DE3883485T2

DE3883485T2 - Hörverbesserungsschaltung im Falle eines Trägerschwunds in einem schmalbandigen FM/PM-Empfänger.

Info

Publication number: DE3883485T2
Application number: DE19883883485
Authority: DE
Inventors: Michel Belicaud; Gerard Genty; Joel Varin
Original assignee: Alcatel Radiotelephone SA
Current assignee: TCT Mobile Ltd
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2008-11-15
Also published as: EP0316839A1; FR2623673B1; EP0316839B1; FR2623673A1; DE3883485D1; ES2042696T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbesserung des Hörkomforts bei Trägerschwund in einer Empfangskette eines Schmalband-FM/PM-Gerätes (Frequenzmodulation/Phasenmodulation), insbesondere beim Telefon.
Die Verwendung der FM/PM-Modulation in der Funktelefonie hat das Auftreten einer bestimmten Anzahl von Fehlern zur Folge, die auf langsames oder rasches Schwinden des Trägers zurückzuführen sind, was besonderes hinsichtlich der Akustik störend ist.
Wenn man das Ausgangssignal einer FM/PM-Empfangskette betrachtet, die einen nichtmodulierten Träger am Antenneneingang empfängt, stellt man das Vorhandensein von Impulsen fest, die sich aus der vektoriellen Kombination von Rauschsignal und Nutzsignal ergeben.
Diese Erscheinungen treten um so stärker auf, je kleiner das Signal/Rauschverhältnis ist, wobei sie im Hörer sehr unangenehme Störungen hervorrufen ("Knacken" oder Übergangsphänomene). Man kann diese Störungen übrigens durch eine bestimmte Anzahl von Parametern charakterisieren:
- statistische Verteilung ihrer Amplitude;
- statistische Verteilung ihrer Dauer;
- Frequenz ihres Auftretens.
Diese statistischen Größen hängen vor allem von folgenden Daten ab:
- Bandbreite des Quarzfilters der Empfangskette;
- Signal/Rausch-Verhältnis am Eingang des Diskriminators dieser Kette.
Weiter tritt in einer Empfangskette, die sich in einem bewegten Fahrzeug befindet, eine Erscheinung auf, die an das Vorhandensein mehrere Übertragungswege gebunden ist und mit dem Ausdruck "Fading" oder "periodischer Trägerschwund" bezeichnet werden kann. Es zeigt sich, daß die Verteilung der Amplitude des empfangenen Signals durch ein Rayleigh-Gesetz bestimmt ist. Bei jedem "Fadingloch", dessen Wiederholungsfrequenz proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, tritt sowohl ein "Knacken", das auf der raschen Drehung des sich ergebenden Rausch-Signal-Vektors und/oder der starken Verringerung des Signal/Rauschverhältnisses beruht, als auch ein in akustischer Hinsicht unangenehmes Ansteigen des Rauschpegels auf.
Durch das Dokument WO-A-87/06072 ist zur Korrektur dieser Mängel eine Empfangskette eines FM-Gerätes bekannt geworden, das eine Einrichtung zur Regelung des Niederfrequenzpegels des Empfangssignals aufweist, die hinter dem Diskriminator und vor der Verstärkerschaltung angeordnet ist. Das Dokument US-A 4.408.098 offenbart eine Steuerschaltung zur Anpassung des Frequenzbandes des Empfangssignals, während der Artikel "ELECTRONIC COMPONENTS AND APPLICATIONS" (Bd. 2, Nr. 4, August 1980) eine Schaltung beschreibt, die die Unterdrükkung von Interferenzen beim FM-Funk ermöglicht und mit Mitteln zur Erfassung und Eliminierung von Übergangserscheinungen versehen ist.
Die Empfindlichkeit der bekannten Erfassungssysteme erlaubt nicht die systematische Berücksichtigung der Knackgeräusche, insbesondere nicht solcher mit kleiner Amplitude.
Gegenstand der Erfindung ist eine Empfangskette mit optimierten Leistungsmerkmalen solcher Art, daß sich die Kette in Schmalband-Funktelefonanlagen integrieren kann, deren Kanalabstand zwischen 12,5 und 30 kHz liegt, und daß die Kette dem Benutzer einen sehr guten Hörkomfort bietet, insbesondere beim Einsatz im Autotelefon.
Die Erfindung schlägt hierzu eine Einrichtung zur Verbesserung des Hörkomforts bei vorhandenem Trägerschwund in einer Empfangskette eines Schmalband-FM/PM-Gerätes vor, insbesondere im Sprechfunkbereich, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Die Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise die Regelung des Hörpegels und die Anpassung der Niederfrequenz-Filterung.
Zusätzliche Merkmale sind in Anspruch 2 definiert, die verschiedene Vorteile bringen:
- die Folgen des Fadings im Hörbereich werden im Falle eines sich bewegenden Fahrzeugs beträchtlich abgeschwächt;
- der statistisch periodische Anstieg des Rauschens (abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs), der eine Verschlechterung der Qualität der Verbindung herbeiführt, wird verringert und gibt dem Benutzer einen erhöhten Hörkomfort.
Weiter bieten die gemäß der Erfindung verwendeten verschiedenen Schaltungen zahlreiche Vorteile, insbesondere:
- ihre Einfachheit;
- ihre einfache Benutzung in ortsfesten oder mobilen Sprechfunksystemen aufgrund der gut integrierbaren Lösungen in Form einer integrierten Schaltung kleiner Abmessungen.
Vorteilhafterweise umfaßt die Erfindung darüber hinaus zur Erfassung und Eliminierung der Übergangserscheinungen Mittel von der in Anspruch 3 definierten Art. Diese Mittel zur Erfassung und Eliminierung der Übergangserscheinungen ermöglichen es, die Übergangserscheinungen durch eine Spannung zu ersetzen, deren Momentanwert demjenigen des Niederfrequenz- Signals vor Erfassung der Übergangserscheinungen entspricht. Die Mittel erlauben also, Störungen durch nahezu unhörbare "Leerstellen" zu ersetzen.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im übrigen aus der nachfolgenden, beispielshalber und ohne Beschränkungsabsicht abgefaßten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
Fig. 1 stellt eine FM/PM-Empfangskette dar;
Fig. 2 stellt eine Einrichtung zur Regelung des Niederfrequenz-Pegels gemäß der Erfindung dar; und
Fig. 3 stellt eine Einrichtung zur Erfassung und Eliminierung des Übergangserscheinungen gemäß der Erfindung dar.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche FM/PM-Empfangskette mit doppeltem Frequenzwechsel und mit Demodulation durch Frequenzdiskrimination, in die zwei Einrichtungen gemäß der Erfindung eingebaut wurden.
Eine solche bekannte Empfangskette umfaßt
- einen Hochfrequenz-Kopf 11 am Ausgang der Antenne 10;
- einen ersten Mischer 12 für eine erste Zwischenfrequenz, der ein Oszillatorsignal OS1 empfängt;
- einen optionalen Verstärker 13;
- ein Quarzfilter 14;
- einen optionalen Verstärker 15;
- einen zweiten Mischer 16 für eine zweite Zwischenfrequenz, der ein Oszillatorsignal OS2 empfängt;
- einen Begrenzer-Verstärker 17;
- einen Diskriminator 18;
- eine optionale Schaltung 19 zur Vorentzerrung und zur Niederfrequenz-Filterung;
- eine Niederfrequenz-Verstärkungsschaltung 20;
- einen Lautsprecher 21.
In diese Kette ist erfindungsgemäß eine Einrichtung eingebaut, die die Verbesserung des Hörkomforts für den Benutzer ermöglicht, d.h., eine Einrichtung 23 zum Einstellen des Niederfrequenzpegels, die ein Steuersignal VC empfängt, das vom Pegel des Empfangsfeldes abhängt.
Diese Einrichtung 23 zum Einstellen des Niederfrequenz-Pegels ermöglicht die Regelung des Niederfrequenz-Pegels und die Anpassung der Niederfrequenz-Filterung beim Auftreten des Fadings. Diese Regelung wird durch die Verwendung des Bilds des Rauschens außerhalb des Frequenzbands des Diskriminators 18 oder einer Information über das Empfangsfeld als Regelspannung möglich. Diese Regeleinrichtung 23 ist hinter dem Diskriminator 18 und als niederpegeliger Kreis vor dem Niederfrequenz-Verstärker 20 angeordnet.
In dieser Kette ist eine zweite Einrichtung 22 eingebaut. Diese Einrichtung 22 zum Eliminieren der Übergangserscheinungen ermöglicht das Ersetzen von Störungen, die in der Empfangskette eines Gerätes auftreten, durch eine Spannung (Blockierer 0-ter Ordnung), deren Momentanwert demjenigen des Niederfrequenz-Signals vor der Erfassung der Störung entspricht. Die Einrichtung 22 ist zur frühestmöglichen Reaktion auf das Auftreten von Störungen unmittelbar hinter dem Diskriminator 18 und vor der Schaltung 23 zur Regelung des Niederfrequenz-Pegels angeordnet.
Die Einrichtung 23 zur Regelung des Niederfrequenz- Pegels besteht gemäß Fig. 2 aus zwei Hauptschaltungen:
- einer Schaltung 41 zur Bearbeitung des Steuersignals;
- einer Schaltung 40 zur Regelung des Pegels und zur Filterung mit anpaßbarem Durchlaßbereich.
Die Amplitude des Signals (Nutzsignal + Rauschen) ist nämlich nicht konstant. Sie ändert sich in Abhängigkeit vom Signal/Rausch-Verhältnis, das sich beim Fading verschlechtert. Der Anstieg des Rauschpegels beim Auftreten der Fadinglöcher beeinträchtigt das Hören erheblich.
In Abhängigkeit von den Änderungen der das Empfangsfeld darstellenden Spannung wird die Verstärkung der Audiofrequenzkette derart geändert, daß der mittlere Pegel konstant bleibt.
Anderseits und gleichzeitig wird auch das Audiofrequenz-Durchlaßband auf die Information des Empfangsfeldes eingeregelt. Wenn das Empfangsfeld schwach ist, was einem verschlechterten Signal/Rausch-Verhältnis entspricht, wird auch der Niederfrequenz-Durchlaßbereich verkleinert, was die Verbesserung des Sprachsignals ermöglicht. Wenn jedoch das Signal/Rausch-Verhältnis zur Gewährleistung einer guten Qualität des Sprachsignals ausreicht, wird das Durchlaßband erweitert und beeinflußt nicht die ursprüngliche Filterung des Gerätes.
Bei der Einrichtung 23 zur Regelung des Niederfrequenz-Pegels wird die Information über den Pegel des Empfangsfeldes zur Regelung des Pegels und zur Anpassung des Durchlaßbands benutzt.
Der Absolutwert der Messung des Empfangsfeldes ist dabei nicht der interessierende Parameter, weil Fading unabhängig von dem am Eingang des Empfängers vorhandenen Feld bestehen kann. Es ist also besser, eine Signalbearbeitung durchzuführen, die die Erfassung und Verwendung relativer Veränderungen des Meßwerts des Empfangsfeldes ermöglicht.
Die Einrichtung zur Regelung des Niederfrequenz-Pegels, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, enthält:
- einerseits eine zwischen ihren Eingang (c) und ihren Ausgang (f) angeschlossene Schaltung 40 zur Regelung des Pegels und zur Filterung mit anpaßbarem Durchlaßband; und
- andererseits eine zwischen den Steuerspannungseingang (a) und einen zweiten Eingang (b) der Schaltung (40) zur Regelung des Pegels angeschlossene Schaltung (41) zur Bearbeitung des Steuersignals.
Vorteilhafterweise enthält diese in Fig. 2 dargestellte Einrichtung weiter:
- eine am Eingang angeordnete Trennschaltung 42;
- eine am Ausgang angeordnete Verstärkerschaltung 43.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird an den Punkt a die Spannung Vc als Abbildung des Empfangsfeldes angelegt. Diese Spannung wird über zwei Kanäle geleitet. Die eine Spannung wird direkt an ein Subtrahierglied 44 angelegt, während die andere zunächst integriert wird 45, bevor sie an das erwähnte Subtrahierglied 44 angelegt wird. Diese Operation scheidet den absoluten Mittelwert des Empfangsfeldes aus und erfaßt die relativen Änderungen der Bildspannung des Empfangsfeldes. Dieses Signal ist im Punkte b verfügbar.
Das Audiofrequenzsignal wird im Punkte c angelegt. Nach Durchgang durch die Trennstufe 42 wird das Signal der Regelung und Filterung 40 unterzogen. Die oben beschriebene Steuergleichspannung, die ein Bild des empfangenen Felds ist, wird im Punkte b wirksam.
Für Änderungen des Empfangsfeldes von ungefähr 10 dB wird der Signalpegel (Nutzsignal + Rauschen) am Ausgang der Schaltung aufgrund der automatischen Verstärkungssteuerung konstant gehalten.
Gleichzeitig kann in Abhängigkeit von einem Empfangsqualitätskriterium, das durch die Regelspannung im Punkte b bestimmt wird, das Niederfrequenzdurchlaßband verkleinert werden, um das Signal/Rausch-Verhältnis bei gleichzeitiger Wahrung einer annehmbaren Verständlichkeit der Verbindung zu verbessern. Die Anpassung des Durchlaßbandes ist nur aktiv, wenn das Signal-Rausch-Verhältnis klein ist. Dies entspricht einem starken Anstieg des Rauschens, was ein schwer zu ertragendes und unangenehmes Hörgefühl verursacht.
Das Ausgangssignal (Punkt e) wird anschließend an einen Verstärker 43 angelegt, der die Anpassung der Verstärkung ermöglicht.
Bei normalen Betriebsbedingungen, d.h. im neutralen Punkt der automatischen Verstärkungssteuerung und bei einem gegenüber der normalen Filterung des Empfängers unveränderten Durchlaßband liegt zwischen den Punkten c und f Einheitsverstärkung vor.
Die in Fig. 3 dargestellte zweite Einrichtung 22 zum Eliminieren von vorübergehenden Erscheinungen, die das vom Frequenzdiskriminator des Empfängers ausgegebene Signal empfängt, enthält:
- einerseits erste Schaltungen, die in Reihe zwischen den Eingang (A) und den Ausgang (F) der Einrichtung geschaltet sind, nämlich:
. eine Verzögerungsleitung 30, deren Gruppenlaufzeit im Frequenzband von 300-3000 Hz konstant ist und einen Wert von etwa 150 us besitzt, was vor allem den Ausgleich der Bearbeitungsdauer ermöglicht;
. einen Analogschalter 31;
. einen Speicher 32;
- andererseits zweite Schaltungen, die in Reihe zwischen den Ausgang (B) des Tiefpaßfilters 36 und einen zweiten Eingang des Analogschalters 31 geschaltet sind, nämlich:
. eine Schaltung 33 zur Erfassung der vorübergehenden Erscheinungen;
. einen Zweiweggleichrichter 34;
. eine Steuerlogik 35 für den Schalter 31, die die Erzeugung eines Fensters mit einer Breite von etwa 500 us ermöglicht, in welchem die Verzögerungsleitung die Störung zentrieren muß.
Vorteilhafterweise enthält die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung 22 weiter:
- ein am Eingang angeordnetes Tiefpaßfilter 36, das unerwünschten Frequenzen nicht durchläßt (beispielsweise Mischprodukte des Empfängers);
- eine Verstärkerschaltung 37, die eine Verstärkungskorrektur ermöglicht, so daß bei stationärem Sinusbetrieb im Frequenzbereich zwischen 300-3000 Hz eine Transferfunktion des Verstärkungsgrads 1 zwischen Eingang (Punkt A) und Ausgang (Punkt F) besteht.
Die Steuerlogik 35 des Schalters 31 kann aufweisen:
- einen Schwellwertkomparator 38;
- eine wiederauslösbare monostabile Kippschaltung 39 mit einer Einschaltdauer von ungefähr 500 us.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das vom Frequenzdiskriminator 18 der in Fig. 1 dargestellten Kette ausgesandte Signal (Punkt A) zunächst an das vierpolige aktive Tiefpaßfilter 36 mit der Grenzfrequenz von 50 kHz angelegt. Das Tiefpaßfilter 36 besteht beispielsweise aus zwei in Kaskade geschalteten Operationsverstärkern (geschaltet als gesteuerte Quelle), wobei jede Zelle zweiter Ordnung ist.
Das Signal (Punkt B) wird dann an ein Verzögerungsglied 30 angelegt, dessen Gruppenlaufzeit im Frequenzband 300-3000 Hz konstant ist und einen Wert von ungefähr 150 us besitzt. Diese Verzögerung ermöglicht einerseits die Kompensation der zur Erfassung der Störung benötigten Zeit und andererseits die Zentrierung dieser Störung in einem Fenster mit einer Breite von ungefähr 500 us. Die Verzögerungsleitung 30 besitzt die Form eines zwölfpoligen, aktiven Tiefpaßfilters mit einer Grenzfrequenz von beispielsweise 5 kHz. Dieses Tiefpaßfilter 30 besteht beispielsweise aus sechs in Kaskade geschalteten Operationsverstärkern (geschaltet als gesteuerte Quelle), wobei jede Zelle zweiter Ordnung ist. Das verzögerte Signal wird anschließend an den Analog-Schalter 31 angelegt (Punkt C).
Tritt kein "Knacken" auf, wird das Signal an den Punkt D geliefert.
Tritt "Knacken" auf, wird der Schalter 31 in Abhängigkeit von der Steuerlogik 35 (Punkt J) geöffnet. In diesem Falle wird der Momentanwert des der Öffnung des Schalters vorhergehenden Niederfrequenz-Signals im Speicher 32 abgelegt und während der Öffnung des Schalters übertragen (≈ 500 ps).
Die Störung wird also durch eine "Leerstelle" ersetzt, was den Hörkomfort beträchtlich verbessert. Eine Leerstelle von ungefähr 500 us verursacht nämlich keinerlei Beeinträchtigung des Hörens.
Der Speicher 32 kann beispielsweise aus einem Kondensator bestehen, dessen Entladung durch Einfügen einer Eingangsstufe hoher Impedanz minimiert wird.
Das vom Speicher ausgegebene Signal (Punkt E) wird an eine Verstärkerschaltung 37 angelegt. Die Verstärkungskorrektur ermöglicht es, im eingeschwungenen Sinusbetrieb zwischen den Punkten A und F eine Transferfunktion mit Einheitsverstärkungsgrad im Frequenzbereich von 300-3000 Hz zu erhalten (Niederfrequenz-Band).
Das Detektorsystem ist an den Punkt B angeschlossen. Es ist um eine automatische Verstärkungssteuerschaltung 33 herum angeordnet. Die Zeitkonstanten der Regelschleife dieser Schaltung sind optimiert, um das Niederfrequenz-Nutzsignal einzustellen und den am Eingang der Schaltung anstehenden Störungen maximale Verstärkung zu bieten. Die Störungen werden in den Grenzen der Dynamik der Schaltung beträchtlich verstärkt. Ihr jeweiliger Pegel wird erheblich höher als der Pegel des Nutzsignals, so daß es leichter wird, die Störungen zu eliminieren.
Um unabhängig von ihrer Polarität alle Störungen zu verarbeiten, folgt auf die Detektorschaltung 33 ein Zweiweggleichrichter 34. Der Zweiweggleichrichter 34 ist mit einem Operationsverstärker kombiniert, der beispielsweise zwei Dioden im Gegenkopplungspfad aufweist.
Das Signal (Nutzsignal + Störung) wird anschließend an die Schwellwerteinrichtung 38 gelegt, die den Pegel des einfallenden Signals mit einer festen Schwelle vergleicht. Jedesmal, wenn eine Störung erfaßt wird, ändert der Ausgang des Komparators (Punkt K) seinen Zustand und löst die monostabilen Kippschaltung 39 aus, die den Logikbefehl (Punkt J) für den Analogschalter 31 erzeugt. Die monostabile Kippschaltung 39 ist wiederauslösbar und spricht auf das Auftreten jeder Störerscheinung an. Die Dauer der Öffnung des Umschalters 31 liegt bei 500 us.
Die vorliegende Erfindung wurde natürlich nur anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben und dargestellt. Ihre maßgeblichen Elemente können also durch äquivalente Elemente ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
So wurde die Empfangskette des Standes der Technik, in welche die Schaltungen zur Durchführung der Erfindung eingebaut wurden, nur beispielshalber gewählt.

Claims

1 Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbesserung des Hörkomforts bei Trägerschwund in einer Empfangskette eines schmalband-FM/PM-Gerätes, insbesondere im beim Funktelefon, die nacheinander aufweist:

- ein HF-Kopf (11) am Ausgang der Antenne (10);

- mindestens einen Mischer (12, 16), der ein Oszillatorsignal (OS1, OS2) empfängt;

- einen Begrenzer-Verstärker (17);

- einen Diskriminator (18);

- erste Mittel (23) zum Regeln des Niederfrequenz-Pegels des Empfangssignals;

- eine Niedfrequenz-Verstärkerschaltung (20); dadurch gekennzeichnet, daß diese ersten Mittel (23) zur Regelung des Niederfrequenz-Pegels umfassen:

- einerseits eine zwischen ihren Eingang (c) und ihren Ausgang (f) angeschlossene Schaltung (40) zur Regelung des Pegels und zur Filterung mit anpaßbarem Durchlaßband; und

- andererseits eine zwischen einen Steuerspannungseingang (a) und einen zweiten Eingang (b) der Schaltung (40) zur Regelung des Pegels angeschlossene Schaltung (41) zur Bearbeitung des Steuersignals, wobei der Steuereingang (a) direkt an einen der Eingänge des Subtrahierglieds (44), und nach dem Durchgang durch einen Integrator (45) an einen zweiten Eingang des Subtrahierglieds (44) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (23) zur Regelung des Niederfrequenz-Pegels weiter aufweisen:

- eine Trennschaltung (42) am Eingang,

- eine Verstärkerschaltung (43) am Ausgang.

3. Einrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zweite Mittel (22) zur Erfassung und Eliminierung von vorübergehende Erscheinungen aufweist, die am Ausgang des Diskriminators (18) vor den ersten Mitteln (23) angeordnet sind, wobei die zweiten Mittel (22) zur Erfassung und Eliminierung der vorübergehenden Erscheinungen das Ersetzen dieser vorübergehenden Erscheinungen durch eine Spannung ermöglichen, deren Momentanwert demjenigen des Niederfrequenz-Signals vor der Erfassung der vorübergehenden Erscheinungen entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel (22) zur Erfassung und Eliminierung der vorübergehenden Erscheinungen aufweisen:

- einerseits zwischen ihrem Eingang (A) und ihrem Ausgang (F) mindestens eine Verzögerungsschaltung (30), einen Schalter (31) und einen Speicher (32), und

- andererseits eine Schaltung (33, 34) zur Erfassung dieser Erscheinungen, die hinter dem Diskriminator angeordnet ist, und eine Steuerlogik (35), die das Signal der Erfassungsschaltung (33, 34) empfängt und den Schalter (31) steuert.