DE19610455C2 - Rauschsperre zur digitalen Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rauschsperre zur digitalen Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie kann insbesondere bei allen Arten von Funkgeräten, Funkempfangsgeräten, Handfunkgeräten und CB-Funkanlagen angewendet werden.

Es ist bekannt, das Empfangsteil eines Funkgerätes zur Un­ terdrückung von unerwünschtem Rauschen mit einer Rausch­ sperre (Squelch) zu versehen. Diese vermeidet unerwünschte Rauscheinbrüche, indem sie den NF-Signalweg erst dann freigibt, wenn der Feldstärkepegel des zu empfangenen Signals eine festgelegte Ansprechschwelle überschreitet. Die Ansprechempfindlichkeit einer derartigen Rauschsperre wird in der Regel individuell am Empfangsgerät einge­ stellt. Ist die Ansprechschwelle zu hoch gewählt, wird das Empfangssignal nicht gehört, ist sie hingegen zu niedrig gewählt, kann es permanent zu unangenehmen Rauscheinbrü­ chen kommen.

Aus der US 4480335 ist eine Schaltungsanordnung zum analogen Entfernen von Rauschanteilen in Empfangssignalen von FM-Empfängern bekannt. Dabei wird das bereits demodulierte und analoge NF-Signal einerseits über eine Verzögerungsschaltung auf einen Schalter und andererseits über ein Hochpaßfilter auf einen Rauschdetektor zur Erken­ nung pulsierender Rauschanteile geführt. Dieser Detektor steuert über einen monostabilen Multivibrator den vorge­ nannten Schalter, welcher dann den Weg des NF-Signals zum NF-Verstärker freigibt. Solange keine Rauschanteile er­ kannt werden, schaltet der Schalter das NF-Signal durch auf die Pilotsignalgewinnung des Stereodekoders. Erkennt der Rauschdetektor hingegen ein Rauschsignal, so wird über eine Gleichrichterschaltung ein Steuersignal erzeugt, wel­ ches über den Multivibrator den Schalter ansteuert und diesen für eine festgelegte Zeit (ca. 50 µs) schließt. Durch diese Unterbrechung kann kein niederfrequentes Signal mehr von der Verzögerungsschaltung her den Schalter passieren. Da jedoch das NF-Signal für eine bestimmte Zeit verzögert an den Schalter gelangt, nämlich die Zeitdauer des Rauschsignals, wird die Weiterleitung des Rauschsignals für diese Zeitdauer auch unterbunden. Zu­ sätzlich kann dem Rauschdetektor eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) zugeordnet werden, die sichern soll, daß nur pulsierendes Rauschen entfernt wird. In Ver­ bindung mit einer feldstärkeabhängigen Regelung soll ferner erreicht werden, daß keine gemischten Rauschanteile den Schalter passieren. Hierzu wurde ermittelt, daß eben diese gemischten Rauschanteile insbesondere bei hohen Feldstärkewerten auftreten. Eine feldstärkeabhängige Rege­ lung wirkt daher auf die AGC und verhindert ein Öffnen des Schalters bei hohen Feldstärkewerten aber gleichzeitig er­ mittelten gemischten Rauschanteilen.

Aus der DE 29 16 127 C2 ist weiterhin eine Einrichtung zur Unterdrückung vorübergehend auftretender Störgeräusche be­ kannt, bestehend aus einer Eingangsschaltung, digitalen Speichermitteln zum verzögerten Speichern des Nutzsignals, Erkennungsmitteln zur Erkennung des Zeitabschnitts von Störungen im Empfangssignal sowie Schaltmitteln. Während der Dauer einer Störung wird der gestörte Teil des Nutzsignals unterdrückt und durch einen zeitlich konstan­ ten Signalpegel ersetzt, der dem der Störung zeitmäßig vorausgegangenen Signalpegel entspricht, unter Steuerung durch die Erkennungsmittel. Diese Störsignalunterdrückung führt jedoch ihrerseits zu Folgestörungen, da das Nutzsignal nach Beendigung der Störphase in der Regel einen anderen Pegelwert aufweist, als das eingefügte Signal, welches anhand des vorausgegangenen Nutzsignals ermittelt wurde. Die Kontinuität des Nutzsignalverlaufs kann hierdurch eine nachteilige Beeinträchtigung erfahren.

Aus der DE 35 24 847 A1 ist schließlich ein Rundfunkemp­ fangsgerät bekannt, mit einer Anordnung zur Störimpuls­ austastung. Dabei werden insbesondere impulsartige Störungen, wie sie z. B. von Zündfunkenstörungen bei Kraft­ fahrzeugen her bekannt sind, im Empfangssignal HF-seitig ausgewertet. Hiervon abhängig wird dann im folgenden eine Störimpulsunterdrückungsschaltung gesteuert. Diese Störim­ pulsunterdrückungsschaltung ist als digitale Schaltungs­ anordnung aufgebaut. Über eine Prozessoreinheit mit zugehörigem Speicher wird das digitalisierte Empfangs­ signal nach Eliminierung der Störung korrigiert, durch Interpolation nach Maßgabe einer Potenzfunktion.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Rauschsperre zur digitalen Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln bei Funkanlagen anzugeben, welche ein ungewolltes Aufrauschen des Empfangsgerätes unterbindet, übertragungsbedingte Störungen beseitigt sowie eine einfache und kostengünstige Realisierung gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht demgemäß vor, vermittels des empfangenen, demodulierten und noch analogen NF- Signals einerseits eine Rauscherkennung durchzuführen und es andererseits gleichzeitig zu digitalisieren sowie in einen Speicher einzuschreiben, softwareseitig eine Aus­ blendung von Rauschsignalen und Störpegeln durchzuführen und danach das Signal mit einer Zeitverzögerung im Milli­ sekundenbereich wieder freizugeben. Hierzu wird zunächst der Feldstärkepegel durch Vergleich mit einem eingestell­ ten Wert detektiert und einem Prozessor (CPU) zugeleitet wird. Parallel dazu erfolgt eine Rauschdetektion durch Vergleich eines NF-Signalanteils mit einem festen Wert, dessen Ergebnis ebenfalls dem Prozessor zugeleitet wird. Gleichzeitig wird ein anderer Teil des NF-Signals digita­ lisiert, mittels des Prozessors abgetastet und in einen RAM eingeschrieben. Nach einer gleichfalls einstellbaren Verzögerungszeit werden die Daten ausgelesen digital/analog gewandelt und einem NF-Verstärker zugeleitet, wel­ cher ebenfalls vom Prozessor geöffnet oder gesperrt wird. Das Öffnen der Rauschsperre erfolgt demgemäß durch die Feldstärkedetektion, während das Schließen der Rausch­ sperre durch die Feldstärkedetektion in Verbindung mit der bei der Rauschdetektion ermittelten Rauscherkennung er­ folgt. Eine weiterhin durchgeführte Digitalisierung des Signals, verbunden mit der zeitverzögerten Signalausgabe, verhindert ein unerwünschtes Aufrauschen des Signals und schafft die Voraussetzung für eine softwareseitige Besei­ tigung von sprunghaften Störungen. Durch ein ebenfalls vorgeschlagenes Kompandersystem ist schließlich auch eine generelle Verbesserung des Rauschabstandes zu erzielen.

Die Erfindung soll an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

in der Figur eine Rauschsperre zur digitalen Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln.

Gemäß der Figur gelangt das Feldstärkesignal 3 vom S-Meter des Empfangsgerätes über den Eingang 2 auf den invertierenden Eingang eines Komparators 4, dessen nichtinvertierender Eingang mit einem eingestellten, konstanten Referenzsignal beaufschlagt wird. Aufgabe des Komparators ist der Ver­ gleich beider Eingangssignale. Wenn die zu messende Größe ungleich dem Referenzsignal ist, springt der Komparator­ ausgang von einem definierten Pegel auf einen anderen, was als Auswertekriterium herangezogen wird. Das Ausgangs­ signal des Komparators 4 wird demgemäß einem Prozessor (CPU) 10 zugeleitet.

Das NF-Signal gelangt über den Eingang 1 einerseits über ein Hochpaßfilter 5 auf den invertierenden Eingang eines zweiten Komparators 7, dessen nichtinvertierender Eingang gleichsam mit einem konstanten Referenzsignal beaufschlagt wird. Ausgangsseitig ist der Komparator 7 ebenfalls mit dem Prozessor 10 verbunden. Andererseits gelangt das NF- Signal über ein Tiefpaßfilter 6 auf einen nachgeordneten Kompander 8, welcher das NF-Signal um den Faktor 2 : 1 kom­ primiert, und wird anschließend vermittels eines Ana­ log/Digital-Umsetzers (ADU) 9 digitalisiert. Der Ana­ log/Digital-Umsetzer ist als 8-Bit-Wandler mit parallelem Datenbus ausgebildet, der sich über eine Lese- und Chipse­ lectleitung vom Prozessor 10 wie ein RAM ansprechen läßt. Dem Analog/Digital-Umsetzer 9 ist weiterhin ein Digi­ tal/Analog-Umsetzer 12 zugeordnet, welcher über eine Schreib- und Chipselectleitung gleichfalls vom Prozessor 10 wie ein RAM angesprochen werden kann. Dem Digi­ tal/Analog-Umsetzer folgt ausgangsseitig ein Expander 13, welcher das NF-Signal um den Faktor 1 : 2 wiederum expan­ diert. Der Expander 13 ist ausgangseitig einem NF-Verstär­ ker 14 mit angeschlossenem Lautsprecher 15 zugeordnet. Der NF-Verstärker 14 wird ebenfalls vom Prozessor 10 geöffnet oder gesperrt. Dem Prozessor 10 ist weiterhin ein Lese/Schreibspeicher (RAM) 11 zugeordnet. Das Hochpaßfil­ ter 5 kann auch als Bandpaßfilter ausgebildet werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine spezielle Rauschsperre zur digitalen Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln vorgeschlagen, welche zunächst die Ansprechkriterien der Rauschsperre ermittelt und festlegt, gleichzeitig das empfangene Analogsignal digitalisiert, dann eine Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln prozessorseitig vornimmt und schließlich das Signal mit einer definierten Zeitverzögerung wiederum freigibt.

Zur Feldstärkepegelerkennung wird der externe S-Meteran­ schluß des Empfangsgerätes genutzt. Der nachgeordnete Komparator 4 vergleicht diesen Pegel mit einem Referenzpe­ gel, welcher einstellbar ist, und teilt dies dem Prozessor 10 mit. Zur Rauschdetektion wird das NF-Signal des exter­ nen Lautsprecheranschlusses über ein Hochpaßfilter 5 dem Komparator 7 zugeführt. Das Hochpaßfilter 5 filtert die komplette Sprache heraus und kann zur weiteren Signal­ verbesserung auch durch ein Bandpaßfilter ersetzt werden. Die Digitalisierung des NF-Signals wird derart durchge­ führt, indem das NF-Signal zunächst über ein Tiefpaßfilter 6, welches das NF-Signal von höherfrequenten Signalanteilen befreit, die zur Sprachübertragung nicht erforderlich sind und zumeist nur aus Rauschen bestehen, auf einen Kompander 8 geführt wird. Um den Signal /Rauschabstand durch die Analog/Digital-Umsetzung und Digital/Analog-Umsetzung nicht zu verschlechtern hat der Kompander die Aufgabe, das Signal um den Faktor 2 : 1 zu komprimieren. Als Analog/Digital-Umsetzer wird ein 8-Bit- Wandler mit parallelem Datenbus verwendet, der sich über eine Lese- und Chipselectleitung wie ein RAM vom Prozessor 10 ansprechen läßt. Der Prozessor 10 tastet das NF-Signal mit einer 4-fach over-sampling-rate ab und speichert diese im RAM 11. Nach einer Verzögerungszeit von ca. 20-100 ms wird das Signal dem Digital/Analog-Umsetzer 12 zugeführt, welcher über eine Schreib- und Chipselectleitung ebenfalls wie ein RAM vom Prozessor 10 angesprochen wird. Um die ursprüngliche Dynamik des Signals wieder herzustellen, wird das Signal mittels des Expanders 13 um den Faktor 1 : 2 wieder expandiert. Danach wird es dem NF-Verstärker 14 zugeführt, welcher absolut knackfrei vom Prozessor 10 gesteuert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet durch die vorge­ schlagene Digitalisierung des Signals die softwareseitige Elimination von sprunghaften Störungen, welche in einfa­ cher Weise herausgerechnet werden können. Ferner wird ein plötzliches Aufrauschen, bedingt durch einen Signalabfall, durch eine zeitversetzte Ausgabe des Signals vermieden.

Das Öffnen der Rauschsperre wird durch die Auswertung der Feldstärke über den Komparator 4 sowie dem Prozessor 10 bestimmt, welche die von herkömmlichen Geräten bekannte Hysteresis vermeidet. Das Schließen der Rauschsperre wird hingegen durch die Auswertung von Feldstärke und Rauscher­ kennung realisiert. Das weiterhin vorgeschlagene Kompan­ dersystem führt zu einer generellen Verbesserung des Rauschabstandes.

Mit der erfindungsgemäßen Rauschsperre zur Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln wird die Rauschansprechschwelle exakt festgelegt mit einer feld­ stärkeunabhängigen Hysteresis. Es wird eine konstante Lautstärke erreicht sowie ein ungewolltes Aufrauschen des Empfangsgerätes vermieden.

Claims (7)

1. Rauschsperre zur digitalen Ausblendung von Rauschsignalen und Störpegeln, insbesondere bei Empfangseinrichtungen von Funkan­ lagen, die aus einem Prozessor mit zugeordneten Speichermit­ teln zum verzögerten Speichern des digitalisierten Nutzsignals und mit Schaltmitteln zur Weiterleitung des Nutzsignals oder Unterbrechung des Nutzsignalweges besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Öffnen der Rauschsperre über eine Feldstärkedetektion erfolgt, wobei der Feldstärkepegel (3) des Empfangssignals dem invertierenden Eingang eines Komparators (4) zugeordnet ist, dessen nichtinvertierender Eingang mit einem einstellbaren Pe­ gel beaufschlagt ist und der ausgangsseitig das Vergleichser­ gebnis einem Prozessor (10) zuleitet,
daß das Schließen der Rauschsperre über eine Rauschdetektion in Verbindung mit der Feldstärkedetektion erfolgt, wobei das analoge NF-Signal einerseits über ein Hochpaßfilter (5) dem invertierenden Eingang eines zweiten Komparators (7) zugeord­ net ist, dessen nichtinvertierender Eingang ebenfalls mit einem einstellbaren Pegel beaufschlagt ist und der ausgangs­ seitig gleichfalls das Vergleichsergebnis dem Prozessor (10) übermittelt,
daß das NF-Signal weiterhin zur Digitalisierung über ein Tief­ paßfilter (6) auf einen Analog/Digital-Umsetzer (9) geführt ist, der ausgangsseitig einerseits mit dem Prozessor (10), der das Signal abtastet und in einen RAM (11) einschreibt sowie nach einer festlegbaren Verzögerungszeit das Signal wieder ausliest und einem Digital/Analog-Umsetzer (12) mit nachge­ schaltetem NF-Ausgangsverstärker (14) zuführt, und anderer­ seits direkt mit dem Digital/Analog-Umsetzer (12) verbunden ist, und
daß der Prozessor (10) den NF-Verstärker (14) öffnet und sperrt.

2. Rauschsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das NF-Signal vor der Digitalisierung komprimiert und nach erfolgter Analogisierung wieder expandiert wird, indem vor dem Analog/Digital-Umsetzer (9) ein Kompander (8) und nach dem Digital/Analog-Umsetzer (12) ein Expander (13) angeordnet ist.

3. Rauschsperre nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Umsetzer (9) als 8-Bit-Wandler mit parallelem Datenbus ausgebildet ist, der sich über eine Lese- und Chipselectleitung vom Prozessor (10) wie ein RAM anspre­ chen läßt.

4. Rauschsperre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Digital/Analog-Umsetzer (12) über eine Schreib- und Chipselectleitung vom Prozessor (10) wie ein RAM anspre­ chen läßt.

5. Rauschsperre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit zwischen der RAM-Ablage und der Datenzuführung zum Digital/Analog-Umsetzer (12) 20 bis 100 ms beträgt.

6. Rauschsperre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompander (8) das NF-Signal um den Faktor 2 : 1 kompri­ miert, während der Expander (13) das NF-Signal um den Faktor 1 : 2 expandiert.

7. Rauschsperre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (5) als Bandpaßfilter ausgebildet ist.