DE2856752C2 - Verfahren und Vorrichtung für die Frequenzmultiplex-Informationsübertragung - Google Patents

Description

genügt, in der /j und f\\ vorgegebene Frequenzwerte und η jeweils eine ganze Zahl sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Trägergenerator (4,5) je eine Einrichtung (10, 11, 1) zum Erzeugen eines Wobbeisignals und Wobbein der Phase des Trägers zugeordnet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, in der jedem Trägergenera cor (4, 5) eine Phasenregeleinrichtung (8, 1) zum Regeln der Phase des Trägers auf einen durch den Referenzfrequenzgenerator (R) gegebenen Sollwert zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wobbelsignale (10) den Stellsignalen (9) der Phasenregeleinrichtung (8, 1) überlagert (10) sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Einrichtungen (10,11,1) Wobbelsignale mit Frequenzen im Bereich von 0,2 bis 10 Hz erzeugen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Frequenzmultiplex-Informationsübertragung, wobei Trägerfrequenzen verwendet werden, die derart verkoppelt sind, daß jede Trägerfrequenz f„ der Gleichung

genügt, in der f\ und f\\ vorgegebene Frequenzwerte und η jeweils eine ganze Zahl sind, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, daß mit der angegebenen Trägerfrequenzverkopplung die Auswirkungen gewisser, insbesondere durch Nichtlinearitäten dritter Ordnung verursachter gegenseitiger Störungen verringert werden können. Dies wird nachstehend am Beispiel der Breitbandübertragung von vielen Programmen in Kabelfernsehanlagen erläutert.

Bei der Auslegung einer Kabelfernsehanlage zwischen einer Kopfstelle und einer Vielzahl von Antennensteckdosen sind u. a. die gegenseitigen Störungen der Programme durch Intermodulation zu berücksichtigen. Bei diesen Intermodulationsstörungen sind solche der 3. Ordnung von größter Bedeutung (Störungen verursacht durch kubische Nichtlinearitftt der Verstärker), Die Intermodulationsstörungen 3, Ordnung zeigen sich in Kabelfemsehnetzen in zwei verschiedenen Formen, nSmlich erstens als Kreuzmodu-

lation (Übertragung des Bildinhaltes eines störenden Programms auf das gestörte Programm) und zweitens in der Form der sogen, »triple beats«, d.h. von Mischprodukten von drei Bildträgern Z₁ ±6 ±4 die als Moir6 im gestörten Bild erscheinen. Es läßt sich zeigen,

ίο daß die zweite Störungsart wesentlich kritischer'ist, und zwar in der Regel um etwa 15 bis 20 dB.

Entscheidende Verbesserungen hinsichtlich der Störungswirkung von triple beats und gleichzeitig eine Reduktion von Störungen 2. Ordnung können erzielt werden durch eine Verkopplung der Bildträgerfrequenzen in der Art, daß alle Bildträgerfrequenzen ganzzahlige Vielfache des Kanalabstandes sind (f_a=n · /ji). Diese sog. »harmonische Verkopplung« führt dazu, daß alle Störungen durch triple beats und auch Intennodulationsstörungen 2. Ordnung synchron auf die Nutzträger zu liegen kommen. Dadurch wird eine Reduktion der Sichtbarkeit für den einzelnen Störer von mehr als 14 dB erreicht, da kein Störmoir6 mehr auftritt und nur die Modulation der Störträger ähnlich wie bei Kreuzmodulation in Erscheinung tritt In den USA sind Kabelfernsehanlagen mit harmonischer Verkopplung in Betrieb, vergl. die Artikel »Phase phkidling« von I. Switzer, vorgetragen an der NCTA Convention 1974, und »Headend equipment designed for adjacentchannel operation« von G. S. H. Stubbs, vorgetragen am 9. Internationalen FerBsehsymposium Montreux 1975.

Ein Nachteil der harmonischen Verkopplung besteht darin, daß dabei größere Abweichungen von den genormten Kanalfrequenzen akzeptiert werden müssen.

Eine engere Anpassung ist möglich durch »inkremental Verkopplung«, bei der alle Bildträgerfrequenzen wie bei der harmonischen Verkopplung in genau gleichen Abständen angeordnet sind, jedoch mit frei gewählter Anfangsfrequenz f\ des Rasters:

f„=f\ + n ■ f\\.

Bei der inkrementalen Verkopplung fallen alle triple beats der Form /i +/j-ß synchron auf die Nutzträger und werden dadurch in der Störungswirkung reduziert Triple beats der Form

/i + h + h oder /j - /j - /j.

die allerdings nur in kleinerer Anzahl und bei den Randkanälen des Übertragungssystems auftreten, sind nicht synchronisiert, ebenso nicht die Störungen 2. Ordnung /i±/j. Es ist jedoch möglich, die Wirkung dieser Störungen durch geeignete Wahl von f\ und /ji zu reduzieren (sogen. »Offset«, vgl. den Artikel »Interference in multichannel systems considering various channel allocations« von M. Christoph, vorgetragen am 10. Internationalen Fernsehsymposium Montreux 1977).

μ Während nun aber bei einem System ohne Trägerfrequenzverkopplung die Frequenzen und Phasen der Nutzträger nicht korreliert sind, so daß für die Berechnung von Summenamplituden von einer Leistungsaddition ausgegangen werden kann, hängt die Summenamplitude bei Systemen mit Trägerfrequenzverkopplung von der Phasenlage der Träger ab. Ungünstige Phasenlagen der Träger können folgende unerwünschte Auswirkungen haben:

Durch Spannungsaddition der ober einen Verstärker übertragenen Nntzträger kann eine sehr viel größere Aussteuerungsamplitude auftreten als bei der Leistungsaddition in Anlagen ohne Trägerfrequenzverkopplung, Die Beanspruchung eines größeren Bereiches der Verstärkerkennlinie oder gar eine Obersteuerung des Verstärkers führen in der Rege! zu stärkerer Intermodulation.

Ferner ist bei ungünstiger Phasenlage eine Spannungsaddition "Jier auf eine bestimmte Frequenz fallenden Intermodulationsprodukte möglich, wodurch u. U, eine wesentlich höhere Störamplitude auftritt als bei Leistungsaddition oder sogar Kompensation bei besonders günstiger Phasenlage. Bei nicht synchronisierten Störträgern, z. B. Störungen 2. Ordnung und zum Teil auch 3. Ordnung bei inkremental Verkopplung, führt dies dann direkt zu einer größeren Störwirkung. Bei synchronisierten Störungen muß unterschieden werden zwischen den Störträgern und ihren Modulationsseitenbändern (da alle Nutzträger moduliert sind, sind auch die Störträger moduliert). Die Störträger selbst verursachen wegen der Synchronisation mit dem Nutzträger keine Störung, so daß die Summenaxiplitude ohne Bedeutung wäre. Es kann aber gezeigt werden, daß die in diesem Fall für die Störung maßgebenden Modulationsseitenbänder sich ebenfalls zu einer größeren Amplitude addieren, wenn die Träger die größte Summenamplitude haben. Dieser Zusammenhang wirkt sich am schlimmsten aus für den Fall, daß die meisten Nutzträger mit dem gleichen Programm moduliert sind, was in der Praxis durchaus möglich ist, z. B. bei Anlagen mit Eigentestbildeinrichtung.

Die ungünstigsten Phasenlagen, bei denen eine volle Spannungsaddition von Nutz- und Störträgern auftritt, sind z. B. für die harmonische Verkopplung gegeben bei einem Nutzträgerraster U_n=cos η · (ωί+φ).

Eine Möglichkeit zur Ermittlung von Bedingungen für günstige Phasenlagen bilden experimentelle Untersuchungen, wie in dem schon genannten Artikel »Phase phiddling« auf Seite 15 beschrieben.

Theoretische Untersuchungen aus dem Bereich des Kabelfernsehens sind nicht bekannt Es gibt aus anderen Bereichen (Trägerfrequenztelephonie, Sprachsynthese) Untersuchungen zum gleichen Thema, wobei die Aufgabe in allgemeiner Form so definiert wird, daß für ein periodisches Signal mit gegebenem Leistungsspektrum solche Phasenwinkel gefunden werden sollen, die zu einer möglichst kleinen Spitzenamplitude des Gesamtsignals führen (vergl. die Artikel »Synthesis of low-peakfactor signals and binary sequences with low autocorrelation« von M. ß. Schroeder in IEEE Trans. Inform. Theory (corn), Band I T-16, Januar 1970, und »Minimization of the maximum amplitude in frequency multiplexing« von D. R. Anderson in Proc. IRE (corn), Band 49, Januar 1961).

Eindeutige Phasenbeziehungen zur Erzielung kleinster Intermodulationsstörungen beim Kabelfernsehen sind jedoch nicht bekannt

Aber selbst wenn solche Phasenwinkel aus experimentellen oder theoretischen Untersuchungen bekannt wären, wäre ihre Anwendung in der Praxis des Kabelfernsehens kaum möglich. Die heute zur Verfügung stehenden Kopfstellengeräte gestatten weder die Einstellung einer bestimmten Phase am Ausgang, noch halten die zur Erzielung der Trägerfrequenzverkopplung eingebauten Phasenregelschaltungen (phase lock) eine einmal vorhandene Phase genügend konstant. Phasenkonstanz wäre allod/alls nur mit unverhältnismäßigem Aufwand zu erreichen. Zudem geht die Phasenlage der Träger am Ausgang der Kopfstelle durch frequensabhängige Laufzeituntersehjede im Kabelfernsehnetz wieder verloren. Auch besteht überhaupt keine im Kabelfernsehen eingeführte Meßtechnik zur Bestimmung der Phasenlagen.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, auf anderem Wege dafür zu sorgen, daß bei der Frequenzmultiplex-Informationsübertragung unter

ίο Verwendung verkoppelter Trägerfrequenzen die beschriebenen, durch ungünstige Phasenlagen verursachten Nachteile nicht auftreten können.
Die Aufgabe wird durch den Patentanspruch I gelöst Es wird also darauf verzichtet, bei jedem Träger eine bestimmte Phasenlage einzustellen und konstant zu halten. Stattdessen wird dafür gesorgt, daß die Phasen der einzelnen Träger völlig unkorreliert sind. Ähnlich wie bei nicht verkoppelten, unkorrelierten Trägerfrequenzen vermeidet man so mit Sicherheit jede spannungsmäßige Summierung und erhält eine Leistungsaddition von Nutz- und Störtif.&ürn.

Natürlich sollte man die Phasen der einzelnen Träger zweckmäßig nicht synchron wobbeln; vorzugsweise wird für jeden Träger je ein eigener, unabhängiger Wobbelsignalgenerator verwendet Die Wobbelsignalgeneratoren können mit einigen verschiedenen Frequenzen z. B. im Bereich von etwa 1 Hz arbeiten. Die Wobbeisignale können sinusförmig sein oder eine beliebige andere Form haben, z. B. dreieckförmig, stufenförmig usw.

Mit der Erfindung bleiben die Vorteile der Trägerfrequenzverkopplung vollständig erhalten. Der gefährliche Zustand der gleichphasigen Addition wird sicher vermieden. An die Phasenkonstanz der Kopfstelle oder des Übertragungsnetzes werden keinerlei Ansprüche gestellt Eine Messung der Einzelphasen ist nicht erforderlich.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Die Zeichnung zeigt ein Blockschema einer einzelnen Station in der Kopfstelle einer Kabelfernsehanlage.

Die dargestellte Station A enthält einen ersten Oszillator 1 und eine Mischstufe 2, in der ein von einem Eingang 3 zugeführter hochfrequenter Träger mit aufmoduliertem Fernsehsignal in eine Zwischenfrequenz /j umgesetzt wird. Das Zwischenfrequenzsignal wird dann verstärkt und aufbereitet (nicht dargestellt) und in einer weiteren Mischstufe 4, die von einem zweiten Oszillator 5 gesteuert ist wieder in ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz /, umgesetzt, welches über einen Ausgang 6 einem Kabelfernsehnetz zugeführt wird.

Die Frequenz /, des Ausgangssignals ist auf einen Wert f., siner Referenzfrequenz geregelt die von einem Referenzfrequenzgenerator R erzeugt wird, und zwar wie folgt. Die Frequenz f,' des quangesteuerten Oszillators 5 wird in einer Mischstufe 7 mit der Referenzfrequenz f_n überlagert, um eine Referenz-Zwischenfrequenz ftt" ft - fn zu erzeugen. In einer Phasenvergleichsschaltung 8 wird die Phase der Referenz-Zwischenfrequenz f_zr mit der Phase der Zwischenfrequenz /₂ verglichen und auf einer Leitung 9 eine Nachstimmspannung erzeugt, sobald die Phase abzuweichen beginnt. Die Nachstimmspannung steuert die Frequenz des Oszillators 1 und damit (über die Mischstufe 3) die Zwischenfrequenz f_t \sn Sinne einer Verringerung des Phasenunterschiedes zwischen f_t und f_tr, womit die Zwischenfreauenz f_r genau auf dem Wert der Referenz-

Zwischenfrequenz /„ gehalten wird: f,= f_ir. Die Frequenz des Ausgangssignals f,= f,' -f_t wird so auf dem Wert f„ gehalten, da /,' = /"„+ f„ ist (s. oben) und /",= /·„ geregelt wird.

Die Kopfstelle einer Kabelfernsehanlage enthält eine Mehrzahl von Stationen, die analog zur dargestellten Station A aufgebaut sind und denen der Referenzfrequenzgenerator R gemeinsam zugeordnet ist. Der Referenzgenerator erzeugt eine entsprechende Mehrzahl von miteinander verkoppelten Referenzfrequenzen fm,die in gleichen Abständen voneinander liegen:

fm = /i + /? ■ /ii

(/)=ganze Zahl, /i und /ii = feste Frequenzwerte). Die Trägerfrequenzen /„ der Ausgangssignale aller Stationen sind dann natürlich wegen der beschriebenen ^π Regelung in gleicher Weise miteinander verkoppelt:

■ f\\.

Um die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden, die bei ungünstigen gegenseitigen Phasenlagen der Ausgangssignale auftreten könnten, werden die Phasen aller Ausgangssignale unabhängig voneinander gewobbelt. Hierzu enthält jede Station einen eigenen Wobbelsignalgenerator 10, der ein Wobbelsignal erzeugt, welches in einer Summierschaltung 11 zu der dem Oszillator 1 zugeführten Nachstimmspannung addiert wird.

Natürlich sind für die Regelung der Frequenz f, des Ausgangssignals auch andere Schaltungsvarianten möglich. So kann zum Beispiel der Oszillator 5 nachgestimmt werden und der Oszillator 1 fest eingestellt sein, oder die Nachstimmschaltung kann ohne den Umsetzer 7 ausgeführt werden (Phasenvergleich direkt zwischen /"» und fr,). Auch bei diesen Varianten kann jeweils ohne weiteres der Nachstimmspannting ein Wobbelsignal überlagert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche;

   V, Verfahren for die Frequenzmultiplex-Informationsübertragung, wobei Trägerfrequenzen (_n verwendet werden, die derart verkoppelt sind, daß jede Trägerfrequenz f„ der Gleichung

   f\\

   genügt, in der f\ und f\\ vorgegebene Frequenzwerte und η jeweils eine ganze Zahl sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase jedes Trägers mit jeweils einem von einem eigenen Wobbelsignalgenerator erzeugten Wobbeisignal gewobbelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Wobbeifrequenzen im Bereich von 0,2 bis 10 Hz gearbeitet wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Trägergeneratoren (4, 5), deren Frequenzen von einem Referenzfrequenzgenerator (H) derart gesteuert sind, daß jede Trägerfrequenz f_n der Gleichung