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Empfangsschaltung für ein Raumdiversityverfahren
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangsschaltung für ein Raumdiversityverfahren,
insbesondere fUr den Empfang der von einem drahtlosen Mikrofon ausgesandten Hochfrequenz-Slgnale.
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Der Empfang der von drahtlosen Mikrofonen ausgesandten Informationen
unterliegt im besonderen Maße Störungen, die durch Interferenzen zwischen direkt
einfallenden und reflektierten Wellenzügen entstehen. Die räumlich ständig veränderte
Zuordnung von Sender und Empfänger läßt kelne optimale Ausrichtung der Sende- und
Empfangsantennen aufeinander zu. Es sind bereits Verfahren und Schaltungsanordnungen
vorgeschlagen und auch in die Praxis überführt worden, um diese Empfangsstörungen
zu verringern.
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Diese Verfahren und Schaltungsanordnungen gehen aus von dem Empfang
von mehr als einem Empfangssignal und sind unter dem Sammelbegriff Diversity-Verfahren"
bekannt. Es slnd zu unterscheiden die Verfahrensarten der "Frequenzdiversity", der
"Raumdiversity" und der "ZeitdiversSty". FUr drahtlose Mikrofone kommt das Frequenzdiversity-Verfahren
im allgemeinen nicht in Betracht, da zwei Sender mit den zugehörigen Empfängern
sowohl
aus praktischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen kaum einsetzbar sind. Auch
das Zeitdiversity-Verfahren ist fUr drahtlose Mikrofone nicht anwendbar, da die
kontinuierliche Informationsübermittiung eine Echtzeltubertragung bedingt und somit
eine Schachtelung der Signale über entsprechend lange Zeitverschiebung unmöglich
wird.
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Das Raumdiversity-Verfahren wird in verschiedenen Ausführungsformen
angewendet. Eine recht prelsgünstige Lösung besteht zum Beispiel darin, zwei Antennen
genügend voneinander entfernt aufzustellen und dieselben über etn aktives oder passives
Koppelglied miteinander zu verbinden. Das Ausgangsslgnal dieser Antennenanordnung
wird dann dem Empfängerelngang zugeführt. Diese Art des Diversity-Empfanges hat
jedoch den Nachteil, daß der mögliche Betriebssicherheitsgewinn eingeschränkt ist,
wenn durch unterschiedliche Phasenlage der Antennensl gnal e eine ungUnstige Summierung
der einzelnen Antennensignale auftritt. Dasselbe gilt auch für eine andere AusfUhrungsform
eines derartigen Diversity-Verfahrens, bei der beide Antennen nahezu am glejchen
Ort aufgestellt sind, sich jedoch in der Polarlsatlonsrichtung voneinander unterscheiden.
Einen definiert vorhersagbaren Gewinn an Obertragungssicherheit bietet derzeit nur
en Verfahren, bei welchem der Informationsausgang auf verschiedene Empfangswege
umgeschaltet wird, wobei eine Komparatorschaltung den Empfangsweg mit dem jeweils
stärksten Signal auswählt.
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Ein Beispiel für den bekannten Stand der Technik sowie die Erfindung
selbst wird in der nachfolgenden Beschreibung und anhand einer Zeichnung erläutert.
Im einzelnen zeigen Abbildung 1 eine bekannte Empfangsschaltungsanordnung Abbildung
2 eine Empfangsschaltung nach der Erfindung und Abbildung 3 eine weitere Ausführungsart
einer Empfangsschaltung nach der Erfindung.
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Eine Empfangsanordnung, die dem genannten und bekannten Stande der
Technik entspricht, ist in Abbildung 1 dargestellt. Oberhalb der gestrichelten Linie
ist das Blockschaltblld eines Oberlagerungsempfängers gezeichnet, wie er vorzugsweise
für den Empfang der von drahtlosen Mikrofonen ausgesandten HF-Signals eingesetzt
wird. Das Hochfrequenzsignal gelangt über die Antenne 1 auf Vor selektionsmittel
2, die starke Signale außerhalb des gewünschten Empfangsbereichs fernhalten. Im
Anschluß an diese Vorselektlon erfolgt im allgemeinen eine Verstärkung im Vorverstärker
3, der gleichzeitig die Störstrahlung des Empfängeroszillators von der Antenne fernhält.
Der Empfängeroszillator 4 liefert sein Signal an den Mischer 5, wo er zusammen mit
dem vorverstärkten Eingangssignal ein Zwischenfrequenzsflgnal erzeugt, das In einem
Filter 6 so gut selektiert werden kann, daß nur noch der Nutzkanal durchgelassen
wird. Dieses Zwischenfrequenzsignal wird im Zwischenfrequenzverstärker 7 welterverstärkt
und wegen der angewendeten Frequenzmodulation auch begrenzt, um eine optimale Störbefreiung
zu erhalten. Der Demodulator 8 gewinnt aus dem Zwischenfrequenzsignal die Audiofrequenz,
die im folgenden Niederfrequenzverstärker 9 auf den gewünschten Wert verstärkt wird,
der beispielsweise für einen Lautsprecher lo als Wiedergabeeinrichtung ausreichend
ist.
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Unterhalb der gestrichelten Linie in der Abbildung 1 ist eine zweite
Empfangsschaltung dargestellt, deren Empfangsfrequenz auf die Frequenz der ersten
Empfangsschaltung abgestimmt ist und deren Stufen 1 bis lo mit denen der ersten
Empfangsschaltung identisch sind. Beim bekannten Stand der Technik wird nunmehr
ein Vergleich der Stärke des Eingangssignals Uber die Pegel in den Zwischenfrequenzverstärkern
7 beziehungsweise 7' durchgeführt. Hierzu haben handelsübliche integrierte Bausteine
bereits Ausgänge vor dem eigentlichen Begrenzungsteil.
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Daher kann dem Komparator 11 von beiden Empfangsschaltungen je eine
dem Eingangssignal proportionale Steuerspannung zugeführt werden. Die Ausgangsspannung
des Komparators 11 treibt
in geeigneter Weise einen Umschalter 12,
über den wahlweise der obere beziehungsweise der untere Niederfrequenzausgang zur
weiteren Informationsübermittlung angeschaltet wird. Die ser Niederfrequenzausgang
13 ist immer auf diejenige Empfangsschaltung geschaltet, die das qualitativ bessere
Signal liefert.
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Es ist offensichtlich, daß bei dem bekannten Verfahren der notwendige
Aufwand erheblich ist, weil für jeden Empfangszweig zwei einander gleiche hochqualitative
Empfangsschaltungen eingesetzt werden müssen. Grundsätzlich läßt sich zwar bei einer
kompakten Anordnung ein gemeinsamer Oszillator für die Oszillatoren 4 beziehungsweise
4' einsetzen, aber insgesamt wird dadurch der Aufwand nicht wesentlich gemindert.
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Aufgabe der Erfindung ist, für ein Raumdiversityverfahren eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die bei gleichbleibender Qualität des jeweils eingeschalteten Empfangsweges
eine wesentliche Verminderung des Schaltungsaufwandes und damit der Kosten für einen
Empfänger gestattet.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Empfangsschaltung,
die durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 beziehungsweise des Patentanspruchs
2 gekennzeichnet ist.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine Empfangsschaltung nach der Erfindung ermöglicht einen Raumdiversityempfang
mit wesentlich weniger Aufwand, wie schon ein einfacher Vergleich einer solchen
Empfangsschaltung, die in der Abbildung 2 dargestellt Ist, mit der in der Abbildung
1 dargestellten bekannten Empfangsschaltungen ergibt. Der wesentliche Unterschied
liegt darin, daß die Umschaltung nicht am Niederfrequenzausgang, sondern am Eingang
der Empfangsschaltung zwischen den beiden Antennen erfolgt.Die Hauptempfangsschaltung
enthält
alle Bausteine, wie sie bereits eine bekannte Empfangsschaltung nach der Abbildung
1 aufweist. Die einzelnen Baugruppen erhalten die gleichen Bezugsziffern. Die zweite
Empfangsschaltung entfällt jedoch erfindungsgemäß und ist durch eine Hilfsschaltung
ersetzt, die weniger Baugruppen und Bauelemente aufweist und insofern preisgünstiger
gestaltet werden kann. Es handelt sich in Abbildung 2 um eine Abfrageschaltung,
mit welcher in äußerst kurzer Zeit die Empfangsschaltung von einer Antenne auf die
andere umgeschaltet wird, um die Qualität der Empfangswege festzustellen. Es ergeben
sich extrem kurze Abfragezeiten, da die Einschwingzeit von Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzverstärkern
aufgrund ihrer Bandbreite im Bereich weniger Microsekunden liegen. Die Umschaltung
des Empfangsweges während der Abfrage wird daher aufgrund der kurzen Tastzeit nicht
wahrgenommen.
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Die Abfragefolgefrequenz kann extrem niedrig sein, da sich die Empfangsverhältnisse
je nach Wellenlänge nur langsam verändern. Beispielsweise ist bei einer Geschwindigkeit
des Senders während eines Ortswechsels von zwei Meter pro Sekunde und einer Wellenlänge
von acht Meter mit Periodizitäten der Empfangssignalstärke von etwa o,5 Sekunden
zu rechnen. Eine Abfrage beispielsweise alle lo ms ist daher noch ca. 50 mal schneller
und dennoch zum Beispiel gegenüber einer Abfragezeit von lo jis um den Faktor looo
länger. Derartige Zeitverhältnisse bedeuten,-daß der Abfragevorgang selbst dann
nicht als Störung empfunden werden kann, wenn ein sehr schlechter Empfangsweg abgefragt
wird. Soll dennoch jegliche Störung durch das Umschalten vermieden werden, so kann
entsprechend weiteren zweckmäßigen Ausbildungsformen der Erfindung während der Abfrage
die Auskopplung des Niederfrequenzsignales kurzfristig unterbrochen oder durch eine
einfache Halteschaltung der vorher existierende Wert beibehalten werden. Eine mögliche
Steuerverbindung ist in der Abbildung 2 mit der gestrichelten Linie 16 eingetragen.
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Ebenso ist es technisch möglich, statt einer harten Umschaltung der
Empfangsschaltung auf die Antennen eine überlappende Umschaltung oder auch eine
Oberblendung vorzunehmen, so daß Einschwingvorgänge durch HF-Pegelsprünge praktisch
völlig unterdrückt werden.
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Die in
2 dargestellte Empfangsschaltung nach dem Patentanspruch 1 enthält einen Taktgenerator
14, der ein kurzzeitiges Umschalten der Eingangsstufe 2 zwischen den Antennen 1
und 1 bewirkt. Der Komparator 15 hat eine sequentielle Vergleichsfunktion; der während
der Umschaltung, also innerhalb der Abfragezeit erhaltene Wert wird mit dem vorherigen
gespeicherten Wert verglichen. Es ergibt sich, daß mit der Umschaltung ein besserer
Empfang möglich ist, so kann - unter Umständen unter Berücksichtigung einer Hysterese
- die Umschaltung aufrecht erhalten werden. Dazu steuert die den Taktgenerator enthaltene
Abfrageeinheit 14 über eine Halteeinrichtung den Antennenumschalter 12. Die erwähnte
Hysterese-Schaltunq wird bereits bei
den bekannten Schaltungen nach ßilU 1 angewandt und braucht deshalb nicht besonders
beschrieben zu werden. Sie dient dazu, ein allzu häufiges Umschalten zu unterbinden,
damit minimale Unterschiede in den Antennenspannungen nicht notwendigerweise durch
die Empfangsschaltung ausgewertet werden müssen.
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Eine andere erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt
durch eine Empfangsschaltung nach dem Patentanspruch 2,
welche in Abb. 3 dargestellt ist. Gemäß dem urundgeuanten der Erfindung erfolgt
auch hier wieder die Umschaltung des HF-Einganges der Hauptempfangsschaltung zwischen
den beiden Antennen.
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Die Hauptempfangsschaltung mit den Baugruppen 2 bis 10 entspricht
wieder der ursprünglich bekannten Schaltung. Die zweite Empfangsschaltung ist jedoch
gegenüber der ersten wesentlich einfacher aufgebaut und enthält keinen NF-Teil mehr.
Diese Hilfsempfangsschaltung benötigt zwar weiterhin die Vorselektion 2', den Vorverstärker
3' und den Mischer 5'. Die Qualität dieser Baugruppen kann jedoch geringer gehalten
werden, da die Schaltung kein Audiosignal zu liefern hat und die am Zwischenfrequenzverstärker
7' anstehende Spannung nur ein Kriterium für die Eingangsfeldstärke an der jeweils
auf die Hilfsempfangsschaltung geschalteten Antenne ist. Das Zwischenfrequenzfilter
6' kann sogar extrem schmalbandig ausgelegt werden, da
die Klirrfaktoren
hier keine Rolle spielen. Im Grenzfall kann ein einfacher Quarz auf der Zwischenfrequenz
sogar ausreichend sein. Selbstverständlich kann, da nunmehr die Hilfsempfangsschaltung
ohnehin der Hauptempfangsschaltung baueinheitlich zugeordnet ist, ein gemeinsamer
Oszillator 4 vorgesehen werden. Der Zwischenfrequenzverstärker 7' braucht nur den
Proportional verstärker zu enthalten, die Begrenzungseinrichtung ist überflüssig.
Shnlich der in
1 dargestellten bekannten Schaltung werden die Steuerspannungen aus dem Zwischenfrequenzverstärkern
7 und 7' im Komparator verglichen und dienen nun als Umschaltkriterium für den Antennenschalter
12.
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Wie bereits zu der Empfangsschaltung nach Patentanspruch l ausgeführt
wurde, kann auch diese Empfangsschaltung in zweckmäßigerweise ausgestaltet werden,
um Schalteffekte unhörbar zu machen.
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Die Empfangsschaltungen nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch
2 bieten den Vorteil, daß die Hauptempfangsschaltung mit den gewünschten hervorragenden
Eigenschaften für die Audio-Signal-Obertragung nur einmal benötigt wird und die
entsprechenden Hilfsschaltungen kosten- und platzsparend bei dennoch guter Wirksamkeit
ausgeführt werden können.
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