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Die Erfindung betrifft eine FM-Selektionsfilteranordnung für einen elektronischen Empfänger mit einem FM-Selektionsfilter zur Filterung eines frequenzmodulierten Empfangssignals in einer einstellbaren Frequenzbandbreite und einem Nachbarkanaldetektor zur Detektion von Störungen des gefilterten Empfangssignals durch Empfangssignalanteile aus Nachbarkanälen, die an das eingestellte Frequenzband angrenzen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer FM-Selektionsfilteranordnung mit einem FM-Selektionsfilter zur Filterung eines frequenzmodulierten Eingangssignals in einer einstellbaren Frequenzbandbreite, einem Nachbarkanaldetektor zur Detektion von Störungen des gefilterten Empfangssignals durch Empfangssignalanteile aus an das eingestellte Frequenzband angrenzenden Nachbarkanälen und einer Steuereinheit zur Einstellung der Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters.
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Bei einem Überlagerungsempfänger wird die modulierte Empfangsfrequenz in eine andere modulierte Hochfrequenz, die Zwischenfrequenz, umgesetzt.
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Dabei werden die infolge der Modulation neben der Empfangsfrequenz liegenden Seitenbänder ebenfalls mit umgesetzt, so dass die Modulation erhalten bleibt. Mit einem Zwischenfrequenz-Filter wird das Empfangssignal auf den Frequenzbereich im Bereich der Zwischenfrequenz begrenzt. Das Zwischenfrequenz-Filter muss eine ausreichende Frequenzbandbreite besitzen, um die infolge der Modulation vorhandenen Seitenbänder mit zu erfassen.
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Das zwischenfrequenz-gefilterte Empfangssignal wird üblicherweise anschließend verstärkt und in bekannter Weise weiterverarbeitet. Mit dem Zwischenfrequenz-Filter oder einem separaten FM-Selektionsfilter erfolgt eine Selektion des zu empfangenden Frequenzbereiches.
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Bei stereophonen Rundfunkübertragungen wird zusätzlich zu einem Summensignal von Audiosignalspannungen eines rechten und linken Mikrophons ein Hilfssignal auf eine Hilfsträgerspannung einer Hilfsträgerfrequenz moduliert, mit der die Differenz zwischen rechtem und linken Audiokanal übertragen wird. Zusätzlich wird ein Pilotton auf einer Pilotfrequenz zur Rückgewinnung der Hilfsträgerspannung im Empfänger übertragen. Insbesondere für Autoradioempfänger ist zudem mindestens ein Zusatzkanal für Verkehrsmeldungen vorgesehen, auf der beispielsweise mit dem Radio-Daten-System RDS digitale Informationen übertragen werden können.
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Das gefilterte Empfangssignal kann durch Empfangssignalanteile gestört sein, die von Nachbarkanälen stammen, die an den eingestellten Empfangskanal angrenzen. Bei einer solchen bekannten Schaltungsanordnung wird die Frequenzbandbreite des Zwischenfrequenz-Filters somit in Abhängigkeit vom Störgrad einer Nachbarkanalstörung reduziert. Durch die Reduzierung der Frequenzbandbreite des Zwischenfrequenz-Filters kann das Empfangssignal nachteilig unter Umständen stärker beeinträchtigt werden, als durch die Nachbarkanalstörung.
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Aus der
EP 0567265 A1 geht in Radioempfänger mit klangtreuem Empfang hervor, der unbeeinflusst vom Modulationsgrad der Empfangsstation oder einem benachbarten Empfangssignal ist. Aus der
DE 4239759 A1 geht ein Verfahren zum Umschalten auf eine empfangswürdige Alternativfrequenz eines RDS-Empfängers hervor.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte FM-Selektionsfilteranordnung und ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung einer solchen FM-Selektionsfilteranordnung zu schaffen, so dass eine der jeweiligen Empfangssituation optimal angepasste Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters der FM-Selektionsfilteranordnung eingestellt wird.
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Die Aufgabe wird mit der FM-Selektionsfilteranordnung gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
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Es wird somit vorgeschlagen, die Frequenzbandbreite nicht einfach nur in Abhängigkeit von den detektierten Nachbarkanalstörungen zu reduzieren, sondern die Reduzierung zusätzlich zu anderen Einflussgrössen auf das Empfangssignal zu steuern. Durch die Berücksichtigung der Existenz und Signalqualität von Zusatzkanälen und die Verzerrung des bandbegrenzten (zwischenfrequenz)-gefilterten Empfangssignals wird somit vorteilhafterweise eine unerwünschte Deaktivierung des Zusatzkanals und/oder starke Verzerrung verhindert.
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Vorzugsweise ist ein Frequenzhubdetektor zur Detektion des Frequenzhubs des (zwischenfrequenz)-gefilterten Empfangssignals vorgesehen. Der Frequenzhubdetektor ist hierbei mit der Steuereinheit verbunden, die zur Einstellung der Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters in Abhängigkeit von dem detektierten Frequenzhub oder dem mittleren Frequenzhub ausgebildet ist. Bei einem geringen Frequenzhub ist in der Regel eine Reduzierung der Frequenzbandbreite möglich, ohne dass Verzerrungen hörbar werden. Bei größerem Frequenzhub können die durch die Reduzierung der Frequenzbandbreite verursachten Verzerrungen jedoch zu groß sein, so dass die Verzerrungen unter Umständen stärker wahrnehmbar sind, als die Nachbarkanalstörungen. In diesem Falle wird mit Hilfe des Frequenzhubdetektors somit verhindert, dass die Frequenzbandbreite zu stark reduziert wird.
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Weiterhin ist vorteilhafterweise ein Zusatzkanaldetektor zur Erkennung eines Zusatzkanals innerhalb der eingestellten Frequenzbandbreite vorgesehen, der ebenfalls mit der Steuereinheit verbunden ist. Mit Hilfe des Zusatzkanaldetektors wird über die Steuereinheit die Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters in Abhängigkeit von dem Vorhandensein und gegebenenfalls der Empfangsqualität eines Zusatzkanals eingestellt. Sofern ein Zusatzkanal vorhanden ist und die Signalqualität des in dem Zusatzkanal übertragenen Signals, inbesondere zur Decodierung der in der Regel darin enthaltenen Daten, ausreichend ist, kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass die Frequenzbandbreite so stark reduziert wird, dass der Zusatzkanal nicht mehr nutzbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein weiterer Nachbarkanaldetektor vor das FM-Selektionsfilter geschaltet und mit der Steuereinheit verbunden ist. Mit diesem weiteren Nachbarkanaldetektor kann eine Verringerung der Störungen durch Nachbarkanäle detektiert und dann ein Zurückschalten des FM-Selektionsfilters bewirkt werden, indem die Frequenzbandbreite wieder vergrößert wird. Die Steuereinheit kann auch zum kurzzeitigen Vergrößern der Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters ausgebildet sein, um die FM-Selektionsfilteranordnung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand bei vergrößerter Frequenzbandbreite neu einzustellen.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch das gattungsgemäße Verfahren gelöst durch Reduzierung der Frequenzbandbreite bei einer Zunahme von Störungen durch Nachbarkanäle, wobei die Reduzierung in Abhängigkeit des durch die Reduzierung verursachten Verzerrungsgrades des (zwischenfrequenz)-gefilterten Empfangssignals und/oder der Empfangbarkeit von Zusatzkanälen begrenzt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen mit beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
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1 – Diagramm der Frequenzaufteilung eines Stereo-Multiplex-Rundfunksignals;
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2 – Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen FM-Selektionsfilteranordnung;
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3 – Diagramm der einstellbaren Dämpfung eines FM-Selektionsfilters über dynamisch einstellbare Frequenzbandbreiten einer definierten Zwischenfrequenz.
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Das Spektrum eines frequenzmodulierten Signals ist symmetrisch zu einer Trägerfrequenz f0 theoretisch unendlich ausgedehnt. Bei einem sinusförmigen Quellensignal ist das frequenzmodulierte Spektrum ein Linienspektrum, dessen Dirac-Stöße symmetrisch zur Trägerfrequenz f0 im Abstand vom Vielfachen der Frequenz f1 des Quellensignals liegen. Praktisch wird in einem Empfänger als Bandbreite des frequenzmodulierten Signals die sogenannte Carson-Bandbereite verwendet, in deren Bereich etwa 99% der Gesamtsignalleistung konzentriert sind. Die Carson-Bandbreite fΔ berechnet sich nach der Gleichung fΔ = 2(ΔF + fg), wobei ΔF der Modulationshub und fg die Grenzfrequenz des Modulationssignals ist. Wenn das frequenzmodulierte Signal durch ein Zwischenfrequenz-Filter bandbegrenzt wird, dessen Bandbreite kleiner als die Carson-Bandbreite fΔ ist, werden hochfrequente Frequenzen nach der Demodulation verzerrt wiedergegeben.
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Die 1 lässt ein bei einer Ultrakurzwellen(UKW)-Übertragung aufmoduliertes Stereo-Multiplex-Radiosignal über die Frequenz erkennen. Das Stereo-Multiplex-Signal besteht aus einem Summensignal, in dem das Audiosignal für einen rechten und linken Empfangskanal addiert ist. Weiterhin ist ein Hilfssignal L – R vorgesehen, in dem der rechte und linke Empfangskanal voneinander subtrahiert sind. Das Hilfssignal L – R ist auf eine Hilfsträgerspannung mit einer Hilfsträgerfrequenz fH moduliert. Die halbe Frequenz des Hilfsträgers wird als Pilotfrequenz fP von 19 kHz übertragen. Die Hilfsträgerfrequenz fH beträgt 38 kHz. Mit dem Summensignal und dem Hilfssignal kann das Stereo-Multiplex-Signal entschlüsselt und in die richtungsabhängigen rechten und linken Kanäle aufgeteilt werden.
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Insbesondere für Autoradio-Empfänger ist ein Verkehrsfunkkanal fVF bei einer Trägerfrequenz von 57 kHz vorgesehen, in dem digitale Informationen wie Programmkennung, alternative Frequenzen des eingestellten Senders, Verkehrsfunkkennungen und Verkehrsdurchsagekennungen sowie weitere Zusatzinformationen übertragen werden. Dieses sogenannte Radio-Daten-System RDS ist somit nicht auf den Verkehrsfunk beschränkt, sondern dient gleichzeitig dazu, Informationen über den eingestellten Sender zu übermitteln.
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Der Frequenzhub des Audiosignals wird in der Regel vor der Aussendung auf 75 kHz begrenzt. In der Praxis treten aber auch Aussendungen mit deutlich größerem Frequenzhub auf. Da die empfangbaren Radiostationen teilweise einen sehr dichten Frequenzabstand voneinander haben und Spiegelfrequenzen anderer Sender von einem Multiplex-Signal teilweise überlagert sind, ist das Empfangssignal Störungen unterworfen.
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Um einen optimalen Empfang zu gewährleisten, muss die Frequenzbandbreite eines FM-Selektionsfilters so eingestellt werden, dass
- a) keine hörbaren Verzerrungen im demodulierten Audiosignal auftreten. Bei monophonem Empfang ist die höchste Modulationsfrequenz 15 kHz, so dass sich bei der Begrenzung des Frequenzhubs auf 75 kHz eine Bandbreite von 2 × (15 kHz + 75 kHz) = 180 kHz ergibt. Bei stereophonem Empfang ist die höchste Modulationsfrequenz 38 kHz + 15 kHz = 53 kHz, so dass sich eine Bandbreite von 2 × (75 kHz + 53 kHz) = 256 kHz ergibt. Bei der Stereo-Wiedergabe ist somit eine breitere Frequenzbandbreite erforderlich, als bei einer Mono-Wiedergabe;
- b) das RDS-Signal demoduliert werden kann. Bei einem typischen RDS-Frequenzhub von 2,4 kHz ergibt sich eine Bandbreite von 2 × (2,4 kHz + 57 kHz) = 118,8 kHz, wobei der Frequenzhub des RDS-Signals typischerweise im Bereich von 2,4 bis 4,0 kHz liegt;
- c) eine ausreichende Selektion von Nachbarkanalstationen gewährleistet ist.
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Da die Frequenzkanäle der empfangbaren Sendestation teilweise sehr dicht benachbart sind, lässt sich kein FM-Selektionsfilter einstellen, das alle o. g. drei Punkte gleichzeitig erfüllt.
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Erfindungsgemäß wird daher die Frequenzbandbreite dynamisch so gesteuert, dass ein der Empfangssituation angepasstes Optimum der Empfangsqualität erreicht wird. Dabei wird berücksichtigt, dass Störungen durch Nachbarkanalsender in der Regel als unangenehmer empfunden werden, als eine geringe Verzerrung des Audiosignals.
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Die 2 lässt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen FM-Selektionsfilteranordnung für einen elektronischen Empfänger erkennen. Die FM-Selektionsfilteranordnung hat ein FM-Selektionsfilter 1, um ein Zwischenfrequenz-Empfangssignal ZF mit einer dynamisch einstellbaren Frequenzbandbreite zu filtern. An den Ausgang des FM-Selektionsfilters 1 ist ein Demodulator 2 in bekannter Weise geschaltet, um das zwischenfrequenz-gefilterte Zwischenfrequenzsignal ZF zu demodulieren und an einen Stereo-Decoder 3 weiterzuleiten. Das decodierte Stereosignal AS wird anschließend an eine nachfolgende Schaltungseinheit zur Verstärkung und Wiedergabe weitergeleitet.
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Erfindungsgemäß ist ein Nachbarkanaldetektor 4 an den Ausgang des Demodulators 2 geschaltet, um Störungen des zwischenfrequenz-gefilterten Empfangssignals zu detektieren, die durch Empfangssignalanteile aus Nachbarkanälen verursacht sind, die an den eingestellten Empfangskanal angrenzen. Der detektierte Störungsgrad wird an eine Steuereinheit 5 weitergeleitet. Die Steuereinheit 5 kann beispielsweise eine programmierte prozessorgesteuerte Schaltungseinheit sein. Die Steuereinheit 5 ist mit dem FM-Selektionsfilter 1 verbunden, um die Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters 1 mit einer Filterbandbreiteinformation FS einzustellen. Weiterhin ist die Steuereinheit 5 mit dem Stereo-Decoder 3 verbunden, um mit einer Kanaltrennungsinformation KS eine Kanaltrennung vorzunehmen. So kann z. B. auf Monoempfang umgeschaltet werden, wenn die Empfangsqualität des Hilfssignals eines Stereo-Multiplex-Signals nicht ausreicht, um eine störungsarme Stereo-Decodierung vorzunehmen.
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An den Ausgang des Demodulators 2 ist weiterhin ein Frequenzhubdetektor 6 geschaltet, um den Frequenzhub des zwischenfrequenz-gefilterten Empfangssignals zu detektieren. Der detektierte Frequenzhub wird an die Steuereinheit 5 weitergeleitet und dort ausgewertet.
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Weiterhin ist ein Zusatzkanaldetektor 7 vorgesehen, um die Existenz eines Zusatzkanals, insbesondere eines Radio-Daten-System-Kanals (RDS) zu erkennen und die Empfangsqualität der auf dem Zusatzkanal übertragenen Daten zu bestimmen. Das Vorhandensein eines Zusatzkanals und die Übertragungsqualität auf dem Zusatzkanal wird ebenfalls an die Steuereinheit 5 weitergeleitet.
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Die Steuerung der Frequenzbandbreite erfolgt durch die Steuereinheit 5 wie folgt:
Wenn der Nachbarkanaldetektor 4 eine Störung durch einen Nachbarkanal detektiert, wird die Frequenzbandbreite schmaler geschaltet, beispielsweise um eine Stufe. Wenn der Nachbarkanaldetektor 4 trotz der reduzierten Frequenzbandbreite noch immer eine Störung detektiert, wird die Frequenzbandbreite weiter reduziert.
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Durch die Verringerung der Frequenzbandbreite wird jedoch auch gleichzeitig die Stereo-Kanaltrennung reduziert, da das Hifssignal, d. h. das Differenzband L – R, durch die Reduzierung der Frequenzbandbreite stärker verzerrt wird als das Summensignal L + R. Bei zu geringer Frequenzbandbreite wird der Empfänger somit mit dem Kanaltrennsignal KS auf Monoempfang geschaltet.
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Wenn der Zusatzkanaldetektor 7 anzeigt, dass es sich um einen Sender handelt, der Zusatzkanalinformationen aussendet, und diese Zusatzkanalinformationen noch decodierbar sind, wird die Frequenzbandbreite durch die Steuereinheit 5 nur soweit reduziert, dass die Zusatzkanal-Signale, insbesondere das RDS-Signal, noch empfangbar ist.
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Die Qualität des Zusatzkanalsignals wird beispielsweise durch Auswerten der Bitfehlerrate bei der Decodierung eines RDS-Signals bestimmt.
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Wenn jedoch durch den Zusatzkanaldetektor 7 erkannt wird, dass keine Zusatzinformationen ausgestrahlt werden, oder die Qualität des Zusatzkanal-Signals zur weiteren Verarbeitung nicht ausreichend ist, wird die Steuereinheit 5 nicht in der weiteren Reduzierung der Frequenzbandbreite beschränkt, um weitere Störungen durch Nachbarkanäle weiter zu verringern.
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Ausserdem wird die Reduzierung der Frequenzbandbreite durch die Steuereinheit 5 noch durch den mittleren Frequenzhub des Empfangssignals gesteuert. Hierzu detektiert der Frequenzhubdetektor 6 den Frequenzhub und leitet diesen an die Steuereinheit 5 weiter. Bei einer Aussendung mit einem geringen Frequenzhub kann die Frequenzbandbreite weiter reduziert werden, ohne dass Verzerrungen hörbar werden. Bei Aussendungen mit hohem Frequenzhub können die Verzerrungen jedoch zu gross und unter Umständen stärker wahrnehmbar als die Störungen durch den Nachbarkanal werden.
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Nach einer Totzeit wird das FM-Selektionsfilter 1 kurzzeitig auf eine grössere Frequenzbandbreite zurückgeschaltet und der Betriebszustand nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt. Sofern noch immer Störungen durch Nachbarkanäle im unerwünschten Mass vorliegen, wird die Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters 1 wieder reduziert.
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Optional kann aber auch ein weiterer Nachbarkanal-Detektor 8 vor den Eingang des FM-Selektionsfilters 1 geschaltet sein, um die Störungen durch Nachbarkanäle unabhängig von der Reduzierung der Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters 1 zu detektieren. Sofern durch den weiteren Nachbarkanal-Detektor 8 eine Verringerung der Störungen erkannt wurde, wird die Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters 1 wiederum mindestens eine Stufe vergrößert.
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Die Totzeit des Zurückschaltens der Frequenzbandbreite des FM-Selektionsfilters 1 kann bei den einzelnen Stufen der Frequenzbandbreite unterschiedlich ausgeführt werden. Die Filterstufen, bei denen eine Decodierung von Zusatzkanalinformationen möglich bleibt, können mit großer Totzeit durchlaufen werden. Schmalere FM-Selektionsfilter 1 sollten jedoch schnell eingeschaltet und schnell wieder zurückgeschaltet werden, um starke, kurzzeitig durchbrechende Nachbarkanalstörungen zu unterdrücken, ohne das Audiosignal über längere Zeit zu verzerren.
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Alternativ zu dem stufenweisen Schalten des FM-Selektionsfilters 1 ist eine kontinuierliche Einstellung realisierbar.
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Die 3 lässt die Dämpfung durch das FM-Selektionsfilter 1 mit stufenweise einstellbaren Frequenzbandbreiten erkennen. Es wird deutlich, dass die Frequenzbandbreiten um die Zwischenfrequenz FZ stufenweise verringert wird.
