DE2322337C3

DE2322337C3 - Übertragungssystem für winkelmodulierte Signale

Info

Publication number: DE2322337C3
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: 1979-11-08
Also published as: JPS495509A; DE2322337A1; DE2322337B2; JPS5644617B2; IT987117B; GB1433212A; US3849744A

Description

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

R₁ + R₂

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

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kapazitätsdiode (Cd) und Erde eine große Kapazität (C₃) in Reihe geschaltet wird, und daß dii veränderbare, der Vorspannung dienende Gleichspannung (-Eo) an dem Verbindungspunkt von Kapazitätsdiode und der weiteren Kapazität eingespeist wird.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Widerstand (R]) und dem Abgriff des Ausgangssignals ein Tiefpaß zwischengeschaltet ist.

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

H)

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 Frequenz- w band. An sie sind, insbesondere bei der Übertragung von Telefonsignalen im Multiplexbetrieb und Fcrnschsignalen hohe Anforderungen zu stellen, um eine getreue Übertragung zu gewährleisten. Ist dies nicht der Fall, so tritt ein sogenanntes Pseudo-Überspreehrauschen auf, ι> welches mit der Frequenz des modulierenden Signals zunimmt. Bei Telefon-Multiplexsystenien mit einer Kapazität von z.B. 1800 oder 2700 Kanälen ist die Entzerrung der Gruppenlaufzeit für alle Frequenzkomponenten im verwendeten Frequenzband daher von großer Wichtigkeit Dasselbe gilt für die Übertragung von Farbfernsehsignalen, da Verzerrungen der Gruppenlaufzeit das Leuchtdichte-Signal und damit den Farbwert des wiedergegebenen Bildes beeinträchtigen.

Bekannte Übertragungssysteme 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 Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, d. h. ein Übertragungssystem für winkelmodulierte Signale mit einem Laufzeitentzerrer zu schaffen, bei dem eine Laufzeiitentzerrung 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 ßasibund die Frequenzen sehr viel 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 erfindiingsgemäße Schaltung sendeseitig vor der Modulation bzw. cmpfangsseitig nach der Demodulation erfolgt.

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

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines FM-Sigralübertragunssystems mit einem herkömmlichen Laufzeitentzerrer,

F i g. 2 ein Schaltbild eines herkömmlichen Laufzeitentzerrers in einem Übertragungssystem nach F i g. 1,

Fig.3 ein Blockschaltbild eines FM-Übertragungisystems mit jinem Ausführungsbeispiel eines Basisbandlaufzeitentzerrers,

F i g. 4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Basisbandlaufzei ten tzeners 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-Übertragungssystem, 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-Empfänger52. 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 herkömmlichen Sj stern 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 Phasenverzerrung, der das FM-Signal im Übertragungspfad 5 ausgesetzt worden ist

Fig.2(a) zeigt ein Beispiel fiür einen solchen herkömmlichen Laufzeitentzerrer 9, der als überbrücktes Allpaß-Netzwerk aufgebaut ist Ein dieser Schaltung equivalentes 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:

soll ein solcher Gruppenlaufzeitentzerrer leicht einstellbar sein, dann muß man die Schaltkreiskonstanten Lu Lt, C₁ und Ci so einstellen können, daß diese Beziehung stets bestehen bleibt Dazu müssen die induktiven und kapazitiven Elemente als Mehrfach-Strukturen ausgebildet werden, die jedoch nur äußerst umständlich herzustellen sind.
F i g. 3 zeigt ein FM-Signai-Übertragungsiystem, bei dem ein Basisband-Laufzeitentzerrer gemäß der Erfindung vorgesehen 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

jo wie in F i g. 1 bezeichneten Bauteile in F i g. 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

i) 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 von der Spannung des anliegenden Basisbandsignals abhängt. Die Vorspannung — Ea, die der Diode über die Klemme 18 zugeführt wird, wird mit Hilfe eines Vorspannungs-Regelkreises 15 eingestellt. Das von dem Netzwerk 14 abgegebene Signal wird von einem Basisbandsignal-

4") Verstärker 16 verstärkt und dann an die Ausgangsklemme 17 abgegeben. C₁, Ci und Cj sind Kapazitäten mit hinreichend hohen Werten, die für das Basisbandsignal nur kleine Impedanzen darstellen. Wenn die Kapazität Cd der Sperrschicht der Kapazitäts-Variations-Diode

ίο hinreichend kleiner als die Kapazität Cj (Cd < Cj) ist, dann gilt folgende Beziehung zwischen der Signalspannung Vi am Punkt (a) und der Signalspannung v'o am Punkt (by.

'ο
- r,

t- ir,ClR₁

«2

(R₁ f- R₂)

R₁R,

Dabei ist o> = 2 -τ Γ und /die Frequenz des rung ö (ω) der Schaltung zwischen den Punkten ^ und Basisbandsignals. fhjdes Netzwerkes 14 ist:

Darausgeht hervor, daß ι ο um

lan ' -,Ci/

R, R₁
R₁ ι R,

tan

VR₁ t R₁J

Daraus erhält man die Gruppenlaufzeit r dieses Teils gegenüber i', phasenverzögert ist. Die Phascnverzöge- des Netzwerkes gegenüber dem Basisbandsignal wie

folgt:

-d_H

dm

Cd

^Λ' ±*J

+ \„,cd(-fi-%)

> Kl + ^K2/

Wenn die Größen Cd, R\ und R₂ so bestimmt werden, daß die Beziehung

\R_t +R₂J

im Frequenzband des übertragenen Basisbandsignals gilt, dann ergibt sich die Gruppenlaufzeit τ wie folgt:

τ - Cd -¹^

Aus Gleichung (3) geht hervor, daß die Gruppenlaufzeit proportional zur Sperrschichtkapazität Cd der Kapazitäts-Variations-Diode ist.

In F i g. 5 zeigt die durchgezogene Linie die Kennlinie für die Abhängigkeit der Kapazität Cd von der Eingangsspannung; dabei ist auf der Abszisse die KJemmenspannung der Kapazitäts-Variations-Diode und auf der Ordinate die Sperrschichtkapazität 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). Eo 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. Co ist die Sperrschichtkapazität für v=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 S 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 (E₀ + v) in folgender Weise angenähert werden:

enthalten, das vom Verhältnis der Basisbandsignalspan nung zur an der Kapazitäts-Variations-Diode anliegen den Vorspannung (also von ν/£ό), abhängt. Man kanr ₅ . (2) also dadurch, daß man das Verhältnis (vlEo), die

1 ' Polarität von v, sowie die Werte von R\ und R2 irr

I Hinbück auf Co und η entsprechend wählt, die

gewünschte Gruppenverlaufszeit proportional zu 1 oder — vgewinnen.

Der Augenblickswert der Amplitude der Basisband signalspannung ν entspricht dem Augenblickswert dei Frequenz des FM-Signals, das über den FM-Übertra gungsweg übertragen wird. Wenn also die Kennlinie füi die Abhängigkeit der Gruppenlaufzeit von der Fre quenz im FM-Übertragungsweg nicht hinreichend flach

π ist, dann kann man auch die sich daraus ergebende Phasenverzerrung, die der Gruppenlaufzeitverzerrun£ zugeordnet wird, als eine Kennlinie, die die Abhängig keit der Verzögerungszeit von der Basisbandsignalspan nung angibt, ausdrücken. Ist dann die Veränderung dei von der Basisbandsignalspannung ν abhängigen Grup penlaufzeit zwischen den Punkten (a) und (b) se eingestellt, daß die der Unebenheit der Laufzeitkennli nie zuzuordnende Verzerrung ausgeglichen wird, wire die Verzerrung des über das FM-Übertragungssysterr

2'y zwischen Eingangsklemme 1 und Ausgangsklemme IC übertragenen Signals kompensiert.

Die Abhängigkeit der Amplitude von der Frequenz für den Schaltungsbereich zwischen den Punkten ^ und (b) ist für das Basisband fast flach, wenn

Cd= Co

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

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 vlEo ist nicht linear. Man kann also für die Abhängigkeit der Laufzeit von der Signalspannung eine Kennlinie erzielen, die auch noch von dem Quadral 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 F i g. 6a sind zusätzlich noch eine Kapazität (4 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 Fig. 6s und 6b ist (3 ein Ablcitkondensator mit hinrcichenc

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die Schaltungen so ausgebildet sind, daß die Kennlinie 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 Ci/anliegenden Basisbandsignalspannung, abhängt. Man kann auch statt 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 der Signalspannung zu erzielen.

Das Prinzip der Erfindung wird im vorgehenden unter Bezugnahme auf Betriebsbedingungen beschrieben, bei denen der nicht-ebene Verlauf der Kennlinie des FM-Signalühcrtragungswegs durch Kompcnsalionsmit-

tel im Basisbandsignal-Übertragungsschaltkreis kompensiert wurde. Der Augenblickswert der Spannung des Basisbandsignals hängt dabei vom Augenblickswert der Frequenz des FM-Signals in einer bestimmten Beziehung ab, bzw. ist diesem proportional. Es handelt sich dabei um sogenannte quasistatische Betriebsbedingungen. Diese Erläuterung überzeugt ohne weiteres, wenn der Modulationsindex des FM-Signals sehr hoch ist. 1st der Modulationsindex aber klein, wie dies z. B. bei einem 2700-Kanal-Multiplex-Telefonsignal der Fall ist, das über ein FDM-FM-System (Frequenz-Multiplex, Frequenzmodulation) übertragen wird, da bei diesem die Frequenzabweichung pro Kanal im Zwischenfrequenzband 140 kHz rms (Effektivwert) und die Frequenz des höchsten Kanals im Basisband 12,336 kHz ist, dann erklärt die quasi-statische Vorstellung nicht mehr ohne weiteres die oben erwähnte Proportionalität des FM-Signals. Es kann jedoch experimentell nachgewiesen werden, daß die Erfindung auch bei FM-Signalen mit kleinem Modulationsindex wirksam eingesetzt werden kann.

F i g. 7 zeigt ein Beispiel einer Rauschbeanspruchungsprüfung und der dabei gemessenen Testergebnisse. Dabei wurde ein Basisband-Laufzeitentzerrer nach der Erfindung bei einem 2700-KanaI-Multiplex-Telefon-Signalübertragungssystem, das nach dem Prinzip der Frequenzteilung und -modulation arbeitete, verwendet. Auf der Abszisse nach Fig. 7 ist im Dezibel der Belastungspegel mit weißem Rauschen eingetragen, das ein 2700-Kanal-Multiplex-Telefonsignal am Eingang für das auf der Sendeseite simuliert. Der Pegel von 0 Dezibel ist der Bezugspegel, der notwendig ist, um eine Frequenzabweichung von 140 kHz 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-Übertragungs.schaltkreis gemessen wurde, der eine Gruppenlaufzeitverzerrung von ungefähr 4ns/±13MHz aufweist. Die durchgezogene Kurve zeigt das Signal/Rausch-Verhältnis bei derselben

ι» Frequenz für denselben FM-Übertragungsschaltkreis nach Entzerrung der Gruppenlaufzeit mit Hilfe eines Basisbandlaufzeitentzerrers gemäß der Erfindung. Es ergibt sich, daß fast die gesamte Gruppenlaufzeitverzerrung der Glieder zweiter Ordnung äußerst wirksam

ι > ausgeglichen wird.

In dem in F i g. 3 gezeigten System ist der Basisbandlaufzeitentzerrer 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 Leitungsverstärker vorgesehen werden.

2-5 Der beschriebene Basisbandlaufzeitentzerrer, 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

j(i 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 Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Übertragungssystem für winkelmodulierte Signale mit einem Laufzeitentzerrer, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitentzerrer (9') im Basisband angeordnet ist und eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes (R_x) mit einer Kapazitätsdiode (Cd) aufweist an der das unmodulierte Signal (v) anliegt daß der Kapazitätsdiode ein "> zweiter Widerstand (R₂) parallel geschaltet ist daß das laufzeitentzerrte Signal (v_a) an der Verbindungsstelle des ersten Widerstandes und der Kapazitätsdiode abgegriffen (d) wird, daß ferner im Basisband

15

R₁ R₂

R_x + R₂