DE69321019T2

DE69321019T2 - Mehrwegempfangsminimalisierung für einen Rundfunkempfänger

Info

Publication number: DE69321019T2
Application number: DE69321019T
Authority: DE
Inventors: John F. Garden City Michigan 48135 Kennedy; Robert D. Livonia Michigan 48152 Plowdrey
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1992-04-06
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: EP0565256A1; EP0565256B1; DE69321019D1; US5249233A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Rundfunkempfänger mit reduzierter Verzerrung bei sog. Reflexionsstörungen bzw. "Mehrwegempfang", und insbesondere einen UKW- ("FM"-) Stereoempfänger mit verbessertem Stereobetrieb bei Reflexionsstörung.
Es wird Bezug genommen auf das Problem der Reflexionsverzerrung bei Rundfunkempfängern, das dort hinreichend bekannt ist. Reflexion bzw. "Mehrwegempfang" tritt dann auf, wenn die Hochfrequenzsignale, sog. Radiofrequenz- (RF-) Signale über direkte und indirekte (d. h. reflektierte) Wege von einem Sender zu einem Empfänger laufen und sich dabei im Empfänger gegenseitig stören. Reflexion kann z. B. durch Hügel oder Gebäude hervorgerufen werden.
Konstruktive und destruktive Signalinterferenzen, die durch die gegenseitige Beeinflussung von reflektierter und direkt in Sichtlinie erfolgender Übertragung entstehen, bewirken sowohl eine Signalverzerrung als auch schnelle Schwankungen in der Empfangs feldstärke, besonders bei in Bewegung befindlichen Fahrzeugen.
Mehrwegempfang stellt beim Empfang von FM-Stereosendungen ein besonders störendes Problem dar. Ein normales FM-Stereosignal beinhaltet eine 19-kHz-Trägerwelle, die zur Aufnahme des L-Rfrequenz-multiplexierten Stereosignales ausgesendet wird. Kommt es zu einem Mehrwegempfang, erfährt das Trägersignal eine Impulsphasenverschiebung. Das phasenverschobene FM-Signal wird dann in einem typischen Überlagerungsempfänger am Eingang einer RF-Mischerstufe angelegt. Wegen der nichtlinearen Kennung der Mischerstufe wird der Phasensprung verstärkt, und die Dauer der Phasenstörung erhöht sich. Die Phasenstörung wird in jeder folgenden Stufe des Empfängers immer weiter verlängert. Bei der Demodulation des FM- Signals wird ein phasenverschobenes sog. Pilotsignal erzeugt, das dann am Stereodecoder angelegt wird. Die Phasenverschiebung bewirkt eine abrupte Entriegelung der Phasenverriegelungsschleife (phaselocked loop, PLL), die üblicherweise im Stereodecoder zur Erzeugung des Pilotträgersignals verwendet wird. Im Hörtonausgang ist dann ein kratzendes Geräusch zu hören, wenn die PLL-Schleife durch die Reflexionsinterferenzen brutal aus der Verriegelung gerissen wird.
Nach dem bisherigen Stand der Technik sind Rundfunkempfänger bekannt, bei welchen die Stereotrennung während Mehrwegempfangs reduziert wird, um so das mit Mehrwegempfang verbundene unerwünschte Rauschen zu verringern. Allerdings kann die Stereotrennung nicht schnell genug geändert werden, um alle Reflexionsverzerrung zu unterdrücken. Außerdem ist die Änderung der Stereotrennung selbst schon eine Art unerwünschter Verzerrung. Außerdem kann die Änderung der Stereotrennung nicht die in jeder Stufe des Empfängers bewirkte Längung der Reflexionsstörung beheben.
EP-A-0 405 541 beschreibt ein Gerät zur Rauschunterdrückung für einen FM-Empfänger, das einen Verstärker zum Abziehen einer Rauschkomponente aus dem empfangenen FM-Signal beinhaltet. Ein Rauschdetektor erstellt ein Steuersignal, wenn die Rauschkomponente einen vorgegebenen Pegel überschreitet, und ein Gatter, durch welches das empfangene FM-Signal geleitet wird, wird von diesem Steuersignal gesteuert. Mittel zur Stereotrennung verändern die Stereotrennung zwischen linkem und rechtem Kanal in Abhängigkeit von dem Wert der Rauschkomponente, wenn diese Rauschkomponente unter den vorgegebenen Pegel fällt.
EP-A-0 056 464 offenbart eine Rauschunterdrückungsschaltung mit einer Subtraktionsschaltung, welche an einem Eingang ein Stereo-Mischsignal empfängt. Ein Ausgang einer Schaltung zur Erzeugung eines Löschsignals ist über ein Gatter mit dem anderen Eingang der Subtraktionsschaltung verbunden. Durch den Betrieb des Gatters wird Impulsrauschen ausgelöscht.
EP-A-0 477 460 offenbart eine Rauschunterdrückungsschaltung mit einem Gatter zur Steuerung eines Mischsignals, das an einem Stereo-Demodulator angelegt wird. Ein Detektor erkennt Rauschen im Mischsignal, so daß er das Gatter steuern kann. Das Gatter wird synchron mit Impulsen geschlossen, die aus einem Pilotsignal im Mischsignal abgelesen werden.
Ein die vorliegende Erfindung verkörpernder Empfänger bietet den Vorteil, daß er Reflexionsstörungen in einem Rundfunkempfänger minimiert.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird nun ein Empfängergerät vorgeschlagen, das folgendes aufweist:
RF-Mischermittel zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals (ZF); und
Mehrwegempfang-Detektormittel zur Erkennung des Auftretens von Mehrwegempfangsverzerrung in besagtem ZF-Signal; dadurch gekennzeichnet, daß schaltbare Stromversorgungsmittel zur selektiven Stromversorgung besagter RF-Mischermittel vorgesehen sind;
wobei besagte Mehrwegempfang-Detektormittel so betrieben werden können, daß sie besagte schaltbare Stromversorgungsmittel so steuern, daß sie bei Erkennen des Auftretens einer Mehrwegempfangsverzerrung die Stromversorgung besagter RF-Mischermittel unterbrechen.
Bei einem die vorliegende Erfindung verkörpernden Empfänger wird die Stromversorgung bei Erkennung einer Reflexionsstörung unterbrochen, so daß jede weitere Energie bei Reflexionseinfall daran gehindert wird, die folgenden Stufen des Empfängers zu erreichen (in welchen die Wirkung der Verzerrung sonst noch in die Länge gezogen würde). Die Stromversorgung der RF-Mischerstufe wird wieder hergestellt, bevor der Signalverlust hörbar wird, z. B. nach weniger als ca. 5 Millisekunden.
Die Erfindung wird nachstehend beispielartig näher erläutert, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; dabei zeigt:
Fig. 1: ein Blockschaltbild, welches einen FM-Stereo-Empfänger nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2: die Ausbreitung einer Mehrwegempfangsstörung, wie sie bei einem herkömmlichen Empfänger ohne die erfindungsgemäßen Korrekturmaßnahmen auftritt;
Fig. 3: ein schematisches Diagramm, welches eine verbesserte Phasenverriegelungsschleife nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4: das erfindungsgemäße Mehrwegempfang-Steuersignal;
und
Fig. 5: eine Aufzeichnung einer bevorzugten Steuerkurve für die Dauer des Mehrwegempfang-Steuersignals in Abhängigkeit von der Stärke der Reflexion.
Fig. 1 zeigt einen FM-Stereo-Empfänger 10 mit einer Antenne 11 zum Empfang von RF-Signalen, die bisweilen wechselnden Reflexionsinterferenzen unterliegen können, z. B. in einem Kraftfahrzeug. RF-Signale von der Antenne 11 werden über einen RF-Filter 12 an einen RF-Verstärker 16 angelegt. Die verstärkten RF-Signale von Verstärker 16 werden an einem Eingang einer Mischerstufe 17 angelegt. Eine Versorgungsspannung +V wird an einer Anschlußklemme 14 bereitgestellt und über einen Ein-/Ausschalter 15 der RF-Mischerstufe 17 zugeführt, wenn der Schalter 15 geschlossen ist. Ein Mischsignal wird von einem örtlichen Oszillator 18 einem anderen Eingang der Mischerstufe 17 zugeführt.
Der Ausgang der Mischerstufe 17 ist mit einer ZF-Stufe 20 versehen, die eine ZF-Filterung und -Verstärkung zur Erzeugung eines ZF-Signals vornimmt. Das von der ZF-Stufe 20 kommende ZF- Signal wird in einem FM-Demodulator 21 demoduliert, so daß ein Grundbandsignal erzeugt wird.
Ist die empfangene Sendung eine FM-Stereosendung, dann enthält das demodulierte Signal einen Grundband-Summenkanal, ein 19-kHz-Pilotsignal und anhand eines unterdrückten 38-kHz-Unterträgersignals modulierte Stereo-Differenzkanäle. Alle diese Signale werden einem Stereodecoder 22 zugeführt, welcher linke und rechte Stereosignale erzeugt, die wiederum über einen Stummschaltkreis bzw. sog. Mute-Schaltung 23 an Verstärkern 24 und 25 und Lautsprechern 26 und 27 angeschlossen sind.
Der Empfänger 10 beinhaltet außerdem einen Reflexionsdetektor/ -Minimierer bzw. "Dämpfer" 30 zur Erkennung einsetzender Reflexions- bzw. Mehrwegempfangsverzerrung. Der Dämpfer 30 kann z. B. so angeschlossen sein, daß er das ZF-Signal von der ZF-Stufe 20 und/oder das demodulierte FM-Signal vom FM-Demodulator 21 empfängt, um Mehrwegempfangssituationen zu erkennen. So ist es z. B. bekannt, Mehrwegempfang dadurch festzustellen, daß die Schwankungen in der Empfangssignalstärke des ZF-Signals gemessen werden. Alternativ dazu kann. Mehrwegempfang auch dadurch festgestellt werden, daß besondere Rauschkomponenten im demodulierten FM-Signal gemessen werden. Eine bevorzugte Technik zur Erkennung von Mehrwegempfang durch die Messung der Phasenverschiebungen im Pilotsignal offenbart die oben erwähnte zeitgleiche Anmeldung 93 302 092.7.
Der Dämpfer 30 ist am Ein-/Ausschalter 15 angeschlossen, so daß die Stromversorgung der RF-Mischerstufe 17 während eines Mehrwegempfangs abgeschaltet wird. Wird der Ein-/Ausschalter 15 geöffnet, wird der Ausgang der RF-Mischerstufe sehr rasch abgeschaltet, und die den Mehrwegempfang begleitende Phasenverzerrung wird am Mischerausgang gestoppt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zeitliche Länge der Abschaltung der Mischerstufe von der Schwere der Reflexionsstörung bestimmt, d. h. von der Größe der Phasenverschiebung im Verlauf der Mehrwegempfangssituation. Der Zeitraum, in welchem die RF-Mischerstufe abgeschaltet wird, muß je doch kleiner als 5 Millisekunden sein, um eine wahrnehmbare Verzerrung zu vermeiden.
Der Dämpfer ist außerdem am Stereodecoder 22 angeschlossen, um die Zeitkonstante der Phasenverriegelungsschleife des Stereodecoders zu steuern. Liegt kein Mehrwegempfang vor, hat die Zeitkonstante der Phasenverriegelungsschleife einen konventionellen Wert, bei welchem die Phasenverriegelungsschleife die Verriegelung des Stereo-Pilotsignals beibehalten kann. Bei Auftreten einer Mehrwegempfangssituation wird die Zeitkonstante verlängert, so daß ein stabiler (d. h. verriegelter) Ausgang in der Phasenverriegelungsschleife aufrecht erhalten wird. Ist die PLL-Schaltung verriegelt, hält das im Stereodecoder eingesetzte regenerierte Pilotsignal eine feste Phase und feste Frequenz aufrecht und bleibt im wesentlichen unbeinflußt von der durch den Mehrwegempfang hervorgerufenen Phasenverschiebung des Stereo-Pilotsignals. Die Phasenverriegelungsschleife wird vorzugsweise über denselben Zeitraum verriegelt, in welchem die RF-Mischerstufe abgeschaltet ist. Ist die Reflexionsstörung zu dem Zeitpunkt, wenn die Phasenverriegelungsschleife entriegelt wird, zu einem Ende gekommen, sollte der Ausgang der Phasenverriegelungsschaltung im wesentlichen in Phase mit dem reflexionsstörungsfreien Stereo-Pilotsignal liegen, und die Phasenverriegelungsschleife erhält die Verriegelung aufrecht. Somit werden abrupte Änderungen im Ausgangssignal der Phasenverriegelungsschleife, welche das über die Lautsprecher hörbare unerwünschte kratzende Geräusch bewirken, vermieden.
Der Dämpfer 30 kann außerdem mit einer Stummschaltung 23 gekoppelt sein, um so eine Hörtonabschaltung während der Reflexionsstörung zu bewirken. Der Ein-/Ausschalter 15, der Stereodecoder 22 und die Stummschaltung 23 werden vorzugsweise alle von ein und demselben Mehrwegempfang-Detektorsignal von der Dämpferschaltung 30 gesteuert.
Fig. 2 veranschaulicht die zeitliche Ausdehnung einer Reflexionsstörung in einem herkömmlichen Empfänger. Die Kurven A-E in Fig. 2 stellen das Ausmaß der Phasenverschiebung in den Punkten A-E der Fig. 1 dar, die ohne den Einsatz des Dämpfers 30 auftreten würde. Eine Impulsphasenverschiebung im Stereo-Pilotsignal tritt bei Punkt A auf (d. h. am Eingang der RF-Mischerstufe). Die Kurven B, C, D und E zeigen die erhöhte Dauer der Phasenstörung in den Punkten B, C, D und E der Fig. 1, wie sie bei einem Empfänger nach dem bisherigen Stand der Technik auftreten würde.
Fig. 3 veranschaulicht eine Phasenverriegelungsschleife (phase-Iocked loop, PLL) 31, die in dem Stereodecoder 22 angeordnet ist, zur Erzeugung eines regenerierten Pilotsignals für die Demodulation des Stereo-Differenzkanals. Der Einsatz eines regenerierten Pilotsignals ist bei Stereodecodern üblich. Das empfangene 19-kHz- Stereo-Pilotsignal wird einem Phasendetektor 32 zugeführt. Der Ausgang des Phasendetektors 32 ist mit einem Schleifenfilter 33 verbunden, dessen Ausgang am Eingang eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 34 anliegt. Der Ausgang des VCO 34 enthält ein regeneriertes 38-kHz-Pilotsignal, das zur Demodulation des Stereo-Differenzkanals dient. Das regenerierte Pilotsignal wird über eine 2er- Teilerschaltung 40 auch einem zweiten Eingang des Phasendetektors 32 zurückgeführt. Der Ausgang der 2er-Teilerschaltung 40 ist ein 19-kllz-Signal, das rechtwinklig zum Stereo-Pilotsignal liegt (d. h., es ist um 90º phasenverschoben).
Der Schleifenfilter 33 ist insbesondere dafür ausgebildet, in Reaktion auf das Reflexionsdetektorsignal eine schaltbare Zeitkonstante zum Zwecke der Verriegelung des PLL-Kreises 31 auf eine lange Zeitkonstante zu schaffen. So ist ein Feldeffekttransistor (FET) 35 mit seinem Gate so angeschlossen, daß er dort das Reflexionsdetektorsignal vom Dämpfer 30 empfängt. Source und Drain des FET 35 sind jeweils an den Enden eines Widerstandes 36 angeschlossen. Die Parallelkombination von FET 35 und Widerstand 36 ist zwischen dem Ausgang des Phasendetektors 32 und dem Eingang eines Operationsverstärkers (Op-Amp) 38 mit einem Widerstand 37 in Reihe geschaltet. Ein Kondensator 39 ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Op-Amp 38 angeschlossen. Der Ausgang des Op-Amp 38 ist mit dem Eingang von VCO 34 verbunden.
Das Reflexionsdetektorsignal verwendet negativlogische Signale, so daß der FET 35 leitend gemacht wird, wenn keine Reflexion (Mehrwegempfang) vorliegt, und der Widerstand 36 die Zeitkonstante nicht beeinflußt. Der Schleifenfilter 33 wirkt als Proportional- Integral-Steuerung, die eine Zeitkonstante erzeugt, welche von dem Widerstand 37 und dem Kondensator 39 bestimmt wird, wie dies in der Technik allgemein üblich ist. Bei Reflexion (Mehrwegempfang) dagegen wird der FET 35 gesperrt und addiert somit den Widerstandswert von Widerstand 36 zu dem Wert des Zeitkonstanten-Schaltkreises. Widerstand 36 hat einen hohen Widerstandswert und bewirkt die Verriegelung der Phasenverriegelungsschleife auf eine lange Zeitkonstante, so daß das regenerierte Pilotsignal vorübergehend in Phase und Frequenz festgelegt wird.
FET 35 ist vorzugsweise eine Vorrichtung im Anreicherungsbetrieb, die leitend wird, wenn eine positive Spannung vom Dämpfer 30 angelegt wird. Fig. 4 zeigt das Reflexionsdetektorsignal, in welchem eine Spannung mit einem logisch hohen Wert einen Normalzustand anzeigt, und eine Spannung mit logisch niedrigem Wert eine Reflexionssituation anzeigt. Eine Reflexionssituation wird bei festgestellt, und das logisch niedrige Reflexionsdetektorsignal hat eine zeitliche Länge von t&sub1; bis t&sub2;.
Die Dauer bzw. Länge des logisch niedrigen Reflexionsdetektorsignals (z. B. der Zeitraum, in welchem die korrigierenden Maßnahmen im Empfänger ergriffen werden) wird von der Stärke der Reflexionsstörung bestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Stärke einer Reflexionsstörung durch die phasenbezogene Höhe der im Stereo-Pilotsignal ermittelten Phasenverschiebung bestimmt. Das Ausmaß der Impulsphasenverschiebung kann unter Verwendung des in der zeitgleichen Anmeldung Nr. 93 302 092.7 offenbarten Detektors bestimmt werden. Alternativ dazu kann das Ausmaß einer Reflexionsstörung als die Änderung der Empfangssignalstärke des FM-Signals definiert werden, oder als die Rauschstärke in dem gemessenen Reflexionsrauschen, je nachdem, welches Verfahren zur Erkennung von Mehrwegempfang (Reflexionsstörung) eingesetzt wird.
In Fig. 5 ist die Länge des Reflexionsdetektorsignals über der Stärke der Reflexionsstörung abgetragen. Bei weniger als einem vorgegebenen Wert für die Störungsstärke werden keine Korrektur maßnahmen ergriffen. Bei einem Schwellenwert der Stärke wird ein Reflexionsdetektorsignal mit einer Mindestdauer von ungefähr 50 Mikrosekunden von dem Reflexionsdetektor/ -Dämpfer erzeugt. Mit zunehmender Stärke der Reflexionsstörung wird ein zunehmend länger anhaltendes Signal eingesetzt, bis zu einer Maximallänge von 5 Millisekunden. Jedes Stummschalten oder Abschalten der RF-Mischerstufe, das länger als 5 Millisekunden anhält, würde unzumutbares Rauschen im Ausgang des Empfängers erzeugen.

Claims

1. Empfängergerät, welches folgendes aufweist:

RF-Mischermittel (17) zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals (ZF); und

Mehrwegempfang-Detektormittel (30) zur Erkennung des Auftretens von Mehrwegempfangsstörungen in besagtem ZF-Signal;

dadurch gekennzeichnet, daß folgendes vorgesehen ist:

schaltbare Stromversorgungsmittel (14, 15) zur selektiven Stromversorgung der besagten RF-Mischermittel;

wobei besagte Mehrwegempfang-Detektormittel (30) derart betreibbar sind, daß sie besagte schaltbare Stromversorgungsmittel (14, 15) so steuern, daß sie bei Erkennen des Auftretens einer Mehrwegempfangsstörung die Stromversorgung der besagten RF-Mischermittel (17) abschalten.

2. Gerät nach Anspruch 1, des weiteren Trägermittel (21) · aufweisend, zwecks Erzeugung eines Pilot-Trägersignals aus besagtem ZF-Signal, wobei besagte Trägermittel folgendes aufweisen:

eine Phasenverriegelungsschleife (31); und

Verriegelungsmittel (35), welche mit besagten Mehrwegempfangsmitteln (30) zur vorübergehenden Verriegelung der besagten Phasenverriegelungsschleife (31) bei Erkennen des Auftretens einer Mehrwegempfangsstörung gekoppelt sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, worin besagte Mehrwegempfang-Detektormittel (30) Störungsstärkemittel zur Messung der Stärke der Mehrwegempfangsverzerrung aufweisen, sowie Zeitschaltmittel zur Bestimmung eines Zeitraumes, der proportional zu besagter gemessener Störungsstärke ist, und über welchen der Strom von besagten RF-Mischerstufenmitteln (17) abgeschaltet wird.

4. Gerät nach Anspruch 2, worin besagte Mehrwegempfang-De tektormittel (30) Störungsstärkemittel zur Messung der Stärke der Mehrwegempfangsverzerrung aufweisen, sowie Zeitschaltmittel zur Bestimmung eines Zeitraumes, der proportional zu besagter gemessener Störungsstärke ist, und über welchen der Strom von besagten RF-Mischerstufenmitteln (17) abgeschaltet wird, und über welchen besagte Phasenverriegelungsschleife (31) verriegelt wird.

5. Gerät nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, außerdem folgendes aufweisend:

Ausgangsmittel (24, 25) zur Verstärkung eines von besagtem ZF-Signal abgeleiteten Hörton-Ausganssignals; und

Stummschaltungsmittel (23) zur vorübergehenden Stummschaltung bei Erkennung des Auftretens einer Mehrwegempfangsverzerrung.

6. Verfahren zur Dämpfung der Auswirkungen von Mehrwegempfangsverzerrungen in einem FM-Stereoempfänger, welches folgende Schritte aufweist:

Einsatz der Mittel (17) zum Überlagern eines empfangenen Hochfrequenzsignals (RF) mit einem Zwischenfrequenzsignal (ZF); und Ermitteln des Auftretens einer besagtes ZF-Signal beeinflussenden Mehrwegempfangsverzerrung;

gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Betreibens von schaltbaren Stromversorgungsmitteln (14, 15) zwecks Abschalten der Stromversorgung besagter Mittel (17) zur Überlagerung des empfangenen Hochfrequenzsignals bei Erkennen des Auftretens einer Mehrwegempfangsverzerrung.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Schritt des Betreibens der schaltbaren Stromversorgungsmittel (14, 15) zur Abschaltung der Stromversorgung bei Erkennen des Auftretens einer Mehrwegempfangsverzerrung über einen Zeitraum von weniger als 5 Millisekunden erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, außerdem folgende Schritte aufweisend:

Regenerieren eines Stereo-Trägersignals aus einem Pilotsignal unter Verwendung einer Phasenverriegelungsschleife (31);

Wiederherstellen von FM-Stereosignalen anhand des besagten regenerierten Trägersignals; und

Verriegeln der besagten Phasenverriegelungsschleife (31) bei Erkennen des Auftretens einer Mehrwegempfangsverzerrung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin der Schritt der Verriegelung besagter Phasenverriegelungsschleife (31) über einen Zeitraum von weniger als 5 Millisekunden erfolgt.