CN103250360A - 带相位分集的宽带采样 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行用于高频信号的接收装置的方法，存在至少两个用于接收和再处理高频信号的天线（2、4），根据所接收的高频信号的接收质量进行切换，其特征在于，用相应的天线（2、4）接收的高频信号的整个频率范围通过宽带转换器（6、7）从模拟信号转换为数字信号并在此后进行频率选择。

Description

带相位分集的宽带采样

技术领域

本发明涉及根据各独立权利要求的各自的前序部分所述的用于运行用于高频信号的接收装置的方法以及按该方法工作的接收装置。

背景技术

在汽车技术中，用于运行用于高频信号的接收装置的方法，例如无线电信号或电视信号已经有所应用，在这种情况下存在至少两个接收路径，它们分别具有一个用于接收和处理高频信号的天线，并根据接收到的高频信号的接收质量从一个接收路径转换到至少另一个接收论经。这种方法被称为天线分集系统并用于改善高频信号的接收，特别是改善无线电接收或电视接收。这种接收改善的目的在于通过至少两个（或更多个）天线信号适当的相位正确的叠加来降低多路干扰

（由于接收信号的反射引起），还在于实现用于提高灵敏度的天线增益（Antennengewinn）。

在图2中示出一个作为现有技术的这种天线分集系统。这里例如存在两个接收路径，在这种情况下，在每个接收路径中存在一个天线100、200。根据天线分集系统的设计方案，也考虑采用多于两个接收路径。在每个接收路径中存在一个高频（HF）部件101、102，利用所述高频部件处理由天线100、200接收的高频信号。这种处理这样进行，使得利用一个锁相回路（PLL）和相应的选择方法由待接收的发射台的接收到的高频信号（发射台频率）中进行选择。此后利用合适的和已知的装置和算法将所选择的高频信号转换成相应的模拟的中频信号（ZF信号），其中将相应的模拟中频信号输送给所属的模/数转换器103、104。模/数转换器利用合适的和已知的算法将存在于其输入端的模拟ZF信号转换成数字ZF信号。该数字ZF信号在模/数转换器的输出端输送给ZF滤波器105、106，但这不是必需的。模/数转换器103、104的输出信号可以不经滤波地输送给转换器107或相位分集装置108，或者可以将ZF滤波器105、106的输出信号输送给转换器107或相位分集装置108。在输出端，转换器107和相位分集装置108都与所属的解调器109、110连接，所述解调器将输入的数字ZF信号处理成合适的，适于播放的信号，特别是多路复用信号（MPX信号）。存在相应的播放装置，但在图2中没有示出。

用于通过两个或多个高频天线信号的合适的、相位正确的叠加降低多路干扰的方法原理上例如作为概念“相位分集天线（Phased DiversityAntenna）”或“相位阵列天线（Phase Array Antenna）”已知。这种根据“相位阵列天线”方法的在图3中作为现有技术示出。

在移相器中未知的参数α、β和作为放大或衰减的a、b的设定标准按已知的方式实现。在传输测试信号的情况下，这通过所谓的“WienerLoesung”或者在盲均衡的情况下通过已知的“常数模算法（CMA）”或其他合适的方法来实现。

前面所述的方法越来越多在汽车中用于UKW（超短波段）范围的接收、特别是无线电接收，因为这里由于持续的位置变化所接收的高频信号易于受到由于反射触发的干扰的影响。UKW无线电信号由于其短波性，但也由于调制/解调方法而对于多路接收干扰特别敏感。

因此为了实现改进而已经设定，在采用无线数据广播系统（RDS）时对于UKW在接收不良的情况下转换到备选频率。为此存在大量利用一个或多个接收器的方法。这些已知的用于处理接受到的高频信号的系统和方法的共同之处在于，一个锁相回路在短时间内执行该频率切换。但因为接收器（一个接收路径）分别仅通过相位调整设定了一个频率，已知的分集系统也只有在两个接收路径调谐到相同的接收频率时才工作。如果要在利用通过RDS接收的数据的内容的情况下执行频率切换，则原则上存在这样的可能性，即，利用两个接收路径并行地实现切换，或者使分集系统分开，以便利用一个接收器预先检查一个可选方案，和/或通过辅助接收路径例如通过转换器分开地评估至少两个天线的信号。

但这种已知的系统和方法原理上是有缺点的。如果两个接收器并行地从一个频率切换的到另一个频率并同时执行这种切换，则由于信号中的空隙会出现可以听见的或可以看见的干扰，这种干扰由于锁相回路的瞬间振荡形成。因此不利地不能确保，恰好在该时刻备选频率确实提供更好的接收。如果采用于另一种可能性，即将分集系统分开，则在分集的情况下收听或可见的频率与没有分集的情况下备选频率的精确比较总是不精确的并且因此可能在选择最佳的备选频率时导致错误的决定。

除了用于降低信号中的干扰的优化工作，还存在这样希望，即，除了收听的（或可见的）频率和优化的选择合适的备选频率的策略之外，例如附加地接收交通无线广播或其他服务。这不必在收听的或收看的频率上进行。为此此时多数情况装入附加的接收器或者短时间地利用两个接收路径，如图2所示的那样。但这有这样的缺点，即此时不能通过相位分集对收听或收看的节目进行干扰降低。

前面所述的缺点可以部分或完全消除，其方式是，利用调谐单元根据要并行考察的发射台频率的希望的数量提高接收路径和所述的高频部件的数量。但这会导致成本不成比例地提高，从而在这种系统的实现方面尽管获得了接收特性的改进，但成本状况是非常不能令人满意的。这意味着，所有的解决方案或者会导致高成本的缺点，或者必须在接收系统的性能方面作出不希望的折中。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于按分集原理运行用于高频信号的接收装置的方法以及一种按所述方法工作的接收装置，利用所述方法能够避免前面所述的缺点。

根据本发明对于所述方法设定，利用相应的天线接收的高频信号的整个频率范围通过设置在天线后面的宽带转换器由模拟信号转换成数字信号并在此后进行频率选择。这意味着，本发明的基本构思在于，不是如图2所示在高频范围内执行要播放的频率（无线电发射台或电视发射台）的选择，而是如图1所示在低频范围内，优选在中频范围内执行。由于半导体技术的进步，目前在性能方面以及在成本状态方面都能够制造具有非常高的带宽的高解析度的模/数转换器。这种具有非常高的带宽的高解析度的AD转换器这里在这种情况下称为宽带转换器。因此，例如可以利用这种宽带转换器可以对从约88MHz到108MHz的整个UKW频带进行采样并将输入的高频模拟信号转换成相应的高频数字信号。

在本发明的改进方案中，数字信号输送给至少一个混合装置，在所述混合装置中，数字信号与至少一个振荡器的至少一个信号相乘，以便获得至少一个中频信号（ZF信号）。就是说，这意味着，在数字层面此时可以进行希望的频率的混合和选择并接着进行解调。混合优选作为宽带转换器的模拟输出信号与振荡器的输出信号、优选是数字控制振荡器（NCO：Numerical Controlled Oscillator）的相乘进行。通过混合降低达到的ZF频率可以是在数字范围内的大于0MHz的合适的中频。除此以外也可以设想混入基带中。但这里这并不重要。

本发明的改进方案中设定，所述至少一个ZF信号被输送给ZF滤波器并进行滤波。由此能够以有利的方式消除其他干扰分量。

具体实施方式

下面参考图1根据一个示例性的用于实施所述方法的接收装置来详细说明根据本发明的方法。

图1中用附图标记1表示接收装置，所述接收装置适于并构造成执行根据本发明的方法。用于利用相位分集（Phasendiversity）进行宽带采样的所述接收装置1在这种情况下具有三个接收路径（Empfangszug），这些接收路径后面还将详细说明。但本发明不仅限于恰好所述三个接收路径，而是还可以具有四个、五个或多于五个接收路径。在这种情况下，图1中所示的接收装置1的还将说明的元件的数量倍增。

在这种情况下，（与参考现有技术解释的接收路径不同）在一个接收路径中存在一个带有后置的HF部件的天线2，与此类似在该接收路径的另一个部分中同样设有天线4和后置的HF部件5。HF部件3、5与如图2所示的HF部件的区别在于，它们不具有锁相回路也不具有对所接收的高频信号的选择功能。

所接收的模拟信号1和2由HF部件3、5的输出端输出到相应的宽带转换器6、7。所述宽带转换器6、7适于并构造成，将HF部件3、5的模拟信号1、2的整个带宽从模拟转换为数字的。这里带宽在欧盟地区例如对于UKW是指从约88MHz到108MHz的频带。前面所述的带宽仅是示例性的并且可以根据所接收的高频信号的带宽改变，必要时明显改变。

在宽带转换器6、7的输出端上按相应的数量连接至少一个混合装置。就是说，相应的宽带转换器6、7的数字输出信号被输送给所属的混合装置8至13。在该实施例中，宽带转换器6的后面设置三个混合装置8至10，与此类似，宽带转换器7的后面设置三个混合装置11至13。

在这里可以设想，相应的宽带转换器6或7的后面不是设置恰好三个混合装置，而是也可以仅设置一个或两个混合装置或者设置多于三个混合装置。

可以但不是必须按存在的混合装置8至13相应的数量设有ZF滤波器14至19。利用这些ZF滤波器14至19对所属的混合装置8至13的输出信号进行滤波，从而不希望的会导致干扰的信号成分被滤出。

为了实现将接收装置1调谐到希望的频率（即希望的要收听和/或观看的发射台），如前面已经说明的那样，将相应宽带转换器6、7的数字输出信号输送给所属的混合装置8至13，所述信号在相应的混合装置8至13中与至少一个振荡器20至22的至少一个信号相乘，以便得到至少一个ZF信号。在该实施例中，振荡器20至22构造成数字振荡器（NCO：Numerical Controlled Oscillator）。这有这样的优点，即能够非常快速、非常经济并且主要是非常精确地调谐到希望的频率。

就是说，可以在数字层面上进行混合（通过相乘）和选择希望的频率。希望的频率的选择（就是说要接收的发射台的选择）这样来实现，将相应混合装置8至13的未经滤波的输出信号或者将所述ZF滤波器14至19的输出信号输送给相位分集装置23至25。相应的相位分集装置23至25的输出信号然后输送给所述的解调器26至28，所述解调器提供适于播放的输出信号。

在图1中可以看到，相应的宽带转换器6、7的数字输出信号输送给所述的混合装置8至13，然后使其与所述的振荡器20至22的信号相乘，并将这样获得的ZF信号未经滤波或经过滤波地输送给所属的相位分集装置23至25，每个相位分集装置23至25的输出信号都输送给所属的解调器26至28。这意味着，通过在混合和解调之间中间连接相位分集装置23至25，如图1所示，可以通过使用于多个频率的相应的电路部分倍增而并行地执行相位分集。这意味着，有利例如在一个解调器的输出端存在实际应收听或观看的信号，而同时在后台还可以搜索备选频率。如果发现备选频率，则可以调谐到该备选频率，从而在此后可以决定，是否从一个用于播放一套节目的具有一个频率的接收路径切换到另一个用于播放具有相同节目的备选频率的另一个具有较好接收特性（较好的接收质量，例如较好的接收电平）的接收路径。

为了说明，在本发明的说明书的范围内术语“接收路径”所指的含义，要参考下面的解释。

图1中所示的接收装置首先具有高频信号从天线2经由HF部件3到达第一宽带转换器6的信号路径。除此以外，还存在另一个信号路径，该信号路径从另一个天线4经由HF部件5到达宽带转换器7。由于在相应的宽带转换器6、7的输出端上以相应的数量后置混合装置8至13和后面的各元件，由此限定了，第一接收路径从宽带转换器6的输出端经由混合装置8、必要时经由ZF滤波器14到达相位分集装置23。对此补充地，第一总信号路径从天线2起经由HF部件3、进一步经由宽带转换器6、混合装置8、必要时还有ZF滤波器14，经由相位分集装置23到达解调器26。与此类似地，另一个总信号路径从天线4起经由HF部件5、宽带转换器7、混合装置8、必要时还有ZF滤波器17，通向相位分集装置23一直到达解调器26。此外由图1可见，以相同的方式经由混合装置9、10和12、13，在这种情况下在考虑到天线2、4，HF部件3、5以及宽带转换器6、7的情况下，以相同的方式构成接收路径和总信号路径。

由于接收装置1根据图1的设计方案，还可以通过现有的各接收路径调谐到三个不同的备选频率上而调谐到相同的应播放的节目。除此以外，可以通过所述的方式调谐到两个备选频率上，并根据接收质量在这两个接收频率之间切换，相反可以在第三解调器上在后台接收另一个节目。可以例如在交通广播消息方面对所接收的第三个节目进行评估。前面所述的具有两个天线、用于三个频率的接收路径的数量在其数量上并不是固定地预先规定的。例如在一个具有三个天线和也是三个接收路径的系统中，同样可以分析评估并继续处理三个接收频率。但也可以利用多于三个接收路径调谐到多于三个发射台。就死活说通过相应电路部分的倍增，如在根据图1的接收装置1中存在的那样，可以对于多个频率并行地执行相位分集。在图1中示出的具有二重天线分集用于三个接收频率的实施例通过当今的半导体技术可以简单、紧凑并且非常经济地实现。同时相关构件的计算速度可以明显提高，从而也可以通过一个运算单元按多工方式（Multiplex）实现一个或多个电路部分。

在至少两个解调器（例如解调器26、27或27、28或26、28）或多于两个解调器的输出端连接一个分析评估装置。该分析评估装置获得所述的解调器的信号并根据现有的标准对其进行分析评估。所述标准例如是电平或接收质量。在分析评估装置的输出端此时存在应播放的信号（特别是低频信号）。此时，这例如是无线电信号、电视信号或其他信号。这意味着，在这种情况下，从一个接收路径到另一个接收路径的切换在分析评估装置中进行。

为了说明，如何能够通过相应电路部分的倍增对于多个频率并行地进行相位分集，还应指出以下情况。“倍增”是指，按与每个接收路径类似的方式补充在图1中存在和说明的构件。就是说，另一个接收路径同样至少使用天线2、4和所述的HF部件3、5，其中HF部件后面设置另一个宽带转换器。该宽带转换器的后面以与另外的接收路径中相同的数量还设有混合装置，同样可以补充或省去ZF滤波器。附加的混合装置的输出信号或附加的ZF滤波器的输出信号以恰当的方式输送给另外的相位分集装置和另外的后置的解调器。

附图标记列表

Claims (9)

1.一种用于运行用于高频信号的接收装置的方法，存在至少两个用于接收和再处理高频信号的天线（2、4），根据所接收的高频信号的接收质量进行切换，其特征在于，用相应的天线（2、4）接收的高频信号的整个频率范围通过宽带转换器（6、7）从模拟信号转换为数字信号并在此后进行频率选择。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字信号输送给至少一个混合装置（8至13），信号在混合装置（8至13）中与至少一个振荡器（20至22）的至少一个信号相乘，以便得到至少一个ZF信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个振荡器（20至22）的信号由数字控制振荡器产生。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个ZF信号输送给ZF滤波器（14至19）。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，未滤波或经滤波的所述至少一个ZF信号输送给相位分集装置（23至25），并在相位分集装置（23至25）中对其进行处理之后输送给解调器（26至28）。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在每个接收路径中，相应的宽带转换器（6、7）的数字输出信号输送给所属的混合装置（8至13），将其与所述振荡器（20至22）的信号相乘，并且未滤波或经滤波地将这样对于每个接收路径获得的ZF信号输送给所属的相位分集装置（23至25）。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，给每个相位分集装置（23至25）分别输送一个由每个接收路径获得的ZF信号。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，调谐到三个不同的备选频率以达到相同的节目，或者调谐到两个备选频率并根据接收质量在这两个接收频率之间切换，同时在后台可以接收另一个节目。

9.一种用于接收和再处理高频信号的接收装置，该接收装置构造成用于执行根据上述权利要求中的至少一项的方法。

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