DE69927553T2

DE69927553T2 - Proportionaler Funk-Diversity-Empfänger

Info

Publication number: DE69927553T2
Application number: DE69927553T
Authority: DE
Inventors: Martin Gerard South Woodham Ferrers Page; Milan Rochester Cvetkovic; David John Brentwood McCall
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: ATE306148T1; DE69927553D1; JP2000040989A; US6236844B1; EP0967738A3; EP0967738A2; EP0967738B1; CA2275384A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Raumdiversitäts-Radioempfänger mit in Abstand angeordneten Antennen, und spezieller ein Diversitäts-Radioempfängersystem mit Proportionalmischung von Ausgabesignalen von verschiedenen Tunern, die an verschiedenen mit Abstand angeordneten Antennen angebracht sind. Raumdiversitäts-Radioempfängersysteme sind ein wohlbekannter Versuch, die Effekte von Verzerrungen durch Mehrwegübertragung in mobilen Empfängern zu verringern. Verzerrung durch Mehrwegübertragung ist ein örtlicher Effekt, der aus Wechselwirkungen zwischen Signalen von einem Sender resultiert, welche verschiedene Wege queren, um eine Empfangsantenne zu erreichen. Indem man in einem Diversitäts-Radioempfänger zwischen mit Abstand angeordneten Antennen umschaltet, können spezifische Mehrwegereignisse vermieden werden, weil der Abstand von Antennen sicherzustellen hilft, daß nicht beide der Antennen zur gleichen Zeit das gleiche Mehrwegereignis erfahren werden.
Bei Kurzzeitverzögerungs-Mehrwegen vereinigen sich reflektierte Radiosignale von nahen Gegenständen an bestimmten Orten in Gegenphase mit den direkten Radiosignalen, was in der teilweisen oder vollständigen Auslöschung des Signals resultiert. Ein unerwünschter Ausbruch von Störgeräuschen, bekannt als ein „Spucken" oder „Knallen", ist zu hören, wenn das Signal/Rausch-Verhältnis des empfangenen Signals sinkt. Passiert eine Fahrzeugantenne durch diese Mehrwegpunkte, so nimmt die in dem Radiotuner detektierte Signalstärkespannung wegen der gesenkten Signalstärke an der Antenne für den Augenblick ab. Es sind Proportionaldiversitätssysteme bekannt, wie etwa in Patentanmeldung GB-2257605 beschrieben, worin Tonsignale von getrennten Tunern, die an getrennten Diversitätsantennen angeschlossen sind, in einer zu der an jedem Tuner gemessenen Signalstärke proportionalen Art und Weise kombiniert werden. Weil die Signalstärkespannung für einen bestimmten Tuner während eines Mehrwegereignisses abfällt, wird sein relativer Beitrag zu dem vereinigten Signal ähnlich verringert. Dies stellt während Kurzzeitverzögerungs-Mehrwegereignissen eine Verbesserung in dem Tonsignal bereit, indem es das Spucken abschwächt, welches an einer Antenne – aber nicht an der anderen – vorliegen kann.
Langzeitverzögerungs-Mehrwege sind eine Art von Mehrwegverzerrung, welche durch Überwachung der Signalstärkenspannung nicht akkurat detektiert werden kann, und welche in Systemen der bisherigen Technik oft unkorrigiert blieb. In Langzeitverzögerungs-Mehrwegen vereinigen sich reflektierte Radiosignale von entfernteren Gegenständen (z.B. 500 m oder mehr von der Empfangsantenne) mit dem direkten Radiosignal. Wegen der längeren Zeitverzögerung zwischen den Signalen stehen die Signale nicht in Korrelation, und verursachen daher keine Auslöschung des empfangenen Signals, sondern vielmehr die Überlagerung oder Überlappung der Frequenzspektren der Signale. Diese Spektralüberlappung verursacht Tonverzerrung, welche nicht von einem Abfall in der Signalstärke begleitet wird (tatsächlich kann die Signalstärke zunehmen), und als ein Ergebnis stellen frühere Proportionaldiversitätssysteme unter diesen Bedingungen keine Verbesserung bereit.
Patent GB 1,373,644 beschreibt einen Diversitäts-Empfangsapparat, in welchem Signale in verschiedenen Diversitätskanälen in einer Ablöseschaltung unter Regelung von aus Abtastungen des Kanalrauschen abgeleiteten Regelsignalen kombiniert werden. Das Regelsignal in jedem Kanal wird durch einen automatischen, verstärkungsgeregelten Verstärker abgeleitet; einen an den Ausgang des automatischen Verstärkungsregelungs-Verstärker angeschlossenen Detektor; und einen an den Ausgang des Detektors angeschlossenen invertierenden DC-Verstärker.
In einem Aspekt stellt die Erfindung einen Proportionaldiversitäts-Radiosystem für ein mobiles Fahrzeug bereit, das erste und zweite Raumdiversitätsantennen aufweist, welches umfaßt: einen ersten Tuner, um mit einer dieser Antennen zu verbinden, wobei dieser Tuner ein erstes Tunerausgabesignal in Reaktion auf ein Sendesignal bei einer ausgewählten Sendefrequenz erzeugt, und dieser erste Tuner ein erstes Signalstärkesignal erzeugt; einen zweiten Tuner, um mit der anderen dieser Antennen zu verbinden, wobei dieser zweite Tuner ein zweites Tunerausgabesignal in Reaktion auf dieses Sendesignal bei dieser ausgewählten Sendefrequenz erzeugt, und dieser zweite Tuner ein zweites Signalstärkesignal erzeugt; und einen Proportionalmischer, der diese ersten und zweiten Tunerausgabesignale mischt, um ein erstes gemischtes Tunerausgabesignal zu erzeugen, wobei diese ersten und zweiten Tunerausgabesignale in Reaktion auf erste und zweite Mischregelsignale proportional zu diesem gemischten Tunerausgabesignal beitragen; dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischerregler Mehrwegeverzerrung in jedem dieser ersten und zweiten Tunerausgabesignale detektiert, die durch Langzeitverzögerungs-Mehrwegebedingungen verursacht sind; wobei dieser Mischerregler dieses Mischregelsignal erzeugt, indem er diese ersten und zweiten Signalstärkesignale mit der detektierten Mehrwegeverzerrung jeweils in den ersten und zweiten Tunerausgabesignalen kombiniert.
Die vorliegende Erfindung stellt den Vorteil bereit, daß Langzeitverzögerungs-Mehrwegereignisse detektiert und korrigiert werden können, so daß alle Arten von Mehrwegeverzerrungen minimiert werden.
Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
1 eine Perspektivansicht eines mobilen Fahrzeugs ist, das darauf montiert Raumdiversitätsantennen aufweist;
2 ein Blockdiagramm ist, welches das Proportionaldiversitäts-Radiosystem der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Blockdiagramm ist, das eine Mischregelschaltung in größerer Genauigkeit zeigt; und
4 ein Blockdiagramm ist, das eine alternative Ausführungsform der Mischregelschaltung zeigt.
Unter Bezug auf 1 schließt ein mobiles Fahrzeug 10 einen Proportionaldiversitäts-Radioempfänger 11 an ein Paar Antennen 12 und 13 in einem Doppeltuner-Proportionaldiversitäts-Radiosystem angeschlossen ein. Antenne 12 ist als eine vertikale Peitschen- oder Mastantenne gezeigt, während Antenne 13 als eine oberflächenkonforme Antenne auf Glas gezeigt ist. Die Antennen sind über angemessene Übertragungsleitungen angeschlossen. Eine Antenne nahe der Vorderseite des Fahrzeugs und eine zweite Antenne nahe der Rückseite des Fahrzeugs zu montieren maximiert deren Abstandsentfernung, und stellt die größte Fähigkeit bereit Mehrwegereignisse zu minimieren. Die Raumdiversitätsantennen brauchen nicht identisch zu sein oder brauchen keine identischen elektrischen Eigenschaften zu haben. Antennentyp und -plazierung können hauptsächlich durch Designerfordernisse und ästhetische Faktoren für ein Fahrzeug bestimmt werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung auf mehr als zwei Antennen ausgeweitet werden.
Unter Bezug auf 2 werden verschiedene Elemente von Empfänger 11 in größerer Genauigkeit beschrieben. Ein erster Tuner 15 ist an Antenne 12 angeschlossen, und ein zweiter Tuner 16 ist an Antenne 13 angeschlossen. Tuner 15 und 16 arbeiten unter Regelung eines Mikrocontrollers 17, welcher auf Benutzerbefehle (nicht gezeigt) reagiert. In einer bevorzugten Ausführungsform kann Empfänger 11 ein FM-Empfänger sein (wie etwa ein Radiodatensystem-FM-Empfänger (RDS Receiver, Radio Data System Receiver; Radiodatensystem-Empfänger), und Tuner 15 und 16 erzeugen jeweils die modulierten FM-Multiplexsignale FM MPX 1 und FM MPX 2. Diese Multiplexsignale werden entsprechend zu einem spannungsgeregelte Verstärker 18, 19 einschließenden Proportionalmischer geliefert. Die Ausgaben der Verstärker 18 und 19 werden in einem Summierer 20 addiert, um ein Signal FM MPX MIX zu erzeugen, welches ein gemischtes Tunerausgabesignal ist, das zu einem Stereodecoder 21 geliefert wird. Die Tuner 15 und 16 erzeugen außerdem entsprechender Signalstärkesignale SS1 und SS2, welche zu Mikrocontroller 17 und zu Mischregelschaltung 22 geliefert werden. Mischregelschaltung 22 empfängt außerdem jeweils die Signale FM MPX 1 und FM MPX 2 als Eingaben von den Tunern 15 und 16. Mischregelschaltung 22 liefert entsprechend Verstärkungs-Regelausgaben G₁ und G₂ zu spannungsgeregelten Verstärkern 18 und 19. Verstärkungsregler-Ausgaben G₁ und G₂ werden erzeugt um eine im Wesentlichen konstante Summe bereitzustellen, d.h. das Signal FM MPX MIX von Summierer 20 besitzt einen konstanten Ausgangspegel ohne Tonmodulierung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist Empfänger 11 ein RDS-Empfänger. Somit wird das Signal FM MPX MIX von Summierer 20 auch zu dem RDS-Demodulierer 23 geliefert, welcher die demodulierten RDS-Daten zu Mikrocontroller 12 bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung ist auf mehr als zwei Diversitätsantennen auszudehnen. Somit kann eine dritte Antenne 25 an einen dritten Tuner 26 angeschlossen sein, welcher ebenfalls unter Regelung von Mikrocontroller 17 stehen würde. Ein Tuner-Ausgabesignal vom dritten Tuner 26 würde zu einem spannungsgeregelten Verstärker 27 und zu Mischregelschaltung 22 geliefert. Verstärker 27 würde ein Verstärkungs-Regelsignal von Mischregelschaltung 22 empfangen, und würde eine Ausgabe geregelter Verstärkung zu einem Eingang eines Summierers 20 liefern. Der Betrieb von Mischregelschaltung 22 wird unter Bezug auf 3 mit größerer Genauigkeit beschrieben werden. Um ein Ausgabesignal zu erzeugen, das einen minimalen Beitrag aus durch Mehrwegübertragungen verzerrten Signalen aufweist, werden die ersten und zweiten Tuner-Ausgabesignale gemäß ihrer relativen Signalstärken und ihrer jeweiligen Kontaminierung mit Verzerrungen durch Mehrwegübertragung proportional gemischt. Spezieller wird der relative Anteil jedes Tuner-Ausgabesignals in dem gemischten Tuner-Ausgabesignal in direkter Beziehung zu seinem jeweiligen Signalstärkesignal und in umgekehrter Beziehung zu seinem jeweiligen Mehrwegerauschen eingeschlossen. Somit ist das Signalstärkesignal SS1 an einen Eingang eines Summierers 30 angeschlossen, und das Signalstärkesignal SS2 ist an einen Eingang von Summierer 31 angeschlossen. Das Signal FM MPX 1 ist an den Eingang eines Bandpaßfilters 32 gekoppelt, während das Signal FM MPX 2 an den Eingang eines Bandpaßfilters 33 angeschlossen ist. Die Ausgänge der Bandpaßfilter 32 und 33 sind jeweils durch Gleichstromdetektoren 34 und 35 an Verstärker mit fest eingestelltem Verstärkungsgrad 36 und 37 angeschlossen. Die Ausgänge der Verstärker 36 und 37 sind an jeweilige Eingänge der Summierer 31 und 30 angeschlossen.
Die Ausgänge der Summierer 30 und 31 sind an entsprechende invertierende und nicht invertierende Eingänge eines Differentialverstärkers 40 angeschlossen. Der Ausgang von Differentialverstärker 40 ist an einen Eingang eines Summierers 41 angeschlossen, und durch einen Inverter 42 an einen Eingang eines Summierers 43. Ein Versatz V_Offset ist an die zweiten Eingänge der Summierer 41 und 43 gekoppelt. Summierer 43 stellt eine Verstärkungsreglungsausgabe G₁ bereit, und Summierer 42 stellt eine Verstärkungsregelung G₂ bereit.
Das Paßband der Bandpaßfilter 32 und 33 deckt einen Frequenzbereich oberhalb der ursprünglich in dem Radiosignal gesendeten Frequenzen ab (d.h. oberhalb des beabsichtigten Informationsgehalts in den FM MPX-Signalen). Zum Beispiel wird in der bevorzugten FM-RDS-Empfängerausführung ein Filter-Paßband von ungefähr 100 kHz bis ungefähr 500 kHz eingesetzt. Die durch Langzeitverzögerungs-Mehrwege verursachte Spektralüberlappung resultiert nach Demodulierung in unerwünschten spektralen Verzerrungskomponenten, welche sich deutlich über die Ton-Bandbreite des MPX-Signals hinaus erstrecken. Die Spektralenergie wird in Bandpaßfiltern 32 und 33 isoliert. Die Störungsenergie wird nach Gleichrichtung und Verstärkung der Ausgaben der Bandpaßfilter 32 und 33 in eine Langzeitverzögerungs-Mehrwege-Störungssignal umgewandelt.
Gleichstromdetektoren 34 und 35 können vorzugsweise außerdem eine Tiefpaßfilter-Charakteristik einschließen, um das gleichgerichtete Störungssignal zu mitteln. Verstärker 36 und 37 werden bereitgestellt, um die relativen Gewichtungen des Langzeitverzögerungs-Mehrwege-Störungssignals zu dem Kurzzeitverzögerungs-Mehrwege-Signalstärkensignal anzupassen.
Im Betrieb, wenn die Diversitätseingänge des Radioempfängers hinsichtlich der Signalqualität und Signalstärke im Wesentlichen gleich sind, ist die Ausgabe von Differentialverstärker 40 im Wesentlichen Null. Folglich sind die Verstärkungsregelungs-Ausgabesignale G₁ und G₂ im Wesentlichen gleich der Versatzspannung V_Offset. Weil die Verstärkungsregelspannungen gleich sind, hat jeder Tuner relativ einen gleichen Beitrag zu dem gemischten Ausgabesignal. Deutet ein Signalstärkensignal relativ eine höhere Signalstärke an als das andere, so werden die Eingaben zu Differentialverstärker 40 folglich voneinander verschoben, so daß jenes Verstärkungsregelsignal, das dem Tuner entspricht der das höhere Signalstärkensignal aufweist, ansteigt und relativ einen größeren Beitrag zu der gemischten Ausgabe liefert. Steigt jedoch ein Störungssignal an, das einem einzelnen MPX-Signal entspricht, so sinkt das entsprechende Verstärkungssignal für diesen Tuner, weil die Störungssignal-Eingänge zu den Summierern hinsichtlich der Signalstärkensignale vertauscht sind. In anderen Worten neigt ein Anstieg im Störungssignal von MPX 1 dazu, den Unterschied zwischen den Eingängen zu Differentialverstärker 40 zu erhöhen, welcher in Inverter 42 invertiert wird und welcher Verstärkungsregelsignal G₁ senkt.
Jene Versatzspannung V_Offset sowie die direkte und invertierte Ausgabe von Differentialverstärker 40 empfangende Anordnung der Summierer 41 und 43 stellt sicher, daß die durch die spannungssummengeregelten Verstärkerausgaben bereitgestellte Gesamtverstärkung unter allen Bedingungen konstant ist, so daß Betrieb des Proportionaldiversitätssystems den reproduzierten Tonpegel nicht beeinträchtigt. Für den Fall daß drei oder mehr Tuner/Antennenpaare benutzt würden, würden die Verstärkungs-Regelsignale von der Mischregelschaltung noch immer in einer geeigneten Art und Weise erzeugt werden, um den Ausgabepegel von Summierer 20 konstant zu halten.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der die Eingänge von MPX 1 und MPX 2 ausgetauscht wurden. Ihre jeweiligen Summiereingänge werden jedoch vertauscht, um Eingaben zu subtrahieren. Somit ist das Ergebnis das Gleiche wie für 3.
Die vorstehende Verwendung einer sowohl auf Kurz- wie Langzeitverzögerungs-Mehrwege reagierenden Proportionalmischung reduziert den Effekt einer Verzerrung durch Mehrwegübertragung auf die Tonwiedergabe bedeutend. Eine weitere Verbesserung in der Qualität kann wie in 2 gezeigt erhalten werden, indem man Stereomischung und Hochfrequenzschnitt in Stereodecoder 21 regelt. Somit werden die Signalstärkensignale SS1 und SS2 in Mikrocontroller 17 zusammen mit den Langzeitverzögerungs-Mehrwegsignalen von Mischungsregler 22 verarbeitet, um übermäßige Mehrwegbedingungen zu detektieren, welche durch Proportionalmischung möglicherweise nicht vollständig entfernt werden (z.B. wenn beide Diversitätssignale gleichzeitig Verzerrung durch Mehrwegübertragung erfahren). Indem man Stereotrennung vermindert, oder indem man hohe Frequenzen in dem Tonsignal abrollt, kann das mit Verzerrung durch Mehrwegübertragung in Zusammenhang stehende Spucken und Knallen maskiert werden.
Den Fachleuten wird offensichtlich sein, daß Mischungsregler 22 unter Verwendung der oben erklärten Logik alternativ innerhalb des Mikrocontrollers implementiert sein könnte.

15, 16: Tuner
21: Stereodecoder
22: Mischregler
23: RDS-Demodulierer

Claims

Ein Proportionaldiversitäts-Radiosystem für ein mobiles Fahrzeug, das erste und zweite Raumdiversitätsantennen (12, 13) aufweist, welches umfaßt: einen ersten Tuner (15), um mit einer dieser Antennen zu verbinden, wobei dieser Tuner ein erstes Tunerausgabesignal in Reaktion auf ein Sendesignal bei einer ausgewählten Sendefrequenz erzeugt, und dieser erste Tuner (15) ein erstes Signalstärkesignal erzeugt; einen zweiten Tuner (16), um mit der anderen dieser Antennen zu verbinden, wobei dieser zweite Tuner (16) ein zweites Tunerausgabesignal in Reaktion auf dieses Sendesignal bei dieser ausgewählten Sendefrequenz erzeugt, und dieser zweite Tuner ein zweites Signalstärkesignal erzeugt; und einen Proportionalmischer (18, 19, 20), der diese ersten und zweiten Tunerausgabesignale mischt, um ein erstes gemischtes Tunerausgabesignal zu erzeugen, wobei diese ersten und zweiten Tunerausgabesignale in Reaktion auf erste und zweite Mischregelsignale proportional zu diesem gemischten Tunerausgabesignal beitragen; dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischerregler (22) Mehrwegeverzerrung in jedem dieser ersten und zweiten Tunerausgabesignale detektiert, die durch Langzeitverzögerungs-Mehrwegebedingungen verursacht sind; wobei dieser Mischerregler (22) diese Mischregelsignale erzeugt, indem er diese ersten und zweiten Signalstärkesignale mit der detektierten Mehrwegeverzerrung jeweils in den ersten und zweiten Tunerausgabesignalen kombiniert.
Ein System wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem dieser Mischerregler (22) erste und zweite Störungsdetektoren umfaßt, um diese Verzerrung durch Mehrwegübertragung zu detektieren und erste und zweite Störungssignale zu erzeugen; wobei jeder Störungsdetektor einen jeweiligen Störungs-Bandpaßfilter (32, 33) und einen Gleichrichter (34, 35) einschließt.
Ein System wie in Anspruch 2 beansprucht, in dem dieses Mischregelsignal einen relativen Anteil jedes Tunersignals in direkter Beziehung zu seinem jeweiligen Signalstärkesignal und in umgekehrter Beziehung zu seinem jeweiligen Störungssignal erzeugt.
Ein System wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem die ersten und zweiten Tuner-Ausgabesignale aus demodulierten FM-Multiplexsignalen bestehen, und in dem dieses System weiterhin einen an diesen Proportionalmischer (18, 19, 20) gekoppelten Stereodecoder (21) umfaßt, der den Stereoinhalt dieses Mischertuner-Ausgabesignals entschlüsselt.
Ein System wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem dieses mobile Fahrzeug eine dritte mit Abstand angeordnete Diversitätsantenne (25) aufweist; wobei dieses System weiterhin einen dritten Tuner (26) zum Anschluß an diese dritte mit Abstand angeordnete Diversitätsantenne (25) umfaßt; und wobei dieser dritte Tuner (26) ein drittes Tuner-Ausgabesignal zu dem Proportionalmischer (18, 19, 20, 27) und ein drittes Signalstärkesignal zu diesem Mischregler (22) liefert.
Ein Verfahren Radiosignale von Raumdiversitätsantennen in einem mobilen Fahrzeug proportional zu mischen, das die Schritte umfaßt: Erzeugen eines ersten Tuner-Ausgabesignals in Reaktion auf ein Sendesignal bei einer ausgewählten Sendefrequenz, empfangen an einer ersten Raumdiversitätsantenne; Erzeugen eines ersten Signalstärkesignals, entsprechend dieser ersten Raumdiversitätsantenne; Erzeugen eines zweiten Tuner-Ausgabesignals in Reaktion auf dieses Sendesignal bei dieser ausgewählten Sendefrequenz, empfangen an einer zweiten Raumdiversitätsantenne; Erzeugen eines zweiten Signalstärkesignals; entsprechend dieser zweiten Raumdiversitätsantenne; und proportionales Mischen dieser ersten und zweiten Tuner-Ausgabesignale, um ein gemischtes Tuner-Ausgabesignal zu erzeugen, wobei diese ersten und zweiten Tuner-Ausgabesignale in Reaktion auf erste und zweite Mischregelsignale proportional zu diesem gemischten Tuner-Ausgabesignal beitragen; gekennzeichnet durch: Detektieren einer Verzerrung durch Mehrwegübertragung, verursacht durch Langzeitverzögerungs-Mehrwegbedingungen, in jedem dieser ersten und zweiten Tuner-Ausgabesignale; und Erzeugen des Mischregelsignals durch Mischen dieses ersten und zweiten Signalstärkesignals jeweils mit der detektierten Verzerrung durch Mehrwegübertragung in den ersten und zweiten Tuner-Ausgabesignalen.
Ein Verfahren wie in Anspruch 6 beansprucht, in dem dieser Schritt des Detektierens der Verzerrung durch Mehrwegübertragung besteht aus: Bandpaß-Filterung jedes der ersten und zweiten Tuner-Ausgabesignale über einen Frequenzbereich oberhalb von ursprünglich in diesem Radiosignal gesendeten Frequenzen, um jeweils erste und zweite Störungssignale zu erzeugen; und Gleichrichten dieser ersten und zweiten Störungssignale.
Ein Verfahren wie in Anspruch 7 beansprucht, in dem diese gemischte Tunerausgabe einen relativen Anteil jedes Tunersignals in direkter Beziehung zu seinem jeweiligen Signalstärkesignal und in umgekehrter Beziehung zu seinem jeweiligen Störungssignal einschließt.