FI88089B - Fm-mottagare med foerbaettrat gensvar pao foer rayleigh-faedning utsatta mottagna signaler - Google Patents

Description

1 88089 FM-vastaanotin, jolla on parempi vaste Rayleigh-huojunnasta kärsiville vastaanotetuille signaaleille

Keksinnön taustaa 5 Tämä keksintö liittyy parannukseen taajuusmoduloi- duissa (FiM) vastaanottimissa ja tarkemmin, on suunnattu audioäänilaadun parantamiseen vähentämällä kuuluvien napsahdusten voimakkuutta, jotka esiintyvät tulosignaalin minimien aikana Rayleigh-huojunnasta kärsivien vastaan-10 otettujen signaalien vuoksi.

Keksinnön arvioimiseksi Rayleigh-huojuvan signaalin käsite tulisi ymmärtää. Rayleigh huojuminen viittaa vastaanotetun signaalin voimakkuuden ja/tai vaiheen nopeaan vaihteluun. Rayleigh-huojuva signaali on kuunteli-15 jalle kaikkein epämiellyttävin kun huojunnan voimakkuus on tarpeeksi suuri aiheuttaakseen melkoisen hetkellisen laskun signaali-kohina -suhteessa. Tämän seurauksena kuuntelija kuulee epämiellyttävän äänipurskeen eli "napsahduksen". Tavallinen esimerkki Rayleigh-huojunnasta esiin-20 tyy, kun matkaradiopuhelimen käyttäjä kulkee moottori- »· « : tietä pitkin ja ottaa vastaan signaalia, jossa on nopei- ♦ '·· ta ja kohtalaisen suuria kentän voimakkuuden vaihteluja.

Tällaisia vaihteluja voivat aiheuttaa ajoneuvon kulkemi-”· nen verrattain lähellä olevien kohteitten, kuten puhe- 25 linpylväät tai rakennukset, ohi, mistä aiheutuu ajoneu-von antennissa kentän voimakkuuden vaihteluja.

Rayleigh-huojunnasta aiheutuvat ei-toivotut audio-vasteet tulevat yhä epämiellyttävimmiksi kun lähetetyn poikkeaman huippuarvo pienenee ja kantoaallon taajuus 30 kasvaa. Poikkeama on tekijää määrättäessä signaali-kohina -suhdetta. Annetun audiolähtötason saavuttamiseksi vaa-ditaan järjestelmässä, jossa on pienempi huippupoikkeama, enemmän audiovahvistusta. Koska tämä suurempi vahvistus .*··_ vahvistaa myös ei-toivottua äänipursketta, napsahdus on 35 pienemmän poikkeaman järjestelmässä voimakkaampi verrat-tuna haluttuun audiosignaaliin ja on näin ollen epämiel- 2 88089 lyttävämpi. Koska aallonpituus pienenee taajuuden kasvaessa, suurempi määrä signaalin voimakkuuden nollakohtia on olemassa ja tulee vastaan korkeammilla taajuuksilla toimivalla matkaradiopuhelimella. Näin ollen, korkeam-5 millä taajuuksilla on todennäköisesti useammin audionap-sahduksia.

Koska käytettävissä oleva taajuuskaista on rajallinen ja jatkuvasti esiintyy lisääntyvää tarvetta langattomille kommunikaatiokanaville, on ilmeistä, että halu-10 taan hyödyntää jo käytettävissä olevat kommunikaatio-kanavat paremmin. Eräs tapa lisätä käytettävissä olevia kanavia on jakaa nykyiset kanavakaistanleveydet ja ottaa käyttöön kapeampi kaistaiset kanavat. Esimerkiksi, jos olemassa oleva 25 kHz kanava jaettaisiin kahtia, saatai-15 siin kaksi 12,5 kHz kanavaa. Ilmeisestikin, kapeammat kanavat edellyttävät, että lähetettävät signaalit vievät vähemmän kaistanleveyttä. Pienentämällä FM-järjestelmässä huippupoikkeamaa 5 kHzsstä 2,5 kHz:iin voidaan yhdellä tavalla pienentää lähetetyn signaalin kaistanleveyttä kom-20 munikaatiokanavien luomiseksi lisää. Uusia kommunikaatio-kanavia alkaa olla saatavilla korkeammilla taajuuksilla. Näin ollen, koska todennäköisesti tulee olemaan pienen : poikkeaman järjestelmiä, jotka toimivat korkeammilla taajuuksilla, Rayleigh-huojuntaan liittyvä audionapsah-25 dusongelma nousee merkittäväksi ongelmaksi.

Keksinnön yhteenveto *’ Tämän keksinnön päämäärä on minimoida FM-vastaan- ottimessa Rayleigh-huojuvaan signaaliin liittyvät ääni-purskeongelmat.

30 Keksintö erityisen, muttei ainoastaan, sopiva : minimoimaan Rayleigh-huojunnasta aiheutuvia ääninapsah- : duksia FM-järjestelmässä, joka käyttää alle 5 kHz:n huip pupoikkeamaa.

Esillä oleva keksintö minimoi Rayleigh-generoitu-’ 35 neita ääninapsahduksi käyttämällä ohjattavaa vaimenninta sarjassa audiolähdön kanssa, toisin sanoen taajuusmodu- 3 88089 loidun aallon ilmaisimen ja kaiuttimen välissä. Vaimennuksen määrää ohjaa ohjaussignaali, joka vastaa vastaanotetun signaalin voimakkuutta signaalitasoilla, jotka ovat annetun leikkaustason alapuolella ja on vakio, kun 5 vastaanotetun signaalin voimakkuus on annetun leikkaus-tason yläpuolella. Merkittävät Rayleigh-huojunnat aiheuttavat ohjaussignaalin amplitudin painumisen leikkaus-tason alapuolelle. Tämä aiheuttaa vaimentumismäärän lisäyksen, koska vastaanotetun signaalin amplitudi painuu 10 leikkaustason alapuolelle. Lisääntynyt vaimennus aiheuttaa pienemmän audiolähdön ja täten hiljentää huojunnan aikana syntyneen napsahduksen voimakkuuden. Sopiva valinta leikkaustasoksi on todettu olevan 5 - 20 dB vastaanotetun signaalin keskimääräisen voimakkuuden alapuolella. 15 Ohjaussignaaliin kuuluu mieluusti toinen komponent- tisignaali, jota käytetään vain olosuhteissa, joissa vastaanotettujen signaalien signaali-kohina -suhteet ovat alhaiset. Tämä komponenttisignaali saadaan ilmaisemalla huiput vain vahvistetun IF-signaalin tai aallon ilmai-20 simen lähtösignaalin suurtaajuussignaalikomponenteista, : *" jotka vastaavat höiriötä, jolloin huipun ilmaisu ei ta- • * : *·· pahdu halutuilla audiotaajuuksilla. Koska tällaisten ‘«f suurten taajuuksien voimakkuus on pieni lukuunottamatta *:· kynnyssignaalitilaa, ohjaussignaalin lisäkomponentti ei :Y; 25 normaalisti vaikuta paitsi kynnystiloissa, joissa se lisää .V. ohjaussignaalia ja antaa näin ollen lisävaimennusta vai- mentimessa. On todettu, että tämä lisävaimennus vaikuttaa rajasignaalien selvyyteen kynnystiloissa pienentämällä kuuluvaa häiriösisältöä.

30 Piirrosten lyhyt kuvaus

Piirrosten eri kuvissa käytetyt samat viitenumerot tarkoittavat samoja elimiä.

;·:·. Kuvio 1 on lohkokaavio, joka esittää esillä olevan .···. keksinnön mukaista parannettua FM-vastaanotinta.

• · 35 Kuvio 2 on lohkokaavio esillä olevan keksinnön mu- kaisen parannetun vastaanottimen vaihtoehtoisesta toteu-tuksesta.

4 88089

Kuvio 3 käyrä, joka esittää keskimääräistä ääni-kohina -suhdetta kantoaaltotasoon nähden FM-vastaanot-timessa, joka käyttää esillä olevan keksinnön käsitteitä ja tavanomaisessa FM-vastaanottimessa.

5 Kuvio 4 on käyrä, joka esittää leikkaajan lähtöä ja kuvion 1 toteutuksen signaalivoimakkuutta toisiinsa nähden.

Kuvio 5 on käyrä, joka esittää vaimennus-määrää, joka saadaan vasteena signaalivoimakkuudelle kuvioiden 10 1 ja 2 toteutuksissa.

Kuvio 6 on käyrä, joka esittää leikkaajan lähtöä ja kuvion 2 toteutuksen signaalivoimakkuutta toisiinsa nähden.

Kuvio 7 on lohkokaavio esillä olevan keksinnön 15 toisesta toteutuksesta, joka käyttää vastaanotetun signaalin voimakkuuden ilmaisu (RSSI) -signaalia.

Kuvio 8 on käyrä, joka esittää kuvion 7 toteutukseen liittyviä aaltomuotoja.

Kuvio 9 on kaavamainen piirros, joka esittää va-20 littuja osia kuviossa 7 esitetystä keksinnöstä.

• : Kuvio 10 esittää log-lineaari -muunninta, jota käytetään keksinnön kuvion 7 mukaisessa muunnellussa to-. : teutuksessa.

Kuvio 11 on lohkokaavio FM-lähettimestä, jossa 25 käytetään kompandointia.

Kuvio 12 esittää FM-vastaanotinta kompandoidun signaalin vastaanottamiseksi.

Kuvio 13 on osittainen lohkokaavio kompandoidun signaalin vastaanottamiseen käyvästä vastaanottimesta, 30 jossa on esillä olevan keksinnön mukainen kohinan vai-: mennus.

Yksityiskohtainen kuvaus

Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön mukaista parannettua FM-vastaanotinta. Antenni 10 kytkee signaa-35 lit kaistanpäästösuodattimeen 12, joka kytkee suodatetut signaalit sekoittimeen 14. Paikallisoskillaattorin 5 88089 16 lähtö muodostaa sekoittimen 14 toisen tulon, jonka se-koittimen lähtö on kytketty kaistanpäästösuodattimen 18 kautta IF-vahvistimeen 20. Vahvistimen 20 vahvistusta ohjataan tulon 22 avulla. Vahvistimen 20 lähtö on kytketty 5 kaistanpäästösuodattimen 24 kautta vahvistimeen 25, joka edelleen vahvistaa ja rajoittaa signaalia ennen kuin se kytketään aallon ilmaisimeen 26. Prosessoimatonta kanta-kaistan audiolähtöä 28 aallon ilmaisimesta voidaan käyttää antamaan kohinasignaali tavanomaiseen salpapiiriin 10 tai lähtö digitaaliseen signaalidemodulaattoriin ja se myös muodostaa vaimentimen 30 tulon. Vaimentimen lähtö antaa äänilähdön, joka voidaan kytkeä kaiuttimeen 32.

Alaa tunteville on ilmeistä, että vaimentimen lähtöä voidaan myös vahvistaa vahvistimessa (ei kuvassa) ennemmin 15 kuin että se ohjaa suoraan kaiutinta 32.

Kaistanpäästösuodattimen 24 lähtö on myös kytketty vahvistimeen 34, jonka vahvistusta voidaan mieluusti säätää tulon 36 avulla. Vahvistimen 34 lähtö on kytketty lineaariseen verhokäyrän ilmaisimeen 38, joka ilmaisee 20 tulosignaalinsa huippuvoimakkuuden. Ilmaisimen lähtö 40 | on kytketty alipäästösuodattimeen 42, jonka lähtö on kyt- ketty vahvistimiin 44 ja 46. Nämä vahvistimet toimivat komparaattoreina ja antavat lähdöt, kun alipäästösuodat- timen 42 lähtö ylittää vastaavasti VRl ja VR2. Vahvisti- 25 men 46 lähtö toimii tulona 36 vahvistimen 34 vahvistuk- ‘ l sen säädölle. Vahvistimen 44 lähtö muodostaa 22 vahvisti- « * · ' · men 20 vahvistuksen säädölle.

Verhokäyrän ilmaisimen 38 lähtö 40 on myös kytketty leikkaajaan 48, jolla on valittu leikkaustaso, jolla 30 leikkaus alkaa, joten sen lähtö, joka on kytketty sum-: mausverkkoon 50, on rajattu ennaltamäärättyyn arvoon : vaikka tulo jatkaisikin kasvuaan. Lähtö 40 on myös kyt- y..‘ ketty ylipäästösuodattimeen 52, joka ylipäästösuodattaa signaalin ja kytkee sen vahvistimeen 54, joka vahvistaa ;*. 35 signaalin ja antaa verhokäyrän ilmaisimen 56 tulon. II- ·*.·*: maisin ilmaisee vahvistimesta 54 tulevan signaalin voi- 6 88089 makkuuden huippuverhokäyrän. Ilmaisimen lähtö tasoitetaan alipäästösuodattimella 58, joka voi muodostua RC-aikavakiopiiristä, jonka lähtö on kytketty summausverkon 50 tuloksi. Summausverkon 50 lähtö antaa tulon vaimennin-5 asteelle 60, joka vaimentaa audiosignaalin voimakkuutta verkosta 50 saatavan ohjaussignaalin mukaan. Asteen 60 lähtö on kytketty vaimenninasteen 62 tuloon, jonka vai-menninasteen vaimennusta myöskin ohjataan leikkaajasta 48 saatavan tulon mukaan. Asteen 62 lähtö muodostuu audio-10 lähdöstä.

Alaa tunteville on ilmeistä, että elimet 10 - 28 ovat standardimaisia FM-vastaanotinpiirejä paitsi että vahvistimeen 20 liittyvää IF-vahvistusta säädetään automaattisella vahvistuksen ohjauspiirillä (AGC). AGC-piiri 15 muodostuu elimistä 34, 38, 42, 44, 46 ja 20. AGC-piirin tarkoituksena on ohjata vahvistimien 34 ja 20 vahvistusta vahvistimien 46 ja 44 lähdön avulla vahvistimien 34 ja 20 pitämiseksi toimimassa lineaarisella alueella kaikilla tulosignaalin voimakkuuksilla.

20 Kuvio 4 esittää leikkaajan 48 siirto-ominaisuuksia kiinteällä viivalla 66. Vastekäyrässä 66 on niin kutsut- tu "polvi" siten, että leikkaajan lähtö on vakiotasolla . : tulosignaalitasoilla, jotka ovat suurempia kuin polvea vastaava taso.

I 25 Leikkaajan 48 suorittama leikkaustoiminto on tär- ‘ keä esillä olevalle keksinnölle. Kuviossa 4 numerolla 70 merkitty kohta edustaa leikkaajan toimintapistettä ensisijaiselle ennaltamäärätylle rajoitustasolle kuten 15 dB. Alipäästösuodattimeen 42 liittyvä aikavakio on sellainen, 30 että AGC-ohjaussignaalit 22 ja 36 eivät reagoi tarpeeksi : nopeasti seuratakseen tyypillistä Rayleign-huojuntaa.

AGC:n tarkoituksena on seurata keskimääräistä tulosig-naalivoimakkuutta ja täten ohjata hitaasti vaihtuvien signaalitilojcn vahvistusta, jotka signaalitilat ovat kes-35 töitään paljon pitempiä kuin Rayleigh-huojunnat. Näin : ollen suodattimeen 42 liittyvä aikavakio voisi olla luok- 7 88089 kaa yksi sekunti UHF-radiojärjestelmissä, joissa Rayleigh-huojuntojen aikakestot ovat luokkaa muutama millisekunti. Kuviossa 4 esitetyn toimintapisteen merkitys on, että merkittävän suuruinen Rayleig-huojunta aiheutta leikkaajan 5 lähdön painumisen polven 68 alapuolelle osaksi huojunnan kestoaikaa ja täten lisää vaimentimen 30 vaimennusta tänä ajan hetkenä.

Kuvio 5 esittää vaimentimen 30 antamaa vaimennusta leikkaajan 48 lähdön funktiona. Kukin vaimenninaste voi 10 muodostua operaatiotranskonduktanssivahvistimesta kuten CA3280E. Käyrä 72 esittää, että vaimennusominaisuuksissa on polvi 74, joka vastaa polvea 68. Leikkaajan tuloilla, jotka ovat suurempia kuin polven 74 taso, vaimennus on vakio. Leikkaajien polven 74 alapuolella olevilla lähdöil-15 lä vaimennus on kääntäen verrannollinen leikkaajan lähdön neliöön, toisin sanoen, vaimennus kasvaa nopeammin kuin lineaarisesti leikkaajan lähdön pienentyessä. Tämä ominaisuus johtuu kahdesta kaskadissa olevasta vaimenninas-teesta 60 ja 62, joidenka kummankin vaimennusta ohjataan 20 leikkaajan lähdön mukaan. Kuvion 4 toimintapiste 70 vastaa kuvion 5 toimintapistettä 76. Täten, kun huojunnan aikana toimintapiste liikkuu käyrällä 66 polven 68 alapuoli lelle ja käyrällä 72 vasemmalle polvesta 72, on ilmeistä, . että saadaan lisääntyvä vaimennus, joka hiljentää eli vä- " 25 hentää audiovahvistusta, jolloin Ravleigh-huojuntaa vastaa- ** * vat äänipurskeet eli napsahdukset minimoituvat.

'·'·* Mikäli vaimentimessa 30 olisi ainoastaan yksi vai- mennusaste, vaimennusominaisuudet vasemmalle polvesta 74 olisivat lineaariset. Kun tällainen yhden asteen vaimen-30 nin antaisi audiovähennyksen Ravleigh-huojunnan aikana, suuremmalla kuin lineaarisella tavalla lisääntyvä vaimen-nus antaa suuremman hiljennyksen. Alaa tunteville on il-meistä, että useampaa kuin kahta vaimenninastetta tai • vaimenninta, joilla on säädettävät siirto-ominaisuudet, *’ 35 käyttämällä saataisiin vieläkin suurempi vaimennusnopeus ·...* annetun polven alapuolella. Kuitenkin on ymmärrettävä, 8 88089 että täydellinen audiohiljeneminen huojunnan aikana saattaa kuulijasta olla yhtä epämiellyttävää kuin äänipurske. Näin ollen voidaan paras vaimennusnopeus valita empiirisellä määrityksellä, joka perustuu audiolähdön subjektii-5 viseen arvioimiseen.

Kapean poikkeaman FM-järjestelmissä, ts. alle 5 kHz:n huippupoikkeamilla on toivottavaa kynnys- eli alhaisen signaali-kohina -suhteen tiloissa suorittaa lisä-vaimennusta. Elementit 52 - 58 muodostavat toteutuksen, 10 jolla tämä toiminto suoritetaan. Ylipäästösuodatin 52 päästää suurtaajuisen eli kohinasisällön, joka on audioalueen yläpuolella, joka vahvistetaan vahvistimessa 54 ennen huipun ilmaisua ilmaisimessa 56. On huomattava, että suurtaajuista kohinaa esiintyy yhä enenevissä määrin kynnysti-15 lojen lähellä. Aikavakio 58 valitaan ensisijaisesti olemaan luokkaa muutama millisekunti, jolloin voidaan seurata nopeita vaihteluita kohinasisältöön nähden. Vaimennus saadaan vaimenninasteella 60. Tämän tyyppinen vaimennus toimii hyvin alhaisen tason vastaanotetuille signaaleille, 20 kuten noin 12 dB SINAD tai alle, koska kohtalaisilla tai voimakkailla signaalitasoilla on vähän suurtaajuista ko-hinasisältöä. Tämä lisää kuulijan kykyä yrittää ymmärtää matalatasoisia signaaleja antamalla audiovaimennuksen, : joka seuraa keksimääräiseen signaalitasoon nähden nopeas- .* 25 ti muuttuvia kohinatasoja.

; Kuvio 3 on käyrä, joka visuaalisesti havainnollis taa esillä olevalla keksinnöllä saavutettua parannettua audiovastetta Rayleigh-huojuville vastaanotetuille signaaleille. Käyrä esittää keskimääräisen ääni-kohina -suh-30 teen suhteelliseen kantoaaltotasoon nähden tavanomaisessa täysin rajoittavassa FM-vastaanottimessa, käyrä 78, ja FM-vastaanottimessa, joka käyttää esillä olevan keksinnön käsitteitä, käyrä 80. Käyrän 78 polvi esiintyy keskimää-räisellä ääni-kohina suhteella noin 20 ja suhteellisella 35 kantoaaltotasolla noin 22 dB. Käyrän 80 polvi esiintyy hieman keskimääräisen äänikohina -suhteen 36 dB yläpuo- 9 88089 lella ja suhteellisella kantoaaltotasolla noin 35 dB. Suhteellisilla kantoaaltotasoilla noin 15 dB ja vähemmän, esillä olevan keksinnön mukaisen vastaanottimen ääni-kohina -suhde on noin 8 parempi kuin tavanomaisen vastaan-5 ottimen. Suhteellisilla kantoaaltotasoilla 40 dB ja enemmän, esillä olevan keksinnön mukaisen vastaanottimen ääni-kohina -suhde on noin 16 dB suurempi kuin tavanomaisen radion.

Kuvion 3 käyrät esittävät 2,5 kHz:n huippupoikkeama 10 vastaanotinta mitattuna 1,5 kHz:n huippupoikkeamalla 1 kHz:n audioäänimodulaatiolla. Simuloitua Rayleigh-huo-juntaa, jonka maksimi Doppler-taajuus on noin 54 Hz, käytettiin simuloimaan huojumista, jonka voisi kokoa ajoneuvo, joka liikkuu noin 40 mailia Lunninsa ja oltua vns-15 taan signaalia taajuudella 900 MHz.

Kuviossa 3 esitettyjen käyrien tarkoituksena on ainoastaan antaa visuaalinen esitys esillä olevan keksinnön hyväksi käytöllä saatavasta parantuneesta audiovas-teesta. Vaikka kuvio 3 esittääkin esillä olevan keksinnön 20 etuja, on vaikeata täysin esittää esillä olevan keksinnön avulla saavutettavaa audiolaadun ja kuuntelumukavuuden subjektiivista paranemista pelkästään visuaalisesti.

Kuvio 3 esittää FM-vastaanotinta, jossa esillä ole-: van keksinnön käsite on toimeenpantu erilaisessa toteu- 25 tuksessa. On huomattava, että monet samat kuviossa 1 esitetyistä elimistä esiintyvät myös kuviossa 2 esitetyssä kaaviossa.

Kuvion 2 toteutus esittää, että tavanomaiseen FM-vastaanottimeen voidaan lisätä lisäpiiri 82 esillä ole-30 van keksinnön parantuneiden tulosten saavuttamiseksi. Kuviossa 1 esitettyjen kahden asteen 60 ja 62 sijasta ;Y: käytetään yhtä vaimenninastetta 84. Lineaarisen ilmaisi- men 38 sijasta käytetään neliölakia noudattavaa ilmai-sinta 86. Ilmaisimella 86 on neliölain mukaiset siirto-‘ 35 ominaisuudet lineaarisen siirtofunktion sijasta. Esimer- kiksi, sopivalla esi jännitteellä varustettua diodia voi- ίο 88089 daan käyttää ilmaisimena 86. Ilmaisimen 86 yleinen tarkoitus on samanlainen kuin ilmaisimen 38, toisin sanoen, se seuraa vahvistetun tulosignaalin huippuvoimakkuusver-hokäyrää paitsi että sillä on neliölain mukainen siirto-5 funktio.

Kuvio 6 esittää piirin 82 toteutuksen leikkaajan 48 lähtöä signaalivoimakkuuteen nähden. On huomattava, että käyrällä 90 olevan polven 88 alapuolella vaste on neliölain mukainen vaste, joka edustaa ilmaisimen 86 10 lähtöä. Polvea 88 vastaavan leikkaajan tulojännitteen yläpuolella leikkaajan lähtö on vakio. Käyrällä 90 esitetty piste 92 edustaa toimintaa ensisijaisella leikkaus-tasolla, kuten 15 dB leikkausta. Rayleigh-huojunnan aikana, jolloin vastaanotetun signaalin voimakkuus hetkelli-15 sesti tulee pinemmäksi kuin leikkaustaso, leikkaajan lähtö pienenee. Vaimenninaste 84 vastaa tähän tasonmuu-tokseen lisäämällä vaimennusta, jolloin audiovahvistus pienenee Rayleigh-huojunnan aikana ja epämiellyttävä äänipurske minimoituu. Kohtalaisilla ja voimakkailla sig-20 naalitasotiloilla kuviossa 2 esitetty vastaanotin toimii oleellisesti samalla tavoin kuin kuviossa 1 esitetty vas-taanotin. Tässä toteutuksessa ilmaisin 86 antaa neliölain mukaiset ominaisuudet kuviossa 1 esitettyjen kahden kas-; kadiin kytketyn vaimenninasteen 60 ja 62 sijasta. Vaikka 25 kuvion 2 vastaanottimessa ei olekaan lisäaudiohiljennystä ; kynnyksen lähellä vastaanotetuille matalatasoisille sig- ;* naaleille, on ilmeistä, että elimiä 50, 52, 54, 56 ja 58 myös voidaan käyttää kuvion 2 toteutuksen kanssa.

Alipäästösuodatin 42 ja vahvistimet 46 ja 44 muo-30 dostavat AGC-signaalit, jotka kytketään vahvistimien 34 ja 20 tuloihin 36 ja 22 vahvistimien pitämiseksi lineaa-risella alueella erilaisilla keskimääräisillä tulosig-naalitasoilla. Tähän AGC-toimintaan liittyvä aikavakio on oleellisesti pitempi kuin Rayleigh-huojunnan kesto, ku-35 ten noin 1 sekunti.

11 88089

Kuvio 7 esittää esillä olevan keksinnön toista toteutusta käytettynä tavanomaisen FM-vastaanottimen kanssa. Aallon ilmaisin 26, vaimennin 30 ja kaiutin 32 toimivat samalla tavoin kuin edellä kuvattu kuviossa 1 esitetyn 5 toteutuksen yhteydessä.

Vastaanotetun signaalin voimakkuuden ilmaisu (RSSI) -signaali saadaan liittimessä 100 ja se kytketään kondensaattorin 102 kautta säädettävän kynnyksen leikkaajaan 104. RSSI-signaalien synnyttäminen on hyvin tunnettua. Esimer-10 kiksi FM-vastaanottimet, joita käytetään solukkomatkara-diopuhelimissa, synnyttävät RSSI-signaalin. RSSI-signaali on ensisijaisesti verrannollinen vastaanotetun signaalin voimakkuuden matemaattisen logaritmiin suurten signaalita-son muutosten kompressoimiseksi pienemmäksi RSSI-signaali-15 alueeksi.

DC-esijännite VR3 summataan AC-kytketyn RSSI-sig-naalin kanssa vastuksen 106 kautta. Jännitteen VR3 suuruus asetaa kynnystason, jolla leikkaaja 104 alkaa leikata. Vastuksen 106 ja kondensaattorin 102 RC-aikavakio vali-20 taan niin, että ainoastaan RSSI-signaalissa heijastuvat verrattain nopeat Rayleigh-huojunnat kytkeytyvät leikkaa-jaan 104. Leikkaajan 104 toimintaa kuvataan lisää jäljempänä.

. Piiri 108 vastaanottaa signaalikohinalähteen liit- ' 25 timessä 110 ja antaa lähtösignaalijännitteen VN, joka on verrannollinen vastaanotetun kohinan amplitudiin. Pro- *·'- sessoimatonta audiolähtöä 28 aallonilmaisimesta 26 voi- • · daan käyttää kohinalähteenä. Piiriin 108 kuuluu ylipääs-tösuodatin 112, verhokäyrän ilmaisin 114, alipäästösuoda-30 tin 118 ja vahvistin 116. Verhokäyrän ilmaisimen ja vahvistimen esijännite on vertailujännite VR4. Ylipäästösuo-• datin 112 suodattaa pois audiotaajuudot ja päästää kor- ·.·. keammat taajuudet. Näille korkeammille taajuuksille suo- •· ritetaan verhokäyrän eli amplitudin ilmaisu ilmaisimessa ' 35 114, jonka lähtö alipäästösuodatetaan suodattimessa 118 *...· ja vahvistetaan 116:ssa. Jännite VR4 muodostaa vertailu- i2 88089 kohdan, joka vastaa voimakkuutta, jolla kohinasignaalit ilmaistaan ja vahvistetaan ilmaisimessa 114 ja vahvistimessa 116. Piirin 108 lähtö VN saadaan ainoastaan alhaisten signaali-kohina tilojen aikana. Lähdön VN tarkoi-5 tuksena on antaa audiolähdön lisävaimennusta heikkojen signaalitasojen aikana. Tämä toiminta saa aikaan miellyt-tävämmän audiolähdön kun audioviesti heikkenee kohina-tasoon nähden.

Kuvio 8 on yhdistetty kaavio, joka esittää kolme 10 aaltomuotoa: vertailu DC-taso VR3, aaltomuoto 120, joka vastaa RSSI:n määrittämää vastaanotetun signaalin voimakkuutta, ja aaltomuoto VC (kiinteä viiva) leikkaajasta 104, joka säätää vaimentimen 30 antaman vaimennuksen määrää. On ymmärrettävä, että aaltomuodon VC menee aaltomuo-15 don 120 osien päälle. Aaltomuodon 120 osat, jotka sattuvat signaalin VC kanssa päällekkäin esittävät Rayleigh-huojunnan nollakohtia, joiden voimakkuus on riittävä saamaan vaimennin 30 antamaan vaimennus. Esijännite VR3 valitaan ensisijaisesti niin, että Rayleigh-huojunnat, 20 joidenka taso on 5 - 20 dB alle keskimääräisen vastaanotetun signaalin voimakkuuden, aiheuttavat audiolähdön vaimennuksen. Voimakkuus, jolla vaimennus saadaan on esitetty graafisesti kuviossa 8. Aaltomuodon VC yläpuo-: lella oleva aaltomuodon 120 osa edustaa vaimennuskynnyk- .* 25 sen yläpuolella olevia signaalitasoja; kynnys vastaa ; aaltomuodon VC vaakasuoraa osaa.

;* Kuvion 9 kaavamainen esitys havainnolistaa piirin 108 ja leikkaajan 104 erityistä toteutusta. Vahvistimet 122 ja 124 ja niihin liittyvät kondensaattorit ja vas-30 tukset muodostavat ylipäästösuodattimen 112. Vahvistin 126 ja diodi 128 muodostavat verhokäyrän ilmaisimen 114; vas-tus 130 ja kondensaattori 132 muodostavat alipäästösuodat-timen 118.

Säädettävä leikkaajapiiri 104 muodostuu vahvisti-35 mesta 134, jonka lähtö leikataan diodilla 136. Ohjaussignaali VN summataan vastuksen 138 kautta lähdön VC kanssa i3 88089 antamaan lisävaimennusta alhaisten signaalitasojen tilojen aikana.

Tavanomainen FM-vastaanotin voi sisältää esillä olevan keksinnön toteutuksen, kuvion 7-9, ilman että 5 muihin vastaanottimen piireihin tulee muutoksia. Esimerkiksi, välitaajuusvahvistimiin ei edellytetä automaattista vahvistuksen säätöä. Täten esillä olevan keksinnön toteutus voidaan helposti lisätä olemassa oleviin FM-vas-taanottimiin.

10 Ensisijaisena pidetään, että kuviossa 7 esitetys sä toteutuksessa vaimentimella 30 on samat vaimennusomi-naisuudet kuin edellä kuvattu. Toisin sanoen, vastaanotetun signaalin pudotessa alle ennaltamäärätyn kynnyksen saatu vaimennus on mieluusti enemmän kuin 1 dB vaimennus-15 ta pienentyneen signaalin voimakkuuden yhtä dB:tä kohden; kahden dB:n lisäys vaimennuksessa yhden dB:n häviötä kohden signaalivoimakkuudessa on osoittautunut tyydyttäväksi. Kahden vaimenninasteen 60 ja 62 ollessa sarjassa, signaali VC, joka vastaa vastaanotetun signaalivoimakkuu-20 den lineaarista muutosta, antaisi 2:1 vaimennusmuutoksen olettaen, että kumpikin vaimenninaste antaa yhden dB:n : ‘l vaimennusta. Kuitenkin jos RSSI-signaali vastaa vastaan- otetun signaalin voimakkuuden logaritmista vaihtelua, no-peus, jolla vaimennus muuttuu, vaihtelee signaalivoimak-25 kuuden mukaan. Vaimennusmuutos noin 2:1 voidaan saavut-taan RSSI:n logaritmisesta vasteesta huolimatta suorit-! ! tamalla esijännitteen VR3 sopiva valinta.

Kuva 10 esittää log-lineaari -muunninta 140, jota voidaan käyttää kuviossa 7 esitetyn esillä olevan keksin-30 nön toteutuksen kanssa kytkemällä leikkaajan 104 lähtö sen tuloon ja kytkemällä sen lähtö vaimentimeen 30. Suo-rittamalla signaalin VC muunnos logaritmisesta lineaa-: : : riseksi ja käyttämällä leikkaajaa 104 ja vaimenninta 30 j·’ lineaarisella alueella, logaritminen RSSI-signaali kom- λ. 35 pensoituu muuntimessa 140 niin, että vaimentimen 30 oh- jaussignaali on oleellisesti lineaarinen vastaanotetun i4 88089 signaalivoimakkuuteen nähden. Täten vaimennus vastaan-otentun signaalivoimakkuuden vaihtelu 2:1 (ennaltamäärä-tyn kynnyksen alapuolelle menevien huojuntojen aikana) voidaan saavuttaa tarkasti. Alaa tunteville on ilmeistä 5 myös, että muita vaimennuksen ja vastaanotetun signaalin voimakkuuden suhteita voidaan saada muuttamalla vaimenti-meen 30 vietävää ohjaussignaalia. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää ylimääräisiä sarjavaimenninasteita vaimentimien 60 ja 62 lisäksi erilaisten suhteitten saamisek-10 si.

Kuvio 11 ja 12 esittävät vastaavasti tyypillistä lähetintä ja vastaanotinta, joissa käytetään "tavukom-pandointia” parantamaan efektiivistä signaali-kohina -suhdetta. Tavukompandointia käyttävissä kommunikaatio-15 järjestelmissä äänitulosignaalin amplitudi supistetaan lähettimessä supistimella 142 ja vastaanotin käyttää laa-jenninta 144 laajentamaan vastaanotetun audioamplitudin takaisin alkuperäisiin ominaisuuksiinsa. Suuri osa kompan-doinnin ansioista saatavasta parannuksesta FM-kommunikaa-20 tiojärjestelmissä johtuu vastaanottimessa suoritettavasta laajennuksesta. Laajentimen vahvistus lisääntyy audio-verhokäyrän maksimien aikana ja pienenee audioverhokäy-rän minimien aikana. Tämä saa aikaan parannuksen keski-; määräisessä signaali-kohina -suhteessa signaalille, jolla . 25 on vaihteleva amplitudi, kuten puhe, olettaen, että ko- hinasignaalin amplitudi on toivotun vastaanotetun sig-naalin amplitudin alapuolella. Rayleigh-huojunnan aikana, jolloin syntyy äänipurske, jonka amplitudi on voimakkaampi kuin haluttu signaali, vastaanottimen laajennin pyrkii 30 seuraamaan kasvavaa kohina-amplitudia ja lisäämään kohi-nasignaalin vahvistusta. Täten tällainen huojunta toimii laajentimessa samalla tavoin kuin äänisignaali ja tuottaa ei-toivotun audiolähdön. Tämä ongelma on erityisen ilmeinen kun yritetään vastaanottaa signaalia, jolla on ver-35 rattain alhainen signaalin voimakkuus. Tällaisissa olosuhteissa Rayleigh-huojunta tuottaa FM-vastaanottimesta is 88089 kohinasignaalilähdön, jonka amplitudi on suurempi kuin toivotun signaalin. Tämä kohinasignaali saa laajentimen lisäämään vahvistusta vahvistaen näin äänipursketta ja aiheuttaen audiolähdön, joka kuulostaa pahemmalta kuin 5 järjestelmässä ilman kompandointia.

Kuviossa 13 oleva vastaanottimen osittainen lohko-kaavio esittää, että lohkon 146 edustamat esillä olevan keksinnön aikaisemmat toteutukset voidaan asettaa tavanomaisen aallon ilmaisimen 26 ja piirin 148, joka on osa 10 kompandointijärjestelmässä käytettävästä tavanomaisesta piiristä, väliin. Ei ollut välittömästi ilmeistä, että kohinanvähennyspiirin 146 yhdistäminen FM-vastaanottimeen, joka käyttää laajenninta 144, antaisi parantuneen tuloksen. Vaikka kohinanvähennyspiiri 146 vähentääkin tavan-15 omaisen vastaanottimen kohinalähtöä pienentämällä kohi-nanapsahdusten voimakkuutta, luultiin, että sen käyttö laajentimen kanssa saisi aikaan ei-toivottavan järjestelmän, jossa laajennin seuraisi kohinanvähennyspiirien huojunnan aikana tuottamaa pienentynyttä voimakkuustasoa 20 ja aiheuttaisi näin ei-toivottavia amplitudivaihteluja vastaanotettuun signaaliin.

Todellinen kohinanvähennyspiirin 146 testaus kom-pandoivassa vastaanottimessa osoitti, että kokonaisuu-; dessaan vastaanotinjärjestelmä ei toiminut edellisen 25 ennustuksen mukaisella ei-toivotulla tavalla. Aika, jona Rayleigh-huojunnan kohinanvähennyspiiri antaa audiovai-* ; mennuksen, on lyhyempi kuin laajentimeen 144 liittyvä '·*·' normaali aikavakio. Esimerkiksi, tyypillinen laajenti meen liittyvä aikavakio noin 20 millisekuntia on merkit-30 tävästi pitempi kuin tyypilliset audiohiljennyksen aikavälit, joita esillä olevan keksinnön kohinanvähennyspii-rin 146 vasteena saadaan. Näin ollen laajennin ei seu-raa lyhyitä kohinanvähennyspiirin 146 aiheuttamia audio-tason pienennyksiä ja täten laajennin ei aiheuta ei-35 toivottavia amplitudivaihteluja vastaanotetussa signaalis-*···* sa.

i6 88089

Esillä olevan keksinnön mukaisen kohinanvähennys-piirin 146 yhdistäminen kapean poikkeaman FM-järjestelmään, joka käyttää kompandointia, antaa merkittävän parannuksen vastaanotettujen audiosignaalien laadussa kai-5 kiila signaalitasoilla. Tämän yhdistelmän aiheuttama parannus on kaikkein ilmeisin verrattain alhaisilla signaalitasoilla, joilla tavanomaisilla kompandoivilla FM-vastaanottimilla on taipumus tukkeutua Rayleigh-huojunnan aikana esiintyvien äänipurskeitten aikana.

10 Vaikka keksinnön toteutukset on kuvattu ja esitet ty piirroksissa, esillä olevan keksinnön suoja-alue määritellään oheisissa vaatimuksissa.

Claims (10)

17 88089

1. Menetelmä FM-vastaanottimen audiovasteen parantamiseksi Rayleigh-huojuville vastaanotetuille signaaleille, joka muo- 5 dostuu menetelmävaiheista: vastaanotetun signaalin vahvistaminen; vahvistetun vastaanotetun signaalin rajoittaminen; rajoitetun FM-signaalin muuttaminen audiosignaaliksi; tunnettu 10 audiosignaalin vaimentamisesta niin, että oleellisesti vakiomäärä vaimennusta suoritetaan vastaanotetuille signaaleille, jotka ovat suurempia kuin vastaanotetun signaalin keskimääräistä voimakkuutta vastaavan keskimääräisen signaalin alapuolella oleva ennalta määrätty taso, ja niin, että vai-15 mennusta lisätään, kun vastaanotetun signaalin voimakkuus painuu ennalta määrätyn tason alapuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että ennalta määrätty taso on alueella 5 - 20 dB. 20

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että ennalta määrätty taso on alueella 10 - 15 dB.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että se edelleen muodostuu vastaanotetun signaalin voimakkuutta vastaavan ohjaussignaalin generoimisesta, vastaanotetun signaalin keskimääräistä voimakkuutta vastaavan keskimääräisen signaalin tuottamisesta, ohjaussignaalin leik-30 kaamisesta niin, että ohjaussignaali on oleellisesti vakio vastaanotetuille signaaleille, jotka ovat suurempia kuin keskimääräisen signaalin alapuolella oleva ennalta määrätty taso, ja niin, että ohjaussignaali painuu ennalta määrätyn tason alapuolella vastaanotetun signaalin pienentyessä, ja .3-5 audiosignaalin vaimentamisesta käänteisessä suhteessa leikattuun ohjaussignaaliin nähden. ie 8 8 0 89

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että edelleen suoritetaan lisävai-mennusta vastaanotetun signaalin audiotaajuuksien yläpuolella olevien suurtaajuuskomponenttien mukaan, jolloin vaimennus 5 suoritetaan kun vastaanotettu signaali on lähellä vastaanottimen kohinakynnystä.

6. FM-vastaanotin, jolla on parempi vaste Rayleigh-huojuville vastaanotetuille FM-signaaleille, sisältää: 10 välineet (26), joilla muutetaan vastaanotetut FM-sig- naalit amplitudeiltaan vaihteleviksi audiosignaaleiksi; tunnettu siitä, että käsittää välineet (40, 100), joilla generoidaan ensimmäinen signaali, joka on verrannollinen vastaanotettujen FM-signaalien 15 voimakkuuteen; välineet (30, 84), joilla vaimennetaan audiosignaaleja toisen signaalin mukaan; ja välineet (104), joilla generoidaan toinen signaali ensimmäisen signaalin mukaan niin, että audiosignaalit vai-20 menevät Rayleigh-huojunnan aikana, kun ensimmäinen signaali painuu ennalta määrätyn kynnyksen alapuolelle, kun ennalta määrätty kynnys on asetettu ensimmäisen signaalin keskiarvoon nähden, jolloin vastaanotetun signaalin Rayleigh-huojunnassa saadaan parempi audio riippumatta vastaanotetun signaalin .25 voimakkuudesta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että toiset generoimisvälineet generoivat toisen signaalin Rayleigh-huojunnan aikana, joka sig- 30 naali saa vaimennusvälineet lisäämään audiosignaalivaimennus- ta suhteella X/Y suurempi kuin 1, missä Y on vastaanotetun signaalin amplitudin muutos ja X on vastaava muutos vaimennuksessa, jolloin vaimennuksen määrä kasvaa suuremmalla nopeudella kuin vastaanotetun signaalin amplitudi pienenee

35 Rayleigh-huojunnan aikana.

8. FM-vastaanotin, jolla on parempi audiovaste Rayleigh-huo- i9 88089 Juville vastaanotetuille FM-signaaleille, tunnettu siitä, että se käsittää välineet, joilla havaitaan Rayleigh-huojunnat, jotka saavat vastaanotetun signaalin painumaan ennalta määrätyn 5 kynnyksen alapuolelle, joka on asetettu vastaanotetun signaalin keskimääräisen voimakkuuden suhteen; ja välineet (30, 84), joilla vaimennetaan vastaanottimen audiota havaitsemisvälineiden havaitessa vastaanotetun signaalin painuessa ennaltamäärätyn kynnyksen alapuolelle. 10

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että ennalta määrätty kynnys on alueella 5 - 20 dB FM-signaalien keskimääräisen signaalivoimak-kuuden alapuolella. 15

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vaimennusvälineet vaimentavat audiota suhteella X/Y suurempi kuin 1, missä Y on vastaanotetun signaalin amplitudin pienennys ja X on vastaava lisäys 20 vaimennuksessa, jolloin vaimennus lisääntyy suuremmalla nopeudella kuin signaaliamplitudi pienenee signaalin painuessa kynnyksen alapuolelle Rayleigh-huojunnan aikana. .·. ?5 20 88089