DE4233965A1 - Automatische frequenzregelung fuer diversity-radioempfaenger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Radioempfänger, insbesondere die automatische Frequenzregelung bei Diversity- Radioempfängern.

In Rundfunkempfängern verwendet man die automati­ sche Frequenzregelung üblicherweise dazu, den Rundfunkempfänger trotz unzureichender Bauelement­ stabilität, die ansonsten zu einer Frequenzver­ schiebung führen würde, soweit wie möglich auf einer zu empfangenden Frequenz verrastet zu halten. In einer bekannten Ausgestaltung beispielsweise wird eine empfangene Trägerfrequenz mit einer von einem Empfangsoszillator erzeugten örtlichen Nach­ bildung der Trägerfrequenz gemischt, um ein Basis­ bandsignal zu erhalten. Der Frequenzfehler des Basisbandsignals wird gemessen, und das Fehler­ signal wird dazu verwendet, die Frequenz des Empfangsoszillators so einzustellen, daß sie besser mit der tatsächlichen Trägerfrequenz übereinstimmt, was zu einem besseren Empfang führt.

Da Rundfunkübertragungen üblicherweise mit dem bekannten Kanal-Schwundverhalten behaftet sind, wird es bei starkem Schwund schwierig, ein zuver­ lässiges Fehlersignal zu erhalten, welches zur Einstellung der Frequenz des Empfangsoszillators mit Hilfe einer automatischen Frequenzregelungs­ schaltung dient. Es wird aber gerade eine wirksame automatische Frequenzregelung dann benötigt, wenn ein solcher Schwund vorhanden ist, um die Empfangs­ qualität zu verbessern.

Zur Verringerung der Schwundeffekte ist sogenannte Raum-Diversity bekannt, bei der ein Empfang unter Verwendung mehrerer räumlich beabstandeter Antennen erfolgt. Bislang ist jedoch die Anwendung der Raum- Diversity bei der automatischen Frequenzrelegelung nicht bekannt geworden.

Benötigt wird die Ausgestaltung einer automatischen Frequenzregelung, die beim Vorhandensein von Schwund effektiver arbeitet.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Rundfunk­ frequenzempfänger mit Antennen-Diversity, wobei der Empfänger mit mehreren Antennen und einem Empfangs­ oszillator ausgestattet ist. Individuelle Fehler­ signale werden von den einzelnen, von den Antennen empfangenen Signalen abgeleitet. Fehlersignale werden anschließend derart miteinander kombiniert, daß man ein kombiniertes Fehlersignal erhält, welches eine höhere Zuverlässigkeit besitzt als jedes der individuellen Fehlersignale selbst. Schließlich wird die automatische Frequenzregel­ schaltung unter Verwendung des kombinierten Fehler­ signals geregelt. Da die Auswirkung des Schwundes im Eingangssignal auf die automatische Frequenz­ regelschaltung verringert ist, erhöht sich die Leistungsfähigkeit der automatischen Frequenzregel­ schaltung, und es verbessert sich die Qualität des Rundfunkempfangs.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des wesentlichen Teils eines Rundfunkempfängers mit automatischer Frequenzregelung gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Datendetektors und Phasenfehlerabschätzers nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 besitzt der erfindungsgemäße Raum- Diversity-Empfänger zwei Antennen 11 und 13. Aller­ dings kann gemäß der Erfindung praktisch jede be­ liebige Anzahl von Antennen verwendet werden. Das von der ersten Antenne 11 aufgenommene Hoch­ frequenzsignal ist mit f_carr1 bezeichnet, das von der zweiten Antenne 13 aufgenommene Hochfrequenz­ signal ist mit f_carr2 bezeichnet. Die jeweiligen Hochfrequenzsignale werden Mischern 15 bzw. 17 zugeführt, die außerdem von einem Frequenz- Synthesizer 33 eine lokale Nachbildung der Träger­ frequenz f_ref empfangen. Die Hochfrequenzsignale und die Referenzfrequenz werden in den jeweiligen Mischern zusammengeführt, um die jeweiligen Basis­ band-Informationssignale s₁(t) und s₂(t) wiederzu­ gewinnen. Diese Basisband-Informationssignale wer­ den von einer Datendetektor- und Phasenfehlerab­ schätz-Einheit 23 dazu verwendet, die ursprünglich übertragenen Daten zu demodulieren und ein Fehler­ signal zur Verwendung durch eine automatische Fre­ quenzregelschaltung 31 zu erzeugen. Die automati­ sche Frequenzregelschaltung 31 regelt die von dem Frequenz-Synthesizer 33 erzeugte Referenzfrequenz.

Um das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu veran­ schaulichen, sei angenommen, daß die von dem in Fig. 1 gezeigten Empfänger empfangenen Signalüber­ tragungen digitale Winkelmodulation aufweisen. Aus Anschauungszwecken sei speziell angenommen, daß mit Phasendifferenz-Umtastung gearbeitet wird, wenn­ gleich die Lehre der vorliegenden Erfindung auf sämtliche Arten digitaler Modulation anwendbar ist.

Da die Erdatmosphäre einen zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen keineswegs idealen Kanal dar­ stellt, sind die Hochfrequenzsignale f_carr1 und f_carr2 und mithin die Informationssignale s₁(t) und s₂(t) zeitlich variierenden Phasenverschiebungen ausgesetzt, die zu Phasenfehlern führen. Diese Phasenfehler werden von der Datendetektor- und Phasenfehlerabschätzer-Einheit 23 abgeschätzt und in Form von Signalen Ph_err1 und Ph_err2 ausgegeben. Außerdem sind Hochfrequenzsignale einem Schwund oder der sogenannten Fading ausgesetzt, wie es eingangs erläutert wurde. Da eines der Infor­ mationssignale s₁(t) und s₂(t) zu einer gegebenen Zeit oft deutlicher empfangen wird als das andere Informationssignal, wird unter Verwendung von Ver­ stärkern 25 und 27 und eines Summierers 29 eine gewichtete Kombination der entsprechenden Phasen­ fehlersignale Ph_err1 und Ph_err2 gebildet, um eine gewichtete Summe Ph_err·tot der jeweiligen Phasen­ fehlersignale für die Eingabe in die automatische Frequenzregelschaltung 31 zu bilden. Geeignete Gewichte für jedes der Phasenfehlersignale werden von einem Prozessor 21 berechnet und in die ent­ sprechenden Verstärker 25 und 27 eingegeben, um dort die Verstärkungen K1 und K2 der jeweiligen Verstärker einzustellen.

Eine Signalmeßeinheit 19 führt eine Signalmessung bezüglich der Informationssignale s₁(t) und s₂(t) durch und liefert Meßergebnisse an den Prozessor 21, damit dieser sie bei der Bestimmung der den jeweiligen Phasenfehlersignalen beizumessenden Gewichte verwendet. Die Signalmeßeinheit 19 kann ebenfalls Bestandteil der Datendetektor- und Phasenfehlerabschätzer-Einheit 29 sein. Es können verschiedene Arten von Signalmessung verwendet werden. Typische Arten umfasssen das Messen der Signalamplitude, das Messen der Signalenergie (proportional zum Quadrat der Signalamplitude) und das Messen der Signalqualität in Form beispiels­ weise eines Rauschabstands. Andere mögliche Messun­ gen der Signalqualität sind ein Signal-Störungs- Verhältnis und eine Bitfehlerrate, wobei letztere auf demodulierten Daten beruht. Die Signalmeßein­ heit 19 liefert im wesentlichen eine Quantifizie­ rung darüber, wie gut jedes der Informationssignale s₁(t) und s₂(t) empfangen wird. Wie gut das Infor­ mationssignal empfangen wird, legt fest, wie großes Gewicht dieses Signal für den Zweck der automati­ schen Frequenzregelung erhält. Wenn z. B. eines der empfangenen Informationssignale durch Schwund im Vergleich zu dem anderen Signal sehr schwach ist, dominiert das starke Informationssignal die Rege­ lung der automatischen Frequenzregelschaltung.

Die Datendetektor- und Phasenfehlerabschätzer-Ein­ heit 23 nach Fig. 1 ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. T repräsentiert eine Symbolzeit inner­ halb des Informationsflusses und wird als Abtastin­ tervall hergenommen. Als erstes werden die Infor­ mationssignale s₁(t) und s₂(t), die sowohl Amplitu­ den- als auch Phaseninformation enthalten, Phasen­ detektoren 35 und 37 zugeführt, um Signale Φ₁(t) und Φ₂(t) zu erzeugen, die lediglich die Phasenin­ formation bezüglich der Phase des Signals mit der Referenzfrequenz f_ref enthalten. In jeweiligen Abtasteinheiten 39 und 41 werden zu Abtastzeiten t=n·T mit n=1, 2 . . . die Phasensignale Φ₁(t) und Φ₂(t) abgetastet, um abgetastete Datenphasensignale Φ₁(n·T) und Φ₂(n·T) zu bilden. Zuvor abgetastete Datenphasensignale Φ₁((n-1)·T) und Φ₂((n-1)·T) werden um eine Abtastzeitspanne T von Verzögerungs­ elementen 43 und 45 verzögert und anschließend von dem derzeit abgetasteten Datenphasensignal Φ₁(n·T) und Φ₂(n·T) subtrahiert. Bei der Phasendifferenz­ umtastung repräsentieren die sich ergebenden Pha­ sendifferenzen ΔΦ₁(n·T) und ΔΦ₂(n·T) die codierte Information, und diese Signale werden einem Ent­ scheidungselement 51 zugeführt. Insbesondere ist ein Datenwert DATA_n=0 bei der Phasendifferenzum­ tastung, wenn -90° < ΔΦ < +90°; anderenfalls ist bei +90° < ΔΦ < +270° der Datenwert DATA_n=1.

Das Entscheidungselement 51 verwendet die zwei verschiedenen Phasendifferenzsignale, um einen zuverlässigeren Daten-Ausgangswert zu erzeugen, als er bei Verwendung lediglich eines einzigen Phasen­ differenzeingangs erhalten würde. Eine gewichtete Kombination der verschiedenen Phasendifferenzsigna­ le läßt sich in ähnlicher Weise erhalten wie die gewichtete Kombination der individuellen Phasenfeh­ lersignale in Fig. 1, oder man kann "das beste" Phasendifferenzsignal entsprechend den von der Signalmeßeinheit 19 vorgenommenen Messungen auswäh­ len, um auf der Grundlage eines solchen Signals eine Entscheidung zu treffen. Wird eine ungeradzah­ lige Anzahl von Antennen verwendet, so daß eine ungeradzahlige Anzahl von Phasendifferenzsignalen erzeugt wird, so kann das Entscheidungselement 51 eine Mehrheitsentscheidung bilden. Jede der vor­ stehend genannten Alternativen weist ihre speziel­ len Vorzüge auf. Andere Verfahren zur Bildung einer Entscheidung können ebenfalls geeignet sein. Die angegebenen Varianten stellen daher lediglich Bei­ spiele dar.

Die sich ergebende Datenentscheidung wird in einem Phasencodierer 53 codiert, um ein Signal zu erzeu­ gen, welches die ursprüngliche Phaseninformation Phi_nfo sein sollte. Diese Phaseninformation wird von den jeweiligen Phasendifferenzsignalen in Sum­ mierern 55 und 57 subtrahiert, um die jeweiligen Phasenfehlersignale zu erzeugen. Nach Maßgabe der Phasendifferenzumtastung ergibt sich bei DATA_n=0 dann phi_nfo=0° und Ph_err= ΔΦ; anderenfalls bei DATA_n=1 ergibt sich dann Ph_info=180° und Ph_err= ΔΦ -180°.

Die automatische Frequenzregelschaltung 31 nach Fig. 1 muß nicht einen speziellen Aufbau aufweisen, sondern es kann sich um irgendeinen in modernen Hochfrequenzempfängern üblicherweise verwendeten Schaltungtyp handeln. Wie im Fall jeder automati­ schen Frequenzregelschaltung ist die Leistungs­ fähigkeit der Schaltung nicht besser als die Zuver­ lässigkeit des die automatische Frequenzregel­ schleife steuernden Signals. Durch Betreiben der automatischen Frequenzregelschleife mit Hilfe einer gewichteten Kombination von Fehlersignalen, die aus unterschiedlichen Eingangssignalen eines Diversity- Empfängers abgeleitet sind, und durch Berechnen geeigneter Gewichte abhängig davon, wie gut die verschiedenen Signale empfangen werden, wird ein zuverlässigeres Signal zum Betreiben der automati­ schen Frequenzregelschleife gebildet. Besonders bei Fading, wenn eine automatische Frequenzregelung am meisten erwünscht ist, läßt sich die Leistungs­ fähigkeit der automatischen Frequenzregelung ver­ bessern.

Claims (13)

1. Automatisches Frequenzregelverfahren in einem Hochfrequenzempfänger mit Antennen-Diversity und mehreren Antennen sowie einem Empfangsoszillator, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Abschätzen von Phasenfehlern in einzelnen Signalen, die von den jeweiligen Antennen empfangen werden;
Bilden einer gewichteten Summe der Phasenfeh­ ler; und
Regeln der Frequenz des von dem Empfangsoszil­ lator erzeugten Signals auf der Grundlage der ge­ wichteten Summe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bilden einer gewichteten Summe beinhaltet: Messen der Zuverlässigkeit jedes der von den Antennen empfan­ genen Signalen und Zumessen eines größeren Gewichts demjenigen der Signale, welches die größere Zuver­ lässigkeit aufweist, und Zumessen eines geringeren Gewichts demjenigen der Signale, welches geringere Zuverlässigkeit aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Signal­ stärke zum Messen der Zuverlässigkeit verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Signal­ energie als Messung der Zuverlässigkeit verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Signal­ qualität als Messung der Zuverlässigkeit verwendet wird.

6. Automatische Frequenzregelvorrichtung für einen Hochfrequenzempfänger mit Antennen-Diversity und mehreren Antennen sowie einen Empfangsos­ zillator, umfassend:
eine Einrichtung zum Abschätzen von Phasen­ fehlern in den jeweiligen von den einzelnen Atennen empfangenen Signalen;
eine Einrichtung (21, 25, 27, 29) zum Bilden einer gewichteten Summe der Phasenfehler; und
eine Einrichtung (31) zum Regeln der Frequenz des von dem Empfangoszillator erzeugten Signals auf der Grundlage der gewichteten Summe.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Einrichtung zum Bilden einer gewichteten Summe aufweist:
eine Einrichtung zum Erhalten einer Messung der Zuverlässigkeit jedes der von den Antennen empfangenen Signale und einer Einrichtung (21, 25, 27) zum Zumessen eines größeren Gewichts zu den Signalen, die eine größere Zuverlässigkeit aufwei­ sen, und zum Zumessen eines geringeren Gewichts zu denjenigen Signalen, die eine geringere Zuver­ lässigkeit besitzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung zum Erhalten einer Messung der Zuver­ lässigkeit jedes der Signale eine Signalstärke als Zuverlässigkeitsmesung verwendet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung zum Erhalten einer Messung der Zuver­ lässigkeit jedes der Signale die Signalenergie als Zuverlässigkeitsmessung verwendet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der Ein­ richtung zum Bilden einer Messung der Zuverlässig­ keit jedes der Signale die Signalqualität als eine Zuverlässigkeitsmessung verwendet.

11. Verfahren zur automatischen Frequenzregelung in einem Hochfrequenzempfänger mit Antennen- Diversity und mehreren Antennen sowie einem Empfangsoszillator, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Abschätzen einer Fehlergröße bezüglich der von jeder der Antennen empfangenen Signale;
Erhalten einer Messung der Zuverlässigkeit jedes der von den Antennen empfangenen Signale;
Bilden einer gewichteten Summe der Fehler­ größen durch Zumessen eines größeren Gewichts zu einer Fehlergröße eines der Signale mit größerer Zuverlässigkeit und durch Zumessen eines geringeren Gewichts zu einer Fehlergröße eines der Signale mit geringerer Zuverlässigkeit; und
Regeln einer Frequenz des von dem Empfangsos­ zillators erzeugten Signals auf der Grundlage der Gewichtssumme.

12. Hochfrequenzempfänger unter Verwendung automatischer Frequenzregelung und Antennen- Diversity sowie mehrerer Antennen und eines Empfangsoszillators, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Abschätzen einer Fehler­ größe bezüglich eines von jeder der Antennen empfangenen Signals;
eine Einrichtung zum Erhalten einer Messung der Zuverlässigkeit jedes der von den Antennen empfangenen Signale;
eine Einrichtung zum Bilden einer gewichteten Summe der Signalgrößen durch Zumessen eines größe­ ren Gewichts zu einer Fehlergröße eines der Signa­ le, welches eine größere Zuverlässigkeit besitzt, und durch Zumessen eines geringeren Gewichts zu einer Fehlergröße eines der Signale mit geringerer Zuverlässigkeit; und
eine Einrichtung vom Regeln einer Frequenz des von dem Empfangsoszillator erzeugten Signals auf der Grundlage der gewichteten Summe.

13. Verfahren zur automatischen Frequenzregelung in einem Hochfrequenzempfänger mit Antennen- Diversity und mehreren Antennen sowie einem Empfangsoszillator, umfassend folgende Schritte:
Ableiten individueller Fehlersignale aus jedem der von den einzelnen Antennen empfangenen Sig­ nale;
Kombinieren der Fehlersignale derart, daß ein kombiniertes Fehlersignal erhalten wird, welches eine größere Zuverlässigkeit besitzt als irgend­ eines der individuellen Fehlersignale allein; und
Regeln einer automatischen Frequenzregelschal­ tung unter Verwendung des kombinierten Fehler­ signals.