СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ВЫХОДНОГО СИГНАЛА
METHOD AND DEVICE OF GENERATING AT LEAST ONE OUTPUT SIGNAL

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения по меньшей мере одного выходного сигнала для приемника.
В высококачественных автомобильных системах радиовещательного приема с частотной модуляцией используется несколько антенн с целью улучшения приема по сравнению с системами, имеющими лишь одну антенну. Преимущество использования нескольких антенн заключается в возможности переключения между антеннами и последующей передачи приемнику входного сигнала выбранной антенны посредством высокочастотного сигнала. Этот процесс называют разнесенным приемом с коммутацией (переключением) ветвей разнесения.
Из публикации DE 102006039357 A1 известно, что существует возможность переключения между сигналами отдельных физических антенн и сигналом, полученным в результате сложения по меньшей мере двух реальных аналоговых сигналов. Для осуществления этого в транспортных средствах обычно размещают на заднем стекле антенные элементы и соединяют их короткими, длиной в несколько сантиметров, проводами с антенным коммутатором. В антенном коммутаторе всегда выбирается сигнал только одной антенны. После этого весь диапазон приема одной из антенн становится доступным радиоприемнику благодаря высокочастотному кабелю, выполненному, как правило, в виде коаксиального кабеля. В радиоприемнике осуществляется последующая обработка сигнала. При этом в радиоприемнике из всего диапазона приема выделяется с помощью фильтра нужная частота, которая преобразуется в промежуточную частоту, снова фильтруется и обрабатывается, когда пользователь, настраивая радиоприемник, выбирает частоту приема. Для принятия коммутатором решения о том, какой из имеющихся сигналов антенн следует выбрать, он нуждается в информации о частоте, выбираемой в данном диапазоне приема радиоприемника. С этой целью в антенный коммутатор по высокочастотному кабелю поступает для последующей обработки сигнал промежуточной частоты, генерируемый в радиоприемнике.
В публикации DE 102006006266 A1 описано, что из приемника в коммутатор поступают по отдельному каналу сигналы, которые в особых условиях приема препятствуют переключению.
Еще в одном способе из двух сигналов, получаемых в результате усиления и/или фильтрации двух различных линейно независимых входных сигналов, принимаемых антеннами, вычисляется один новый сигнал посредством комплексной линейной комбинации.
Далее, известны системы, осуществляющие прием с разнесением по фазе и отличающиеся от систем, в которых используется разнесенный прием с коммутацией ветвей разнесения. В системах приема с разнесением по фазе два или более входных сигнала, принимаемых антеннами, комбинируются после цифровой обработки, причем комплексные коэффициенты линейной комбинации непрерывно согласуются с условиями приема.
Системы разнесенного приема с коммутацией ветвей разнесения, напротив, осуществляют дискретный выбор между несколькими входными сигналами, причем и в тех случаях, когда отдельные из этих входных сигналов образуются в результате сложения входных сигналов двух антенн. При переключении здесь возникают помехи. Кроме того, системы разнесенного приема с коммутацией ветвей разнесения, включающие отдельный антенный коммутатор, получают от автомобильного радиоприемника (головного устройства) сигнал промежуточной частоты, содержащий информацию, требуемую для переключения.
В способе, реализующем прием с разнесением по фазе и известном из публикации DE 102004062000 A1, используется подсоединенный к антеннам смесительный каскад, в котором осуществляется преобразование входного сигнала одной из антенн во входной сигнал другого частотного диапазона, так что после сложения входные сигналы, принятые от обеих антенн, передаются по высокочастотному кабелю с разными средними частотами. Недостатком этого способа является необходимость включения в тракт передачи входных сигналов приемной системы двух дополнительных схем комбинирования входных сигналов. Кроме того, преобразование частоты должно осуществляться по всей ширине диапазона приема, вследствие чего дополнительные смесители подвергаются динамическому воздействию на протяжении всего этого диапазона. Из-за ограниченности динамических свойств этих смесителей и каскадирования процессов смешения, что способствует усилению шумов и уменьшению интермодуляционных характеристик во всем тракте передачи сигналов, такая система уступает по своим эксплуатационным характеристикам системе с цифровой направленной антенной (DDA - от англ. Digital Direction Antenna), имеющей два антенных канала. Другой недостаток этой системы состоит в возникновении фазовой ошибки в процессах смешения. Эту ошибку приходится компенсировать посредством алгоритмов приема с разнесением по фазе, что может также привести к снижению выходной мощности.
Из публикации US 2009/0298453 A1, в которой раскрыт ближайший аналог изобретения, известна система для комбинирования нескольких частотно-модулированных сигналов в приемнике, причем известная система содержит две антенны и по одному аналого-цифровому преобразователю (АЦП) на каждую антенну. Пути передачи принятых сигналов за АЦП выполнены цифровыми и находятся внутри сигнального процессора.
Исходя из описанного выше уровня техники в настоящем изобретении предлагаются способ и устройство, охарактеризованные в независимых пунктах формулы изобретения. Частные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и представлены в описании.
Предлагаемый в изобретении способ получения по меньшей мере одного выходного сигнала для приемного блока, включает:
- прием по меньшей мере одного первого входного сигнала посредством по меньшей мере одной первой антенны и прием по меньшей мере одного второго входного сигнала посредством по меньшей мере одной второй антенны,
- предварительную обработку входных сигналов путем их оцифровывания, выполняемую отдельно для каждого входного сигнала,
- комбинирование предварительно обработанных входных сигналов друг с другом с генерированием по меньшей мере одного выходного сигнала,
- выдачу по меньшей мере одного сгенерированного выходного сигнала в приемный блок посредством соединения,
причем приемное устройство снабжают электрической энергией путем фантомного питания от приемного блока посредством вышеупомянутого соединения.
Предлагаемое в изобретении устройство для получения по меньшей мере одного выходного сигнала для приемного блока содержит по меньшей мере две антенны и приемное устройство, причем приемное устройство выполнено с возможностью:
- приема по меньшей мере от одной первой антенны по меньшей мере одного первого входного сигнала и по меньшей мере от одной второй антенны по меньшей мере одного второго входного сигнала,
- предварительной обработки входных сигналов путем их оцифровывания, выполняемой отдельно для каждого входного сигнала,
- комбинирования предварительно обработанных входных сигналов друг с другом с генерированием по меньшей мере одного выходного сигнала,
- выдачи в приемный блок по меньшей мере одного сгенерированного выходного сигнала посредством соединения,
- получения электрической энергии от приемного блока путем фантомного питания посредством вышеупомянутого соединения.
Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, заключаются в сокращении потребных аппаратных средств за счет использования только одного соединения, в частности высокочастотного кабеля, между приемным устройством и приемным блоком (радиоприемником) для передачи выходного сигнала в одном направлении и подачи электропитания в другом направлении, а также в том, что путем использования лишь одного высокочастотного кабеля можно обеспечить высокоскоростную передачу данных, а также совместимость кабельного жгута с другими приемными устройствами.
Изобретение позволяет реализовать разнесение по фазе посредством лишь одного высокочастотного канала, а именно высокочастотного кабеля, служащего для соединения приемного устройства с приемным блоком, выполненным, например, в виде радиоприемника. Следовательно, в транспортном средстве можно использовать DDA-устройство, сконструированное в виде ориентированной в пространстве цифровой приемной антенны, или соответствующую систему, стоимость которой не будет такой высокой, как в случае системы с двумя высокочастотными кабелями.
В соответствии с изобретением входные сигналы подвергают предварительной обработке по меньшей мере двумя антеннами путем преобразования в цифровую форму, т.е. оцифровывания. В процессе предварительной обработки каждый входной сигнал может фильтроваться, усиливаться и/или оцифровываться. Частота входного сигнала может также подвергаться преобразованию. Как правило, входные сигналы комбинируют путем вычисления с проведением по меньшей мере одной вычислительной операции, получая по меньшей мере один выходной сигнал. При этом в ходе вычисления обычно выполняется умножение на комплексные коэффициенты и сложение по меньшей мере двух независимых входных, т.е. принятых, сигналов. Формирование такой линейной комбинации двух входных сигналов, принятых в одном и том же канале приема и подвергнутых предварительной обработке, происходит в антенной системе (обычно в приемном устройстве), а не в радиоприемнике, как это предусмотрено в известных из уровня техники системах.
Сформированный из входных сигналов по меньшей мере один выходной сигнал, или сигнал антенны, может быть передан для последующей обработки в радиоприемник (головное устройство), выступающий в качестве приемного блока посредством соединения, выполненного, например, в виде кабеля. Как правило, может быть получено два или более выходных сигналов или сигналов антенны. Тем самым может быть реализовано DDA-устройство посредством только одного кабеля, который может быть выполнен в виде высокочастотного кабеля. При этом путем использования лишь одного высокочастотного кабеля можно обеспечить высокоскоростную передачу данных, а также совместимость кабельного жгута с другими приемными устройствами.
Антенная система или антенное устройство с обработкой DDA-сигналов называется DDA-тюнером, или коммутатором. Блок, в котором производится такая обработка сигнала, может также именоваться DDA-антенной. При этом антенное устройство включает в себя по меньшей мере две антенны, короткую подводящую линию и приемное устройство, выполненное в виде коммутатора.
При этом высокочастотный кабель в соответствии с изобретением используется для снабжения энергией приемного устройства или DDA-тюнера, также может использоваться для цифрового управления приемным устройством. Для снабжения энергией на высокочастотный кабель подается постоянное напряжение, передаваемое затем на DDA-тюнер, путем так называемого фантомного питания. В одном из возможных вариантов осуществления для управления DDA-тюнером предусмотрено использование разных несущих частот для выдачи по меньшей мере одного цифрового выходного сигнала DDA-тюнера в радиоприемник или головное устройство и сигнала цифрового управления из головного устройства в DDA-тюнер, а также для осуществления цифрового управления DDA-антеннами.
Возможен вариант осуществления изобретения, предусматривающий использование в приемном устройстве приемного модуля с высокой степенью интеграции, выполненного в виде приемной схемы, и двумя параллельными трактами передачи сигналов. Благодаря этому требуется лишь однократная предварительная обработка сигнала управления смесителем, а также лишь один контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Способ может осуществляться в отношении прямого и/или опосредованного съема входных сигналов.
В другом варианте осуществления изобретения можно объединить, или скомбинировать, антенный усилитель и входной каскад каждого тракта передачи входных сигналов, что позволяет реализовать только одну схему автоматической регулировки усиления (АРУ), которая обычно встроена в приемный модуль приемного устройства.
По меньшей мере один выходной сигнал может также генерироваться путем модуляции несущей предварительно обработанными входными сигналами и/или путем объединения предварительно обработанных входных сигналов в одном канале.
Кроме того, радиовещательный прием с амплитудной модуляцией, осуществимый в рамках данного способа, может быть реализован путем генерирования частоты по меньшей мере одного выходного сигнала или смешанного сигнала, на основе фиксированной частоты гетеродина или опорной частоты, в зависимости от условий, посредством деления и/или умножения частоты по меньшей мере одного входного сигнала, обычно частот входных сигналов. В случае такого по меньшей мере одного выходного сигнала осуществляется, посредством смесителя одного из трактов передачи сигналов, преобразование в соответствующую промежуточную частоту и, в случае необходимости, фильтрация некоторой части частот радиовещательного диапазона с амплитудной модуляцией. Последующий процесс включает не формирование линейной комбинации входных сигналов из трактов передачи сигналов, обычно предварительно обработанных путем оцифровывания, а передачу обоих оцифрованных сигналов промежуточной частоты по соединительному кабелю в приемный блок и их последующую там обработку. Возникающая при этом возможность одновременного приема частотно-модулированных и амплитудно-модулированных входных сигналов позволяет осуществлять, например, администрирование списка радиостанций в фоновом режиме.
Возможен также вариант осуществления изобретения, представляющий собой использование по меньшей мере двух независимых до момента формирования линейной комбинации приемных модулей, в которых время от времени формирование линейной комбинации не осуществляется, при этом один приемный модуль остается на частоте входного сигнала и выдает входной сигнал для формирования аудиосигнала, тогда как второй модуль параллельно ищет лучшие альтернативные частоты.
В качестве сигнала, сопрягаемого с приемным устройством, выполненным, как правило, в виде DDA-тюнера, можно также использовать сигнал, подвергаемый последующей обработке, например аудиосигнал. В этом случае входной сигнал представляет собой источник аудиосигнала для автомобильного радиоприемника, или головного устройства стереосистемы.
Поскольку входные сигналы подвергаются оцифровыванию, то в предлагаемом в изобретении способе приемное устройство отличается от приемника, размещаемого где-либо в транспортном средстве, получающего входные сигналы от двух или более антенн, комбинирующего их в аналоговой форме и выдающего аудиосигнал.
Описанное устройство предназначено для выполнения всех шагов представленного способа. При этом отдельные шаги данного способа могут также выполняться отдельными компонентами устройства. Далее, функции устройства или отдельных компонентов устройства могут быть преобразованы в стадии осуществления способа. Кроме того, существует возможность реализации стадий способа в качестве функций отдельных компонентов устройства или устройства в целом.
Прочие преимущества и варианты осуществления настоящего изобретения представлены в приведенном ниже описании, иллюстрируемом приложенными чертежами.
Следует иметь в виду, что отличительные признаки, указанные выше и описываемые ниже, могут использоваться в рамках настоящего изобретения не только в представленных, но и в других комбинациях или в отдельности.
На чертежах показано:
на фиг. 1 - схематическое изображение первого примера выполнения известного из уровня техники устройства,
на фиг. 2 - схематическое изображение второго примера выполнения известного из уровня техники устройства,
на фиг. 3 - схематическое изображение устройства, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 4 - схематическое изображение устройства, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Ниже приведено подробное описание вариантов осуществления изобретения, представленных в схематическом изображении на чертежах.
Описания чертежей даются во взаимосвязи и с перекрестными ссылками, а одинаковые компоненты имеют одинаковые ссылочные обозначения.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение первого примера выполнения известного из уровня техники устройства 2, содержащего антенную систему 4 с двумя антеннами 6, 8, размещенными в заднем стекле транспортного средства. Для каждой антенны 6, 8 предусмотрен один блок съема 10, 12 входного сигнала антенны. Эти блоки съема 10, 12 соединены с антенным коммутатором 14. Антенный коммутатор 14 соединен с автомобильным радиоприемником 20, который может также именоваться головным устройством, посредством первого канала 16, предназначенного для передачи аналогового высокочастотного (ВЧ) сигнала, и второго отдельного канала 18, предназначенного для передачи сигнала промежуточной частоты (ПЧ).
Реализация способа разнесенного приема с коммутацией ветвей разнесения осуществляется в данном случае путем установления связи с двумя антеннами посредством блоков съема 10, 12, антенного коммутатора 14 и выполненных в виде высокочастотных кабелей каналов 16, 18 между антенным коммутатором 14 и автомобильным радиоприемником 20. При этом в процессе приема происходит переключение между антеннами 6, 8, причем прохождение ПЧ- и ВЧ-сигналов возможно также лишь по одному каналу 16, 18. В этом случае в схеме должны быть предусмотрены соответствующие частотные разделительные фильтры.
Недостатком этого способа разнесенного приема с коммутацией ветвей разнесения является то, что в каждый момент времени можно использовать для приема входной сигнал лишь одной антенны, что ограничивает приемную способность устройства 2. Другой недостаток состоит в том, что переключение между антеннами 6, 8 является причиной возникновения помех.
В известном устройстве 24, схематическое изображение которого представлено на фиг. 2 в качестве второго примера, использованы, в основном, те же компоненты, что и устройстве 2, но здесь отсутствует антенный коммутатор 14. Вместо этого здесь предусмотрен автомобильный DDA-радиоприемник 28, соединенный посредством первого канала 16 и первого блока съема 10 входного сигнала с первой антенной 6 и посредством второго канала 18 и второго блока съема 12 входного сигнала - со второй антенной 8.
В способе, реализуемом посредством второго устройства 24, используются две приемные системы, состоящие из антенн 6, 8 и блоков съема 10, 12 входных сигналов антенн, в которых происходит вычисление нового сигнала как комплексной линейной комбинации. При этом путем соответствующего подбора отдельных комплексных коэффициентов можно существенно улучшить качество результирующего сигнала по сравнению с отдельными входными сигналами, снимаемыми с антенн 6, 8. Таким способом можно, помимо прочего, почти полностью подавить помехи, возникающие из-за приема входных сигналов, поступающих в данной зоне с разных направлений. При этом в зонах с низким уровнем приема можно добиться повышения выходной мощности путем соответствующего сложения обоих входных сигналов. Соответствующие устройства или системы 24 присутствуют на рынке примерно с 2002 года и обычно именуются DDA-системами, или системами приема с разнесением по фазе. В этих системах два входных сигнала антенн 6, 8 поступают в приемник, выполненный в виде автомобильного DDA-радиоприемника 28 по двум раздельным высокочастотным коаксиальным кабелям, используемым в качестве каналов 16, 18. В автомобильном DDA-радиоприемнике 28 эти входные сигналы усиливаются, фильтруются, преобразуются в сигналы промежуточной частоты, оцифровываются и подвергаются последующей цифровой обработке. При этом могут также обрабатываться три и более входных сигнала антенн.
Недостаток DDA-устройства 24 состоит в том, что для него требуются два высокочастотных кабельных канала. В отличие от этого простые автомобильные радиоприемники только с одной антенной или системой разнесенного приема с коммутацией ветвей разнесения обходятся лишь одним высокочастотным каналом между ними и антенной. Этот недостаток DDA-устройства 24 выражается в удорожании системы, используемой в транспортном средстве.
Устройство 40 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, схематическое изображение которого представлено на фиг. 3, содержит антенную систему 42 по меньшей мере с одной первой антенной 44 и по меньшей мере с одной второй антенной 46, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга. При этом каждая антенна 44, 46 соединена с блоком съема 48, 50 принимаемых ею, т.е. входных, сигналов. В свою очередь блоки съема 48, 50 соединены с приемным устройством 52, которое может также именоваться DDA-тюнером или приемным устройством с цифровой направленной антенной. Приемное устройство 52 связано с приемным блоком 56, выполненным в данном случае в виде автомобильного радиоприемника, или головного устройства, посредством только одного соединения 54, выполненного в виде кабеля или проводящей линии.
В этом устройстве 40 приемное устройство 52 получает первый входной сигнал от первой антенны 44 через первый блок съема 48 и второй входной сигнал - от второй антенны 46 через второй блок съема 50. При этом в приемном устройстве 52 осуществляется предварительная обработка каждого из входных сигналов в отдельности. Затем предварительно обработанные входные сигналы комбинируются друг с другом посредством вычислительной операции, в результате чего генерируется по меньшей мере один выходной сигнал. Следовательно, путем реализации в приемном устройстве 52 способа приема с разнесением по фазе получают из входных сигналов по меньшей мере один выходной сигнал, который также можно именовать сигналом антенны. Для выдачи в приемный блок 56 по меньшей мере одного выходного сигнала, который также можно именовать сигналом антенны, требуется лишь одно соединение 54.
На фиг. 4 представлено схематическое изображение устройства 60, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения. Это устройство 60 содержит по меньшей мере две пространственно-разнесенные антенны 62, 64, соединенные с приемным устройством 66, выполненным в виде DDA-тюнера. Принимаемые антеннами 62, 64 входные сигналы, синхронно поступающие на них от одной и той же радиостанции на одной и той же частоте, передаются на приемное устройство 66. Внутри приемного устройства 66 предусмотрен модуль 68 для последующей обработки входных сигналов. Для каждого входного сигнала в этом модуле 68 предусмотрена отдельная схема 70 предварительной обработки. В этих схемах 70 осуществляется предварительная обработка каждого входного сигнала, принимаемого каждой антенной 62, 64, в отдельности, в процессе которой каждый входной сигнал обычно фильтруется и/или усиливается. Кроме того, может быть предусмотрено преобразование частоты каждого из входных сигналов и/или оцифровывание этих входных сигналов.
Далее процесс обработки сигналов в модуле 68 продолжается в вычислительной схеме 72, в которой осуществляется комбинирование предварительно обработанных входных сигналов друг с другом. Процесс комбинирования входных сигналов, происходящий в вычислительной схеме 72, обычно включает формирование линейной комбинации входных сигналов, уже подвергнутых предварительной обработке. В качестве альтернативы или дополнения в вычислительной схеме 72 может производиться деление и/или умножение предварительно обработанных входных сигналов. Стадии обработки, выполняемые в приемном устройстве 66, включают также, помимо прочего, аналого-цифровое преобразование, вычисление комплексных DDA-коэффициентов и сложение полученных таким образом цифровых сигналов.
Устройство 60, показанное на фиг. 4, включает также приемный блок 74, который может быть выполнен в виде автомобильного радиоприемника, или головного устройства и располагаться, например, в центральной консоли транспортного средства. Приемное устройство 66 и приемный блок 74 связаны друг с другом посредством соединения 76, выполненного в виде кабеля. По меньшей мере один выходной сигнал, полученный в результате последующей обработки предварительно обработанных входных сигналов, передается по кабелю 76 с приемного устройства 66 на приемный блок 74. Принимаемый приемным блоком 74 по меньшей мере один выходной сигнал, как правило, цифровой сигнал, подвергается, в случае необходимости, дополнительной обработке в схеме 78, расположенной внутри приемного блока 74, и выдается в виде аудиосигнала.
Посредством соединения 76 обеспечивается двусторонняя связь между приемным устройством 66 и приемным блоком 74. Через соединение 76, выполненное в виде кабеля, на приемное устройство 66 могут поступать с приемного блока 74 сигналы управления приемом, или тюнером. Кроме того, через соединение 76 осуществляется снабжение энергией приемного узла 66.
К сигналам управления приемом в данном примере осуществления может относиться настроечная информация, включающая информацию о выбранном диапазоне приема и тестируемых альтернативных частотах, передаваемую в рамках стратегии RDS (аббревиатура англ. выражения Radio Data System - стандарт для передачи информационных сообщений по радиовещательным каналам), которая в данном примере осуществления реализуется в контроллере приемного блока 74, выполненного в виде головного устройства. Возможна, однако, также реализация RDS-стратегии в приемном устройстве 66, выполненном в виде DDA-тюнера.