DE60037722T2

DE60037722T2 - AM Empfänger

Info

Publication number: DE60037722T2
Application number: DE60037722T
Authority: DE
Inventors: Markus Zumkeller; Carsten Merkle
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: EP1156589A1; US20010044288A1; JP2002026759A; US7155189B2; DE60037722D1; EP1156589B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen AM-Empfänger und ein Verfahren zum Empfangen und Verarbeiten von AM Signalen, insbesondere solche AM-Empfänger, die ein IF-Filter mit einer festgelegten IF-Bandbreite aufweisen, wie zum Beispiel Kurzwellen-AM-Empfänger mit analogen IF-Filtern, insbesondere Empfänger für das Digitale Weltradio (Digital Radio Mondial, DRM).
In dem DRM-System is eine IF-Bandbreite von 20 kHz für Empfänger vorgegeben. Deshalb müssen die analogen IF-Filter in einem Empfänger eine Bandbreite von 20 kHz besitzen. Andererseits könnten ein DRM-Signal und das existierende Analogsignal, das auch in einem DRM-Empfänger verarbeitbar sein soll, nur eine nutzbare Bandbreite von 10 kHz oder sogar weniger aufweisen, wie im Falle des existierenden Analogsignals.
Ein Problem tritt auf, falls an ein solches Nutzsignal mit einer niedrigeren Bandbreite als das analoge IF-Filter angrenzend in einem Empfänger ein ungewolltes Signal auftritt, insbesondere wenn ein solches Signal einen hohen Pegel besitzt, da dieses Signal, welches nicht durch das analoge IF-Filter unterdrückt wird, zu einer falschen Einstellung des Verstärkungsfaktors der folgenden Schaltung zur automatischen Verstärkungssteuerung (Automatic Gain Control, AGC) führt und dadurch eine gewünschte Auflösung des Nutzsignalanteils nicht während einer A/D-Konvertierung erhalten werden kann, die nach dem AGC und vor der digitalen Basisbandverarbeitung erfolgt.
3 zeigt ein solches AM-Signal und Charakteristiken des IF-Filters für zwei unterschiedliche IF-Frequenzen, nämlich f_IF1 als Mittenfrequenz eines ersten Analogfilters, die nach einer ersten Abwärtsmischung von RF zu IF1 erhalten wird und f_IF2 als Mittenfrequenz eines zweiten Analogfilters, die nach einer zweiten Abwärtsmischung von IF1 zu IF2 erhalten wird.
Die linke Seite in 3 zeigt das Signal nach dem ersten Abwärtsmischen. Es ist gezeigt, dass das erste analoge IF-Filter einen Bandpass von 20 kHz besitzt, d. h. der Bandpass des ersten Analogfilters hat den Bereich von f_IF1 – 10 kHz bis f_IF1 + 10 kHz. Das AM-Signal, welches zu IF1 abwärts gemischt ist, umfasst einen Nutzsignalanteil 30 mit einer Bandbreite von 10 kHz und einer Mittenfrequenz f_C = f_IF1, d. h. der Frequenzbereich des AM-Signals in der ersten Stufe ist f_IF1 – 5 kHz bis f_IF1 + 5 kHz. An diesen Nutzsignalanteil 30 angrenzend sind ungewünschte Signalanteile 31a, 31b mit kleineren, gleich hohen oder höheren Pegeln im Vergleich zum Nutzsignalanteil 30. Insbesondere ein ungewünschter Signalanteil 31a mit einer niedrigen Frequenz und einem niedrigen Pegel und ein ungewünschter Signalanteil 31b mit einer hohen Frequenz und einem hohen Pegel sind gezeigt. Diese ungewünschten Signalanteile 31a, 31b liegen innerhalb und außerhalb des Bandpasses des ersten analogen IF-Filters.
Das gleiche ist auf der rechten Seite von 3 für die zweite IF-Stufe gezeigt, wobei die Mittenfrequenz f_C des Nutzsignalanteils 30 gleich f_IF2 ist, die Bandbreite des Nutzsignalanteils 30 gleich 10 kHz ist, nämlich von f_IF2 – 5 kHz bis f_IF2 + 5 kHz und mit einer 20 kHz Bandbreite des zweiten analogen IF-Filters, nämlich von f_IF2 – 10 kHz bis f_IF2 + 10 kHz. Auch in diesem Fall grenzen die ungewünschten Signalanteile 31a, 31b an den Nutzsignalanteil 30 an und besitzen entsprechende Pegel unter, gleich und über dem Pegel des Nutzsignalanteils 30.
In einer solchen Anordnung, in der ein ungewünschter Signalanteil 31b mit einem hohen Pegel an dem Nutzsignalanteil 30 mit niedriger Bandbreite angrenzt, kann die Energie des Nutzsignals nach einer Stufe einer automatischen Verstärkungssteuerung, die hinter dem zweiten analogen IF-Filter angeordnet ist, wesentlich niedriger sein als ohne dem ungewünschten Signalanteil 31b an dem Eingang eines folgenden A/D-Konverters.
Um diesem Problem zu begegnen, muss entweder die Auflösung oder der Abtasttakt des A/D-Konverters erhöht werden, so dass in der folgenden digitalen Basisbandverarbeitung eine gewünschte Auflösung des Nutzsignalanteils erreicht werden kann, was zu höheren Kosten für die Realisierung des Empfängers führt.
In JP 02213228 A ist eine Schaltung zum Eliminieren eines angrenzenden Störsignals offen gelegt, die ein angrenzendes Störsignal von einem angrenzenden Kanal einer Empfangs-/Sendestation eliminiert, indem die Frequenz einer Zwischenfrequenzsignals und die Frequenz eines Arbeitspunktes einer PLL-Detektionsschaltung gleichzeitig verschoben werden. Eine Schaltung wird verwendet, um ein angrenzendes Störsignal während einer FM-Detektion durch eine Schaltung zum Detektieren eines angrenzenden Störsignals zu detektieren. Die Zwischenfrequenz wird um einen Frequenzunterschied verschoben und passiert einen Punkt, der um den Frequenzunterschied von der Mittenfrequenz einer Keramikfilterschaltung verschoben wurde. Das angrenzende Störsignal wird um den Frequenzunterschied verschoben und in Richtung eines Bereiches verschoben, der eine hohe Abdämpfung durch das Keramikfilter besitzt und der Pegel des angrenzenden Störsignals wird gedämpft.
JP 61 154325 offenbart ein Verfahren zum Verschieben einer Bandfrequenz einer Mittenfrequenz. Durch Einstellen der Frequenzen von lokalen Oszillatoren kann die Zwischenfrequenz eingestellt werden.
Es ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen verbesserten AM-Empfänger bereitzustellen sowie ein Verfahren zum Empfangen/Verarbeiten eines AM-Signals.
Diese Aufgabe wird durch einen AM-Empfänger nach dem unabhängigen Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Empfangen/Verarbeiten eines AM-Signals nach dem unabhängigen Anspruch 9 gelöst. Entsprechende bevorzugte Ausführungsformen sind in den folgenden abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Frequenz des ersten Abwärtsmischers, der die Mittenfrequenz des Nutzsignalanteils von RF zur ersten IF-Frequenz IF1 verschiebt, so eingestellt, dass beispielsweise ein angrenzender ungewünschter Signalanteil mit einem hohen Pegel außerhalb des Bereiches des ersten analogen IF-Filters liegt, das hinter dem ersten Abwärtsmischer angeordnet ist.
Dadurch schneidet gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der erste Abwärtsmischer einen ungewünschten Signalanteil, der an den Nutzsignalanteil angrenzt, ab und stellt auf Basis des erhaltenen Signals die folgende AGC-Stufe automatisch auf einen korrekten Verstärkungsfaktor ein, so dass die gewünschte Auflösung des Nutzsignalanteils während der A/D-Konvertierung erhalten werden kann.
Das Wiedereinstellen der ursprünglichen Mittenfrequenz kann in der digitalen Basisbandverarbeitung oder während der zweiten Abwärtsmischung der zweiten IF-Frequenz IF2 erfolgen.
Die beste Einstellung für eine solche „variable" erste Zwischenfrequenz IF1 kann erhalten werden, indem die Leistung der FFT-Träger außerhalb des Nutzsignalanteils analysiert wird, oder durch eine Feineinstellung durch eine Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) in der digitalen Basisbandverarbeitung oder durch ein Optimieren der AGC-Steuerspannung.
Selbstverständlich kann ein solches Einstellen auch während der zweiten Abwärtsmischung oder während der ersten und der zweiten Abwärtsmischung erfolgen. In dem letzteren Fall ist es auch möglich, ungewünschte Signalanteile auf beiden Seiten des Nutzsignals abzuschneiden. In beiden Fällen muss die Wiedereinstellung der ursprünglichen Mittenfrequenz in der digitalen Basisbandverarbeitung durchgeführt werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch eine beispielhafte Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert, wobei
1 einen DRM-Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 IF-Signale in dem Empfänger aus 1; und
3 IF-Signale in einem Empfänger gemäß dem Stand der Technik zeigen.
1 zeigt einen DRM-Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein AM-Signal wird von einer Antenne 1 empfangen und nach einer Verstärkung 2 wird das AM-Signal mit einem Nutzsignalanteil 30 mit einer Mittenfrequenz f_RF von einem ersten Abwärtsmischer 3 abwärts gemischt, so dass die Mittenfrequenz des Nutzsignalanteils gleich f_IF1 ist, nämlich der ersten Zwischenfrequenz IF1. Nach einem Passieren eines ersten analogen IF-Filters 6 wird das empfangene und abwärts gemischte AM-Signal von einem zweiten Abwärtsmischer 7 weiter abwärts gemischt, so dass die Mittenfrequenz f_C2 des Nutzsignalanteils gleich f_IF2 ist, nämlich der zweiten Zwischenfrequenz IF2. Das resultierende Signal wird in einem zweiten analogen IF-Filter 9 gefiltert, bevor eine Verstärkung in einer automatischen Verstärkungssteuerung 10, eine A/D-Konvertierung durch einen A/D-Konverter 11 und eine folgende digitale Basisbandverarbeitung 12 erfolgen. Im Grunde ist diese Verarbeitung konform mit einem herkömmlichen DRM-Empfänger.
Gemäß der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Zwischenfrequenz f_IF1, jedoch nicht wie in dem Empfänger nach dem Stand der Technik festgelegt, sondern kann von der möglichen Frequenz von 10,7 MHz so eingestellt werden, dass ein ungewünschter Signalanteil 31b mit einer hohen Frequenz und einem hohen Pegel oder ein ungewünschter Signalanteil 31a mit einer niedrigen Frequenz und einem niedrigen Pegel innerhalb des AM-Signals außerhalb des Filterbereichs des ersten analogen IF-Filters 6 liegen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt deshalb ein PLL-Schaltkreis 4 die Ausgangsfrequenz eines ersten festen Oszillators 5 so ein, dass seine Ausgangsfrequenz f_LO1, die in den ersten Abwärtsmischer 3 eingegeben wird, die angemessene erste Zwischenfrequenz f_IF1 auf Basis eines Steuersignals bestimmt, welches von der digitalen Basisbandverarbeitungsstufe 12 bereitgestellt wird.
Das Einstellen der ersten Zwischenfrequenz wird während der digitalen Basisbandverarbeitung 12 korrigiert. Dazu werden die Abwärtsmischung auf die zweite Zwischenfrequenz, das zweite Analogfiltern, die automatische Verstärkungssteuerung und die A/D-Konvertierung zwischen dem ersten Zwischenfrequenzfiltern 6 und der Basisbandverarbeitung 12 wie in einem DRM-Empfänger gemäß dem Stand der Technik betrieben. Da gemäß der gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das erste analoge IF-Filter 6 den ungewünschten Signalanteil 31b mit hoher Frequenz und hohem Pegel abschneidet und der ungewünschte Signalanteil 31a mit niedriger Frequenz und niedrigem Pegel praktisch einen Pegel gleich dem Pegel des Nutzsignalanteils 30 aufweist, hat die Leistung des Nutzsignalanteils 30 nach der AGC 10 einen angemessenen Pegel und wird nicht aufgrund ungewünschter Signalanteile 31a, 31b mit einem von dem Nutzsignalanteil 30 abweichenden Pegel verringert oder erhöht.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich wird, kann die erste Zwischenfrequenz f_IF1 so eingestellt werden, dass sie entweder höher oder niedriger als die erste Zwischenfrequenz in einem DRM-Empfänger gemäß dem Stand der Technik ist, so dass ein ungewünschter Signalanteil 31a, 31b mit hohem oder niedrigem Pegel, welches an dem Nutzsignalanteil 30 auf der einen oder der anderen Seite des Nutzsignals 30 angrenzt, abgeschnitten werden kann.
Jedoch kann es auch möglich sein, dass, wenn die zweite Zwischenfrequenz f_IF2 auch durch eine PLL-Schaltung variabel gemacht wird, welche die Ausgangsfrequenz f_LO2 des zweiten festen Oszillators 8 empfängt und diese an den zweiten Abwärtsmischer 7 bereitstellt, die ungewünschten Signalanteile auf beiden Seiten eines Nutzsignalanteils abzuschneiden, z. B. kann der ungewünschte Signalanteil mit niedriger Frequenz auch, in diesem Fall durch das zweite analoge IF-Filter 9, abgeschnitten werden.
Alternativ kann in diesem Fall der zweite Abwärtsmischer 7 auch dazu verwendet werden, die festgelegte zweite IF-Frequenz f_IF2 auf die gleiche Frequenz zu setzen, wie in einem DRM-Empfänger nach dem Stand der Technik. In diesem Fall ist keine Frequenzkorrektur während der digitalen Basisbandverarbeitung 12 notwendig.
2 zeigt das abwärts gemischte AM-Signal in der ersten und zweiten IF-Stufe zusammen mit den Filtercharakteristiken des ersten und des zweiten analogen IF-Filters 6 und 9. Im Vergleich zu 3 ist die Mittenfrequenz f_C1 des Nutzsignalanteils 30 nicht auf f_IF1 eingestellt, was die Mittenfrequenz des ersten analogen IF-Filters 6 ist, sondern um einen Versatz von Δf_LO1 davon verschoben, so dass der ungewünschte Signalanteil mit hoher Frequenz und hohem Pegel 31b verschoben ist, um eine höhere Frequenz zu besitzen, um deutlich außerhalb des Bandpasses des ersten analogen IF-Filters 6 zu liegen. Da dieser ungewünschte Signalanteil mit hoher Frequenz und hohem Pegel 31b durch das erste analoge IF-Filter 6 angeschnitten wird, kann die automatische Verstärkungssteuerung 10 den Pegel des Nutzsignalanteils 30 auf einen angemessenen Pegel für die folgende A/D-Konvertierung verschieben. Da in dieser Ausführungsform ferner der zweite Abwärtsmischer 7 von dem zweiten festen Oszillator 8 angesteuert wird, wird keine weitere direkte Frequenzverschiebung eingebracht und die Mittenfrequenz f_C2 des Nutzsignalanteils 30 in der zweiten IF-Stufe wird von der Mittenfrequenz f_IF2 des zweiten analogen IF-Filters 9 ebenfalls um Δf_LO1 versetzt.
Da der ungewünschte Signalanteil mit hoher Frequenz und hohem Pegel 31b im Wesentlichen von dem ersten analogen IF-Filter 6 abgeschnitten wird, könnte die Mittenfrequenz f_C2 des Nutzsignalanteils 30 wie oben diskutiert auf eine angemessene zweite Zwischenfrequenz f_IF2 verschoben werden oder weiter auf die Seite der niedrigeren Frequenz versetzt werden, um den ungewünschten Signalanteil mit niedriger Frequenz und niedrigem Pegel 31a abzuschneiden.

Claims

AM-Empfänger mit: wenigstens einem IF-Filter mit einer festgelegten IF-Bandbreite, wenigstens einer Abwärtsmischstufe (3, 4, 5) zum Verschieben des in diese eingegebenen Signals in einen IF-Bereich (IF1), wobei die mindestens eine Abwärtsmischstufe (3, 4, 5) eine variable Oszillationsfrequenz (flo1) aufweist, welche anpassbar ist, um eine gewünschte Mittenfrequenz (fc) eines Nutzsignalanteils (30) von einer Mittenfrequenz (fIf1) des mindestens einen IF-Filters so zu verstellen, dass ein an dem Nutzsignalanteil (30) angrenzender ungewünschter Signalanteil (31b) außerhalb der festgelegten IF-Bandbreite liegt, gekennzeichnet durch: eine digitale Basisbandprozessstufe, die dazu geeignet ist, das verstellte IF-Signal auf eine definierte Mittenfrequenz wiedereinzustellen.
AM-Empfänger gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Wiedereinstellen eine weitere Abwärtsmischstufe ist.
AM-Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der AM-Empfänger ein digitaler Kurzwellenempfänger, insbesondere ein Empfänger für weltweiten Digitalrundfunk ist.
AM-Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine IF-Filter ein Analogfilter ist.
AM-Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegte IF-Bandbreite 200 kHz ist.
AM-Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ungewünschte Signalanteil (31b) durch Analysieren der Leistung von FFT-Trägern außerhalb des Nutzsignalanteils (30), BER-Feineinstellung in einem digitalen Basisbandprozess oder während einem Optimieren einer Spannung einer automatischen Verstärkungsregelung detektiert wird.
Verfahren zum Verarbeiten eines empfangenen AM-Signals, bei dem das empfangene und gegebenenfalls vorverarbeitete AM-Signal wenigstens einmal in einen IF-Bereich (IF1) verschoben wird, mit den folgenden Schritten: Verstellen einer gewünschten Mittenfrequenz (fc) eines Nutzsignalanteils (30) von einer Mittenfrequenz (fIf1), die während wenigstens einem IF-Filtervorgang mit einer festgelegten IF-Bandbreite verwendet wurde, so dass ein an den Nutzsignalanteil (30) angrenzender ungewünschter Signalanteil (31b) außerhalb der festgelegten IF-Fandbreite liegt, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Wiedereinstellen des verstellten IF-Signals auf eine festgelegte Mittenfrequenz in einer digitalen Basisbandprozessstufe.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es für einen digitalen Kurzwellenempfang, insbesondere den Empfang von weltweitem Digitalrundfunk verwendet wird.