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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Tunersystem, welches digitale Fernsehsignale empfängt, die über terrestrische
Wellen übertragen
werden.
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Bei der digitalen Fernsehausstrahlung
wurden bereits das Satelliten- und das Kabelfernsehen (CATV) in
die Praxis umgesetzt, außerdem
sind für die
Praxis terrestrische Sendesysteme geplant. Digitale Fernsehsendeverfahren
sind von Land zu Land und Region zu Region unterschiedlich, in Europa
und in Japan wird von dem orthogonalen Frequenzmultiplexsystem (OFDM)
Gebrauch gemacht. Bei dem OFDM-Verfahren sind einige Tausend Trägerwellen für das Rundfunkband
jedes Kanals eines konventionell genutzten Bodenfernsehsystems vorgesehen, die
beispielsweise mit einem Basisbandsignal nach dem Vierphasenumtastungs-Verfahren
(QPSK) moduliert und dann gesendet werden.
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Bei dem OFDM-Digitalfernsehsystem
werden Rundfunkfrequenzbänder
verwendet, die dem konventionell verwendeten analogen Fernsehen
zugeteilt sind, und damit werden Kanäle, in denen digitale Fernsehsignale übertragen
werden, benachbart zu Kanälen
angeordnet, in denen Analogfernsehsignale übertragen werden.
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Hierdurch können Analogfernsehsignale mit Digitalfernsehsignalen
gemischt werden. In diesem Zustand kann es sein, dass Digitalfernsehsignale
einen Analogfernsehempfänger
stören.
Um dies zu vermeiden, wird entsprechend den Rundfunknormen der Pegel
der Digitalfernsehsignale um einen Betrag im Bereich von 20 dB bis
35 dB gegenüber
den Analogfernsehsignalen gedämpft,
bevor sie gesendet werden. Ein Empfänger für Digitalfernsehsignale, der in
ausreichendem Maß Signale
mit Pegeln von –96 dBm
bis –20
dBm an seinem Empfangseingang störungsfrei
empfängt,
wird ebenfalls gefordert. Der von einem Digitalfernsehempfänger empfangbare
Signalpegel muss folglich den großen dynamischen Bereich von
76 dB aufweisen.
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Wie oben diskutiert, können Digitalfernsehsignale
mit Analogfernsehsignalen übertragen
werden, beispielsweise werden Kanäle, in denen Digitalfernsehsignale übertragen
werden, benachbart zu den Kanälen
angeordnet, in denen Analogfernsehsignale übertragen werden. In diesem
Fall können
Analogfernsehsignale in nachteiliger Weise einen Digitalfernsehsignalempfänger stören.
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Im Hinblick auf einen großen Bereich
der Digitalfernsehsignale, beispielsweise 76 dB, muss ein Digitalfernsehempfänger einen
umfangreichen Verstärkungssteuerbereich
aufweisen und außerdem durch
die Verstärkungssteuerung
hervorgerufene Verzerrungen unterdrücken.
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Es ist folglich ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, die Störung
von Analogfernsehsignalen beim Empfang eines Digitalfernsehsignals
zu beseitigen und die Erzeugung von Verzerrungen auch bei einem umfangreichen
Verstärkungssteuerbereich
zu unterdrücken.
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Um dieses Ziel zu erreichen, wird
erfindungsgemäß ein Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystem
gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 geschaffen.
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Die US-A-5 636 252 offenbart einen
Fernsehempfänger,
der nach dem bekannten Überlagerungsprinzip
arbeitet, was das Mischen der gewünschten Eingangsfrequenz auf
Zwischenfrequenzen (ZF) beinhaltet. Die ZFen werden gefiltert und verstärkt entsprechend
den HDTV-Spezifikationen, wozu eine automatische Verstärkungsregelschaltung verwendet
wird.
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Der Artikel "Planungsaspekte für digitales terrestrisches
Fernsehen" von G.
Petke (veröffentlicht
in Rundfunktechnische Mitteilungen, Mensing, Norderstedt, DE, Mai
1993) wirft Fragen bezüglich der
Koexistenz digitaler und analoger Fernsehsignale in benachbarten
Kanälen
auf und befasst sich mit Träger-Störungs-Anforderungen.
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Der Artikel "NTSC TV Receiver Performance with upper
adjacent channel ATV interference" von C. Eilers (veröffentlicht in IEEE Transactions
on Consumer Electronics, IEEE Inc., New York, August 1996) zeigt
die Verwendung und die Besonderheiten von SAW-Filtern zur Vermeidung
von Nachbarkanal-Störungen.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden im folgenden lediglich beispielhaft anhand der begleitenden
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Digitalfernsehsignal-Empfangssystems gemäß der Erfindung;
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2 eine
Kennlinie, die eine Nachbarkanal-Dämpfungseinrichtung zur Verwendung
in einem erfindungsgemäßen Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystem
veranschaulicht;
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3 eine
Schaltungsskizze einer Nachbarkanal-Dämpfungseinrichtung zur Verwendung
in einem erfindungsgemäßen Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystem;
und
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4 eine
Modifikation der Nachbarkanal-Dämpfungseinrichtung
zur Verwendung in einem Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystem
gemäß der Erfindung.
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Anhand der 1 wird im folgenden ein erfindungsgemäßes Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystem
beschrieben.
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Bei der folgenden Beschreibung werden
Digitalfernsehsignale und Analogfernsehsignale einfach als "Fernsehsignale" bezeichnet, wenn
kein Erfordernis für
ihre gegenseitige Unterscheidung besteht.
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Ein Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystem
gemäß der Erfindung
wird gebildet durch einen Tuner 1 und eine Zwischenfrequenzschaltung 2.
Der Tuner 1 besitzt ebenso wie ein Tuner zum Empfangen
von Analogfernsehsignalen eine Eingangstunerschaltung 3,
einen Hochfrequenzverstärker 4,
eine Zwischenstufen-Tunerschaltung 5, einen ersten Mischer 6,
einen ersten Empfangsoszillator 7, eine Zwischenfrequenz-Tunerschaltung 8 und
einen Zwischenfrequenzver stärker 9.
Der Hochfrequenzverstärker 4 wird
gebildet durch einen ersten Verstärker mit variabler Verstärkung, bei
dem die Verstärkung durch
ein Stellsignal von einer (nicht gezeigten) automatischen Verstärkungsspannungs-Regelschaltung gesteuert
wird.
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Aus Zweckmäßigkeitsgründen sind die Eingangstunerschaltung 3,
der Hochfrequenzverstärker 4,
die Zwischenstufen-Tuningschaltung 5 und der erste Mischer 6 durch
ein System dargestellt. In der Praxis allerdings sind für den Tuner
zwei Systeme vorgesehen, eines für
VHF-Fernsehsignale, eines für UHF-Fernsehsignale.
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In einen Tunereingangsanschluss 1a wird ein
Fernsehsignal eingegeben, und es wird ein gewünschter Kanal des Fernsehsignals
in der Eingangstunerschaltung 3, dem Hochfrequenzverstärker 4 und
der Zwischenstufen-Tunerschaltung 5 ausgewählt und
verstärkt.
Das verstärkte
Fernsehsignal wird dann in den ersten Mischer 6 eingegeben,
in welchem es mit dem von dem ersten Empfangsoszillator 7 gelieferten
Empfangsoszillatorsignal gemischt wird, wodurch ein erstes Zwischenfrequenzsignal (bei
etwa 36 MHz im Fall des europäischen
Fernsehsystems) erhalten wird. Das erste Zwischenfrequenzsignal
läuft durch
die Zwischenfrequenz-Tunerschaltung 8 und den Zwischenfrequenzverstärker 9 und wird
an einen Tunerausgangsanschluss 1b ausgegeben.
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Nicht nur Digitalfernsehsignale sondern
auch Analogfernsehsignale gelangen in den Tunereingangsanschluss 1a.
Folglich wird ein gewünschtes Digitalfernsehsignal
durch die Eingangstunerschaltung 3 und die Zwischenstufen-Tunerschaltung 5 ausgewählt und
in ein erstes Zwischenfrequenzsignal umgewandelt, wozu es mit dem
Empfangsoszillatorsignal gemischt wird. Hierzu wird die Schwingungsfrequenz
des Empfangsoszillators 7 von einer PLL-Schaltung 11 gesteuert,
die mit einem Referenzoszillator 10 ausgestattet ist. Die
PLL-Schaltung 11 besitzt
eine (nicht gezeigte) Abstimmspannungs-Erzeugungsschaltung zum Steuern
der Abstimmfrequenz der Eingangsabstimmschaltung oder Eingangstunerschaltung 3 und
der Zwischenstufen-Tunerschaltung 5.
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Die Zwischenfrequenzschaltung 2 erzeugt ein
8-Bit-Basisbandsignal aus dem in dem Tuner 1 gewonnenen
ersten Zwischenfrequenzsignal. Die Zwischenfrequenzschaltung 2 besitzt
eine Nachbarband-Dämpfungseinrichtung 21,
einen ersten Zwischenfrequenzverstärker 22 mit veränderlicher
Verstärkung,
einen Mischer 23, eine zweiten Empfangsoszillator 24,
einen zweiten Zwischenfrequenzverstärker 25, einen Analog-Digital-(A/D)
Wandler 26 und einen Taktoszillator 27. Die Basisband-Dämpfungseinrichtung 21 hat
eine Kennlinie, gemäß der die
Frequenzbänder
der Nachbarkanäle
um 60 dB oder mehr gedämpft
werden, wie dies in 2 dargestellt
ist unter der Annahme, dass der Kanal des ersten Zwischenfrequenzsignal,
welches ein zu empfangendes digitales Fernsehsignal ist, sich in
der Nachbarschaft von Kanälen
analoger Fernsehsignale befindet. Aufgrund der oben angesprochenen Kennlinie
wird selbst dann, wenn der Pegel des Digitalfernsehsignals am Tunereingangsanschluss 1a um
35 dB niedriger ist als die Pegel der benachbarten Analogfernsehsignale,
der Pegel des Digitalfernsehsignals am Eingangsanschluss des zweiten
Mischer 23 um 25 dB höher
als die benachbarten Analogfernsehsignale.
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Das von der Nachbarband-Dämpfungseinrichtung 21 ausgegebene
erste Zwischenfrequenzsignal wird in dem ersten Zwischenfrequenzverstärker 22 verstärkt und
dann in den zweiten Mischer 23 eingegeben. In dem zweiten
Mischer 23 wird das erste Zwischenfrequenzsignal mit einem
von dem zweiten Empfangsoszillator 24 ausgegebenen Empfangsoszillatorsignal
gemischt und dadurch in ein zweites Zwischenfrequenzsignal bei etwa
4 MHz umgewandelt. Um die Frequenz zu stabilisieren, ist der zweite Empfangsoszillator 24 mit
einem Kristallschwingerteil 24A ausgestattet. Das zweite
Zwischenfrequenzsignal wird in dem zweiten Zwischenfrequenzverstärker 25 auf
einen vorbestimmten Pegel verstärkt
und dann in den A/D-Wandler 26 eingegeben, in welchem es mit
einem Taktsignal einer Frequenz von etwa 18 MHz aus dem Taktoszillator 27 abgetastet
wird, um ein 8-Bit-Basisbandsignal zu bilden. Das Basisbandsignal
wird zum Extrahieren eines Videosignal und eines Audiosignals in
einer (nicht gezeigten) Basisband-Verarbeitungsschaltung demoduliert.
Wegen der QPSK-Demodulation in der Basisbandverarbeitungsschaltung
wird nicht nur ein Taktsignal mit 18 MHz, sonder ein Taktsignal
mit 36 MHZ von dem Taktoszillator 27 ausgegeben.
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Im folgenden wird anhand der 3 der Aufbau der Nachbarband-Dämpfungseinrichtung 21 diskutiert.
Die Nachbarband-Dämpfungseinrichtung 21 wird
gebildet aus einem ersten akustischen Oberflächenfilter (SAW-Filter) 21a,
einen ersten Kompensationsverstärker 21b,
ein variables Dämpfungsglied 21c,
einen zweiten Kompensationsverstärker 21d und
ein zweites SAW-Filter 21e, wobei diese Elemente sequentiell
hintereinander geschaltet sind. Die Dämpfungseinrichtung 21 von
dem Ausgangsanschluss des ersten SAW-Filters 21a bis hin
zum Ausgangsanschluss des zweiten SAW-Filters 21e wird durch
eine Gegentaktschaltung gebildet.
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Das erste SAW-Filter 21a und
das zweite SAW-Filter 21e haben im wesentlichen gleiche
Kennlinien, und die beiden Filter 21a und 21e dämpfen die Frequenzbänder der
Nachbarkanäle
um etwa 30 dB oder mehr. Der erste Kompensationsverstärker 21b und
der zweite Kompensationsverstärker 21d kompensieren
die Einfügungsverluste,
die sich in den Durchlassbändern
des ersten SAW-Filters 21a und des zweiten SAW-Filters 21e ergeben.
Auf diese Weise befindet sich das erste SAW-Filter 21a an
einer Stelle vor dem ersten Kompensationsverstärker 21b, um so die
Entstehung von Verzerrungen in dem Kompensationsverstärker 21b zu
reduzieren. Der zweite Kompensationsverstärker 21d befindet
sich an einer Stelle vor dem zweiten SAW-Filter 21e und unterdrückt damit
die Rauschfrequenz (SF), die durch das zweite SAW-Filter 21e entsteht.
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Gleichstrom-Sperrkondensatoren 28, 28 sind
mit dem ersten SAW-Filter 21a und dem ersten Kompensationsverstärker 21b,
dem zweiten Kondensationsverstärker 21d und
dem zweiten SAW-Filter 21e, und mit dem zweiten SAW-Filter 21e und dem
zweiten Zwischenfrequenzverstärker 22 verbunden.
Das variable Dämpfungsglied 21c ist
mit einer PIN-Diode 29 ausgestattet, die derart verschaltet
ist, dass sie zwei Gegentaktleitungen überbrückt. Eine feste Spannung (beispielsweise
eine Versorgungsspannung von 5 V) wird über einen Vorspannwiderstand 30 an
die Kathode gelegt, während
eine Steuerspannung, die von einer (nicht gezeigten) Verstärkungsregelspannungs-Erzeugungsschaltung
ausgegeben wird, über
einen Widerstand 31 an die Diode gegeben wird. Die PIN-Diode 29 und
der zweite Kompensationsverstärker 21d sind über Gleichstrom-Sperrkondensatoren 32, 32 verbunden.
Die PIN-Diode 29 und der erste Kompensationsverstärker 21b sind über Impedanzanpasswiderstände 33, 33 und
Gleichstrom-Sperrkondensatoren 34, 34 verbunden,
die in Reihe geschaltet sind.
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Bei Anlegen einer Steuerspannung
an die Anode der PIN-Diode 29 kann die Nachbarband-Dämpfungseinrichtung 21 im
Verein mit dem Hochfrequenzverstärker 4 des
Tuners 1 und dem ersten Zwischenfrequenzverstärker 22 derart
eine Steuerung vornehmen, dass der Pegel des eingegebenen Digitalfernsehsignals
auf einem dynamischen Bereich von etwa 76 dB gehalten werden kann.
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Wenn die Bänder der Nachbarkanäle in angemessener
Weise um etwa 60 dB oder mehr ausschließlich von dem ersten SAW-Filter 21a gedämpft werden,
können
der zweite Kompensationsverstärker 21d und
das zweite SAW-Filter 21e weggelassen werden. Der erste
Kompensationsverstärker 21b und das
veränderliche
Dämpfungsglied 21c können ersetzt
werden durch einen zweiten Verstärker 21f variabler
Verstärkung,
und das erste SAW-Filter 21a und der zweite Verstärker 21f variabler
Verstärkung können die
Nachbarband-Dämpfungseinrichtung 21 bilden,
wie in 4 gezeigt ist.
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Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht,
bietet das erfindungsgemäße Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystem
folgende Vorteile:
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Die Nachbarband-Dämpfungseinrichtung liegt zwischen
dem ersten Mischer und dem zweiten Mischer, um Signale von Kanälen zu dämpfen, die dem
Frequenzband eines ersten Zwischenfrequenzsignals benachbart sind,
und zwar um 60 dB oder mehr in Bezug auf das erste Zwischenfrequenzsignal.
Damit wird in dem zweiten Mischer die Störung der Analogfernsehsignale
der benachbarten Kanäle vermindert.
Da die Nachbarband-Dämpfungseinrichtung
an einer Stelle hinter dem ersten Mischer liegt, können bekannte
Elemente zum Empfangen von Analogfernsehsignalen für den ersten
Mischer und die vorhergehenden Elemente verwendet werden, was den
Entwurf des Digitalfernsehsignal-Empfangstunersystems vereinfacht.
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Signale in den Nachbarkanälen werden
mit Hilfe des ersten und des zweiten SAW-Filters gedämpft, und
durch diese Filter hervorgerufene Einfügungsverluste werden kompensiert
mit dem ersten bzw. dem zweiten Kompensationsverstärker, um
dadurch die Stärke
des ersten Zwischenfrequenzsignals zu garantieren. Der erste Kompensationsverstärker befindet
sich an einer Stelle hinter dem ersten SAW-Filter, das die in dem
ersten Kompensationsverstärker
erzeugten Verzerrungen reduziert, hervorgerufen durch Analogfernsehsignale
in den Nachbarkanälen.
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Der erste Verstärker mit variabler Verstärkung befindet
sich an einer Stelle vor dem ersten Mischer, und das erste Dämpfungsglied
ist an einer Stelle hinter dem ersten Kompensationsverstärker angeordnet,
was den dynamischen Bereich der Empfangssignale vergrößert. Anstelle
des ersten Kompensationsverstärkers
und des veränderlichen Dämpfungsglieds
kann ein zweiter Verstärker
mit veränderlicher
Verstärkung
verwendet werden, was die Schaltung vereinfacht.