WO2010000690A1

WO2010000690A1 - Empfängeranordnung, insbesondere zum einsatz in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: WO2010000690A1
Application number: PCT/EP2009/058100
Authority: WO
Inventors: Marcus Och
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Aumovio Germany GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2011-01-04
Also published as: DE102008031643A1

Abstract

Eine Empfängeranordnung umfasst einen Eingangsanschluss zur Zuführung eines Hochfrequenzsignals, der an einen Eingangskreis mit einem in seiner Verstärkung regelbaren Verstärker und einem Frequenzmischer angeschlossen ist. Der Frequenzmischer ist dem Verstärker nachgeschaltet zur Umsetzung eines verstärkten Signals auf eine Zwischenfrequenz. Ein Demodulator ist an den Frequenzmischer angeschlossen. Weiterhin umfasst die Empfängeranordnung wenigstens ein in seiner Sperrfrequenz abstimmbares Kerbfilter mit einem ersten Abstimmeingang sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung. Letztere ist an dem Demodulator (21) angeschlossen zur Verarbeitung eines demodulierten Signals und ausgebildet zur Abgabe eines Abstimmsignals an den ersten Abstimmeingang (123, 133, 143) in Antwort auf einen aus dem empfangenen Signal abgeleiteten Parameter.

Description

Beschreibung

Empfängeranordnung, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Empfängeranordnung, insbesondere eine Empfängeranordnung zum Einsatz in Kraftfahrzeugen.

Moderne Empfänger, beispielsweise Radio- oder Funkempfänger in Kraftfahrzeugen, müssen heute eine Vielzahl Nutzsignale empfangen beziehungsweise empfangen können. Beispielsweise wäre es wünschenswert, mehrere Radiosignale auf unterschiedlichen Frequenzen zu empfangen und zu verarbeiten. Dies erlaubt eine flexible Umschaltung zwischen einzelnen Radiosen- dern . Andererseits können auch Verkehrsinformationen auf unterschiedlichen Frequenzen übermittelt werden, die dem Kraftfahrzeugführer angezeigt werden sollen.

Es gibt daher Bestrebungen, die Signalverarbeitung rein soft- warebasiert zu realisieren, um so eine größtmögliche Flexibilität für die unterschiedlichen Anwendungen zu erhalten.

Damit verbunden geht eine allgemeine Demodulation empfangener und auf eine Zwischenfrequenz umgesetzter Nutzsignale einher. Das umgesetzte Signal besitzt häufig wegen der oben genannten unterschiedlichen Anwendungen ein relativ breitbandiges Spektrum an unterschiedlichen Nutzsignalen, die anschließend einzeln verarbeitet werden.

Insbesondere bei mobilen Empfängern, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, können Störsignale einen besonders großen Ein- fluss auf die Signalqualität haben. Bei einem Störsignal wird ein anderer Sender in einem Band gegenüber dem Nutzsignal deutlich stärker. Dies kann dazu führen, dass das Nutzsignal nicht mehr mit ausreichender Qualität empfangbar ist. Diese Störsignale sind oftmals nicht im Vorfeld bekannt, sondern können plötzlich durch die Mobilität des Empfängers in ver- schiedenen Frequenzbereichen auftreten bzw. sich verändern. Die Störsignale, zum Teil mit recht großem Pegel im Vergleich zu dem Nutzsignal können eine Verstärkungsregelung innerhalb der Signalverarbeitungskette beeinträchtigen und zu einer Verminderung der Signalqualität des empfangenen Nutzsignals bis hin zum Verlust durch Dämpfung führen.

Es besteht daher das Bedürfnis, verbesserte mobile Empfänger insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen anzugeben.

Diesem Bedürfnis wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 Rechnung getragen.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Empfängeranordnung, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen aus, welche einen Eingangsanschluss zur Zuführung eines Hochfrequenzsignals aufweist. Mit dem Eingangsanschluss verbunden ist ein Eingangskreis, welcher einen in seiner Verstärkung regelbaren Verstärker und einen Frequenzmischer umfasst. Dieser ist dem Verstärker nachgeschaltet und zur Umsetzung eines verstärkten Signals auf eine Zwischenfrequenz ausgeführt. An den Frequenzmischer ist ein Demodulator angeschlossen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Empfängeranordnung wenigstens ein in seiner Sperrfrequenz abstimmbares Kerbfilter mit einem ersten Abstimmeingang. Dieses ist Teil des Eingangkreises.

Ein solches Kerbfilter, oftmals auch Notch-Filter bezeichnet, stellt eine sehr schmalbandige Bandsperre dar zur Unterdrückung oder Dämpfung eines einzelnen Störsignals.

Die Empfängeranordnung weist weiterhin eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, die an den Demodulator angeschlossen ist und zur Verarbeitung eines demodulierten Signals dient. Sie ist weiterhin zur Abgabe eines Abstimmsignals an den ers- ten Abstimmeingang in Antwort auf einen aus dem empfangenen Signal abgeleiteten Parameter ausgebildet. Mit der Signalverarbeitungseinrichtung wird so das Kerbfilter in seiner Sperrfrequenz auf einen möglichen Störer eingestellt und bedämpft diesen. Dadurch wird eine dem Kerbfilter nachgeschaltete Verstärkungsregelung nicht übersteuert und die Empfindlichkeit des Eingangskreises bleibt weiterhin gewährleistet. Mit dem in seiner Sperrfrequenz abstimmbaren Kerbfilter können starke Störsignale relativ zum schwachen Nutzsignal wirkungsvoll bedämpft werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Signalverarbeitungseinrichtung das demodulierte Signal auswertet und hiervon einen Parameter ableitet. In Abhängigkeit des Parameters stellt die Signalverarbeitungseinrichtung die Sperrfrequenz des Kerbfilters ein. Beispielsweise kann der Parameter eine Signalstärke eines Störsignals abbilden. Alternativ ist es auch möglich, die Signalstärke des Nutzsignals beziehungsweise die Signalqualität des Nutzsignals zu ermitteln und abhängig hiervon die Sperrfrequenz des Kerbfilters abzustimmen. In einer Ausgestaltung fehlt die Signalverarbeitungseinrichtung eine FFT (fast fourier trans- formation) durch und analysiert das erhaltene Frequenzspektrum auf Störsignale. Liegen Störsignale oberhalb eines Schwellwertes, so wird das Kerbfilter auf die entsprechende Frequenz abgestimmt werden.

In einer anderen Ausgestaltung zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Signalstärke über die Frequenz erfasst wird. Auf diese Weise lassen sich Störsignalanteile in Frequenzbereichen ermitteln, die außerhalb des Nutzfrequenzbe- reichs liegen.

In einer weiteren Ausgestaltung zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Nutzsignal einen Bestandteil umfasst, der Rückschlüsse auf die Qualität des Nutzsignals erlaubt. Beispielsweise kann das Nutzsignal einen Synchronisationsanteil enthalten, der es der Signalverarbeitungseinrichtung ermöglicht, auf die Qualität des demodulierten Signals zurück zu schließen. Dies ist zweckmäßig, weil das Nutzsignal bereits verarbeitet wird und dennoch dynamisch auftretende Änderungen in der Signalqualität detektiert werden können.

In einer Weiterbildung der Empfängeranordnung weist das Kerbfilter einen zweiten Abstimmeingang zur Einstellung seiner Güte auf. Dadurch können auch breitbandigere Störsignale wirkungsvoll bedämpft werden. Ein Abstimmungsbereich kann mehrere MHz beispielsweise 50 MHz umfassen.

In einer Weiterbildung zeichnet sich die Empfängeranordnung aus durch eine Regelung zur Einstellung einer Verstärkung des regelbaren Verstärkers. Damit kann der Verstärker in einem Bereich betrieben werden, der zu einer größtmöglichen Ver- Stärkung des Nutzsignals führt, ohne durch nichtlineare Effekte die Signalqualität negativ zu beeinflussen.

Um weitere gleichzeitig auftretende Störsignale zu verhindern, können zusätzliche Kerbfilter vorgesehen sein. Diese können parallel zu wenigstens einem Kerbfilter angeordnet sein und gegenüber dem ersten Kerbfilter eine unterschiedliche Sperrfrequenz aufweisen.

In einer anderen Ausgestaltung zeichnet sich die Erfindung durch ein zweites Kerbfilter aus, das dem wenigstens einen Kerbfilter nachgeschaltet ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Empfängeranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Figur 3 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 4 eine Ausgestaltungsform eines passiven Kerbfilters,

Figur 5 eine Ausführung eines aktiven Kerbfilters mit einstellbarer Sperrfrequenz.

In den Ausführungsformen sind einzelne Merkmale der Erfindung verdeutlicht und unterschiedlich stark hervorgehoben. Die in den Ausführungsformen angesprochenen Aspekte können ohne weiteres miteinander kombiniert werden. Wirkungs- beziehungsweise funktionsgleiche Bauelemente tragen die gleichen Bezugszeichen .

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips. Empfängeranordnungen, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, benötigen einen relativ breitbandigen Empfangskreis, um Nutzsignale auf unter- schiedlichen Mittenfrequenzen verarbeiten zu können. Beispielsweise erlaubt die breitbandige Eingangssignalverarbeitung eine Demodulation von Nutzsignalen in benachbarten Kanälen, ohne die Hochfrequenzempfangseinheit auf die jeweilige Mittenfrequenz des Nutzsignals abstimmen zu müssen. Zunehmend werden Nutzsignale auch durch eine Frequenzumsetzung auf die Zwischenfrequenz Null (so genanntes Zero IF) und anschließende Digitalisierung direkt verarbeitet. Mehrere Nutzsignale in benachbarten Kanälen können so durch geeignet implementierte Software direkt verarbeitet werden.

In der Ausführungsform der Figur 1 ist ein breitbandiger Empfangstuner 20 mit seinem Hochfrequenzeingang RF INPUT an ein Eingangsfrontend 11 angeschlossen. Dieses ist eingangsseitig mit der Hochfrequenzantenne 10 verbunden. Das Eingangsfron- tend umfasst zudem eine Verbindung zu mehreren Kerbfiltern 12, 13 und 14, die wie hier dargestellt, parallel zum Empfangseingangskreis 11 angeordnet sind. Die einzelnen Kerbfil- ter 12 bis 14 besitzen jeweils abstimmbare Sperrfrequenzen. Diese Sperrfrequenzen werden über Steuersignale Notch-Control 1 bis Notch-Control N vom Empfangsteil 20 angesteuert. Das Empfangsteil 20 kann zudem selektiv einzelne Kerbfilter 12 bis 14 hinzu- beziehungsweise wegschalten. Auf diese Weise können unterschiedliche Sperrfrequenzen im gesamten Nutzfrequenzbereich ausgewählt und Störsignale effektiv unterdrückt bzw. bedämpft werden.

Figur 2 zeigt eine detailliertere Darstellungsform einer Empfängeranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Eine Empfangsantenne 10 ist an ein erstes Bandpassfilter 110 angeschlossen, das gleichzeitig zur Impedanzanpassung an die Antenne 10 dient. Der Eingangsknoten ist nun mit mehreren se- lektiv zuschaltbaren Kerbfiltern 121, 131 und 141 verbunden. Diese sind jeweils parallel zwischen den Eingangsanschluss 110a und den Ausgangsknoten 150 angeordnet. Jeder Kerbfilter 121 bis 141 ist über einen Schalter 122, 132 beziehungsweise

142 selektiv zu- beziehungsweise wegschaltbar . Die Schalter 122 bis 142 sind mit dem Signaleingang des jeweiligen Kerbfilters 124, 134 beziehungsweise 144 verbunden. Darüber hinaus weist jedes Kerbfilter einen Abstimmeingang 123, 133 und

143 zur Abstimmung der jeweiligen Sperrfrequenz auf.

Der Ausgangsknoten 150 ist an den Signaleingang eines regelbaren Verstärkers 111 angeschlossen. Die Verstärkung des Verstärkers 111 ist über ein entsprechendes Steuersignal am Regeleingang lila einstellbar. Der Ausgang des Verstärkers ist über ein Tiefpassfilter 112 mit einen Hochfrequenzmischer 114 verbunden. Das Filter 112 dient zur Unterdrückung eventuell auftretender harmonischer Signalanteile im verstärkten Signal. Dem Mischer 114 wird an seinem Lokaloszillatoreingang ein von einem Phasenregelkreis 113 erzeugtes Signal zugeführt. Der Hochfrequenzmischer 114 setzt das eingangsseitig zugeführte Signal auf die Zwischenfrequenz Null um. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer direkten Fre- quenzumsetzung in das Basisband, so dass das Basisbandsignal direkt weiter verarbeitet werden kann.

Der Ausgang des Frequenzmischers 114 ist über ein Filter be- ziehungsweise einen Basisbandverstärker 115 mit einem Demodu- lator 21 verbunden, der das Basisbandsignal zerlegt und demoduliert. Darüber hinaus umfasst der Demodulator auch einen Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung des demodulierten Signals. Beispielsweise enthält der Demodulator 21 einen IQ- Demodulator, der das Basisbandsignal in seine Inphasen- beziehungsweise Quadraturanteile zerlegt. Ein I/Q-Demodulator erlaubt es, unterschiedlich modulierte Signale gemeinsam verarbeiten zu können. Mit anderen Worten eignet sich ein IQ- Demodulator dafür, sowohl frequenzmodulierte Signale, als auch phasen- beziehungsweise IQ-modulierte Signale zu verarbeiten. Der demodulierte Datenstrom wird einem Mikroprozessor 22 zugeführt, der daraus die Nutzdaten extrahiert und sie weiter verarbeitet. Der Mikroprozessor 22 und der Demodulator 21 sind Teil des Empfangsteils 20.

Der Mikroprozessor 22 ermittelt die Qualität des Nutzsignals sowie die Signalstärke und steuert unter anderem die Verstärkung des Verstärkers 111 über ein Steuersignal am Regeleingang lila. Darüber hinaus öffnet beziehungsweise schließt der Mikroprozessor 22 über ein entsprechendes Steuersignal die Schalter 122, 132, 142 und erzeugt Abstimmsignale für die einzelnen Kerbfilter. Zu diesem Zweck wertet der Mikroprozessor einen beziehungsweise mehrere vom empfangenen Signal abgeleitete Parameter aus. Wenn beispielsweise die Signalquali- tat für das zu verarbeitende Nutzsignal ausreichend gut ist, so ist eine zusätzliche Filterung mittels der Notch-Filter nicht notwendig. Hierzu kann eine FFT verwendet werden, welche eine Signalstärke über die Frequenz angibt.

Wenn hingegen die Signalqualität aufgrund eines nahe am Nutzsignal liegenden Störsignals beeinträchtigt wird, regelt der Mikroprozessor 22 die Verstärkung des Verstärkers 111 und stimmt eine der Sperrfrequenzen der Notch-Filter 121 bis 141 auf die Frequenz des Störsignals ab. Dadurch wird dieses stärker gedämpft, so dass der Verstärker 111 wieder mit einer höheren Verstärkung betrieben werden kann. Insgesamt wird so die Empfindlichkeit des Eingangskreises, d. h. Verstärker

111, Filter 112 und Mischer 114, nicht übermäßig negativ be- einflusst .

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform nach dem vorge- schlagenen Prinzip. Bei diesem sind einzelne Notch-Filter

121, 131 und 141 über entsprechende Schalter 122, 132 und 142 parallel zum Verstärker 111 am Eingangsanschluss 110a angeschlossen. Die Notch-Filter 121 bis 141 sind jeweils mit einem Massepotential verbunden und über ihren Abstimmeingang 123 bis 143 in ihrer Sperrfrequenz abstimmbar. Bei Auftreten eines Störsignals in einem bestimmten Frequenzbereich wird einer oder mehrere der Schalter 122 bis 142 geschlossen und die entsprechenden Sperrfrequenzen der zugehörigen Kerbfilter auf die Mittelfrequenz des Störsignals hin abgestimmt.

Auf diese Weise wird ein "Saugkreis" gebildet, mit dem die Störsignale bedämpft werden. Das von den Störern weitgehend befreite Nutzsignal wird im Verstärker 110 verstärkt und über den Tiefpassfilter 112 dem Hochfrequenzmischer 114 zugeführt. Dieser setzt es mit Hilfe des Lokaloszillatorsignals LO auf eine Zwischenfrequenz um und gibt es an seinem Ausgang OUT ab.

Zur Realisierung eines Kerbfilters zeigt Figur 4 eine Ausfüh- rungsform. In dieser ist das Kerbfilter als 2-Pol-passives-

Kerbfilter mit einem einstellbaren Abstimmbereich ausgeführt.

Das Kerbfilter 40 umfasst drei Zweige 41, 42 und 43 mit jeweils darin angeordneten Elementen. Der erste Zweig 41 ent- hält eine Induktivität 44, die zwischen dem Eingang 124 und dem Ausgang 125 angeordnet ist. Der zweite Zweig 42 umfasst eine Parallelresonanz aus einer Induktivität 49 und einem ab- stimmbaren Kondensator 48. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass auch die Resonanz 49 als abstimmbare Resonanz ausgebildet sein kann. Die Parallelresonanz aus der Induktivität 49 und dem Kondensator 48 ist in Serie zur weite- ren Induktivität 45 geschaltet.

Schließlich ist der dritte Zweig 43 über die beiden Kondensatoren 46 beziehungsweise 47 vom Eingangsanschluss 124 und dem Ausgangsanschluss 125 entkoppelt. Der dritte Zweig 43 umfasst ebenfalls eine abstimmbare Parallelresonanz aus dem induktiven Element 50 und dem einstellbaren kapazitiven Element 51. Bei dieser Parallelresonanz ist vorgesehen, einen gemeinsamen Knoten zwischen der Induktivität 50 und der Kapazität 51 mit dem Massepotential zu verbinden. Die jeweils anderen An- Schlüsse der Induktivität 50 und der einstellbaren Kapazität 51 sind an Kondensatoren 46 beziehungsweise 47 angeschlossen.

Bei dieser Ausführungsform eines passiven Kerbfilters sind die einzelnen Pole des Schaltkreises individuell abstimmbar, so dass die Sperrfrequenz des Kerbfilters auf die gewünschte Mittenfrequenz hin einstellbar ist.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kerbfilters in einer Realisierung mit aktiven Bauelementen. Bei dieser Ausführungsform ist die Sperrfrequenz des Kerbfilters 60 über verschiedene Kondensatoren einstellbar. Zudem kann die Güte des Kerbfilters verändert werden, um auch breitbandigere Störsignale effektiv bedampfen zu können.

Der Eingang 124 des Kerbfilters 60 ist über zwei Widerstände 63 und 64 und zwei dazu parallel angeordnete einstellbare Kondensatoren 67, 66 an einen nicht invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 61 geführt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 61 ist an seinen invertierenden Eingang rückgeführt und bildet gleichzeitig den Ausgangsanschluss 125 des Kerbfilters. Zwischen den beiden Kondensatoren 67, 66 ist ein Knoten 68 vorgesehen, der über eine Se- rienschaltung aus einem Widerstand und einem weiteren abstimmbaren Kondensator 65 mit dem Knoten 701 zwischen den beiden Widerständen 63 und 64 verbunden ist.

Zwischen dem Widerstand 702 und dem abstimmbaren Kondensator 65 ist ein weiterer Knoten 69 angeordnet. Dieser führt zu einem invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 62. Der nicht invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 62 ist mit einem einstellbaren Spannungsteiler 70 verbunden. Der einstellbare Spannungsteiler 70 ist zwischen den Ausgangsanschluss 125 und das Massepotential geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 62 ist ebenfalls an den Knoten 69 beziehungsweise an den invertierenden Eingang geführt.

Eine Einstellung der Sperrfrequenz wird über die Kondensatoren 67, 66 beziehungsweise 65 vorgenommen. Alternativ beziehungsweise zusätzlich dazu kann auch eine Änderung der Widerstände 63, 64 und 702 zur Einstellung der Sperrfrequenz er- folgen. Die Güte des Kerbfilters lässt sich in dieser Ausgestaltung durch den rückgekoppelten zweiten Operationsverstärker 62 mit Hilfe des Potentiometers 70 einstellen. Im Allgemeinen gilt, dass die Güte des Kerbfilters umso steiler wird, je geringer die geteilte Spannung durch den Spannungsvertei- ler 70 ist.

Durch eine geeignete Kombination verschiedener Notch-Filter in Parallel- beziehungsweise Serienschaltung lassen sich unterschiedliche Störsignale in einem Eingangssignal wirkungs- voll bedampfen und somit auch schwache Nutzsignale mit ausreichender Qualität verstärken und verarbeiten. Ein Desensi- bilisierungsproblem breitbandiger Empfänger wird somit verringert und die Empfindlichkeit des Empfängers gesteigert.

Claims

Patentansprüche

1. Empfängeranordnung, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, umfassend: - einen Eingangsanschluss (110a) zur Zuführung eines Hochfrequenzsignals, einen Eingangskreis mit einem in seiner Verstärkung regelbaren Verstärker (111) und einem Frequenzmischer, der dem Verstärker nachgeschaltet ist zur Umsetzung auf eine Zwischenfrequenz; einen Demodulator (21), der an den Frequenzmischer (114) angeschlossen ist; wenigstens ein in seiner Sperrfrequenz abstimmbares Kerbfilter (121, 131, 141, 40, 60) mit einem ersten Abstimmeingang (123, 133, 143) ; eine Signalverarbeitungseinrichtung (22), die an den Demodulator (21) angeschlossen ist zur Verarbeitung eines demodulierten Signals und ausgebildet ist zur Abgabe eines Abstimmsignals an den ersten Abstimmein- gang (123, 133, 143) in Antwort auf einen aus dem empfangenen Signal abgeleitetem Parameter.

2. Die Empfängeranordnung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Regelung zur Einstellung einer Verstärkungseinstel- lung des regelbaren Verstärker (111) .

3. Die Empfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem das Kerbfilter (121, 131, 141, 40, 60) einen zweiten Abstimmeingang zur Einstellung seiner Güte auf- weist.

4. Die Empfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend ein zweites Kerbfilter, das zwischen den regelbaren Verstärker (111) und das wenigstens eine Kerb- filter (121, 131, 141, 40, 60) geschaltet ist mit einer gegenüber dem wenigstens einen Kerbfilter (121, 131, 141, 40, 60) unterschiedlichen Sperrfrequenz.

5. Die Empfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das von der Signalverarbeitungseinrichtung (22) erzeugte Abstimmsignal von einer Signalstärke des empfangenen Signals abhängt.

6. Die Empfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Parameter eine Signalstärke eines Störsignals ist.