DE1591128C3 - Anordnung zum Kompensieren von Verzerrungen bei der Übertragung von amplitudenmodulierten Signalen - Google Patents

Description

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Phasenverzerrungen des AM-Systems gegeneinander tragungssystems 9 können folgendermaßen ausgeaufheben, wodurch die Gesamtverzerrungen verringert drückt werden:

^werden· v' = A (v + /?, v³ + /S. v^s H ) (2)

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der ^K ^™ ^TPs ^ ' ^K}

Zeichnung erläutert, in der zeigt 5 Dabei ist Q'm die Frequenzabweichung, welche die

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung nach Verzerrung der Ausgangsgröße der Korrekturschal-

der Erfindung zum Kompensieren von Verzerrungen, tung 4 für die nichtlinearen Verzerrungen entspricht.

F i g. 2 ein Schaltbild und ein Kennliniendia- A ist der Verstärkungsgrad des Verstärkers 9, und

gramm des FM-Modulators zum Kompensieren von v' ist die Ausgangsamplitude des AM-Übertragungsnichtlinearen Verzerrungen und io systems 9. Wie aus (1) und (2) ersichtlich, heben sich

F i g. 3 ein Schaltbild des Entzerrers zum Korn- die nichtlinearen Verzerrungen des FM-Systems und

pensieren von Phasenverzerrungen. des AM-Systems bei oc₃ = —ß₃ und «₅ = —ß₅ gegen-

In F i g. 1 wird das Eingangssignal fs (ein aus einander auf, und man kann erreichen, daß das Ausmehreren Frequenzen zusammengesetztes Signal mit gangssignal V des Verstärkers 9 keine nichtlinearen der Bandbreite Af), das an der Eingangsklemme zu- 15 Verzerrungen enthält.

geführt wird, durch den AM-Modulator 2 und den Die Phasenverzerrung wird als nächstes in der nach-

Ortsoszillator 1, dessen Frequenz/el ist, in ein AM- folgenden Weise beseitigt: Die Beziehung für die

Signal umgewandelt. (In erster Linie wird hier SSB- Phasenverzerrungen lediglich der ungeraden höheren

Modulation betrachtet, aber dieselben Grundsätze Harmonischen des FM-Systems 3 bis 6 kann in folgelten auch für Amplitudenmodulation allgemein.) 20 gender Weise ausgedrückt werden:

Das vom Modulator 2 abgegebene AM-Signal wird in _m<O#w» — ν O*m 4- ν Om« 4- m

ein FM-Signal durch den FM-Modulator 3 umge- ^{n m)} ~ ^{Ϊ3 m + n +} ' ^(ό)

wandelt. Geeignete nichtlineare und Phasenverzerrun- das kann in Abhängigkeit der Übertragszeitverzer-

gen werden dem Ausgangssignal des FM-Modulators 3 rung r ausgedrückt werden:

durch die Korrekturschaltung 4 für nichtlineare Ver- 25 α fO \

Zerrungen und Korrekturschaltung 5 für Phasen- τ (Qm) = 3y₃I?²m | 5v₅£⁴/;; 1

Verzerrungen erteilt. Schließlich wird das Ausgangs- aQm ,^¹)
signal der Schaltungsanordnung 5 durch den FM-Demodulator 6 in ein AM-Signal zurückverwandelt. Zu dieser Zeit kann die Frequenzabweichung Q" Dabei müssen die Mittenfrequenzen des FM-Modula- 30 des verzerrten Ausgangssignals der Korrekturschaltors 3 und des FM-Demodulators 6 ausreichend hoch tung 5 für die Phasenverzerrung folgendermaßen gegenüber der Frequenz/el liegen. Auch müssen ausgedrückt werden:
dabei der FM-Modulator 3 und der FM-Demodulator 6 ideale, verzerrungsfreie Schaltungsanordnungen Q"m = Qm + —- {v₃Q³m + y₆ßm⁵ -J }.

sein. Bei der praktischen Ausführung sind die Schal- 35 dt ^n
tungsanordnungen 3 und 6 in den Korrekturschaltungen 4 und 5 enthalten. Da nun für die Frequenz des Modulationssignals

Werden daher die Verzerrungen in den Korrektur- des FM-Systems folgende Beziehung besteht:

schaltungen 4 und 5 zum Verschwinden gebracht, so f_cs -)- /y ~ /c ,
wird das Ausgangssignal des AM-Modulators 2 und 40

das Ausgangssignal des FM-Demodulators 6 zu AM- (fa > fs), kann Q"m ausgedrückt werden durch

Signalen, die einander völlig gleich sind. Das Aus- _ß„ _{= Qm +J2jtf { PJm + Qfn}s _{+ }}

gangssignal des FM-Demodulators 6 wird in die vor- " ' '

geschriebene Trägerfrequenz durch AM-Modulation ' )

im Einseitenbandverfahren in dem AM-Modulator 8 45 Da nun das Modulationssignal Qm ein aus einer

mittels der Oszillatorfrequenz /c2 des Ortsoszillators7 Vielzahl von Frequenzen zusammengesetztes Signal

umgewandelt und diese Trägerfrequenz dem Ver- ist, sind Qm* und Qm^h zusammengesetzte Signale der

stärker 9 zugeführt und an die Ausgangsklemme ge- Komponenten, die in die Bänder der 3. und 5. Harmo-

leitet. Der Verstärker 9 besitzt einen Phasengang, der nischen Komponenten bezüglich des Signals Qm

auf den nichtlinearen Verzerrungen und der FM- 50 fallen, j zeigt an, daß die Phase um 90° voreilt.

Umwandlung beruht. Die nichtlinearen Verzerrungen Nachstehend wird die Phasenverzerrung durch die

dieses AM-Übertragungssystems werden von der Aus- AM-PM-Umwandlung des Verstärkers 9 beschrieben,

gleichsschaltung 4 verringert und die Phasenverzerrung Die AM-PM-Umwandlung bedeutet, daß die Phase

von der Phasenausgleichsschaltung 5. des Ubertragungssystems, entsprechend der Amplitude

Die nichtlineare Verzerrung kann auf folgende 55 des Eingangssignals, verändert wird. Die Phase ändert

Weise beseitigt werden: Angenommen, die mittlere sich proportional dem Quadrat oder der 4. Potenz der

Kreisfrequenz des FM-Modulators und des FM- elektrischen Leistung am Eingang, z. B. der Eingangs-

Demodulators sei Qc, die Frequenzabweichung des spannung.

Bezugspegels sei Qm und die Eingangsspannung des Die Phasendifferenz Θ zwischen Eingang und AusVerstärkers 9 mit der Frequenz Qm sei v, und nimmt 60 gang des AM-Ubertragungssystems 9 kann wie folgt man an, die zugehörige Bandbreite sei genügend klein, ausgedrückt werden:
so kommen, wie oben beschrieben, nur die ungeraden

Harmonischen in Frage. Die Kennlinie der nicht- Θ = Θ_ο + k₃v* + Ic₅V*-\ (5)

linearen Verzerrungsausgleichsschaltung 4 kann dann — Q _|_£„_j_£>,2_|

wie nachstehend ausgedrückt werden: 65

',, . Q'm = Qm + <x₃Qm^s + oc.Qm⁵-\ . (1) ^{Dabei ist} P ^ώε elektrische Leistung, entsprechend

v². Ferner ist die AM-PM-Umwandlung üblicherweise £)ie nichtlinearen Verzerrungen des AM-Über- durch K dargestellt [Grad/db] bei Verwendung der

ili.'Vl.

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Phasenabweichung [Grad] gegenüber der Pegeländerung in der Einheit db zur Zeit der ausgegebenen elektrischen Eingangs- und Ausgangsleistungen.
Ar₃ und K stehen zueinander in Beziehung wie folgt:

= k₃p + 2k_sp^z-\ [Radiant/2 Neper]

dp/p Grad db

π 4,34 dp/p

⁽⁶⁾

Aus K können Ar₃ und Ar₆ abgeleitet werden.

Ist die Kreisfrequenz des Eingangssignals des Verstärkers 9 durch Qc2 + 0(t) gegeben, so kann das Eingangssignal des AM-Übertragungssystems 9 folgendermaßen ausgedrückt werden:

(7) _t

Besteht dabei keine nichtlineare Verzerrung, so kann die Ausgangsspannung des Verstärkers 9 wie folg ausgedrückt werden:

v"(t) ^A-R[V(O- Exp [j(Qc₂t + 0(t) + Ar₃V² + Ar₅ v⁴ + )]}. (8)

Angenommen, es sei Ar₃V² + Ar₁V⁴ < 1

cos {[Qc₂t + Φ(ί)] + Ar₈V² + Ar₅V⁴ + ]}

= cos(üc_zt + Φ(ί)· COS(A^₃V² + Ar₅v⁴) — sinfüctt + Φ(O) · sin(Ar₃ν² + Ar₈ν⁴),
da

COS(Ar₃V² + Ar₆ ν⁴) φ 1,

COsCQc₂* + 0U)) - (Ar₃V² + Ar₅V⁴ H )sin CQc₂J + 0U)),

und v"(t) kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

v"(i) = A ■ R [v (O + j (Ar₃ ν² (O + Ar₅ ν⁴ (/) + ) ν (/)]. (9)

Wenn daher 30 des AM-Übertragungssystems 9 herauszugreifen, die

InJc₁ · r₃ = — Ar₃ Vorspannung bl und bl der Kapazitätsdioden Dl

2nfc_t · r₅ = -Ar₅. (10) ^UQd Dl durch dieses abgetrennte Ausgangssignal zu

regeln und die nichtlinearen Verzerrungen selbsttätig

In (4)' und (9) kann die Phasenverzerrung des auszugleichen.

AM-Systems und des FM-Systems eliminiert werden. 35 Weiterhin ist es möglich, eine allgemein bekannte, In der ausgeführten Schaltung kann die Schaltungs- überbrückte T-Schaltung zu verwenden, durch welche anordnung 4 zum Ausgleich der nichtlinearen Ver- die Phasencharakteristik, wie in F i g. 3 gezeigt, Zerrungen mit dem PM-Modulator vereinigt werden. mittels der Frequenz verändert werden kann. Diese Auch kann ein Modulator für Mikrowellen, z. B. ein dient als Ausgleichsschaltung 5 für die Phasen-Klystron als FM-Modulator, verwendet werden. 40 Verzerrungen. Es ist möglich, jede der Kapazitäten und Zweckmäßig ist es jedoch, z. B. einen FM-Modulator Induktivitäten dieser überbrückten T-Schaltung derart mit Kapazitätsdioden zu benutzen, bei dem die zu wählen, daß sie den Gleichungen (10) genügen, so Zwischenfrequenz und die Modulationskennlinie des daß es möglich ist, die Phasenverzerrungen leicht zu Modulators derart gewählt sind und der Modulator korrigieren.

derart aufgebaut ist, daß die nichtlinearen Verzerrun- 45 Wie im Falle der nichtlinearen Verzerrungen wird es

gen verringert werden. ebenfalls möglich, die Komponente der Phasen-

F i g. 2 zeigt eine PM-Modulatoranordnung mit verzerrung aus dem Ausgangssignal des Verstärkers 9 zwei Kapazitätsdioden, und Fig. 2b zeigt die Kenn- herauszugreifen und durch dieses abgetrennte Auslinie (Differentialcharakteristik), aus welcher die gangssignal jedes Element der Schaltungsanordnung Spannungs-Frequenzlinearität dieses FM-Modulators 50 nach F i g. 3 zu verändern und so selbsttätig die hervorgeht. Die Vorspannung ist derart eingestellt, Phasenverzerrungen auszuregeln.
daß eine der Differentialcharakteristiken der Kapazi- Der Ausgleich der Phasenverzerrungen kann ferner, tätsdioden Dl und D 2 in abfallender Richtung kurz gesagt, durch Veränderung der Leitungslänge konvex werden kann und die andere in aufsteigender (sogar in äquivalenter Weise) und durch Phasen-Richtung. (Dieses ist Gegenstand der deutschen 55 drehung ermöglicht werden. Der Ausgleich kann ferner Offenlegungsschrift 1 591121.) Daher ist es gemäß durch Abgleich der Länge des Koaxialkabels und des Fig. 2 möglich, die Signalpegel von den Vorspan- Wellenleiters, beispielsweise durch ein Kurzschlußnungen bl und bl der Dioden Dl und Dl her zu stück, unter Verwendung eines Phasendrehgliedes oder regeln oder den Eingangspegel an der Klemme IN durch Hinein- und Hinausbewegen eines plattendurch den Pegelregler LR. Damit kann die zusammen- 60 f örmigen Dielektrikums oder mittels eines CR-P gesetzte Differentialcharakteristik (Modulationskenn- Phasenschiebers erreicht werden,
linie, die Kurve C in Fig. 2b) verändert werden, Wie oben beschrieben, lassen sich durch einen Auf- und die Bedingungen tx_s = —ß₃ und «₅ = — ß₅ in bau der Anordnung gemäß der Erfindung die nichtden Gleichungen (1) und (2) können erfüllt wer- linearen Verzerrungen und die Phasenverzerrungen den. 65 eines AM-Systems durch lineare Elemente kompen-

Es wird ferner möglich, nur die Komponenten der sieren, so daß bei Vorliegen von Verzerrungen in

nichtlinearen Verzerrungen aus dem Ausgangssignal einem AM-System die gesamten Verzerrungen leicht

auf einen beliebigen niedrigen Pegel zurückgeführt werden können. Wenn eine derartige Verzerrung eingeführt wird, daß die genannten Verzerrungen sich aufheben, kann ein verzerrungsfreies Übertragungssystem bei geringem Aufwand sehr leicht verwirklicht werden.
Die praktische Einstellung der Kompensation er-

fordert, Einstellglieder zum Abgleich der nichtlinearen Verzerrungen und der Phasenverzerrungen bei der Frequenzmodulation zu betätigen. Die Kompensation wird am günstigsten derart eingestellt, daß die Verzerrungen im Ausgangssignal des AM-Übertragungssystems verschwinden, und das bedeutet, daß dieser Abgleich leicht durchgeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

2. Die Herabsetzung des Übertragungspegels; die Patentansprüche: 3. Harmonische wächst nämlich proportional dem Quadrat der Übertragungsspannung, so daß die

1. Anordnung zum Kompensieren von Ver- Verzerrungen geringer werden, wenn der Überzerrungen bei der Übertragung von amplituden- 5 tragungspegel verkleinert wird.

modulierten Signalen, gekennzeichnet 3. Verringerung der Verzerrungen durch eine Rück-

durch einen Umsetzer (3) zur Umwandlung kopplung eines Teiles des Ausgangssignals auf

von amplitudenmodulierten Eingangssignalen in den Eingang mittels einer Gegenkopplung, frequenzmodulierte Signale, durch einen dem

Umsetzer nachgeschalteten Entzerrer (4, 5) zum io Bei der üblichen Trägerfrequenz-Kabelübertragung

Kompensieren der Verzerrungen und durch einen lassen sich die Verzerrungen befriedigend durch das

dem Entzerrer nachgeschalteten Rückumsetzer (6) 3. Verfahren, nämlich mittels Gegenkopplung, niedrig

zur Umwandlung der frequenzmodulierten Signale halten. Wild jedoch als Trägerfrequenz eine besonders

nach dem Kompensieren der Verzerrungen in hohe Frequenz, z. B. im VHF-Bereich oder im Bereich

amplitudenmodulierte Ausgangssignale.. 15 der Mikrowellen gewählt, so wird die technische Ver-

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet wirklichung einer brauchbaren Gegenkopplung sehr durch einen Entzerrer (4) zum Kompensieren von schwierig. Andererseits erfordert die Herabsetzung nichtlinearen Verzerrungen und durch einen Ent- des Übertragungspegels bei dem 2. Verfahren ein zerrer (5) zum Kompensieren von Phasenverzerrun- Übertragungssystem mit einem Stromfluß, der im gen. ■ 20 Hinblick auf den erforderlichen Übertragungspegel

3. Anordnung nach Anspruch '2, dadurch ge- genügend groß ist. Daher ist dieses Verfahren außerkennzeichnet, daß die nichtlinearen Verzerrungen ordentlich unwirtschaftlich. Ferner ist es nahezu undurch Änderung der Modulationskennlinie eines möglich, das erstgenannte Verfahren zu verwirklichen. Frequenzmodulators mittels Kapazitätsdioden (Dl, Aus diesem Grunde wurden die meisten Funkübertra- DT) kompensierbar sind. 25 gungen mit Mikrowellen bisher unter Verwendung von

4. 'Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- Frequenzmodulation ausgeführt, bei der nichtlineare kennzeichnet, daß die Phasenverzerrungen durch Verzerrungen keine Rolle spielen.

Änderung der Länge der Übertragungsleitungen Im Falle eines Satellitenübertragungssystems bei-

oder einer in entsprechender Weise wirkenden Lei- spielsweise, bei welchem ein Vielfachzugriff vorgesehen tung kompensierbar sind. 3° ist, d. h. Signale von einer Vielzahl von Sendestationen

wahlweise durch einen einzigen Empfänger zu empfangen sind, um eine sichere Übertragung durchzuführen,

ist ein AM-System, beispielsweise ein SSB-AM-System,

sehr vorteilhaft. Hierbei sind AM-Verstärker mit 35 großer Ausgangsleistung in den Sendestationen auf

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Korn- der Erde erforderlich, bei denen eine Verringerung der pensieren von Verzerrungen bei der Übertragung von Verzerrungen notwendig ist.

amplitudenmodulierten Signalen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Verzer-

In einem Übertragungssystem für amplituden- rungen bei der Übertragung in einem derartigen AM-modulierte Signale (nachstehend kurz mit AM be- 40 System zu verringern oder ganz auszugleichen, zeichnet), z. B. in einer Zwischenstation, insbesondere Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Umsetzer

in einem Verstärker, treten zwei Arten von Verzerrun- zur Umwandlung von amplitudenmodulierten Eingen auf: Nichtlineare Verzerrungen auf Grund einer gangssignalen in frequenzmodulierte Signale, durch nichtlinearen Übertragungskennlinie und Phasenver- einen dem Umsetzer nachgeschalteten Entzerrer zum Zerrungen. Verschiedene Arten von Amplituden- 45 Kompensieren der Verzerrungen und durch einen dem modulationen (einschließlich der Aussendung von Entzerrer nachgeschalteten Rückumsetzer zur Um-Zweiseitenband-, Einseitenband- und Trägerwellen- Wandlung der frequenzmodulierten Signale nach dem modulation, bei Unterdrückung der Trägerwelle und Kompensieren der Verzerrungen in amplitudenmodubei verringertem Träger), die eine hochfrequente lierte Ausgangssignale.

Trägerfrequenz verwenden, sollen hierbei als das 50 AM-FM-Umsetzer, FM-AM-Umsetzer und EntSignal verstanden werden, und der Fall, daß fc > Af zerrer sind als Einzelelemente für sich bekannt (deutist, wird zu betrachten sein, wobei die Trägerfrequenz sehe Patentschriften 754 469 und 734 314, deutsche mit fc und die Bandbreite mit Af bezeichnet ist. Hier- Auslegeschriften 1 010 589, 1 223 432, 1 212 599). Die bei fällt die 2. Harmonische in einen Bereich außerhalb Erfindung wird demgegenüber in der besonderen des Bandes, und nur die ungeraden, höheren Harmo- 55 Kombination solcher Elemente gesehen, deren Annischen, wie die 3. und die 5. Harmonische, spielen wendung dazu führt, daß bei amplitudenmodulierten eine Rolle. Insbesondere, wenn das Signal ein Multi- Signalen auftretende nichtlineare Verzerrungen und plex-Telephoniesignal od. dgl. ist, entsteht durch die Phasenverzerrungen durch lineare Elemente in einem obengenannten Verzerrungen ein Quasi-Nebensprech- Kompensator für frequenzmodulierte Signale elimi-, störsignal, und es wird erforderlich, dieses genügend 60 niert werden.

zu unterdrücken. Das AM-Signal wird in ein frequenzmoduliertes

Bisher sind die nachstehenden drei Verfahren zur Signal durch eingangsseitige FM-Modulation überVerringerung der oben bezeichneten Verzerrungen geführt. Dieses FM-Signal wird demoduliert, in ein vorgeschlagen oder ausgeführt worden: AM-Signal zurückverwandelt und ausgesendet. In

65 dem FM-System werden nichtlineare Verzerrungen

1. Der Aufbau eines Übertragungssystems (beispiels- bei der Modulation und Demodulation sowie Phasenweise eines Verstärkers), das nur geringe Ver- Verzerrungen so eingestellt, daß sich diese Verzerrunzerrungen besitzt. gen und die nichtlinearen Verzerrungen und die