DE3827226A1 - Schaltungsanordnung zur demodulation von frequenzmodulierten informationssignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur De­ modulation von frequenzmodulierten Informationssignalen in ein Radiofrequenzsignal gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein übermitteltes Stereosignal besitzt ein typisches Summensig­ nal entsprechend der Summe des linken und rechten Audiosignals, einen 19 kHz Pilotträger und ein Differenzsignal, welches über einen 38 kHz unterdrückenden Träger gemäß der Differenz zwischen den linken und rechten Signalen nullabgleichsmoduliert ist. In Stereoempfängern demoduliert die Schaltung ein empfangenes FM- Stereosignal in diese Komponenten. Gleichzeitig verdoppelt die Schaltung den gleichgerichteten 19 kHz Pilotträger, um ein 38 kHz Referenzsignal zu erhalten, das mit einem wiedergewonnenen, nullabgleichsmodulierten Signal vermischt ist, um das Diffe­ renzsignal zu bilden. Das Differenzsignal wird dann einerseits zum Summensignal addiert und andererseits davon abgezogen, da­ mit das linke und das rechte Audiosignal erhalten werden.

Hörbare Verzerrungen treten oft dann auf, wenn einige der über­ mittelten Radio-Frequenzsignale den Stereoempfänger über unter­ schiedlich lange Schallaufwege, im Anschluß an die Reflektion einiger übermittelter Strahlen, erreichen. Es wurde nun festge­ stellt, daß dann, wenn sich der Empfänger durch einen Multiweg­ bereich bewegt, der Wechsel in Stärke und Zeitverzögerung eines reflektierten Signals relativ zum direkt übermittelten Signal abrupte Phasenverschiebungen zwischen dem 38 kHz Referenzsig­ nal - verdoppelt vom 19 kHz Pilotsignal - und dem wiedergewon­ nenen nullabgleichsmodulierten Differenzsignal bewirkt. Diese abrupten Phasenverschiebungen haben zur Folge, daß sich die scheinbare Stereo-Schaltstufe, die von einem Hörer wahrgenom­ men wird, sich in der Weite ausdehnt und verkleinert, was einem "Pumpen" oder "Einschnüren" des wahrgenommenen Tones gleichkommt.

In der Zeitschrift "Electronics & Wireless World", April 1986, Seite 70, beschreibt A. R. Moubayed ein Verfahren für die Steue­ rung einer phasengesperrten Schleife, die dieselbe unempfind­ lich gegen reguläre Zeichenwechsel im Eingangssignal macht. In der Januarausgabe der gleichen Zeitschrift, 1987, Seite 35, übernimmt Kerim Fahme dieses Verfahren besonders für das Gleich­ richten von DSB-SC FM-Stereosignalen (Zweiseitenband-Halblei­ ter . . .).

Die allgemeine Annäherung in dieser Veröffentlichung ist es, eine PLL (phasensynchronisierte Schleife) zu verwenden, die bei doppelter Frequenz des gleichzurichtenden DSB-SC-Signals arbeitet. Das ankommende DSB-SC-Signal ist hart-begrenzt durch die Verwendung eines asymmetrischen Begrenzers. Das bedeutet, daß das begrenzte Signal eine Einschaltdauer von wesentlich weniger als 50% hat. Wenn das ankommende DSB-SC-Signal sein Zeichen ändert, dies passiert, wenn das modulierende Audio durch "Null" geht, verschiebt sich die Zeit des positiv be­ grenzten Eingangs von einer 78 kHz Periode auf die folgende Periode und mit der gleichen Phasenrelation wie vorher. Das bedeutet, daß sich der Ausgang des PLL-Phasendetektors nicht ändert, obwohl das Eingangssignal die Zeichen verändert hat.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung zu schaffen, mit der abrupte Phasenverschiebungen zwischen dem Referenzsignal und dem wiedergewonnenen, nullab­ gleichsmodulierten Signal vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen des An­ spruches 1 aufgeführten Mittel vorgeschlagen. Weitere Merk­ male sind in den Ansprüchen 2-8 offenbart.

Bei einer Ausführung der Erfindung übermittelt ein Meßwertge­ ber einen Pilotunterträger bei der gleichen Frequenz wie der des unterdrückten Unterträgers, der mit dem Differenzsignal moduliert ist. Bei einer anderen Ausführungsform übermittelt der Meßwertgeber einen Pilotunterträger bei einer vom unter­ drückten Unterträger abweichenden Frequenz und der Empfänger enthält Mittel für das Suchen von Nullkreuzstellen des em­ pfangenen, nullabgleichsmodulierten Differenzsignals zur Be­ reitstellung eines Phasensteuerungssignals sowie Mittel, die für das Phasensteuerungssignal für das Verursachen des Re­ ferenzsignals empfänglich sind, damit die Phasenwechsel im empfangenen, nullabgleichsmodulierten Signal verfolgt werden können.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung schließen folgende Merk­ male ein. Um die Phase des Pilotträgers richtig zu bestimmen, wird vor der Demodulation des Unterträgers der Pilotträger mit einem Referenzpilotträger verglichen. Der Nutzen des Er­ zeugens des Pilotträgers aus dem Unterträger besteht darin, daß die Phase der beiden Signale gleich ist.

Im Gegensatz zu der weiter oben beschriebenen Schaltung ver­ wendet die vorliegende Erfindung eine PLL (phasensynchroni­ sierte Schleife), die für die Nullkreuzstellen des DSB-SC- Signals blockiert ist. Diese Lösung überwindet zwei bedeut­ same Einschränkungen der Moubayed/Fahme Schaltung. Die erste ist, daß die Schwellung des asymmetrischen Begrenzers genau dem Niveau des Modulieraudios folgen muß, welches einige sehr strenge Einschränkungen auf die Konstruktion und die Leistung des Begrenzers erfordert. Wenn der Schwellwert nicht dem Mo­ dulierniveau folgt, wird die Einschaltdauer des Begrenzeraus­ ganges vom Audioniveau abweichen und es ergeben sich PLL-Trä­ gersignalphasenvariationen, die schließlich Veränderungen in dem demodulierten Signalausgang verursachen. Zweitens ist die vorbekannte Schaltung empfindlicher gegen Störungen am Ein­ gangssignal als die Erfindung, die jede Störung, die neben den Nullkreuzstellen auftritt, abweist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele naher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer FM-Multiplex-Dekodierschal­ tung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren FM-Multiplex-De­ kodierschaltung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer phasengesperrten Schleife der Fig. 2 und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Wirkung der phasengesperrten Schleife der Fig. 3

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein herkömmlicher FM-Tuner 10 angedeutet, dem über eine Antenne 12 ein FM-Signal zugeführt wird. Der FM-Tuner 10 demoduliert dieses FM-Signal und liefert an seinem Ausgang ein zusammengesetztes demoduliertes Signal 14. Dieses Signal 14 ist gefiltert, um seine Bestandteile zu trennen. Ein nachgeordneter Tiefpaßfilter 16 hat eine typische Ausschaltfrequenz von 15 kHz und überträgt ein trennscharfes Hauptsummenaudiosignal L + R mit ausschließlich monofonen Infor­ mationen an einen Ausgang 17.

Ein weiterer Bandpaßfilter 20 hat ein Durchlaßband zwischen 23 und 38 kHz und übermittelt trennscharf das empfangene, modu­ lierte Differenzsignal 18, und ein 38 kHz-Schmalbandpaßfilter 32 übermittelt trennscharf das 38 kHz Piloträgersignal als Re­ ferenzsignal zu einem Demodulator 38. Ein Tiefpaßfilter 40 überträgt trennscharf die Differenzfrequenzbestandteile des demodulierten Unterträgersignals 19, um an dem Ausgang 21 ein Differenzsignal L-R zu schaffen, welches für das herkömmliche Verbinden mit dem Summensignal L+R zur Lieferung der entspre­ chenden linken und rechten Signale L und R erforderlich ist.

Durch das Übertragen eines 38 kHz Pilots, zusätzlich oder an­ statt eines herkömmlichen 19 kHz Pilots, wird die Phasenver­ schiebung, die normalerweise durch die Übermittlung verursacht wird, reduziert, weil das empfangene 38 kHz Pilotträgersignal 30 und das empfangene Differenzunterträger-Moduliersignal 18 entsprechende Phasenverschiebungen erhalten. Auch wenn die übermittelte 38 kHz Pilotträgerfrequenz den RF-Träger um etwa 5% gleichrichtet, so fällt das gesamte System-Verhältnis Sig­ nal-zu-Störung nur um 0,5 Dezibel. Auch das übertragen eines 19 kHz Pilotsignals sichert die Anpassung an Systeme älterer Art.

Für die Anpassungsfähigkeit mit dem Stationssenden eines 19 kHz Pilotträgers 22 enthält die Ausführung nach Fig. 1 einen 19 kHz Tiefpaßfilter 24 für eine trennscharfe Übertragung des 19 kHz Pilotträgers 22. Wie in herkömmlichen Schaltungen üblich, ver­ doppelt der Frequenzdoppler 26 den 19 kHz Pilotträger 22, um das 38 kHz Referenzsignal 28 zu erhalten. Ein 38 kHz Pilotfühler 34 stellt dabei fest, ob ein 38 kHz Signal empfangen wurde. Wenn ein 38 kHz Pilotsignal 30 vorliegt, betätigt der Pilotmeßfühler 34 einen Schalter 36, um das 38 kHz Pilotträgersignal 30 am Re­ ferenz-Signalmischer 38 zu koppeln. Wenn kein solches Signal vorhanden ist, koppelt der Schalter 36 das 38 kHz Referenz- Pilotträgersignal 28 als Referenzsignal zum Mischer 38.

Das in der Fig. 2 gezeigte Blockschaltbild offenbart eine lo­ gische Anordnung einer anderen Ausbildung der Erfindung. Diese Schaltung reduziert die Multiwegphasenverzerrung, wenn der übermittelte Pilotträger 19 kHz aufweist. Der 23-53 kHz Band­ paßfilter 20 übermittelt hier trennscharf das modulierte Dif­ ferenzsignal 18 über einen Hart-Begrenzer 44 an einen Null­ kreuzstellen-Gleichrichter 46, um bei jeder Nullkreuzstelle ei­ nen Impuls 48 durch das Differenzsignal 18 zu erhalten. Diese Impulse 48 entsprechen den Nullkreuzstellen des unterdrückten 38 kHz Pilotträgers 22 und den Nullkreuzstellen, die durch das ursprüngliche Modulierdifferenz-Audiosignal hervorgerufen wurden. Eine nachgeordnete 76 kHz phasengesperrte Schleife 60 sperrt nur zur Phase der Nullkreuzstellen des 38 kHz Pilot­ trägers 22.

Wie aus den Fign. 3 und 4 hervorgeht, enthält die 76 kHz pha­ sengesperrte Schleife 60 eine monostabile Stufe 50, die eine Periode von etwas weniger als die Hälfte der Periode des un­ terdrückten 38 kHz Pilotträgers, beispielsweise 33 Mikrose­ kunden, hat. Jeden Nullkreuzstellenimpuls 48 bringt die Stufe 50 innerhalb von etwas weniger als 13 Mikrosekunden auf einen tieferen Abschnitt 51, von dem aus dann wieder ein Anstieg auf den Zustand 53 erfolgt. Der Ausgang 52 der monostabilen Stufe 50 führt, zusammen mit dem ursprünglichen Nullkreuzstellenim­ puls 48, zu einem "Und"-Tor 54. Das "Und"-Tor 54 gibt Signale 56 ab, die durch etwa die Hälfte der Periode des 38 kHz Trägers getrennt sind. Ungerade Impulse 58, die durch die Modulation der Audio-Nullkreuzstellen verursacht werden, werden dadurch unter­ drückt.

Wenn beim Einschalten oder aufgrund von Schallimpulsen die monostabile Stufe 50 in falscher Weise einen ungeraden Impuls 58 auslöst, wird die Anordnung sehr rasch mit den 38 kHz Trä­ ger-Nullkreuzstellen zum Gleichtakt zurückkehren, da diese viel öfters als die ungeraden Impulse 58 auftreten. Folglich wird bei einem falschen Triggern durch einen ungeraden Im­ puls 58 die erste 38 kHz Träger-Nullkreuzstelle als unrichtig abgelehnt; die nächste Träger-Nullkreuzstelle wird jedoch wieder akzeptiert, und der Gleichtakt mit dem unterdrückten 38 kHz Träger wird wieder hergestellt.

Der Ausgang der phasengesperrten Schleife 62 speist das Fre­ quenzteil-Flip-Flop 62 um ein 38 kHz Referenzsignal 45 für die Mischung mit dem modulierten Differenzsignal 18 zu erhalten, damit ein Differenzsignal vorhanden ist.

Falsches Triggern, welches beim Einschalten oder aufgrund von Schallimpulsen zustandekommt, kann auch die Phase des Referenz­ signals 42 falsch verschieben. Um die richtige Phase des Re­ ferenzsignals 42 zu erhalten und - falls notwendig - zu korri­ gieren, wird das modulierte Signal vom FM-Tuner 10 auch zu ei­ nem 19 kHz Bandpaßfilter 64 geführt, von dem ein 19 kHz Pilot­ trägersignal 66 abgegeben wird. In dem Frequenzdoppler 68 wird diese Frequenz verdoppelt, so daß hier wiederum ein 38 kHz Re­ ferenzpilotträger 70 abgegeben wird. Dieser Referenzpilotträ­ ger 70 ist hart begrenzt, damit eine 38 kHz Rechteckschwingung gebildet wird. Ein nachgeordneter Phasengleichrichter 72 ver­ gleicht nun die Phase der 38 kHz Rechteckschwingung mit dem Referenzsignal 56. Wenn die Phasenverschiebung zwischen diesen zwei Signalen plus oder minus 90 Grad beträgt, dann ist die Phase des Referenzsignals 56 richtig. Liegt die Phasenverschie­ bung jedoch außerhalb dieses Bereiches, tastet ein Detektor 74 diesen Zustand ab und erzwingt über ein durch zwei teilbares Flip-Flop 62 einen gesonderten übergang. Dieser gesonderte Übergang verändert die Phase des Referenzsignals 42 um 180 Grad in Phase mit dem frequenzverdoppelnden Referenzpilotträ­ ger, so daß eine richtige Dekodierung der linken und rechten Signale gesichert ist.

Wenn das Niveau des modulierten Differenzsignals unter einen be­ stimmten Wert fällt - dies kann bei der Sendung eines normalen Audioprogramms passieren - tastet ein Niveaugleichrichter 76 die­ sen Zustand ab und liefert ein Signal 77, das den Ausgang des De­ modulators 38 über einen Schalter 80 sperrt. Dieser Schaltkreis erfordert wenig Teile, während dadurch Störungen und andere da­ mit verbundene Probleme beseitigt werden, die dann auftreten, wenn die phasengesperrte Schleife 60 versucht, ein niedriges Niveau oder ein nicht existierendes Signal zu sperren. Obwohl vorzugsweise ein elektronisch gesteuerter Schalter verwendet wird, ist auch der Einsatz eines spannungsgesteuerten Dämp­ fungsgliedes möglich, wenn dies eine Reduzierung der akusti­ schen Teile bewirkt.

Schließlich wird das gleichgerichtete Unterträgersignal durch einen 15 kHz Tiefpaßfilter 82 geleitet und dann zu einer an sich bekannten, nicht dargestellten Dekodiermatrix geschickt, die beide Signale, die Summe von L+R (17) und die Differenz von L-R (19) in linke und rechte Signale dekodiert.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur Demodulation von frequenzmodulierten Informationssignalen in ein Radiofrequenzsignal und zur Wei­ terführung eines unterdrückten Superaudio-Trägersignals, be­ stehend aus modulierten Spektral-Bestandteilen in einem Un­ terträgerkanalfrequenzbereich über dem Audiofrequenzbereich und aus frequenzmodulierten Spektralkomponenten innerhalb des Audiofrequenzbereiches, gekennzeichnet durch
Mittel zur Demodulation der frequenzmodulierten Informa­ tionssignalen, um entschlüsselte Audiosignale zu liefern, die Spektralbestandteile innerhalb des besagten Audiofre­ quenzbereiches und entschlüsselte Superaudio-Signale mit Spektralbestandteilen haben einschließlich solcher inner­ halb des besagten Unterträgerkanalfrequenzbereiches über dem besagten Audiofrequenzbereich als Widerhall auf die mo­ dulierten, ausgestrahlten Radiofrequenzsignale, die an der Anordnung über eine Vielzahl von Wegen mit unterschiedli­ cher Länge ankommen,
Mittel reagierend auf entschlüsselte Superaudiosignale für die Lieferung eines Referenzsignals der Frequenz des be­ sagten unterdrückten Unterträgers, charakterisiert durch eine Phasenverschiebung, die im wesentlichen gleich ist wie diejenige, die auf die entschlüsselten Spektralbestandteile innerhalb des besagten Unterträgerkanalfrequenzbereiches übertragen wurde und
Mittel für die Verbindung des besagten Referenzsignals mit den entschlüsselten Spektralbestandteilen innerhalb des be­ sagten Unterträgerkanalfrequenzbereiches, um ein Audiosig­ nal zu schaffen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Übermittlungsgerät für das Senden des besagten Radiofre­ quenzsignales mit den besagten frequenzmodulierten Infor­ mationssignalen, Übermittlungsmittel einschließlich Mittel für die Frequenzmodulation des besagten Radiofrequenzsig­ nals mit einem Pilotsignal von der gleichen Frequenz wie das besagte, unterdrückte Superaudioträgersignal, und Re­ ferenzmittel einschließlich Mittel für die Entschlüsselung des besagten Pilotträgersignals zur Lieferung des besagten Referenzsignals.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzmittel Mittel für die Entschlüsselung der Nullkreuzstellen des Signals enthält, welches durch die be­ sagten Spektralbestandteile innerhalb des Unterträgerkanal­ frequenzbereiches charakterisiert wird, und Verriegelungs­ mittel aufweist, die empfänglich für die entschlüsselten Nullkreuzstellen und zur Bereitstellung des besagten Refe­ renzsignals sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel eine phasengesperrte Schleife im Synchronismus mit den besagten entschlüsselten Nullkreuz­ stellen enthalten.

5. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch
Pilotträgerabtastmittel, die empfänglich sind für die Fre­ quenz eines Superaudio-Pilotträgers frequenzmoduliert auf das besagte Radiofrequenzsignal für die Bereitstellung eines Pilotsignals symbolisch für die Frequenz des entschlüsselten Pilotträgersignals, und
Mittel, die für das besagte Pilotsignal für die Steuerung besagter Referenzmittel empfänglich sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Mittel zur Steuerung Schaltmittel enthalten, die empfänglich sind für das besagte Pilotsignal für die Be­ reitstellung des besagten Pilotträgersignals als besagtes Referenzsignal, wenn die Frequenz des besiegten Pilotträger­ signals die gleiche wie die des unterdrückten Superaudio- Trägersignals ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
Nullkreuzstellen - Entschlüsselungsmittel für die Schaffung von Nullkreuzstellensignalen symbolisch für das Auftreten von Nullkreuzstellen des Signals, das durch besagte Spek­ tralbestandteile innerhalb des besagten Unterträgerkanal- Frequenzbereiches charakterisiert wird, und durch
Schaltmittel, die empfänglich sind für das Pilotsignal, das symbolisch ist für das Pilotträgersignal mit einer Frequenz, die verschieden ist von der des besagten, unterdrückten Su­ peraudioträgersignals für die Reaktion auf die besagten Null­ kreuzstellensignale, um besagtes Referenzsignal bereitzustel­ len.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch
einen monostabilen Multivibrator, der eine instabile Lage für eine Dauer von weniger als die Hälfte der Periode des besagten Superaudioträgersignals hat,
Mittel für das Koppeln der besagten Nullkreuzstellen-Ent­ schlüsselungsmittel mit dem besagten monostabilen Multivi­ brator, um den besagten instabilen Zustand als Antwort auf jede entschlüsselte Nullkreuzstelle einzuleiten,
ein UND-Tor, das einen Strang hat, der mit dem Auslaß des be­ sagten monostabilen Multivibrators gekoppelt ist, damit es während des besagten, instabilen Zustandes freigegeben wird und
Mittel für das Koppeln des anderen Stranges des UND-Tores mit den besagten Nullkreuzstellen-Entschlüsselungsmitteln, um nur Nullkreuzstellensignale durchfließen zu lassen, die mit dem Auftreten des besagten instabilen Zustandes iden­ tisch sind.