade in die positive Begrenzung geht. Die Spannung am Ausgang
des Summierers S würde
ohne den Begrenzungsverstärker
V bei Empfangs feldstärken,
die kleiner als 10 μV
sind, den größten Wert
annehmen. Durch den Begrenzungsverstärker V und den Spannungsteiler
aus den Widerständen
R5 und R7 wird der Arbeitspunkt des Summierers S derart verschoben,
daß die
Spannung am Ausgang des Summierers S bei einer Antennenspannung
von 0 V bis auf eine Spannung von 4,5 V angehoben wird. Wegen dieser
Aufsummierung kann eine Bewertung auch noch bei Antennenspannungen
durchgeführt
werden, die kleiner als 10 μV
sind.
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Das
Summensignal am Ausgang des Summierers S liegt über die Diode D1 um deren Flußspannung
verschoben an der Kapazität
C1 an. Ebenso liegt das Summensignal am Ausgang des Summierers S über die
Diode D2 um deren Flußspannung verschoben
an der Kapazität
C2 an. Die Spannungen an den beiden Kapazitäten C1 und C2 und somit an den
Eingängen
des Vergleichers VL folgen bei besser werdender Empfangsqualität unmittelbar
der Spannung am Ausgang des Summierers S. Bei abnehmender Empfangsqualität folgt
die Spannung am ersten Eingang des Vergleichers VL dagegen nur noch
mit der Zeitkonstanten des Verzögerungsgliedes
aus dem Widerstand R8 und der Kapazität C1 der Spannung am Ausgang
des Summierers S. Ebenso folgt bei abnehmender Empfangsqualität die Spannung
am zweiten Eingang des Vergleichers VL nur noch mit der Zeitkonstanten
des Verzögerungsgliedes
aus dem Widerstand R9 und der Kapazität C2 der Spannung am Ausgang
des Summierers S. Der Widerstand R1 bewirkt einen kleinen Offset
der Spannung am ersten Eingang des Vergleichers VL gegenüber der
Spannung am zweiten Eingang des Vergleichers VL. Die Spannung am
zweiten Eingang des Vergleichers VL stellt ein Maß für die Empfangsqualität der augenblicklich
aufgeschalteten Antenne dar, während
die Spannung am ersten Eingang des Vergleichers VL die Empfangsqualität der zuvor
aufgeschalteten Antenne repräsentiert.
Der Vergleicher VL gibt daher erst dann einen Steuerimpuls zum Weiterschalten
auf eine andere Antenne an den Antennenwahlschalter AS ab, wenn
bei abnehmender Empfangsqualität
die Spannung am zweiten Eingang des Vergleichers VL positiv gegenüber der
Spannung am erstem Eingang des Vergleichers VL wird. Nach Aufschaltung
der nächsten
Antenne wird im Vergleicher VL deren Empfangsqualität mit der
der zuvor aufgeschalteten Antenne verglichen. Wird bei der neu aufge schalteten
Antenne eine schlechtere Empfangsqualität als bei der zuvor aufgeschalteten
detektiert, so wird auf die nächste
Antenne umgeschaltet. Diese Schaltvorgänge werden so lange wiederholt,
bis eine Antenne mit besserer Empfangsqualität als die der vorhergehenden
gefunden wird.
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Die
Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes aus
dem Widerstand R8 und der Kapazität C1 ist so bemessen, daß nach Aufschaltung
aller fünf
Antennen A1–A5
die Weiterschaltung beendet wird, auch dann, wenn keine Antenne
mit besserer Empfangsqualität
gefunden wurde. Es ist dann aber stets die relativ beste Antenne
aufgeschaltet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
das beispielsweise mit den in den Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen
realisierbar ist, läßt sich
aber auch als Software in einem Mikroprozessor realisieren. Die
Realisation in einem Mikroprozessor zeichnet sich durch den Vorteil
aus, daß die
Parameter des Verfahrens besser optimierbar sind, indem z. B. die Zeitkonstanten
optimiert werden oder Informationen über anderen Antennen gegenüber bevorzugten
Antennen verarbeitet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sowie die erfindungsgemäße Antennendiversityempfangsanlage
sind insbesondere für
den Einsatz in einem Fahrzeug geeignet, weil infolge der Topographie
und der Bewegung des Fahrzeugs im Gelände die Empfangsverhältnisse
sich ständig ändern.
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- AS
- Antennenwahlschalter
- A1–A5
- Antenne
- C1–C3
- Kapazität
- D1
- Diode
- D2
- Diode
- E
- Funkempfänger
- F
- Empfangsfeldstärke
- I
- Stromquelle
- P
- Potentiometer
- Q
- zu
Feldstärkeeinbrüchen proportionale Spannung
- R1–R9
- Widerstand
- S
- Summierer
- T
- Transistor
- Vb
- Versorgungsspannung
- VL
- Vergleicher
- 40
- Pin
40 des FM/AM-Empfängerbausteins IC
U 4255