DE4006295A1 - Verfahren und einrichtung zur steuerung einer diversity-antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2. Ein Verfahren und eine Einrichtung dieser Art sind beispielsweise aus der US-PS 44 33 344 bekannt.

Bei der mobilen Bildübertragung tritt das Problem auf, daß infolge von Mehrwegeausbreitung sich häufig ändernde Interferenzen am Empfangsort auftreten, welche zu Bild- und Bildsynchronstörungen führen. Diese Störungen wirken sich besonders nachteilig bei der Fernsteuerung von unbemannten Manipulatorfahrzeugen aus, welche beispielsweise für die Handhabung gefährlicher Stoffe oder gefahrverdächtiger Güter und Gegen­ stände benutzt werden. Und zwar hängt die Manipuliersicherheit solcher unbemannter Fahrzeuge entscheidend davon ab, wie unbeeinträchtigt von Störungen die weit entfernte Bedienungsperson in der ortsfesten Steuer­ zentrale den mit einer fahrzeugseitigen Fernsehkamera aufgenommen, zu manipulierenden Gegenstand auf dem Bildschirm des Beobachtungsmonitors verfolgen kann.

Für den mobilen Empfang von Fernsehfunksignalen ist es bereits bekannt, (US-PS 44 33 344, JP-OS 57-1 31 181 und DE-OS 37 32 398) eine aus zwei oder mehreren Antennen bestehende Diversity-Antennenanordung vorzusehen deren Ausgangssignale wahlweise auf den Eingang eines Fernsehempfängers geschaltet werden, je nach dem, welche der Antennen das stärkere Signal liefert. Da bei einem Fernsehsignal eine Umschaltung "mitten im Bild" zu Bildstörungen führen würde, wird die Selektion einer der Antennen für wenigstens die Dauer eines Halbbildes beibehalten und eine Antennenum­ schaltung erfolgt nur während der Bildrücklaufphase in jeder vertikalen Austastlücke. Der Pegelwert des Empfangssignals der bislang ausgewählten Antenne wird zwischengespeichert und mit dem Pegelwert des Empfangs­ signals der umgeschalteten anderen Antenne verglichen, um diejenige Antenne für den Empfang des nächsten Halbbildes zu selektieren, welche den höheren Empfangspegel liefert.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Umschalten der Antennen (sowohl beim Prüfen des Empfangspegels als auch bei der Auswahl der momentan "besseren" Antenne) am Eingang des Fernsehempfängers Störimpulse auftre­ ten können, welche die Aufbereitung der Synchronimpulse im Fernseh­ empfänger stören können, falls - wie dies üblich ist - die H- und V-Impulsoszillatoren des Fernsehempfängers direkt von den aus dem em­ pfangenen Fernsehsignal abgetrennten Synchronsignal synchronisiert werden. Diese Störung der Impulsaufbereitung führt wiederum zu einer Fehlsynchronisation der H- und V-Impulsoszillatoren und letzlich zu Bildstörungen. Im Falle einer Fehlsychronisation des H-Impulsgenerators treten horizontale Verschiebungen der Zeilen auf. Im Falle einer Fehl­ synchronisation des V-Impulsgenerators treten Bildsprünge oder Kipp­ effekte des Bildes auf. Es hat sich ferner gezeigt, daß auch bei Ver­ wendung einer Diversity-Antennenanordnung die Empfangspegel sämtlicher Antennen kurzzeitig unzureichend sein können. Dies führt dazu, daß nicht nur der Bildinhalt verrauscht wird, sondern - was noch weitaus als Störender empfunden wird, die Synchronisation der H- und V-Impuls­ oszillatoren durch das aus dem empfangenden Fernsehsignal abgetrennte Synchronsignal der Verrauschung des Fernsehsignals einschließlich neuer Synchronimpulse außer Tritt gerät.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einer mobilen Bildübertragung eine weitgehend störungsfreie Bildwiedergabe zu ermög­ lichen.

Diese Aufgabe wird alternativ durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 (Verfahren) und 2 (Einrichtung) gelöst.

Eine besonders bevorzugte Verwendung der Erfindung ist in dem neben­ geordneten Anspruch 8 angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher erläutet. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsmäßigen Einrichtung zur Steuerung einer Diversity-Antennenanordnung, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Steue­ rungseinrichtung für eine Mehrfach-Diversity-Antennenanordnung.

In Fig. 1 sind die beiden Antennen einer Diversity-Antennenanordnung mit 1 und 2 bezeichnet, welche beispielsweise in einer ortsfesten Steuerzentrale für ein ferngesteuertes Manipulatorfahrzeug 14 auf­ gestellt sind. Das Manipulatorfahrzeug 14 weist fernsteuerbare Fern­ sehkameras 15 auf, deren Bildsignal über eine Sendeanntenne 16 zu den ortsfesten Antennen 1, 2 z.B. im 2,3 GHz-Band übertragen werden. Die übertragenen Bildsignale werden in noch zu beschreibender Weise auf dem Kontrollmonitor 13 in der Steuerzentrale wiedergegeben, so daß eine nicht dargestellte Bedienungsperson aufgrund des wiedergegebenen Fern­ sehbildes über ein Bedienpult 18 die erforderlichen Steuerkommandos auslösen kann, welche über einen Sender 19 und einer Sendeantenne 20 in der Steuerzentrale zu einer Empfangsantenne 17 des Manipulatorfahrzeuges 14 übertragen werden.

Im folgenden sollen die innerhalb der strichpunktierten Umrandung 100 dargestellten Schaltungsblöcke näher erläutert werden, welche die Antennen 1, 2 mit dem Kontrollmonitor 13 verbinden.

Die Antennen 1, 2 führen zu einem Halbleiter-Umschalter 3, für den beispielsweise eine PIN-Diodenanordnung vorgesehen ist. Der Halb­ leiter-Umschalter 3 verbindet jeweils eine der beiden Antennen 1, mit dem Eingang eines Fernsehempfängers 4, welcher das von dem Manipulator­ fahrzeug 14 empfangene Fernsehsignal demoduliert. Das demodulierte FBAS-Signal am Ausgang 41 des Fernsehsignalempfängers 4 wird einer aktiven Synchronimpuls-Klemmstufe 5 zugeführt, welche praktisch ver­ zögerungsfrei eine Klemmung des Impulsbodens sämtlicher Sychronimpulse auf einen festgelegten Referenzwert vornimmt. Da es sich bei dem über­ tragenen Bildsignal um ein Einseitenband-AM-Signal handelt, werden durch Klemmung Amplitudenstörungen, welche sich auf die Pegel der Synchron­ impulse aufprägen würden, mit Sicherheit vermieden. Derartige Amplitu­ denstörungen können beispielsweise durch Leuchtstoffröhren im Ober­ tragungsweg entstehen.

Das geklemmte FBAS-Signal am Ausgang der Klemmstufe 5 wird über die Leitung 51 dem Videosignaleingang des Kontrollmonitors 13, über die Leitung 52 dem Videosignaleingang einer Tast- und Halte-Auswahl­ logikschaltung 10 und über die Leitung 53 einer Synchronimpuls- Abtrennstufe 6 zugeführt. Die in der Stufe 6 aus dem geklemmten FBAS- Signal abgetrennten Synchronimpulse werden einer Steuerlogikschaltung 8 zugeführt, welche die ankommenden Synchronimpulse in die Horizontal- Synchronimpulse auf ihren Ausgang 81 und in die Vertikal-Synchronimpulse auf ihren Ausgang 82 aufteilt. Die Steuerlogikschaltung 8 wird von einer Schwellwertschaltung 7 aktiviert, welcher von dem Ausgang 42 des Fern­ sehsignalempfängers eine Regelspannung zugeführt wird. Der Pegel dieser Regelspannung stellt ein Maß für den Pegel des Empfangssignals am Ein­ gang des Fersehsignalempfängers 4 dar. Nur dann, wenn der Pegel der Regelspannung den Schwellwert der Schaltung 7 überschreitet, wird die Steuerlogik 8 aktiviert, wodurch die Horizontal- und Vertikalsynchron­ impulse zu den Steuereingängen eines Synchronimpulsgenerators 9 weiter übertragen werden. Der Synchronimpulsgenerator 9 wird beispielsweise von einem phasensynchronisierbaren Quarzoszillator gebildet, welcher bei Fehlen von Horizontal- und Vertikalsynchronimpulsen an seinen Steuerein­ gängen frei läuft. Seine Schaltung ist so ausgelegt, daß über eine Frei­ laufperiode von mehreren 100 Halbbildperioden eine exakte Synchroni­ sierung des Monitors 13 gewährleistet ist.

Die Phasenlage des Synchronimpulsgenerators 9 wird mit Hilfe eines Phasenreglers 11 in Abhängigkeit von der Phasenabweichung zwischen den abgetrennten Synchronimpulsen und den vom freilaufenden Oszillator generierten Synchronimpulsen nachgeführt. Der Synchronimpulsgenerator 9 führt über seine Ausgänge 91 und 92 der Auswahllogikschaltung 10 ein Taktsignal (Ausgang 91) und das Vertikalsynchronsignal (Ausgang 92) zu.

Unmittelbar vor dem Abtastzeitpunkt erzeugt die Auswahllogikschaltung 10 ein Umschaltsignal, welches über eine Pegelanpassungsschaltung 12 dem Halbleiterumschalter 3 zugeführt wird und eine Umschaltung von der bisher wirksamen Antenne auf die andere Antenne auslöst. Desweiteren speichert die Auswahllogikschaltung 10 den unmittelbar vor der Antennen­ umschaltung festgestellten Pegel des FBAS-Signals (welcher der bisher wirksamen Antenne zugeordnet ist) und vergleicht diesen gespeicherten Pegelwert mit dem zum Abtastzeitpunkt festgestellten Pegelwert des von der umgeschalteten Antenne gelieferten FBAS-Signals. Falls der abge­ tastete Pegelwert höher ist als der gespeicherte Pegelwert, bleibt der Umschaltzustand des Umschalters 3 erhalten, andernfalls löst die Aus­ wahllogikschaltung 10 eine Rückumschaltung auf den vorigen Antennen­ zustand aus.

Die geschilderten Vorgänge in der Auswahllogikschaltung 10 erfolgen in einem Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Horizontal­ synchronimpulsen während der vertikalen Bildaustastlücke bzw. Bild­ rücklaufs.

Die Pegelanpassungsstufe 12 sorgt dafür, daß entsprechend dem Steuer­ signal der Auswahllogikschaltung 10 derjenige Zweig des Halbleiter- Umschalters 3 leitend wird, welcher der zu aktivierenden Antenne 1 bzw. 2 zugeordnet ist.

Infolge der Schwellwertüberprüfung der Regelspannung und der davon abgeleiteten Freigabe der abgetrennten Synchronimpulse an den Synchron­ impulsgenerator 9 wird erreicht, daß unzureichende, gestörte Synchron­ impulse nicht zu einer fehlerhaften Synchronisierung des Synchron­ impulsgenerators führen können, welcher auch den Kontrollmonitor 13 über die Leitung 93 mit Synchronimpulsen versorgt. Damit ist gewährleistet, daß der Kontrollmonitor 13 stets mit störungsfreien Synchronimpulsen angesteuert wird, da - wie schon erwähnt - der Synchronimpulsgenerator 9 über mehrere 100 Bildperioden exakt freiläuft, d.h., selbst wenn während einer Störphase von einigen Sekunden Dauer die aus dem FBAS- Signal abgetrennten Synchronimpulse gestört sind.

Die aus dem FBAS-Signal abgetrennten Synchronimpulse werden des weiteren während der oben erwähnten Vorgänge innerhalb der Auswahllogikschaltung 10 unterdrückt, wozu die Auswahllogikschaltung 10 ein entsprechendes Schaltsignal einem Steuereingang 83 der Steuerlogikschaltung 8 zuführt. Der Freilauf des Synchronimpulsgenerators 9 gewährleistet somit auch während der Funktion der Auswahllogikschaltung 10 eine exakte Synchroni­ sierung des Monitors 13.

Durch die Selektion und Umschaltung der Antenne 1, 2 ausschließlich während des Bildrücklaufs wird erstmals für die mobile Übertragung von Fernsehsignalen ein Diversity-Empfang ermöglicht, da der Selektions- und Umschaltvorgang für den Betrachter des Monitorbildes nicht wahrnehmbar ist. Der Diversity-Empfang vermeidet weitgehend das Auftreten von Bildstörungen infolge von Mehrwegeausbreitung. Die Funktion des Syn­ chronimpulsgenerators 9 gewährleistet darüberhinaus die Vermeidung von Bildsynchronstörungen, so daß insgesamt für die Bedienungsperson vor dem Kontrollmonitor 13 eine von Störungen unbeeinträchtigte Verfolgung der von den Fernsehkameras 15 aufgenommenen Szene möglich ist. Diese Stör­ sicherheit erhöht in ganz entscheidenem Maße die Manipuliersicherheit des unbemannten, ferngesteuerten Fahrzeugs 14.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung zweier Antennen 1, 2 eine Verringerung von Bildstörungen um den Faktor 30 erzielbar ist. Eine noch weitere Reduktion von Bildstörungen ist möglich, wenn gemäß Fig. 2 zwei Gruppen von Diversity-Antennen 101, 201 und 301, 401, also insgesamt 4 Antennen verwendet werden. Jeder Antennengruppe ist ein Halbleiter- Umschalter 31 bzw. 32 zugeordnet, deren Ausgänge über einen weiteren Halbleiter-Umschalter 33 selekiert werden. Der Ausgang des Halbleiter- Umschalters 33 führt zum Empfänger 4 gemäß Fig. 1. Die Steuerung der Halbleiter-Umschalter 31, 32, 33 erfolgt über eine modifizierte Ab­ tast- und Halte-Auswahllogikschaltung mit Pegelanpassung 110, welche in gleicher Weise wie die Auswahllogikschaltung 10 gemäß Fig. 1 über die Ausgänge 52, 91 und 92 angesteuert wird.

Mit jeder weiteren Empfangsantenne verringert sich die Wahrschein­ lichkeit einer Störung durch Mehrwegeempfang um einige Zehnerpotenzen, so daß mit der Schaltungsvariante gemäß Fig. 2 ein praktisch störungs­ freier Fernsehsignalempfang gewährleistet ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Diversity-Antennenanordnung für den Empfang von drahtlos übertragenen Fernsehsignalen, bei dem

• - ein Fernsehempfänger in jeder vertikalen Austastlücke des Empfangssignals während zwei aufeinanderfolgender Zeilensynchronimpulse von einer bislang ausgewählten Antenne auf eine andere Antenne der Diversity-Antennenanordnung umgeschaltet wird,
• - der Pegelwert des Empfangssignals der bislang ausgewählten Antenne zwischengespeichert wird,
• - der Pegelwert des Empfangssignals der umgeschalteten anderen Antenne mit dem zwischengespeicherten Pegelwert verglichen wird,
• - diejenige Antenne für den Empfang des nächsten Halbbildes selektiert wird, welche den höheren Empfangspegel liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilensynchronimpulse empfängerseitig erzeugt und nur bei ausreichendem Empfangspegel von den aus dem Empfangssignal abgetrennten Synchronimpulsen nachgeführt werden.

2. Einrichtung zur Steuerung einer Diversity-Antennenanordnung für den Empfang von drathlos übertragenen Fernsehsignalen, mit

• - einer Umschalteinrichtung (3) zum Umschalten eines Fernsehempfängers (4) von einer ersten Antenne (1) auf eine zweite Antenne (2) der Diversity-Antennenanordnung und umgekehrt.
• - einer Tast-Halteschaltung, welche mit einem geklemmten Videosignalausgang (51) des Fernsehsignalempfängers (4) sowie einem Synchronimpulsgenerator (9) verbunden und so ausgebildet ist, daß sie in jeder durch einen Vertikalsynchronimpuls des Synchronimpulsgenerator (9) definierten vertikalen Austastlücke des Empfangssignals am Videosignalausgang (51) den Empfänger (4) während zweier aufeinanderfolgender Zeilensynchronimpulse von der einen auf die andere Antenne umschaltet, den Pegelwert des Empfangssignals der bislang ausgewählten Antenne zwischenspeichert, den Pegelwert des Empfangssignals der umgeschalteten anderen Antenne abtastet, beide Pegelwerte miteinander vergleicht und ein Steuersignal zur Selektion derjeniger Antenne (1 oder 2) erzeugt, welche den höheren Empfangspegel liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronimpulsgenerator (9) von einer Steuerlogikschaltung (8) gesteuert wird, welche einerseits mit einer Schwellwertschaltung (7) zur Bemessung des Pegels einer vom Empfangssignal abgeleiteten Regelspannung und andererseits mit einer Abtrennschaltung (6) zum Abtrennen der Synchronimpulse von dem geklemmten Videosignal (Ausgang 51) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage des Synchronimpulsgenerators (9) in Abhängigkeit von der Phasenabweichung zwischen den abgetrennten Synchronimpulsen und den intern generierten Synchronimpulsen nachgeführt wird (Phasenregler 11).

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (1, 2) der Diversity-Antennenanordnung zirkular polarisiert sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Umschalteinrichtung (3) eine PIN-Diodenanordnung vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmung des Empfänger-Ausgangssignals (aktive Synchronimpulsklemmstufe 5) mit einer Zeitkonstanten erfolgt, welche kleiner als der Kehrwert der Zeilenfrequenz ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (4) für den Empfang und die Demodulation eines amplitudenmodulierten Fernsehsignals ausgebildet ist, von welchem die bezüglich der Empfangsfeldstärke proportionale Regelspannung ableitbar ist.

8. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder der Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 für den stationären Empfang von Fernsehsignalen, die von einem fahrzeugseitigen Sender abgestrahlt werden.