DE19705612A1 - Tuner zum Empfang von Frequenzmultiplexsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tuner zum Empfang von Frequenzmultiplex­ signalen mit analog und digital modulierten Signalanteilen.

Frequenzmultiplexsignale beinhalten beispielsweise nach der Amplitudenmodulation (AM modulierte Fernsehsignale und nach der Quadraturamplitudenmodulation (QAM modulierte Videosignale. Sie werden beispielsweise in einem hybriden Glasfaser-Koaxial­ kabel-Zugangsnetz mit einem Vorwärtskanal und einem Rückkanal, über das verschiedene bidirektionale Dienste, wie beispielsweise Telefonie, Datenaustausch via Internet oder Bildtelefonie möglich sind, von einer Unterzentrale zu mehreren Endstellen übertragen.

Aus Funkschau 11, 1996, Seiten 32 bis 34 ist bekannt, daß PAL-Signale, dies sind AM-modulierte Fernsehsignale, und QAM-modulierte Signale in verschiedenen Frequenzbereichen und mit unterschiedlichen Amplituden übertragen werden. Die PAL-Signale werden beispielsweise in den Frequenzbereichen 50 MHz bis 300 MHz sowie 460 MHz bis 610 MHz und die QAM-Signale in den Frequenzbereichen 300 MHz bis 400 MHz sowie 610 MHz bis 860 MHz übertragen. Die Amplituden der PAL-Signale liegen um ca. 10 dB über den Amplituden der QAM-Signale, da der notwendige Störabstand bei QAM-Signalen geringer ist als bei PAL-Signalen.

Aus IEICE Trans. Commun., Vol. E76-B, No. 9, September 1993, Seiten 1159 bis 1168, ist ein System zur Übertragung von Frequenzmultiplex­ signalen bekannt. Es ist eine Endstelle dargestellt, die einen AM-Tuner zum Empfang der analogen, amplitudenmodulierten Signale und einen QAM-Tuner zum Empfang der digitalen, QAM-modulierten Signale beinhaltet. Den beiden Tunern, die auch als eine Einheit mit zwei unterschiedlichen Funktionen angesehen werden können, werden die empfangenen Frequenzmultiplexsignale zugeführt. Der AM-Tuner erhält somit auch die digitalen Anteile der Frequenzmultiplexsignale; der QAM-Tuner somit auch die analogen Anteile der Frequenzmultiplexsignale. Insbesondere der Empfang der QAM-Signale wird durch den erhöhten Signalpegel der AM-Signale beeinträchtigt.

Aus dem Buch "Kapazitätsdioden Schalterdioden PIN-Dioden" der Firma INTERMETALL, Ausgabe 1975, Seiten 70-88, Bestell-Nr. 6220-09-1D ist ein VHF-Fernsehtuner mit Kapazitätsdioden und Schalterdioden zum Empfang von analog modulierten Signalen bekannt. Der VHF-Fernsehtuner ist mittels dreier Kapazitätsdioden über die zwei Frequenzbereiche 50. . .65 MHz und 170. . .220 MHz abstimmbar. Die Kapazitätsdioden sind zusammen mit z. B. Transistoren, Widerständen, Kondensatoren und Spulen in einer komplexeren Schaltung verschaltet und dienen als variables Bandpaßfilter, um die gewünschten Frequenzbereiche aus dem empfangenen Signal zu filtern. Um größere Frequenzbereiche zu filtern sind speziell entwickelte Tuner-Dioden angegeben, die derart verschaltet sind, daß sie als Bandpaßfilter wirken.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Tuner zur Verfügung zu stellen, bei dem insbesondere der Empfang von digitalen Signalen aus Frequenzmultiplexsignalen mit analogen und digitalen Signalanteilen optimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß durch die Ausfilterung der analog modulierten Signale ein höherer Dynamikbereich für den Empfang der digitalen QAM-Signale erzielbar ist. Dadurch sind rauschärmere Tuner realisierbar oder es lassen sich Tuner mit gleichen Rauscheigenschaften, aber dafür erheblich kostengünstiger herstellen, da ihre Linearitätsanforderungen verringert werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Einfachheit des schaltungs­ technischen Aufbaus des Mittels zur Umschaltung zwischen analogem und digitalem Empfang, das durch eine kostengünstige PIN-Schaltdiode realisierbar ist, und dem Hochpaßfilter, das beispielsweise durch ein passives Hochpaßfilter mit Kapazitätsdioden realisierbar ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Tuners beinhaltet ein Hochpaßfilter mit einer 3dB-Grenzfrequenz, die im Frequenzbereich von analog modulierten Signalanteilen liegt. Dies hat den Vorteil, daß die Signalleistung der analogen Kanäle, die einen 10 dB höheren Nennpegel aufweisen, herausgefiltert wird. Dadurch werden die aus den analogen Kanälen resultierenden Verzerrungsprodukte, die in das digitale Frequenzband fallen, verhindert. Somit vereinfacht sich die Vorstufe des Tuners und die Empfindlichkeit läßt sich steigern.

Durch die Möglichkeit der Einstellbarkeit der 3dB-Grenzfrequenz des Hochpaßfilters ist der Tuner für den Empfang von Frequenzmultiplexsignalen mit unterschiedlichen Belegungen der Frequenzbänder für analog und digital modulierte Signalanteile einsetzbar und somit sehr flexibel und unabhängig von der Aufteilung des Frequenzbereichs verwendbar.

Eine besonders einfache und preiswerte Ausgestaltung des Tuners beinhaltet lediglich einen Schalter und ein Hochpaßfilter, die parallel geschaltet sind. Der Schalter stellt beim analogen Empfang eine Umgehungsleitung bereit, damit die empfangenen Frequenzmultiplexsignale das Hochpaßfilter nicht passieren und somit ungefiltert weitergeleitet werden.

Bei einer Alternative zur besonders einfachen Ausgestaltung des Tuner wird mittels zweier Schalter bei analogem und digitalem Empfang jeweils eine separate Leitung zur Verfügung gestellt. Zwei Schalter sind derart in Reihe geschaltet sind, daß zwischen zwei Signalpfaden hin und her geschaltet werden kann, wobei in einem Signalpfad das Hochpaßfilter eingefügt ist. Dies hat den Vorteil, daß eventuell durch das Hochpaßfilter auftretende Pole keine negativen Auswirkungen beim analogen Empfang haben.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind mindestens zwei Schalter parallel geschaltet und mindestens einem Schalter ein Hochpaßfilter nachgeschaltet. Der Tuner ist damit auf einfache Art und Weise erweiterbar und an zukünftige oder unterschiedliche Frequenzmultiplexsignale mit unterschiedlichen Aufteilungen der Frequenzbereiche für analog und digital modulierte Signalanteile anwendbar. Die 3dB-Grenzfrequenz eines Hochpaßfilters wird beispielsweise wenig, z. B. 1 MHz, unterhalb des Frequenzbereichs der zu empfangenden digital modulierten Signalanteile gelegt.

Eine einfache und kostengünstige Implementierung des Hochpaßfilters ist ein passives Hochpaßfilter, das aus einer Schaltung mit mindestens einer Spule und mindestens einer Kapazitätsdiode aufgebaut ist. Durch die Verwendung einer geraden Anzahl von gepaarten Kapazitätsdioden, z. B. zwei, wird das Hochpaßfilter temperaturstabil. Das Hochpaßfilter ist räumlich kompakt realisierbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Fig. 1 bis 5 erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung von drei Frequenzspektren von drei Signalen,

Fig. 2 einen schematisch dargestellten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorstufe für einen Tuner,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Tuners,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Frequenzspektrums,

Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Tuners und

Fig. 6 eine Ausgestaltung eines Hochpaßfilters für den erfindungsgemäßen Tuner.

Das erste Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Zuhilfenahme der Fig. 1 und 2 erläutert. Fig. 1 zeigt drei Frequenzspektren.

In Fig. 1a ist das Frequenzspektrums eines Frequenzmultiplexsignals dargestellt mit einem analogen Signalanteil, mit nach dem genormten PAL-Verfahren AM-modulierten Fernsehsignalen, und einem digitalen Signalanteil, mit nach dem QAM-Verfahren modulierten Videosignalen. Die PAL-Signale haben die Amplitude A2 und belegt den Frequenzbereich von der Frequenz f1 bis zur Frequenz f2; f1 ist beispielsweise 50 MHz, f2 beispielsweise 300 MHz. Die QAM-Signale haben die Amplitude A1 und belegt den Frequenzbereich von der Frequenz f3 bis zur Frequenz f4; f3 ist beispielsweise 310 MHz, f2 beispielsweise 600 MHz. Die Amplitude A1 eines QAM-Signals ist um ca. 10 dB geringer als die Amplitude A2 eines PAL-Signals aufgrund der niedrigeren Anforderungen an den Störabstand des QAM-Signals.

Das in Fig. 1a dargestellte Frequenzmultiplexsignal wird beispielsweise in einer Unterzentrale eines hybriden Glasfaser-Koaxialkabel-Zugangsnetzes generiert oder von ihr empfangen. Das zu übertragende elektrische Frequenzmultiplexsignal wird in der Unterzentrale elektrisch/optisch umgesetzt und beispielsweise über ein Verteilnetz aus optischen Leitungen, z. B. Glasfaserleitungen, und optischen Splittern über einen Vorwärtskanal zu mehreren optischen Netzabschlußeinheiten übertragen. In jeder optischen Netzabschlußeinheit findet eine optisch/elektrische Umsetzung der empfangenen Signale statt, die anschließend elektrisch über Koaxialkabel zu mehreren Endstellen übertragen werden. Jede Endstelle hat einen Tuner zum Empfang von Teilen des Frequenzmultiplexsignals und zur Weiterleitung derselben, beispielsweise nach seiner Aufbereitung oder seiner Demodulation. Der Tuner ist beispielsweise in einer Set Top Box integriert, die mit dem Fernsehgerät verbunden ist oder mit einem Cable Data Modem, um dem Computer einen Internet-Zugang zu ermöglichen.

Fig. 1b zeigt schematisch das Störspektrum der analogen PAL-Signale aus Fig. 1a. Das Störspektrum hat auch im Frequenzbereich von 310 MHz bis 600 MHz, in dem sich die QAM-Signale befinden, eine nicht zu vernachlässigende Amplitude. Dies führt dazu, daß der Empfang der QAM-Signale im Tuner einer Endstelle durch die gleichzeitige Präsenz der PAL-Signale beeinträchtigt wird, insbesondere bei kostengünstigen Tunern mit reduzierten Linearitätsanforderungen.

Fig. 1c zeigt das Spektrum der QAM-Signale ohne die PAL-Signale. Dieses Spektrum wird beispielsweise durch ein Hochpaßfilter HP erreicht, das eine Grenzfrequenz zwischen den Frequenzen f2 und f3, also zwischen 300 MHz und 310 MHz hat. Ohne den PAL-Signalanteil entstehen an nachfolgenden Stufen auch keine Störsignale des PAL-Signalanteils im Frequenzspektrums der QAM-Signale, so daß der Dynamikbereich der empfangenen QAM-Signale erhöht wird.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorstufe für einen Tuner. Die Vorstufe beinhaltet ein Mittel S zur Umschaltung zwischen analogem und digitalem Empfang und ein Hochpaßfilter HP, daß bei digitalem Empfang die analogen Signale aus den empfangenen Frequenzmultiplexsignalen herausfiltert. Das Mittel S ist durch einen Schalter realisiert, der beispielsweise eine Schaltdiode ist. Das Hochpaßfilter HP ist ein passives Hochpaßfilter, das eine Grenzfrequenz zwischen 300 MHz und 310 MHz hat. Das Mittel S und das Hochpaßfilter HP sind parallel geschaltet. Tunerelemente, wie Mischer oder Demodulator sind der Parallelschaltung nachgeschaltet.

Soll vom Tuner eines der PAL-Signale empfangen werden, so wird der Schalter S auf die Stellung "geschlossen" geschalten. Damit empfängt der AM-Tuner den gesamten Frequenzbereich des Frequenzmultiplexsignals ungefiltert. Die Beeinträchtigung der analogen Signale durch die im Frequenzbereich über ihnen liegenden digitalen Signale, die zusätzlich jeweils um 10 dB gedämpft sind, ist vernachlässigbar gering, so daß ein genügend hoher Dynamikbereich für die analogen Signale vorhanden ist.

Sollen vom Tuner die QAM-Signale empfangen werden, so wird der Schalter S auf die Stellung "geöffnet" geschaltet. Damit empfängt der Tuner das durch das Hochpaßfilter gefilterte Frequenzmultiplexsignal. Das Hochpaßfilter filtert den analogen Signalanteil aus dem Frequenzspektrum des Frequenzmultiplexsignals heraus, so daß nur der QAM-Signalanteil weitergeleitet wird und den Mischer erreicht. Auf diese Weise erhöht sich der Dynamikbereich der empfangenen QAM-Signale, da der störende Intermodulationssignalanteil der AM-Signale fehlt. Die durch die stärkeren PAL-Signale dominierten Intermodulationsprodukte entfallen.

Der Schalter S wird durch eine Abstimmeinheit im Tuner, den sog. Synthesizer, frequenzabhängig angesteuert.

Das zweite Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Zuhilfenahme der Fig. 3 erläutert. Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Tuner AM/QAM. Der Tuner AM/QAM beinhaltet ein Mittel S1, S2 aus zwei Schaltern S1 und S2, die derart in Reihe geschaltet sind, daß zwischen zwei Signalpfaden hin und her geschaltet werden kann, und ein Hochpaßfilter HP, das in einem Signalpfad eingefügt ist sowie eine Verarbeitungseinheit UNIT, die beispielsweise eine Auswahleinheit zur Ansteuerung der Schalter S1 und S2, einen AM-Tuner und einen QAM-Tuner beinhaltet.

Als Frequenzmultiplexsignal ist das in Fig. 1a dargestellte angenommen. Das Hochpaßfilter HP ist ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz zwischen 300 MHz und 310 MHz. Die Schalter S1 und S2 werden derart angesteuert, daß sie für AM-Empfang mit dem Signalpfad verbunden sind, in den das Hochpaßfilter HP nicht eingefügt ist, so daß das empfangene Frequenzmultiplexsignal den Tuner ungefiltert erreicht und für QAM-Empfang mit dem Signalpfad verbunden sind, in den das Hochpaßfilter HP eingefügt ist, damit der Mischer nur das gefilterte Frequenzmultiplexsignal empfängt, ohne den AM-Signalanteil.

Die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters HP kann einstellbar sein. Die Ansteuerung des Hochpaßfilters erfolgt durch die Auswahleinheit, die beispielsweise beim Empfang bestimmter Kanäle am oberen Frequenzband des QAM-Signalanteils die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters nachstellt, um die Gesamtsignallast weiter zu verringern.

Das dritte Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Zuhilfenahme der Fig. 4 und 5 erläutert. Fig. 4 zeigt ein weiteres Frequenzspektrum eines Frequenzmultiplexsignals mit zwei analogen Signalanteilen PAL1 und PAL2, z. B. zwei nach dem genormten PAL-Verfahren AM-modulierte Fernsehsignale, und zwei digitalen Signalanteilen QAM1 und QAM2, z. B. zwei nach dem QAM-Verfahren modulierte Videosignale. Die Frequenzmultiplexsignal ist frequenzmäßig aufsteigend in PAL1, QAM1, PAL2 und QAM2 aufgeteilt. Beim Empfang des Signalanteils PAL1 wird das Frequenzmultiplexsignal ungefiltert weitergeleitet. Beim Empfang des Signalanteils QAM1 wird ein Hochpaßfilter HP angeschaltet, das den Signalanteil PAL1 dämpft und die anderen Signalanteile ungedämpft weiterleitet. Die 3dB-Grenzfrequenz des Hochpaßfilters HP liegt beispielsweise im Frequenzbereich des analogen Signalanteils PAL1 und ist nicht einstellbar. Beim Empfang des Signalanteils PAL2 wird das Frequenzmultiplexsignal entweder ungefiltert oder über das Hochpaßfilter HP teilweise gedämpft weitergeleitet. Die Auswahl erfolgt nach den Empfangsbedingungen. Wird beispielsweise der Empfang von PAL2 bei entsprechender Frequenzlage durch PAL1 beeinträchtigt, so wird das Hochpaßfilter HP angeschaltet. Beim Empfang von QAM2 gibt es zwei Möglichkeiten. Es wird das Hochpaßfilter HP angeschaltet oder es wird ein weiteres Hochpaßfilter angeschaltet. Die Signalanteile QAM2 werden im wesentlichen von den Signalanteilen PALI gestört, so daß bei einer einfachen Version des Tuners das Anschalten des Hochpaßfilters HP ausreichend ist, um einen entsprechend guten Empfang zu garantieren. Sollten der Signalanteil QAM2 zusätzlich durch den Signalanteil PAL2 stark gestört werden, was von der gegenseitigen Frequenzlage beider Signalanteile abhängt, so wird das weitere Hochpaßfilter HP1 angeschaltet, dessen 3dB-Grenzfrequenz im Frequenzbereich von PAL2 liegt. Ein Tuner zum Empfang des Frequenzmultiplexsignals aus Fig. 4 ist zu Fig. 5 beschrieben.

Fig. 5 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Tuner AM/QAM. Der Tuner AM/QAM beinhaltet ein Mittel S1, S2, S3, S4 mit vier Schaltern S1, S2, S3, S4, die parallel geschaltet sind, einem Hochpaßfilter HP, das dem Schalter S2 nachgeschaltet ist, weitere Hochpaßfilter HP1, HP2, die den Schaltern S3 und S4 nachgeschaltet sind sowie eine Verarbeitungseinheit UNIT, die beispielsweise eine Auswahleinheit zur Ansteuerung der Schalter S1 bis S4, einen AM-Tuner und einen QAM-Tuner beinhaltet.

Für AM-Empfang, z. B. PAL1 und/oder PAL2 aus Fig. 4, sind die Schalter S2, S3 und S4 geöffnet und der Schalter S1 geschlossen. Auf diese Weise gelangen die empfangenen Frequenzmultiplexsignale ungefiltert zum AM-Tuner.

Für den QAM1-Empfang von Frequenzmultiplexsignalen aus Fig. 4 sind die Schalter S1, S3 und S4 geöffnet und der Schalter S2 geschlossen. Für den QAM2-Empfang von Frequenzmultiplexsignalen aus Fig. 4 sind z. B. die Schalter S1, S2 und S4 geöffnet und der Schalter S3 geschlossen.

Die 3dB-Grenzfrequenzen der Hochpaßfilter HP und HP1 entsprechen denjenigen aus Fig. 4. Durch Einfügen eines weiteren Hochpaßfilters HP2 ist ein weiterer Freiheitsgrad geschaffen zum Empfang eines komplexen Frequenzmultiplexsignals aus mehreren analogen und digitalen Signalanteilen. Die Anzahl der zu verwendenden Hochpässe ist von der Aufteilung der Signalanteile im Frequenzmultiplexsignal und den Qualitätsanforderungen abhängig, so daß sich die Struktur des Tuner AM/QAM aus Fig. 5 entsprechend daran anpassen läßt. Beispielsweise durch Weg lassen der Hochpaßfilter HP1 und HP2 sowie der zugehörigen Schalter S3 und S4.

In Fig. 6 ist eine mögliche Ausgestaltung für einen der Hochpaßfilter HP, HP1, HP2 aus Fig. 2, 3, 5 angegeben. Das Hochpaßfilter aus Fig. 6 ist aus einer Kettenschaltung aus Kapazitätsdioden C1 und C2 und Spulen L1, L2 und L3 aufgebaut. Die Kapazitätsdioden C1 und C2 befinden sich in den Querzweigen, die Spulen L1, L2 und L3 in den Längszweigen. Die Anzahl der Elemente des Hochpaßfilters ist abhängig von den Genauigkeitsanforderungen und ist im einfachsten Fall ein passives Filter erster Ordnung.

Claims (8)

1. Tuner (AM/QAM) zum Empfang von Frequenzmultiplexsignalen mit analog und digital modulierten Signalanteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (S, S1, S2, S3, S4) zur Umschaltung zwischen analogem und digitalem Empfang vorhanden ist, und daß ein Hochpaßfilter ( HP) vorhanden ist, das beim Empfang von digital modulierten Signalanteilen frequenzmäßig unterhalb dieser digital modulierten Signalanteile liegende analog modulierte Signalanteile dämpft.

2. Tuner (AM/QAM) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 3dB-Grenzfrequenz des Hochpaßfilters im Frequenzbereich von analog modulierten Signalanteilen liegt.

3. Tuner (AM/QAM) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 3dB-Grenzfrequenz des Hochpaßfilters einstellbar ist.

4. Tuner (AM/QAM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (S, S1, S2, S3, S4) einen Schalter (S) beinhaltet, der parallel zum Hochpaßfilter (HP) geschaltet ist.

5. Tuner (AM/QAM) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (S, S1, S2, S3, S4) zwei Schalter (S1, S2) beinhaltet, die derart in Reihe geschaltet sind, daß zwischen zwei Signalpfaden hin und her geschaltet werden kann, und daß in einem Signalpfad das Hochpaßfilter (HP) eingefügt ist.

6. Tuner (AM/QAM) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (S, S1, S2, S3, S4) zwei Schalter (S1, S2) beinhaltet, die parallel geschaltet sind, und daß einem der zwei Schalter (S1, S2) das Hochpaßfilter (HP) nachgeschaltet ist.

7. Tuner (AM/QAM) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (S, S1, S2, S3, S4) mindestens einen weiteren Schalter (S3, S4) beinhaltet, daß dem mindestens einem weiteren Schalter (S3, S4) jeweils ein weiteres Hochpaßfilter (HP1, HP2) nachgeschaltet ist, und daß jedes weitere Hochpaßfilter (HP1, HP2) jeweils eine unterschiedliche 3 dB-Grenzfrequenz hat.

8. Tuner (AM/QAM) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (HP) ein passives Hochpaßfilter HP) ist, aufgebaut aus einer Schaltung mit mindestens einer Spule (L1, L2, L3) und mindestens einer Kapazitätsdiode (C1, C2).