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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen digitalen Tuner, zum Beispiel
für den
Empfang von Kabelsignalen oder terrestrischen Signalen über einen breiten
Abstimmbereich.
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Bekannte
Arten von digitalen Tunern sind nach Art der Einzelwandlung oder
Doppelwandlung gestaltet. Bei der Einzelwandlung wird das eingehende
Signal in eine festgelegte Zwischenfrequenz (IF) umgewandelt, die
niedrig genug ist, damit die empfangenen Signale digitalisiert und
dann in der digitalen Domäne
demoduliert werden können.
Tuner nach Art der Doppelwandlung wandeln das eingehende Signal
in ein erstes Zwischenfrequenzsignal um, welches dann in ein zweites
Zwischenfrequenzsignal umgesetzt wird, welches niedrig genug ist,
um eine Digitalisierung und Demodulation zuzulassen.
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Eine
weitere bekannte Art eines Tuners ist die Art nach Direktwandlung
oder ohne Zwischenfrequenzbildung, in dem das eingehende Signal
direkt in das Basisbandsignal in einem einzigen Frequenzumsetzungsschritt
umgewandelt und dann digitalisiert und demoduliert wird. Tuner ohne
Zwischenfrequenzbildung werden gewöhnlich dort eingesetzt, wo der
Abstimmbereich des Tuners im Verhältnis zu den Frequenzen der
eingehenden Signale klein ist. Zum Beispiel liegt in DBS-Systemen
(Direct Broadcast Satellite) der Abstimmbereich oder der empfangene Frequenzbereich
zwischen 950 und 2150 MHz.
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Tuner
ohne Zwischenfrequenzbildung sind nicht ohne weiteres für Anwendungen
geeignet, in denen der Abstimmbereich im Vergleich zu den empfangenen
Signalfrequenzen relativ groß ist.
Zum Beispiel liegt in einem Kabeltuner oder einem terrestrischen
Tuner der Abstimmbereich gewöhnlich
zwischen 50 und 900 MHz. Wird der Tuner auf einen der unteren Kanäle eines
solchen großen
Abstimmbereichs eingestellt, gibt es eine große Zahl von Kanälen, welche
Oberschwingungen der abgestimmten Frequenz darstellen. Die Mischverstärkerfunktion
innerhalb eines Tuners ohne Zwischenfrequenzbildung ist in der Regel
höchst
unlinear, so dass ein beträchtliches
Risiko vorliegt, dass Kanäle
bei Frequenzen, welche ein ganzzahliges Mehrfaches der abgestimmten
Frequenz sind, auch in den Bereich ohne Zwischenfrequenz umgewandelt
werden, und dass somit eine wesentliche Interferenz verursacht wird,
die gegebenenfalls die Anwendbarkeit der Technik verhindert.
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GB 2316249 offenbart einen
digitalen Radioempfänger
nach Art der Doppelwandlung, der einen Eingangsbandpassfilter zwischen
dem Antenneneingang und dem Mischverstärker eines ersten Frequenzwandlers
nach Art eines Aufwärtswandlers
umfasst. Das Ausgangssignal des ersten Mischverstärkers wird
bei der ersten hohen Zwischenfrequenz dem Mischverstärker eines
zweiten Frequenzwandlers nach Art eines Abwärtswandlers über einen Bandpassfilter
zugeführt.
Der Abwärtswandler
wandelt die ersten hohen Zwischenfrequenzsignale in eine relativ
niedrige zweite Zwischenfrequenz um, so dass das angewählte Signal
eine Bandbreite im Frequenzbereich zwischen 0 und 30 MHz hat. Der
zweite Mischverstärker
muss über
hohe Isolationseigenschaften verfügen, um einen Durchbruch des
lokalen Oszillatorsignals des Abwärtswandlers an den Eingang
des Mischverstärkers
des Aufwärtswandlers
zu verhindern. Die Frequenzen des lokalen Oszillators des Aufwärtswandlers
sowie des Abwärtswandlers liegen
angeblich außerhalb
des Frequenzbereichs des gesendeten Signals.
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GB 2192104 und WO 98/35544
offenbaren Tuner nach Art der Doppelwandlung, in denen der zweite
Frequenzwandler nach Art der Quadrates ist.
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EP 0431397 offenbart einen
digitalen Tuner mit einem Eingangsabstimmbereich mit einer unteren
Frequenzgrenze und einer oberen Frequenzgrenze, welcher einen Aufwärtswandler
und einen Abwärtswandler
umfasst, wobei der Aufwärtswandler so
angeordnet ist, dass er ein Eingangssignal in ein Zwischenfrequenzsignal
umwandelt, dessen Frequenz höher
ist als die obere Frequenzgrenze des Eingangsabstimmbereichs und
der Abwärtswandler einen
Quadraturwandler ohne Zwischenfrequenz zur Umwandlung des Zwischenfrequenzsignals
in Inphase- und Quadratur-Basisbandsignale umfasst, wobei der Aufwärtswandler
eine Grundfrequenz eines lokalen Oszillators hat, die größer ist
als die obere Frequenzgrenze des Eingangsabstimmbereichs. Bei
EP 0431397 wird die Abstimmung
mit Hilfe eines variablen Aufwärtswandlers
und eines festen Abwärtswandlers
vorgenommen. Gemäß der gegenwärtigen Erfindung
ist jedoch der Aufwärtswandler
ein im Wesentlichen fester Aufwärtswandler
und der Abwärtswandler
ein variabler Abwärtswandler
zur Auswahl eines gewünschten
Kanals.
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Der
Aufwärtswandler
kann so angeordnet werden, dass er den Eingangsabstimmbereich in
einen Zwischenfrequenzbereich umwandelt, dessen obere Frequenzgrenze
weniger als das Zweifache der unteren Frequenzgrenze desselben beträgt.
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Es
darf keine Frequenzfilterung zwischen einem Eingang des Tuners und
dem Eingang des Abwärtswandlers
geben.
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Der
Tuner kann einen ersten und einen zweiten Basisbandfilter zur Filterung
der Inphase- und Quadratur-Basisbandsignale vom Abwärtswandler umfassen.
Der erste sowie der zweite Filter können Tiefpassfilter sein. Jeder
Tiefpassfilter kann eine durch eine Regeleinrichtung gesteuerte
variable Grenzfrequenz entsprechend der Bandbreite eines empfangenen
Kanals haben. Der Tuner kann eine Vorrichtung zur Symbolratenerkennung
für die
Anzeige der Bandbreite des empfangenen Kanals umfassen.
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Es
ist somit möglich,
einen Tuner bereitzustellen, der eine Umsetzung in einen Bereich
ohne Zwischenfrequenzbildung ermöglicht,
ohne wesentlich mit Problemen behaftet zu sein, die in Zusammenhang
mit Kanälen
als Oberschwingungen oder ganzzahligen Mehrfachfrequenzen des abgestimmten
Kanals oder der abgestimmten Frequenz stehen. Insbesondere kann
die Aufwärtswandlung
so ausgeführt
werden, dass die Reichweite der an den Abwärtswandler bereitgestellten
Frequenzen im Vergleich zu der tatsächlichen Frequenz relativ klein
ist. Es ist ohne weiteres möglich,
die Aufwärtswandlung so
durchzuführen,
dass die obere Grenze des Frequenzbereichs unter der zweiten Oberschwingung der
unteren Grenze des Frequenzbereichs liegt, damit sich keine Kanäle bei einer
Oberschwingungsfrequenz eines abgestimmten Kanals innerhalb des
aufwärts
gewandelten Frequenzbereichs befinden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
zugehörige
Zeichnung, die einen digitalen Breitbandtuner veranschaulicht, welcher
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt, beispielhaft näher erläutert.
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Der
Tuner umfasst einen Antenneneingang 1, der an ein Kabelverteilersystem,
eine Antenne oder ein Antennenverteilersystem für terrestrische Rundfunksignale
oder mittels einer Kopfeinheit zur Umwandlung des empfangenen Frequenzbereichs
in einen niedrigeren Frequenzbereich an eine Satellitenschüssel angeschlossen
werden kann. Zum Beispiel kann der empfangene Frequenzbereich und
damit der erforderliche Abstimmbereich des Tuners im Fall von Kabelsignalen
oder terrestrischen Signalen gewöhnlich
zwischen 50 und 860 MHz betragen.
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Der
Antenneneingang 1 ist an einen Aufwärtswandler angeschlossen, der
einen Mischverstärker 2,
einen lokalen Oszillator 3 und eine phasensynchronisierte
Schleife 4 umfasst. Der Aufwärtswandler 2–4 ist derart
gestaltet, dass er eine festgelegte Umsetzung durchführt, so
dass der gesamte Frequenzbereich in einen höheren Frequenzbereich aufwärts gewandelt
wird, ohne den gewünschten
Kanal zu wählen.
Zum Beispiel kann die Frequenz des lokalen Oszillators des Aufwärtswandlers
für den oben
genannten typischen Abstimmbereich von 50 bis 860 MHz bei 1,05 GHz
liegen, während
die Bandbreite der Zwischenfrequenz dann 1,1 bis 1,96 GHz beträgt.
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Der
Ausgang des Aufwärtswandlers 2–4 ist mit
einem Quadratur-Abwärtswandler
ohne Zwischenfrequenzbildung verbunden. Der Abwärtswandler umfasst einen Quadraturmischverstärker 5, einen
lokalen Oszillator 6, der lokale Oszillatorsignale in Phasenquadratur
an den Mischverstärker 5 liefert,
sowie eine phasensynchronisierte Schleife 7. Die Wahl des
Kanals erfolgt im Abwärtswandler
und der Oszillator 6 ist ein lokaler Oszillator mit variabler Frequenz
zur Auswahl des gewünschten
abwärts
zu wandelnden Kanals. Für
das oben aufgeführte
Beispiel kann die lokale Oszillatorfrequenz des Abwärtswandlers
in einem Bereich zwischen 1,1 und 1,96 GHz abgestimmt werden.
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Der
Abwärtswandler 5–7 liefert
Inphase-Basisbandsignale und Quadratur-Basisbandsignale Q an einen
Basisbandprozessor 8. Der Basisbandprozessor führt verschiedene
Bearbeitungsschritte an den Basisbandsignalen I und Q einschließlich einer Filterung,
wie von den variablen Tiefpassfiltern (LPF) 9 und 10 angezeigt
wird, durch. Es erfolgt im Wesentlichen keine Filterung zwischen
dem Eingang I und den Filtern 9 und 10, so dass
der Aufwärtswandler 2–4 das
gesamte Eingangssignalband in ein Zwischenfrequenzband derselben
Breite umwandelt und der Abwärtswandler 5–7 das
gesamte Zwischenfrequenzsignalband in seiner Frequenz nach unten
umwandelt, so dass der gewählte
Kanal auf Nullfrequenz zentriert ist. Das vom Mischverstärker 2 hergestellte
Zwischenfrequenzband ist so gestaltet, dass es eine obere Frequenzgrenze
hat, die ungeachtet der tatsächlichen
Oszillationsfrequenz des lokalen Oszillators 3 weniger
als das Zweifache der unteren Frequenzgrenze beträgt. Die
Frequenz des lokalen Oszillators 3 ist im Wesentlichen
in einem relativ kleinen Bereich fest oder variabel, um eine Kompensierung
von möglichen
Ungenauigkeiten bei der Abstimmung zu ermöglichen, und befindet sich
oberhalb von der oberen Frequenzgrenze des Eingangsfrequenzbands
der vom Eingag 1 an den Mischverstärker 2 übermittelten
Signale.
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Die
Frequenz des lokalen Oszillators 6 entspricht der Mittenfrequenz
des gewünschten
Kanals nach einer Aufwärtswandlung
durch den Aufwärtswandler 2–4.
Die Frequenz des lokalen Oszillators des Abwärtswandlers ohne Zwischenfrequenzbildung 5–7 liegt
deshalb immer oberhalb der oberen Frequenzgrenze des an den Eingang
des Mischverstärkers 2 übermittelten
Eingangsfrequenzbereichs und ist zudem so gestaltet, dass sich kein
Kanal bei einer Oberschwingungsfrequenz des lokalen Oszillators
oberhalb der Basisfrequenz desselben befindet.
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Der
Tuner überwindet
folglich die oben erwähnten
Probleme hinsichtlich Tuner ohne Zwischenfrequenzbildung für große Eingangsabstimmungs-
oder Frequenzbereiche. Dies liegt insbesondere daran, dass es keine
Kanäle
bei Oberschwingungen der Basisfrequenz des lokalen Oszillators gibt
sowie keine Kontamination der Ausgangssignale I und Q des Abwärtswandler
durch den oben beschriebenen Mechanismus.
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Wie
bereits erwähnt,
erfolgt keine Bandfilterung vor den Tiefpassfiltern 9 und 10 im
Basisbandprozessor 8. Da die Signale I und Q vom Mischverstärker 5 Basisbandsignale
sind, kann eine Kanalfilterung durch Tiefpassfilter erfolgen, ohne
dass Bandpassfilter erforderlich sind. Verschiedene Kanäle können über verschiedene
Bandbreiten verfügen
und die Tiefpassfilter 9 und 10 haben somit eine
durch eine Regeleinrichtung 11 gesteuerte variable Grenzfrequenz,
so dass der effektive Durchlassbereich (etwa Nullfrequenz) entsprechend
der Bandbreite des empfangenen Kanals gesteuert werden kann. Die Grenzfrequenzen
der Filter 9 und 10 entsprechen sich im Allgemeinen
und werden von der Regeleinrichtung 11 gesteuert.
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Der
Basisbandprozessor 8 nimmt andere Funktionen an den Basisbandsignalen
I und Q vor, beispielsweise einschließlich analoger/digitaler Umsetzung.
Obwohl die von den Filtern 9 und 10 vorgenommene
Filterung vor oder nach einer solchen analogen/digitalen Umsetzung
stattfinden kann, wird es im Allgemeinen notwendig oder wünschenswert
sein, mindestens einen Teil der Filterung im analogen Bereich vor
den Umsetzern durchzuführen,
beispielsweise zur Vermeidung von Signalverfälschung.
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Die
Ausgangssignale des Prozessors 8 werden an einen Demodulator 12 übermittelt,
der den empfangenen Kanal entsprechend seiner Modulationsart demoduliert
und an einem Tunerausgang 13 Ausgangssignale liefert. Der
Demodulator 12 führt zusätzlich zur
Demodulation gemäß dem Modulationsstandard
verschiedene Funktionen durch und schließt in dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Vorrichtung zur Symbolratenerkennung 14 ein, welche
die Symbolrate des empfangenen Kanals erkennt, um eine Bestimmung der
Bandbreite des empfangenen Kanals zu ermöglichen. Die Symbolrate wird
an die Regeleinrichtung 11 übermittelt, welche die Grenzfrequenzen
der Filter 9 und 10 entsprechend der Kanalbandbreite
anpassen.
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Somit
wird die Erzielung einer Abwärtswandlung
ohne Zwischenfrequenz ermöglicht,
auch wenn diese Abwärtswandlung
von einem Mischverstärker in
einer extrem nichtlinearen Ausführung
durchgeführt
wird. Insbesondere durch die passende Wahl der Aufwärtswandlung
und damit der an den Abwärtswandler 3 in
Relation zum Abstimmbereich bereitgestellten Zwischenfrequenz kann
sichergestellt werden, dass es für
jeden Kanal innerhalb des Abstimmbereichs keine Kanäle bei Oberschwingungen oder
ganzzahlige Mehrfachfrequenzen gibt. Somit kann eine Hauptquelle
für Interferenzen
bei der Abwärtswandlung
ohne Zwischenfrequenzbildung eliminiert oder wesentlich reduziert
werden, um so die Technik realisierbar zu machen.