DE10226512A1

DE10226512A1 - Antennendiversity-Empfangsanlage und Verfahren zur Auswahl einer von mehreren Antennen

Info

Publication number: DE10226512A1
Application number: DE2002126512
Authority: DE
Inventors: Henk Van Der Wijst; Ernst Bressau
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2003-12-24
Also published as: AU2003240176A1; WO2003107563A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennendiversity-Empfangsanlage und ein Verfahren zur Auswahl einer von mehreren Antennen (1a, 1b, 1c) dieser Anlage. Die ausgewählte Antenne wird dabei über einen Umschalter (5a) mit einer (Haupt-)Empfangseinheit (2a) gekoppelt. Erfindungsgemäß ist eine Hintergrundempfangseinheit (2b) vorgesehen, welche über einen zweiten Umschalter (5b) zyklisch mit den Antennen (1a, 1b, 1c) verbunden wird und ständig deren Signalstärke überwacht. Eine Steuereinheit (6) kann dann die Antenne mit der jeweils besten Signalstärke erkennen und über den ersten Umschalter (5a) mit der Empfangseinheit (2a) koppeln. Dabei können auch Vorhersagen über den Verlauf der Signalstärken berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennendiversity-Empfangsanlage, enthaltend

- mindestens zwei Antennen,
- eine erste Empfangseinheit zur Verarbeitung von Antennensignalen,
- einen Umschalter, über welchen eine der Antennen nach Wahl mit der ersten Empfangseinheit verbunden werden kann,
- eine mit dem Umschalter gekoppelte Steuereinheit zur Auswahl der mit der ersten Empfangseinheit zu verbindenden Antenne.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auswahl einer von mehreren Antennen einer Antennendiversity-Empfangsanlage, wobei die ausgewählte Antenne mit einer ersten Empfangseinheit gekoppelt wird.
Eine Antennendiversity-Empfangsanlage ist zum Beispiel aus der EP 1 098 452 A2 bekannt. Antennendiversity-Empfangsanlagen besitzen mehrere Antennen für den Empfang von Fernsehsignalen, Radiosignalen (FM) oder den Datenempfang, von denen jeweils eine mit einer Empfangseinheit zur Verarbeitung der Antennensignale gekoppelt werden kann. Auf diese Weise lässt sich gerade bei mobilen Anwendungen ein möglichst guter, fehlerfreier Empfang erreichen, in dem jeweils die Antenne mit dem besten Signal mit der Empfangseinheit gekoppelt wird. Diesbezüglich beschreibt die 454 ein Verfahren, bei welchem in der Empfangseinheit ein Empfänger und ein Stördetektor vorhanden sind, wobei der Stördetektor bei Empfangsstörungen Impulse an einen Integrator abgibt. Sofern die vom Integrator aufintegrierten Impulse eine gewisse Schwelle überschreiten, wird eine Steuereinheit veranlasst, die Empfangseinheit mit einer anderen Antenne zu koppeln. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass erst dann zu einer neuen Antenne umgeschaltet wird, wenn von der aktuell mit der Empfangseinheit gekoppelten Antenne bereits Störungen vorliegen.
Des weiteren sind Verfahren bekannt, bei denen jeder der Antennen eine komplette Empfangseinheit zugeordnet ist, sodass für die Ausgabe das jeweils beste Signal ausgewählt werden kann. Derartige Lösungen sind jedoch durch die mehrfach vorzusehenden Empfangseinheiten (Receiver) mit Demodulationseinheiten sehr teuer.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Antennendiversity-Empfangsanlage und ein Verfahren zur deren Betrieb bereitzustellen, welche auf kostengünstige Weise eine hohe Qualität der ausgewählten Antennensignale sicherstellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Antennendiversity-Empfangsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die erfindungsgemäße Antennendiversity-Empfangsanlage enthält mindestens zwei Antennen, eine erste Empfangseinheit zur Verarbeitung von Antennensignalen, einen Umschalter, über welchen eine der Antennen nach Wahl mit der ersten Empfangseinheit verbunden werden kann, sowie eine mit dem genannten Umschalter gekoppelte Steuereinheit zur Auswahl der mit der ersten Empfangseinheit zur verbindenden Antenne. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Empfangseinheit sowie einen zweiten Umschalter enthält, wobei die zweite Empfangseinheit über den zweiten Umschalter wahlweise mit jeweils einer der Antennen gekoppelt werden kann und wobei sie weiterhin mit der Steuereinheit verbunden ist, um dieser Informationen über die Signalstärke der Antennen zu übermitteln.
Bei der erfindungsgemäßen Antennendiversity-Empfangsanlage erfolgt somit eine ständige Überwachung der Signalstärken an den Antennen mit Hilfe einer Hintergrund- Empfangseinheit, sodass jederzeit eine Information über die Antenne mit dem momentan besten Empfang vorliegt. Diese Information kann dann von der Steuereinheit ausgenutzt werden, um gegebenenfalls die (eigentliche) Empfangseinheit mit der besten Antenne zu verbinden. Der Wechsel zu einer neuen Antenne kann daher insbesondere bereits dann erfolgen, wenn an der aktuell an die Empfangseinheit gekoppelten Antenne noch keine Steuerungen auftreten. Hierdurch wird eine hohe Qualität des Empfanges erreicht. Die erfindungsgemäße Anlage ist dabei sehr kostengünstig, da sie nur einen einzigen zusätzlichen Empfänger für die Hintergrundüberwachung der Antennen verwendet. Dieser kann zudem verhältnismäßig einfach und kostengünstig gehalten werden, da er im Wesentlichen nur die Amplitude der Antennensignale feststellen muss.
Gemäß einer Weiterbildung der Antennendiversity-Empfangsanlage ist der zweite Umschalter dazu eingerichtet, die Antennen in zeitlicher Sequenz mit der Hintergrundempfangseinheit zu verbinden. Insbesondere kann er sie zyklisch mit jeweils festen Anschlusszeiten mit der Hintergrundempfangseinheit koppeln. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Hintergrundempfangseinheit die Signalstärken an allen Antennen gleichmäßig scannt und jederzeit die aktuellen Empfangsverhältnisse kennt.
Weiterhin ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, mit Hilfe der von der Hintergrundempfangseinheit erhaltenen Informationen diejenige Antenne zu ermitteln, welche die beste aktuelle und/oder vorherberechnete Signalstärke aufweist. Da die Hintergrundempfangseinrichtung alle Antennen quasi kontinuierlich beobachtet, kennt sie die zeitlichen Verläufe der jeweiligen Signalstärken. Daher kann die Steuereinheit sowohl die aktuellen Signalstärken der einzelnen Antennen miteinander vergleichen als auch aufgrund der Verläufe eine Vorhersage über die weitere Entwicklung der Signalstärken treffen. Bei einer solchen Vorhersage kann die Steuereinheit dann den Wechsel der mit der eigentlichen Empfangseinrichtung gekoppelten Antenne frühzeitig veranlassen, wenn diese Antenne eine Tendenz zur Signalverschlechterung zeigt und eine andere Antenne ein besseres Signal bietet.
Die beschriebene Antennendiversity-Empfangsanlage ist vorzugsweise für den mobilen Empfang von Rundfunk- und/oder Fernsehsignalen eingerichtet. Gerade bei der Bewegung des Empfängers können sich die Empfangsverhältnisse sehr rasch ändern, sodass ein effizientes und qualitativ hochwertiges Verfahren zu Auswahl der besten Antenne wichtig ist. Des weiteren ist bei mobilen Anwendungen von Vorteil, dass die Antennendiversity-Empfangsanlage mit nur einem einzigen zusätzlichen Empfänger auskommt und daher sowohl kostengünstig als auch platz- und gewichtssparend ausgelegt sein kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Auswahl einer von mehreren Antennen einer Antennendiversity-Empfangsanlage, bei welcher es sich insbesondere um eine solche der oben beschriebenen Art handeln kann. Bei dem Verfahren wird die ausgewählte Antenne mit einer Empfangseinheit gekoppelt, um die Antennensignale in gewünschter Weise weiterzuverarbeiten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet dass die Signalstärke aller Antennen mittels einer Hintergrundempfangseinheit über wacht wird, und dass die Auswahl der mit der Empfangseinheit zu koppelnden Antenne auf der Basis der so gewonnenen Überwachungsergebnisse erfolgt.
Das beschriebene Verfahren hat somit den Vorteil, dass ständig die Empfangsverhältnisse an den Antennen bekannt sind, sodass stets die jeweils beste Antenne ausgewählt werden kann. Dabei ist es jedoch nicht erforderlich, für jede Antenne eine eigene Empfangseinheit vorzusehen, sondern die Überwachung erfolgt vielmehr mit einer einzigen Empfangseinheit, welche zudem einfach und dabei kostengünstig ausgelegt werden kann.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren die Antennen in zeitlicher Sequenz mit der Hintergrundempfangseinheit verbunden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Empfangsverhältnisse an den Antennen regelmäßig gescannt werden. Die Dauer, für welche eine einzelne Antenne mit der Hintergrundempfangseinheit verbunden ist, sowie die Reihenfolge der Antennen können irregulär sein bzw. einem von der Situation abhängigen Programm folgen. Im einfachsten Falle wird die Hintergrundempfangseinheit jedoch zyklisch mit den verschiedenen Antennen verbunden. Das Umschalten von einer Antenne zu nächsten kann dabei typischerweise mit einer Frequenz von 100 bis 400 Hz erfolgen.
Die Auswahl der mit der Empfangseinheit zu koppelnden Antenne kann unter Berücksichtigung der von der Hintergrundempfangseinheit gelieferten Informationen nach verschiedenen Programmen erfolgen. Ein besonders einfaches und gleichzeitig effizientes Verfahren sieht dabei vor, das diejenige Antenne für eine Verbindung mit der Empfangseinheit ausgewählt wird, welche momentan die höchste Signalstärke aufweist. Gegebenenfalls kann hierbei noch eine gewisse Hysterese vorgesehen werden, um bei mehreren Antennen mit etwa gleicher Signalstärke ein unerwünschtes, häufiges Wechseln zu verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird aus dem zurückliegenden Verlauf der Signalstärken der Antennen eine Vorhersage für den weiteren Verlauf der Signalstärken getroffen, und die Auswahl der mit der Empfangseinheit zu verbindenden Antenne erfolgt unter Berücksichtigung dieser Vorhersage. Da die Signalstärken an den einzelnen Antennen ständig überwacht werden, ist ihr kompletter zeitlicher Verlauf bekannt. Daher ist es auch möglich, den weiteren Verlauf vorherzusagen bzw. vorherzuberechnen. Dies erlaubt wiederum, eine aktuell mit der Empfangseinheit gekoppelte Antenne zu verlassen, wenn sich deren Signalstärke zu verschlechtern beginnt, und zu einer besseren Antenne zu wechseln. Der Wechsel kann daher erfolgen, bevor eine vom Benutzer wahrnehmbare Störung im Empfang aufgetreten ist.
Für die Vorhersage der weiteren Entwicklung der Signalstärke einer Antenne bestehen verschiedene Möglichkeiten. Im einfachsten Falle wird dabei die zeitliche Ableitung der Signalstärke (Tangente an den momentanen Verlauf) berechnet und für die Vorhersage verwendet. Dementsprechend deuten negative Ableitungen auf eine Verschlechterung der Signalstärke und positive Ableitungen auf eine tenditielle Verbesserung der Signalstärke hin.
Sofern mit den Antennen Fernsehsignale empfangen werden, wird die Umschaltung auf eine neue mit der Empfangseinheit zu koppelnde Antenne vorzugsweise in einem Zeitpunkt gemacht, in dem ein Zeilenrücksprung des Fernsehsignales erfolgt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine durch das Umschalten verursachte Störung sich nicht auf das Fernsehbild auswirkt.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Antennendiversity- Empfangsanlage;
Fig. 2 typische Verläufe der Signalstärken an verschiedenen Antennen und den Verlauf der Signalstärken bei Auswahl der Antennen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 1 zeigt eine Antennendiversity-Empfangsanlage, wie sie zum Beispiel für den Empfang von Rundfunk- oder Fernsehsignalen in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann. Dabei sind mehrere, vorzugsweise räumlich voneinander beabstandete Antennen 1a, 1b und 1c vorgesehen, mit deren Hilfe bei schwierigen und räumlich stark variierenden Empfangsverhältnissen ein ausreichend guter Empfang sichergestellt werden soll. Die Anlage enthält weiterhin eine (eigentliche oder Haupt-)Empfangseinheit 2a (Receiver) für die Verstärkung und Aufbereitung der Antennensignale. Die aufbereiteten Signale können dann auf einem mit der Empfangseinheit 2a gekoppelten Display 3 dargestellt werden. Bei dem Display 3 kann es sich zum Beispiel bei Fernsehsignalen um einen Monitor und bei Rundfunksignalen um einen Lautsprecher handeln.
Des weiteren ist eine Umschalteinrichtung 4 vorgesehen, welche einen ersten Umschalter 5a enthält. Über den ersten Umschalter 5a kann die Empfangseinheit 2a wahlweise mit einer der Antennen 1a, 1b oder 1c verbunden werden. Die Auswahl der Stellung des Umschalters 5a wird von einer Steuereinheit 6 vorgenommen. Diese kann an einem Eingang das Synchronisationssignal von empfangenen Fernsehsignalen erhalten, damit sie einen Umschaltvorgang hiermit synchronisieren kann und ihn insbesondere in die Zeit eines Zeilenrücksprunges legen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Antennendiversity-Empfangsanlage ist eine zweite Hintergrund-Empfangseinheit 2b vorgesehen, welche über einen zweiten Umschalter 5b wahlweise mit jeweils einer der Antennen 1a, 1b oder 1c verbunden werden kann. Vorzugsweise ist der zweite Umschalter Sb dabei so eingestellt, dass er zyklisch zwischen den Antennen 1a, 1b und 1c rotiert, sodass diese mit hoher Frequenz mit der Hintergrundempfangseinheit 2b gekoppelt werden. Es können auch mehr als die dargestellten drei Antennen vorgesehen sein. Wenn bei einer Autofahrt mit 120 km/h Signaleinbrüche von typischerweise mindestens 0.3 m Ausdehnung noch sicher detektiert werden sollen, ist die Abtastfrequenz der Hintergrundempfangseinheit entsprechend hoch zu wählen. Bei beispielsweise einer Frequenz von 400 Hz würde die Bestimmung der Signalsteigung in vier Intervallen entlang des Signaleinbruches erfolgen. Die Hintergrundempfangseinheit 2b kann auf diese Weise quasi kontinuierlich den Verlauf der Signalstärken an den Antennen 1a-1c verfolgen und diese Information der Steuereinheit 6 zur Verfügung stellen. Die Hintergrundempfangseinheit 2b kann dabei als einfacher und kostengünstiger Tuner mit einem Amplitudendetektor ausgebildet sein.
Mit Hilfe der von der Hintergrundempfangseinheit 2b bereitgestellten Informationen kann die Steuereinheit 6 entscheiden, welche der Antennen 1a-1c das beste Signal hat und dieses mit der Antenne vergleichen, die momentan über den ersten Umschalter 5a mit der Hauptempfangseinheit 2a gekoppelt ist. Die Steuereinheit 6 kann ferner ihre Entscheidung auch basierend auf einer Vorhersage des Signalstärkenverlaufes vornehmen. So zeigt zum Beispiel eine große negative Steigung in der Signalstärke einer Antenne an, dass ein Signaleinbruch (dip) bevorsteht. In diesem Falle kann die Steuereinheit 6 den Signalempfangspfad frühzeitig auf eine Antenne mit einem konstanten oder ansteigenden Signalniveau umschalten, sodass die bevorstehende Störung sich erst nicht auf den Empfang auswirken kann.
Ein Umschaltvorgang am ersten Umschalter 5a wird vorzugsweise zu einem Zeitpunkt vorgenommen, zu dem sichergestellt ist, dass kein Fehler in der Signal- oder Datenübertragung stattfinden kann. Bei Fernsehsignal kann dies, wie bereits erwähnt, insbesondere durch ein Umschalten während des Zeilenrücksprunges gewährleistet werden.
Fig. 2 zeigt im oberen Diagramm beispielhafte Verläufe der Signalstärke (vertikale Achse) der drei Antennen 1a, 1b und 1c über der Zeit (horizontale Achse). Alle drei Verläufe sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der ständigen Überwachung durch die Hintergrundempfangseinheit 2b der Steuereinheit 6 bekannt. Die Steuereinheit 6 kann daher zu jedem Zeitpunkt den ersten Umschalter 5a auf diejenige Antenne umschalten, welche momentan die höchste Signalstärke aufweist. Hierdurch ergibt sich am Eingang der Hauptempfangseinheit 2a ein Verlauf der Signalstärke entsprechend dem unteren Diagramm von Fig. 2, wobei im dargestellten Beispiel der Reihe nach die Antennen 1a, 1c, 1b und 1a verwendet werden. BEZUGSZEICHENLISTE 1a, 1b, 1c Antennen
2a (Haupt-)Empfangseinheit
2b Hintergrundempfangseinheit
3 Display
4 Umschalteinheit
5a erster Umschalter
5b zweiter Umschalter
6 Steuereinheit

Claims

1. Antennendiversity-Empfangsanlage mit

- mindestens zwei Antennen (1a, 1b, 1c),

- eine erste Empfangseinheit (2a) zur Verarbeitung von Antennensignalen,

- Empfangseinheit verbunden werden kann,

- eine mit dem Umschalter (5a) gekoppelte Steuereinheit (6) zur Auswahl der mit der ersten Empfangseinheit zu verbindenden Antenne

dadurch gekennzeichnet,
dass eine Hintergrundempfangseinheit (2b) über einen zweiten Umschalter (5b) wahlweise mit einer der Antennen (1a, 1b, 1c) gekoppelt werden kann, wobei die Hintergrundempfangseinheit (2b) mit der Steuereinheit (6) verbunden ist, um dieser Informationen über die Signalstärke der Antennen zu übermitteln.

2. Antennendiversity-Empfangsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Umschalter (5b) dazu eingerichtet ist, die Antennen (1a, 1b, 1c) in zeitlicher Sequenz mit der Hintergrundempfangseinheit (2b) zu verbinden (5b).

3. Antennendiversity-Empfangsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, aus den von der Hauptempfangseinheit (2b) erhaltenen Informationen diejenige Antenne (1a, 1b, 1c) zu ermitteln, die die beste aktuelle und/oder vorherberechnete Signalstärke aufweist.

4. Antennendiversity-Empfangsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie für den mobilen Empfang von Rundfunk- und/oder Fernsehsignalen und/oder Datensignalen eingerichtet ist.

5. Verfahren zur Auswahl einer von mehreren Antennen (1a, 1b, 1c) eine Antennendiversity-Empfangsanlage, wobei die ausgewählte Antenne mit einer Empfangseinheit (2a) gekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalstärke aller Antennen (1, 1b, 1c) mittels einer Hintergrundempfangseinheit (2b) überwacht wird, und dass die Auswahl auf der Basis der Überwachungsergebnisse erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (1a, 1b, 1c) in zeitlicher Sequenz mit der Hintergrundempfangseinheit (2b) verbunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass diejenige Antenne für eine Verbindung mit der Empfangseinheit (2a) ausgewählt wird, welche die höchste Signalstärke aufweist.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zurückliegenden Verlauf der Signalstärken der Antennen (1a, 1b, 1c) eine Vorhersage für deren weiteren Verlauf getroffen wird, und dass die Auswahl der mit der Empfangseinheit (2a) zu verbindenden Antenne unter Berücksichtigung dieser Vorhersage erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Ableitung der Signalstärke der Antennen (1a, 1b, 1c) berechnet und für die Vorhersage verwendet wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (1a, 1b, 1c) Fernsehsignale empfangen, und dass die Umschaltung zwischen zwei mit der Empfangseinheit (2a) zu koppelnden Antennen während eines Zeilensprunges der Fernsehsignale erfolgt.