DE19860648A1 - Verfahren zur Frequenzkorrektur von Empfängern - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Frequenzkorrektur von Empfängern mit mindestens einem Oszillator (23) und einem Mischer (21) zum Abmischen eines Empfangssignals beschrieben, wobei bestimmten Kanälen (Ki) jeweils eine Sollmittenfrequenz (fs) zugeordnet ist und wobei der mindestens eine Oszillator (23) mit einer Teilerfrequenz (FT) synchronisiert wird. Das Verfahren hat die Schritte: DOLLAR A a) Auswählen eines Kanals (Ki), wobei jedem Kanal (Ki) ein Suchkanalfenster einer bestimmten Kanalbandbreite (Kb) zugeordnet ist; DOLLAR A b) Suchen eines Senders auf dem Kanal (Ki) innerhalb des entsprechenden Suchkanalfensters durch kontinuierliches Verändern der Oszillatorfrequenz; DOLLAR A c) Nachstimmen des Oszillators (23) mittels der Teilerfrequenz (fT) in Abhängigkeit von der relativen Abweichung der tatsächlichen Mittenfrequenz des aufgefundenen Senders in dem Kanal (Ki) von der Sollmittenfrequenz (fs).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Frequenzkorrektur von Empfängern mit einem Oszillator und einem Mischer zum Abmischen eines Empfangssignals, wobei bestimmten Sendern Sollmittenfrequen­ zen zugeordnet sind und der Oszillator mit einer Teilerfrequenz synchronisiert wird.

In herkömmlichen Empfängern wird ein Hochfrequenzsignal nach einer Vorselektion und gegebenenfalls einer Verstärkung einer Mischstufe zugeführt. In der Mischstufe wird das Hochfrequenzsignal mit einem Oszillatorsignal gemischt und auf eine Zwischenfrequenz herunter­ transformiert. Anschließend erfolgt eine weitere Selektion durch Filter und eine weitere Signalverstärkung.

Die Oszillatorfrequenz bestimmt den Empfangskanal für das Hochfre­ quenzsignal und damit den empfangenen Sender. Der Oszillator wird herkömmlicherweise als Schaltung mit phasenstarrer Regelschleife (PLL) betrieben, wobei der Oszillator phasengenau mit einer Refe­ renzfrequenz von einem Quarzoszillator synchronisiert wird. Die Oszillatorfrequenz wird mit einer digitalen Teilerschaltung auf die Referenzfrequenz herabgeteilt. Diese Referenzfrequenz ist die Größe eines Referenzschrittes, der für bestimmte Empfangsbereiche festgelegt ist. Für den UKW-Bereich kann die Referenzfrequenz 50 kHz und für LW- und MW-Bereich 9 kHz betragen. Durch Verände­ rung des Teilerverhältnisses der Teilerschaltung kann die Oszilla­ torfrequenz eingestellt und der Empfänger damit abgestimmt werden.

Die Frequenzgenauigkeit des Empfängers wird durch die Genauigkeit der verwendeten Oszillatoren bestimmt. Bei den Systemen mit pha­ senstarrer Regelschleife (PLL) wird die Genauigkeit des Oszilla­ tors durch den Referenzoszillator festgelegt. Zum Empfang von Sen­ dern mit schmalem Frequenzspektrum, zum Beispiel für das Wetter­ band in den USA, werden erhöhte Anforderungen an die Frequenzge­ nauigkeit des Empfängers gestellt. Vor allem, wenn die Frequenzen von bestimmten Sendern bzw. Sende-Stationen auf Stationstasten abgelegt und über die PLL-Schaltung am Empfänger fest eingestellt werden, ist eine große Frequenzgenauigkeit des Empfängers und da­ mit auch des Oszillators und des Referenzoszillators erforderlich. Hierzu werden herkömmlicherweise qualitativ hochwertige und damit teure Bauelemente eingesetzt.

Zur Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile war es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Frequenzkorrektur von Empfängern mit einem Oszillator und einem Mischer zum Abmischen eines Empfangssignals zu schaffen, wobei bestimmten Kanälen Soll­ mittenfrequenzen zugeordnet sind und der Oszillator mit einer Teilerfrequenz synchronisiert wird.

Die Aufgabe wird durch das gattungsgemäße Verfahren mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst, indem die Schritte vorgesehen sind:

• a) Auswählen eines Kanals, wobei jedem Kanal ein Suchkanalfen­ ster einer bestimmten Kanalbandbreite zugeordnet ist;
• b) Suchen eines Senders auf dem Kanal innerhalb des ent­ sprechenden Suchkanalfensters durch kontinuierliches Verän­ dern der Oszillatorfrequenz;
• c) Nachstimmen des Oszillators mittels der Teilerfrequenz in Abhängigkeit von der relativen Abweichung der tatsächlichen Mittenfrequenz des aufgefundenen Senders in dem Kanal von der Sollmittenfrequenz.

Durch die Verwendung eines eingeschränkten Suchkanalfensters pro Kanal ist es möglich, den Sender trotz einer Frequenzabweichung des Oszillators schnell automatisch aufzufinden, auch wenn die tatsächliche Mittenfrequenz von der Sollmittenfrequenz des Kanals abweicht. Nachdem der Kanal auf der Stationstaste ausgewählt wur­ de, wird der Oszillator somit nicht mehr wie herkömmlich direkt auf die Mittenfrequenz fest eingestellt, sondern in dem Suchkanal­ fenster variabel bestimmt. Der Oszillator kann mittels einer durch eine digitale Teilerschaltung eingestellten Teilerfrequenz durch entsprechende Einstellung des Teilerfaktors entsprechend der rela­ tiven Abweichung der tatsächlichen Mittenfrequenz des aufgefunde­ nen Senders von der Sollmittenfrequenz nachgestimmt werden. Damit werden nicht nur Abweichungen des Referenzoszillators kompensiert, sondern es können auch die Temperaturdrift und die Alterung der Oszillatoren bei der Korrektur mit berücksichtigt werden. Das Ver­ ändern der Oszillatorfrequenz zum Suchen des Senders erfolgt vor­ teilhafterweise in festgelegten Frequenzschritten. Hierbei sollte die Frequenzauflösung relativ groß sein.

Wenn kein Sender gefunden wurde oder der Sender verschwindet bzw. seine Qualität nachläßt, wird vorteilhafterweise das Suchen des Senders gemäß Merkmal b) des Patentanspruchs 1 nach einer festge­ legten Zeitverzögerung wiederholt. Ein Qualitätsmerkmal kann be­ spielsweise die gemessene Feldstärke sein. Dieser Vorgang kann zy­ klisch wiederholt werden, wenn dabei immer noch kein Sender aufge­ funden wurde.

In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, die Frequenz am Mischerausgang zu bestimmen und mit einem Sollwert zu verglei­ chen. Die Differenz dieser Frequenzen wird zur Steuerung des Nach­ stimmens des Oszillators verwendet. Vorteilhafterweise wird hierzu die Frequenz am Mischerausgang in einen digitalen Wert umgewandelt und mit einem digitalen Sollwert verglichen. Dann kann das Nach­ stimmen durch einen Prozessor des Empfängers geregelt werden, der die Teilerschaltung ansteuert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Blockschaltbild eines Empfängers mit einer Doppel­ mischung,

Fig. 2 Diagramm des Spektrums des Wetterbandes in den USA mit sieben Kanälen,

Fig. 3 Blockschaltbild eines Empfängers mit einer Einfach­ mischung.

In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Empfängers mit Dop­ pelmischung beschrieben. Ein Antennensignal 1 wird in eine Vorstu­ fe 10 zur Selektion durch Filterung und/oder zur Verstärkung ge­ leitet. Das Ausgangssignal der Vorstufe 10 wird in einem Mischer 11 mit einem ersten Oszillatorsignal von einem fest eingestellten Oszillator 12 gemischt und anschließend in einer zweiten Vorstufe 20 selektiert und/oder verstärkt. In einem zweiten Mischer 21 wird das Signal aus der zweiten Vorstufe 20 mit einem Oszillatorsignal gemischt und auf eine Zwischenfrequenz herunter transformiert. Das Oszillatorsignal wird in einem geregelten Oszillator 23 erzeugt, wobei vorzugsweise eine phasenstarre Regelschleife 22 (PLL) vor­ gesehen ist. Der Oszillator 23 wird mit einem Referenzoszillator 2 phasengenau synchronisiert. Das Zwischenfrequenzsignal wird in einem Zwischenfrequenzverstärker 24 gegebenenfalls nach einer Se­ lektion mit Filtern verstärkt. Es ist ein Steuerungselement 30 zur Regelung des Oszillators 23 vorgesehen, die durch das Ausgangssi­ gnal des ZF-Verstärkers 24 gesteuert wird.

Bei einem derartigen Empfänger mit Doppelmischung wird das Verfah­ ren zur Frequenzkorrektur an dem zweiten Oszillator 23 und dem zweiten Mischer 21 durchgeführt. Dann kann der erste Oszillator 12 und der erste Mischer 11 von einer geringeren Qualität sein, da Abweichungen der tatsächlichen Mittenfrequenz des Sendesignals hinter dem ersten Mischer 11 bzw. der zweiten Vorstufe 10 durch Nachstimmen des zweiten Oszillators 23 in dem Bereich des Suchka­ nalfensters kompensiert werden können.

Das Verfahren wird anhand des Diagramms des Spektrums am Beispiel des Empfangs eines Wetterband-Senders in den USA näher erläutert. In dem Wettband sind drei Kanäle K1 bis K7 vorgesehen, die den Empfangsbereich des Empfängers zwischen 162,4 MHz und 162,55 MHz festlegen. Bei einem Kanalabstand von 25 kHz beträgt der Spitzen­ hub des zu empfangenden Signals pro Kanal etwa 5 kHz. Dies sind etwa ± 15 ppm der Empfangsfrequenz, so daß bei dieser Abweichung des zweiten Oszillators 23 die Empfangsfrequenz ca. 2,5 kHz neben der Sendefrequenz stehen würde. Die Sendefrequenz ist als Sollmit­ tenfrequenz fs jeweils in der Kanalmitte festgelegt.

Das Verfahren sieht nunmehr vor, einen der Kanäle K1 bis K7 auszu­ wählen. Jedem Kanal ist eine Sollmittenfrequenz fs zugeordnet, d. h. die mittlere Frequenz der jeweiligen Kanalbreite Kb. Für je­ den Kanal ist auch ein Suchkanalfenster festgelegt, der vorzugs­ weise der Kanalbreite Kb entspricht. Ein Sender wird nunmehr ge­ sucht, indem die Oszillatorfrequenz in festgelegten hochauflösen­ den Frequenzschritten innerhalb des Suchkanalfensters verändert wird. Auf diese Weise wird das Suchkanalfenster kontinuierlich durchlaufen und ein Sender gesucht. Sobald ein Sender aufgefunden wurde, wird die relative Abweichung der tatsächlichen Mittenfre­ quenz des empfangenen Senders mit der Sollmittenfrequenz fs ver­ glichen und der Oszillator 23 entsprechend durch eine bekannte digitale Teilerschaltung zur Steuerung des Oszillators 23 nachge­ stimmt.

Wenn bei dem Durchlaufen des Suchkanalfensters kein Sender gefun­ den wurde, tritt eine Zeitverzögerung ein, nach deren Ablauf der Suchvorgang wiederholt wird.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn bezogen auf die Fig. 1 die Frequenz durch die Oszillatorsteuerung am Ausgang des zweiten Mi­ schers 21 bzw. Zwischenfrequenzverstärkers 24 bestimmt und mit einem Sollwert für eine festgelegte Sollfrequenz des Senders in dem ausgewählten Kanal Ki verglichen wird. Diese Differenz wird dann zum Nachstimmen des Oszillators 23 verwendet.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, den Empfänger bis zur Frequenzabweichung von ± 12,5 kHz, das heißt ± 77 ppm Abweichun­ gen, die durch den ersten Oszillator verursacht werden, zu kompen­ sieren und auf den richtigen Empfangskanal zu synchronisieren. Damit können preisgünstige Oszillatoren mit einem Toleranzbereich von ± 50 ppm verwendet werden.

In dem Wetterband-Empfänger mit einer Doppelmischung nach Fig. 1 sollte der erste fest eingestellte Oszillator 12 auf 140,7 MHz und der zweite Oszillator 23 kanalabhängig auf 11,0875 MHz bezogen auf die Bandmitte des jeweiligen Kanals abgestimmt werden. Diese Fre­ quenzen sind so gewählt, daß alle Spiegelfrequenzen des zweiten Oszillators 23 zwischen dem Langweilen- und Mittelwellenbereich liegen. Dieser Frequenzbereich kann von herkömmlichen AM-Empfän­ gern überstrichen werden, so daß der Empfänger auf den Spiegelbe­ reich zwischen Lang- und Mittelwelle eingestellt werden kann. Der Spiegelbereich liegt etwa bei 21,8 MHz bei einer Zwischenfrequenz von 10,6875 MHz.

Das Verfahren ist nicht auf Empfänger mit einer Doppelmischung beschränkt, sondern auch für Einfachmischer verwendbar. Ein ent­ sprechender Empfänger mit Einfachmischung ist in der Fig. 3 skiz­ ziert. Das Signal ist dann aber noch nicht auf eine tiefere Fre­ quenz heruntergemischt, so daß die phasenstarre Regelschleife 22 (PLL) so ausgelegt sein muß, das entsprechend kleine Frequenzab­ weichungen nachgeführt werden können. Bei der Einfachmischung wird das Signal vor der Transformation auf die Zwischenfrequenz nur einmal vorselektiert und verstärkt, so daß die Vorstufe der Vor­ transformation mit einem ersten Mischer 11 und einem fest einge­ stellten Oszillator 12 entfällt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Frequenzkorrektur von Empfängern mit mindestens einem Oszillator (23) und einem Mischer (21) zum Abmischen eines Empfangssignals, wobei bestimmten Kanälen (Ki) jeweils eine Sollmittenfrequenz (fs) zugeordnet ist und der mindestens eine Oszillator (23) mit einer Teilerfrequenz (fr) synchronisiert wird, mit den Schritten:

• a) Auswählen eines Kanals (Ki), wobei jedem Kanal (Ki) ein Suchkanalfenster einer bestimmten Kanalbandbreite (Kb) zugeordnet ist;
• b) Suchen eines Senders auf dem Kanal (Ki) innerhalb des entsprechenden Suchkanalfensters durch kontinuierliches Verändern der Oszillatorfrequenz;
• c) Nachstimmen des Oszillators (23) mittels der Teiler­ frequenz (fr) in Abhängigkeit von der relativen Abwei­ chung der tatsächlichen Mittenfrequenz des aufgefundenen Senders in dem Kanal (Ki) von der Sollmittenfrequenz (fs).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verändern der Oszillatorfrequenz in festgelegten Frequenz­ schritten erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Suchen des Senders nach einer Zeitverzögerung wiederholt wird, wenn kein Sender gefunden wurde, oder der Sender ver­ schwindet bzw. seine Qualität nachläßt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fm) am Ausgang des Mischers (21) bestimmt und mit einer festgelegten Sollfrequenz (fs) für den Sender in dem ausgewählten Kanal (Ki) verglichen wird und der Oszillator (23) in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz zwischen der Sollfrequenz (fs) und der Mischeraus­ gangsfrequenz (fm) nachgestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischerausgangsfrequenz (fm) in einen digitalen Wert umgewan­ delt und mit einem digitalen Sollwert verglichen wird.