DE2322337B2

DE2322337B2 - Übertragungssystem für winkelmodulierte Signale

Info

Publication number: DE2322337B2
Application number: DE2322337A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tokio Furuya
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1972-05-04
Filing date: 1973-05-03
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2322337C3; JPS495509A; DE2322337A1; JPS5644617B2; IT987117B; GB1433212A; US3849744A

Description

R₁ ■ R₂
R₁ + R₂

4: I

ist, wobei R_t der erste Widerstand, R₂ der zweite Wiederstand, Cd die Kapazität der Sperrschicht der >n Kapazitätsdiode ist, und daß ferner der Arbeitspunkt der Kapazitätsdiode durch eine Vorspannung (E₀) derart bestimmt wird, daß die Gruppenlaufzeit ungefähr gleich

cd ^Rl'^R±- ^ri

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelschaltung eines dritten Widerstandes (Ri) und einer weiteren jo Kapazität (G) zwischen der Verbindungsstelle von Kapazitätsdiode (Cd) und ersten Widerstand (R\) einerseits und dem Abgriff 'b) andererseits zwischengeschaltet ist

3. Übertragungssystem nach .·' nspruch 1, dadurch r> gekennzeichnet, daß zwischen der Kapazitätsdiode (Cd) und Erde eine große Kapazität (C_}) in Reihe geschaltet wird, und daß die veränderbare, der Vorspannung dienende Gleichspannung (-£ö) an dem Verbindungspunkt von Kapazitätsdiode und w der weiteren Kapazität eingespeist wird.

4. Übertragungssystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Widei stand (R)) und dem Abgriff des Ausgangssignals ein Tiefpaß zwischengeschaltet ist. 4">

5. Übertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß durch die Kapazität (Cd) der Kapazitätsdioden und eine Induktivität (/^gebildet wird, die in Reihe zwischen dem ersten Widerstand und dem Abgriff des Ausgangssignals an v> der Kapazitätsdiode geschaltet ist.

Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem für winkelmodulierte Signale mit einem Laufzeitentzerrer.

Der Laufzeitentzerrer dient zur Glättung der Kennlinie für die Abhängigkeit der Gruppenlaufzeit von der Frequenz über das gesamte übertragene Frequenzband, An sie sind, insbesondere bei der Übertragung von Telefonsignalen im Multiplexbetrieb und Fernsehsignalen hohe Anforderungen zu stellen, um eine getreue Übertragung zu gewährleisten. Ist dies nicht der Fall, so tritt ein sogenanntes Pscudo-Übersprechrauschen auf, welches mit der Frequenz des modulierenden Signals zunimmt. Bei Telefon-Multiplexsystemen mit einer Kapazität von z.B. 1800 oder 2700 Kanälen ist die Entzerrung der Gruppenlaufzeit für alle f-'requenzkomponenten im verwendeten Frequenzband daher von großer Wichtigkeit. Dasselbe gilt für die Übertragung von Farbfernsehsignal, da Verzerrungen der Gruppenlaufzeit das Leuchtdichte-Signal und damit den Farbwert des wiedergegebenen Bild-'s beeinträchtigen.

Bekannte Übertragungssysieme verwenden einen Laufzeitentzerrer im Zwischenfrequenz-Band (vgl. Frequenz 24 (1970) 12, S. 369/370).

Sie verwenden im ZF-Band ein Allpaß-Netzwerk mit ebener Kennlinie für die Abhängigkeit der Amplitude von der Frequenz und einer nicht-ebenen Kennlinie für die Abhängigkeit der Laufzeit von der Frequenz zum Ausgleich der Gruppenlaufzeit. Ein derartiges Allpaß-Netzwerk kann nur im ZF-Band wegen der dort gegebenen geringeren relativen Bandbreite überhaupt mit vertretbarem Aufwand realisiert werden. Aber auch hierbei ist nachteilig, daß bereits für Zwischenfrequenzen von 70 oder 140 MHz die Einstellung der einzelnen verwendeten Schaltelemente außerordentlich präzise sein muß. In Bereichen von 4 oder 6 GHz schließlich ist es notwendig, die Einstellung in einer Vielzahl einzelner Schritte vorzunehmen, wenn der ZF-Bereich trotz geringer relativer Bandbreite absolut gesehen breit genug ist, um den eingangs geschilderten Aufgaben gerecht zu werden.

Aufgabe der Er/lndung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, d. h. ein Übertragungssystem für winkelmodulierte Signale mit einem Laufzeitentzerrer zu schaffen, bei dem eine Laufzeitentzerrung einerseits möglich ist jedoch «die Anforderungen an die Einstellgenauigkeit geringer sind wie bei den seither bekannten Übertragungssystemen.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung betrifft ferner mehrere vorteilhafte Weiterbildungen.

Die Erfindung vermeidet die Schwierigkeiten, die sich bei dem bekannten Übertragungssystem ergeben, dadurch, daß die Laufzeitentzerrung nicht im ZF-Band, sondern im Basisband stattfindet. Andererseits sind die bekannten Schaltungen wegen der im Basiband auftretenden größeren relativen Bandbreite nicht auf eine Laufzeitentzerrung im Basisband übertragbar. Aus diesem Grund geht die Erfindung einen vollkommen anderen Weg. Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich, wie im Kennzeichen des Hauptanspruches angegeben, so dimensionieren, daß die Gruppenlaufzeit von der Amplitude des anliegenden Signals abhängig ist (vgl. Gleichung (6)). Da andererseits bei winkelmodulierten Systemen die Amplitude der Frequenz des modulierten Signals proportional ist, kann durch entsprechende Einstellung des Arbeitswertes die erfindungsgemäße Schaltung derart abgestimmt werden, daß die Gruppenlaufzeit im in Frage kommenden Frequenzbereich im Basiband konstant ist. Da im Basiband die Frequenzen sehr visl niedriger sind, ist die Realisierung der einzelnen dazu verwendeten Schaltelemente einschließlich ihrer Einstellung sehr viel einfacher als beim Stande der Technik, wo — infolge der Verwendung der Laufzeitentzerrer im ZF-Band — die einzelnen Schaltelemente bei sehr hohen Frequenzen justiert werden müssen.

Mit der Angabe, daß der Laufzeitentzerrer »im Basiband« angeordnet ist, ist dabei gemeint, daß die Laufzeitentzerrung durch die erfindungsgemäße Schaltung sendeseitig vor der Modulation bzw. empfangsseitig nach der Demodulation erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 ein Blockschallbild eines FM-Signalübertragunssystems mil einem herkömmlichen Laufzeitentzerrer,

Fig.2 ein Schaltbild eines herkömmlichen Lauf/eitentzerrers in einem Übertragungssystem nach Fig. I,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines FM-Übertragungssystems mit eimern Ausführungsbeispiel eines Basisbandlaufzeitentzcrrers,

Fig.4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Basisbandlaufzeitentzerrers in F i g. 3,

Fig.5 die Kennlinie für die Abhängigkeit der Sperrschichtkapazität einer Kapazität-Variations-Diode, die in dem Laufzeitentzerrer gemäß Fig.4 verwendet wird, von der anliegenden Klemmenspannung,

F i g. 6(a) und (b) weitere Ausführungsbeispiele und

F i g. 7 eine Kennlinie zur Darlegung der Vorteile des Basisbandlaufzeitentzerrers.

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches FM-Übertragungsrystem, das auch den üblichen Laufzeit-Entzerrer aufweist Das System enthält die Eingangsklemme 1. An ihr wird dem System das Basisbandsignal zugeleitet, das übertragen wird. Mit 2 ist ein Vorverzerrungs-Netzwerk zur Vorverzerrung (preemphasis) der hohen Frequenzkomponenten bezeichnet. Ferner ist ein Basisbandsignal- Übertragungsschaltkreis 3 vorgesehen. Er enthält einen Verstärker, in dem das am Ausgang des Vorverzerrungs-Netzwerkes 2 entstehende Basisbandsignal verstärkt wird. Es gelangt dann an den Frequenzmodulator (FM-Modulator), in dem eine Trägerwelle mit Hilfe des verstärkten Basisbandsignals frequenzmoduliert wird. 5 ist der Übertragungsweg. Seinen Anfang bzw. sein Ende bilden ein FM-Sender 51 und ein FM-EmpfängerS^ Das empfangene Signal wird in dem FM-Signaldemodulator (FM-Demodulator) 4 demoduliert. Auf diese Weise wird das Basis-Bandsignal zurückgewonnen. Das Basis-Bandsignal gelangt dann an einen Basisbandsignal-Übertragungsschaltkreis 7, in dem das Basisbandsignal verstärkt wird. Das Basisbandsignal gelangt dann an das Rückentzerrungs-Netzwerk 8, in dem die hohen Frequenzkomponenten des verstärkten Basisbandsignals wieder rückentzerrt werden. Mit 10 ist schließlich die Ausgangsklemme bezeichnet, an der das rückentzerrte Signal wieder abgegeben wird. Bei diesem h:rkömmlichen System ist in der Zwischenfrequenzstufe vor dem Demodulator 6 ein Laufzeitentzerrer 9 vorgesehen. Dieser Laufzeitentzerrer 9 besteht im wesentlichen aus einem symmetrischen Kreuzglied mit konstanter Impedanz oder einer diesem equivalenten Schaltung; der Laufzeitentzerrer kompensiert die unterschiedliche Phasenvcr/errimg, der das FM-Signal im Überiragungspfad 5 ausgesetzt worden ist.

Fig. 2(a) zeigt ein Beispiel für einen soLnen herkömmlichen Laufzeitentzerrer 9, der als überbrücktes Allpaß-Netzwerk aufgebaut ist. Ein dieser Schaltung equivalenles Kreuzglied zeigt F i g. 2(b).

Diese Netzwerke haben konstante Eingangs-impedanz und konstanten Amplitudengang für alle Frequenzkomponenten, wenn Induktivitäten und Kapazitäten folgende Beziehung zueinander haben:

C,

C₁

soll ein solcher Gruppenlaufzeitentzerrer leicht einstellbar sein, dann muß man die Schaltkreiskonstanten /.ι, L₁. Q und Ct so einstellen können, daß diese Beziehung stets besteKen bleibt Dazu müssen die induktiven und kapazitiven Elemente als Mehrfach · .-irukturen ausgebildet werden, die jedoch nur äußers. umständlich herzustellen sind.

Fig.3 zeigt ein FM-Signal-Übertragungssystem. bei dem ein Basisband-Laufzeitentzerrer gemäß der Erfindung ve-gesehen ist. Er ist mit dem Bezugszeichen 9' versehen. Er ist im Ausgangskreis für das Basisbandsignal derjenigen Stufe zwischengeschaltet, die auf den Demodulator 6 folgt. Die mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichneten Bauteile in Fig.3 haben dieselbe Funktion wie in F i g. 1.

F i g. 4 zeigt ein Schaltbild des in F i g. 3 verwendeten Basisband-Laufzeitentzerrers. Das an der Eingangsklemme 11 zugeführte Signal gelangt an das einstellbare Dämpfungsglied 12 und wird dann in dem Basisbandsignal-Verstärker 13 verstärkt. Es gelangt dann an den Eingang eines Netzwerkes 14 mit veränderlicher Kapazität Dieses Netzwerk weist eine Kapazität-Variations-Diode auf, deren Kapazität Cd \ou der Spannung des anliegenden Basisbandsignals abhängt. Die Vorspannung — E₀, die der Diode über die Klemme 18 zugeführt wird, wird mit Hilfe eines Vorspannungs-Regelkreises 15 eingestellt. Das Von dem Netzwerk 14 abgegebene Signal v/ird von einem Basisbandsignal-Verstärker 16 verstärkt und dann an die Ausgangsklenime 17 abgegeben. Q, C₁ und C% sind Kapazitäten mit hinreichend hohen Werten, die für das Basisbandsignal nur kleine Impedanzen darstellen. Wenn die Kapazität Cd der Sperrschicht der Kapazitäts-Variations-Diode hinreichend kleiner als die Kapazität Ci (Cd < Ci) ist, dann gilt folgende Beziehung zwischen der Signalspannung Vi am Punkt (a) und der Signalspannung v_n am Punkt (b):

- C

( ^Ri \

\l + J-CdR₁) ₌ I

^R' ^hl- Vi-CdR₁) j

Dabei ist ω = 2 τι /"und /"die Frequenz des rung θ (ω) der Schaltung zwischen den Punkten (a) und Basisbandsignals. (b)acs Netzwerkes 14 ist:

Darausgeht hervor,daß

lan ' -Cd

R₁ R₂ Λ,'-f- R,

''U » R₁

gegenüber v, phasenverzogert ist. Die Phasenverzöge-Daraus erhält man die Gruppenlaufzeit r dieses Teils des Netzwerkes gegenüber dem Basisbandsignal wie

folgt:

ti-,

¹ r^((/U . kJi

Wenn die Grollen ( ',', Wi und Ri so bestimmt werden, daß die Beziehung

₁ ι R

im l^;requen/band des übertragenen Rasisbandsigmils gill.dann ergibt sich die Gruppenlaufzeit r wie folgt:

"UW₁)-

Aus Gleichung (J) geht hervor, daß die Gruppenlaufzeit proportional zur .Sperrschichtkapazität Cd der Kapa/itäts-Variations-Diode ist.

In F i g. 5 zeigt die durchgezogene Linie die Kennlinie für die Abhängigkeit der Kapazität Cd von der F.ingangsspannung: dabei ist auf der Abszisse die Klemmenspannung der Kapazitäts-Variations-Diode und auf der Ordinate die Sperrschichtkupazität Cd aufgetragen. (An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß es viele Arten von Kapazitäts-Variations-Dioden gibt, die solche Kennlinien haben und die daher für ein Netzwerk 14 gemäß vorliegender Erfindung geeignet sind). Ea bezeichnet in Fig.5 die Vorspannung, die an der Kapazitäts-Variations-Diode anliegt, ν die Basisbandsignal-Spannung, die an der Kapazitäts-Variations-Diode Cd anliegt. Gj ist die Sperrschichtkapazität für ν = 0. Als geeignete Bauelemente für diesen Zweck stehen Kapazitäts-Variations-Dioden mit hyperabruptem Übergang an der Sperrschicht und einer Konstante n. die in einem gewissen Vorspannungsbereich größer oder gleich 2 (n ä 2) ist, zur Verfügung. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, kann die Veränderung der Sperrschicht-Kapazität Cd in logarithmischer Darstellung in einem bestimmten Bereich der angelegten Spannung in Nähe der Klemmenspannung Eo durch eine gerade Linie (gestrichelt eingezeichnet) dargestellt werden. Mit anderen Worten: Solange sich die angelegte Spannung in der Nähe von £b befindet, kann die Sperrschichtkapazität Cd durch eine Funktion der über der Diode angelegten Spannung (Eq + v) in folgender Weise angenähert werden:

enthalten, das vom Verhältnis der üasisbandsignalspannuiip zur an der Kapa/iläts Variations-Diode anliegenden Vorspannung (also von r//:<i). abhängt. Man kann , (2) iilso dadurch, daß man das Verhältnis (WEo). die

■ Polarität von ι. sowie die Werte von Wi und W; im Hinblick auf Co und η entsprechend wählt, die gewünschte Gruppenvcrlaufszcil proportional zu ι oder - !'gewinnen.

Der Augenblickswert der Amplitude der Basisbandsignalspannung ι entspricht dem Augenblickswert der Frequenz des IM-Signals, das über den F'M-Übcrtragungsweg übertragen wird. Wenn also die Kennlinie für die Abhängigkeit der Gruppenlaufzeit von der Frequenz im I'M-Wbcrtragungsweg nicht hinreichend flach ist, dann kann man auch die sich daraus ergebende Phascnverzcrning, die der Gruppcnlaufzeilvcrzerrung zugeordnet wird, als eine Kennlinie, die die Abhängigkeit der Verzögerungszeit von der Basisbandsignalspannung angibt, ausdrücken. Ist dann die Veränderung der von der Basisbandsignalspannung ν abhängigen Gruppenlaufzeit zwischen den Punkten (a) und (b) so eingestellt, daß die der Unebenheit der Laufzeitkennlinie zuzuordnende Verzerrung ausgeglichen wird, wird die Verzerrung des über das FM-Übertragungssystem zwischen Eingangsklemme 1 und Ausgangsklemme 10 übertragenen Signals kompensiert.

Die Abhängigkeit der Amplitude von der Frequenz, für den Schaltungsbereich zwischen den Punkten (a (b)\sl für ^as Basisband fast flach, wenn

Cd = Co

Setzt man Gleichung (4) in Gleichung (3) ein, so erhält

E₀) VR, +Ri)'

Der Einfachheit halber sei nun angenommen, daß v/Eo < 1 ist. Dann erhält man:

Die Gruppenlaufzeit τ vom Punkt (a) zum Punkt (b) wird durch Gleichung (6) angegeben; in ihr ist ein Glied gilt.

Die Kennlinie für die Abhängigkeit der Sperrschichtkapazität Cd von v/Eo ist nicht linear. Man kann also für die Abhängigkeit c'er Laufzeit von der Signalspannung eine Kennlinie erzie'en, die auch noch von dem Quadrat von ν oder — ν oder sogar noch von Gliedern höherer Ordnung abhängt.

Das Netzwerk 14 nach Fig.4 stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel dar. Die erläuterten Funktionen können jedoch auch durch andere Schaltungen verwirklicht werden. Mögliche Abänderungen und Modifikationen zeigen die Fig.6a und 6b. In der Schaltung nach Fig. 6a sind zusätzlich noch eine Kapazität Q und ein Widerstand Ra vorgesehen; sie dienen dazu, die Übertragungseigenschaften im Basisbandbereich zu verbessern. Die Schaltung nach F i g. 6b sieht noch ein Filter mit Tiefpaß-Charakteristik, das durch die Spule L und die Kapazität Cd gebildet wird, vor. In den Fip. 6a und 6b ist Ci ein Ableitkondensator mit hinreichend hoher Kapazität. Aus den Schaltbildern ergibt sich, daC die Schaltungen so ausgebildet sind, daß die Kennlinit für Gruppenlaufzeit für das am Ausgang abgegebene Basisbandsignal v₀ in bezug auf das am Eingang eingehende Signal v, auch mit einem Faktor von der ar der Kapazitäts-Variations-Diode Cd anliegenden Basis bandsignalspannung, abhängt. Man kann auch statt eo dessen einen Kondensator mit fester Kapazität zusätzlich in Reihe oder parallel zu der Kapazitäts-Variations-Diode schalten, um eine entsprechende Veränderung der Abhängigkeit der Gruppenlaufzeit von dei Signalspannung zu erzielen.

Das Prinzip der Erfindung wird im vorgehenden untei Bezugnahme auf Betriebsbedingungen beschrieben, be: denen der nicht-ebene Verlauf der Kennlinie de> FM-Signalübertragungswegs durch Kompensationsmit-

(el im Basisbandsignal Übcrtragungsschaltkrcis kompensiert wurde. Der Augenblickswert der Spannung des Basisbandsignals hängt dabei vom Augenblickswert der Frequenz de FM-Signals in einer bestimmten Beziehung ab, bzw. ist diesem proportional. Fis handelt sich dabei um sogenannte quasistatische Betriebsbedingungen. Diese Erläuterung überzeugt ohne weiteres, wenn df- Modulationsindex des FM-Signals sehr hoch ist. Ist der Vlodulationsindex aber klein, wie dies z. B. bei einem 2700-Kanal-Multiplcx-Telefonsignal der Fall ist, das über ein FDM-FM-System (Frequenz Multiplex. Frequenzmodulation) übertragen wird, da bei diesem die Frequenzabweichung pro Kanal im Zwischenfrequenzbanti 140 kHz rnis (Fiffcktivwcrt) und die Frequenz des höchsten Kanals im Basisband 12,336 kHz ist. dann erklärt die quasi-stalische Vorstellung nicht mehr ohne weiteres die oben erwähnte Proportionalität des FM-Signals. Fs kann jedoch experimentell nachgewiesen werden, daß die Erfindung auch bei FM-Sigmilen mit kleinem Modulationsindex wirksam eingcset/l werden kann.

I i g. 7 zeigt ein Beispiel einer Rauschbeanspruchungsprüfun·; und der dabei gemessenen Testergebnisse. Dabei wurde ein Basisband-Laufzeitentzerrer nach der Erfindung bei einem 2700-Kanal-Multiplex-Telefon-Signalübertragungssystcm. das nach dem Prinzip der Frequenzteilung und -modulation arbeitete, verwendet. Auf der Abszisse nach F i g. 7 ist im Dezibel der Bclastungspcgel mit weißem Rauschen eingetragen, das ein 2700-Kanal-Multiplex-Telefonsignal am Eingang für d?s auf der Sendeseite simuliert. Der Pegel von 0 Dezibel ist der Bezugspegel, der notwendig ist, um eine Frequenzabweichung von 14OkHz rms pro Kanal im Zwischenfrequenzband zu erreichen. Die Ordinate zeigt, ebenfalls in Dezibel, das ungewichtete Signal/ Rausch-Verhältnis im Bereich von 12 15OkHz des höchsten Kanals im Basisband am Ausgang auf der Empfängerseite an. Die gepunktete Linie zeigt das Signal/Rausch-Verhältnis im Bereich von 12 15OkHz, das für den FM-Übertragungsschaltkreis gemessen wurde, der eine Gruppenlaufzeitverzerrung von ungefähr 4ns/± 13MHz aufweist. Die durchgezogene Kurve zeigt das Signal/Rausch-Vcrhältnis bei derselben Frequenz für denselben FM-Übertragungsschaltkreis nach Entzerrung der Gruppenlaufzeit mit Hilfe eines Basisbandlaufzeitenlzerrers gemäß der Erfindung. Es ergibt sich, daß fast die gesamte Gruppenlaufzeitverzerrung der Glieder zweiter Ordnung äußerst wirksam ausgeglichen wird.

In dem in Fig. 3 gezeigten System ist der Basisbandlaufzeitentzerrcr hinter dem FM-Demodulator eingesetzt. Er kann aber auch vor dem FM-Modulator eingesetzt werden. Werden in einem FM-Übertragungssystem in bestimmten Abständen Basisband-Leitungsverstärker (repeater) verwendet, in denen eine Demodulation stattfindet, dann können die Entzerrer nach vorliegender Erfindung in jedem derartigen Leilungsverstärker vorgesehen werden.

Der beschriebene Basisbandlaufzcitentzerrer, der zur Verwendung im Basisband-Übertragungsschaltkreis vorgesehen ist, ist in seinem Aufbau äußerst einfach. Er ermöglicht es, die Signalverzerrung, die der Gruppenlaufzeit zuzuordnen ist, zu kompensieren. Er ist daher insbesondere geeignet für die Übertragung von Telefonsignalen in einem breiten Band mit Hilfe eines frequenzmodulierten, nach dem Prinzip des Frequenz-Multiplex arbeitenden Übertragungssystems, sowie für die von frequenzmodulierten Farbfernseh-Signalen.

Hierzu 4 Blatt Zcichnutmcii

Claims

Patentansprüche:

1. Übertragungssystem für winkelmodulierte Signale mit einem Laufzeitentzerrer, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitentzerrer (9¹) im Basisband angeordnet ist und eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes (R\) mit einer Kapazitätsdiode (Cd) aufweist, an der das unmodulierte Signal (v,J anliegt, daß der Kapazitätsdiode ein zweiter Widerstand (R?) parallel geschallet ist, daß das laufzeitentzerrte Signal (vn) an der Verbindungsstelle des ersten Widerstandes und der Kapazitätsdiode abgegriffen (d) wird, daß ferner im Basisband