DE4219308A1 - Mehrfach nutzbarer radiofrequenz-empfaenger und radiofrequenz-empfangsverfahren - Google Patents
Mehrfach nutzbarer radiofrequenz-empfaenger und radiofrequenz-empfangsverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft mehrfach nutzbare Radio
frequenz-Empfänger und ein Radiofrequenz-Empfangsverfahren.
Die Erfindung betrifft weiter digitale Radiofrequenz-Empfänger
und digitale Empfangssysteme und -verfahren zum gleichzeitigen
Bedienen mehrerer Anwender.
Konventionelle Autoradiosysteme sind sowohl für Amplituden
modulation (AM) als auch für Frequenzmodulation (FM) tauglich.
Viele Autos sind außerdem mit zellularen Radios bzw. Mobilfunk
systemen sowohl zum Senden als auch zum Empfangen ausgerüstet.
Zusätzliche Dienste, die andere Bereiche des elektromagnetischen
Spektrums nutzen und entweder gegenwärtig implementiert werden
oder von denen erwartet wird, daß sie in der Zukunft implemen
tiert werden, umfassen Fax-Dienste, Computer-Dienste und globale
Standortbestimmungssysteme (GPS).
Der Empfang der verschiedenen Dienste wird durch den Wunsch
erschwert, mehrere gleichzeitig nutzende Anwender, also mehrere
Simultananwender zu versorgen. Zum Beispiel ist es wünschenswert,
eine Kapazität für Mobilfunk-Telefongespräche zur Verfügung
zu haben, während gleichzeitig das Radio im AM- oder FM-Bereich
empfängt und spielt. Es wird ebenfalls erwartet, daß sich
verschiedene Anwender zur gleichen Zeit in das Kommunikations
system einschalten können, wie zum Beispiel durch den jeweiligen
Passagieren zugeordnete separate Kopfhörer, wobei jeder Passagier
die Möglichkeit hat, seine oder ihre Radiostation zu empfangen,
während die anderen Passagiere ihre jeweiligen Stationen hören,
das zellulare Telefon nutzen, etc.
Die verschiedenen Radiobänder sind sehr unterschiedlich was
ihre Bandbreiten, ihre Modulationstechnik und Bandfunktion
angeht. Der konventionelle Ansatz, mehrere Kanäle auf mehreren
Bändern zu empfangen, besteht darin, mehrere Empfänger vorzu
sehen, wobei jedem Band ein getrennter Empfänger zugeordnet
ist. Wenn die Möglichkeit der mehrfachen Simultannutzung eines
einzelnen Bandes gewünscht wird, werden mehrere Empfänger dem
einen Band zugeordnet. Jeder zusätzliche Empfänger bringt einen
Nachteil in bezug auf die Anforderungen hinsichtlich der Kosten,
des Gewichtes, der Leistung und des Platzbedarfes mit sich.
Es wurde erkannt, daß digitale Empfänger einen Weg darstellen,
um sehr unterschiedliche Modulationsarten mit einem einzigen
Empfängermechanismus zu verarbeiten, was die Notwendigkeit von
verschiedenen Empfängertypen für jedes verschiedene Serviceband
beseitigt. Da die Kanalwahl-Frequenzabstimmung, Kanalisolierung
und Demodulation alle digital verwirklicht werden, wird nur
ein einziger digitaler Empfängerpfad für all diese Funktionen
benötigt. Das Wechseln zwischen verschiedenen Radioformaten
und Bandbreiten wird erreicht, indem einfach Filterkoeffizienten
in den digitalen Filtern und die Demodulationsalgorithmen in
einem programmierbaren Demodulator geändert werden. Solch ein
System ist in der am 5. Januar 1989 eingereichten parallelen
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/2 93 894 von Stone
et al. beschrieben. Während durch diese Patentanmeldung eine
signifikante Reduzierung der Systemkomplexität und der Kosten
durch Verwendung gemeinsamer digitaler Berechnung für die
verschiedenen Servicebänder erreicht wird, kann das beschriebene
System nur einen Anwender zur Zeit versorgen. Daher wären mehrere
Empfänger erforderlich, um mehrere Simultananwender zu versorgen.
Ein anderer digitaler Empfänger ist in dem Artikel von Dieter
Baecher in "Society of Automative Engineers Technical Paper
Series", International Congress and Exposition, Detroit, Paper
No. 8 61 039, 1986, Seiten 77-84 beschrieben. In diesem Artikel
wird ein digitaler Empfänger mit Zwischenfrequenz-Abtastung
(IF-Abtastung) anstatt mit Radiofrequenz-Abtastung (RF-Abtastung)
diskutiert. Der Empfänger verarbeitet nur ein empfangenes Signal
zur Zeit; mehrere IF-abgetastete digitale Empfänger wären nötig,
um mehrere Signale zu verarbeiten.
Ein digitaler Empfänger, der bestimmte Arten von Mehrfachsignalen
gleichzeitig handhaben kann, ist beschrieben in J. Ashjaee,
"Ashtech XII GPS Receiver", IEEE International Position Location
& Navigation Symposium, 28. November 1988. Dieses System ist
jedoch nicht auf übliche Dienste wie FM, AM oder Mobilfunk
anwendbar. Es ist für Systeme wie GPS entworfen, in denen alle
Kanäle auf derselben Frequenz aber mit unterschiedlichen Codes
versehen übertragen werden. Der Empfänger verarbeitet mehrere
Signale durch Code-Multiplexing.
In dem US-Patent Nr. 48 84 265 von Schroeder et al. wird ein
durch Frequenztrennung gemultiplextes Eingangssignal digitali
siert. Die digitalisierten Werte werden durch Mischen mit
Basisband-Frequenzsignalen in der Frequenz umgesetzt, um Real-
und Imaginär-Werte zu erhalten, die der Phaseninformation in
den ursprünglichen Modulationssignalen entsprechen. Nach der
Umsetzung werden die Werte in Real- und Imaginär-Digitalfiltern
gefiltert. Die ursprüngliche Modulationsinformation wird dann
durch Analyse der Positionen von Vektoren in der komplexen Ebene
zurückgewonnen, die durch die Real- und Imaginär-Werte repräsen
tiert sind. Die Umsetzung wird vorzugsweise durch Multiplizieren
der Eingangs-Abtastwerte mit digitalen Werten durchgeführt,
welche Sinus- und Kosinuswerten von lokalen Oszillatorsignalen
bei Basisbandfrequenzen entsprechen. Die Verwendung einer
Vorauswahl-Filterung vor der Umsetzung wird vorgeschlagen, um
die Eingangssignale zu dezimieren (ihre Datenrate zu reduzieren)
und dadurch die nachfolgenden Verarbeitungsanforderungen zu
reduzieren. Obwohl es eine Verbesserung im Aufbau digitaler
Empfänger darstellt, löst das beschriebene System das Problem
der Handhabung mehrfacher Simultananwender ebenfalls nicht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Empfänger und ein Empfangsverfahren
zu schaffen, das die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
Insbesondere soll es möglich werden, mit einem digitalen
Radiofrequenz-Empfänger und einem digitalen Radiofrequenz-
Empfangsverfahren Radiofrequenz-Signale zu empfangen und
weiterzuverarbeiten, deren Wellenbereiche frequenzmäßig
weit auseinander liegen können. Weiterhin soll mehrfacher
gleichzeitiger Zugriff zu Signalen innerhalb dieser Wellen
bereiche möglich werden, und zwar mit einer preiswerten Schal
tungstechnik, welche die im Stand der Technik erforderliche
redundante Kapazität vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen mehrfach
nutzbaren Radiofrequenz-Empfänger mit folgenden Merkmalen:
- - Mittel zum Digitalisieren eines empfangenen analogen Radiofrequenz-Signales,
- - einer digitalen Abstimmeinrichtung zur Auswahl mehrerer gewünschter Frequenzen aus dem digitalisierten Signal auf der Basis eines Zeitmultiplexverfahrens,
- - einer digitalen Filtereinrichtung zum Isolieren mehrerer gewünschter Frequenzen von störenden Signalen auf der Basis eines Zeitmultiplexverfahrens, und
- - einer digitalen Demodulator- und Verarbeitungseinrichtung zum digitalen Demodulieren und Verarbeiten der ausgewählten Signale.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Radiofrequenz
Empfangsverfahren mit den Schritten:
- - Empfangen eines Multifrequenz-Radiofrequenz-Signales,
- - Digitalisieren des empfangenen Signales,
- - Erzeugen digitaler Zeitmultiplex-Abstimmsignale, die jeweils einer Anzahl von gewünschten Radiofrequenzen entsprechen,
- - Zuführen der digitalen Zeitmultiplex-Abstimmsignale zu dem digitalisierten empfangenen Signal, um digitale Zeitmultiplex-Signale der gewünschten Frequenzen bereit zustellen, und
- - digitales Demodulieren und Verarbeiten der digitalen Zeitmultiplex-Signale.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise
vollkommen gelöst. Ein empfangenes Radiofrequenz-Signal wird
digitalisiert und dann einer digitalen Abstimmeinrichtung
zugeführt, die mehrere gewünschte Frequenzen aus dem digitali
sierten Signal auswählt. Die Signale der gewünschten Frequenz
werden auf der Basis eines Zeitmultiplexverfahrens ausgewählt,
wobei die nachfolgende digitale Demodulation und Weiterverar
beitung im Tonfrequenzbereich vorzugsweise ebenfalls mittels
eines Zeitmultiplexverfahrens durchgeführt wird.
Um verschiedene Servicebänder zur selben Zeit bedienen zu können,
ist für jedes getrennte Serviceband ein eigenes FIR-Filter mit
begrenzter Impulsantwort vorgesehen, das begrenzt auf Impulse
anspricht. Jedes Filter umfaßt einen Koeffizientenspeicher für
sein spezielles Serviceband und einen Zwischenspeicher. Für
jedes Band werden die gemultiplexten Frequenzsignale in einem
gemeinsamen komplexen Multiplizierer mit den Koeffizienten aus
dem zugeordneten FIR-Filter-Speicher multipliziert, wobei die
Ergebnisse demultiplext und dem entsprechenden Zwischenspeicher
zugeführt werden. Dort wird die Datenrate wie durch die FIR-Koef
fizientencharacteristik determiniert reduziert. Der digitale
Demodulator- und Audioprozessor-Bereich prozessiert den Ausgang
eines jeden Zwischenspeichers getrennt, vorzugsweise im Zeit
multiplexverfahren. Dies ermöglicht es, die Funktionen des
digitalen Demodulators und Audioprozessors in einem einzigen
programmierbaren digitalen Signalprozessor (DSP) zu implemen
tieren.
Wenn mehrfache Frequenzwahl aus einem einzigen Serviceband
gewünscht wird, ist nur ein einziges FIR-Filter erforderlich.
Die Zeitmultiplex-Signale der jeweiligen Frequenz werden mit
gemeinsamen FIR-Koeffizienten multipliziert, wobei die Ergebnisse
demultiplext und auf jeweilige Zwischenspeicher aufgeteilt
werden. Wie im Falle eines Multibandbetriebes wird die Demodu
lation und Verarbeitung im Tonfrequenzbereich vorzugsweise mit
dem Inhalt eines jeden Zwischenspeichers in einem Zeitmultiplex
verfahren durchgeführt. Die Ausgänge können dann in eine für
den Anwender geeignete analoge Form konvertiert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorstehenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das den erfindungsgemäßen Ansatz
zur Verarbeitung eines empfangenen Radiofrequenz-Sig
nales für mehrere Simultananwender darstellt;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten
Ausführungsbeispieles der Erfindung;
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines in der Schaltung
nach Fig. 2 verwendeten Multiplexers; und
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild, das ein FIR-Filter
zeigt, das in einem weiteren Ausführungsbeispiel
verwendet wird, bei dem nur ein einziges Serviceband
empfangen wird.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die gleichzeitige Verarbeitung
verschiedener Frequenzsignale, die über verschiedene Service
bänder verteilt oder innerhalb eines einzigen Servicebandes
angeordnet sein können. Obwohl zahlreiche verschiedene Service
bänder bedient werden können, so wie die oben erwähnten Fax-
Dienste, Computer-Dienste und das globale Standortbestimmungs
verfahren, werden nachstehend beispielhaft das FM-Band, das
AM-Band und das Band für zellulare Dienste beschrieben. Diesen
Diensten sind die Rundfunkbänder von 87,9-107,9 MHz, 0,540-1,600 MHz
und 865-895 MHz zugeordnet.
Fig. 1 liefert einen Überblick über den erfindungsgemäßen Ansatz,
das gleichzeitige Verarbeiten verschiedener Frequenzen innerhalb
der Servicebänder vorzusehen, wobei die Möglichkeit für mehrere
Anwender besteht, gleichzeitig Ausgaben von den verschiedenen
ausgewählten Frequenzen zu erhalten. Eine Antenne 2 empfängt
die verschiedenen Rundfunksignale; diese kann als Ansammlung
von getrennten Antennen, jeweils eine für jedes Serviceband,
angeordnet sein. Die empfangenen Radiofrequenz-Signale werden
durch einen Digitalisierer 4 in die digitale Form konvertiert.
Die gewünschten Frequenzen werden durch eine digitale Abstimm
einrichtung 6 im Zeitmultiplexverfahren ausgewählt, wobei
aufeinanderfolgende Abtastwerte des empfangenen Signales bei
den ausgewählten Frequenzen miteinander in einem kontinuierlichen
Zeichenstrom verschachtelt werden. Ein digitales Filter 7, das
ein zeitgemultiplextes FIR-Filter ist, wird verwendet, um die
aufeinanderfolgenden zeitgemultiplexten Abtastwerte zur Erzielung
einer Kanalisolation zu filtern.
Synchron mit dem Multiplexen der Abstimmeinrichtung erfolgt
in einem digitalen Demodulator 8 die digitale Demodulation;
die Weiterverarbeitung im Tonfrequenzbereich erfolgt ebenfalls
nach einem digitalen Zeitmultiplexverfahren. Die prozessierten
Signale werden dann in analoge Form konvertiert und durch einen
Demultiplexer 10 in unabhängige analoge Signalströme aufgeteilt,
und sind dann über unabhängige Lautsprecher oder andere Ausgabe
geräte für die Anwender verfügbar.
Fig. 2 zeigt in einem ausführlicheren Blockschaltbild ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In dieser Darstellung sind drei Antennen 14a, 14b und 14c jeweils
für das AM-Band, FM-Band und das zelluläre Band vorgesehen.
Die empfangenen Signale in jedem Serviceband werden durch
entsprechende Verstärker 16a, 16b und 16c verstärkt und dann
jeweiligen Radiofrequenz-Antialiasingfiltern 18a, 18b und 18c
zugeführt. Die Charakteristiken eines jeden Filters hängen von
den spezifischen Anwendungen und Anforderungen ab und sollten
vorzugsweise nahe bei einem linearen Phasengang liegen und
minimalen Verlust aufweisen. In der Regel weisen die Filter
ein geeignetes Durchlaßband auf, das durch einen geeigneten
Dämpfungswert wie -3 dB definiert ist, der sich von der tiefsten
bis zu der höchsten Frequenz seines Servicebandes erstreckt.
Außerhalb des Durchlaßbandes hängt die Lage der durch einen
geeigneten Unterdrückungswert wie -100 dB definierten Sperrband
kanten von der Abtastrate bei der Digitalisierung ab, und zwar
zu dem Maß, zu dem die Filterränder (d. h. die Bereiche zwischen
einer Durchlaßbandkante und der benachbarten Sperrbandkante)
von spektralen Aliasingfiltern nicht auf das Durchlaßband des
gewünschten spektralen Bildes übergreifen.
Die gefilterten Signale werden einem Analog-Digital-Wandler
(ADC) 20 zugeführt. Die von dem AM-Band, dem FM-Band und dem
zellulären Band abgedeckte volle Bandbreite (0,540-895 MHz)
ist in der Regel zu groß, um von einem einzigen Analog-Digital-
Wandler heutiger Bauart gehandhabt zu werden. In der gleich
zeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten parallelen
Patentanmeldung "Digitale Multiband-Empfangsvorrichtung und
digitales Multiband-Empfangsverfahren mit Bandbreitenmodulation"
(Nachanmeldung zur US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 7 14 494)
wird eine Frequenzumsetzung oder -verschiebung der Servicebänder
vorgeschlagen, so daß sie benachbarte Bereiche des Spektrums
besetzen. Wenn die in der parallelen Patentanmeldung vorge
schlagene Serviceband-Umsetzungstechnik verwendet wird, kann
für alle drei Servicebänder ein einziger Analog-Digital-Wandler
verwendet werden. Anderenfalls muß ein getrennter Analog-Digital-
Wandler für jedes Serviceband vorgesehen werden.
Die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers hängt davon ab, ob
- a) Basisband- oder Durchlaßband-Abtastung verwendet wird, b) von der Bandbreite der Signalinformation und/oder der maximalen Signalfrequenz sowie c) der Lage von Aliasingbildern. Basisband- Abtastung erfordert eine Abtastrate, die wenigstens zweimal so hoch ist wie die höchste in dem abgetasteten Signal enthaltene Augenblicksfrequenz. Bandpaßabtastung ermöglicht eine Abtastrate, die geringer ist als die Frequenz der unteren Bandkante, solange die Abtastrate wenigstens zweimal der Bandbreite der von den Radiofrequenz-Antialiasingfiltern 18a, 18b und 18c gelieferten Signale entspricht. Weitere Informationen über bevorzugte Abtastraten sind der parallelen Patentanmeldung von Stone et al. zu entnehmen.
Multiuser-Stationswahl wird durch eine simultan arbeitende
Mehrfachabstimmeinrichtung ermöglicht, welche durch die gestri
chelte Linie 22 umschlossen ist. Die Abstimmeinrichtung besteht
aus einem modifizierten programmierbaren direkten Digital
frequenzsynthesizer. Stationswahlmechanismen 24a, 24b und 24c
sind für jeden Anwender vorgesehen, um seine oder ihre gewünschte
AM- oder FM-Station auszuwählen. Eine Stationswahl kann auch
auf andere Dienste, so wie auf zelluläres Telefon, gerichtet
sein. Jeweilige Phaseninkrementoren 26a, 26b und 26c sind für
jede ausgewählte Station als Zwischenspeicher eingerichtet und
erzeugen eine Treppenfunktion von Phasenwerten, welche eine
Rampe approximiert, und zwar bei einer Frequenz, die durch das
anwendbare Phaseninkrement der ausgewählten Stationsfrequenz
bestimmt ist. Um zwischen den mehreren Frequenzen Frequenz
koherenz zu erhalten, wird die Phasenakkumulation für jede
Frequenz in einem eigenen Zwischenspeicher durchgeführt. Die
Register und Zwischenspeicher für die Phaseninkremente erfordern
jedoch nur geringen zusätzlichen Schaltungsaufwand.
Die Ausgänge der Phaseninkrement-Zwischenspeicher 26a, 26b und
26c werden mittels eines Multiplexers 30 zeitgemultiplext,
welcher die verschiedenen akkumulierten Signale zeitlich auf
einer einzigen Leitung verschachtelt. Die Multiplexer-Abtastrate
wird durch einen Taktgenerator 32 kontrolliert. Der Ausgang
des Multiplexers 30 wird einem sinus/Kosinus-ROM (Lesespeicher)
34 zugeführt, welcher eine Codierung speichert, die die in den
Zwischenspeichern 26a, 26b und 26c akkumulierten Werte in
digitalisierte Sinus- und Kosinus-Ausgangswerte übersetzt, die
wiederum die Real- und Imaginärkomponenten der digital syntheti
sierten Frequenz darstellen. Die ausgegebenen Sinuswellen haben
vorzugsweise eine Genauigkeit von 14 Bit, was ungefähr 216
Eintragungen in dem ROM erfordert. Die abgetasteten digitalen
Sinus- und Kosinus-Ausgangswerte haben dieselben Frequenzen
wie die Trägerfrequenzen der ausgewählten Stationen, auf welche
abgestimmt werden soll. Der Sinus/Kosinus-Nachschlage-ROM wird
mit einer höheren Frequenz getaktet als die Phaseninkrementoren,
um mehrfache Frequenzworte zu erzeugen. Wenn zum Beispiel drei
Phaseninkrementoren verwendet werden, die jeweils mit einer
Rate von 10 MHz getaktet werden, ist die Taktrate, mit welcher
der Sinus/Kosinus-ROM 34 adressiert wird, 30 MHz.
Der Ausgang des sinus/Kosinus-ROM 34 wird einem komplexen
Multiplizierer 36 zugeführt, wo er mit dem digitalisierten
Eingangssignal von dem Analog-Digital-Wandler 20 gemischt wird.
Hier wird komplexes Mischen verwendet, weil dies es erlaubt,
das gesamte Spektrum in eine Richtung zu verschieben, was es
von dem "realen Mischen" (d. h. wo nur eine Multiplikation
verwendet wird) unterscheidet, welches zu Störungen hervor
rufenden, sich überlagernden Bildern führen kann. Bekanntermaßen
erzeugt reales Mischen vier Bilder des ursprünglichen positiven
und negativen Spektralbildes.
Der komplexe Ausgang des digitalen komplexen Mischers (Multi
plizierers) 36 wird einer begrenzt auf Impulse ansprechenden
Filteranordnung (FIR-Filter mit begrenzter Impulsantwort)
zugeführt, welche als Bandpaßfilter für jedes der gemultiplexten
Servicebänder dient. Getrennte FIR-ROMs 38a, 38b und 38c
speichern FIR-Koeffizienten für jedes separate Serviceband.
Wenn nur ein einziges Serviceband verwendet wird, so wie wenn
alle drei Anwender auf verschiedene FM-Stationen eingestellt
haben, ist nur ein einziges FIR-ROM mit FM-Koeffizienten
erforderlich. Die Anzahl der Koeffizienten pro ROM variiert
entsprechend der ursprünglichen Abtastrate und der Enddatenrate,
wird aber in der Regel in den Bereich zwischen 20-200 fallen.
Die FIR-ROMs werden in einem Zeitmultiplexverfahren synchron
mit dem Signal-Multiplexing der Abstimmeinrichtung 22 durch
einen ebenfalls unter der Kontrolle des Taktgenerators 32
arbeitenden Multiplexer 40 adressiert. Die aus der Abstimm
einrichtung 22 kommenden digitalen Signale für jedes Serviceband
werden in einem zweiten komplexen Multiplizierer 42 mit dem
FIR-ROM-Koeffizienten ihres entsprechenden Servicebandes
multipliziert. Die Ergebnisse dieser Multiplikation werden durch
einen Demultiplexer 44 in drei Datenströme aufgeteilt und
entsprechenden Zwischenspeichern 46a, 46b und 46c für jede
ausgewählte Station zugeführt. Jedes aufeinanderfolgende
Eingangsdatum des komplexen Multiplizierers 42 wird mit einem
aufeinanderfolgenden Koeffizienten für dessen jeweiliges
Serviceband multipliziert, wobei die Zwischenspeicher 46a, 46b
und 46c für jede ausgewählte Station die Ergebnisse der Multi
plikation für dessen jeweiliges Eingangssignal addieren. Der
Datenratenausgang von den Zwischenspeichern wird so bezogen
auf die Abtastrate des Eingangssignales um einen Faktor redu
ziert, welcher der Anzahl der FIR-Koeffizienten entspricht.
Die gefilterten und akkumulierten Abtastwerte für jede ausge
wählte Station werden dann demoduliert und im Tonbereich
weiterverarbeitet. Vorzugsweise wird für alle Stationen ein
einziger digitaler Signalprozessor (DSP) verwendet. Für diese
Zwecke ist der Signalprozessor TMS320C30 DSP von Texas
Instruments geeignet. Die für FM-Demodulation und Audio
prozessierung (einschließlich Stereodecodierung) benutzte
Software erfordert weniger als 10 Millionen Befehle pro Sekunde
(MIPS), während der TMS320C30 DSP ungefähr 33 MIPS ausführen
kann. Daher können drei getrennte Stationen gemeinsam verarbeitet
werden. Dies wird erreicht, indem auf die Inhalte der drei
Akkumulatoren 46a, 46b und 46c im Zeitmultiplexverfahren (Time
sharing) zugegriffen wird. Die Signalpulse 48a, 48b und 48c
rechts von den Zwischenspeichern illustrieren ihre von dem
Taktgenerator 32 kontrollierte relative Abtastsequenz.
Das digitale Verarbeitungssystem stromabwärts von den FIR-Filter-
Speichern besteht aus digitalen Demodulatoren 50a, 50b und 50c,
welche die Trägersignale von ihren entsprechenden reduzierten
Eingängen entfernen, aus Stereodecodern 52a, 52b und 52c, welche
die linken und rechten Stereosignale für jede ausgewählte Station
trennen, aus digitalen Audioprozessoren 54a, 54b und 54c, welche
die Signale mit Funktionen wie Klangkontrolle, Volumenkontrolle
etc. verändern, sowie aus Digital-Analog-Wandlern (DAC) 56a,
56b und 56c, welche die prozessierten digitalen Signale in
analoge Form konvertieren; die Digital-Analog-Wandler können
als Teil der Audioprozessor-Funktion angesehen werden. Die
Digital-Analog-Wandler haben in dem Sinne auch eine Demultiplex-
Funktion, als die ihnen angebotenen digitalen Signale gemulti
plexte Zeitrahmen besetzen, obwohl sie auf unterschiedlichen
Leitungen getrennt sind. Im Gegensatz dazu sind die Digital-
Analog-Wandler-Ausgänge jeweils kontinuierliche analoge Signale.
Nach entsprechender Verstärkung (nicht gezeigt) werden die
analogen Signale so verschaltet, daß sie jeweilige Lautsprecher
58a, 58b und 58c oder andere gewünschte Ausgabegeräte betreiben.
Die Funktionen digitale Demodulation, Stereodecodierung und
Audioprozessierung sind für einen einzelnen Kanal üblich und
zum Beispiel in dem oben erwähnten Artikel von Dieter Baecher
diskutiert. Indem er seinen Durchsatz zeitlich verschachtelt,
bearbeitet der programmierbare DSP die Datenströme für jede
ausgewählte Station unabhängig von den anderen. Auf diese Weise
kann ein einziger Prozessor verwendet werden, um eine Anzahl
von unterschiedlichen Stationen gleichzeitig zu demodulieren,
zu decodieren und im Tonfrequenzbereich zu verarbeiten. Wenn
die mehreren Signalpfade in dem programmierbaren DSP zu verschie
denen Servicebändern gehören, sind verschiedene Demodulations
algorithmen für jedes Serviceband erforderlich. Wenn nur ein
einziges Serviceband empfangen wird, wie zum Beispiel das FM-
Band, kann ein einziger Algorithmus für jede ausgewählte Station
verwendet werden.
Ein Beispiel eines Multiplexers, der entweder in der Abstimm
einrichtung 22 oder den FIR-Filtern verwendet werden kann, ist
in Fig. 3 dargestellt. Jeweils ein Eingang von UND-Gattern 60a,
60b und 60c ist geschaltet, um ein entsprechendes Signal von
den Zwischenspeichern 28a, 28h und 28c (für die Abstimmeinrich
tung 22) oder den Ausgang eines entsprechenden FIR-Koeffizienten-
ROMs 38a, 38h und 38c (für die FIR-Filter) zu empfangen. Die
anderen Eingänge der UND-Gatter werden nacheinander im Zeitmulti
plexverfahren durch den Taktgenerator 32 aktiviert. Die Ausgänge
der UND-Gatter werden als Eingänge an ein ODER-Gatter 62 gegeben.
Dieses Gatter gibt einen einzigen Datenstrom aus, welcher
Abtastwerte von den drei UND-Gattern 60a, 60b und 60c in einer
verschachtelten Weise, also auf einer Zeitmultiplex-Basis,
enthält.
In Fig. 4 ist eine Modifikation des FIR-Filters dargestellt,
das verwendet werden kann, wenn nur Multistations-FM-Empfang
gewünscht ist. Ein einziges FIR-ROM 38a, welches die FIR-
Koeffizienten für FM-Dienste speichert, liefert seine Koeffi
zienten direkt an den komplexen Multiplizierer 42. Da nur ein
einziges FIR-ROM benutzt wird, ist es nicht erforderlich, seinen
Ausgang zu multiplexen. Die Zeitmultiplexsignale von der
Abstimmeinrichtung 22 werden jedoch weiterhin auf verschiedene
Zwischenspeicher 46a, 46b und 46c aufgeteilt, um ihre diskrete
Natur während der darauffolgenden Demodulation und Audio
prozessierung im Zeitmultiplexverfahren zu erhalten.
Claims (16)
1. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger, mit:
- - Mitteln (4; 20) zum Digitalisieren eines empfangenen analogen Radiofrequenz-Signales,
- - einer digitalen Abstimmeinrichtung (6; 22) zur Auswahl mehrerer gewünschter Frequenzen aus dem digitalisier ten Radiofrequenz-Signal auf der Basis eines Zeit multiplexverfahrens,
- - einer digitalen Filtereinrichtung (7; 38-46) zum Isolieren mehrerer gewünschter Frequenzen von stören den Signalen auf der Basis eines Zeitmultiplex verfahrens, und
- - einer digitalen Demodulator- und Verarbeitungseinrich tung (50-56) zum digitalen Demodulieren und Verar beiten der ausgewählten Signale.
2. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Abstimmeinrich
tung (22) Mittel (24-34) umfaßt, um mehrere gewünschte
Frequenzen von getrennten Radiofrequenz-Servicebändern
auszuwählen, welche gegeneinander in der Frequenz beab
standet sind.
3. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Filtereinrich
tung (38-46) eine Mehrzahl von digitalen Filtern mit
begrenzter Impulsantwort (38) (FIR) mit jeweiligen den
Servicebändern entsprechenden Filterkoeffizienten-Speichern
(38), Mittel (40) zum digitalen Zeitmultiplexen zwischen
den FIR-Filterkoeffizienten-Speichern (38) sowie Mittel
(32) umfaßt zum Steuern des FIR-Filterkoeffizienten-
Speicher-Multiplexing synchron mit dem Multiplexing des
digitalisierten Signales, so daß die ausgewählten Frequenz
signale für jedes Serviceband mittels eines zugeordneten
FIR-Filterkoeffizienten-Speichers (38) für das Serviceband
prozessiert werden.
4. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale
Abstimmeinrichtung (22) Mittel zum Auswählen mehrfacher
Frequenzen aus einem einzigen Radiofrequenz-Serviceband
aufweist.
5. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verar
beitungseinrichtung (50-56) Mittel (56) umfaßt zum Konver
tieren des demodulierten Signales in analoge Form.
6. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale
Demodulator- und Verarbeitungseinrichtung (50-56) einen
gemeinsamen digitalen Signalprozessor (DSP) aufweisen,
der dazu programmiert ist, die Funktionen der digitalen
Demodulation und Verarbeitung auszuführen.
7. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, der in einem Empfängersystem mit einer
Antenneneinrichtung zum Empfangen analoger Radiofrequenz-
Signale angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
digitale Abstimmeinrichtung (22)
- 1. eine Phaseninkrementiereinrichtung (26) zum Erzeugen einer Vielzahl von gewünschten digitalen Signalen,
- 2. Mittel (30) zum Zeitmultiplexen der gewünschten digitalen Frequenzsignale,
- 3. einen Sinuskoeffizienten-Speicher (34) zum Erzeugen digitaler Sinussignale als Antwort auf zugeführte digitale Frequenzsignale, sowie
- 4. Mittel (30) umfaßt zum Zuführen der gemultiplexten gewünschten digitalen Frequenzsignale zu dem Sinus koeffizienten-Speicher (34), um als Ausgang der digitalen Abstimmeinrichtung (22) für die gewünschten Frequenzen digitale Zeitmultiplex-Sinussignale zu erzeugen.
8. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (36) zum Mischen
des Ausganges der digitalen Abstimmeinrichtung (22) mit
den digitalisierten Radiofrequenz-Signalen vorgesehen sind,
um digitale Zeitmultiplex-Radiofrequenz-Signale zu erzeugen.
9. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach einem der
Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter
einrichtung (38-42) Zwischenspeicher (38) für jede gewünsch
te Frequenz, FIR-Filterkoeffizienten-Speicher (38), Mittel
(42) zum Multiplizieren jedes der gemultiplexten digitalen
Radiofrequenz-Signale mit entsprechenden FIR-Koeffizienten
aus dem Speicher (38) sowie Mittel (44) umfaßt, um die
Ergebnisse der Multiplikation für jede gewünschte Frequenz
zu einem zugeordneten Zwischenspeicher (46) zu leiten.
10. Mehrfach nutzbarer Radiofrequenz-Empfänger nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale
Demodulator- und Verarbeitungseinrichtung (50-56) den
Ausgang eines jeden Zwischenspeichers (46) getrennt
verarbeitet.
11. Radiofrequenz-Empfangsverfahren, mit den Schritten:
- - Empfangen eines Multifrequenz-Radiofrequenzsignals,
- - Digitalisieren des empfangenen Signales,
- - Erzeugen digitaler Zeitmultiplex-Abstimmsignale, die jeweils einer Anzahl von gewünschten Radiofrequenzen entsprechen,
- - Zuführen der digitalen Zeitmultiplex-Abstimmsignale zu dem digitalisierten empfangenen Signal, um digitale Zeitmultiplex-Signale der gewünschten Frequenzen bereitzustellen, und
- - digitales Demodulieren und Verarbeiten der digitalen Zeitmultiplex-Signale.
12. Radiofrequenz-Empfangsverfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zeitmultiplex-Abstimmsignale vor
dem digitalen Demodulieren und Verarbeiten in einem FIR-
Filter gefiltert werden.
13. Radiofrequenz-Empfangsverfahren nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das empfangene Radiofrequenz-Signal
zueinander in der Frequenz beabstandete getrennte Radio
frequenz-Servicebänder enthält, sowie daß der FIR-Filter-
Schritt die Schritte umfaßt:
- - Bereitstellen eines Satzes von FIR-Koeffizienten, der den entsprechenden Servicebändern entspricht und synchron mit dem Multiplexing der digitalen Radio frequenz-Signale zeitgemultiplext wird,
- - Zuführen dieses Satzes von FIR-Koeffizienten zu ihren jeweiligen gemultiplexten digitalen Radiofrequenz- Signalen und
- - getrenntes Akkumulieren der Resultate.
14. Radiofrequenz-Empfangsverfahren nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das empfangene Radiofrequenz-Signal
mehrere gewünschte Frequenzen innerhalb eines einzigen
Radiofrequenz-Servicebandes enthält, wobei der FIR-Filter-
Schritt die Schritte Zuführen eines Satzes von FIR-Koeffi
zienten zu den gemultiplexten digitalen Radiofrequenz-
Signalen und getrenntes Akkumulieren der Resultate umfaßt.
15. Radiofrequenz-Empfangsverfahren nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der FIR-Filter-Schritt die Schritte
Zuführen von FIR-Koeffizienten zu den gemultiplexten
digitalen Radiofrequenz-Signalen und getrenntes Akkumulieren
der Ergebnisse umfaßt, und daß die Schritte des digitalen
Demodulierens und Verarbeitens auf den akkumulierten
Ergebnissen im Zeitmultiplexverfahren durchgeführt werden.
16. Radiofrequenz-Empfangsverfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schritt des Verarbeitens den Schritt
der Konvertierung der demodulierten Signale in analoge
Form umfaßt.
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