CN1463511A - 使用am发射机进行数字传输的方法和配置 - Google Patents

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Abstract

在使用现有非线性AM发射机的数字传输期间，由于非线性失真引起寄生发射，从而作为频带外辐射导致带内干扰以及干扰相邻信道。非线性失真对于由ITU对于AM领域的DRM系统推荐的数字多载波信号(例如OFDM)是特别重要的。为了避免非线性失真，AM发射机的最后步骤工作于线性模式，这样确保ITU频谱屏蔽。通过根据驱动跟踪发射机最后步骤的分配电压可改进发射机线性操作期间的相对低效率。为此，扫描复调制数据信号的包络，并且所述信号通过用作开关模式供电单元的调制器控制发射机最后步骤的分配电压。

Description

说明书 使用AM发射机进行数字传输的方法和配置
本发明涉及广播发射机的领域，随着数字化的推进将该发射机从模拟幅度调制(AM)转换为数字调制。
在该文中，本发明是使现今常用的发射机类型，特征为RF输入(射频)以及音频输入的非线性AM发射机继续能使用。其原因如下：
AM发射机内部工作于开关模式，并由此具有比线性发射机好3倍的效率，而线性发射机通常用于数字传输，例如用于DAB(数字音频广播)以及DVB(数字视频广播)。这使得节省了操作成本。
如果在初期没有大的投资投入，那么使广播方确信从模拟转换为数字更便利。
AM广播数字化可看作为长期保持运用其中的这些频率范围和技术的仅有机会。为了实施，创建了“全球数字式无线电(Digital Radio Mondiale)”联盟，见1999年43期“Rundfunktechnische Mitteilungen”[BroadcastingNewsletter]第1版第29-35页。
数字调制非线性AM发射机的使用需要发射机的特定工作模式。有两个部分信号(I和Q)产生调制数字信号，它们相互正交。在具有频率Ft(载频)的余弦振荡上调制I信号(同相)。在具有同一频率Ft的正弦振荡上调制Q信号(正交)。两个调制振荡的累加产生复调制数据信号(余弦0-180度，正弦-90-+90度)。由滤波器对调制I/Q信号整形以使它准确具有带有期望带宽的规定曲线形。
对于非线性的操作，需要转换调制I/Q信号以使两个信号：幅度信号(A信号)和相位调制载波信号(RF-P)从其中产生，它们适用于AM发射机的合适控制。随后，在AM发射机的输出，就再一次产生具有较高功率的调制I/Q信号。
调制I/Q信号对应笛卡尔表示。将笛卡尔表示转换为具有幅度和相位的极坐标表示。此时，得到幅度信号(A信号)以在音频输入端控制AM发射机。从初始产生的相位信号(P信号)产生相位调制射频(RF-P信号)。有利地，还可通过P信号直接得到RF-P信号而无需中间步骤。此时，得到控制AM发射机所需的信号：
幅度信号(A信号)
相位调制RF信号(RF-P信号)
把A信号馈送到AM发射机的调制器输入(音频输入)，并且RF-P信号用于发射机的HF类控制。在发射机的输出级中，按乘法组合两个信号A和RF-P，形成高频数字输出信号。
由于所需的调节过程，A信号和RF-P信号得到比数字信号初始具有的大得多的带宽并希望它在发射机输出再一次具有该带宽。
以前的调制器通常无法提供增加的带宽(3-5倍)因为它们不是为此设计的。当仅使用“以前的”的发射机在调制器部分中可用的有限带宽时，就导致了相当多的频带外发射和寄生发射。这些具有这样的性质：它们在频谱中只具有非常小的梯度，并由此干扰许多相邻信道。
此外，寄生发射通常位于由ITU调整的限制之处，这样允许与否就是不确定的了。
当希望发送多载波信号(例如数字调制的OFDM(正交频分复用)信号)时，非线性失真就尤其成为问题。
在AM频带中进行数字传输的DRM(全球数字式无线电)系统的情况下(它当前是由ITU作为标准化推荐的)，提出使用约200个载波的OFDM技术作为多载波技术。
多载波调制确实具有近似矩形的频谱，但其在时域中有类噪声的特性，即对于时间信号的I分量和Q分量两者。这是在该过程产生的许多统计上实质独立的子信道的叠加结果。根据“中心极限定理”，这样的叠加具有I分量和Q分量幅度值的分布密度函数，它近似达到高斯钟形曲线的形状。在此情况下，合成信号幅度值的分布密度函数具有瑞利分布的形状。这意味着小的以及中等幅度值十分频繁地产生，而高幅度值产生极少。
如果工作于非线性模式的AM发射机的幅度信号是限幅的，那么就产生非线性失真，一方面导致频带外和寄生发射的增加，而另一方面还导致比由发射机的操作模式引起的频带外和寄生发射高得多的带内干扰。带内干扰减少了可达到的覆盖区域，因为为了在接收机得到临界阈值固有的噪声信号已使可容许的无线电信道中的干扰减少了。
本发明说明一种使用常规AM发射机进行数字传输的方法和配置，通过他最大可能限度地避免由于非线性失真引起的不需要的发射。
如果偏移发射机的工作点以形成线性工作模式，那么就防止了非线性失真。对于线性操作，由数字系统DAB和DVB可知，用复调制数据信号(I/Q信号)驱动发射机的输出级。
对于寄生发射，发射机的线性操作是有利的。这样具有比先前所描述的非线性模式大得多的梯度，而该非线性模式允许按照结合发射机较佳校准的ITU频谱屏蔽。在线性操作中只是发射机效率是很低的，这导致电力的高成本。
AM发射机线性操作期间的效率很差，是因为即使当该级驱动很低时也得将满供电电压施加于发射机输出级，并且还因为由于发射机输出级的静电流使功率转换为热。通过采用不比输出级瞬时驱动所需大得多的供电电压来实现改进的效率。
为了按照瞬时驱动的函数来纠正发射机输出级的供电电压，由幅度检波器(包络检波器或峰值检波器)扫描复调制数据信号的包络，并且由用作开关模式供电单元的调制器控制供电电压或输出级的正极电压。
在纠正范围内(甚至不对一短的时段)不发生过驱动是特别重要的。由于数字信号包络增加得比供电电压纠正的实现要快，就会发生过驱动。通常，由于调制器不具有所需带宽就得作出这一假设。可以消除该缺陷，因为在扫描复数字信号的包络之后，在延迟级中延迟它，以使能同时纠正发射机输出级的供电电压。在转换为数字操作的场合，需要将幅度检波器和延迟级改进到发射机中(见图1)。
包络检波器的时间常数必须能立即跟随包络的上升，以使随着由其产生的失真和寄生发射而没有过驱动发生。然而，除了通常状态，例如在“动态幅度调制”时，可选择衰减时间常数实际与上升一样大，因为这里不需要考虑“听觉印象”。较小的衰减时间常数进一步增加发射机的效率。
以脉宽调制(PDM)或脉冲步长调制(PSM)操作的发射机具有这种开关模式供电单元形式的调制器。从数字信号的扫描包络得到的电压用于控制这些PDM或PSM调制器，由此根据数字信号包络完全实现发射机输出级的供电电压纠正。这样，实现了两个目的：线性操作以及将发射机的效率增加到可接受值。
所用标号列表
1扫描包络的幅度检波器
2复调制数据信号的延迟级
3高频前置放大器级
4发射机输出级
5纠正供电电压的调制器驱动级
6纠正供电电压的调制器功率级
7平滑调制器的低通
8AM发射机的输出滤波器

Claims (3)

1.一种使用AM发射机进行数字传输的方法，其中由于数字传输期间的非线性操作，引起导致带内干扰以及频带外和寄生发射的非线性失真，
其中
AM发射机的输出级工作于线性模式；
线性模式的操作结合发射机输出级的供电电压的纠正而作为瞬时驱动的函数以改善效率；
AM发射机的调制器用作开关模式供电单元并为发射机输出级传送纠正的供电电压；
扫描复调制数据信号的包络，并且该信号控制发射机输出级供电电压的纠正；
包络扫描期间的时间常数可立即跟随包络的上升；
包络扫描期间的时间常数对于包络的上升和衰减可以是相等的；以及
在扫描复数字信号的包络之后延迟它，以使能同时有效纠正发射机输出级的供电电压，这样防止了发射机输出级的短时期的过驱动。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于
用作开关模式供电单元的调制器也可以是脉宽调制器或脉冲步长调制器；以及
在AM发射机具有B类推挽式调制器的情况下，需要用这些调制器中的一个代替。
3.一种使用AM发射机进行数字传输的配置，其中发射机输出级工作于线性模式以避免非线性失真，并且可由复调制数据信号纠正供电电压作为驱动的函数以改善效率，
其中扫描复调制数据信号包络的幅度检波器(1)连接于用作开关模式供电单元的调制器(5和6)的上游；以及
复调制数据信号的延迟级(2)安装于到达发射机输出级(4)的信号路径中高频前置放大器级(3)的上游。
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