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Die
Erfindung betrifft einen Antennendiversityempfänger mit antennenselektiven
Schaltmitteln zum Ankoppeln einer von einer Mehrzahl von Antennen
an einen HF-Empfängereingang
wie auch einem Mehrwegedetektor zum Steuern des antennenselektiven
Schaltmittels. Ein solcher Empfänger
kann die IC TEA 6101 von Philips benutzen und wird in den Anwendungsdatenblättern dieser
IC von Philips beschrieben. Weiterhin ist in US-A 5742896 eine Diversityempfangsvorrichtung
offenbart, die eine Anzahl von Empfängern jeweils mit einem Verzerrungsdetektor
enthält.
Umschalten findet entsprechend der Signalstärke und dem Mehrwegestörpegel an
der Antenne statt.
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Der
Empfang eines gewünschten
HF-Rundfunksendersignals kann durch verschiedene Erscheinungen wie
beispielsweise Mehrwegeempfang und/oder Nachbarkanalstörungen gestört oder
sonstwie verschlechtert werden. Im allgemeinen wird Mehrwegeempfang
durch Signalreflexionen an und/oder gegen physikalische Hindernisse
in der Umwelt wie beispielsweise Berge, Bäume, Gebäude, Zäune und dergleichen verursacht.
Aufgrund solcher Signalreflexionen kann ein HF-Rundfunksignal über verschiedene
unterschiedliche Signalwege an einem gewissen Empfangsort ankommen,
d. h. in verschiedenen unterschiedlichen Amplituden- und Phasenzuständen. Die
Summierung dieser Mehrwegesignale an der Antenne des Empfängers ergibt
unvorhersagbare Signalamplituden- und/oder Phasenverzerrungen, die
sehr häufig
teilweise oder vollständige
Auslöschung
des nützlichen
HF-Empfangssignals bewirken. Diese hiernach auch als Signaleinbrüche bezeichneten
Signallöschungen
sind stark von der HF-Trägerfrequenz
des empfangenen HF-Rundfunksignals und vom Empfangsort abhängig.
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Durch
diese Signaleinbrüche
wird das gewünschte
HF-Rundfunksignal
und damit auch die gesamte Signalempfangsgüte stark verschlechtert. Eine
relativ geringe Verschiebung der Position der Antennen könnte jedoch
bereits ausreichen, um diese Signalempfangsgüte stark zu verbessern. Diese Lösung wird
bei sogenannten Antennendiversityempfängern benutzt, um Empfang von
Mehrwege-verzerrten HF-Signalen insbesondere bei mobilen FM-Empfängern zu
vermeiden. Solche Antennendiversityempfänger sind mit zwei oder mehr
gegenseitig beabstandeten Antennen ausgestattet, die an einen HF-Eingang
eines Empfängers
angekoppelt sind. Nur diejenige Antenne mit den besten örtlichen Empfangszuständen hinsichtlich
der anderen Antenne(n) wird tatsächlich
an den HF-Empfängereingang angeschlossen.
Diese Antenne, hiernach auch als Ist-Antenne bezeichnet, wird bei
dem Empfang und der Zuführung
des gewünschten
HF-Rundfunksignals
zum Empfänger
wirksam, solang die Mehrwegeverzerrung dieser Ist-Antenne kleiner
als ein gewisser vorbestimmter Mehrwegeschwellpegel bleibt. Sobald
die empfangene Mehrwegeverzerrung diesen gewissen vorbestimmten
Mehrwegeschwellpegel überschreitet,
wird ein Wechsel der HF-Signalversorgung
für den
Empfänger
von dieser Ist-Antenne zu einer anderen Antenne eingeleitet, die
sich dann an einem Ort mit besseren Empfangszuständen befindet. Der Empfänger wird
damit fortlaufend für
minimalen Mehrwegeempfang optimiert.
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Dem
Merkmal Antennendiversity sind jedoch die kurzen Unterbrechungen
der HF-Signalversorgung zum Empfänge
während
einer solchen Antennenwechsel- oder Umschaltehandlung zu eigen.
Aufgrund der Verzögerung
zwischen dem Auftreten eines tatsächlichen, durch Mehrwege verursachten
Signaleinbruchs und dessen Erkennung können die HF-Signalunterbrechungen
als durch Mehrwegeeffekte verursacht erkannt werden und können damit eine
nachfolgende falsche Antennenumschaltehandlung einleiten. Eine solche
falsche Antennenumschaltehandlung kann ihrerseits wieder als durch Mehrwege
verursachter Signaleinbruch erkannt werden und eine weitere falsche
Antennenumschaltehandlung einleiten, und so weiter und so fort,
mit einer Art von Schwingungseffekt als Ergebnis. Um das Risiko
oszillierender Antennenumschaltehandlungen zu verringern, sind die
obigen bekannten Antennendiversityempfänger mit der IC TEA 6101 von
Philips mit Mitteln zum Sperren jeglicher Umschaltehandlung nach
einer vorhergehenden Umschaltehandlung innerhalb einer gewissen
vorbestimmten festen Zeitperiode ausgestattet.
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Diese
bekannte Maßnahme
ist jedoch nicht bei Empfängern
mit dynamischer ZF-Selektivität
wie beispielsweise Empfängern
mit Nachbarkanalunterdrückung
wirksam. Wie oben erwähnt
sind Nachbarkanalstörungen
eine weitere bedeutende Ursache für Signalverzerrungen und werden
gewöhnlich
durch FM-Rundfunksignale
verursacht, die auf einen Träger
aufmoduliert sind, der frequenzmäßig der
Trägerfrequenz
eines gewünschten
FM-Rundfunksignals benachbart ist. Aufgrund von z. B. Spitzenwerten
im FM-Modulationssignal können
diese Nachbarkanal-FM-Funksignale zeitweilig die zugeordnete Kanalbandbreite überschreiten
und damit in den Frequenzbereich des gewünschten FM-Rundfunksignals
einbrechen. Bei Empfängern
mit Nachbarkanalunterdrückung
werden solche Nachbarkanalstörungen
durch Verändern
der Bandbreite des ZF-Selektivmittels
(Zwischenfrequenz) mit veränderlicher Bandbreite – hiernach
auch als ZF-Bandbreite bezeichnet – in Abhängigkeit von der Abweichung
des Nachbarkanalsignals innerhalb des Frequenzbereichs des gewünschten
FM-Rundfunksignals
unterdrückt.
Je größer diese
Abweichung, desto geringer die Bandbreite des ZF-Selektivmittels
(Zwischenfrequenz) mit veränderlicher
Bandbreite. Die sich auf diese Weise dynamisch verändernde
ZF-Selektivität bewirkt
damit eine Unterdrückung
der Nachbarkanalstörungen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nutzen des Antennendiversitymerkmals
mit denen des dynamischen ZF-Selektivitätsmerkmals
in einem Empfänger
zu kombinieren und dabei das Auftreten unerwünschter Effekte zu verhindern.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Gesamtleistung von Antennendiversityempfängern zu
verbessern.
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Ein
Antennendiversityempfänger
mit antennenselektiven Schaltmitteln zum Ankoppeln einer von einer
Mehrzahl von Antennen an einen HF-Empfängereingang wie auch einem
Mehrwegedetektor zum Steuern des antennenselektiven Schaltmittels ist
daher gekennzeichnet durch Schaltsperrmittel zum automatischen Sperren
des Schaltmittels, wenn die Signalverzögerung zwischen dem Auftreten
von Mehrweg im HF-Empfangssignal
und dem Umschalten einen vorbestimmten kritischen Signalverzögerungswert überschreitet.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einem Antennendiversityempfänger die
Verzögerung
zwischen dem tatsächlichen
Auftreten eines durch Mehrwege verursachten Signaleinbruchs und dessen
Erkennung durch die ZF-Selektivität des Empfängers bestimmt wird. In einem
Empfänger
mit dynamischer ZF-Selektivität
ist die ZF-Bandbreite veränderlich
und bewirkt damit, daß diese
Verzögerung
sich ebenfalls ändert:
je kleiner die ZF-Bandbreite, desto länger ist die Verzögerung und
umgekehrt. Je länger
jedoch die Verzögerung,
desto größer ist
das Risiko oszillierender falscher Antennenumschaltehandlungen.
Durch Einführen
dieser Verzögerung
als neuer Parameter zum Sperren von Antennenumschaltehandlungen
gemäß der Erfindung wird
jede Antennenumschaltehandlung gesperrt, wenn und für die Zeit
daß diese
Verzögerung
den vorbestimmten kritischen Wert überschreitet. Dies ermöglicht die
Kombination der Merkmale von Antennendiversity und dynamischer ZF-Selektivität und verhindert
dabei, daß Antennenumschaltehandlungen
schwingen.
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Ein
solcher Antennendiversityempfänger
ist vorzugsweise gekennzeichnet durch einen an eine bandbreitenvariable
Zwischenfrequenzschaltung (ZF) angekoppelten Nachbarkanaldetektor,
wobei der vorbestimmte kritische Signalverzögerungswert eine kritische
Bandbreite für
die bandbreitenvariable (ZF)-Schaltung definiert, wobei das Schaltmittel
automatisch gesperrt wird, wenn die Bandbreite der bandbreitenvariablen
(ZF)-Schaltung kleiner als die kritische Bandbreite ist.
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Diese
Maßnahme
beruht auf der obigen Entsprechung zwischen der ZF-Bandbreite einerseits und
der Verzögerung
zwischen dem tatsächlichen Auftreten
eines durch Mehrwege verursachten Signaleinbruchs und dessen Erkennung
andererseits, wobei die Bandbreite der bandbreitenvariablen Zwischenfrequenzschaltung
(ZF) – die
auch als ZF-selektives Mittel bezeichnet wird – genau im Ausgangssignal des
Nachbarkanaldetektors widergespiegelt wird. Dadurch wird eine einfache
Realisierung der Erfindung ermöglicht.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Antennendiversityempfängers ist
durch eine Schnellwertschaltung gekennzeichnet, die zwischen einen
Ausgang des Nachbarkanaldetektors und einen Steuereingang des Schaltsperrmittels
gekoppelt ist, um das Ausgangssignal des Nachbarkanaldetektors mit
einem Schwellwert entsprechend der kritischen Bandbreite zu vergleichen
um ein Schaltsperrsteuerungssignal dem Schaltsperrmittel zuzuführen, wenn
das Ausgangssignal des Nachbarkanaldetektors eine kleinere Bandbreite
als die kritische Bandbreite bewirkt.
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Mit
einer einfachen Einstellung der Schwellwertspannung kann die kritische
Bandbreite auf einen Wert eingestellt werden, der einerseits verhindert,
daß die
Antennenumschaltehandlungen schwingen und andererseits eine effektive
Nachbarkanalunterdrückung
bereitstellt.
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Ein
Antennendiversityempfänger,
der mit einer festen Zeitgeberschaltung ausgestattet ist, die eine
feste Schaltsperrperiode nach jeder Antennenumschaltehandlung gemäß der Erfindung
einführt, ist
vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die bandbreitenvariable Zwischenfrequenzschaltung (ZF)
eine Signalverzögerung
bei der kritischen Bandbreite bewirkt, die der festen Schaltsperrperiode
entspricht.
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Eine
solche feste Zeitgeberschaltung ist in der obigen IC TEA 6101 von
Philips enthalten und kann gut mit der durch das obige Schaltsperrsteuerungssignal
eingeleiteten Antennenumschaltesperrfunktionalität kombiniert werden. Die Verwendung der
festen Schaltsperrperiode als Bezugswert für die Bestimmung der kritischen
Bandbreite vermeidet das Auftreten von Antennenschaltschwingungen
im gesamten Bandbreitensteuerbereich der bandbreitenvariablen Zwischenfrequenzschaltung
(ZF).
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In
der Praxis beträgt
die feste Schaltsperrperiode nach jeder Antennenumschaltehandlung
in der IC TEA 6101 von Philips 20 μsek, wodurch die kritische Bandbreite
als im wesentlichen im Bereich zwischen 40 und 50 kHz liegend definiert
wird.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des
Antennendiversityempfängers
gemäß der Erfindung,
die eine einfache Kombination des Nachbarkanalunterdrückungsmerkmals
mit dem Antennendiversitymerkmal bereitstellt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbarkanaldetektor
mit einem Multiplexeingang ausgestattet ist, der an einen Ausgang
des Demodulators angekoppelt ist, um Nachbarkanalempfang beim Auftreten
sowohl einer Amplitudenvariation im ZF-Signalpegel wie auch von
Verzerrungskomponenten im Demodulatorausgangssignal zu erkennen.
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Bei
einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Mehrzahl
von Antennen eine Antenne zum Empfangen von Rundfunk-HF-Signalen wie auch
eine Antenne zum Empfangen von Telekommunikations-HF-Signalen.
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Diese
und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden ausführlicher
hiernach unter Bezugnahme auf die Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen
und insbesondere unter Bezugnahme auf die beiliegende einzelne Figur
besprochen, die eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Empfängers zeigt.
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Die
einzelne Figur zeigt einen FM-Empfänger mit Antennendiversity
mit einer ersten bis vierten Antenne 2, 4, 6, 8,
die über
antennenselektive Schaltmittel 10 an eine HF-Empfängereingangsschaltung 12 angekoppelt
sind, danach gefolgt von einer Mischervorrichtung 14, die
mit einem abstimmbaren Lokaloszillatorsignal von einer Oszillatorschaltung 16 versorgt
wird, Zwischenfrequenz- (ZF-) selektiven Mitteln 18 mit
veränderlicher
Bandbreite – hiernach auch
als selektive ZF-Schaltung
bezeichnet –,
einem ZF-Verstärker 20,
einem FM-Demodulator 22 und Basisbandmodulationssignalverarbeitungsmitteln 24,
die an ein linkes und rechtes Stereosignalwiedergabemittel 26 bzw. 28 angekoppelt
sind.
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Die
Signalverarbeitung in dem soweit beschriebenen Antennendiversityempfänger ist
eigentlich bekannt: ein an einer der ersten bis vierten Antenne 2, 4, 6, 8 – in der
gezeigten Ausführungsform der
dritten Antenne 6 (hiernach auch als Ist-Antenne bezeichnet) – empfangenes
HF-Rundfunksignal wird über
das antennenselektive Schaltmittel 10 und einen HF-Empfängereingangsanschluß der HF-Empfängereingangsschaltung 12 für Breitbandauswahl und
Verstärkung
desselben zugeführt.
Das Ausgangssignal der HF-Empfängereingangsschaltung 12 wird
danach in der Mischervorrichtung 14 mit dem abstimmbaren
Lokaloszillatorsignal für
eine erste Demodulation eines gewünschten HF-Rundfunksignals in
ein Zwischenfrequenz- (ZF-) Signal gemischt. Dieses ZF-Signal wird
in der selektiven ZF-Schaltung 18 gefiltert,
danach im ZF-Verstärker 20 verstärkt und
im FM-Demodulator 22 in ein Basisbandmodulationssignal
mit einem Stereomultiplex- (MPX-)Signal demoduliert. Das MPX-Signal
wird im Verarbeitungsmittel 24 weiterverarbeitet, um linke
und rechte Stereosignale zu erhalten, die in dem linken und rechten
Stereosignalwiedergabemittel 26 bzw. 27 in akustische Signale
umzuwandeln sind.
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Der
Antennendiversityempfänger
umfaßt auch
einen Mehrwegedetektor 30 zur Erkennung einer Mehrwegeverzerrung
im empfangenen HF-Signal. Die Erkennung von Mehrwegeverzerrung beruht auf
zwei Kriterien: das Auftreten eines (schnellen) Amplitudeneinbruchs
im Pegel des ZF-Signals und das Auftreten von Verzerrungskomponenten,
die im Frequenzbereich des Basisbandmodulationssignals über dem
Frequenzspektrum des MPX-Signals
auftreten. Ein erster und zweiter Eingangsanschluß des Mehrwegedetektors 30 ist
daher an einen Ausgang der selektiven ZF-Schaltung 18 bzw.
an einen Ausgang des FM-Demodulators 22 angekoppelt. Wenn erkannt
wird, daß ein
ZF-Signaleinbruch gleichzeitig mit Verzerrungskomponenten im Frequenzbereich des
Basisbandmodulationssignals auftritt, dann liefert der Mehrwegedetektor 30 ein
Schaltsteuerungssignal an einen Schaltsteuerungssignaleingangsanschluß 31 einer Antennenschaltsteuerungsvorrichtung 32.
Dadurch wird das antennenselektive Schaltmittel 10 veranlaßt, Empfang
von der Antenne 6 als die Ist-Antenne bis zu dieser Umschaltehandlung
zu einer anderen Antenne mit besseren Empfangsbedingungen als die
Antenne 6, zum Beispiel die Antenne 8 umzuwechseln
(wobei die Verbindung zur HF-Empfängereingangsschaltung 12 nicht
dargestellt ist). Durch die nächste
Erkennung eines mehrwegeverursachten Signaleinbruchs wird auf die
gleiche Weise wieder eine nachfolgende Antennenumschaltehandlung
eingeleitet. In Empfängern
mit der IC TEA 6101 von Philips umfaßt die Antennenschaltsteuerungsvorrichtung 32 Schaltsperrmittel 33 , die verhindern, daß einer
Antennenumschaltehandlung innerhalb einer festen Zeitperiode von
20 μsek,
hiernach als feste Umschaltimmunitätsperioden bezeichnet, eine
nachfolgende Antennenumschaltehandlung folgt. Das Antennenschaltsperrmittel 33 umfaßt eine (nicht
gezeigte) Zeitgeberschaltung mit einem Zähler, der dafür eingestellt
ist, bei Auftreten jedes Schaltsteuerungssignals zu beginnen, monoton
aufwärts oder
abwärts
zu zählen,
und nach der festen Zeitperiode von 20 μsek aufhört zu zählen, was während dem Zählen Immunität gegen
Schaltsteuerungssignale bietet. Dadurch wird das Auftreten von Schalthandlungen
während
dieser festen Schaltimmunitätsperioden
verhindert.
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Der
Antennendiversityempfänger
ist mit einem Nachbarkanaldetektor 38 ausgestattet, der
als Bandbreitensteuermittel funktioniert, an dem ein Eingang an
einen Ausgang des FM-Demodulators 22 angekoppelt
und ein Ausgang an einen Bandbreitensteuerungseingang der selektiven
ZF-Schaltung 18 angekoppelt ist, um deren Bandbreite in
Abhängigkeit
von Nachbarkanalstörungen
zu verändern,
sodaß die
Bandbreite der selektiven ZF-Schaltung 18 kleiner wird,
je mehr das Nachbarkanalsignal den Frequenzbereich des gewünschten
HF-Signals überlappt
oder überschreitet.
Damit werden die durch ein solches Nachbarkanalsignal verursachten
Störungen verringert.
Für eine
ausführlichere
Beschreibung der Funktionsweise des Nachbarkanalmerkmals bei der Unterdrückung von
Nachbarkanalstörungen
wird auf das US-Patent 4,907,293 verwiesen.
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Zusätzlich zu
den festen Schaltimmunitätsperioden
ist der erfindungsgemäße Empfänger auch mit
einer Immunität
gegen Schaltsteuerungssignale vom Mehrwegedetektor 30 ausgestattet,
wenn und für
die Zeit die die Bandbreite der selektiven ZF-Schaltung 18 kleiner als ein
gewisser kritischer Bandbreitenwert ist. Um zu vermeiden, daß Schalthandlungen
mit einer beliebigen Bandbreite der selektiven ZF-Schaltung 18 innerhalb
ihres gesamten Bandbreitenvariationsbereichs schwingen, wird die Länge der
von der Zeitgeberschaltung vorgesehenen festen Schaltimmunitätsperioden
nach jeder Antennenumschaltehandlung zur Bestimmung des kritischen
Bandbreitenwerts benutzt, sodaß die
bandbreitenvariable Zwischenfrequenz- (ZF-) Schaltung eine Signalverzögerung bei
der kritischen Bandbreite entsprechend der festen Schaltsperrperiode
bewirkt. Mit einer Länge
der festen Schaltimmunitätsperioden von
20 μsek
wird der kritische Bandbreitenwert, auch als vorbestimmter Schwellwert
der ZF-Selektivitätsbandbreite
bezeichnet, im wesentlichen im Bereich zwischen 40 und 50 kHz liegen.
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Der
gezeigte Empfänger
umfaßt
daher eine Schwellwertschaltung 36, die zwischen einen
Ausgang des Nachbarkanaldetektors 38 und einen Steuereingang 35 des
Antennenschaltsperrmittels 33 gekoppelt
ist, um das Ausgangsignal des Nachbarkanaldetektors 38 mit
einem Schwellwert zu vergleichen, der dem kritischen Bandbreitenwert
entspricht, und um ein Schaltsperrsteuerungssignal dem Antennenschaltsperrmittel 33 zuzuführen, wenn
das Ausgangssignal des Nachbarkanaldetektors 38 eine kleinere
Bandbreite als der kritische Bandbreitenwert bewirkt. Der Schwellwert
wird mit einer wohlgewählten vorbestimmten
Schwellwertspannung Vth eingestellt, die der Schwellwertschaltung 36 von
einem Schwellwertspannungseingangsanschluß 34 zugeführt wird.
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Der
Fachmann wird alternative Ausführungsformen
im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkennen, deren Umfang ausreichend
durch die hiernach beiliegenden Ansprüche bestimmt worden ist. Beispielsweise
kann die Mehrzahl von Antennen eine Antenne zum Empfangen von HF-Rundfunksignalen wie
auch eine Antenne zum Empfangen von HF-Telekommunikationssignalen
umfassen.