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Detektor zur Anzeige von Empfangsstörungen.
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Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Anzeige von Empfangsstörungen
beim UKW-Rundfunkempfang durch Auswertung des FM-demodulierten HF-Signals.
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Solche Detektoren werden vorzugsweise vert> t zur Verbesserung
des Rundfunkempfangs in Kraftfahrzeugen. Der Detektor hat die Aufgabe, eine Empfangsstörung
zu erkennen und anzuzeigen. Daraufhin wird eine Umschaltmaßnahme eingeleitet, die
im allgemeinen elektronisch durchgeführt wird. Zum Beispiel wird in der Offenlegungsschrift
DE 3107970 Al ein FM-Empfänger beschrieben, in dem mit Hilfe eines Detektors und
einer Umschalteinrichtung automatisch das Mehrwegerauschen vermieden wird. In der
Offenlegungsschrift DE 3122057 A1 wird eine Tunersteuerung mit einem Detektor zum
Wahrnehmen des Signalpegels in einem Rundfunkempfänger vorgestellt. Weiterhin ist
in der US-Patentschrift 3.825.697 von einer Umschalteinrichtung die Rede, die nach
Erkennung einer Störung infolge des Mehrwegeempfangs von Stereo-Betrieb auf Monobetrieb
umschaltet. in allen beschriebenen Fällen ist ein Detektor zur Erkennung der Störung
erforderlich.
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Ein Detektor zur Erkennung von Störungen ist aus der US-Patentschrift
4.216.353 bekannt. Dieser Detektor ist speziell konzipiert für die Erkennung von
störender Mehrwegeausbreitung der elektromagnetischen Wellen mit großen unterschiedlichen
Laufzeiten. Aus diesem Effekt resultieren am Ausgang des Frequenzdemodulators ein
erhöhtes Rauschen und eine Verzerrung der niederfrequenten Nachricht. Im Fall der
Stereo-Aussendung führt dieser Effekt auch zu einem erhöhten Übersprechen zwischen
den beiden Stereo-Kanälen. Der in dieser Patentschrift beschriebene Detektor beruht
auf der Auswertung des Amplituden-Zeitverlaufs des empfangsseitig vorliegenden frequenzmodulierten
Signals. Dieser Detektor hat insbesondere
im Hinblick auf einen
Einsatz in einem Autoempfänger folgende Nachteile: Es ist bekannt, daß die Überlagerung
von Teilwellen am Empfangsort bei Laufzeitunterschieden zwischen einerlus und 100
Juszu nennenswerten Verzerrungen der niederfrequenten Nachricht am Ausgang des FM-Demodulators
führt. Diese Verzerrung geht einher mit einer vom niederfrequenten Nachrichteninhalt
abhängigen Amplitudenmodulation des resultierenden Hochfrequenzträgers am Empfangsort.
Der in der o.g. US-Patentschrift angegebene Detektor erkennt diese Amplitudenmodulation
und zeigt sie als Störung an. Meistens jedoch ist das Wellenfeld aus Teilwellen
zusammengesetzt, deren Laufzeitunterschiede unter einer pos liegen. Diese Überlagerung
der Teilwellen führt empfängerseitig nicht zu Störungen, verursacht aber eine starke
Ortsabhängigkeit der resultierenden Feldamplitude. Der Eingangspegel des Autoempfängers
erfährt deshalb durch die Eigenbewegung des Fahrzeugs in diesem Wellenfeld eine
zeitliche Amplitudenänderung, die sich als Amplitudenmodulation ausdrückt. Der angegebene
Detektor besitzt deshalb den Nachteil, zwischen einer Amplitudenmodulationsart,
die nicht zu Störungen führt, und einer anderen Amplitudenmodulationsart, die auf
Grund der Mehrwegeausbreitung mit großen Laufzeitlslterschieden entsteht und deshalb
Störungen hervorruft, unterscheiden zu müssen.
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Besonders schwierig ist die Situation dadurch, daß beide Modulationsarten
statistisch und zeitweise gleichzeitig auftreten. Daraus resultiert eine unsichere
Erkennung der wirklichen Störung und eine verhältnismäßig große Detektionszeit.
Diese Detektionszeit führt dazu, daß die Eingriffe in das Empfangssystem durch Umschalten
erst so spät vorgenommen werden können, daß der Rundfunkhörer die Störung bereits
wahrgenommen hat. Weiterhin ist ein derartiger
Detektor nicht in
der Lage, andersartige Störungen, die auf dem Hochfrequenzübertragungsweg auftreten
und zu niederfrequenten Störungen führen, aus dem Amplitudenverlauf des Hochfrequenzträgers
zu erkennen. Hierzu zählen u.a'z.B.
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Motorstörungen und sonstige Störungen der elektrischen Aggregate des
Kraftfahrzeugs.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Vorliegen der wichtigsten
hörbaren Empfangsstörungen mit verschiedenenen Ursachen, die beim UKW- Stereo- oder
Monoempfang auftreten, im empfangsseitig demodulierten Signal schnell und treffsicher
zu erkennen und anzuzeigen und solche Signalstörungen, die auf dem hochfrequenten
Übertragungsweg auftreten, aber empfängerseitig nicht zu hörbaren Störungen führen,
von der Anzeige auszuschließen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Detektor
der eingangs beschriebenen Art eine Selektionseinrichtung enthält, in der ausschließlich
Signalanteile, die in den Signal-Frequenzlücken des senderseitig zur Aussendung.
gebrachten Mono-oder Stereo-(MPX)-Signals oberhalb des Hörfrequenzbereichs, d.h.
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oberhalb einer Frequenz f1 > 15 kHz, jed nunterhalb von f2 (23
kHz nach der Demodulation durch den F-Demodulator im Empfänger auftreten, ausgefiltert
werden und eine Auswerteschaltung vorhanden ist, in der diese Signalanteile ausgewertet
und zur Anzeige gebracht werden.
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Die Erfindung wird anhand folgender Figuren näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig.1: das Signalspektrum am Ausgang des Empfänger-Demodulators
mit Störanteilen im Frequenzbereich f1
bis f2.
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Fig.2: Detektor nach der Erfindung mit Bandpaß, Pilottonfalle und
Gleichrichterschaltung und Tiefpaß.
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Fig.3: Detektor nach der Erfindung mit Bandpaß für einen Teilfrequenzbereich
des auswertbaren Signals.
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Fig.4: Detektor mit 2 kombinierten Bandpässen -zur Auswertung der
Teilfrequenzbereiche oberhalb und unterhalb der Pilottonfrequenz.
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Fig.5: Detektor mit Mischerschaltung und nachgeschaltetem Tiefpaß
zur Abwärtsmischung des auswertbaren Frequenzbereichs durch Zusetzen eines Signals
mit der Pilottonfrequenz.
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Fig.6: Detektor mit Mischerschaltung und einem mit dem empfangenen
ausgefiltertn Pilotton synchronisierten Oszillator.
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Fig.7: Schwellwertentscheider zur binären Anzeige des Vorliegens einer
Empfangsstörung.
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Fig.8: Detektor mit Auswertung des im NtlQz-Hörfrequenzbereich auftretenden
Signalpegels und Bewertung der Schwellwertspannung mit diesem Pegel.
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Fig.9: Detektor mit Auswertung des im Nutz-Hörfrequenzbereichs auftretenden
Signalpegels und Bewertung des Ausgangssignals des Detektors durch Einstellung des
Verstärkungsfaktors im Auswertezweig.
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In Fig.1 ist das Stereo-Multiplex-Signal 15, wie es am Ausgang des
Frequenzdemodulators dem Spektrum nach angegeben. Für den Fall, daß keine Störungen
vorliegen, ist die Signal-Frequenzlücke zwischen 15 und 23 kHz mit Ausnahme des
diskreten 19 kHz Pilottons frei von Signalenergie. Treten Störungen auf dem Hochfrequenzsignalübertragungsweg
ein, so treten in dieser Signal-Frequenzlücke störungsbedingt Energieinhalte 3 auf,
die zur Anzeige einer Störung detektiert werden können. Hierbei wird eine Vielfalt
von Störungen unterschiedlichster Ursachen angezeigt. Zum Beispiel führt die Mehrwegeausbreitung
mit Laufzeitdifferenzen zwischen 1 und 100 zuzuhörbaren Verzerrungen, die zu Harmonischen
des niederfrequenten Bandes führen. Diese Harmonischen erzeugen bevorzugt Energieanteile
in der beschriebenen Frequenzlücke, da sie sich in enger Frequenznachbarschaft zum
niederfrequenten Summenkanal befindet. Das gleiche gilt für alle anderen Arten von
hörbaren Störungen, die sich in aller Regel nicht nur über das hörbare Frequenzgebiet
erstrecken, sondern im allgemeinen ein wesentlich breiteres Frequenzspektrum besitzen.
So werden z.B. Störungen, die durch die Zündanlage oder durch sonstige elektrische
Aggregate des Fahrzeugs verursacht sind, ein Frequenzspektrum weit über den 15 kHz-Bereich
hinaus-Störsignalanteile verursachen. Im Fall der Monoaussendung stünde für die
Auswertung der Störsignale ein größerer Frequenzbereich im Anschluß an die Hörgrenze
von 15 kHz zur Verfügung. Da jedoch im UKW-Bereich für fast alle Sender, zumindest
alternativ, die Stereoaussendung vorgesehen ist, ist die Kompatibilität des Detektors
bezüglich des Stereo- oder Monoempfangs unverzichtbar. Diejenige
Signal-Frequenzlücke
mit der engsten Nachbarschaft zum Hörfrequenzbereich ist somit der Frequenzbereich
zwischen 15 und 23 kHz unter Ausnahme der Pilottonfrequenz fp. Die Frequenznachbarschaft
der ausgewerteten Signal-Frequenz lücke zum Hörfrequenzbereich ist deshalb wichtig,
weil das Störspektrum der hörbaren Störung in einer Vielzahl der Fälle zu höheren
Frequenzen hin stark -abnimmt und eine Störung durch Ausnutzung einer Signallücke
bei höheren Frequenzen nur zu einer unzureichend kleinen Detektionssicherheit führen
würde.
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Die vorliegende Erfindung beruht darauf, Störsignale in dieser Frequenzlücke
festzustellen und anzuzeigen. Die Erfindung besitzt dabei den entscheidenden Vorteil,
daß z.B.
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Amplitudenschwankungen des Hochfrequenzträgers, die wegen der Amplitudenbegrenzung
im FM-Demodulator vielfach nicht zu hörbaren Störungen führen, auch vom Detektor
nicht angezeigt werden. Mehrwegeausbreitung mit kurzen Laufzeitunterschieden der
beteiligten Teilwellen wird also in keiner Weise erfaßt.
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Amplitudeneinbrüche unter eine bestimmte Schwelle führen häufig im
Hörbereich zu Aufrauschen, das auch durch Mehrwegeausbreitung mit großen Laufzeiten
bedingt sein kann.
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Da dieses Rauschen nicht auf den Hörfrequenzbereich beschränkt ist,können
auch diese Rauschanteile im Frequenzbereich zwischen 15 und 23 kHz, unter Ausschluß
der Pilottonfrequenz, zur Detektion herangezogen werden.
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Der Detektor nach der Erfindung besitzt deshalb eine Selektionseinrichtung
1 mit deren Hilfe die störungsbedüigten Signale, die im Frequenzbereich f1 >15
kHz bis f2C23 kHz auftreten, unter Ausschluß des Pilottons ausc,efiltert werden.
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Diese Frequenzgrenzen f1 und f2 sollen möglichst so gewählt werden,
daß bei bestehenden Filterflanken Signalanteile der Nutz-Frequenzbereiche hinreichend
unterdrückt werden und nicht zur Fehlerindikation beitragen. Um der in der Praxis
stets
begrenzten Selektivität von Filterschaltungen Rechnung zu
tragen, wird die Frequenz fl um f1 größer gewählt als 15 kHz. Sinngemäß wird f2
um ß f2 kleiner gewählt als 23 kHz. Bei Anwendung eines Saugkreises zur Unterdrückung
der Pilottonfrequenz ist es zweckmäßig, den kleinen Frequenzabstand a fp einzuführen.
Das so aüsgefilterte Signal zur Erkennung von Störungen belegt somit den in Fig.2
dargestellten Frequenzbereich.
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Die einfachste Anordnung zum Ausfiltern der störungsbedingten Signalanteile
nach der Erfindung ist ein Bandpass 8 mit dem Durchlaßbereich fl bis fp -fp, mit
fp= 19 kHz. Diese Signalinhalte können dann mit einer Gleichrichterschaltung 4,
die im allgemeinen einen Verstärker beinhaltet, gleichgerichtet werden und über
einen nachgeschalteten Tiefpaß 5 mit geeigneter Zeitkonstante geglättet werden (s.
Fig.3).
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Zieht man den Frequenzbereich zwischen 19 und 23 kHz zusätzlich heran,so
kann dies durch die Parallelschaltung zweier Bandpässe geschehen, wie es in Fig.4
angedeutet ist.
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Sinngemäß wird der Bandpaß 8 aus Fig.3 verwendet und die Durchlaßfrequenz
des Bandpasses 9 von fp+fp bis 23 kHz -df2 gewählt.
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Auf einfache Weise kann das Ausfiltern der Störsignale nach der Erfindung
auch durch Kaskadierung eines Bandpasses 6 mit dem Durchlaßbereich f1 bis f2 und
einer Pilottonträgerfalle 7 erfolgen, wie es in Fig.2 dargestellt ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist die
Umsetzung des Frequenzberelchs der Signal-Frequenzlücke mit Hilfe eines Mischers
10 und durch Zusetzen eines Signals 12 der Pilottonfrequenz. Diesem Mischer wird
eingangsseitig das nach der FM-Demodulation vorliegende Signal 15 zugeführt.
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Am Ausgang des Mischers liegt somit der in'der Signal-Frequenzlücke
befindliche Störanteil im Frequenzbereich unterhalb von maximal 4 kHz vor. Diese
Signalanteile können
dann vorteilhaft mit einem Tiefpaßfilter 11
ausgefiltert werden. Die obere Grenzfrequenz des Tiefpasses wird so gewählt, daß
Nutz-Signalanteile hinreichend unterdrückt werden.
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Wird das Signal in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auf
einfache Weise mit einem freischwingenden Oszillator 13 erzeugt, so können Frequenzschwankungen
des Oszillators zu Fehlanzeigen des Detektors führen. In diesem Fall ist es vorteilhaft,
das Filter 11 als Bandpaß auszugestalten mit einer sehr niederen unteren Grenzfrequenz
derart, daß solche Fehlanzeigen ausgeschlossen werden.
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Um zu einer besonders vorteilhaften Form der Erfindung zu kommen,
ist es erforderlich, den Oszillator 13 mit Hilfe einer langsam arbeitenden Regelschleife
18 mit dem empfangenen Pilotton zu synchronisieren, wie es aus Fig.6 hervorgeht.
Da die Phase des empfangenen Pilottons störungsbedingt durch Mehrwegeausbreitung
schwanken kann, ist es notwendig, den Oszillator mit dem Mittelwert der Phase des
¢nDfangenen Pilottons zu synchronisieren. Dies wird durch Wahl einer entsprechend
langsamen Regelschleife 18 zur Synchronisation des Oszillators bewirkt. Mit Hilfe
eines GrobSit.ters 19 mit dem Charakter eines Bandpasses wird der Piloten aus dem
Signal 15 ausgefiltert. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß bei Stereoaussendungen
die störungsbedingte, nichtlineare, durch Mehrwegeausbreitung hervorgerufene, Umsetzung
des 19 kHz-Trägers mit den energiereichen Signalanteilen in der Umgebung des 38
kHz-Trägers in die Frequenznachbarschaft des 19 kHz-Pilottons fallen, im Mischer
10 umgesetzt werden nd ebenso in den Durchlaßbereich des Tiefpaßfilters fallen und
zur Anzeige der Störung beitragen.
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In diesem Fall kann das Filter 11 als Tiefpaß ausgeführt werden, da
die aktuelle störungsbedingte Phasenabweichung des empfangenen Pilottons Signalanteile
erzeugt, die zweckmäßig
zur Erkennung der Störung ausgewertet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein
Schwellwertentscheider 14 in der Auswerteschaltung 2 eingesetzt, wie er in Fig.7
dargestellt ist. Ein solcher Entscheider besteht aus einem Spannungsvergleicher,
der das in der Auswerteschaltung nach dem Gleichrichter 4 mit Tiefpaß 5 anliegende
Signal mit einer Schwellspannung 20 vergleicht und an seinem Ausgang ein Signal
abgibt mit der binären Information über die Größe des Signals im Vergleich zur Schwellspannung.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist diese Vergleichsspannung 20 zeitlich
konstant eingestellt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der
Schwellwert 20 in Abhängigkeit von dem im gesamten Nutzhörfrequenzbereich oder in
einem Teil dieses Frequenzbereichs auftretenden momentanen Signalpegel dynamisch
eingestellt. Die Sicherheit der Anzeige von Empfangsstörungen ist größer, wenn die
in der Frequenzlücke auftretende Signalenergie 3 mit der Nutzenergie verglichen
wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Signalschwelle 20 des Schwellwertentscheiders
14 mit wachsendem Pegel im Nutzhörfrequenzbereich dynamisch anzuheben. Eine solche
Anordnung geht aus Fig.8 hervor. Mit Hilfe des Bandpasses 16 wird ein geeigneter
Teil des Nutzhörfrequenzbereichs oder der gesamte Hörfrequenzbereich ausgefiltert,
mit dem Pegelindikator 21 festgestellt und dem Schwellwertentscheider 14 als Schwellspannung
20 zugeführt. Die Anzeige am Ausgang des Schwellwertentscheiders liefert dann eine
binäre Angabe über das Vorliegen einer Empfangsstörung. Eine weitere vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung besteht in det besonderen Ausführung des Filters 16
in Fig.8 als Bewertungsfilter. Dieses Bewertungsfilter ist in seinem Frequenzgang
so eingestellt, daß diejenigen Signalanteile des
Hörfrequenzbereichs,
deren 2. und 3. Harmonische in den Frequenzbereich f1 und f2 fallen, stärker bewertet
werden als die brigen Signalanteile. Die Entscheidung über das Vorliegen einer Empfangsstörung
wird somit anhand der mit dem Nutzsignal bewerteten, in der Signal-Frequenzlücke
auftretenden Signalanteile gefällt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine analoge Anzeige
der bewerteten Störung dadurch erzielt werd.en, daß das mit dem Pegelindikator 21
im Nutzfrequenzbereich festgestellte Signal zur Einstellung der Verstärkung eines
Verstärkers 17 dient, der der Gleichrichterschaltung 4 mit Tiefpaß 5 nachgeschaltet
ist. Wird die Verstärkung mit wachsendem NF-Pegel zu kleineren Werten hin verändert,
so ergibt sich am Verstärkerausgang eine Spannung, die die relativierte Störung
in analoger Form angibt.
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Wird zur Frequenzselektion in der Selelktionseinrichtung 1 eine Mischerschaltung
10 verwendet, wie dies in Fig.5 ersichtlich ist, so ist es vielfach vorteilhaft,
das Signal 15 über einen Bandpaß vor.zusieben. Die Durchlaßfrequenz dieses Bandpasses
wird zweckmäßigerweise für den Frequenzbereich von 15 bis 23 kHz gewählt. Mit Hilfe
dieser Grobfilterung wird der Mischer 10 vor Übersteuerungseffekten durch zu große
Nutzsignale im niederfrequenten Hörbereich, bzw. im MPX-Signal geschützt.
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