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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Signalübertragungsvorrichtung
und im spezielleren einen OFDM-(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Modulator
und eine den gleichen verwendende, digitale Rundfunkvorrichtung.
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Eine
herkömmliche
digitale OFDM-Rundfunkvorrichtung, insbesondere ein OFDM-Modulator
derselben, wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Wie gezeigt, weist der OFDM-Modulator
einen Eingangsanschluss 1 auf, an den ein Eingangssignal
angelegt wird, einen diskreten inversen Fourier-Transformator (IFFT) 2,
zwei Digital-Analog-Wandler (D/As) 10, zwei Tiefpassfilter
(LPFs) 11, zwei Modulatoren 23, einen Kombinator 24,
einen linearen Leistungsverstärker 25 der
Klasse A oder der Klasse AB, einen 0°/90°-Phasenverteiler 26 und
einen Trägersignalgenerator 9 auf.
Das an den Eingangsanschluss 1 angelegte Eingangssignal
ist ein digitales Signal, das z. B. durch einen MPEG (Moving Picture
coding Experts Group) 2 Standard kodiert ist. Der IFFT 2 wandelt
das Eingangssignal in I-Daten und Q-Daten um, die eine reale Achsenkomponente
bzw. eine imaginäre
Achsenkomponente darstellen. Die I-Daten und Q-Daten werden jeweils
in einen der D/As 10 eingegeben. Die D/As 10 wandeln
die in diese eingegebenen I-Daten und Q-Daten jeweils in entsprechende
analoge Signale um. Die analogen Signale werden dann einer Quadraturmodulation
unterworfen. Der Leistungsverstärker 25 verstärkt das
resultierende modulierte Signal. Das von dem Leistungsverstärker 25 ausgegebene,
verstärkte
Signal wird über
eine Antenne 14 gesendet. Wie beim Frequenzspektrum sind
einige hundert bis einige tausend Trägersignale in dem Kanalfrequenzband
verteilt.
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Das
Problem bei der obigen herkömmlichen
Rundfunkvorrichtung besteht darin, dass ein Mehrfachträgersignal,
das von dem OFDM-Modulator ausgegeben wird, von dem linearen Leistungsverstärker 25 der Klasse
A oder der Klasse AB verstärkt
wird, was zu einer nicht effizienten Verwendung von Leistung führt. Insbesondere,
wie in 10 gezeigt, unterscheiden sich
der Spitzenpegel und der mittlere Pegel des Mehrfachträgersignals
deutlich voneinander. Auch wenn der lineare Leistungsverstärker 25 verwendet
wird, um ein solches Mehrfachträgersignal
mit einem Minimum an Verzerrung zu verstärken, weist der Verstärker 25 einen mittleren
Ausgabepegel auf, der etwa ein Zehntel der Spitzenausgabe beträgt. Der
Wirkungsgrad und daher der mittlere Betriebswirkungsgrad des Leistungsverstärkers 25 der
Klasse A oder der Klasse AB verkleinert sich mit einer Verringerung
des Ausgangspegels.
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Das
Dokument US A 5,469,127 offenbart eine Anordnung mit einem Modulator,
bei der ein Leistungsverstärker
einen Kombinator umfasst, der einen 3 dB Koppler aufweist.
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Das
Dokument US A 4,580,111 offenbart einen Amplitudenmodulator, der
einen Kombinator aufweist, der einen Spulentransformator nutzt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine digitale Rundfunkvorrichtung
bereitzustellen, die ein Mehrfachträgersignal, das von dem obigen
OFDM-Modulator ausgegeben wird, wirksam zu verstärken vermag.
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Ein
OFDM-Modulator weist eine Schaltkreisanordnung auf, um von einem
diskreten inversen Fourier-Transformator ausgegebene reale Achsendaten
und imaginäre
Achsendaten in Amplitudendaten und Phasendaten in Polarkoordinaten
umzuwandeln und die Phase einer Trägerwelle auf der Grundlage
der Phasendaten zu modulieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die obige Aufgabe durch den Gegenstand von Anspruch
1 erreicht, der unter anderem eine digitale Rundfunkvorrichtung
aufweist, die den obigen OFDM-Modulator und einen Leistungsverstärker aufweist,
um eine Amplitudenmodulation der von dem OFDM-Modulator ausgegebenen
Trägerwelle
mit den ebenfalls von dem OFDM-Modulator ausgegebenen Amplitudendaten
durchzuführen.
Der Leistungsverstärker
umfasst eine Kombinatorschaltkreisanordnung, die eine Anordnung
von zwei 3 dB Kopplern und einem Phasenschieber aufweist, und einen
Steuerschaltkreis, um die Schalter und die Phasenschieber gemäß den Amplitudendaten
zu steuern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obige und noch weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlicher, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das eine digitale Rundfunkvorrichtung, die die
vorliegende Erfindung verkörpert,
schematisch darstellt;
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2 I-Daten
und Q-Daten in der Form von Polarkoordinaten zeigt;
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3A und 3B Schaltkreisdiagramme
sind, die jeweils eine spezielle spezifische Konfiguration eines
Leistungsverstärkers
zeigen, der in der veranschaulichenden Ausführungsform enthalten sind;
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4 eine
graphische Darstellung ist, die die Wirkungsgradcharakteristik eines
spannungsgesteuerten Leistungsverstärkers der Klasse C zeigt;
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5 ein
schematisches Blockdiagramm ist, das eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 eine
graphische Darstellung ist, die eine bei der alternativen Ausführungsform
verfügbare,
imaginäre
kombinierte Leistung zeigt;
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7 eine
graphische Darstellung ist, die die kombinierte Wirkungsgradcharakteristik
von N Leistungsverstärkern
zeigt, die in der alternativen Ausführungsform enthalten sind;
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8A und 8B Schaltkreisdiagramme
sind, die eine spezielle Konfiguration eines in der alternativen
Ausführungsform
enthaltenen Kombinators zeigen;
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9 ein
schematisches Blockdiagramm ist, das eine herkömmliche digitale OFDM-Rundfunkvorrichtung
zeigt; und
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10 eine
graphische Darstellung ist, die die Wirkungsgradcharakteristik eines
Leistungsverstärkers der
Klasse AB zeigt, der in der Rundfunkvorrichtung von 9 enthalten
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zuerst
wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben, auf der
die zu beschreibenden, veranschaulichenden Ausführungsformen basieren. Es wird
angenommen, dass ein diskreter inverser Fourier-Transformator COS(ωst) = I-Daten
und SIN(ωst)
= Q-Daten ausgibt. Diese Ausgaben können dann in Daten in Polarkoordinaten
umgewandelt werden:
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Wenn
die Phase einer Trägerwelle
Vc·COS(ωct) durch
die Phasendaten moduliert wird, ergibt sich: Vc·COS (ωct – θ)
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Die
obige phasenmodulierte Trägerwelle
wird in einen Leistungsverstärker
eingegeben. Die Ausgabe des Leistungsverstärkers wird auf der Grundlage
der Amplitudendaten gesteuert, die durch die Polarkoordinatenumwandlung
erzeugt werden, wodurch eine Amplitudenmodulation bewirkt wird.
In diesem Sinn spielt der Leistungsverstärker die Rolle eines Multiplexers
und gibt das folgende Produkt aus: r·Vc·COS(ωc – θ) = 1·Vc'COS(ωct – ωst)
=
Vc·COS{(ωc -ωs)·t}
=
Vc·COS{(ωc – ωs)·t}
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Die
obige Ausgabe des Leistungsverstärkers
weist eine Wellenform mit einem einzelnen Seitenband (SSB; engl.:
single sideband) auf, die mit der folgenden Wellenform übereinstimmt,
die durch eine Modulation der I-Daten = COS(ωst) und der Q-Daten = SIN(ωst) mit
Vc·COS(ωct) durch
Quadraturmodulation erzeugt wird: COS(ωst)·Vc·COS(ωct) + SIN(ωst)·Vc·COS(ωct + π/2)
=
Vc·Cos{(ωc – ωs)t}
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Daraus
folgt, dass es durch eine Transformation der Ausgaben des diskreten
inversen Fourier-Transformators
in Amplitudendaten und Phasendaten und dann durch Ausführen der
obigen Prozedur möglich
ist, eine Wellenform auszugeben, die mit einer bei der herkömmlichen
Technologie verfügbaren übereinstimmt.
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Während der
Verstärker
veranlasst wird, einen Betrieb der Klasse C durchzuführen, steuert
ein Amplitudensteuerschaltkreis dauerhaft den Betrieb auf einen
Sättigungspegel
und steuert dadurch eine Ausgangsamplitude. Dies ermöglicht es,
dass auch ein nicht linearer Verstärker der Klasse C eine lineare
Ausgabe erzeugt, und gewährleistet
einen hohen Wirkungsgrad des Betriebs der Klasse C.
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Bezug
nehmend auf 1 ist eine digitale Rundfunkvorrichtung,
die die vorliegende Erfindung verkörpert, gezeigt und weist einen
IFFT 2 auf. I-Daten 3 und Q-Daten 4,
die von dem IFFT 2 ausgegeben werden, werden in einem Polarkoordinatenwandler 5 eingegeben
und dadurch in Amplitudendaten 6 und Phasendaten 7 umgewandelt. 2 zeigt
ein Verhältnis
zwischen den I-Daten 3 und Q-Daten und den Amplitudendaten 6 und
Phasendaten 7. Ein Phasenmodulator (PM) 8 moduliert
ein Trägersignal,
das von einem Trägersignalgenerator 9 ausgegeben
wird, mit den Phasendaten 7. Das modulierte Trägersignal
wird dann durch einen D/A 10 in ein ana loges Signal umgewandelt
und von einem LPF 11 gefiltert. Die resultierende Ausgabe
des LPF's 11 wird
als ein Eingangs-RF-(Hochfrequenz; engl.: Radio Frequency)-Signal
in einen Leistungsverstärker 13 eingegeben.
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Der
Leistungsverstärker 13 wird
veranlasst, einen Betrieb der Klasse C durchzuführen, während das Eingangs-RF-Signal
auf einem konstanten Pegel gehalten wird. 3A und 3B zeigen
jeweils eine spezielle spezifische Konfiguration des Leistungsverstärkers 13.
Ein FET (Feldeffekttransistor) 27 und ein Bipolartransistor 28,
die in 3A und 3B gezeigt sind, sind jeweils
eine verstärkende
Vorrichtung. Die Drain-Spannung oder die Kollektor-Spannung des
FET's 27 oder
die des Bipolartransistors 28 wird variiert, um den Pegel
des Ausgangssignals des Leistungsverstärkers 13 zu variieren.
In diesem Fall ist, wie in 4 gezeigt,
unabhängig
von der Variation des Ausgangssignalpegels ein konstanter Wirkungsgrad
erreichbar, solange der Ausgangspegel der Drain-Spannung oder der
der Kollektor-Spannung über
einem bestimmten Pegel liegt. Durch Steuern des Ausgangspegels des
Leistungsverstärkers 12 auf
der Grundlage der vorgenannten Amplitudendaten und durch Bewirken
einer Amplitudenmodulation wird eine digitale modulierte OFDM-Welle erzeugt.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, werden die I-Daten 3 und
Q-Daten 4, die von dem IFFT 2 ausgegeben werden,
wie bei der vorherigen Ausführungsform in
den Polarkoordiantenwandler 5 eingegeben. Der IFFT 2 wandelt
die I-Daten 3 und
Q-Daten 4 in die Amplitudendaten 6 und die Phasendaten 7 um.
Schließlich
werden die Amplitudendaten 6 und eine phasenmodulierte
Trägerwelle
erzeugt.
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Wie
in 5 gezeigt, weist die veranschaulichende Ausführungsform
einen leistungsverstärkenden Abschnitt
auf, der aus einem Verteiler 21, N Schaltern 22,
N Leistungsverstärkern 15 der
Klasse C, einem Kombinator 20 und einer Amplitudensteuereinrichtung 12' aufgebaut ist.
Der Verteiler 21 verteilt das in diesen eingegebene RF-Signal
zu seinen N Ausgängen.
Die Schalter 22 schalten jeweils eines der N RF-Signale
ein/aus. Die Leistungsverstärker 15 weisen
jeweils einen Ausgang auf, der ein Verhältnis von 2N darstellt.
Der Kombinator 20 kombiniert die Ausgaben der Leistungsverstärker 15.
Die Amplitudensteuereinrichtung 12' steuert den Kombinator 20 und
die Schalter 22. Die Leistungsverstärker 15 weisen jeweils
eine spezielle Ausgangsgewichtung auf. 6 zeigt
spezielle Ausgangsgewichtungen PA1, PA2, PA3 usw., die den Leistungsverstärkern 15 zugeordnet
sind.
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Im
Betrieb schalten die Schalter 22 jeweils das dort eingegebene
RF-Signal auf der Grundlage eines digitalen Signals ein/aus, das
die Amplitudendaten 6 angibt. Der Kombinator 20 kombiniert
daher nur die Ausgaben der Leistungsverstärker 15, deren Eingänge sich
in einem eingeschalteten Zustand befinden, wodurch eine Ausgabe
erzeugt wird, die den Amplitudendaten entspricht. Folglich kann,
wie in 7 gezeigt, der Pegel des Ausgangssignals auf der
Grundlage der Kombination von eingeschalteten/ausgeschalteten Zuständen der Leistungsverstärker 15 variiert
werden. Das bedeutet, die Amplitudenmodulation wird bewirkt, indem
die Amplitudendaten 6 verwendet werden (siehe 6).
In diesem Fall weist der Wirkungsgrad immer einen Spitzenwert auf,
weil die Leistungsverstärker 15 in
dem eingeschalteten Zustand einen Betrieb der Klasse C durchführen.
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8A und 8B zeigen
eine spezielle Konfiguration des Kombinators 20. Insbesondere
zeigen 8A bzw. 8B den
Basisteil und die Gesamtkonfiguration des Kombinators 20.
Wie in 8A gezeigt, weist der Basisteil 2 zwei
3 dB Koppler 16 und 18 und einen Phasenschieber 17 auf.
Wie in 8B gezeigt, weist die allgemeine
Konfiguration solche Basisteile, die in Reihe angeschlossen sind,
in einer Anzahl auf, die der der Leistungsverstärker 15 entspricht.
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In
dem Basisteil werden die Amplituden gemittelt, wenn zwei Signale,
die sich im Leistungspegel voneinander unterscheiden, in den ersten
3 dB Koppler 16 mit der gleichen Phase eingegeben werden,
mit dem Ergebnis, dass Signale mit der gleichen Amplitude von dem
Koppler 16 ausgegeben werden. Weil die Phase von dem Unterschied
im Pegel zwischen der Eingangsleistung abhängt, verleiht der Phasenschieber 17 den Ausgangssignalen
des Kopplers 16 eine relative Phasendifferenz von 90°, d. h. liefert
dem zweiten 3 dB Koppler 18 Signale, die in der Amplitude
identisch sind, sich aber in der Phase um 90° unterscheiden. Folglich werden
alle Ausgangssignale einem Ausgangsanschluss 31 zugeführt. Auch
wenn der Pegel des Signals, das in die einzelnen Basisteile des
Kombinators 20 eingegeben wird, davon abhängt, ob
das Ausgangssignal des zugeordneten Leistungsverstärkers 15 vorhanden
ist oder nicht, ist es möglich,
Leistung ohne jeglichen Verlust zu kombinieren, indem die Phasenschieber 17 gesteuert
werden.
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Zusammenfassend
wandelt gemäß der vorliegenden
Erfindung eine digitale OFDM-Rundfunkvorrichtung
ein Eingangssignal in Polarkoordinaten um, die Amplitudendaten und
Phasendaten angeben, moduliert eine Trägerwelle gemäß den Phasendaten
und variiert den Pegel der Trägerwelle
gemäß den Amplitudendaten.
Die Vorrichtung ist daher in der Lage, Leistung wirksamer als die
herkömmliche
digitale OVDM-Rundfunkvorrichtung zu nutzen.
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Verschiedene
Modifikationen werden für
Fachleute auf dem Gebiet nach Erhalt der Lehren der vorliegenden
Offenbarung möglich,
ohne sich dabei vom Umfang derselben zu entfernen.
