DE1221691B

DE1221691B - Circuit arrangement for generating a compatible single sideband oscillation

Info

Publication number: DE1221691B
Application number: DET22652A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Philipp Besslich
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1962-08-27
Filing date: 1962-08-27
Publication date: 1966-07-28

Description

Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer kompatiblen Einseitenbandschwingung Die Erfindung bezieht sich auf Einseitenbandrundfunksender, insbesondere auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer kompatiblen Einseitenbandschwingung. Kompatibel (verträglich) ist eine Einseitenbandschwingung dann, wenn sie in normalen, d. h. handelsüblichen Rundfunkempfängern ohne nennenswerte Verzerrungen demoduliert werden kann.Circuit arrangement for generating a compatible single sideband oscillation The invention relates to single sideband radio transmitters, in particular to a circuit arrangement for generating a compatible single sideband oscillation. A single sideband oscillation is compatible if it is in normal, i.e. H. commercially available radio receivers can be demodulated without significant distortion.

Einseitenbandrundfunk ist dem herkömmlichen Zweiseitenbandsystem überlegen, weil die gegenseitige Störung der Sender durch Interferenz verringert und der Übertragungsfrequenzbereich vergrößert werden kann, ohne den Frequenzabstand der Sender zu ändern.Single sideband broadcasting is superior to the conventional double sideband system, because the mutual interference of the transmitters by interference decreases and the transmission frequency range can be enlarged without changing the frequency spacing of the transmitters.

Bei der Amplitudenmodulation einer hochfrequenten Trägerschwingung mit einer niederfrequenten Signalschwingung entsteht bekanntlich ein Frequenzspektrum, das zwei symmetrisch zur Trägerfrequenz liegende Seitenbänder aufweist, von denen jedes die vollständige Nachricht enthält. Bei einer solchen zur Übertragung benutzten »Zweiseitenbandschwingung« ist die Nachricht aber außerdem in der Hüllkurve enthalten, die ein Ebenbild der niederfrequenten Signalschwingung ist. Die Demodulation der Zweiseitenbandschwingung am Empfangsort kann also in einfacher Weise mittels eines linearen Gleichrichters erfolgen (Hüllkurvendemodulation); diese Demodulationsart ist deshalb auch bei allen Rundfunkempfängern gebräuchlich.With the amplitude modulation of a high-frequency carrier oscillation As is well known, a low-frequency signal oscillation creates a frequency spectrum, which has two sidebands symmetrical to the carrier frequency, of which each contains the complete message. Used for transmission in one of these "Double sideband oscillation" the message is also contained in the envelope, which is an image of the low-frequency signal oscillation. The demodulation of the Double sideband oscillation at the receiving location can therefore be easily achieved by means of a linear rectifier (envelope demodulation); this type of demodulation is therefore also common to all radio receivers.

Da jedes Seitenband einer Zweiseitenbandschwingung mit dem vollen Nachrichteninhalt ausgestattet ist, liegt es nahe, nur eins der Seitenbänder auszusenden, um an Frequenzbandbreite und Sendeleistung zu sparen. Dieses Verfahren ist z. B. in der Fernsprech-Weitverkehrstechnik üblich. Die Hüllkurve dieser Einseitenbandschwingung ist jedoch kein Abbild der Signalschwingung mehr, so daß sie sich mit den in Rundfunkempfängern verwendeten Mitteln nicht verzerrungsfrei demodulieren läßt - sie ist nicht kompatibel, d. h. mit dem bestehendenEmpfangssystem nicht verträglich.Since each sideband of a double sideband oscillation is equipped with the full message content, it makes sense to transmit only one of the sidebands in order to save on frequency bandwidth and transmission power. This method is e.g. B. common in long-distance telephone technology. However, the envelope curve of this single sideband oscillation is no longer an image of the signal oscillation, so that it cannot be demodulated without distortion with the means used in radio receivers - it is not compatible, i.e. it is not compatible. H. not compatible with the existing reception system.

Wird jedoch neben der Seitenbandschwingung auch die volle Trägerschwingung mit ausgesendet, so ist eine wenigstens verzerrungsarme Demodulation der Schwingung mit einem linearen Gleichrichter möglich, wenn der Modulationsgrad sehr klein bleibt. Bei einem solchen Verfahren ist aber die nutzbare Seitenbandleistung klein gegenüber der Trägerleistung, das Verfahren also unwirtschaftlich. Man hat deshalb nach Lösungen gesucht, die es gestatten, den Modulationsgrad zu erhöhen, ohne daß als Folge davon Verzerrungen des Hüllkurvenbildes eintreten und gefunden, daß eine Einseitenbandschwingung mit Träger (bei beliebigen Modulationsgraden) dann eine unverzerrte Hüllkurve besitzt, wenn ihr Frequenzspektrum neben der Trägerfrequenz und Seitenfrequenzen erster Ordnung auch Seitenfrequenzen zweiter Ordnung enthält, wobei das Amplitudenverhältnis der drei Frequenzkomponenten vom Modulationsgrad abhängt.However, in addition to the sideband oscillation, the full carrier oscillation is also used emitted, there is at least a low-distortion demodulation of the oscillation possible with a linear rectifier if the degree of modulation remains very small. With such a method, however, the usable sideband power is small compared to this the carrier performance, the process is therefore uneconomical. So you have solutions sought that allow the degree of modulation to be increased without being a consequence Distortions of the envelope curve and found that a single sideband oscillation with carrier (with any degree of modulation) then has an undistorted envelope curve, if their frequency spectrum is next to the carrier frequency and side frequencies of the first order also contains side frequencies of the second order, the amplitude ratio being the three frequency components depends on the degree of modulation.

Das gilt streng genommen nur für Eintonmodulation. Bei Mehrtonmodulation sind Frequenzkomponenten höherer Ordnung auch im unerwünschten Seitenband erforderlich. Sie sind jedoch zu vernachlässigen, wenn man geringe Verzerrungen der Hüllkurve zuläßt.Strictly speaking, this only applies to single-tone modulation. With multi-tone modulation higher order frequency components are also required in the undesired sideband. However, they are negligible when looking at low envelope distortion allows.

Wird vorausgesetzt, daß bei allen Frequenzen der Signalschwingung gleich hohe Modulationsgrade auftreten können, hätte eine in der Weise abgeänderte Einseitenbandschwingung wenigstens die doppelte Bandbreite der zu übertragenden Signalschwingung, wiese also gegenüber der Zweiseitenbandschwingung keinen Vorteil auf.It is assumed that at all frequencies of the signal oscillation equally high degrees of modulation could occur, would have been modified in this way Single sideband oscillation at least twice the bandwidth to be transmitted Signal oscillation, so it would have no advantage over the double sideband oscillation on.

Wegen der Eigenart der spektralen Intensitätsverteilung von Sprache und Musik, nämlich daß große Amplituden und damit hohe Modulationsgrade nur im unteren Sprachfrequenzbereich auftreten, ist der tatsächlich von der kompatiblen Einseitenbandschwingung in Anspruch genommene Frequenzbereich nicht wesentlich größer als der der zu übertragenden Sprachschwingungen. Da die Amplitude der Seitenfrequenzen zweiter Ordnung eine quadratische Funktion des Modulationsgrades ist, wird sie mit abnehmendem Modulationsgrad vernachlässigbar klein, so daß Frequenzkomponenten zweiter Ordnung mit nennenswerter Amplitude nur in einem Frequenzbereich auftreten, der ohnehin von den Frequenzkomponenten erster Ordnung belegt ist. Im Gegensatz zur - Zweiseitenbandschwingung als rein amplitudenmodulierter Schwingung ist die Einseitenbandschwingung gemischt amplituden- und phasenmoduliert. Bei der kompatiblen Einseitenbandschwingung ist durch die Forderung nach einer unverzerrten Hüllkurve die Amplitudenmodulationskomponente festgelegt. Es muß nun eine Phasenmodulationsfunktion gefunden werden, die, wenn eine mit ihr modulierte Trägerschwingung mit der Amplitudenmodulationskomponenteamplitudenmoduliertwird,die gewünschte spektrale Verteilung der Frequenzkomponenten bewirkt, nämlich die Konzentrierung der energiereichen Komponenten in einem Seitenband. Dieses Problem ist--ih verschiedener Weise gelöst worden. Zum Beispiel wird in der Zeitschrift Proc. IRE, 1961, S. 1503 ff. (K a h n, Compatible Single Sideband), ein Verfahren vorgeschlagen, das die Phasenmodulationskomponente in verhältnismäßig komplizierter Weise aus der Sigüalschwingung ableitet: Durch Modulation einer festen Trägerfrequenz und anschließende Aussiebung eines Seitenbandes mit einem Quarzfilter wird eine Einseitenbandschwingung (ohne Träger) erzeugt. In zwei getrennten Zweigen wird dieser Einseitenbandschwingung der ursprüngliche Träger mit dosierter Amplitude wieder zugefügt, und zwar im einen mit der gleichen Amplitude, im anderen mit der doppelten Amplitude der Einseitenbandschwingung, bezogen aÜf einen Modulationsgrad 1. Vor der Addition der Trägerschwingung passiert die Einseitenbandschwingung in jedem Zweig ein nichtlineares Netzwerk, das eine geringere Verstärkung der großen als der kleinen-Amplituden bewirkt, so daß sich das Verhältnis Trägeramplitude zu Seitenbandamplitude nichtlinear mit dem Modulationsgrad ändert. Die resultierende Schwingung nach Zusammenfügung der beiden Zweige ist mit--der Summe der Phasenmodulationen der Zweige phasenmoduliert und wird, durch einen Begrenzer von der Amplitudenmodulationskomponente befreit, den Vorstufen der Hochfrequenzendstufe des Senders- zugeführt. In der Endstufe wird die phasenmoduherte Schwingung mit einer durch Demodulation der- Einseitenbandschwingung erhaltenen Schwingung amplitudenmoduliert. Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe der nichtlinearen Netzwerke die Phasenkurve bei allen Modulationsgraden der idealen gut angenähert. Eine andere, elegantere Lösungsmöglichkeit ist in der Zeitschrift European Broadcasting Union - Review, Part A, Februar 1962, S.12 (v.Kessel, Stumpers, Uyen, A Method for Obtaining Compatible Single Sideband Modulation), beschrieben. Bei dem als Multiplikationsverfahren bekannten System wird, wie bei dem obenerwähnten Verfahren, mit einem normalen Einseitenbandmodulator eine Einseitenbandschwingung ohne Träger erzeugt und dieser anschließend in einem Summationsnetzwerk mit der doppelt so großen Amplitude - zugesetzt, wie sie die Einseitenbandschwingung bei Vollaussteuerung erreicht. Die Einseitenbandschwingung mit Träger wird in einer Quadrierschaltung mit sich selbst multipliziert und aus dem entstehenden Frequenzgemisch mittels eines Bandfilters die Frequenzanteile in der Nähe der doppelten Trägerfrequenz herausgefiltert. Das so gewonnene Signal wird durch einen Begrenzer von der Amplitudenmodulationskomponente befreit und den Vorstufen der Hochfrequenzsenderendstufe zugeführt. Es besitzt bei Eintonaussteuerung die exakt richtige Phasenmodulationskomponente. Bei Mehrtonaussteuerung stimmt sie nicht mehr ganz, dadurch hervorgerufene Hüllkurvenverzerrungen in der Senderansgangsspannung werden durch Korrekturen im Amphtudenmodulationszweig ausgeglichen. Die so phasenmodulierte Schwingung kann in der Send erstufe mit den üblichen Mitteln amplitudenmoduliert werden, ohne daß Frequenzkomponenten außerhalb des gewünschten Seitenbandes auftreten, wenn die zur Amplitudenmodulation benutzte Schwingung der gleichen Phasendrehung unterworfen wird wie die im Hochfrequenzzweig. Um nun die Phasendrehung des komplizierten Einseitenbandfilters nicht nachbilden zu müssen, wird diese Modulationsschwingung aus der Einseitenbandschwingung abgeleitet, ein Kunstgtif# dessen sich auch das vorher erwähnte Verfahren bedient.Because of the peculiarity of the spectral intensity distribution of speech and music, namely that large amplitudes and thus high degrees of modulation only occur in the lower speech frequency range, the frequency range actually used by the compatible single sideband oscillation is not significantly larger than that of the speech oscillations to be transmitted. Since the amplitude of the second-order side frequencies is a quadratic function of the degree of modulation, it becomes negligibly small as the degree of modulation decreases, so that second-order frequency components with a significant amplitude only occur in a frequency range that is already occupied by the first-order frequency components. In contrast to the - double-sideband oscillation as a purely amplitude modulated oscillation, the amplitude Einseitenbandschwingung is mixed and phase modulated. In the case of the compatible single sideband oscillation, the requirement for an undistorted envelope curve defines the amplitude modulation component. A phase modulation function must now be found which, when a carrier wave modulated with it is amplitude modulated with the amplitude modulation component, brings about the desired spectral distribution of the frequency components, namely the concentration of the high-energy components in a sideband. This problem has been solved in various ways. For example, in the magazine Proc. IRE, 1961, p. 1503 ff. (K ahn, Compatible Single Sideband), proposed a method that derives the phase modulation component from the signal oscillation in a relatively complicated manner: By modulating a fixed carrier frequency and then filtering out a sideband with a quartz filter, a single sideband oscillation is created (without carrier) generated. In two separate branches of these Einseitenbandschwingung the original carrier with dosed amplitude is added again, and based Although in one with the same amplitude and in the other with double the amplitude of the Einseitenbandschwingung, AUEF a degree of modulation 1. Prior to the addition of the carrier wave passing through the Einseitenbandschwingung in each Branch a non-linear network which causes a lower amplification of the large than the small amplitudes, so that the ratio of carrier amplitude to sideband amplitude changes non-linearly with the degree of modulation. The resulting oscillation after joining the two branches is phase-modulated with the sum of the phase modulations of the branches and, freed from the amplitude modulation component by a limiter, is fed to the pre-stages of the high-frequency output stage of the transmitter. In the output stage, the phase-modulated oscillation is amplitude-modulated with an oscillation obtained by demodulating the single-sideband oscillation. With this method, the phase curve is closely approximated to the ideal one for all degrees of modulation with the aid of the non-linear networks. Another, more elegant solution is described in the journal European Broadcasting Union - Review, Part A, February 1962, page 12 (v.Kessel, Stumpers, Uyen, A Method for Obtaining Compatible Single Sideband Modulation). In the prior art as a multiplication process system as in the above-mentioned method with a normal single-sideband a Einseitenbandschwingung is generated without a support and this then in a summing network with the twice as large amplitude - added as it reaches the Einseitenbandschwingung at full load. The single sideband oscillation with carrier is multiplied by itself in a squaring circuit and the frequency components in the vicinity of twice the carrier frequency are filtered out of the resulting frequency mixture by means of a band filter. The signal obtained in this way is freed from the amplitude modulation component by a limiter and fed to the pre-stages of the high-frequency transmitter output stage. With single-tone control, it has exactly the right phase modulation component. In the case of multi-tone level control, it is no longer entirely correct, the resulting envelope curve distortions in the transmitter output voltage are compensated for by corrections in the amphitheater modulation branch. The phase-modulated oscillation can be amplitude-modulated in the send first stage with the usual means without frequency components outside the desired sideband occurring if the oscillation used for amplitude modulation is subjected to the same phase rotation as that in the high-frequency branch. In order not to have to simulate the phase shift of the complicated single-sideband filter, this modulation oscillation is derived from the single-sideband oscillation, an artifact which the aforementioned method also uses.

Die Erfindung geht nun von einem anderen bekannten Verfahren aus, wie es in der deutschen Patentschrift 950 788 vorgeschlagen wird. Bei diesem wird die richtige Einstellung der Phasenmodulationskomponente und damit eine unverzerrte Hüllkurve dadurch erzwungen, daß die verzerrte Hüllkurve am Ausgang eines Einseitenbandmodulators, der z. B. aus einem symmetrischen Modulator, einem Einseitenbandfilter und einem Summiernetzwerk für den Zusatz der Trägerschwingung besteht, demoduliert und auf dessen Eingang gegengekoppelt wird. Wegen des Einseitenbandfilters können keine Frequenzkomponenten im unerwünschten Seitenband vorhanden sein. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß sehr hohe Gegenkopplungsgrade erforderlich sind, wenn ein befriedigendes Ergebnis erzielt werden soll. Die Schwierigkeiten, die auftreten, wenn ein stark gegengekoppeltes System mit phasendrehenden Elementen in der Gegenkopplungsschleife stabil arbeiten soll, sind bekannt.The invention is based on another known method, as proposed in German patent specification 950 788. In this, the correct setting of the phase modulation component and thus an undistorted envelope is forced that the distorted envelope at the output of a single sideband modulator, the z. B. consists of a symmetrical modulator, a single sideband filter and a summing network for the addition of the carrier wave, demodulated and fed back to its input. Because of the single sideband filter, there can be no frequency components in the unwanted sideband. The disadvantage of this method is that very high degrees of negative feedback are required if a satisfactory result is to be achieved. The difficulties that arise when a strongly negative feedback system with phase-rotating elements in the negative feedback loop is to work stably are known.

Die Erfindung schlägt deshalb vor, bei einer solchen Gegenkopplungsanordnung erfindungsgemäß Mittel vorzusehen, dem Eingang des Einseitenbandmodulators eine Modulationsschwingung und ihre erste Oberwelle in einem solchen Amplitudenverhältnis zuzuführen, daß Hüllkurvenverzerrungen durch die Seitenbandunterdrückung im Einseitenbandmodulator wenigstens zum Teil kompensiert werden. Durch diese Maßnahme der Vorverzerrung der Modulationsschwingung ist es möglich, den Gegenkopplungsgrad auf einen unschwer realisierbaren Wert herabzusetzen.The invention therefore proposes such a negative feedback arrangement according to the invention to provide means to the input of the single sideband modulator Modulation oscillation and its first harmonic in such an amplitude ratio to add that envelope curve distortion by the sideband suppression in the single sideband modulator be at least partially compensated. By this measure of the predistortion of the Modulation oscillation, it is possible to reduce the degree of negative feedback to an easy one reduce realizable value.

Die Vorverzerrung der Modulationsschwingung kann in bevorzugter Weise dadurch erfolgen, daß die niederfrequente Signalschwingung in einem symmetrischen Modulator einer Hilfsträgerschwingung beliebiger Frequenz aufmoduliert, das entstehende Frequenzgemisch in einer Quadrierschaltung mit sich selbst multipliziert und, nachdem durch ein Hochpaßfilter (oder Bandpaßfilter) die niederfrequenten Komponenten unterdrückt sind, linear demoduliert wird. Die so gewonnene niederfrequente Schwingung wird dem Einseitenbandmodulator mit Gegenkopplungsanordnung als Modulationsschwingung zugeführt. Sie hat die für eine Verzerrungskompensation nötigen Eigenschaften, wie weiter unten gezeigt wird. Es ist natürlich möglich, die Vorverzerrung der Modulationsspannung in anderer Weise zu bewirken, z. B. ebenfalls mit einer Gegenkopplungsanordnung nach dem deutschen Patent 950 788 oder mit einer Schaltung, die dem oben beschriebenen Multiplikationsverfahren entspricht. In beiden Fällen würde aber ein zusätzliches Einseitenbandfilter benötigt werden, durch das unerwünschte Phasendrehungen der niederfrequenten Komponenten erfolgen können, die im Amplitudenmodulationszweig nachgebildet werden müßten. Die Wahl der Gegenkopplungsmethode ist deswegen vorteilhaft, weil sie es gestattet, in einfacher Weise einen Nachteil zu überwinden, der anderen, einfacher erscheinenden Modulationsverfahren, z. B. dem oben angeführten Multiplikationsverfahren, anhängt, nämlich, daß der Mittelwert der Ausgangsschwingung vom Modulationsgrad abhängig ist. Das ist aber unzulässig, da die Schwundregelung der Empfänger auf diesen Mittelwert anspricht und eine Dynamikeinengung bewirken würde. Um diesen Nachteil auszugleichen, würde bei anderen Verfahren entweder ein großer Aufwand getrieben werden müssen, oder es müßten Maßnahmen angewendet werden, die wiederum Frequenzkomponenten im unerwünschten Seitenband zur Folge hätten. Der konstante Mittelwert der Trägerschwingung des modulierten Signals kann bei der Gegenkopplungsanordnung z. B. in der Weise erzielt werden, daß die am Ausgang des Einseitenbandmodulators erscheinende Hochfrequenzschwingung linear demoduliert und das Demodulationsergebnis über ein Tiefpaßfilter geeignet niedriger Grenzfrequenz zum Vergleich mit einer konstanten Bezugsspannung einem differenzbildenden Netzwerk zugeführt wird. Dessen Ausgangsspannung dient als Regelspannung für einen die zuzusetzende Trägerfrequenz verstärkenden Regelverstärker. Die Trägerregelung kann hier als innere Nichtlinearität des Gegenkopplungskreises aufgefaßt werden, die durch die Gegenkopplung selbst vermindert wird, sich also nicht wie bei anderen Systemen als Quelle unerwünschter Frequenzen im Spektrum der Ausgangsschwingung auswirkt.The predistortion of the modulation oscillation can preferably be done by modulating the low-frequency signal oscillation in a symmetrical modulator of an auxiliary carrier oscillation of any frequency, multiplying the resulting frequency mixture with itself in a squaring circuit and after the low-frequency components are suppressed by a high-pass filter (or band-pass filter) , is linearly demodulated. The low-frequency oscillation obtained in this way is fed to the single sideband modulator with a negative feedback arrangement as a modulation oscillation. It has the properties necessary for distortion compensation, as will be shown below. It is of course possible to effect the predistortion of the modulation voltage in another way, e.g. B. also with a negative feedback arrangement according to German Patent 950 788 or with a circuit which corresponds to the multiplication method described above. In both cases, however, an additional single sideband filter would be required through which undesired phase rotations of the low-frequency components can occur, which would have to be simulated in the amplitude modulation branch. The choice of the negative feedback method is advantageous because it allows a disadvantage to be overcome in a simple manner, the other, seemingly simpler modulation methods, eg. B. the above-mentioned multiplication method, namely that the mean value of the output oscillation depends on the degree of modulation. However, this is not permitted because the receiver's shrinkage control responds to this mean value and would reduce the dynamic range. In order to compensate for this disadvantage, with other methods either a great effort would have to be made, or measures would have to be applied which in turn would result in frequency components in the undesired sideband. The constant mean value of the carrier oscillation of the modulated signal can, for the negative feedback arrangement. B. can be achieved in such a way that the appearing at the output of the single sideband modulator high-frequency oscillation linearly demodulated and the demodulation result is fed to a differential network via a low-pass filter with a suitable low cut-off frequency for comparison with a constant reference voltage. Its output voltage serves as a control voltage for a control amplifier that amplifies the carrier frequency to be added. The carrier control can be understood here as the internal non-linearity of the negative feedback circuit, which is reduced by the negative feedback itself, i.e. it does not act as a source of undesired frequencies in the spectrum of the output oscillation as in other systems.

Die Zeichnung zeigt als Blockschaltbild, wie nach der Erfindung ein Rundfunksender aufgebaut werden kann, der eine kompatible Einseitenbandschwingung liefert.The drawing shows as a block diagram how a according to the invention Broadcasting transmitters can be built that have a compatible single sideband oscillation supplies.

Am Punkt NF wird die zu übertragende Signalschwingung zugeführt. Sie gelangt einmal zu einem Einseitenbandmodulator, -filter und -demodulator M, F, D, dessen Aufgabe später beschrieben wird und außerdem zu der Vorverzerrungsanordnung M, 0" Tj, SN1, MU, F" D" deren Wirkungsweise nun näher betrachtet werden soll.The signal oscillation to be transmitted is fed to the point NF. It reaches a single sideband modulator, filter and demodulator M, F, D, the task of which will be described later and also to the predistortion arrangement M, 0 " Tj, SN1, MU, F" D " whose mode of operation will now be considered in more detail.

Dazu einleitend folgende Überlegung.To begin with, the following consideration.

Wird eine niederfrequente Signalschwingungp (t), der Einfachheit halber als Eintonsignal mit der Amplitude a, angenommen, p(t) = al cos co t in einem Amplitudenmodulator einer hochfrequenten Trägerschwingung h (t) mit der Amplitude a. aufmoduliert, h(t) = ao cos D t, entsteht die modulierte Schwingung gesetzt wird, die, wie die trigonometrische Umformung zeigt, eine Zweiseitenbandschwingung ist, und deren Hüllkurve durch die Gleichung E(t) # 1 + m cos co t beschrieben wird. - Bedingung für den verzerrungsfreien Empfang mit den vorhandenen Rundfunkempfängern ist nun, daß die hochfrequente Schwingung am Empfangsort eine Hüllkurve aufweist, die dieser entspricht.If a low-frequency signal oscillation p (t) is assumed, for the sake of simplicity, as a single-tone signal with the amplitude a, p (t) = al cos co t in an amplitude modulator of a high-frequency carrier oscillation h (t) with the amplitude a. modulated up, h (t) = ao cos D t, the modulated oscillation arises is set, which, as the trigonometric conversion shows, is a double sideband oscillation, and whose envelope is described by the equation E (t) # 1 + m cos co t . - The condition for the distortion-free reception with the existing radio receivers is now that the high-frequency oscillation at the receiving location has an envelope curve that corresponds to this.

Trennt man von der Zweiseitenbandschwingung ein Seitenband ab und sendet nur ein Seitenband und die Trägerschwingung aus, d. h. eine Einseitenbandschwingung der Form die man auch schreiben kann so entspricht deren Hüllkurve offensichtlich nicht der geforderten Form E(t) = 1 + m cos co t, wohl aber ihr Quadrat dessen Mittelwert sich zwar mit dem Modulationsgrad ändert, im übrigen aber ein Abbild der Signalschwingung ist. Die quadrierte Hüllkurve erhält man aber dadurch, daß man die ganze Einseitenbandschwingung quadriert und die entstehenden niederfrequenten Frequenzkomponenten unterdrückt, wie leicht gezeigt werden kann.If a sideband is separated from the double sideband oscillation and only one sideband and the carrier oscillation are emitted, i. H. a single sideband oscillation of the shape which you can also write so its envelope corresponds to obviously not of the required form E (t) = 1 + m cos co t, but its square the mean value of which changes with the degree of modulation, but is otherwise an image of the signal oscillation. The squared envelope is obtained by squaring the entire single-sideband oscillation and suppressing the resulting low-frequency frequency components, as can easily be shown.

Die quadrierte Einseitenbandschwingung ist wieder eine Einseitenbandschwingung, jedoch mit der doppel-. ten Trägerfrequenz. Diesen Weg beschreitet das oben erwähnte »Multiplikationsverfahren«.The squared single sideband oscillation is again a single sideband oscillation, but with the double. th carrier frequency. This is the path mentioned above "Multiplication method".

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorverzerrungsanordnung in Verbindung mit einem normalen Einseitenbandmodulator beruht auf dem gleichen Prinzip: Die Signalschwingung, zur Vereinfachung der Rechnung wieder als Eintonsignal angenommen, sei p(t) = al cos o) t. Sie wird in dem symmetrischen Modulator M, einer Hilfsträgerschwingung h(t) = a, cos JQH t beliebiger Kreisfrequenz.Qli aufmoduliert. Da im Ausgangsspektrum eines symmetrischen Modulators die Trägerschwingung nicht erscheint, wird sie in der Summierschaltung SN, mit der Amplitude 1 (einstellbar mit dem Regler R,) wieder zugesetzt. Die so und der niederfrequente Anteil von dem Hochpaßfilter F, -unterdrückt. Es bleibt eine Schwingung die im Demodulator D, demoduhert wird.The mode of operation of the predistortion arrangement according to the invention in conjunction with a normal single sideband modulator is based on the same principle: the signal oscillation, again assumed to be a single-tone signal to simplify the calculation, is p (t) = al cos o) t. It is modulated in the symmetrical modulator M, an auxiliary carrier oscillation h (t) = a, cos JQH t of any angular frequency.Qli. Since the carrier oscillation does not appear in the output spectrum of a symmetrical modulator, it is added again in the summing circuit SN with the amplitude 1 (adjustable with the controller R i). The so and the low-frequency component is suppressed by the high-pass filter F. It remains a vibration which is demodulated in the demodulator D.

Da die Schwingung S, (t). übermoduliert ist - die Summe der Amplituden der Seitenschwingungen ist 1 nämlich für T < m < 1 größer als die Trägeramplitude -. muß D, entweder ein Produktdemodulator sein, z. B. ein Ringmodulator, in dem die Schwingung S,(t) mit der Hilfsträgerschwingung der doppelten Frequenz umgesetzt wird und die hochfrequenten Komponenten unterdrückt werden, oder der Schwingung S, (t) wird eine Hilfsträgerschwingung der doppelten Frequenz und der Amplitude > 1 phasenrichtig zugefügt, worauf sie linear demoduliert werden kann. (Die zur Demodulation erforderliche Trägerschwingung der doppelten Frequenz erhält man entweder mit Hilfe einer Frequenzverdopplerschaltung, oder man führt, wie in dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt wird, dem Modulator M, eine Trägerschwingung zu, deren Frequenz mittels einer Frequenzteilerschaltung T, auf den halben Wert der Oszillatorfrequenz gebracht ist.) Das Demodulationsergebnis ist in beiden Fällen: Deren Hüllkurve ist Es entsteht also bei Eintonaussteuerung ein kompatibles Einseitenbandsignal.Since the oscillation S, (t). is overmodulated - the sum of the amplitudes of the side oscillations is 1 for T < m < 1 greater than the carrier amplitude -. D must either be a product demodulator, e.g. B. a ring modulator in which the oscillation S, (t) is converted with the subcarrier oscillation of twice the frequency and the high-frequency components are suppressed, or the oscillation S, (t) is a subcarrier oscillation of twice the frequency and the amplitude > 1 added in phase whereupon it can be linearly demodulated. (The carrier oscillation of twice the frequency required for demodulation is obtained either with the aid of a frequency doubler circuit, or, as shown in the exemplary embodiment shown in the drawing, a carrier oscillation is fed to the modulator M, the frequency of which is halved by means of a frequency divider circuit T. Value of the oscillator frequency is brought.) The demodulation result is in both cases: Its envelope is A compatible single sideband signal is created with single-tone control.

Ist jedoch die Signalschwingung aus mehreren oder beliebig vielen Einzelschwingungen zusammengesetzt, entstehende Zweiseitenbandschwingung mit Träger bzw., wenn man a, = 1 und -i- = m setzt, wobei ao M < 1, S,(t) = (1 + M cos W t) cos 9,ff t wird in der nachfolgenden Multiplikationsschaltung MU (z. B. mit einer Hexode) quadriert. nach Unterdrückung des Gleichstromanteils ist eine Modulationsschwingung, die dem Einseitenbandmodulator EB zugeführt werden soll.However, if the signal oscillation is composed of several or any number of individual oscillations, the resulting double sideband oscillation with carrier or, if one sets a, = 1 and -i- = m, where ao M < 1, S, (t) = (1 + M cos W t) cos 9, ff t is used in the following multiplication circuit MU (z B. with a hexode) squared. after suppression of the direct current component a modulation oscillation that is to be fed to the single sideband modulator EB.

Läßt man dessen Gegenkopplungsanordnung vorerst unberücksichtigt, entsteht durch die Modulation der vom Oszillator 02 gelieferten Trägerschwingung der Kreisfrequenz.Q und der Amplitude % mit der Modulationsschwingung M(t) im Modulator M2 eine Zweiseitenbandschwingung Die aus ihr durch Unterdrückung eines Seitenbandes mit dem Bandfilter F, entstehende Einseitenbandschwingung mit Trägerschwingung (die Trägerschwingung kann natürlich wie üblich mit unterdrückt und nachher mit der erforderlichen Amplitude wieder zu- gefügt werden) hat, wie man leicht zeigen kann, die eingangs geforderte Hüllkurve.If its negative feedback arrangement is not taken into account for the time being, the modulation of the carrier oscillation of the angular frequency.Q and the amplitude % supplied by the oscillator 02 with the modulation oscillation M (t) in the modulator M2 results in a double sideband oscillation The single sideband oscillation with carrier oscillation (the carrier oscillation can of course also be suppressed as usual and then added again with the required amplitude), as can easily be shown, has the envelope curve required from it through the suppression of a sideband with the band filter F.

Die aus 9,(t) durch Abtrennung eines Seitenbandes -entstehende Einseitenbandschwingung kann man schreiben: so treten bei der beschriebenen Vorverzerrung neben den Grund- und ersten Oberschwingungen noch Kombinationsfrequenzen auf, die bei der nachfolgenden Einseitenbandaufbereitung Verzerrungen der Hüllkurve der Ausgangsschwingung verursachen. Diese Verzerrungen sind jedoch nicht in elementarer Weise berechenbar. Die von der Vorverzerrungsanordnung gelieferte Modulationsschwingung ist aus diesem Grunde nur eine Näherung und braucht es auch nur zu sein, weil die eigentliche Aufbereitung der kompatiblen Einseitenbandschwingung im Einseitenbandmodulator mit Hilfe der Gegenkopplungsanordnung erfolgt. Durch die Vorverzerrung der Modulationsschwingung ist aber die Phasenmodulationskomponente der Einseitenbandschwingung bereits so beeinflußt, d. h. die Einseitenbandhüllkurve so entzerrt, daß nur noch ein erheblich geringerer Gegenkopplungsgrad erforderlich ist, um eine unverzerrte Hüllkurve zu erzwingen, als wenn dem Einseitenbandmodulator die nichtverzerrte Signalschwingung zugeführt wird. Die Wirkungsweise des im Prinzip bekannten Einseitenbandmodulators mit Gegenkopplungsanordnung EB ist: Die an den Eingang E geführte Modulationsschwingung wird im Modulator M2 der vom Oszillator 02 gelieferten Trägerschwingung aufmoduliert und in dem Einseitenbandfilter F2 das untere (oder obere) Seitenband unterdrückt. Nach der Umsetzung der Einseitenbandschwingung auf die Endfrequenz im Modulator M, wird die am Ausgang A erscheinende Schwingung im Demodulator Dp linear demoduliert und so ihre mehr oder weniger verzerrte Hüllkurvenschwingung gewonnen. Diese wird mit der unverzerrten Signalschwingung im Differenznetzwerk DN2 verglichen, die Differenz in der Summierschaltung SN2 zur Modulationsschwingung addiert und dem Modulator M2 zugeführt. Um die niederfrequente Komponente der Einseitenbandschwingung mit der Signalschwingung vergleichen zu können, ist es notwendig, die Signalschwingung den gleichen Phasendrehungen zu unterwerfen, wie sie das Einseitenbandfilter F2 hervorruft. Hierzu dient in dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel die Einseitenbandumsetzung M4, F4, D4, die ein dem Filter F2 gleiches Filter F4 enthält und wieder eine unverzerrte niederfrequente Signalschwingung liefert, die jedoch die gleiche Phasendrehung aufweist wie die niederfrequente Komponente des Einseitenbandsignals.The single sideband oscillation resulting from the separation of a sideband from 9, (t) can be written: with the predistortion described, in addition to the fundamental and first harmonics, there are also combination frequencies that cause distortions of the envelope of the output oscillation in the subsequent single sideband processing. However, these distortions cannot be calculated in an elementary way. The modulation oscillation supplied by the predistortion arrangement is therefore only an approximation and only needs to be because the actual processing of the compatible single sideband oscillation in the single sideband modulator takes place with the aid of the negative feedback arrangement. However, the phase modulation component of the single sideband oscillation is already influenced by the predistortion of the modulation oscillation . H. the single sideband envelope is equalized in such a way that only a considerably lower degree of negative feedback is required to force an undistorted envelope than if the undistorted signal oscillation is fed to the single sideband modulator. The operating principle of the single sideband modulator with negative feedback arrangement EB, which is known in principle, is as follows: The modulation oscillation fed to input E is modulated in modulator M2 to the carrier oscillation supplied by oscillator 02 and the lower (or upper) sideband is suppressed in single sideband filter F2. After the conversion of the single sideband oscillation to the final frequency in the modulator M, the oscillation appearing at the output A is linearly demodulated in the demodulator Dp and its more or less distorted envelope oscillation is thus obtained. This is compared with the undistorted signal oscillation in the difference network DN2, the difference is added to the modulation oscillation in the summing circuit SN2 and fed to the modulator M2. In order to be able to compare the low-frequency component of the single sideband oscillation with the signal oscillation, it is necessary to subject the signal oscillation to the same phase rotations as those caused by the single sideband filter F2. For this purpose, the single sideband conversion M4, F4, D4 is used in the example shown in the drawing, which contains a filter F4 identical to filter F2 and again delivers an undistorted low-frequency signal oscillation, which, however, has the same phase shift as the low-frequency component of the single-sideband signal.

Durch die Gegenkopplung der Abweichungen vom normalen Schwingungsverlauf auf den Eingang des Einseitenbandmodulators wird bei genügend hohem Gegenkopplungsgrad eine unverzerrte Hüllkurve erzwungen, d. h. die Phasenmodulationskomponente der Einseitenbandschwingung wird in geeigneter Weise beeinflußt. Wegen des Einseitenbandfilters können Frequenzkomponenten im unerwünschten Seitenband nicht auftreten, am Ausgang A erscheint also eine Einseitenbandschwingung mit einer Hüllkurve, die im wesentlichen mit der Signalschwingung identisch ist, und demnach von den vorhandenen Rundfunkempfängern verzerrungsfrei empfangen werden kann.Due to the negative feedback of the deviations from the normal oscillation curve to the input of the single sideband modulator, an undistorted envelope is enforced if the degree of negative feedback is high enough . H. the phase modulation component of the single sideband oscillation is influenced in a suitable manner. Because of the single sideband filter, frequency components cannot occur in the undesired sideband , so a single sideband oscillation appears at output A with an envelope curve which is essentially identical to the signal oscillation and can therefore be received without distortion by the existing radio receivers.

Störend ist jedoch noch die Tatsache, daß der Mittelwert der Einseitenbandschwingung vom Modulationsgrad abhängig ist, wie am Beispiel der Eintonmodulation gezeigt wurde, denn die Schwundregelung der Rundfunkempfänger spricht auf diesen Mittelwert an und würde die Dynamik einengen.However, the fact that the mean value of the single sideband oscillation is still disturbing depends on the degree of modulation, as shown in the example of single-tone modulation, because the shrinkage control of the radio receiver responds to this mean value and would narrow the dynamic.

Dieser Nachteil läßt sich aber bei einer Gegenkopplungsanordnung leicht beseitigen. Der Demodulator D2 liefert ja neben der Hüllkurvenschwingung auch den schwankenden Mittelwert der Einseitenbandschwingung. Dieser wird über ein Tiefpaßfilter mit geeignet niedriger Grenzfrequenz (Änderungen des Mittelwertes, die schneller erfolgen, als es der Zeitkonstante der Schwundregelung in den Empfängern entspricht, bleiben ohne Wirkung, so daß man die Grenzfrequenz des Tiefpasses mit etwa 20 Hz annehmen kann) an ein Differenznetzwerk DN, geführt, in dem er mit einer einstellbaren konstanten Bezugsspannung B verglichen wird. Die Differenzspannung steuert einen Regelverstärker V2, der die Trägerschwingung verstärkt, die in der Summierschaltung SN, der Einseitenbandschwingung zugesetzt wird. Durch die Trägerregelung hervorgerufene Hüllkurvenverzerrungen der Einseitenbandschwingung werden durch die Gegenkopplung wieder aufgehoben.However, this disadvantage can easily be eliminated with a negative feedback arrangement. In addition to the envelope curve oscillation, the demodulator D2 also supplies the fluctuating mean value of the single sideband oscillation. This is via a low-pass filter with a suitably low cut-off frequency (changes in the mean value that occur faster than the time constant of the fading control in the receivers have no effect, so that the cut-off frequency of the low-pass can be assumed to be around 20 Hz) to a differential network DN, in which it is compared with an adjustable constant reference voltage B. The differential voltage controls a control amplifier V2, which amplifies the carrier oscillation that is added to the single sideband oscillation in the summing circuit SN. Envelope curve distortions of the single sideband oscillation caused by the carrier control are canceled out again by the negative feedback.

Die vom Ausgang A gelieferte kompatible Einseitenbandschwingung könnte nun mittels eines linearen Verstärkers auf die Sendeleistung verstärkt und ausgesendet werden.The compatible single sideband oscillation supplied by output A could now be amplified to the transmission power by means of a linear amplifier and transmitted.

Da jedoch lineare Leistungsverstärker guten Wirkungsgrades nur mit größerem Aufwand zu realisieren sind, andererseits aber vorhandene Einrichtungen ausgenutzt werden sollen, wird die Einseitenbandschwingung in einem Begrenzer L von der Amplitudenmodulationskomponente befreit, und die nur noch phasenmodulierte Hochfrequenzschwingung kannjetzt, z. B. in Leistungsstufen, die im C-Betrieb arbeiten, mit gutem Wirkungsgrad verstärkt werden. In der Senderendstufe V, wird der Hochfrequenzschwingung die Niederfrequenzkomponente mit den Mitteln der Anodenmodulation (Niederfrequenzleistungsverstärker V, Modulationstransformator MT) wieder aufmoduliert.However, since linear power amplifiers only have good efficiency greater effort are to be realized, but on the other hand existing facilities are to be used, the single sideband oscillation in a limiter L. freed from the amplitude modulation component, and the only phase modulated High frequency vibration can now, e.g. B. in power levels that work in C mode, be reinforced with good efficiency. In the transmitter output stage V, the high frequency oscillation the low frequency component with the means of anode modulation (low frequency power amplifier V, modulation transformer MT) again modulated.

Zu dieser Nachmodulation der phasenmodulierten Hochfrequenzschwingung stehen entweder die unverzerrte Signalschwingung, wie sie von der Einseitenbandumsetzung M, F4, D4 geliefert wird, oder die im allgemeinen noch etwas verzerrte Hüllkurvenschwingung, die man durch Demodulation der Einseitenbandschwingung am Ausgang A der Gegenkopplungsanordnung gewinnt, zur Verfügung. Vollkommene Entzerrung würde einen nicht realisierbar hohen Gegenkopplungsgrad erfordern und ist bei Mehrtonmodulation nicht möglich, wenn alle Frequenzkomponenten im unerwünschten Seitenband unterdrückt werden. Benutzt man die Hüllkurvenschwingung zur Amplitudenmodulation in der Endstufe, treten bei idealem Amplituden- und Phasengang der Leistungsstufen keine zusätzlichen Frequenzkomponenten im Spektrum der Ausgangsschwingung auf. Moduliert man dagegen mit der unverzerrten Signalschwingung, so ist zwar die Hüllkurve der Ausgangsschwingung verzerrungsfrei, es entstehen jedoch neue Frequenzkomponenten oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz. Durch eine Kombination der beiden Mög- lichkeiten läßt sich ein Kompromiß zwischen Verzerrungsfreiheit und unerwünschten Spektralkomponenten finden, die bei dem vorgeschlagenen Verfahren geringere Amplituden besitzen als bei anderen bekannten Verfahren.For this post-modulation of the phase-modulated high-frequency oscillation, either the undistorted signal oscillation, as it is supplied by the single sideband conversion M, F4, D4 , or the generally somewhat distorted envelope oscillation, which is obtained by demodulating the single sideband oscillation at output A of the negative feedback arrangement, is available. Complete equalization would require a high degree of negative feedback that could not be achieved and is not possible with multi-tone modulation if all frequency components in the undesired sideband are suppressed. If the envelope oscillation is used for amplitude modulation in the output stage, no additional frequency components occur in the spectrum of the output oscillation if the amplitude and phase response of the power stages are ideal. If, on the other hand, one modulates with the undistorted signal oscillation, the envelope curve of the output oscillation is free of distortion, but new frequency components arise above and below the carrier frequency. By combining the two possibilities , a compromise can be found between freedom from distortion and undesired spectral components, which in the proposed method have lower amplitudes than in other known methods.

Die Einstellung des Kompromisses kann, wie in der Zeichnung angedeutet ist, durch den Regler R, erfolgen, indem gleichzeitig Hüllkurvenschwingung und unverzerrte Signalschwingung mit einstellbarem Verhältnis zur Amplitudenmodulation verwendet werden.The setting of the compromise can, as indicated in the drawing is, by the controller R, done by simultaneously envelope oscillation and undistorted Signal oscillation is used with an adjustable ratio to the amplitude modulation will.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for generating an amplitude- and phase-modulated high-frequency oscillation in such a way that its envelope curve is an almost undistorted image of the modulation oscillation and its frequency spectrum essentially only includes the carrier frequency and a sideband with the bandwidth of the modulation oscillation (compatible single sideband oscillation), in which the setting of the respectively required phase modulation component is forced by negative feedback of the distorted envelope at the output of a single sideband modulator on its input, characterized in that means are provided, the input (E) of the single sideband modulator (EB) a modulation oscillation and its first harmonic in one to supply such an amplitude ratio that envelope curve distortions are at least partially compensated for by the sideband suppression in the single sideband modulator.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the low-frequency modulation oscillation (NF) modulates an auxiliary carrier oscillation of any frequency in a modulator (M1), the resulting oscillation is squared in a multiplication circuit, the squared signal finally after being passed by a high-pass or band-pass filter ( F,) the low-frequency components are suppressed, demodulated in a demodulator (D1) and the low-frequency oscillation thus obtained is fed to the input (E) of the single sideband modulator (EB). . 3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that ,. that the amplitude of the carrier oscillation added in the single sideband modulator is regulated in such a way that the high-frequency oscillation appearing at the output (A) of the single sideband modulator (EB) is linearly demodulated and the demodulation result is linearly demodulated via a low-pass filter (F,) with a suitably low cut-off frequency for comparison with a constant reference voltage (B) a diffbrence-forming network (DN,) is supplied, the output voltage of which is used as a control voltage for a control amplifier (V2) which amplifies the carrier frequency. Publications considered: EBU-Reviev, December 1960, pp. 249 to 258.