CZ20002191A3 - Způsob a zařízení pro určování pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro určování pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu. Vynález se týká zvláště způsobu a zařízení pro určování pracovního bodu transpondéru v komunikačním satelitu pod zatížením.

Dosavadní stav techniky

Nelineární výkonový zesilovač (HPA - High Power Amplifier) ve vysokofrekvenčních komunikačních kanálech se musí kvůli dosažení maximálního výstupu často provozovat v bodě nasycení. Například v satelitu, na tuto aplikaci se však vynález v žádném případě neomezuje, se signál z pozemní odchozí stanice přijme anténou; ' převede se na jinou frekvenci, vyfiltruje ve vstupním multiplexeru, zesílí v budicím zesilovači (DLA - Driver Limiter Amplifier) a výkonovém zesilovači HPA, vyfiltruje ve výstupním multiplexeru a nakonec se znovu vyšle k zemi. Aby byl signál v celé oblasti pokrytí satelitem dostatečný, musí výkonový zesilovač pracovat v bodě nasycení, tj. v bodě maxima nelineární křivky závislosti výstupního výkonu na vstupním výkonu. Příkladná převodní křivka je ukázána na obr. 6a.

Budicí zesilovač (DLA - Driver Limiter Amplifier) pracuje jako předzesilovač, který lze nastavit do dvou režimů. V lineárním režimu je činný jako jednoduchý lineární zesilovač. V limitním režimu zajišťuje funkci automatického řízení úrovně (ALC - Automatic Level Control). Obvykle se DLA provozuje v limitním režimu, v němž vyrovnává krátkodobé kolísání úrovně způsobené povětrnostními vlivy. V limitním režimu má DLA stálý výstupní výkon. Signál s konstantním « * φφ « φ · • · ·· ·· φφφ · · výkonem z DLA se přivádí do výkonového zesilovače (ΗΡΑ - High Power Amplifier), jenž potom může pracovat stále v bodě nasycení. Ačkoliv je DLA schopen udržovat HPA v bodě nasycení i v případě, že výkon signálu od vysílací pozemní stanice je nižší, než by měl být, je důležité držet výkon vysílací pozemní stanice na dostatečně vysoké úrovni. Pokud totiž musí DLA kompenzovat nedostatečný výkon pozemního vysílače, snižuje se podíl celkového signálu ku šumu (SNR - Signál to Noise Ration), zejména kvůli nízkému SNR v první etapě signální cesty, kterou je v tomto případě odchozí vysílání ze země.

Z hlediska operátora satelitu je žádoucí vědět, zda se HPA vždy provozuje v bodě nasycení a zda výkon signálu z odchozí stanice má u satelitu dostatečnou úroveň. Operátor satelitu je tedy nucen pravidelně sledovat úroveň intenzity výkonu na vstupu satelitního transpondéru. Žádoucím je takový stav, aby byl video signál z odchozí stanice natolik silný, aby za příznivých povětrnostních podmínek HPA na palubě satelitu pracoval v bodě nasycení s DLA v lineárním režimg.

Tato podmínka platí i v případě, že se převodní křivka HPA změní vlivem stárnutí.

Protože výkon odchozího signálu není většinou přesně znám (pokud vysílací stanice nepatří samotnému operátorovi satelitu), nelze pracovní bod výkonového zesilovače určit pouze ze sledování výstupního výkonu. Za prvé proto, že v blízkosti bodu nasycení se změna vstupního výkonu o několik dB projeví změnou výstupního výkonu v řádu několika desetin dB, a za druhé, i kdyby se výstupní výkon měřil, nelze z tohoto měření určit, zda HPA^- pracuje pod nebo nad bodem nasycení, protože převodní křivka není v okolí bodu nasycení jednoznačná, tj. jednomu výstupnímu výkonu mohou odpovídat dvě různé hodnoty výkonu vstupního.

• ** • · · ··· ♦·· • · · · · ·

II 0 · ♦· · · £0-1*?

Pro sledování celkového výkonu přijatého signálu na HPA vstupu je mnoho satelitů vybaveno monitorovacím systémem. Získaná data se mohou spolu s telemetrickými daty předávat operátorovi satelitu. Mimo to, že ne všechny satelity monitorovací systém mají, je zřejmým nedostatkem tohoto způsobu skutečnost, že příslušná data v datovém proudu od satelitu k pozemní stanici operátora zabírají místo jiným životně důležitým údajům. Bitová rychlost telemetrického' datového proudu je totiž obvykle pouze několik kbit/s. Tedy, i v případě, že je satelit vybaven monitorovacím systémem výkonu, je žádoucí provádět měření z pozemní stanice namísto z paluby satelitu (z důvodů spolehlivosti, hmotnosti satelitu, apod.).

Navíc k měření satelitem přijatého výkonu provádí' operátor satelitu pravidelně orbitální test (IOT - In Orbit Test), kterým se měří intenzita výkonu požadovaná pro provozování HPA v bodě nasycení.

První konvenční metoda, která byla popsána v

International Journal of Satellite Communications, speciálním vydání věnovaném testování komunikačních satelitů na oběžnédráze, svazek 13, číslo 5, Wiley 1995, případně v DE-C-33 33 418, je známa jako AM nulování. Výkon amplitudově modulovaného (AM) odchozího signálu se snižuje až do okamžiku, kdy amplitudová modulace zcela vymizí. Tím se zjistí právě bod nasycení. Druhým konvenčním způsobem určení převodní křivky HPA je měření vysílaného a přijatého výkonu čisté nosné, kdy se ovšem musí vyřadit všechny možné příčiny.

útlumu signálu na cestě. Společným nedostatkem obou těchto metod je to, že v průběhu IOT měření se transpondér musí odstavit z provozu. Jinak řešeno, v průběhu testu se nepřenáší užitečný či platící signál.

φ φ «Φ φ · · ·»» • φ φ φ φ · · φφφ φ φ φ φ * φ φ · φ φ* . φ φφφφ ·· ..... 150-Ρ2 *

Nutnost vypnout užitečný signál po dobu testů na oběžné dráze s následným přerušením komunikace není nevýhodná jen pro uživatele transpondéru, ale i pro provozovatele satelitu, protože musí testy provést pokud možno rychle, aby přerušení komunikace bylo co nej kratší. V některých případech není dokonce ani možné komunikaci v komunikačním kanále přerušit, takže konvenční způsoby nelze pro zkoušky HPA po uvedení satelitu do provozu vůbec použít.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je tedy přinést způsob a zařízení pro určení pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu.

Dalším cílem vynálezu je přinést takový způsob a zařízení, které nebudou vyžadovat přerušení toku komunikačním kanálem. '

Těchto a dalších cílů se dosáhne způsobem určení pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, v němž se komunikačním kanálem zároveň vysílá první signál a druhý signál a pracovní bod se určí na základě toho výstupního signálu komunikačního kanálu, který odpovídá druhému signálu, vstupní výkon prvního signálu je takový, že nelineární zesilovač pracuje v nelineárním režimu, a vstupní výkon druhého signálu je menší než vstupní výkon prvního signálu.

Přednostně je úroveň druhého signálu o přibližně 20 dB nebo více pod úrovní prvního signálu.

V přednostním provedení je druhým signálem pseudo-šumem modulovaná čistá nosná a výstupním signálem komunikačního

4··* *«vv · v · v • · 4 4 4» · ·· · 4 4 4 * · 4 4 · 4 4 4444

........ CO-1*2 kanálu, který odpovídá druhému signálu, je obnovený nosný signál.

V dalším přednostním provedení je druhým signálem čistá 5 nosná a výstupním signálem komunikačního kanálu, který odpovídá druhému signálu, je úzkopásmový filtrovaný nosný signál.

S výhodou se pro určení pracovního bodu nelineárního zesilovače spolu s výstupním signálem komunikačního kanálu, který odpovídá druhému signálu, použijí referenční hodnoty. Referenčními hodnotami mohou být předem získané údaje o nelineárním zesilovači a mohou představovat charakteristiku nelineárního zesilovače.

Uvedených a dalších cílů se dosáhne také zařízením pro určování pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, které zahrnuje prostředek -pro vysílání druhého signálu komunikačním kanálem zároveň s prvním signálem a prostředek pro určování pracovního bodu nelineárního zesilovače na základě toho výstupního signálu komunikačního kanálu, který odpovídá druhému signálu, vstupní výkon prvního signálu je takový, že nelineární zesilovač pracuje v nelineárním režimu, a vstupní výkon druhého signálu je menší než vstupní výkon prvního signálu.

V přednostním provedení zahrnuje prostředek pro určování pracovního bodu nelineárního zesilovače na základě toho výstupního signálu komunikačního kanálu, který odpovídá druhému signálu, prostředek pro uchovávání referenčních hodnot, které se spolu s tím výstupním signálem komunikačního kanálu, který odpovídá druhému signálu, použijí k určení pracovního bodu nelineárního zesilovače.

• · ·· · » · » • · · · · » · ··· * · · t · · · tftf ·· · ·· £«h-f2·

Tedy, pro určení pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, jakým je například transpondér v komunikačním satelitu, se do komunikačního kanálu vysílá první vstupní signál s takovou úrovní výkonu, aby nelineární zesilovač pracoval v nelineárním pracovním režimu. Druhý vstupní signál se do komunikačního kanálu vysílá zároveň (simultánně) s prvním vstupním signálem. Druhý vstupní signál se vysílá na úrovni výkonu, která je nižší než úroveň výkonu prvního vstupního signálu. Pokud je podíl druhého vstupního signálu na celkovém vstupu nelineárního zesilovače malý, je pracovní bod nelineárního zesilovače určen téměř výhradně prvním vstupním signálem. Proto rovněž výstupní výkon odpovídající druhému signálu je dán převážně vstupním výkonem prvního signálu. Pracovní bod nelineárního zesilovače se určí na základě toho výstupního signálu komunikačního kanálu, který odpovídá druhému signálu.

Výše uvedených i dalších cílů vynálezu se dosáhne také způsobem určení pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, kterým je na předem určené úrovni přenášen užitečný (platící) signál. Způsob zahrnuje kroky: generování prvního pseudo-šumového signálu PN(t); modulování čistého nosného signálu f(t) prvním pseudo-šumovým signálem PN{t) tak, aby vznikl PN modulovaný čistý nosný signál s(t);

vyslání PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) na úrovni, která je nižší než úroveň užitečného signálu, zároveň s užitečným signálem do komunikačního kanálu; přijetí příjmového signálu s'(t), který odpovídá PN modulovanému čistému nosnému signálu s(t) po průchodu komunikačním kanálem; korelování příjmového signálu s'(t) s prvním pseudošumovým signálem PN(t) tak, aby vznikl obnovený nosný signál f’(t); a určení pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu na základě čistého nosného signálu f(t) a obnoveného nosného signálu f' (t).

• · ♦· · · · ·»« * · » · * · ··· · ♦ · · · • · · · · · · »«·»

........,Ltf-l2·

Úroveň PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) je s výhodou přibližně o 20 dB nebo i o 30 dB pod úrovní užitečného signálu.

Podle vynálezu je prvním pseudo-šumovým signálem PN(t) binární pseudo-šumová sekvence, kterou buď generuje zpětnovazební posuvný registr nebo která je uložena v paměťovém zařízení.

Korelace příjmového signálu s' (t) a prvního pseudošumového signálu PN(t) se může dosáhnout například zpožděním prvního pseudo-šumového signálu PN(t) a vynásobením zpožděného prvního pseudo-šumového signálu PN(t) a příjmového signálu.

V přednostním provedení se z čistého nosného signálu f (t) a obnoveného nosného signálu f' (t) určí zisk, který se dále použije pro určení vstupního výkonu užitečného signálu. Vstupní výkon užitečného signálu se ze zisku odvodí pomocí referenčních hodnot. Referenční hodnoty pro nelineární zesilovač se zaznamenají předem a odpovídají závislosti zisku nelineárního zesilovače na vstupním výkonu užitečného signálu (zisková křivka nebo převodní křivka).

Způsob podle vynálezu je výhodně realizovatelný zvláště v případě, že . komunikačním kanálem je transpondér komunikačního satelitu.

Výše uvedených i dalších cílů vynálezu se dosáhne zařízením pro určování _ pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, kterým se vysílá užitečný signál na předem určené úrovni. Zařízení' zahrnuje generační prostředek prvního pseudo-šumového signálu pro generování pseudo-šumového signálu PN(t); modulační prostředek pro modulování čistého nosného signálu f(t> prvním pseudo-šumovým ···· · · · · · · • 9 9 9 9 9 9 999 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

......... LV-17 signálem PN(t) tak, aby vznikl PN modulovaný čistý nosný signál s(t); vysílací prostředek pro vysílání PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) zároveň s užitečným signálem komunikačním kanálem na úrovni, která je nižší než úroveň užitečného signálu; přijímací prostředek pro přijímání příjmového signálu s'(t), který odpovídá PN modulovanému čistému nosnému signálu s(t) po průchodu komunikačním kanálem; a korelační prostředek pro korelování příjmového signálu s' (t) s pseudo-šumovým signálem PN(t) tak, aby vznikl obnovený nosný signál f (t).

Úroveň PN modulovaného čistého nosného signálu s[t) je s výhodou přibližně o 20 dB nebo i o 30 dB pod úrovní užitečného signálu.

Podle vynálezu je generačním prostředkem prvního pseudošumového signálu zpětnovazební posuvný registr nebo paměťové zařízení, ve kterém se hodnoty pseudo-šumové sekvence uchováváj i.

Tedy, při určování pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, například transpondéru v komunikačním satelitu, se na čistý nosný signál f (t) namoduluje pseudo-šumový signál PN(t) a výsledný signál se vyšle do komunikačního kanálu s výkonem, který je nižší než výkon užitečného signálu, který se simultánně do komunikačního kanálu vysílá. Přijatý signál s'(t) se zkoreluje stejným pseudo-šumovým signálem PN(t), takže se získá obnovený nosný signál f'(t). Z výkonů čistého nosného signálu f (t) a obnoveného nosného signálu f' (t) se určí zisk signálu a z referenčních hodnot (kalibračních křivek) také vstupní výkon užitečného signálu. Protože PN modulovaný čistý nosný signál s(t) se vysílá na nízké úrovni, lze měření provádět bez vypnuti užitečného signálu, jehož vstupní výkon určuje- pracovní bod nelineárního zesilovače-.

» « «4 4 » · · * 4 « • 44 · 4 4 · 444 44 44 4 44*4 ·· 4 »444

........ Lb-ιδ·

Důležitou výhodou způsobu a zařízení podle vynálezu je oproti dosud známým postupům to, že se v průběhu měření nemusí vypínat užitečný signál. Tím se značně omezí přestávky nutné pro údržbu a přezkušování komunikačního kanálu a zvýší se provozuschopnost služby.

Přehled obrázků

Vynález je dále popsán na příkladných provedeních s 10 odkazy na doprovodné výkresy, na nichž:

Na obr. 1 je schéma komunikačního kanálu, který zahrnuje nelineární zesilovač;

Na obr. 2 jsou převodní křivky nelineárního zesilovače;

Na obr. 3 je graf závislosti rozdílu zisku na vstupním výkonu nelineárního zesilovače;

Na obr. 4 je schéma transpondéru komunikačního satelitu;

Na obr. 5 je blokové schéma provedení zařízení podle vynálezu; a

Na obr. 6 jsou převodní křivky a ziskové křivky nelineárního zesilovače pro silné a slabé signály.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn obecný komunikační kanál 1, který 30 zahrnuje nelineární zesilovač 2 pro zesilování signálů přenášených komunikačním kanálem. Celkový vstupní signál I se přivede na vstup 2 komunikačního kanálu 1, zesílí se nelineárním zesilovačem 2 a vystoupí jako celkový výstupní signál O na výstupu 4_ komunikačního kanálu 2· • « φφ φ v » » φ φ · φ φ φ φ φφφ φ φ φ φ φ φ φ φ» φφ ·* φφ

Na obr. 2 je zobrazena převodní křivka A zesilovače s postupnou vlnou (TWTA - Traveling Wave Tube Amplifier), který je příkladem nelineárního zesilovače. Zesilovač pracuje v nelineárním režimu tehdy, když vstupní výkon pí celkového vstupního signálu I leží v oblasti nelineárního režimu (a) převodní křivky. V některých aplikacích je žádoucí provozovat nelineární zesilovač 2 v bodě nasycení, který je na obr. 2 označen Ξ, v němž se dosáhne maximálního výstupního výkonu. V lineární části (b) převodní křivky je každý provozní bod nelineárního zesilovače definován vstupním výkonem ρ_Σ vstupního signálu I, jemuž odpovídá jediný výstupní výkon p₀ výstupního signálu 0 komunikačního kanálu. V bodě nasycení má vstupní signál výkon pi_S, kterému odpovídá výstupní signál posPodle vynálezu se komunikačním kanálem [1 přenáší první vstupní- signál Ιχ s výkonem p_Ilř při kterém nelineární zesilovač 2 pracuje v nelineární oblasti převodní křivky.

Zároveň s prvním vstupním signálem Ιχ se komunikačním kanálem 1 přenáší druhý vstupní signál i₂. Druhý vstupní signál i₂ se vysílá na úrovni, která je nižší než úroveň prvního vstupního signálu Ιχ. Jinými slovy, vstupní výkon p_I2 druhého signálu i₂ je nižší než vstupní výkon p_xl prvního signálu Ιχ. Pokud je podíl druhého vstupního signálu i₂ na celkovém vstupu nelineárního zesilovače malý, je pracovní bod nelineárního zesilovače určen téměř výhradně prvním vstupním signálem. Proto je také výstupní výkon p_o2, který odpovídá druhému signálu i₂ určen převážně vstupním výkonem p_IX prvního signálu

Ιχ. Tedy, změna vstupního výkonu prvního signálu se projeví na výstupním výkonu druhého signálu. Ukázalo se, že druhý vstupní signál by měl být o asi 15 až 30 dB nebo i více, v závislosti na aplikaci, slabší než první vstupní signál. Na obr. 2 je v grafu silných vstupních signálů naznačena i *·»· »··« ·»·· • · * » · » · ··· · · « · · • · · * · · · ···*

........ ϊϋ-Ϊ2 převodní křivka B nelineárního zesilovače pří slabých vstupních signálech.

Jak je ukázáno na obr. 2, nelineární oblast (a) převodní 5 křivky B druhého vstupního signálu klesá za vrcholem (bodem nasycení) mnohem rychleji než převodní křivka prvního vstupního signálu. To znamená, že změna výstupního výkonu druhého vstupního signálu vyvolaná změnou vstupního výkonu prvního vstupního signálu je snadněji měřitelná. Podmínkou ovšem je, že je možné tu část o₂ výstupního signálu 0, která odpovídá druhému vstupnímu signálu i₂, snadno oddělit od té části Οχ výstupního signálu O, která odpovídá prvnímu vstupnímu signálu li (viz obr. 1).

Oddělení složek Οχ a o₂ příslušných prvnímu a druhému vstupnímu signálu li a i₂ ve výstupním signálu lze provést několika různými způsoby. Pokud je například prvním vstupním signálem Ιχ FM -nebo QPSK signál, může, jak bude podrobněji vysvětleno dále, druhým vstupním signálem i₂ být pseudo-šumem modulovaný čistý nosný signál. Korelováním výstupního signálu stejným _pseudo-šumovým signálem, jaký byl použit pro generování druhého vstupního signálu i₂, lze nosný signál obnovit. Obnovený nosný signál představuje výstupní signál o₂ odpovídající druhému vstupnímu signálu i₂. Alternativně může být druhým vstupním signálem čistý nosný signál s frekvencí, která prvnímu vstupnímu signálu nedovolí druhý vstupní signál zeslabit, například frekvencí, která leží mimo frekvenční pásmo prvního vstupního signálu. Úzkopásmovou filtrací výstupního signálu 0 na frekvenci druhého vstupního signálu se může z celkového výstupního signálu 0 určit část o₂ příslušná druhému vstupnímu signálu i₂.

Podle vynálezu se pracovní bod nelineárního zesilovače může určit několikerým způsobem. Pokud je vstupní výkon prvního a druhého- vstupního signálu znám, lze výstupní- výkon,

4 4 4

4 444

4 4

4· 44 který těmto signálům odpovídá, změřit a tak získat převodní křivku nebo ziskovou křivku, jejíž příklad je na obr. 6b.

Pokud je známa převodní křivka nebo zisková křivka, lze vstupní výkon prvního vstupního signálu, který nutí nelineární zesilovač pracovat v nelineárním režimu, zjistit vysláním druhého vstupního signálu se známým vstupním výkonem komunikačním kanálem a změřením výstupního výkonu, který odpovídá druhému vstupnímu signálu.

44 • 4 ·

4 · ·4

4 4

Jak je z převodní křivky zřejmé, v nelineárním režimu je obtížné, ne-li nemožné, z výstupního výkonu prvního vstupního signálu určit jeho vstupní výkon, zvláště pokud má nelineární zesilovač pracovat v bodě nasycení. I relativně velká změna vstupního výkonu má totiž za následek jen malou odezvu ve výstupním výkonu prvního signálu. Navíc není převodní křivka v okolí bodu nasycení S jednoznačná, neboť naměřenému výstupnímu výkonu mohou odpovídat dva možné výkony vstupní.

Podle vynálezu však lze za předpokladu, že druhý vstupní 20 signál je ve srovnání s prvním vstupním signálem slabý, určit vstupní výkon prvního signálu a tedy i pracovní bod nelineárního zesilovače na základě vstupního výkonu druhého vstupního signálu a převodní křivky nebo ziskové křivky (nebo jiné reprezentace výše popsané závislosti mezi slabými a silnými signály). Například, jak je ukázáno na obr. 2, pokud je výstupní výkon druhého signálu P_o2a, lze z převodní křivky B druhého signálu i₂ přímo určit vstupní výkon prvního signálu Ιχ jako P_Ila, aniž by bylo vůbec nutné výstupní výkon prvního signálu měřit,

Časem se mohou převodní křivka a zisková křivka nelineárního zesilovače měnit vlivem stárnutí zařízení. Podle vynálezu lze takové změny převodní křivky zjistit určením pracovního bodu nelineárního zesilovače na základě prvního a druhého vstupního signálu Ιχ a i₂, jejichž vstupní výkony .p_n • «·· · ·· · · ··· • * t « · Φ 4 ··· · · Φ φ Φ

ΦΦΦ» Φ· Φ ΦΦΦΦ

........ LV-1?

a Ρ12 jsou známy. Z výstupních výkonů p_oi a p₀2, které odpovídají prvnímu a druhému vstupnímu signálu li a 12, lze určit pracovní bod, který se poté porovná s pracovním bodem odvozeným z převodní křivky (nebo jiné její reprezentace).

Vysvětlení tohoto aspektu vynálezu vyplývá z grafu závislosti rozdílu zisku prvního signálu a druhého signálu, tj . zisk_slabý - zisk_silný, na vstupním výkonu prvního signálu na obr. 3. Pokud se podle výše popsaného způsobu určí pracovní bod (Pia, Poa), který neleží na předem určené křivce C, způsobilo stárnutí nelineárního zesilovače posun křivky do polohy naznačené křivkou C¹. Ačkoliv to není naznačeno na obr. 2, podobný posun lze zaznamenat i na převodní křivce nelineárního zesilovače.

Pro větší názornost je dále popsáno konkrétní provedení vynálezu, na které se však vynález v žádném případě neomezuje. Blokové schéma na obr. 4 představuje transpondér v komunikačním satelitu, který je příkladem komunikačního kanálu.

Transpondér komunikačního satelitu zahrnuje přijímací anténu 11 pro přijímání odchozího signálu (tj. prvního vstupního signálu) z pozemní stanice (není zobrazena).

Výstupní signál z přijímací antény 11 se po snížení frekvence ve frekvenčním převodníku 12 vede do vstupního demultiplexeru (IMUX) 13. Vstupní demultiplexer 13 se skládá z několika prvních filtrů 14-1 až 14-n pro oddělení jednotlivých signálů ze signálu od antény. Obvykle každému jednotlivému signálu, který každý přenáší jeden komunikační kanál, přísluší jeden filtr. N výstupních Signálů ze vstupního demultiplexeru 13 se vede do odpovídajícího počtu budících zesilovačů (DLA) 15a-l až 15a-n a výkonových zesilovačů 15b-1 až 15b-n. V každém z výkonových zesilovačů je pro zesílení výstupního signálu ze vstupn-ího demultiplexeru 13 použita elektronka s postupnou

9 9 9 4 4 4 4 • · 4 ·· »« · > 4

4· 4 4 4 4 4 ·· 4·

LV-lí· vlnou (TWT - Traveling Wave Tube). Výkonové až 15b-n jsou nelineární zesilovače, jejichž převodní křivky a ziskové křivky odpovídají křivkám dle A dle obr. 6a a 6b. Pokud nejsou nastaveny do lineárního režimu, budicí 5 zesilovače 15a-l až 15a-n vstupní signály ze vstupního multiplexeru 13 před tím, než se přivedou do příslušných výkonových zesilovačů, buď omezují nebo zesilují. Výstupní signály ze zesilovače poté projdou druhými filtry 16-1 až 16-n, které jsou součástí výstupního multiplexeru (OMUX) 17, 10 který n výstupních signálů ze zesilovače opět zkombinuje. Výstupní signál z výstupního multiplexeru 17 pokračuje k vysílací anténě 18 pro vysílání do požadované oblasti na zemi.

Pracovní bod výkonových zesilovačů 15b-l až 15b-n závisí na užitečném signálu (prvním vstupním signálu) z odchozí pozemní stanice. Signál by měl být takový, aby nutil zesilovač pracovat v bodě nasycení, kdy má největší výstupní výkon. V rámci určitých předem daných omezení se mohou budicí zesilovače 15a-l až 15a-n nastavit tak, aby výkonové zesilovače pracovaly v bodě nasycení. Pro dále popsaná měření se však budicí zesilovače nastaví do lineárního režimu.

Podle vynálezu se v pozemní stanici (10) zobrazené na obr. 5 v generátoru 19, kterým je například zpětnovazební posuvný registr nebo paměťové zařízení, v němž se uchovává sekvence hodnot pseudo-šumového signálu, vygeneruje pseudošumový signál PN(t). Pseudo-šumový signál PN(t) má při nulovém zpoždění výraznou autokorelační schopnost. Tím se usnadní určení časového rozdílu mezi místně generovaných pseudo-šumovým signálem PN(t) a přijatým signálem, který je kvůli času, který potřeboval na překonání vzdálenosti, opožděn. Pseudo-šumovým signálem PN(t) se v prvním multiplikátoru 20 moduluje čistý nosný signál f(t) a tak vznikne PN modulovaný čistý nosný signál s(t) - PN(t) x f (t) .zesilovače 15b-l • · · • · · • ·» ♦ t « ·

LU-.lt

PN modulovaný čistý nosný signál s(t) se vede do frekvenčního převodníku 21 a dále přes výkonový zesilovač 22 k anténě 23, která PN modulovaný čistý nosný signál s(t) (tj. druhý vstupní signál) vyzáří ke zkoušenému transpondéru komunikačního satelitu. Z hlediska uživatele satelitu, který k němu vysílá užitečný signál, však satelit zůstává i v průběhu testu použitelný, protože k přerušení přenosu užitečného signálu nedojde.

Aby nedošlo k znatelnému ovlivnění kvality užitečného signálu, je podle vynálezu úroveň vysílaného PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) dostatečně nízko, tj. o asi 20 až 30 dB nebo i více pod úrovní užitečného signálu. Proto je také možné vysílat PN modulovaný čistý nosný signál s(t) simultánně s užitečným signálem, tj. za provozu komunikačního kanálu, který k transpondéru satelitu může přicházet buď ze stejné nebo i jiné pozemní stanice.

V provedení zobrazeném na obr. 5 slouží anténa 23 i k přijímání signálu vyslaného transpondérem satelitu, jinak řečeno signálu, který prošel komunikačním kanálem. Výstup z antény 23 se vede do frekvenčního převodníku 24, na jehož výstupu se objeví příjmový signál s'(t), který se dále vede do druhého multiplikátoru 25, do kterého vstupuje rovněž stejný, ale opožděný, pseudo-šumový signál PN(t). Zpoždění generuje zpožďovací prostředek 26, který se nastaví tak, aby byl výstup z druhého multiplikátoru 25 maximální. Tedy, příjmový signál s'(t) se vynásobí, jinak řečeno zkoreluje, stejným pseudo-šumovým signálem PN(t), jaký byl použit pro generování PN modulovaného čistého nosného signálu s(t), a získá se obnovený nosný signál f'(t), který byl vůči čistému nosnému signálu f(t) opožděn a utlumen. Útlum cesty mezi pozemní stanicí a satelitem je konstantní, protože ztráta ve volném prostoru prakticky nezávisí na vzdálenosti mezi pozemní stanicí a satelitem. . Útlum vlivem atmosféry lze ·«·· ♦ » · I · » « · • » · · · · »·· t I · « * změřit radiometry, takže jej lze spolu se ziskem pozemní antény na odpovídajících frekvencích ve výpočtech zohlednit.

Ze zjištěného vstupního výkonu čistého nosného signálu f{t) a výstupního výkonu obnoveného čistého signálu f'(t) lze určit zisk tohoto signálu. Vstupní výkon užitečného signálu se poté určí ze zisku a referenčních hodnot nebo kalibračních křivek, které jsou ukázány na obr. 6a a 6b a které budou podrobněji vysvětleny dále.

Na příkladu zobrazeném na obr. 6b je naměřený zisk slabého signálu -4 dB, čemuž odpovídá vstupní výkon silného signálu -1 dB. Stojí za povšimnutí, jak názorné toto měření oproti měření výstupního výkonu je: zatímco výstupní výkon silného signálu se pro změny vstupního výkonu v rozmezí 0 dBW až -1 dB mění jen o méně než 0.05 dB, zisk slabého signálu se změní o téměř 2 dB.

Na obr_. 6a jsou zobrazeny převodní -křivky TWTA zesilovače pro silný signál (A) a tři slabé signály {Bi, B₂,

B₃) . Pro jednoduchost jsou hodnoty vztaženy k bodu nasycení zesilovače. To znamená, že na obr. 6a 0 dB vstupního výkonu odpovídá 0 dB výstupního výkonu. Tři slabé signály (B_x, B₂, B₃) jsou o 20 dB, 30 dB a 40 dB pod úrovní silného signálu. Na obr. 6b jsou zobrazeny ziskové křivky TWTA zesilovače pro silný signál (A) a tři slabé signály (Bi, B₂, B₃) . Jako v předchozím obrázku, jsou i zde hodnoty vztaženy k bodu nasycení zesilovače, takže na obr. 6b 0 dB vstupního výkonu odpovídá 0 dB zisku. Protože zisk slabých signálů nezáleží na rozdílu vstupního výkonu vzhledem k silnému signálu, ale pouze na vstupním výkonu silného signálu, jsou ziskové křivky pro tři slabé signály naprosto shodné. Převodní křivky a ziskové křivky dle obr. 6a a 6b slouží jako kalibrační křivky pro každý zesilovač v satelitu, podle nichž lze později určit pracovní bod zesilovače. Kalibrační křivky se s výhodou zaznamenají ve formě referenčních hodnot a uloží se do

00 • « · • 00 t · « • · * • 0 »0 «· v * » • ··· * • · »»

W-te odpovídajícího paměťového prostředku pro další použití při určování pracovního bodu nelineárního zesilovače.

Při měření kalibračních křivek se vygenerují silný 5 signál a slabý signál, který může být například o 20 dB, 30 dB a 40 dB slabší než silný signál. Silný signál a slabý signál může být čistá nosná, případně se pro co možná nejvěrnější simulaci může použít FM nebo QPSK modulovaný silný signál a pseudo-šumem modulovaná čistá nosná jako slabý signál. Oba signály, silný a slabý, se zkombinují a vyšlou k transpondéru. Celkový vstupní signál přijatý anténou 11 se přivede na vstup výkonového zesilovače (TWTA). Výkon kombinovaného signálu je posunut, takže rozdíl v úrovních silného signálu a slabého signálu zůstane zachován.

Alternativně může zůstat výkon slabého signálu konstantní, neboť stejně nemá na pracovní bod nelineárního zesilovače podstatnější vliv. Výstupní signál výkonového zesilovače (TWTA) se přes výstupní multiplexer 17 přivede k anténě 18 a výstupní úrovně obou vstupních signálů se měří zvlášť.

V kalibrační křivce na obr. 6a je výstupní výkon silného signálu (který je téměř rovný celkovému výstupnímu výkonu) udán jako funkce vstupního výkonu silného signálu. Výstupní výkon slabého signálu je udán také jako funkce vstupního výkonu silného signálu. Stejně tak na obr. 6b jsou zisk silného signálu a zisk slabého signálu funkcemi vstupního výkonu silného signálu.

Součástí pozemní stanice dle obr. 5 je prostředek 27 pro určení zisku z čistého nosného signálu f(t) a obnoveného nosného signálu f'(t). Dále stanice zahrnuje také prostředek 28 pro odvození vstupního výkonu užitečného signálu z referenčních hodnot a zisku. Výstup prostředku 27 pro určení zisku se vede k prostředku 28 pro odvození vstupního výkonu užitečného signálu. Referenční hodnoty se uchovávají _ a ···· * · * · ·

I* · * * · 999 · · • · · · · · · ·τ rf ·ΐ μ ·· ·· ·· ΙΑΗΙέΓ nahrávají z prostředku 29 pro uchovávání referenčních hodnot. Referenční hodnoty byly pro konkrétní nelineární zesilovač zaznamenány předem a představují ziskovou nebo převodní křivku nelineárního zesilovače v závislosti na vstupním výkonu užitečného signálu (viz obr. 6a a 6b).

Ve výše uvedeném popisu byly diskutovány pouze pseudošumové signály, protože je lze relativně snadno generovat. Ve způsobu a zařízení podle vynálezu však lze použít i skutečné šumové signály. Vlastnosti skutečných šumových signálů a pseudo-šumových signálů jsou odborníkům dobře známy a informace o nich lze najít například v učebnici Digital Communications - Fundamentals a Applications, Bernard Sklar, Prentice Halí, 1988.

Claims (17)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob určení pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, kterým se přenáší užitečný signál na

   5 předem určené úrovni, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky: generování prvního pseudo-šumového signálu PN(t); modulování čistého nosného signálu f (t) prvním pseudošumovým signálem PN(t) tak, aby vznikl PN modulovaný čistý nosný signál s(t);

   10 vyslání PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) na úrovní, která je nižší než úroveň užitečného signálu, simultánně s užitečným signálem komunikačním kanálem;

   přijetí příjmového signálu s'(t), který odpovídá PN modulovanému čistému nosnému signálu s(t) po průchodu

   15 komunikačním kanálem;

   korelování příjmového signálu s'(t) s prvním pseudošumovým signálem PN(t) tak, aby vznikl obnovený nosný signál f' (t); a určení pracovního bodu nelineárního zesilovače 20 komunikačního kanálu na základě čistého nosného signálu f (t) a obnoveného nosného signálu f¹ (t) .
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že úroveň PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) je přibližně o 20

   25 dB nebo více pod úrovní užitečného signálu.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že úroveň PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) je přibližně o 30 dB nebo více pod úrovní užitečného signálu.
4. 4. Způsob podle jednoho z -nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že první pseudo-šumový signál PN(t) je binární pseudošumovou sekvencí.

   4 4 4 4

   4 4 «44

   4 44

   4 4 « • 4 ·
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že binární pseudo-šumová sekvence se generuje pomocí zpětnovazebního posuvného registru nebo paměťového zařízení, v němž je sekvence hodnot pseudo-šumového signálu uložena.

   4 4

   4 «4 4

   4 4 4 4 4

   4 4 4 *4 ••LU^±12
6. 6. , Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že korelování příjmového signálu s'(t) a prvního pseudošumového signálu PN(t) se dosáhne zpožděním prvního pseudošumového signálu PN(t) a vynásobením prvního pseudo-šumového

   10 signálu PN(t) a příjmového signálu s'{t).

   Ί. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se na základě čistého nosného signálu f(t) a obnoveného nosného signálu f' (t) určí zisk, který se použije

   15 k určení vstupního výkonu užitečného signálu.
7. 8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se k - ' odvození vstupního výkonu užitečného signálu ze zisku použijí referenční hodnoty.
8. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že referenční hodnoty pro nelineární zesilovač se zaznamenají předem a představují ziskovou křivku nebo převodní křivku nelineárního zesilovače v závislosti na vstupním výkonu užitečného

   25 signálu.
9. 10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že komunikačním kanálem je transpondér komunikačního satelitu.

   • * · · • * · · ·· · • i « · • * ·*4 • · *

   4· 44
10. 11. Zařízení pro určování pracovního bodu nelineárního zesilovače komunikačního kanálu, kterým se přenáší užitečný signál na předem určené úrovni, vyznačující se tím, že zahrnuje:

    první generační prostředek (19) pseudo-šumového signálu pro generování pseudo-šumového signálu PN(t);

    první modulační prostředek (20) pro modulování čistého nosného signálu f(t) prvním pseudo-šumovým signálem PN(t) tak, aby vznikl PN modulovaný čistý nosný signál s(t);

    V vysílací prostředek (21, 22, 23) pro vysílání PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) na úrovni, která je nižší než úroveň užitečného signálu, simultánně s užitečným signálem komunikačním kanálem;

    přijímací prostředek (23, 24) pro přijímání příjmového signálu s'(t), který odpovídá PN modulovanému čistému nosnému signálu s(t) po průchodu komunikačním kanálem; a první korelační prostředek (25, 26) pro korelování příjmového signálu s'(t) s prvním pseudo-šumovým signálem PN (t) tak, aby vznikl obnovený nosný signál f'(t).
11. 12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že úroveň PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) je přibližně o 20 dB nebo více pod úrovní užitečného signálu.

    25
12. 13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že úroveň

    PN modulovaného čistého nosného signálu s(t) je přibližně o 30 dB nebo více pod úrovní užitečného signálu.
13. 14. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 13, vyznačující se

    30 tím, že generační prostředek (19) prvního pseudo-šumového signálu je zpětnovazební posuvný registr nebo paměťové zařízení, v němž je sekvence hodnot pseudo-~šumového signálu uložena.

    ··»· · · · · *··· • 9 9 9 9 9 9 999 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 99 99 *· ·· ··
14. 15. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 14, vyznačující se tím, že dále zahrnuje první zpožďovací prostředek (26) pro zpožďování prvního pseudo-šumového signálu PN(t).

    5
15. 16. Zařízení podle jednoho z nároků 11 až 15, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředek (27) pro určování zisku na základě čistého nosného signálu f (t) a obnoveného nosného signálu f'(t).

    10
16. 17. Zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředek (28) pro odvození vstupního výkonu užitečného signálu z referenčních hodnot a zisku.
17. 18. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že

    15 zahrnuje prostředek (29) pro uchovávání referenčních hodnot pro nelineární zesilovač, které byly zaznamenány předem a představují ziskovou křivku nebo převodní křivku nelineárního zesilovače v závislosti na vstupním výkonu užitečného signálu.