DE3243489C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem frequenzmodulierten Übertra­ gungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein System dieser Gattung ist aus der US-Patentschrift 36 48 178 bekannt.

Bevorzugtes, jedoch nicht ausschließliches Anwendungsge­ biet der Erfindung ist die frequenzmodulierte Fernsehüber­ tragung, insbesondere über Satellit, bei welcher Filter verwendet werden, die ein wichtiger bestimmender Faktor für die Filterkennlinien der gesamten Übertragungs­ strecke sind.

Der Rauschabstand (Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignal) bei frequenzmodulierter Fernsehübertragung hängt direkt vom Hub des FM-Modulators ab, d. h. je höher dieser Hub ist, desto größer ist der Rauschabstand. In der meisten Zeit ist der Effektivwert (quadratischer Mit­ telwert) des Fernsehsignals im Basisband relativ niedrig. Um also große Rauschabstände zu erhalten, sollte die Ver­ stärkung des den FM-Modulator ansteuernden Verstärkers groß sein. Wenn jedoch diese Verstärkung fest ist, dann können in Fällen, in denen das an den Verstärker gelegte Signal sehr stark ist und/oder sich schnell ändert, Probleme auftreten. Das Fernsehsignal wird z. B. sehr stark, wenn sich der Leuchtdichtewert des Bildes plötzlich von einem hellen Weiß zu einem dunklen Schwarz ändert und wenn der Farbhilfsträger hohe Amplitude hat. Der durch solche Si­ gnale bewirkte Hub des FM-Modulators ist einer der bestimmen­ den Faktoren für die vom resultierenden HF-Signal benötig­ te Bandbreite. Falls die Verstärkung des Verstärkers zu hoch eingestellt ist, treten Verzerrungen auf, weil das HF-Spektrum des resultierenden Fernsehsignals vom FM- Modulator breiter ist als die Bandbreite der Filtergesamt­ heit eines Übertragungsmediums, wie beispielsweise eines Satelliten. Die Filtergesamtheit ist definiert als Produkt der Übertragungskennlinien aller Filter in der Übertragungs­ strecke (z. B. in einem Satelliten) bei einer gemeinsamen Mittenfrequenz.

Es wäre also günstig, einen Verstärker zu benutzen, dessen Verstärkung ansteigt, wenn die Amplitude und der Frequenz­ gehalt des Fernsehsignals gering ist und somit die Tendenz eines schmalbandigen FM-Spektrums besteht. Die hohe Ver­ stärkung des Verstärkers weitet das Frequenzspektrum auf. Wenn andererseits der Bildinhalt so ist, daß er das Spektrum verbreitert, dann wirkt die abnehmende Verstärkung des Ver­ stärkers verengend, um das Frequenzspektrum innerhalb der Frequenzgrenzen der Filter in der Übertragungsstrecke zu halten.

Gemäß dem bisherigen Stand der Technik erfolgt eine auto­ matische Verstärkungsregelung in frequenzmodulierten Fern­ sehsystemen durch Anlegen des modulierenden Fernsehsignals (Basisband-Fernsehsignal) an einer Vorverzerrerschaltung, deren Ausgangssignal einem in seiner Verstärkung veränder­ baren Verstärker zugeführt wird, bevor es auf den FM-Modu­ lator gelangt. Die Verstärkungsänderung des Verstärkers wird gewöhnlich durch einen Regelkreis eingestellt, der einen Amplitudendetektor und ein Tiefpaßfilter enthält. Der Amplitudendetektor fühlt die Amplitude und damit letzt­ lich die Energie des vorverzerrten Fernsehsignals, und bei hohen Amplitudenwerten vermindert er die Verstärkung des Verstärkers, während er bei kleinen Amplitudenwerten die Verstärkung des Verstärkers erhöht.

Das Ausgangssignal des Amplitudendetektors muß durch ein Tiefpaßfilter gefiltert werden, so daß die Verstärkungs­ änderungen nicht zu schnell erfolgen. Andererseits muß das Tiefpaßfilter eine ausreichende Bandbreite haben, so daß die Verstärkung des Verstärkers rasch genug geändert werden kann. Im einzelnen muß die Bandbreite des Tiefpaß­ filters groß sein im Vergleich zum Kehrwert der Zeilenzeit, d. h. der für die Fernsehzeile benötigten Zeit, so daß meh­ rere Verstärkungsänderungen im Verlauf einer einzelnen Fern­ sehzeile stattfinden können (denn das Signal verändert sich wesentlich über diese Zeitperiode). Andererseits muß die Bandbreite klein im Vergleich zur Bandbreite des Fernseh- Bildsignals (z. B. 4,2 MHz) sein, denn es ist nicht wün­ schenswert, daß sich die Verstärkung des Verstärkers abhän­ gig vom Augenblickswert des Fernsehbildes ändert. Die Ver­ stärkungsänderung soll vielmehr abhängig von einem über eine geeignete Zeitdauer gebildeten Mittelwert der Ampli­ tude erfolgen.

Bei dem aus der eingangs erwähnten US-Patentschrift 36 48 178 bekannten System wird das modulierte Signal, das mehrere Fernsprechkanäle im Frequenzmultiplex umfaßt, über ein ver­ änderbares Dämpfungsglied an den FM-Sendemodulator gelegt. Der Verstärkungsfaktor des Dämpfungsgliedes wird abhängig vom Effektivwert des dem FM-Modulator zugeführten Signals geregelt, und zwar gegensinnig zu diesem Effektivwert. Hier­ mit wird angestrebt, daß bei voller Belegung der Fernsprech­ kanäle, die sich in einem hohen Effektivwert des modulie­ renden Signals äußert, der Aussteuerungsgrad und damit der Frequenzhub des FM-Modulators in Grenzen bleibt und damit die gegebene Bandbreite der Übertragungsstrecke nicht überschritten wird. Um andererseits die Bandbreite der Übertragungsstrecke auch bei unterschiedlicher Anzahl der tatsächlich benutzten Kanäle immer möglichst gleichmäßig zu belegen, ist es aus der US-Patentschrift 34 77 042 be­ kannt, dem modulierenden Signal eine das FM-Spektrum streuen­ de oder spreizende Welle zu überlagern und die Amplitude dieser Welle abhängig vom Effektivwert des modulierenden Signals zu steuern. Schließlich ist aus der US-Patentschrift 35 00 206 ein frequenzmoduliertes Übertragungssystem bekannt, in welchem die Amplitude des modulierenden Signals zum Zwecke der Rauschverminderung durch Zumischung eines Si­ gnals beeinflußt wird, welches durch Demodulation des FM- Signals unter zusätzlicher Amplitudenregelung gewonnen wird.

Diese bekannten Systeme dürften zufriedenstellend sein für die FM-Modulation und Übertragung eines Signals, das im Ba­ sisband wenig plötzlich starke Energiestöße aufweist wie z. B. ein Frequenzmultiplexsignal für Sprechverkehr. Eine Schwierigkeit bei den bekannten Systemen besteht ferner darin, daß das HF-Spektrum des FM-Modulators nicht nur von der Amplitude des modulierenden Signals, sondern auch von dessen Frequenzgehalt abhängt. Genauer gesagt wird die Band­ breite des vom FM-Modulator erzeugten Signals sowohl durch die Frequenzzusammensetzung als auch durch die Amplitude des modulierenden Signals bestimmt. Bei der erwähnten Sprachsignalverarbeitung im Frequenzmultiplex ist dies kein Nachteil, weil der Frequenzgehalt des Basisbandes hier eher konstant bleibt. Bei frequenzmodulierter Fernseh­ übertragung jedoch hat das Fernsehsignal im Basisband einen Frequenzgehalt, der sich über viel größere Bereiche ändert, als es bei der Verarbeitung von Sprachsignalen der Fall ist. Wenn z. B. das übertragene Fernsehbild stark gesättigt ist, dann wird die Amplitude des Farbhilfsträgers sehr hoch, wodurch der Frequenzgehalt zum hohen Ende des Frequenz­ spektrums hin angehoben wird, während im Falle eines schwarz­ weißen oder blaß pastellfarbenen Bildes die Amplitude des Farbartsignals niedrig ist und sich der Frequenzgehalt zu den niedrigen Frequenzen verschiebt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein frequenz­ moduliertes Übertragungssystem der eingangs erwähnten Gat­ tung so auszubilden, daß für die gewünschte Verstärkungs­ änderung des modulierenden Signals sämtliche Faktoren be­ rücksichtigt werden, die zur Überschreitung der Bandbreite der FM-Übertragungsstrecke führen können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, unter anderem auch in der Empfangsstation durch­ zuführende Maßnahmen zur Kompensation der vorgenommenen Verstärkungsänderungen, sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, heraus­ zufinden, wie stark im FM-Signal normalerweise der außerhalb der gegebenen Übertragungsbandbreite liegende Modulations­ anteil des FM-Trägers wäre, und den Verstärkungsfaktor des Elementes veränderbarer Verstärkung (und somit den Hub des FM-Modulators) in einer vorbestimmten inversen Beziehung zum ermittelten Wert des besagten Modulationsanteils zu än­ dern.

Die Stärke des außerhalb der gegebenen Übertragungs-Band­ breite liegenden Modulationsanteils des FM-Trägers wird nachstehend als "Außerbandenergie" bezeichnet. Die Größe, die in direkter Beziehung zu dieser Eneregie steht, ist z. B. die Hüllkurve des FM-Signals nach dessen Filterung in einer Bandsperre, deren Kennlinie invers zur Durchlaßcharakteristik der Übertragungsstrecke ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines FM-Fernsehsenders mit einer Verstärkungs-Steuereinrichtung gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines FM-Fernsehsenders gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2a zeigt Bandpaßkurven eines in der Anordnung nach Fig. 2 verwendeten Filters.

Fig. 3 zeigt eine Gruppe von Kurven zur Veranschaulichung des allgemeinen Prinzips der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine andere Gruppe von Kurven, die in nähe­ rer Einzelheit einige Überlegungen für die Kon­ struktion der Anordnung nach Fig. 2 veranschau­ lichen.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines Teils eines Empfän­ gers zur Rückumwandlung des empfangenen Signals in seine ursprüngliche Form.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer anderen Einrichtung zur Rückumwandlung des empfangenen Signals in seine ursprüngliche Form.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer wiederum anderen An­ ordnung, die an der Empfängerseite verwendet werden kann, um das empfangene gepreßte und gedehnte Si­ gnal zurück in seine ursprüngliche Form zu überfüh­ ren.

Fig. 7a zeigt die Bandpaßkurven eines in der Anordnung nach Fig. 7 verwendeten Filters.

Fig. 8 veranschaulicht anhand einer Gruppe von Kurven, wie die empfängerseitige Verstärkungssteuerung die senderseitige Verstärkungsänderungen ausgleicht, um ein re­ konstruiertes Signal zu erhalten.

Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 10 zeigt eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen bekannten FM-Fernsehsender, bei welchem ein Fernsehsignalgemisch im Basisband in einer Quelle 20 erzeugt und an eine Vorverzerrungsschaltung 21 gelegt wird, deren Ausgangssignal über eine Verzögerungseinrich­ tung 19 und eine bekannte Verstärkungs-Steuereinrichtung (AVR) 17 auf einen in seiner Verstärkung veränderbaren Verstärker 22 gekoppelt wird. Die Quelle kann z. B. der Ausgang eines Videoband­ recorders sein, der ein geeignetes, aus Bild- und Syn­ chronsignalen zusammengesetztes Fernsehsignal (Videosi­ gnalgemisch) liefert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 22 wird auf einen FM-Modulator 23 gegeben, der ein von einem Überlagerungsoszillator 26 geliefertes Trägersignal mit dem aus der Quelle 20 empfangenen Fernsehsignal modu­ liert und das resultierende Ausgangssignal an einen Auf­ wärts-Frequenzumsetzer 24 liefert. Der Umsetzer 24 erzeugt das endgültige HF-Trägerfrequenzsignal. Dieses HF-Ausgangs­ signal des Umsetzers 24 wird auf eine Antenne 25 gekoppelt, von wo es an einen Empfänger abgestrahlt wird, und zwar über irgendein gewähltes Übertragungsmedium, wie z. B. ei­ nen Satelliten, das Filter mit gewählten Durchlaßband­ breiten bzw. bestimmte Übertragungsbandbreite hat.

Die Einrichtung 17 zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR-Regelkreis), die einen Hüllkurvendetektor 27 und ein Tiefpaßfilter 28 aufweist, spricht auf das gesamte Signal von der Vorverzerrungsschaltung 21 an. Dieses Gesamtsignal enthält einen Teil, der nach der FM-Modulation innerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt, und einen Teil, der nach der FM-Modulation außerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt. Falls ein starkes Signal an die Vorverzerrungsschaltung 21 gelegt wird, kann die Steuereinrichtung 27 nicht unterscheiden, welcher Teil des vom FM-Modulator daraufhin erzeugten Signals außerhalb und welcher Teil innerhalb der Bandbreite der Übertra­ gungsstrecke liegen wird. Daher wird die Steuereinrichtung 17 bestrebt sein, die Verstärkung des Verstärkers 22 auf ein Maß zu reduzieren, bei welcher der innerhalb der er­ wähnten Bandbreite liegende Teil des Signals unnötig ge­ dämpft wird. Diese Reduzierung führt zu einem geringen, ver­ zerrenden Rauschabstand am Empfänger. Wenn andererseits das aus der Vorverzerrungsschaltung 21 empfangene Signal eine niedrige Amplitude hat, dann erhöht die Steuereinrich­ tung die Verstärkung des Verstärkers 22 auf ein Maß, bei welchem die Modulation des FM-Signals die Übertragungsbandbreite wesentlich überschreiten kann. Eine solche Überschreitung führt zur Verzerrung am Empfän­ ger. Diese Verzerrung wird noch betont, wenn das Signal niedriger Amplitude im hochfrequenten Teil des Basisban­ des liegt. Die Verzögerungseinrichtung 19 bewirkt, daß das durch die Steuereinrichtung 17 laufende Signal am Steuer­ eingang 29 des Verstärkers 22 zur gleichen Zeit ankommt, zu der auch das Signal aus der Verzögerungseinrichtung 19 den Signaleingang des Verstärkers 22 erreicht.

Die Fig. 2 zeigt einen FM-Fernsehsender, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Die Grundbestandteile dieses Senders sind der Generator 20 für das Basisband-Fernseh­ signal, die Vorverzerrungsschaltung 21, die Verzögerungs­ einrichtung 19, die Leitung 40, der steuerbare Verstärker 22, der FM-Modulator 23, der Überlagerungsoszillator 26, der Aufwärts-Frequenzumsetzer 24 und die Antenne 25. Alle diese Teile entsprechen Elementen in der Anordnung nach Fig. 1 und sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie dort.

Im Falle der Fig. 2 ist jedoch die innerhalb der gestrichel­ ten Umrahmung 35 dargestellte Steuereinrichtung (welche die Steuerein­ richtung 17 nach Fig. 1 ersetzt) anders als die inner­ halb der gestrichelten Umrahmung 17 der Fig. 1 darge­ stellte bekannte Anordnung. Die Steuereinrichtung 35 gemäß der Fig. 2 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar. In­ nerhalb der Steuereinrichtung 35 empfängt ein FM-Modulator 30 das Ausgangssignal der Vorverzerrungsschaltung 21 und des Überlagerungsoszillators 26, der beim hier beschriebenen Beispiel auf 70 MHz abgestimmt ist. Der Modulator 30 si­ muliert den Betrieb des FM-Modulators 23 beim Fehlen au­ tomatischer Verstärkungssteuerung. Das Ausgangssi­ gnal des FM-Modulators 30 hat deswegen die gleichen Charak­ teristiken und das gleiche Frequenzspektrum wie das Aus­ gangssignal des FM-Modulators 23.

Eine Bandsperre 31 empfängt das Zwischenfrequenz-Ausgangs­ signal (ZF) vom FM-Modulator 30 und ist so ausgelegt, daß sie von diesem Ausgangssignal alles ausfiltert, was inner­ halb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt, wie es oben definiert wurde und wie es mit der Kurve 44 in Fig. 2a veranschaulicht ist. Innerhalb der Kurve 44 stellt der mit "Sperrfrequenz" bezeichnete Bereich denjenigen Teil des Ausgangssignals des FM-Modulators dar, der durch die Bandsperre 31 ausgefiltert wird. Die 70-MHz-Mittenfre­ quenz des "Sperrfrequenz"-Bereichs ist bestimmt durch den 70-MHz-Ausgang des Überlagerungsoszillators 26. Ein typi­ sches Maß für die Bandbreite z. B. bei Satellitenübertra­ gung ist 36 MHz. Diejenigen Teile der Frequenzgangkurve nach Fig. 2a, die mit "Durchlaßfrequenz" bezeichnet sind, zeigen denjenigen Teil des Videosignals an, der außerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt. Dieses "Au­ ßerbandsignal" wird dem Hüllkurvendetektor 32 angelegt, der daraus eine Hüllkurve bildet, die den außerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegenden Energiebe­ trag definiert (im folgenden als "Außerbandenergie" bezeichnet).

Die Kriterien für die Konstruktion einer Bandsperre, die sich zur Verwendung im Block 31 der Fig. 2 eignet, sind auf den Seiten 148-155 einer Veröffentlichung von J. K. Skwirzynski "Design Theory and Data For Electrical Filters" beschrieben (erschienen bei D Van Nostrand Company of London, Copyright 1965, katalogisiert in der Library of Congress auf der Karte Nr. 65-11 072).

Der Tiefpaßfilter 33 empfängt das Ausgangssignal des Hüll­ kurvendetektors 32 und verarbeitet es zur Bildung des Steuersignals für den Verstärker 22. Im einzelnen bringt das Filter 33 eine geeignete Zeitkonstante für das Steuer­ signal, so daß der Verstärker einerseits nicht auf Augen­ blicksänderungen im Bildinhalt anspricht, sich andererseits aber auf Änderungen einstellen kann, die im Verlauf einer einzelnen Horizontalzeile des Fernsehsignals erfolgen.

Die Steuereinrichtung 35 nach Fig. 2 steuert also die Verstär­ kung des Verstärkers 22 nur mit demjenigen Teil des Ener­ giegehalts des Videosignals, der nach Frequenzmodulation und Aufwärts-Umsetzung außerhalb der Bandbreite der Über­ tragungsstrecke liegt. Auf diese Weise regelt die AVR- Schaltung 35 den Betrag dieser Außerbandenergie auf einen gewissen vorbestimmten Wert. Die Kurven in Fig. 3 veran­ schaulichen den vorstehend beschriebenen Mechanismus deutlicher.

In der Fig. 3 bedeutet die horizontale Achse (X-Achse) die endgültig gesendete Außerbandenergie, die sich ohne automatische Verstärkungssteuerung ergibt. Die vertikale Achse (Y-Achse) repräsen­ tiert zwei verschiedene Skalen. Zum einen gibt die verti­ kale Achse die Verstärkung (Kurve 52) des Verstärkers 22 nach Fig. 2 an, und zum anderen die resultierende Außer­ bandenergie bei arbeitender Verstärkungssteuerung an, und zwar sowohl für den Fall konstanter Verstärkung wie bei der Aus­ führungsform nach Fig. 1 (Kurve 50) als auch für den Fall variabler Verstärkung wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 (Kurve 51). Im einzelnen zeigt die gestrichel­ te Linie 50 in Fig. 3 die resultierende Außerbandenergie (entlang der Y-Achse), die man erhalten würde, wenn der Verstärker 22 konstante Verstärkung hätte. Diese resul­ tierende Außerbandenergie (gemessen entlang der Y-Achse) ist dann gleich der Außerbandenergie ohne Verstärkungssteuerung (gemessen entlang der X-Achse und erzeugt am Ausgang der Steuereinrich­ tung 35). Sobald jedoch die in der Steuereinrichtung 35 nach Fig. 2 (die selbst ohne Verstärkungssteuerung ist) gemessene Außerbandenergie beginnt, einen gegebenen Wert zu überschreiten, wie er mit der vertikalen Linie 49 in Fig. 3 angedeutet ist, beginnt sich die Verstärkung des veränderbaren Verstärkers 22 zu vermindern, wie es die Kurve 52 in Fig. 3 zeigt. Dies führt dazu, daß die resultierende Außerbandenergie der Kurve 51 folgt. Man erkennt, daß diese Außerbandenergie (Kurve 51) geringer ist als die Außerbandenergie gemäß der Kurve 50, die sich ohne Steuereinrichtung 35 ergäbe.

Die Steuereinrichtung 35, welche den Betrag der Außerbandenergie ohne Verstärkungssteuerung (innerhalb der Steuereinrichtung) fühlt, kann al­ so dazu verwendet werden, um zum einen die Verstärkung in der Signalstrecke zu regeln und zum anderen die resultie­ rende Außerbandenergie zu vermindern.

Die Steuereinrichtung 35 nach Fig. 2 fühlt also im Effekt die­ jenigen Fälle, in denen zu erwarten ist, daß Verzerrungen infolge übermäßig hoher Außerbandenergie eintreten, wenn die Verstärkung des Verstärkers 22 nicht vermindert wird. Durch Anlegen des Ausgangssignals der Steuereinrichtung 35 an den Steuereingang des Verstärkers 22 wird dessen Ver­ stärkung verringert, was zur Folge hat, daß die am Aus­ gang des FM-Modulators 23 erzeugte tatsächliche Außerband­ energie reduziert und infolgedessen die Signalverzerrung vermindert wird.

Die graphische Darstellung nach Fig. 4 veranschaulicht, wie die vorstehenden Erkenntnisse für die Konstruktion ausgenutzt werden können. Die X-Achse in Fig. 4 stellt wiederum die Außerbandenergie ohne Verstärkungssteuerung dar, wie sie von der Steuereinrichtung 35 ermittelt wird. Die gestrichel­ te Linie 64 zeigt die Beziehung zwischen der resultierenden Außerbandenergie (gemessen entlang der Y-Achse) und der ohne Verstärkungssteuerung gelieferten Außerbandenergie für den Fall, daß die Signalstrecke konstante Verstärkung hat (d. h. ohne Steuereinrichtung 35). Der Schnittpunkt 68 der gestri­ chelten vertikalen Linie 66 mit der gestrichelten Linie 64 stellt den Punkt dar, wo die resultierende Außerband­ energie zu einem Problem wird, weil ihr Ausmaß zu einer unannehmbaren Verzerrung im Bild führt. Vom Punkt 68 ist in Richtung der X-Achse eine Linie 67 gezogen, welche eine vertikale (d. h. in Richtung der Y-Achse verlaufende) Linie 70 am Punkt 71 schneidet. Dieser Punkt 71 stellt die maximal übertragbare Außerbandenergie eines frequenz­ modulierten Fernsehsignals dar.

Die gewünschte Außerbandenergie-Kurve als Funktion der Außerbandenergie ohne Verstärkungssteuerung ist also die aus zwei gerad­ linigen Abschnitten bestehende Kurve 61-63. Der erste Abschnitt 61 steigt in einem Winkel von 45° an, und der zweite Abschnitt 63 verläuft mit einer flacheren Stei­ gung bis zum obenerwähnten Maximalwert 71. Zur Erzie­ lung der Kurve 61-63 ist eine Verstärkungskurve 60 er­ forderlich, die eine Funktion der in der Steuereinrichtung 35 nach Fig. 2 gemessenen und längs der X-Achse aufge­ tragenen Außerbandenergie ist. Im einzelnen bestimmt die Form der Verstärkungskurve 60 den Verlauf der Außerband­ energie-Kurve 61-63 und wird bestimmt durch die Steuer­ einrichtung 35 nach Fig. 2.

In einer Schaltung mit den in Fig. 4 veranschaulichten Eigenschaften erfährt beispielsweise ein Farbbalken­ muster, das entlang der gestrichelten Linie 73 existiert, eine relativ geringe Verstärkung, so daß eine Verzerrung durch diese Wellenform verhindert wird. Andererseits ist die Verstärkung für ein typischeres Fernsehbild, welches normalerweise links von der vertikalen Linie 66 auf der X-Achse liegt, beträchtlich höher, so daß der Hub des FM-Modulators 23 nach Fig. 2 größer und damit der Rausch­ abstand besser ist.

Im Grunde ermittelt die Steuereinrichtung 35 nach Fig. 2 die Verzerrung, die verursacht wird, wenn der Verstärkungs­ faktor des Verstärkers 22 konstant gehalten wird. Im ein­ zelnen mißt die Steuerschaltung 35 hierzu die spektrale Energie, die außerhalb der Bandbreite der Übertragungs­ strecke beim Fehlen der Verstärkungssteuerung erzeugt wird. Wenn diese Au­ ßerbandenergie ansteigt, wird die Verstärkung des Verstär­ kers 22 proportional dazu vermindert.

Da die erwähnte Außerbandenergie einen kleinen Wert haben kann, wird es zweckmäßig sein, in der Steuereinrichtung eine Bandsperre zu verwenden, deren Bandbreite in Wirklichkeit etwas kleiner ist als die Bandbreite der Übertragungs­ strecke. Dies hat den Effekt, daß der vom Hüllkurvendetek­ tor 32 in Fig. 2 gemessene Energiebetrag größer ist, so daß Energiewerte gleichsam voraus berücksichtigt werden, bevor sie tatsächlich zu einer Verzerrung führen. Eine hierzu geeignete Filterkurve der Bandsperre 31 nach Fig. 2 hätte eine Form, wie sie mit der gestrichelten Linie 75 (anstelle der durchgezogenen Linie 44) in Fig. 2A darge­ stellt ist.

Es sei nun der Empfang des vom Sender behandelten Video­ signals betrachtet. Ein solches Empfangssignal hat eine hohe Verstärkung in Teilen, die ursprünglich niedrige Am­ plituden oder niedrige Frequenz hatten, und eine geringe Verstärkung in anderen Teilen, die ursprünglich hohe Am­ plitude oder einen Frequenzgehalt mit Hautgewicht auf höheren Frequenzen hatten.

Bei dem Empfänger nach Fig. 5 beispielsweise wird ein solches Signal an einer Antenne 79 aufgefangen und einem Abwärts-Frequenzumsetzer 80 zugeführt, worin das ankommen­ de Signal mit dem Signal eines Überlagerungsoszillators 78 gemischt wird, um ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Si­ gnal) zu erzeugen. Dieses ZF-Signal wird dann einem FM- Demodulator 81 angelegt, der einen Begrenzer und einen Dis­ kriminator enthält, um den Träger zu unterdrücken und das Basisband-Videosignal auf eine Nachentzerrungsschal­ tung 82 zu geben. Dieses vom Nachentzerrer 82 abgegebene Videosignal hat noch die im Sender aufgeprägte Verstär­ kungscharakteristik, insofern, als Anteile mit ursprünglich niedriger Energie hohe Verstärkung und Anteile mit ur­ sprünglich hoher Energie geringe Verstärkung haben. Diese Charakteristik muß korrigiert werden, um das ursprünglich erzeugte Videosignal wieder zu erhalten.

Es ist eine Aufgabe des in Fig. 5 dargestellten Teils des Empfängers, die Wirkung der erwähnten Verstärkungen rück­ gängig zu machen und das Signal im Effekt durch die im gestrichelt eingezeich­ neten Block enthaltene Verstärkungs-Steuereinrichtung 99 laufen zu lassen. Diese Steuereinrichtung 99 beeinflußt die Verstärkung in einer Weise, die komplementär zu den Verstärkungsänderungen des Senderver­ stärkers 22 (Fig. 2) ist. Anders ausgedrückt, die Ver­ stärkung im Empfänger wird erhöht während derjenigen Tei­ le des Signals, die im Sender geringere Verstärkung erfah­ ren haben, und sie wird vermindert für diejenigen Teile, die im Sender erhöhte Verstärkung erfahren haben. Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Bewirkung einer solchen komplementären Verstärkung des empfangenen Signals.

Es ist häufig der Fall, daß in einem Basisband-Videosystem ein Hilfsträger vorhanden ist, dessen Frequenz höher ist als 4,2 MHz. Dieser Hilfsträger ist mit der Toninformation frequenzmoduliert und hätte, wenn man von der Wirkung der automatischen Verstärkungsregelung im Sender absieht, eine konstante Amplitude. Damit braucht die Steuereinrichtung 99 nach Fig. 5 nur die Änderungen der Amplitude des erwähnten Hilfsträgers zu fühlen und ein Steuersignal zur derartigen Beeinflussung der Verstärkung des Verstärkers 83 zu er­ zeugen, daß der erwähnte Hilfsträger eine konstante Ampli­ tude behält, wodurch im Effekt die im Sender eingeführten Änderungen der Verstärkung kompensiert werden.

Im einzelnen wird bei der Ausführungsform nach Fig. 5 das Ausgangssignal des veränderbaren Verstärkers 83 ei­ nem Bandfilter 85 angelegt, das bei 87 den modulierten Tonträger liefert. Dieser modulierte Tonträger wird außerdem einem Amplitudendetektor 89 angelegt, dessen Ausgangssignal durch ein Tiefpaßfilter 90 geleitet wird. Das Ausgangssignal des Filters 90 ändert sich mit der Am­ plitude des Hilfsträgers und dient als Steuersignal für den Verstärker 83. Dieses Steuersignal wird auf den Steuereingang 91 des veränderbaren Verstärkers 83 gege­ ben, um dessen Verstärkungsfaktor in solchem Maß und in solcher Richtung zu ändern, daß die Amplitude des vom Bandfilter 85 gelieferten Hilfsträgers konstant bleibt. An dieser Stelle ist die vom Sender in das Signal einge­ führte Verstärkungscharakteristik effektiv kompensiert.

Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Wiederherstellung des Videosignals in einem Empfänger für den Fall, daß kein FM-Tonträger konstanter Amplitude vorhanden ist. In Verbindung mit der Anordnung nach Fig. 6 wird eine das Spektrum streuende Wellenform im übertragenen Signal verwendet. Obwohl es im Zusammenhang mit dem Sen­ der nach Fig. 2 nicht eigens beschrieben wurde, ist es bei Verwendung frequenzmodulierter Satelliten-Fernseh­ übertragungssystemen üblich, dem Videosignal vor der Aus­ sendung eine niedrigfrequente Dreieckwellenform hinzuzu­ fügen. Diese niedrigfrequente Dreieckwellenform "streut" die Trägerenergie und wird daher als streuende Wellenform bezeichnet. Um das empfangene Videosignal wieder richtig zu rekonstruieren, muß eine solche streuende Wellenform nach Empfang und geeigneter automatischer Verstärkungsregelung als ein Signal konstan­ ter Steigung (entweder positiv oder negativ) gefühlt werden.

Nachdem das Videosignal in der Anordnung nach Fig. 6 den Verstärker 83 durchlaufen hat, wird es aufgespalten in eine Videokomponente, die auf der Ausgangsleitung 86 des Tiefpaßfilters 84 erscheint, und eine Subvideo- oder Dreieckwellenform-Komponente, die am Ausgang 77 eines Subvideo-Tiefpaßfilters 100 erscheint, wobei die niedrig­ frequente streuende Wellenform zurückgewonnen wird. Das Tiefpaßfilter 100 für die Subvideo-Komponente kann eine Bandbreite von einigen wenigen 100 Hz haben, die aus­ reicht, um die streuende Wellenform durchzulassen, aber nichts von der Videoinformation. Die Steigung oder Steil­ heit der streuenden Wellenform wird in einem Steigungs­ detektor 102 gefühlt und verglichen. Der Detektor 102 er­ mittelt die Abweichung der Steigung der empfangenen Drei­ eckwellenform von einer gespeicherten Referenz-Dreieckwel­ lenform und gibt ein für diese Abweichung repräsentatives Signal auf ein Tiefpaßfilter 103, dessen Ausgangssignal dazu herangezogen wird, die Verstärkung des Verstärkers 83 so korrigierend zu beeinflussen, daß am Ausgang 77 des Tiefpaßfilters 100 eine saubere Dreieckwellenform erscheint.

Die Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform zur Rekon­ struierung des empfangenen Videosignals für den Fall, daß keine der in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 beschrie­ benen Methoden anwendbar ist. In der Anordnung nach Fig. 7 wird das empfangene und abwärts-umgesetzte frequenzmodu­ lierte Fernsehsignal mit ZF-Trägerfrequenz sowohl in eine Steuereinrichtung 112 als auch durch einen Signalweg gesendet, der einen FM-Demodulator 81, den Nachentzerrer 82 und eine Verzögerungseinrichtung 200 enthält. In der Steuereinrichtung 112 befindet sich eine Bandsperre 105, die ähnlich der Bandsperre in der Anordnung nach Fig. 2 ist. Die Bandsperre 105 unterdrückt die ZF-Komponenten der inner­ halb der Bandbreite der Übertragungsstrecke vorhandenen Energie und läßt nur die Außerbandenergie durch, wie es die Kurve 111 in Fig. 7a veranschaulicht, ähnlich wie es weiter oben in Verbindung mit der Bandsperre 31 nach Fig. 2 und in Verbindung mit der Filterkurve 44 nach Fig. 2a erläutert wurde. Das resultierende Außerbandenergie-Signal von der Bandsperre 105 nach Fig. 7 entspricht der Kurve 50 nach Fig. 3. Ein Hüllkurvendetektor 106 und ein Tief­ paßfilter 107 verarbeiten das Ausgangssignal der Band­ sperre 105 in der gleichen Weise wie es der Hüllkurven­ detektor 32 und das Tiefpaßfilter 33 in der Anordnung nach Fig. 2 mit dem Ausgangssignal der Bandsperre 31 tun. Das am Ausgang des Filters 107 erscheinende Signal wird dazu verwendet, die Verstärkung des Verstärkers 83 zu steuern.

Wie es bereits in Verbindung mit den Fig. 2 und 2a erwähnt wurde, ist es in manchen Fällen zweckmäßig, eine Bandsperre zu verwenden, deren Sperrbandbreite etwas schmaler ist als die Bandbreite der Übertragungsstrecke (um Energiebeträge vorwegzunehmen, bevor sie tatsächlich zur Verzerrung führen). Die gestrichelte Kurve 113 in Fig. 7a veranschaulicht eine solche Auslegung der Band­ sperre und entspricht im großen und ganzen der gestri­ chelten Kurve 75 in Fig. 2a.

Es sei daran erinnert, daß die Verstärkungskurve 60 nach Fig. 4 eine Funktion der Außerbandenergie bei Anwendung automatischer Verstärkungssteuerung ist. Sowohl die sender­ seitige Verstärkungskurve 60 nach Fig. 4 als auch die für vorhandene AVR geltende Außerbandenergiekurve 61 bis 63 nach Fig. 4 sind in der Fig. 8 noch einmal dargestellt. Nach Filterung im Tiefpaßfilter 107 beeinflußt das Steuer­ signal den Verstärker 83 nach Fig. 7 so, daß seine Verstärkung die mit der gestrichelten Kurve 121 in Fig. 8 dargestellte Charakteristik bekommt. Die beiden Verstär­ kungskurven 60 und 60-121 haben solche Werte, daß ihr Pro­ dukt im wesentlichen gleich 1 ist, so daß im Empfänger das ursprünglich erzeugte Videosignal rekonstruiert wird. Durch Einführung der mit der Kurve 60-121 gezeigten Verstärkungs­ charakteristik im Empfänger wird die senderseitig eingeführte Verstärkungsänderung korrigiert.

Die Verstärkungskurve 121 nach Fig. 8 bestimmt sich wie folgt: Die Kurve 61-63 nach Fig. 8 stellt im wesentlichen die sich bei stattfindender Verstärkungssteuerung ergebende tatsächliche Außerbandenergie dar, die vom Sender ausgesandt und am Empfänger empfangen wird, und zwar als Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 107.

Veränderbare Verstärker, wie z. B. der Verstärker 22 nach Fig. 2 und der Verstärker 82 nach Fig. 7, enthalten Ver­ stärkungssteuerschaltungen, die auf die gleichen Eingangs­ signale unterschiedlich ansprechen können, so daß sich unterschiedliche Verstärkungscharakteristiken ergeben können. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der veränderbare Verstärker 83 nach Fig. 7 so ausgelegt, daß er unter dem Einfluß des durch die Kur­ ve 61-63 nach Fig. 8 dargestellten Eingangssignals eine der Kurve 60-121 nach Fig. 8 entsprechende Verstärkungs­ funktion bewirkt, während der veränderbare Verstärker 22 nach Fig. 2 so ausgelegt ist, daß er unter dem Einfluß des durch die Kurve 61-63 nach Fig. 4 dargestellten Ein­ gangssignals die Verstärkungsfunktion entsprechend der Kurve 60 nach Fig. 4 bringt. Wie oben erwähnt, sind die beiden Verstärkungskurven 60-121 und 60 nach Fig. 8 kom­ plementär zueinander.

In der Fig. 2 ist für die Steuereinrichtung 35 eine spe­ zielle logische Anordnung eines FM-Modulators 30, eines Filters 31, eines Detektors 32 und eines Filters 33 dar­ gestellt. Es sind jedoch auch viele andere logische An­ ordnungen und Schemen möglich, um aus dem Ausgangssignal des Vorverzerrers 21 ein Steuersignal zu erzeugen, dessen Amplitude die Änderung desjenigen Energiegehalts widerspiegelt, der nach der FM-Modulation außer­ halb der zulässigen Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt, und das dazu verwendet werden kann, den veränder­ baren Verstärker 22 so zu steuern, daß sich seine Verstär­ kung im wesentlichen invers zu den Änderungen des erwähnten Energiegehalts ändert. Auf diese Weise kann die Außerband­ energie auf einem nahezu konstanten Pegel gehalten wer­ den bzw. auf einem Pegel, der sich entsprechend irgend­ einer vorbestimmten Funktion der Änderungsgeschwindigkeit der Außerbandenergie ändert.

Eine solche andere Möglichkeit zur Bewirkung der gleichen Funktion, wie sie durch die innerhalb des gestrichel­ ten Rahmens 35 in Fig. 2 gezeigte Einrichtung realisiert wird, ist in Fig. 9 veranschaulicht. Die alternative Aus­ führungsform der Senderseite nach Fig. 9 nutzt folgenden Umstand aus:

• a) Wenn die Außerbandenergie gering ist, dann ist die Amplitude der Hüllkurve des frequenzmodu­ lierten Trägers relativ konstant, und
• b) wenn ein wesent­ licher Betrag an Außerbandenergie vorhanden ist, dann än­ dert dich die Hüllkurve, wobei diese Änderungen umso größer werden, je höher die Außerbandenergie wird.

In der Anordnung nach Fig. 9 bildet ein dem FM-Modulator 30 nachgeschaltetes Bandfilter 149 die Gesamtfilterung im Kanal nach. Diesem nachbildenden Bandfilter 149 folgt ein Hüllkurvendetektor 150, dessen mit der Kurve 147 dar­ gestelltes Ausgangssignal aus einer konstanten Amplitude 145 plus Fluktuationen besteht. Dieses Signal wird auf den positiven Eingang (+) einer Subtrahierschaltung 151 gegeben. Durch eine Voreinstellung wird eine Gleichspan­ nung, die aus einer Quelle 152 geliefert und an den nega­ tiven Eingang (-) der Subtrahierschaltung 151 gelegt wird, im wesentlichen gleich der Gleichstromkomponente des Si­ gnals gemacht, das vom Hüllkurvendetektor 150 beim Fehlen eines Fernsehsignals geliefert wird. Somit wird die Kom­ ponente konstanter Amplitude des Hüllkurvendetektors 150 am Ausgang der Subtrahierschaltung 151 ausgelöscht. Wenn ein Fernsehsignal auf den FM-Modulator 30 gegeben wird, besteht das resultierende Signal an der Ausgangsleitung 161 des der Subtrahierschaltung 151 nachgeschalteten Hüll­ kurvendetektors 32 nur aus Fluktuationen. Diese Fluktua­ tionen werden auf das Tiefpaßfilter 33 gegeben, dessen Ausgangssignal den Verstärker 22 in der Anordnung nach Fig. 2 steuert.

In der Fig. 10 ist eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 9 dargestellt. Wie im Falle der Fig. 9 bildet ein Filter 149 die Gesamtfilterung des Kanals nach. Das Aus­ gangssignal des Hüllkurvendetektors 150 besteht aus ei­ ner konstanten Amplitude (Gleichstromwert) plus Fluktua­ tionen, d. h. mit einer durch die Außerbandenergie verur­ sachten Welligkeit. Das Filter 149 bewirkt außerdem eine gewisse Dämpfung. Es ist wünschenswert, daß der dem Sub­ trahiereingang 163 der Subtrahierschaltung 151 zugeführ­ te Gleichstromwert gleich dem auf den Addiereingang 162 der Subtrahierschaltung 151 gegebenen Gleichstromwert ist. Dies wird durch ein veränderbares Dämpfungsglied 160 und einen Hüllkurvendetektor 150 erreicht. Das eingangsseiti­ ge Fernsehsignal wird zuerst auf Null eingestellt, so daß nur die Gleichstromkomponente vom Detektor 150 zur Sub­ trahierschaltung 151 geliefert wird. Dann wird das ver­ änderbare Dämpfungsglied zur Kompensierung der im Filter 149 bewirkten Dämpfung eingestellt, so daß der Gleich­ stromwert am Ausgang des Detektors 155 gleich dem Gleich­ stromwert am Ausgang des Detektors 150 ist und das Signal auf der Ausgangsleitung 165 der Subtrahierschaltung 151 gleich Null ist. Wenn also das Fernsehsignal auf die Schal­ tung gegeben wird, erscheint auf der Ausgangsleitung 165 der Subtrahierschaltung 151 nur die von der Außerband­ energie verursachte Welligkeit. Die beiden Hüllkurvende­ tektoren 150 und 155 sind einander angepaßt, so daß ihr Einfluß auf die ihnen angelegten Signale jeweils der gleiche ist.

Die Anordnung nach Fig. 10 kann vorteilhafterweise in Fällen verwendet werden, in denen der Ausgangspegel des FM-Modulators 30 dazu neigt, sich mit der Zeit zu ändern.

Claims (6)

1. Frequenzmoduliertes Übertragungssystem mit einem in der Sendestation vorgesehenen Element veränderbarer Ver­ stärkung, das ein modulierendes Signal empfängt und es zur FM-Modulation eines Trägers gegebener Frequenz auf einen Sendemodulator gibt, und mit einer Steuereinrich­ tung, die auf das modulierende Signal anspricht und die Verstärkung des Elements veränderbarer Verstärkung ab­ hängig vom Energiegehalt des modulierten Signals im Sinne einer Anpassung der Bandbreite des FM-Ausgangs­ signals des Sendemodulators an die gegebene Bandbreite der Übertragungsstrecke steuert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (35 in Fig. 1 und 9) einen Analysator aufweist, der ermittelt, wie stark der außerhalb eines bestimmten Prozentanteils der gegebenen Bandbreite liegende Modula­ tionsgehalt eines mit dem modulierenden Signal frequenz­ modulierten Trägers der gegebenen Frequenz ist, und eine Einrichtung (29), welche die Verstärkung des Elementes veränderbarer Verstärkung (22) in einer inversen Bezie­ hung zum ermittelten Modulationsgehalt steuert.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei das dem Ele­ ment veränderbarer Verstärkung zugeführte Signal ein vorverzerrtes Fernsehsignal im Basisband ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (35) folgendes aufweist:

• einen Frequenzmodulator (30), der auf das vorver­ zerrte Basisband-Fernsehsignal anspricht, um ein Fre­ quenzspektrum zu liefern, von welchem ein erster Teil innerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke und ein zweiter Teil außerhalb dieser Bandbreite liegt;
• eine auf das Ausgangssignal des Frequenzmodulators ansprechende Bandsperre (31), welche den ersten Teil des Ausgangssignals des Frequenzmodulators ausfiltert;
• eine auf das Ausgangssignal der Bandsperre ansprechen­ de Einrichtung (32, 33) zur Erzeugung eines ersten Steuersignals, dessen Amplitude proportional dem Ener­ giegehalt des ersten Teils des Ausgangssignals der Band­ sperre ist und das einem veränderbaren Verstärker (22) angelegt wird.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine in der Empfangsstation enthaltene Erfas­ sungseinrichtung (99, 109, 112) zur Erfassung des mo­ dulierenden Signals im empfangenen FM-Signal die in der Sendestation bewirkten Änderungen der Verstärkung des modulierenden Signals fühlt, um ein zweites Steuersi­ gnal zu erzeugen, welches diese Änderungen widerspiegelt, und daß in der Empfangsstation ein zweiter veränderbarer Verstärker (83) vorgesehen ist, der auf das zweite Steuer­ signal anspricht, um dem erfaßten Signal eine Verstärkung mitzuteilen, die komplementär zu der in der Sendestation mitgeteilten Verstärkung des modulierenden Signals ist.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Sendestation eine Einrichtung zur Er­ zeugung eines Signals vorgesehen ist, dessen Amplitude beim Fehlen von Verstärkung in der Sendestation als Kom­ ponente des modulierenden Signals konstant ist und dessen Amplitude sich entsprechend der in der Sendestation ein­ geführten Verstärkung ändert, und daß die Erfassungsein­ richtung (99) in der Empfangsstation auf diejenigen Am­ plitudenänderungen im erfaßten Videosignal, die durch den steuerbaren Verstärker in der Sendestation verursacht sind, anspricht, um das zweite Steuersignal zu erzeugen.

5. Übertragungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Sendestation einen Generator zum Modulieren des modulie­ renden Signals mit einer frequenzstreuenden Dreieckwel­ lenform mit einer bekannten niedrigen Frequenz und be­ kannter Steigung enthält, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erfassungseinrichtung einen Steigungsdetektor (102) aufweist, der die Steigung der empfangenen Dreieckwellenform erfaßt und sie mit einer Bezugssteigung vergleicht, um das zweite Steuersignal zu erzeugen.

6. Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erfassungseinrichtung in der Empfangsstation eine auf das empfangene FM-Signal ansprechende Bandsper­ re (105) enthält, um den außerhalb der Übertragungs-Band­ breite liegenden Teil dieses Signals zu bestimmen, und eine Einrichtung (106, 107), die auf diesen außerhalb der Übertragungsbandbreite liegenden Teil anspricht, um das zweite Steuersignal zu erzeugen.