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Die vorliegende Erfindung betrifft
Rundfunkübertragungssysteme
und ist insbesondere auf die Kompensation von Verzerrungen in einem
digitalen Übertragungssystem,
wie beispielsweise einem digitalen TV-(DTV)-Übertragungssystem gerichtet.
Ein Hochgeschwindigkeitsrundfunkübertragungssystem,
wie beispielsweise ein DTV-Rundfunksystem, beinhaltet Komponenten,
die ein Informationssignal von gewünschten Werten weg verzerren.
Insbesondere umfaßt
das System einen Leistungsverstärker,
der auf das Signal eine nichtlineare Verzerrung ausübt, wenn
das Signal verstärkt
wird. Auch umfaßt
das Rundfunkübertragungssystem
Filter, wie beispielsweise bandbegrenzende Filter, die dem Informationssignal
eine lineare Verzerrung auferlegen, wenn das Signal gefiltert wird.
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Als ein Ergebnis derartiger Verzerrungen
innerhalb des Übertragungssystems
treten unmittelbare Amplituden- und Phasenänderungen (AM/AM, AM/PM) und
frequenzabhängige
Amplituden- und Phasenänderungen
(Frequenzresponse- und Gruppenverzögerung) auf. Es ist einzusehen,
daß in
einem Phasen-Amplituden-modulierten System die Amplituden- und Phasenintegrität des Systems
für eine
optimale Systemleistung bewahrt werden müssen.
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Bei Fernsehsystemen wurde die herkömmliche
Entzerrung durch analoge Vorverzerrungsentzerrer und Korrigierer,
die statisch (nicht adaptiv) sind, erreicht. Derartige Entzerrer
und Korrigierer erfordern werksseitige Einstellungen, um einen gewünschten
Betrag einer Vorverzerrung (Vorentzerrung) zu liefern. Der Alterungsprozeß der Entzerrer
und Korrigierer und Temperaturveränderungen verursachen eine
Verschiebung des Wertes der Vorverzerrung, der durch die Entzerrer
und Korrigierer ausgeübt
wird. Daher sind von Zeit zu Zeit Einstellungen vor Ort erforderlich.
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Digitalsignalverarbeitungstechniken
gewährleisten
ein verbessertes Leistungsverhalten der Vorverzerrung des Informationssignals.
Insbesondere kann bei einer adaptiven Korrektur- und Entzerrungsmethode eine
digitale Signalverarbeitung verwendet werden. Eine derartige adaptive
Methode kann die Werks- und Vororteinstellungen eliminieren.
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Es ist bekannt, eine adaptive Korrektur
eines Signals in einem Signalstrom, der sich zu einer Antenne ausbreitet,
durchzuführen.
Jedoch erfordert die Korrektur in einem relativ schnellen Datensystem
einen relativ großen
Verarbeitungsaufwand in einer kurzen Zeitdauer. Bei einer bekannten
Technik wird die gesamte Verzerrung (d.h. linear und nichtlinear)
in einem einzigen Schritt korrigiert.
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Bei einer anderen Technik wird die
Korrektur für
die im System ausgeübte
Verzerrung komponentenweise fortschreitend in Richtung zur Antenne
ausgeführt.
Insbesondere wird für
jede Komponente das Signal, das von dieser Komponente ausgesandt
wird, überwacht,
um den durch diese Komponente ausgeübten Betrag der Verzerrung
zu bestimmen. Eine Korrektur wird dann für diese Komponente erstellt.
Nachfolgend wird die nächste
darauf folgende Komponente überwacht,
um die Korrektur für
diese Komponente zu erstellen. Jedoch ist eine derartige Technik
zeitaufwendig und häufig
für Ströme mit hoher
Datenrate ungeeignet. Des weiteren können in einem derartigen System
Amplituden- oder Gruppenverzögerungsänderungen
im Verhältnis zur
Frequenz als momentane Amplituden- und Phasenänderungen fehlinterpretiert
werden.
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WO 99/05869 offenbart ein Übertragungssystem
zum Senden eines digitalen Signals, das einen nichtlinearen Leistungsverstärker, einen
analogen Vorverstärkungsfilter
und digitale Signalkorrektoren umfaßt, um das digitale Informationssignal
bezüglich
nichtlinearer und linearer Verzerrungen zu kompensieren, die durch die
verschiedenen analogen Schaltungen des Übertragungsweges verursacht
werden. Diese bekannte Anordnung offenbart, daß ein nichtlinearer Korrigierer
und ein linearer Vorentzerrer adaptiv durch eine adaptive Entzerrungsbestimmungsschaltung
gesteuert werden, die ein analoges Rückkopplungssignal empfängt, das
am Ausgang des Leistungsverstärkers
detektiert wird.
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Somit besteht eine Notwendigkeit
für eine
Technik zur adaptiven Korrektur linearer und nichtlinearer Verzerrungen
in einem digitalen Sendeübertragungssystem
mit hoher Geschwindigkeit.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Übertragungssystem
zur Übertragung
eines Informationssignals mit einem Signalweg bereitgestellt, wobei
entlang des Signalwegs das Informationssignal zu einer Antenne gelangt,
welches umfaßt:
eine erste Vielzahl von Komponenten, die sich in dem Signalweg befinden,
wobei die erste Vielzahl von Komponenten eine erste Komponente und
eine zweite Komponente umfaßt,
um jeweils Funktionen mit dem Informationssignal durchzuführen, wobei
die erste Komponente das Informationssignal nichtli nearen Verzerrungsverschiebungen
unterwirft, die von gewünschten
Werten wegführen,
und die zweite Komponente das Informationssignal linearen Verzerrungsverschiebungen
unterwirft, die von gewünschten
Werten wegführen;
und eine zweite Vielzahl von Komponenten, die auf dem Signalweg
stromaufwärts
der ersten Vielzahl von Komponenten angeordnet sind, wobei die zweite
Vielzahl von Komponenten eine dritte Komponente und eine vierte
Komponente zum Modifizieren des Informationssignals umfaßt, um die nichtlinearen
und linearen Verzerrungsverschiebungen, die durch die erste Vielzahl
von Komponenten auf das Signal gewirkt haben, zu kompensieren, wobei
die dritte Komponente und die vierte Komponente in der zweiten Vielzahl
von Komponenten in einer Folge angeordnet sind, um die Verzerrungen
in einer Reihenfolge zu kompensieren, die zu der Reihenfolge invers
ist, in der die Verzerrungen in der ersten Vielzahl von Komponenten
auftreten; und eine fünfte
Komponente, die von der ersten Vielzahl von Komponenten umfaßt ist,
wobei die fünfte
Komponente das Informationssignal linearen Verzerrungen unterwirft,
die von gewünschten
Werten wegführen;
dadurch gekennzeichnet, daß die
dritte Komponente und die vierte Komponente jeweils auf das Ausgangssignal
der ersten Komponente jeweils auf das Ausgangssignal der ersten
Komponente und auf das Ausgangssignal der zweiten Komponente reagieren,
um das Informationssignal zu ändern,
um die von der ersten Komponente verursachte nichtlineare Verzerrung,
bzw. die von der zweiten Komponente verursachte lineare Verzerrung
zu kompensieren; die zweite Vielzahl von Komponenten eine sechste
Komponente umfaßt,
um das Informationssignal zu modifizieren, um die von der fünften Komponente
verursachte lineare Verzerrung zu kompensieren; und die vor- oder
nachgeschaltete Anordnung der sechsten Komponente in Bezug auf die
dritte und die vierte Komponente zu der vor- oder nachgeschalteten
Anordnung der fünften
Komponente in Bezug auf die erste oder zweite Komponente invers
ist.
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Gemäß einer Ausführung der
Erfindung ist die fünfte
Komponente der ersten Komponente nachgeschaltet und die sechste
Komponente der dritten Komponente vorgeschaltet.
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Die zweite Komponente und die fünfte Komponente
können
zusammen gruppiert sein und der ersten Komponente entweder vor-
oder nachgeschaltet sein; und die vierte Komponente und die sechste
Komponente können
zusammen gruppiert sein und der dritten Komponente vor- oder nachgeschaltet
sein.
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Ein Radiofrequenzsendesystem, das
die Erfindung verkörpert,
weist einen Eingangsschaltkreis zur Verarbeitung von digitalen, über eine
Antenne zu übertragenden
Signalen, einen Digital-/Analog-Wandler zur Umwandlung der digitalen
Signale in eine analoge Form und einen Aufwärtswandler zum Modulieren eines
Radiofrequenzträgers
mit den analogen Signalen auf, wobei die erste Vielzahl von Komponenten
in dem Datenweg zwischen dem Aufwärtswandler und der Antenne
angeschlossen ist und die zweite Vielzahl von Komponenten in dem
Datenweg zwischen dem Eingangsschaltkreis und dem Digital-/Analog-Wandler angeschlossen ist.
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Bei dieser Ausführung der Erfindung weist die
erste Komponente einen Leistungsverstärker, die zweite Komponente
ein erstes Vorverstärkungsfilter,
die dritte Komponente einen nichtlinearen Korrigierer und die vierte
Komponente einen ersten linearen Entzerrer auf. Die fünfte Komponente
umfaßt
ein zweites Filter und die sechste Komponente umfaßt einen
zweiten linearen Entzerrer.
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Das System kann des weiteren einen
Abwärtswandler
zum Empfangen von Ausgangssignalen von der ersten, der zweiten und
der fünften
Komponente, um die Ausgangssignale abwärts zu wandeln, und einen Analog-/Digital-Wandler
umfassen, um die abwärts
gewandelten Analogsignale in eine digitale Form zu wandeln und die
entsprechenden Komponenten der zweiten Vielzahl von Komponenten
mit den digitalen Signalen zu versorgen.
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Die vorliegende Erfindung wird im
folgenden beispielhaft mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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l ein
Funktionsblockdiagramm von in einer Sequenz gemäß der vorliegenden Erfindung
angeordneten Komponenten ist;
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2 ein
Blockdiagramm einer beispielhaften Vorrichtung ist, bei der die
vorliegende Erfindung verwendet wird;
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3 eine
graphische Darstellung einer Verstärkerübertragungskurve ist;
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4 eine
graphische Darstellung einer Korrektur zur Linearisierung des Verstärkerausgangs
ist;
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5 ein
Blockdiagramm eines Auschnitts der in 2 gezeigten
Vorrichtung ist, die Einzelheiten einer Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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6 ein
Funktionsblockdiagramm einer weiteren Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ein
Funktionsblockdiagramm noch einer weiteren Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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8 ein
Funktionsblockdiagramm noch einer weiteren Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist; und
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9 – 12 Veranschaulichungen mathematischer
Modelle eines kaskadenartigen System sind.
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Eine Verkörperung der vorliegenden Erfindung
ist eine Vorrichtung 10, die in einem Funktionsblockformat
in 1 als eine Mehrzahl
von Komponenten gezeigt ist, die aufeinanderfolgend entlang eines
Datenstromweges 12 angeordnet sind. Der Datenstrom 12 ist
für ein
Informationsdatensignal vorgesehen, das mit einer relativ hohen
Geschwindigkeit übertragen
wird. Des weiteren weist das Datensignal typischerweise ein relativ
breites Band (d.h. 18 MHz) auf.
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Die hohe Datengeschwindigkeit und
Bandbreite stehen im Bezug zur Systemumgebung, in der die Vorrichtung 10 angeordnet
ist. Insbesondere bildet die Vorrichtung 10 vorzugsweise
einen Teil eines Digitalfernseh-("DTV")-Systems 14 mit
hoher Bildschärfe
("HD"), wie in 2 gezeigt ist. Vorzugsweise
sendet das DTV Signale im Radiofrequenzbereich. Gemäß einer
Ausführungsform
liegt das Sendesignal im ultrahohen Frequenzbereich (300–3000 MHz)
und vorzugsweise im Bereich von 470–860 MHz. Im entsprechenden
Teil umfaßt
das DTV-System 14 einen 8VSB-Erreger 16 und einen
Sender 18.
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Die Komponenten der Vorrichtung 10,
die in 1 gezeigt sind,
befinden sich im 8VSB-Erreger 16 und im
Sender 18 von 2.
Insbesondere beinhaltet der Sender 18 (1) einen Leistungsverstärker 20,
ein Vorverstärkungsfilter 22,
das sich stromaufwärts
des Verstärkers
befindet, und ein Nachverstärkungsfilter 24,
das dem Verstärker
nachgeschaltet ist. Im vorliegenden Fall wird auf das Vorverstärkungsfilter 22 als
ein Eingangsfilter und auf das Nachverstärkungsfilter als ein Hochleistungsfilter
Bezug genommen. Man beachte jedoch, daß der Sender 18 andere
Komponenten beinhalten kann.
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Der Leistungsverstärker 20 verstärkt das
Informationssignal auf einen Leistungspegel, der für eine Sendeübertragung
eines RF-Signals geeignet ist. Als ein Beispiel beträgt der verstärkte Leistungspegel
50 Kilowatt. Des weiteren kann der Leistungsverstärker 20 auch
aus einem Array von Verstärkungseinrichtungen gebildet
sein. Falls sich eine Mehrzahl von Verstär kungseinrichtungen im Leistungsverstärker 20 befindet,
ist eine Kombinationseinrichtung neben dem Hochleistungsfilter 24 angeordnet,
um die Verstärkungseinrichtungsausgänge zu kombinieren.
Man beachte, daß verschiedene
Verstärkerkonfigurationen
verwendet werden können
und daß das
Hochleistungsfilter geeignete zusätzliche Komponenten, wie eine
Kombinationsschaltung umfassen kann.
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Bei genauerer Betrachtung eines theoretischen "idealen" System wären alle
Komponenten eines Senders ideal. Insbesondere wäre ein Leistungsverstärker des
Systems ideal und die Übertragungskurve
des idealen Verstärkers
wäre linear.
Eine gestrichelte Linie in 3 zeigt
ein Beispiel einer derartigen idealen Übertragungskurve. Somit würde in einem
derartigen idealen System ein Informationssignal mit einem gegebenen Vorverstärkungsleistungspegel
ausschließlich
basierend auf einer linearen Beziehung, die den Betrag der Verstärkung vorschreibt,
durch den Verstärker
auf einen vorbestimmten Leistungspegel verstärkt. Auch würden Filter des idealen Systems
keine Verzerrungen bewirken.
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Der tatsächliche Leistungsverstärker 20 der
Vorrichtung 10 ist jedoch nicht ideal und auch die tatsächliche
Leistungsübertragungskurve
des Verstärkers
ist nicht linear. Durch den Leistungsverstärker 20 wird auf das
Informationssignal während
der Verstärkung
des Informationssignals eine nichtlineare Verzerrung ausgeübt. Insbesondere
richtet sich die nichtlineare Verzerrung auf Änderungen der momentanen Amplitude
und auf Phasenänderungen.
Eine durchgezogene Linie in 3 zeigt
ein Beispiel einer tatsächlichen Übertragungskurve.
Dementsprechend muß auf
das Informationssignal eine Korrektur ausgeübt werden, um die durch den Leistungsverstärker 20 bewirkte
Verzerrung zu kompensieren. Die durchgezogene Linie in 4 zeigt ein Beispiel der
Korrektur.
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Zusätzlich üben die Filter 20 und 24 des
Senders 18 lineare Deformationen auf das Informationssignal aus.
Das Eingangsfilter 22 übt
auf das Informationssignal eine erste lineare Verzerrung und das
Hochleistungsfilter 24 eine zweite lineare Verzerrung aus.
Insbesondere ist die durch das Hochleistungsfilter 24 ausgeübte Verzerrung
auf eine Gruppenverzögerungs-
und Amplitudenresponse gerichtet (d.h. eine Amplitudenänderung in
Abhängigkeit
von der Frequenz). Somit muß für jede Komponente 20–24 im
Sender 18 zur Kompensation ein Korrektur- oder Entzerrungsbetrag
auf das Informationssignal gegeben werden.
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Bei Betrachtung wiederum des theoretischen
idealen Systems, wäre
irgendein auf das Informationssignal ausgeübter Einfluß (d.h. eine Verstärkung oder
ein Filtern) zeitinvariant. Insbesondere würden sich im idealen System,
die auf das Informationssignal ausgeübten Einflüsse zeitlich nicht ändern. Somit
erzeugt das ideale System für
einen gegebenen Eingangsstimulus, unabhängig vom Zeitpunkt, zu dem
der Stimulus auftritt, immer dieselbe Ausgabe.
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Jedoch ist der Sender 18 in
Wirklichkeit zeitvariant. Insbesondere ändert sich für einen
gegebenen Eingangsstimulus die durch den Sender 18 gelieferte
Ausgabe in Abhängigkeit
von der Zeit. Ein Grund für
die Zeitvarianz sind thermische Effekte im Sender 18. Die
thermischen Effekte bewirken Änderungen
des Betrags der Signaldeformation, die durch den Leistungsverstärker 20 und
die Filter 22 und 24 am Informationssignal bewirkt
werden. Somit ist es wünschenswert,
die gesamte Deformierung (d.h. linear und nichtlinear) zu kompensieren
und eine Anpassung an die Änderungen
der Deformierung zu bewirken.
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Die Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt drei Korrigierer- oder Entzerrerkomponenten 28–32 im
8VSB-Erreger 16 für
die drei eine Verzerrung bewirkenden Komponenten 20–24 im
Sender 18 bereit. Insbesondere übt ein adaptiver nichtlinearer
Korrigierer 28 (z. B. eine Vorentzerrungsschaltung) eine Vorverzerrung
auf das Signal aus, um die nichtlineare durch den Leistungsverstärker 20 hervorgerufene
Verzerrung zu kompensieren. Ein adaptiver linearer Verzerrer 30 (z.
B. eine Vorkorrekturschaltung) übt
eine Vorverzerrung auf das Informationssignal aus, um die lineare
durch das Eingangsfilter 22 hervorgerufene Verzerrung zu
kompensieren. Ein adaptiver linearer Entzerrer 32 (z. B.
eine Vorentzerrungsschaltung) übt
eine Vorverzerrung auf das Informationssignal aus, um die lineare
durch das Hochleistungsfilter hervorgerufene Verzerrung zu kompensieren.
Gemeinsam funktionieren der lineare Entzerrer 32, der nichtlineare
Korrigierer 28 und der lineare Entzerrer 30 als
adaptive Digitalsignalverzerrungskompensationsschaltung.
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Der lineare Entzerrer 32,
der nichtlineare Korrigierer 28 und der lineare Entzerrer 30 sind
in einer Reihenfolge angeordnet, so daß die Vorverzerrungen (oder
Vorkorrekturen) in einer sequenziellen Reihenfolge ausgeübt werden,
die umgekehrt zur Reihenfolge ist, in der die Verzerrungen auftreten.
Insbesondere tritt die lineare Vorverzerrung, die durch den linearen
Entzerrer 32 ausgeübt
wird, zuerst auf, da die durch das Hochleistungsfilter 24 hervorgerufene
lineare Verzerrung zuletzt auftritt (d.h. an einem nachgeschalteten
Ort im Verhältnis
zu allen anderen Verzerrungen). Die nichtlineare Vorverzerrung,
die durch den nichtlinearen Korrigierer 28 ausgeübt wird,
tritt als zweites auf, da die nichtlineare Verzerrung, die durch
den Leistungsverstärker 20 ausgeübt wird,
als zweites auftritt. Die lineare durch den linearen Entzerrer 30 ausgeübte Vorverzerrung
tritt als drittes auf (d.h. nach der Vorverzerrung durch den linearen
Entzerrer 32 und der Vorverzerrung des nichtlinearen Korrigierers 28),
da die durch das Eingangsfilter 22 hervorgerufene Verzerrung
als erstes auftritt (d.h. vor der durch den Leistungsverstärker 20 und
das Hochleistungsfilter 24 hervorgerufenen Verzerrung).
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Eine Vorverzerrung in umgekehrter
Reihenfolge gemäß der vorliegenden
Erfindung basiert auf mehreren Gesichtspunkten. Erstens behalten
lineare Effekte und nichtlineare Effekte ihre Überlagerungseigenschaft nicht
(d.h. sie sind nicht vertauschbar), wenn sie miteinander gemischt
werden. Zweitens behalten lineare Funktionen ihrerseits ihre Überlagerungseigenschaft,
wenn nichtlineare Effekte nicht vorhanden sind. Drittens kann ein
ideales "System" (ein "System", das zur Betrachtung
aus einer oder mehreren Komponenten gruppiert ist) nach Wunsch entweder
mit einem linearen System oder einem nichtlinearen System vermischt werden.
Mit anderen Worten gilt die Überlagerung
bei idealen Systemen und mit jedem anderen Typ von System. Um diese
Gesichtspunkte zu demonstrieren, wird ein Exkurs in die Mathematik
vorgenommen. Ein nichtlineares Element, wie beispielsweise ein Leistungsverstärker kann
folgendermaßen
modelliert werden:
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Dabei sei x(t) ein beliebig moduliertes
Signal, das gegeben ist durch
wobei:
p(t) das Basisbandmodulationssignal,
ω die Trägerfrequenz
und
q ein fester Phasenversatz ist.
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Wird aus Gründen der Vereinfachung nur
ein System dritter Ordnung angenommen, dann ist:
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Es tragen nur Produkte ungerader
Ordnung zur fundamentalen Amplitude bei. Unter der Annahme, daß eine Bandpaßfilterung
verwendet wird, um den DC-Term und harmonische Terme zu entfernen,
kann das allgemeine System auf ein Signal reduziert werden, das
folgendermaßen
gegeben ist:
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Für
mäßig nichtlineare
bis lineare Systeme nähern
sich die ak-Terme schneller Null, als sich
die pk(t)-Terme unendlich nähern. Dies
setzt der Ordnung des Systems eine Grenze. Unter Annahme dieses
Modells ist eine Charakterisierung dieses Systemtyps ziemlich einfach
und erfordert eine relativ geringe Anzahl von Koeffizientenidentifikatoren.
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Ein stufenförmiges Korrektursystem ist
in
9 gezeigt, wobei
W(t) als nichtlineares System zweiter Ordnung gewählt wird,
gegeben durch:
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Auch falls angenommen wird, daß v(t) ein
nichtlinearer polynomischer Korrigierer beliebiger Ordnung ist,
gegeben durch:
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Falls gewünscht ist, daß die Ausgabe
des stufenförmigen
Systems eine lineare Funktion der Eingabe ist, nämlich, daß y(t)=Ax(t), wobei A ein bestimmter
skalarer Wert ist (der aus Gründen
der Einfachheit als Eins angenommen wird), ist die Systemübertragungsfunktion
gegeben durch:
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Es besteht keine exakte Lösung der
Gleichung, jedoch kann eine Näherung
bis zu einer bestimmten Ordnung vorgenommen werden. Eine näherungsweise
Lösung
zweiter Ordnung wäre:
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Obwohl bei dieser näherungsweisen
Lösung
der Term zweiter Ordnung aufgehoben wird, werden Produktterme höherer Ordnung
erzeugt. Im allgemeinen werden durch diese Korrekturtechnik nichtlineare
Artefakte, die geringer als oder gleich der Ordnung der Vorkorrektur
sind, kompensiert. Artefakte höherer
Ordnung werden erzeugt, wobei das höchste die Summe der Kombination
sowohl der Vorkorrektur als auch des nichtlinearen Systems ist.
Diese Näherung
ist in dem Maße
nützlich,
in dem die Produkte höherer
Ordnung klein sind.
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Im folgenden werde ein lineares System
betrachtet. Irgendein lineares System kann durch einen allgemeinen
autoregressiven Prozeß mit
einem sich bewegenden Mittelwert moduliert werden:
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Die Korrektur dieser Systeme erfordert
die inverse Funktion, nämlich:
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Für
jedes Polynom der durch G(z) gegebenen Form besteht eine inverse
Funktion H(z). Jedoch gibt es keine Garantie dafür, daß die inverse Funktion stabil
ist. Eine gängige
Praxis ist eine Näherung
für alle
Pole des inversen Systems zu implementieren, was eine Stabilität sicherstellt.
Die Ordnung des inversen Systems wird eine Sache des Leistungsverhaltens
und der Verarbeitungsmittel.
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Die Korrektur stufenförmiger linearer
und nichtlinearer Systeme stellt eine größerer Herausforderung dar.
Das größte Problem
ist die Steuerung der Ordnung des Systemkorrigierers. Die Ordnung
wird für
diese Arten von Systemen eher multiplikativ als additiv. Beispielsweise
ist die klassische Volterra Reihenentwicklung sowohl für nichtlineare
als auch frequenzabhängige
Systeme in der allgemeinen diskreten Form gegeben als:
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Die Summierungen sind in der Reihenfolge:
k
= 1... unendlich;
τ1 = 0... Ν1
τk =
0... Nk
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Diese Arten von Systemen erfordern
eine Modulierung mit viel höherer
Ordnung, was bei Hochgeschwindigkeitssystemen, wie beispielsweise
HDTV teuer und komplex ist.
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Ein Beispiel eines stufenförmigen linearen
und nichtlinearen Systems ist in
12 angegeben,
wo h(n) ein lineares System der m+1ten Ordnung ist. Seine Übertragungsfunktion
kann geschrieben werden als:
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Es wird angenommen, daß das System
w(n) ein nichtlineares System der Ordnung k+1 ist. Seine Übertragungsfunktion
wird geschrieben als:
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Dann ist im allgemeinen die Übertragungsfunktion
des stufenförmigen
Systems:
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Die Ordnung des Systems ist eher
(k+1)(m+1) als k+m+2. Die Kosten und die Komplexität werden
für Hochgeschwindigkeitssysteme
mit einer beachtlichen Ordnung extrem hoch. Das Problem, daß das oben
angegebene gemischte System mit sich bringt, kann zum großen Teil
durch eine Verteilung der Systemkorrektur vermieden werden.
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Man betrachte im folgenden die zwei
in 11 und 12 gezeigten Systeme. Das
System in 11 verwendet
einen einzelnen Block, um sowohl die linearen als auch die nichtlinearen
Systemfunktionen vorzukorrigieren. Die Vorkorrektur V–1[h(n),w(n)]
stellt die Inverse der oben für
das stufenförmige
lineare und nichtlineare System angegebenen Gleichung dar. Die für diese
Korrektur erforderliche Ordnung wäre (k+1)(m+1), wie oben angegeben
wurde. Das System von 12 verteilt
die Korrektur zwischen einem linearen und einem nichtlinearen Block
w–1(n)
bzw: h–1(n).
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Der h–1(n)-Korrigierer
muß nur
eine lineare Korrektur für
h(n) liefern. Obwohl die Entzerrer sich verändern, wird zu Erläuterungszwecken
angenommen, daß die
verwendete Ordnung gleich der Ordnung von h(n) ist. Bei diesem Beispiel
ist die Ordnung als m gegeben. Unter der Annahme, daß h–1(n)
h(n) perfekt korrigiert hat, ist das restliche Systemverhalten gänzlich nichtlinear.
Dies läßt einen
Korrigierer mit viel niedrigerer Ordnung zu. Man beachte, daß die Ordnung
des benötigten
Entzerrers von vielen Faktoren abhängt, einschließlich des
Filtertyps, des benötigten
Leistungsverhaltens, der Stabilität, etc. Auch ist die Ordnung
des erforderlichen nichtlinearen Korrigierers eine Funktion der
Effekte höherer
Ordnung (die Geschwindigkeit, mit der a1 auf
0 fällt).
Eine typische Daumenregel ist das Doppelte der Ordnung des nichtlinearen
Systems. Für
Systeme höherer
Ordnung ist der mit diesem Ansatz erzielbare Gewinn leicht erkennbar.
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Ein detaillierteres Beispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10,
die im System 14 arbeitet, ist in 5 gezeigt. Insbesondere sind andere Erregerkomponenten 36 im
8VSB-Erreger 16 gezeigt, die das Signal zum linearen Entzerrer 32 zuführen. Bei
einer Ausführungsform
umfaßt
der in den linearen Entzerrer 30 eingegebene Informationsdatenstrom 32 Byteworte,
die in einem phasenamplitudenmodulierten elektrischen Signal definiert
sind.
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Der lineare Entzerrer 32 ist
vorzugsweise ein FIR-Digitalfilter, das eine geeignete Struktur
zur Vorkompensation oder Vorentzerrung des Informationssignals aufweist,
um die durch das Hochleistungsfilter 24 hervorgerufene
lineare Verzerrung zu kompensieren. Der lineare Ent zerrer 32 kann
aus einem Mikroprozessor bestehen oder einen solchen umfassen, der
einen Programmprozeß durchführt, und/oder
kann aus einer diskreten "festverdrahteten" Schaltung bestehen
oder eine solche beinhalten. Man beachte, daß andere Filtertypen verwendet
werden können
(z.B. IIR, eine Kombination aus FIR und IIR, oder sogar ein analoges
Filter).
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Das Informationssignal bewegt sich
vom linearen Entzerrer 32 zum nichtlinearen Korrigierer 28.
Der nichtlineare Korrigierer 28 kann jede beliebige geeignete
Struktur für
eine Vorverzerrung des Signals (d.h. eine Vorkompensation oder eine
Vorentzerrung) aufweisen, um die durch den Leistungsverstärker 20 hervorgerufenen
Nichtlinearitäten
zu kompensieren. Insbesondere kann der nichtlineare Korrigierer 28 eine
lineare stückweise
Korrekturkurve bewirken, die einen iterativen oder empirischen Ansatz
verwendet, um einen Satz von Korrekturwerten in einem Speicher routinemäßig zu aktualisieren.
Somit kann der nichtlineare Korregierer aus einem Mikroprozessor
bestehen oder einen solchen beinhalten, der einen Programmprozeß ausführt, und/oder
kann aus einer diskreten "festverdrahteten" Schaltung bestehen
oder eine solche beinhalten.
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Die Ausgabe des nichtlinearen Korrigierers 28 wird
dem linearen Entzerrer 30 zugeführt. Der lineare Entzerrer 30 kann
beliebige geeignete Komponenten für eine Vorverzerrung des Signals
umfassen, um die durch das Eingangsfilter 22 verursachte
lineare Verzerrung zu kompensieren. Gemäß einer Ausführung ist
die Struktur und Funktion des linearen Entzerrers 30 ähnlich der
Struktur und Funktion des linearen Entzerrers 32 mit der
Ausnahme, daß verschiedene
Vorverzerrungen ausgeübt
werden. Die Ausgabe des linearen Entzerrers 30 wird einem
Digital-/Analogwandler (DAC) 40 zugeführt.
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Das Informationssignal läuft durch
den DAC 40 und durch einen Aufwärtswandler 42, der
durch einen lokalen Oszillator 44 angetrieben wird, um
das Informationssignal als das modulierte Radiofrequenzsignal zu liefern.
Die Modulation erfolgt über
den Ausgang des DAC 40. Das Informationssignal läuft dann
durch das Eingangsfilter 22, den Leistungsverstärker 20 und
das Hochleistungsfilter 24.
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Das System 14 beinhaltet
eine adaptive Bestimmungsfunktion 46, die die Auswahl verschiedener
Abtastpunkte des Signals vereinfacht, so daß der Entzerrer 32,
der Korrigierer 28 und der Entzerrer 30 eine Vorkorrektur
bereitstellen können.
Jede geeignete Adaption kann für
jede der drei Vorverzerrungskomponenten 28–32 verwendet werden.
Damit die Adaption funktioniert, wird ein erstes Abtastsignal 50 im
Sender 18 nach einem Filtern durch das Eingangsfilter 22 abgekoppelt.
Ein zweites Abtastsignal 52 wird im Sender 18 nach einer
Verstärkung
durch den Leistungsverstärker 28 abgekoppelt.
Ein drittes Abtastsignal 54 wird im Sender 18 nach
einem Filtern durch das Hochleistungsfilter 24 abgekoppelt.
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1 zeigt
das vereinfachte Blockdiagramm des Systems von 7. Es ist zu erkennen, daß das System
ein stufenförmiges
lineares und nichtlineares System ist, bei dem die Vorteile eines
verteilten Korrekturschemas genutzt werden können.
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Das Funktionsblockdiagramm von 6 zeigt ein weiteres Beispiel
einer Vorrichtung 60 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere beinhaltet die Vorrichtung 60 einen nichtlinearen
Korrigierer A–1 62,
einen nichtlinearen Entzerrer B–1 64,
einen linearen Entzerrer C–1 66, einen
nichtlinearen Korrigierer D–1 68 und einen
linearen Entzerrer E–1 70. Diese
Komponenten 62–70 vorverzerren
ein zugeführtes
Informationssignal, um die durch die nachgeschalteten Komponenten
eines Filters E 72, eines nichtlinearen Leistungsverstärkers D 74,
eines Filters C 76, eines Filters B 78 und eines
nichtlinearen Leistungsverstärkers
A 80 hervorgerufene Verzerrung zu kompensieren. Eine kompensierende
Komponente (z. B. der lineare Entzerrer C–1 66)
ist für
jede Verzerrungskomponente (z. B. den Filter C 76) vorgesehen.
Jede Kompensationskomponente weist bezüglich der Verzerrung des Informationssignals
einen inversen Effekt auf. Daher sind die alphabetischen Bezeichnungen
paarweise vorgesehen, um einen Verzerrungseffekt (z. B. A) und den
inversen Kompensationseffekt (z. B. A–1)
zu bezeichnen.
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Der Ort jeder Kompensationskomponente
befindet sich am "inversen" Ort der zugeordneten
Verzerrungskomponente. Somit erfolgt die Reihenfolge der Vorverzerrung
in einer umgekehrten Reihenfolge der durch das Filter E72, den nichtlinearen
Leistungsverstärker
D74, das Filter C76, das Filter B78 und den nichtlinearen Leistungsverstärker A80
hervorgerufenen Verzerrungen. Beispielsweise ist die erste Kompensationskomponente
(d.h. der nichtlineare Korrigierer A–1 62)
der letzten Verzerrungskomponente zugeordnet (d.h. dem nichtlinearen
Leistungsverstärker
A 80).
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Das Funktionsblockdiagramm von 7 zeigt ein weiteres Beispiel
einer Vorrichtung 90 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 90 ist eine Abwandlung der Vorrichtung 60 von 6. Die Vorrichtung 90 (7) veranschaulicht, daß eine Folge
von Vorverzer rungskomponenten so angeordnet werden kann, daß die Reihenfolge
nicht eine exakte Umkehrung der Reihenfolge ist, in der die Verzerrung
erfolgt, solange die Umstellung der linearen Vorverzerrung sich
nicht über
den Ort irgendeiner nichtlinearen Vorverzerrung hinaus erstreckt.
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Insbesondere im in 7 gezeigten Beispiel kompensiert ein
nichtlinearer Korrigierer A–1 92 die nichtlineare
Verzerrung, die durch den nichtlinearen Leistungsverstärker A 94 hervorgerufen
wird. Ein linearer Entzerrer B–1 96 kompensiert
die lineare durch ein Filter B 98 hervorgerufene Verzerrung.
Ein linearer Entzerrer C–1 100 kompensiert
die lineare durch das Filter C 102 hervorgerufene Verzerrung.
Ein nichtlinearer Korrigierer C–1 104 kompensiert
die nichtlineare durch den nichtlinearen Leistungsverstärker D 106 hervorgerufene
Verzerrung. Ein linearer Entzerrer E–1 108 kompensiert
die durch das Filter E 110 hervorgerufene lineare Verzerrung.
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Die Reihenfolge der Verzerrung ist
E, D, C, B und A, jedoch ist die Reihenfolge der Vorverzerrungskompensation
A–1,
B–1,
C–1,
D–1 und
E–1.
Der lineare Entzerrer E–1 100 befindet
sich stromaufwärts
(d. h. vor) dem linearen Entzerrer B–1 96.
Die Anordnung A–1, B–1,
C–1,
D–1 und
E–1 kompensiert
die Verzerrung richtig. Die Reihenfolge einer Gruppe von Komponenten,
die einen Sequenzabschnitt einer linearen Verzerrung kompensiert,
kann so lange umgeordnet werden, wie durch die Neuanordnung keine
Komponente für
eine lineare Kompensation hinter eine Komponente für eine nichtlineare
Kompensation gebracht wird. Bei dem veranschaulichten Beispiel könnte der
lineare Entzerrer E–1 108 weder
mit dem linearen Entzerrer B–1 96 noch mit dem
linearen Entzerrer C–1 100 reorganisiert
werden, da die Reorganisation den nichtlinearen Korrigierer D–1 104 kreuzen
würde.
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Das Blockdiagramm von 8 veranschaulicht eine Vorrichtung 120 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung 120 ist eine Abwandlung der
Vorrichtung 60 von 6 und
veranschaulicht, daß Gruppen
mit einer Verzerrung der gleichen Art als ein Komplex behandelt
werden können.
In 8 werden Filter B und
C zu einem einzigen Filterblock 122 kombiniert. Die Filter
B und C üben
dennoch eine lineare Verzerrung auf das Informationssignal aus.
Jedoch ist die lineare Vorverzerrung, die die lineare Verzerrung
der Filter B und C kompensiert zu einem einzigen Schritt in einem
linearen Entzerrer (B–C)–1 124 kombiniert.
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Ein derartiges Kombinieren ist insbesondere
für die
Vorrichtung 120, die adaptiv ist, nützlich. Die Vorrichtung 120 verwendet
eine Rückkopplung,
um Kompensationswerte zu berechnen/erzeugen, die in den Korrigierern
und Entzerrern verwendet werden. Somit sind, wie in 8 gezeigt ist, im Gegensatz zu 5 nur
4 Rückkopplungsschleifen
erforderlich. Die reduzierte Anzahl von Rückkopplungen erfordert einen
geringeren Aufwand an Hardware und Kalkulation/Berechnungen, und
Speicher verglichen mit der Situation, bei der eine getrennte Korrektur
für die
Filter B und C erfolgt.
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Ein Übertragungssystem (14)
sendet ein Informationssignal. Im System (14) rufen mehrere
Komponenten (z.B. 20–24)
eine Verzerrung des Informationssignals hervor, wenn das Signal
verarbeitet wird und sich zur Sendeantenne ausbreitet. Insbesondere
ist die Gruppe der eine Verzerrung hervorrufenden Komponenten (20–24)
als eine erste Gruppe identifiziert und ist in einer Reihe entlang
eines Signalweges (12) in Richtung der Antenne angeordnet.
Die erste Gruppe von Komponenten (20–24) führt verschiedene Funktionen
aus, einschließlich
einer Verstärkung,
wobei jede das Informationssignal Verzerrungsverschiebungen unterwirft,
die von den gewünschten
Werten wegführen.
Eine zweite Gruppe von Komponenten (z. B. 28- 32) modifiziert das Informationssignal,
um die Verzerrungsverschiebungen, die durch die erste Gruppe von
Komponenten (20–24) ausgeübt werden,
zu kompensieren. Die zweite Gruppe von Komponenten (28–32)
befindet sich der ersten Gruppe von Komponenten (20-24) vorgelagert.
Die zweite Gruppe von Komponenten (28–32) ist in einer Reihenfolge
angeordnet, um das Informationssignal zu modifizieren und die Verzerrungen
in einer zum Auftreten der Verzerrungen umgekehrten Reihenfolge
zu kompensieren.
