DE4134789A1 - Verfahren zur verarbeitung von eingangssignalen - Google Patents

Description

Oftmals sind bei Eingangssignalen - beispielsweise in der Rundfunktechnik - die eigentlichen Nutzsignale von wesentlich stärkeren Störsignalen bzw. von einem Ge­ misch störender Signale überdeckt; dabei können durch­ aus Unterschiede von 40 dB zwischen dem Signalpegel des schmalbandigen Nutzsignals und dem Signalpegel des breitbandigen Störsignals bestehen - dies entspricht einem Amplitudenverhältnis von 1 : 100. Für den Anwen­ der stellt sich bei der Verarbeitung des Eingangssi­ gnals das Problem, das Nutzsignal vom Eingangssignal abzutrennen, wobei vielfach das Nutzsignal außerdem zur weiteren bzw. günstigeren Verarbeitung in einen anderen Frequenzbereich transformiert werden muß.

Es ist bekannt, zur Separation des Nutzsignals vom Störsignal schmalbandige Filter einzusetzen und die Transformation in einen niedrigeren Frequenzbereich durch anschließende Multiplikation des Eingangssignals mit einem Signal von vorgegebener Frequenz zu realisie­ ren. Die Filterung des Nutzsignals aus dem Eingangssi­ gnal ist jedoch wegen des großen Amplitudenunterschieds und des geringen Frequenzspielraums sehr aufwendig und kostspielig, da extrem selektive Filter hoher Güte benötigt werden; zudem ist diese Methode sehr kritisch und benötigt einen hohen Entwicklungsaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, mit dem das Eingangssignal auf einfache Weise und ko­ stengünstig verarbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird das Eingangssignal, das aus dem breitbandigen Störsignal und aus dem diesem überla­ gerten schmalbandigen Nutzsignal besteht, zunächst durch einen Mischer demoduliert - d. h. eine Frequenz­ verschiebung zu einer niedrigen Frequenz vorgenommen und gleichzeitig störende Oberwellenprodukte des Ein­ gangssignals unterdrückt - und anschließend das demo­ dulierte Eingangssignal bei der niedrigen Frequenz ge­ filtert, wo dies problemlos möglich ist.

Der Mischer verarbeitet bei der Demodulation sowohl das Eingangssignal als auch das inverse Eingangssignal und erzeugt - mittels zeitlich gesteuerter Schaltelemente - eine Signalfolge des Eingangssignals mit einer vorge­ gebenen Zeit- und Amplitudencharakteristik am Mischerausgang, wobei jede Periode des Mischers in vier Zeitintervalle unterteilt wird:

• - im ersten Zeitintervall wird das nicht-invertierte Eingangssignal oder das invertierte Eingangssi­ gnal, im zweiten Zeitintervall kein Signal, im dritten Zeitintervall das zum ersten Zeitintervall inverse Signal und im vierten Zeitintervall kein Signal am Mischerausgang ausgegeben
• - die Länge der jeweiligen Zeitintervalle wird in einem ganz bestimmten Verhältnis vorgegeben, wobei die Durchlaß-Zeitintervalle des Eingangssignals, d. h. das erste und das dritte Zeitintervall genau gleichlang sind, und die Sperr-Zeitintervalle des Eingangssignals, d. h. das zweite und das vierte Zeitintervall, jeweils genau halb so lang wie das erste und das dritte Zeitintervall sind
• - der Kehrwert der Summe aller vier Zeitintervalle ist gleich der Frequenz, um die das Eingangssignal verschoben werden soll.

Das Ausgangssignal am Mischerausgang ergibt sich somit durch Multiplikation des Eingangssignals mit einem durch das Schaltverhalten der Schaltelemente erzeugten Modulationssignal. Da das Eingangssignal und das inver­ tierte Eingangssignal zu gleichen Teilen verarbeitet werden - d. h. in gleichlangen Zeitintervallen am Mi­ scherausgang ausgegeben werden - entfallen alle geraden Frequenzanteile des Ausgangssignals. Da das zeitliche Verhältnis zwischen den Durchlaß-Zeitintervallen und den Sperr-Zeitintervallen gerade 1 : 2 beträgt, wird auch der Frequenzanteil der dritten Oberwelle elimi­ niert.

Das vorgestellte Verfahren läßt sich durch eine Schal­ tungsanordnung realisieren, die aus einem Mischer und einem nachgeschalteten frequenzselektiven Element be­ steht. Der Mischer enthält beispielsweise zwei Schal­ tungszweige mit jeweils einem - durch eine Steuerlogik angesteuerten - Schaltelement; das freqenzselektive Element ist beispielsweise als Filter ausgebildet - wo­ bei ein Tiefpaß dessen einfachste Realisierungsmög­ lichkeit darstellt. Die Schaltelemente des Mischers können beliebig ausgebildet sein, jedoch müssen diese sehr exakt zeitlich schaltbar sein - dies ist bei­ spielsweise bei einer Verwendung von CMOS-Transistoren als Schaltelemente möglich. In einem der beiden Schal­ tungszweige des Mischers muß das invertierte Eingangs­ signal erzeugt werden - falls es nicht schon am Mi­ schereingang zur Verfügung steht; dazu kann beispiels­ weise ein Inverter vorgesehen werden, der entweder vor oder nach dem Schaltelement angeordnet sein kann. Beide Schaltungszweige werden an einem Knotenpunkt zusammen­ geführt, der gleichzeitig den Mischerausgang bildet; an diesem steht das demodulierte Eingangssignal als Aus­ gangssignal des Mischers an, das anschließend vom frequenzselektiven Element verarbeitet wird.

Da Einflüsse von Störsignalen erst ab deren fünfter Oberwelle wirksam werden können, wird eine sehr effizi­ ente und störungsfreie Demodulation des Eingangssignals erreicht; bei der niedrigen Frequenz des demodulierten Signals ist dann eine sehr einfache Separation des Nutzsignals von den Störsignalen möglich - beispiels­ weise durch die Filterung mittels eines Tiefpaßglieds. Da bei der Verarbeitung des Eingangssignals keine tech­ nisch kritischen Elemente eingesetzt werden müssen, kann diese mit einem geringen Aufwand durchgeführt und somit ein sehr kostengünstiges Verfahren bereitgestellt werden.

Die Erfindung soll weiterhin anhand eines Ausführungs­ beispiels im Rundfunkbereich beschrieben werden - der Trennung des RDS-Signals von den anderen - hinsichtlich des RDS-Signals als Störsignale wirkenden - im ZF-Band enthaltenen Signalen.

Dazu ist in der Fig. 1 eine Übersicht der Signale des ZF-Bands dargestellt, die Fig. 2 zeigt das Prinzip- Schaltbild (Fig. 2a) und das zeitliche Verhalten der Schaltelemente (Fig. 2b) zur Erzeugung des Mischer- Ausgangssignals, und die Fig. 3 eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung zur Durchführung des vorge­ stellten Verfahrens.

Von vielen UKW-Sendern wird als Zusatzsignal das soge­ nannte RDS-Signal ("radio-data-system-Signal") ausge­ sandt, das u. a. den jeweiligen Sendernamen enthält; diese Information ist als Digitalsignal codiert und wird bei einer Frequenz von 57 kHz mit einer Bandbreite von ca. 1,5 kHz ausgestrahlt.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich wird, liegt das RDS-Si­ gnal im Frequenzband direkt neben dem ARI-Signal (57 kHz) der Verkehrsfunksender. Weiterhin sind im ZF- Band bis 200 kHz folgende für das RDS-Signal als Stör­ signale zu betrachtende Signale enthalten: der Kanal für den Monoempfänger von 0 bis 15 kHz (L+R), der Pi­ lotton für die Erkennung von Stereosendern bei 19 kHz und die Stereoinformation von 23 bis 53 kHz (L-R). Au­ ßerdem sind oberhalb von 60 kHz noch andere Störsignale vorhanden, die hier jedoch nicht näher spezifiziert werden sollen. Zur Decodierung muß das schmalbandige RDS-Signal mit geringer Amplitude von diesen breitban­ digen Störsignalen mit hoher Amplitude getrennt und ins Basisband bei 0 kHz transformiert werden.

Zur Demodulation des Eingangssignals dient die in der Fig. 2a dargestellte Prinzipschaltung. Das Eingangssi­ gnal IN am Mischereingang E wird auf die beiden Schal­ tungszweige Z₁ und Z₂ aufgeteilt, die jeweils ein ge­ steuertes Schaltelement S₁ bzw. S₂ aufweisen. Der Schaltungszweig Z₂ enthält darüber hinaus ein invertie­ rendes Glied INV, das beispielsweise vor oder - wie in der Fig. 2a dargestellt - nach dem Schaltelement S₂ angeordnet werden kann. Am Knotenpunkt K werden die beiden Schaltungszweige Z₁ und Z₂ zusammengeführt; die­ ser bildet gleichzeitig den Schaltungsausgang A des Mi­ schers M, an dem das demodulierte Eingangssignal als Ausgangssignal OUT ausgegeben wird.

Die beiden Schaltelemente S₁ und S₂ werden von einer Steuerlogik SL zeitlich so angesteuert, daß das in der Fig. 2b dargestellte zeitliche Verhalten entsteht. Während jeder (Arbeits-) Periode T des Mischers M wird bei geschlossenem Schaltelement S₁ zunächst das Schaltelement S₂ während einer drittel Periodendauer (T/3) geöffnet (Zeitintervall t₁), anschließend werden beide Schaltelemente S₁ und S₂ während einer sechstel Periodendauer (T/6) geöffnet, (Zeitintervall t₂), das Schaltelement S₂ während einer drittel Periodendauer (T/3) geschlossen (Zeitintervall t₃) und schließlich beide Schaltelemente S₁ und S₂ während einer sechsteI Periodendauer (T/6) geöffnet (Zeitintervall t₄); dieser Vorgang wird sukzessive für jede Periode T des Ein­ gangssignals IN wiederholt.

Das Ausgangssignal OUT am Mischerausgang A ergibt sich somit durch Multiplikation des Eingangssignals IN mit einer durch das zeitliche Schaltverhalten der beiden Schaltelemente S₁ und S₂ gebildeten Modulationsfunk­ tion. Durch die vorgegebene Ansteuerung der beiden Schaltelemente S₁ und S₂ enthält die Modulationsfunk­ tion und damit auch des Ausgangssignal OUT

• - wegen der gegentaktigen Ansteuerung der beiden Schaltelemente S₁ und S₂ mit gleichlangen Öff­ nungs- und Schließzeiten keine geraden Anteile an Oberwellen des Eingangssignals; auch der Anteil bei der Frequenz 0 wird eliminiert,
• - wegen des Verhältnisses zwischen den Schließzeiten und der Öffnungszeiten beider Schaltelemente S₁ und S₂ von 2 : 1 auch keinen Anteil der dritten Oberwelle.

Beeinflussungen des Nutzsignals bei 57 kHz durch Stör­ signale treten somit erst durch die fünfte Oberwelle dieser Frequenz (285 kHz) und die siebte Oberwelle die­ ser Frequenz (399 kHz) auf; gemäß der Fig. 1 liegen diese Oberwellen jedoch in einem Frequenzbereich, in dem keine Signale des ZF-Bands mehr vorhanden sind und demnach keinerlei Beeinträchtigungen des Nutzsignals zu erwarten sind.

Gemäß der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens dargestellt.

Der Mischer M mit dem Eingang E und dem Ausgang A weist die beiden Schaltungszweige Z₁ und Z₂ auf, deren Schaltelemente S₁ und S₂ durch die Steuerlogik SL im gewünschten zeitlichen Takt angesteuert werden. Die beiden Schaltelemente S₁ und S₂ sind beispielsweise als CMOS-Transistoren realisiert, mit denen sich ein exak­ tes zeitliches Schaltverhalten einstellen läßt; dies ist erforderlich, da das zeitliche Verhältnis von 1 : 2 zwischen Durchlaß- und Sperr-Intervallen des Eingangs­ signals zur Elimination der dritten Oberwelle des Ein­ gangssignals exakt vorgegeben werden muß. Das am Mi­ scher A ausgegebene demodulierte Eingangssignal wird auf ein frequenzselektives Element F (Filter) gegeben, das beispielsweise als Tiefpaß realisiert ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Verarbeitung von Eingangssignalen, die aus einer Überlagerung von schmalbandigen, amplituden­ schwachen Nutzsignalen und breitbandigen Störsignalen hoher Amplitude bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (IN) mittels eines, mindestens zwei zeitlich gesteuerte Schaltelemente (S₁, S₂) aufweisen­ den Mischers (M) demoduliert wird, daß das am Mischer­ ausgang (A) anstehende demodulierte Eingangssignal zur Separation des Nutzsignals vom Störsignal auf ein fre­ quenzselektives Element (F) gegeben wird, daß zur Demo­ dulation des Eingangssignals (IN) durch den Mischer (M) periodisch in vier Zeitintervalle (t₁, t₂, t₃, t₄) mit definierter Dauer unterteilt wird, wobei die Dauer des ersten Zeitintervalls (t₁) und des dritten Zeitinter­ valls (t₃) gleich lang und die Dauer dieser beiden Zei­ tintervalle jeweils doppelt so lang wie die Dauer des zweiten Zeitintervalls (t₂) und des vierten Zeitinter­ valls (t₄) vorgegeben wird, und daß das Eingangssignal (IN) in den verschiedenen Zeitintervallen (t₁, t₂, t₃, t₄) vom Mischer (M) unterschiedlich verarbeitet wird und unterschiedliche Ausgangssignale (OUT) am Mischer­ ausgang (A) ausgegeben werden, wobei im ersten Zeitin­ tervall (t₁) am Mischerausgang (A) entweder das Ein­ gangssignal (IN) oder das invertierte Eingangssignal (- IN), im zweiten Zeitintervall (t₂) kein Signal, im dritten Zeitintervall (t₃) das inverse Eingangssignal des ersten Zeitintervalls (t₁) und im vierten Zei­ tintervall (t₄) kein Signal ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Verarbeitung des Eingangssi­ gnals (IN) durch Öffnen und Schließen der gesteuerten Schaltelemente (S₁, S₂) realisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Zeitintervalle (t₁, t₂, t₃, t₄) durch die Öffnungs- und Schließdauer der gesteuer­ ten Schaltelemente (S₁, S₂) vorgegeben wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfah­ rens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (M) zwei Schaltungszweige (Z₁, Z₂) mit je­ weils einem Schaltelement (S₁, S₂) aufweist, und daß in einem der beiden Schaltungszweige (Z₁ bzw. Z₂) das nicht-invertierte Eingangssignal (IN) und im anderen Schaltungszweig (Z₂ bzw. Z₁) das invertierte Eingangs­ signal (-IN) gebildet wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Schaltungszweige (Z₁, Z₂) des Mischers (M) an einem Knotenpunkt (K) zusammengeführt sind, der den Mischerausgang (A) bildet.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (M) eine Logikeinheit (SL) aufweist, durch die die Schaltelemente (S₁, S₂) der beiden Schaltungszweige (Z₁, Z₂) angesteuert wer­ den.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Mischerausgang (A) ein Filterglied (F) angeschlossen ist, das das Aus­ gangssignal (OUT) des Mischers (M) schmalbandig fil­ tert.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S₁ ,S₂) Feldeffekttransistoren sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltelemente (S₁, S₂) Komplementäre MOS-Transistoren sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Filterglied (F) ein Tiefpaß ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Empfänger eines Radios angeordnet ist.

12. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 zur Verarbeitung des RDS-Signals von UKW-Stationen.