DE2629404C2

DE2629404C2 - Rauschsperre zur Verarbeitung von demodulierten FM-Signalen

Info

Publication number: DE2629404C2
Application number: DE2629404A
Authority: DE
Inventors: John Edward Palo Alto Calif. Altstatt; John Arthur Sunol Calif. Bush; Drew Relous Saratoga Calif. Lance
Original assignee: California Microwave Inc
Current assignee: California Microwave Inc
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1982-06-09
Also published as: CA1060101A; JPS5651701B2; DE2629404A1; IT1063780B; JPS527614A; GB1539568A; AU500961B2; BR7604257A; FR2316790A1; AU1541276A; US3979679A; NL7607087A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rauschsperre zur Verarbeitung von demodulierten FM-Signalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Hauptproblem ergibt sich auf dem Gebiete der Radiokommunikation durch die Rauschsprünge, die häufig am Anfang und/oder am Ende einer demodulierten Übermittlung auftreten und infolge der begrenzten Zeiten, die zur Erkennung des Anfangs und des Endes eines Signals und zum nachfolgenden Aktivieren oder Inaktivieren der Empfängerausgangskreise gefordert werden. Die Sprünge werden durch kurze Perioden des Rauschsignals oder durch Beruhigungsübergänge vom Zustand »Rauschen« zum Zustand »Träger-Ein« und vom Zustand »Träger-Ein« zum Zustand »Rauschen« verursacht, wobei sie durch den Tonkreis passieren können, weil die bekannten Empfängerkreise die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Trägersignals nicht augenblicklich erkennen und demgemäß den Tonkreis öffnen oder schließen können, um den Durchgang der Rauschkomponenten durch den Tonkreis zu verhindern. Es wurden verschiedene Arten von Rauschsperren verwendet, um das Problem zu mindern. Bei den meisten Kreisen wurde aber nur versucht, die unerwünschten Rauschsprünge zu dämpfen, anstatt sie vollständig ?a unterdrücken.

Aus der US-PS 35 68 068 ist eine Rauschsperre bekannt, bei der ein Tiefpaß für das zu übertragende Nutzbandsigna! und eine Torschaltung im Signalweg zwischen dem Demodulator und dem NF-Teil vorgesehen sind. Außerdem ist der Eingang einer ein binäres Steuersignal für die Steuerschaltung in Abhängigkeit von Rauschpegel erzeugenden Rauscherkennungsschaltung mit dem Ausgang des Demodulators verbunden. Dabei weist die Rauscherkennungsschaltung einen Hochpaß, dessen Grenzfrequenz über dem Nutzsignalband liegt, eine Gleichrichterschaltung für das Rauschen, eine Schaltung zum Einstellen der Ansprechempfindlichkeit und eine Schaltstufe auf.

Aus der US-PS 35 88 705 ist es in Verbindung mit der Unterdrückung von »Knackimpulsen« bekannt, im Signalweg zwischen dem Demodulator und einem Schalter eine Verzögerungsleitung einzufügen, die das Signal um eine Spanne verzögert, die der Ansprechzeit der Rauscherkennungsschaltung entspricht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rauschsperre zur Verarbeitung von demodulierten FM-Signalen anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, Rauschimpulse sowohl bei Übergängen von Perioden, in denen kein Träger vorhanden ist, zu Perioden, in denen ein Träger vorhanden ist, als auch bei übergängen von Perioden, in denen ein Träger vorhanden ist, zu Perioden, in denen kein Träger vorhanden ist, zu eliminieren.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte Rauschsperre gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Rauschsignale, die am Anfang und am Ende einer empfangenen Übermittlung auftreten, aus dem Informationssignal eliminiert werden, ehe dieses Signal die Tonstufen des Empfängers erreicht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Rauschsperre aus bereits verfügbaren elektro-

nischen Komponenten aufgebaut werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer einem Demodulator nachgeschalteten erfindungsgemäßen Rauschsperre;

F i g. 2 ein Schaltbild des in der F i g. 1 enthaltenen unilateralen Verzögerungskreises;

F i g. 3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Rauschsperre gemäß F i g. 1; und

F i g. 4 ein Diagramm mit den relativen Durchlaßcharakteristiken des Tiefpasses und des Hochpasses und mit den überlagerten Kurven, die das Rauschspektrum des in der F i g. 1 enthaltenen Demodulators darstellen.

In der Fig. 1 ist ein FM-Demodulator 10 in Kombination mit einer verbesserten automatischen Rauschsperre 11 nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt Der Demodulator 10 ist von der Art, die gewöhnlich in FM-Kommunikationssystemen benutzt wird, um ein frequenzmoduliertes Signal zu demodulieren und um ein Tonfrequenzsignal zu erzeugen, das die gesendete Information enthält Wie der in der Fig.3 dargestellten Ausgangskurve des Demodulators entnommen werden kann, besteht das am Ausgang 13 des Demodulators IO erscheinende Signal entweder aus hochpegeligem Rauschen, wenn kein Träger empfangen wird, oder aus tiefpegeligem Rauschen und einer Tonfrequenzsignalinformation, wenn ein Träger angezeigt wird.

Diese Charakteristik des Demodulatorausgangs kann in einer anderen Weise durch die Kurven 50 und 60 der Fig.4 dargestellt werden. Gemäß der Kurve 50 liegt das Ausgangssignal des Demodulators 10 in der Form eines breitbandigen, hochpegeligen Rauschens vor, wenn kein Träger empfangen wird. Wird jedoch ein Träger empfangen, so kann der Demodulator selektiv Rauschen und besonders Rauschfrequenzen erkennen, die außerhalb des interessierenden Tonfrequenzbereiches liegen, wie dies durch die Kurve 60 angedeutet ist. Die erfindungsgemäße automatische Rauschsperre nutzt die Änderung des Rauschpegels des interessierenden Tonfrequenzbereiches am Ausgang des Demodulators, um die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Übermittlung anzuzeigen.

Gemäß F i g. 1 enthält die automatische Rauschsperre U einen Tiefpaß 12, der Frequenzen bis etwa 6 Hz durchläßt. Der Tiefpaß bewirkt die Unterdrückung der Hochfrequenz-Rauschkomponenten des demodulierten Signals und die Ausfilterung der Hochfrequenzharmonischen des demodulierten Tonsignals. Das demodulierte Signal muß frei von Hochfrequenzharmonischen sein, um ein richtiges Funktionieren des Verzögerungskreises 14 zu gewährleisten. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.

Der Verzögerungskreis 14 kann die Form einer geeigneten Anordnung zur Verzögerung von Tonfrequenzen aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verzögerungskreis um einen Abtastverzögerungskreis, der im allgemeinen als Eimerketten-Schaltung bezeichnet wird. Eine solche Schaltung kann Signale mit Frequenzen des Demodulationsfrequenzbereiches des Demodulators 10 exakt verzögern. Da jedoch mit einem derartigen Verzögerungskreis auch Hochfrequenzkomponenten getastet werden können, ist es wesentlich, daß irgendein zu verzögerndes Signal frei von Hochfrequenzharmonischen ist, da derartige Harmonische den Verzögerungskreis 14 veranlassen würden, in dem verzögerten Signal Tieffrequenzgeräusche zu erzeugen. Es ist also von Bedeutung, daß das Filter 12 Hochfrequenzharmonische aus dem demodulierten Tonsignal entfernt

Bei dem Gatter 16 handelt es sich im wesentlichen um einen Schalter, der durch ein Steuersignal, das an seinen Steuereingang 19 angelegt wird, derart betätigbar ist, daß es Signale verzerrungsfrei an den Ausgangsanschluß 18 durchschaltet An den Ausgangsanschluß 18 kann ein Kopfhörer, ein Tonverstärkungskreis oder eine andere geeignete Schaltung zur Verwertung der übermittelten Information angeschlossen werden.

Der Rauschdetektor 20 erkennt die Verminderung eines Hochfrequenzrauschpegels außerhalb des interessierenden Tonfrequenzbereichs, d. h. über 6 kHz, und erzeugt das Steuersignal zur Betätigung des Gatters 16. Der Detektor 20 weist einen Hochpaß 23, einen Detektor 24 und einen Vergleiche!· 25 auf. Das Filter 23 läßt nur Signale mit einer Frequenz durch, die größer als 6 kHz ist Es sperrt Signale mit Frequenzen, die innerhalb des Bereichs der menschlichen Stimme liegen. Der Detektor 24 empfängt die Ausgangssignaie des Filters 23 und entwickelt eine Gleichspannung am Anschluß 21, die proportional zu der Durchschniusamplitude der empfangenen Rauschsignale ist.

Bei dem Vergleicher 25 handelt es sich um einen gewöhnlichen Spannungsvergleichskreis, der das Ausgangssignal des Detektors 24 mit einer Bezugsspannung vergleichen kann und der ein negativ werdendes Steuersignal erzeugt, wenn der Spannungseinang am Anschluß 21 kleiner ist als die Referenzspannung. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt das Ausgangssignal des Vergleichers 25 OVoIt, wenn das Eingangssignal am Anschluß 21 größer ist als die Referenzspannung. Wenn das Eingangssignal am Anschluß 21 kleiner ist als die Referenzspannung, entspricht das Ausgangssignal des Vergleichers einer vorgegebenen negativen Spannung — V. Bei dem unilateralen Verzögerungskreis 22 handelt es sich um eine Anordnung, die in der Lage ist, die Vorderflanken des von dem Vergleicher 25 erzeugten Steuersignals zu verzögern, die Rückflanken des Steuersignals jedoch ohne Verzögerung passieren zu lassen. Die Gründe hierfür werden weiter unten erläutert. Eine solche Anordnung ist schematisch in der F i g. 2 dargestellt und weist ein kapazitives Speicherelement 26, einen Widerstand 27, eine Diode 28 und einen Vergleicher 30 auf. Die entsprechenden Widerstands- und Kapazitätswerte des Widerstands 27 und des Kondensators 26 werden so ausgewählt, daß sie eine flC-Zeitkonstante bewirken, die die gewünschte Signalverzögerung erzeugt. Der Vergleicher 30 erzeugt ein Ausgangssignal von 0 Volt, wenn das Potential an seinem Eingang 29 positiver als — VVoIt ist Er erzeugt ein Ausgangssignal einer negativen Spannung, wenn das Potential an seinem Eingang 29 KVoIt beträgt. Auf diese Weise wird der Kondensator 26 über den Widerstand 27 auf ein Potential von VVoIt in einer Zeit T= \IRCaufgeladen, wenn sich das Ausgangssignal des Vergleichers 25 von 0 Volt auf — VVoIt ändert. Da das Ausgangssignal des Vergleichers 30 sich so lange nicht ändern wird, bis das Potential am Eingang 29 der Bezugsspamnung — VVoIt gleicht, wird bewirkt, daß die Vorderflanke des Steuersignals um die Zeit T verzögert wird. Wenn jedoch das Ausgangssignal des Vergleichers 25 wieder 0 Volt wird, wird sich der Kondensator 26 unverzüglich auf 0 Volt über die Diode 28 entladen und dadurch bewirken, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 30 ohne Verzögerung wieder den Wert 0 Volt erreicht. Auf diese Weise verzögert der Verzögerungskreis 22 die

Vorderflanken des Steuersignals ohne die Rückflanken zu verzögern.

Die F i g. 3 zeigt einen typischen Wellenverlauf, wie er am Ausgang 13 des Demodulators IO auftreten kann, zusammen mit Wellenverläufen, die die von dem Detektor 24 und Verzögerungskreis 22 entwickelten Ausgangssignale beschreiben. Zum Zwecke der Illustration soll das Ausgangssignal des Demodulators IO Rauschabschnitte 31 enthalten (kein Träger erkannt), die durch ein Intervall des erkannten Trägers 32, der einen Abschnitt 34 mit einem Tonsignal aufweist, getrennt sind. Der Übergangsabschnitt 30, der entsteht, wenn das Demodulatorausgangssignal von einem Rauschzustand in einen beruhigten Zustand übergeht, wird auch als Rauschen betrachtet.

Der Wellenverlauf 38 stellt das binäre oder zweipegelige Steuersignal dar, das von dem Detektor 2ö entwickelt wird. Es ist festzustellen, daß das Ausgangssignal 38 des Detektors gemäß der Ermittlungszeit T₁ geringfügig verzögert ist, die von dem Detektor 20 benötigt wird, um die Änderungen zwischen den Zuständen »Rauschen« und »Träger« und zwischen den Zuständen »Träger« und »Rauschen« genau anzuzeigen und um das Steuersignal zu erzeugen und zu beenden. Der Wellenverlauf 40 stellt das einseitig verzögerte Steuersignal dar und entspricht der tatsächlichen Dauer der Zeit T₃, in der das Gatter 16 geöffnet ist, wie dies durch das Steuersignal bestimmt wird, nachdem seine Vorderflanke um die Zeitperiode T₂ verzögert wurde. Die Rückflanke des Steuersignals 40 ist, wie dies bereits erläutert wurde, nicht verzögert.

Das verzögerte Ausgangssignal des Demodulators, das am Eingang 15 des Gatters 16 anliegt, ist in der Fig.3 unten dargestellt. Die Rauschabschnitte 31' sind zum Zwecke der Illustration gestrichelt dargestellt, da diese Rauschsignale im wesentlichen durch das Filter 12 eliminiert wird. Das Haltegatter 16, das während der Dauer T₂ geschlossen ist, nachdem der Träger ermittelt ist, ermöglicht, daß sich die ermittelten Signalübergänge 30' beruhigen, bevor das Gatter zur Zeit T₃ geöffnet wird. In einer ähnlichen Weise wird das Gatter 16' durch die nicht verzögerte Rückflanke des Steuersignals zur Zeit Ti geschlossen, bevor der verzögerte Träger zur Tt, beendet ist.

Die Zeitachse 42 stellt die wirkliche Zeitbeziehung zwischen den verschiedenen, in der F i g. 3 dargestellten Kurven dar. Zum Zeitpunkt fo beginnt der Träger und endet das Rauschen 30. Der begrenzte Zeitbctrag, der für den Rauschdetektor erforderlich ist, um das Ende des Rauschens zu erkennen und um das verzögerte Steuersignal 38 zu erzeugen, entspricht der Zeitdauer zwischen den Zeiten f₀ und /|. Zur Zeit U wird das Steuersignal 38 durch den Detektor 20 erzeugt und dieses Signal wird durch den Verzögerungskreis 22 verzögert, um das Gatter 16 bis zur Zeit tj nicht zu öffnen. Da das verzögerte Trägersignal zum Zeitpunkt

ίο h erscheint, kann sich der Träger in der Zeit zwischen I₂ und ti beruhigen, um so die Übergangsrauschsignale zu vermeiden. Das Gatter 16 wird dann zum Zeitpunkt k geschlossen, zu dem eine Signalerkennungszeitperiode auftritt, die der tatsächlichen Beendigung der Übermittlung zurr. Zeitpunkt U folgt und die kurz vor der verzögerten Beendigung zum Zeitpunkt t_b eintritt.

Aus der Fig.4 ist die Beziehung zwischen dem Rauschspektrum 50, das am Ausgang des Demodulators 10 anliegt, wenn kein Übertragungssignal empfangen wird, der Bandpaßcharakteristik 70 des Tiefpasses 12, der Bandpaßcharakteristik 80 des Hochpasses 23 und der Frequenzempfindlichkeitscharakteristik 60 des durch den Demodulator ermittelten Trägers dargestellt. Wie aus der Fig.4 hervorgeht, tritt eine wesentliche Verminderung in dem am Ausgang des Demodulators 10 erzeugten Rauschen, das außerhalb des interessierenden Tonfrequenzbereichs liegt, auf, wenn ein übermittelter Träger von dem Demodulator 10 ermittelt wird. Da die Verminderung des Eigenrauschens leicht ermittelt werden kann, und das Auftreten des Eigenrai'schens leicht ermittelt werden kann, wird sie erfindungsgemäß zur Erzeugung des Steuersignals benutzt

Genauer gesagt, kann der Detektor 24 aus einem einfachen breitbandigen Detektor bestehen, der ein Ausgangssignal am Anschluß 21 erzeugt, das den ermittelten Rauschpegeln entspricht, da das Eingangssignal am Detektor 21 durch das Filter 23 so frequenzbegrenzt ist daß es nur das außerhalb des interessierenden Tonfrequenzbereichs liegende Rausehen enthält wie dies aus der F i g. 4 hervorgeht. Auf diese Weise kann durch Einstellen der Bezugsspannung des Vergleichers 25 auf einen Wert, der zwischen den beiden Rauschpegeln liegt eine genaue Trägererkennungsfunktion bewirkt werden, obwohl einer der Geräuschpegel oder beide Geräuschpegel, der bzw. die außerhalb des interessierenden Tonfrequenzbereiches liegen, etwas variieren kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rauschsperre zur Verarbeitung von demodu-Iierten FM-Signalen mit einem ersten Filter mit einem Eingangsanschluß zur Verbindung mit dem Ausgang eines FM-Demodulators, wobei das erste Filter einen ersten Durchlaßbereich zum Durchlaß von demodulierten Tonsignalen und zum Sperren vor. Rauschsignalen des Demodulators mit Frequenzen, die außerhalb des ersten Durchlaßbereiches liegen, aufweist, mit einer ersten Verzögerungseinrichtung zur Zeitverzögerung der gefilterten Tonsignale, mit einem Ausgangsanschluß, mit einer Rauscherkennungsschaltung, die mit dem Eingangsanschluß verbunden ist, wobei die Rauscherkennungsschaltung in der Lage ist, zwischen Ausgangs-Rauschsignslen des Demodulators, die beim Vorhandensein eines empfangenen Trägers entwickelt wurden und Ausgangs-Rauschsignalen zu unterscheiden, die bei der Abwesenheit eines empfangenen Trägers entwickelt wurden, wobei durch die Rauscherkennungsschaltung ein binäres Steuersignal erzeugbar ist, das eine Vorderflanke und eine Hinterflanke aufweist, wenn der empfangene Träger vorhanden ist, und mit einer Torschaltung zum Ankoppeln der zeitverzögerten Tonsignale an den Ausgangsanschluß in Antwort auf das verzögerte Steuersignal, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Verzögerungseinrichtung (22) zur Verzögerung der Vorderflanke des Steuersignals (38) für eine zweite vorbestimmte Zeitperiode vorgesehen ist, und daß die zweite Zeitperiode kleiner als die erste Zeitperiode ist.

2. Rauschsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verzögerungseinrichtung einen Vergleicher (30) aufweist, daß ein Widerstand (27) zwischen dem Eingang der zweiten Verzögerungseinrichtung (22) und einem ersten Eingang (29) des Vergleichers (30) vorgesehen ist, daß eine Diode (28) parallel zu dem Widerstand (27) vorgesehen ist, daß ein Kondensator (26) mit dem ersten Eingang (29) des Vergleichers (30) verbunden ist, daß an einem zweiten Eingang des Vergleichers (30) ein Bezugspotential (—V) anliegt, und daß der Vergleicher (30) die Ladung des Kondensators (26) mit dem Bezugspotential vergleicht und ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Ladung dem Bezugspotential gleicht oder sie überschreitet und daß die Diode (28) so gepolt ist, daß der Kondensator (26) vom Steuersignal über den Widerstand (27) ladbar ist und daß der Kondensator (26) unabhängig vom Widerstand (27) entladbar ist.

3. Rauschsperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rauscherkennungsschaltung (20) ein zweites Filter (23) mit einem zweiten Durchlaßbereich zum Durchlaß der Rauschsignale und zum Sperren der Tonsignale, eine Einrichtung (24) zur Spannungsanzeige, die auf die Rauschsignale anspricht und eine mit dem Rauschpegel vergleichbare Rauschspannung erzeugt, und eine Vergleichereinrichtung (25) zum Vergleich der Rauschspannung mit einem Referenzpotential und zur Erzeugung des Steuersignals vorgesehen sind, wenn die Rauschspannung die Referenzspannung überschreitet.

4. Rauschsperre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verzögerungseinrichtung (14) eine Eimerkettenverzögerungsleitung aufweist