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System zur Übertragung amplitudenmodulierter Signale
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein System zur Übertragung amplitudenmodulierter Signale, dessen Zweck darin liegt, die durch die Quadraturkomponente des Signales verursachte Verzerrung wesentlich herabzusetzen ; es handelt sich also um jene Komponente, die im wesentlichen senkrecht zum Vektor der Trägerfrequenz verläuft. Die Quadraturkomponente entsteht infolge der unsymmetrischen Verteilung der seitlichen Bänder, wie sie insbesondere bei der Fernsehübertragung verwendet wird. Die Quadraturverzerrung macht sich hier als störende Verschlechterung der Bildgüte bemerkbar. Die engen weissen Flächen zwischen den schwarzen Feldern verändern sich in graue, wenig klare Flächen.
Bisher wurde beim Fernsehen mit dieser Tatsache als mit einer unerwünschten, jedoch praktisch nicht zu beseitigenden Erscheinung gerechnet. Unter dem Einfluss der sogenannten Nyquist-Kante bewirkt die angeführte Quadraturverzerrung vorerst einen kurzzeitigen Übergang auf ein graues Niveau, wonach bedeutend langsamer die Veränderung dieses grauen Niveaus auf das weisse Niveau folgt.
Diese unerwünschte Erscheinung der Quadraturverzerrung ist sehr schwer zu beseitigen, denn diese Verzerrung ist vor allem von der Modulationstiefe abhängig. Ihre allfällige Kompensation müsste durch einen Modulationssprung erfolgen, der eine bestimmte Tiefe hat. Für eine solche Kompensation könnten unlineare, in den Übertragungsweg eingeschaltete Impedanzen verwendet werden. Jedoch liegt ihr Nachteil darin, dass sie eine starke Deformation der Signale mit sinusförmigem Verlauf bewirken, während Signale mit Rechtecksverlauf beinahe ohne Änderungen verbleiben ; demgegenüber tritt jedoch gerade beim rechteckförmigen Verlauf die Quadraturverzerrung am auffälligsten in Erscheinung.
Die Quadraturverzerrung kann mittels einer Synchrondetektion (z. B. durch einen Phasendetektor) gut beseitigt werden, bei welcher sowohl eine gleichphasige Komponente"L"als auch eine Quadratur- komponente"K"gewonnen werden kann. Diesbezüglich sei zunächst auf die erläuternden Fig. la-le hingewiesen :
Der Vektor der Modulationsfrequenz fm rotiere mit der Winkelgeschwindigkeit um (Fig. 1). Im Falle symmetrischer Seitenbänder treten zwei gleiche Vektoren fm auf, die mit gleichen, jedoch entgegengesetzt gerichteten Winkelgeschwindigkeiten +wm bzw.-Mm rotieren. Ihre vektorielle Summe liegt daher in der Richtung der Trägerfrequenz Fo (s. Fig. Ib).
Bei Unsymmetrie der Seitenfrequenzen, wie sie bei der FernsehUbertragung auftritt, wo die eine Seitenfrequenz beinahe völlig unterdrückt ist, tritt nur ein einziger Seitenfrequenzvektor fm auf, der mit der Geschwindigkeit wry rotiert. Dieser Vektor wird einerseits in die Komponente L in Richtung des Vektors Fin, anderseits in die Komponente K, die senkrecht zu dieser Richtung verläuft, zerlegt ; dadurch tritt die sogenannte Quadraturverzerrung ein, die dadurch charakterisiert ist, dass der resultierende (strichpunktiert gezeichnete) Vektor in bezug auf den Vektor Fo seine Phase ändert (Fig. le). Infolgedessen kann bei der Demodulation eines solchen Signales kein üblicher Detektor verwendet werden.
Die Quadraturverzerrung kann jedoch durch einen Synchrondetektor beseitigt werden. Die Einführung der Synchrondetektion am Ende des Übertragungsweges wäre jedoch überaus schwierig. So wird z. B. die Synchrondetektion beim Farbfernsehen zur Gewinnung farbiger Signale aus dem farbentragenden Gemisch gemäss der NTSC-Norm verwendet. In diesem Falle wird eine Hilfsträgerfrequenz (die niedriger als die Trägerfrequenz ist) gleichzeitig durch zwei Farbkomponenten moduliert, von denen die eine gleichphasig, die andere in Quadratur aufmoduliert ist.
Am Ende des Übertragungsweges, d. h, im Empfänger,
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werden die beidenFarbkomponenten in zwei Synchrondetektoren zurückgewonnen ; die Hilfsträgerfrequenz wird dem einen Detektor gleichphasig, dem andern in Quadratur zugeführt. Dieser Fall einer verhältnismässig leichten Durchführung der Synchrondetektion ist allerdings ganz aussergewöhnlich und wird einzig dadurch ermöglicht. dass das Farbfernsehsignal in jedem Zeilenimpuls ein besonderes Synchronisierungssignal enthält. Einzig dieses Signal ermöglicht im Empfänger die Darstellung der Trägerfrequenz mit einer genau bestimmten Phase. die sodann für beide Synchrondetektoren verwendet wird.
Beim Schwarzweissfernsehen (ebenso wie für die Grund-Video-Komponente beim Fernsehen) ist jedoch eine analoge Detektion praktisch nicht verwirklichbar. Die Trägerfrequenz wird nämlich im gesendeten Spektrum bei- . derseits von einem derart dichten Spektrum des Fernsehbildes umhüllt, dass die Gewinnung eines sowohl frequenzmässig als auch phasenmässig genauen Wertes aus diesem Spektrum - und dies im Empfänger - praktisch und wirtschaftlich beinahe unmöglich ist, denn hiezu wären Kristallfilter und andere kostspielige Einrichtungen erforderlich.
Zwecks Beseitigung des Verzerrungseinflusses auf dem Übertragungsweg wurde bereits eine Schaltung vorgeschlagen, bei der im Sender künstlich die ganze Verzerrung (d. i. sowohl die Quadraturverzerrung als auch die lineare) in der Form ausgebildet wird, wie sie im Empfänger entsteht. und diese Verzerrung
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führten Verzerrungen ist'insbesondere die Quadraturverzerrung störend, welche auf der Empfangsseite nicht durch einfache Verfahren beseitigt werden kann. Im oben angeführten Falle wird jedoch diese Qua- darturverzerrung, die durch die parasitäre Phasenmodulation der Trägerfrequenz entsteht, durch die zu- sätzliche Amplituden-Vorverzerrung beseitigt. Dadurch kommt es jedoch leicht zur Überschreitung der normgemäss zugelassenen Grenzwerte der Signalamplitude.
Ein weiterer Nachteil der angeführten Me- thode liegt in der Notwendigkeit der Ausbildung eines Amplitudenunterschiedes zweier Signale. Bereits eine kleine Ungenauigkeit der Amplitude bei irgend einem der verglichenen Signale beeinflusst das Er- gebnis in unerwünschter Weise.
Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemässe System beseitigt, dessen Grundgedanke darin besteht, dass bereits im Sender'bzw. an einer geeigneten Stelle, z. B. in einem Zwischenfrequenzverstärker, des Übertragungsweges eine Vorverzerrung bloss der Quadraturkomponente, und dies entgegen der Richtung der wirklichen Quadraturverzerrung, ausgebildet wird, die am Ende des Übertragungsweges, d. i. im Empfänger, auftritt. Als Ergebnis ergibt sich, dass das Endsignal nach dem Durchgang durch den Empfänger praktisch nicht verzerrt ist.
Die eigentliche Ausführung wird im wesentlichen durch einen Synchrondetektor mit zwei Eingängen verwirklicht. Dem einen von diesen wird die reine Trägerfrequenz zugeführt, dem andern Eingang wird das modulierte Signal mit den vorausgesetzten unsymmetrisch übertragenen Seitenbändern zugeführt.
Beide zugeführten Signale werden mittels eines geeigneten Phasenwandlers derart verdreht, dass die gewonnene Komponente K der Quadraturverzerrung (s. Fig. Id) in Gegenphase zur tatsächlichen Komponente K dieser Verzerrung liegt, wie sie am Ende des Übertragungsweges in Erscheinung tritt. Die derart künstlich ausgebildete Komponente-K der Quadraturverzerrung wird nunmehr dem übertragenen Signal aufmoduliert. Die hiebei entstehenden vektoriellen Verhältnisse sind aus der Fig. le ersichtlich.
Dieser Grundgedanke der Erfindung ist in verschiedenen Abwandlungen verwirklichbar. die im weiteren in Anwendung auf einen Sender angeführt werden, was aus wirtschaftlichen Gründen am vorteilhaftesten ist. Im Blockschema gemäss Fig. 2 wird das Niederfrequenzsignal a aus der Fernseh-Aufnahme- kamera A dem Grundmodulator B zugeführt, in den auch die Trägerfrequenz aus dem Oszillator C gelangt. Aus dem Modulator B tritt sodann das normale Fernsehsignal b aus, das (über die üblichen Stufen) der Sendeantenne I zugeführt wird.
Einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung bildet der Synchrondetektor E, an dessen Eingang der Oszillator C (als Quelle der Trägerfrequenz) angeschlossen ist. An seinen zweiten Eingang ist eine Schaltgruppe G angeschlossen. die einen bestimmten Teil der Verzerrung reproduziert, die im Übertragungsweg durch die Quadraturkomponente des Signales bewirkt wird und die vermindert werden soll. Aus Gründen der Energieverteilung im ganzen übertragenen Frequenzband kann es vorteilhaft sein, nur einen Teil, z. B. die tieferen Frequenzen, bei denen die Quadraturverzerrung besonders störend wirkt, durch Vorverzerrung zu vermindern. In einem der angeführten Eingänge des Synchrondetektors ist ein Phasenwandler D eingeschaltet, der die beiden Eingangsspannungen in eine geeignete Quadratur-Phasenbezie- hung bringt.
Diese Phasenbeziehung kann selbstverständlich entweder durch einen einzigen Phasenwandler erzielt werden (welcher eine Phasenverdrehung, z. B. um 900. bewirkt), oder auch durch zwei Wandler in beiden Eingängen, welche zwei Teilverdrehungen bewirken.
Der Ausgang aus dem Synchrondetektor E ist sodann mittels eines geeigneten Phasenmodulators F an
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den Übertragungsweg angeschlossen. In der Ausführung gemäss Fig. 2 ist dieser Modulator F nach der
Stelle der Signalabnahme für die Schaltgruppe G eingeschaltet. Diese Anordnung erfordert jedoch eine besondere Ausbildung des Modulators F, deshalb, weil das Signal aus dem Hauptmodulator B mit einem bunten Spektrum vieler Komponenten austritt. Eine bedeutende Vereinfachung bringt in dieser Hinsicht die Anordnung gemäss Fig. 4. Hinter die Fernseh-Aufnahmekamera A sind hier zwei gleiche Grundmo- dulatoren Bund B'parallelgeschaltet. Der Modulator B ist in den Hauptübertragungsweg geschaltet.
Der
Ausgang aus dem zweiten Grundmodulator B'wird unmittelbar in die Schaltgruppe G geführt, die die
Quadraturverzerrung reproduziert. Der Ausgang aus dieser Schaltgruppe G bildet den einen Eingang in den Synchrondetektor E, während der zweite Eingang aus dem Oszillator C über den Phasenwandler D geführt ist. Der gemeinsame Ausgang aus dem Synchrondetektor E geht über den Phasenmodulator F in den ersten Grundmodulator B, wodurch der Anschluss der geforderten Vorverzerrung an den Übertragungs- weg ausgeführt ist.
Der Anschluss einer im voraus ausgebildeten Vorverzerrung an den Übertragungsweg kann auch durch Verwendung einer Rückkopplungsschleife ausgeführt werden, wie dies Fig. 3 zeigt. Der Ausgang aus dem
Synchrondetektor E ist hier durch eine Rückführschleife an den Phasenmodulator F angeschlossen und von diesem sodann an den Hauptmodulator B. Die übrigen Bestandteile sind ebenso bezeichnet wie in den vorausgehenden Fällen. Durch die Wirkung des angeführten Rückkopplungskreises verbleibt immer eine bestimmte Verzerrung, die durch die Tätigkeit des Rückkopplungskreises hervorgerufen wird, jedoch ist diese Verzerrung minimal.
Durch das erfindungsgemässe System wird die Quadraturverzerrung in einem hohen Masse und dabei in sehr wirtschaftlicher Weise beseitigt, denn erfindungsgemäss wird ein Eingriff bloss an einer einzigen Stelle vorgenommen-meistens im Sender -, während die Empfänger ohne Änderung verbleiben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. System zur Übertragung amplitudenmodulierter Signale, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Verminderung der von der Quadraturkomponente des Signales bewirkten Verzerrung, an den Übertragungsweg ein Synchrondetektor (E) derart geschaltet ist, dass an seinen einen Eingang die Quelle (C) der Trägerfrequenz und an seinen zweiten Eingang die Quelle (B) für das modulierte Signal über eine Schaltgruppe (G), welche einen bestimmten Teil der von der Quadraturkomponente im Übertragungswege bewirkten Verzerrung reproduziert, angeschlossen ist, wobei mindestens in einen der beiden Eingänge ein Phasenwandler (D) eingeschaltet ist, welcher beide Eingangsspannungen in Quadratur zueinander bringt, und der Ausgang des Synchrondetektors (E) über einen Phasenmodulator (F) an den Übertragungsweg angeschlossen ist.