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Die
vorliegende Erfindung betrifft HF- (RF-) Rundfunkübertragungs-Sendersysteme
und insbesondere Verbesserungen bei der Bereitstellung von Vorkorrektur
für ein
Informationssignal vor der Verstärkung
und dem Senden.
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Bekanntlich
erfordern verschiedene Kommunikationssysteme die Verstärkung eines
Informationssignals. Das Signal kann in analogem Format oder digitalem
Format bereitgestellt und in ein analoges Signal umgewandelt werden,
das dann an einen Hochleisrungsverstärker angelegt wird.
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Ein
Verstärker
kann als einfacher Verstärkungsblock
mit konstanter Verstärkung
ausgestaltet sein. In der Praxis gehören zu den als Verstärker eingesetzten
Einrichtungen bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren und ähnliches.
Diese Einrichtungen haben typischerweise keine inhärente Eingangs- und
Ausgangsimpedanz, die der gewünschten
Quellen- und Lastimpedanz entspricht. Um die Impedanzen der Verstärkungseinrichtungen
in die der gewünschten
Quelle und Last zu transformieren, werden Anpassungsschaltungen
eingesetzt. Diese Anpassungsschaltungen verfügen nicht über unbegrenzte Bandbreite
und erzeugen daher lineare Verzerrungen (die hier gelegentlich als
Speichervoll-Verzerrungen [memory-full distortions] bezeichnet werden).
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Verstärker erzeugen
auch nichtlineare Verzerrungen (die hier gelegentlich als Nicht-Speichervoll-Verzerrungen
[non-memory-full distortions] bezeichnet werden). Feste Versorgungsspannungen begrenzen
letztlich die maximal verfügbare
Ausgangsleistung aus einem Verstärker
und bestimmen den Punkt der Verstärkungskompression. Ihre Wirkungsweise
bestimmt andere mögliche
Verzerrungen. Beispielsweise erzeugen Klasse-A/B- oder Klasse-B-Verstärker Übergangsverzerrung
[crossover distortion].
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Zur
Verringerung der Speichervoll- bzw. Nicht-Speichervoll-Verzerrungen
werden Vorkorrekturschaltungen eingesetzt. Lineare Vorkorrekrurschaltungen
verhalten sich so, dass sie einen Signaleingang im Zeit- oder Frequenzbereich
modifizieren. Nichtlineare Vorkorrekrurschaltungen modifizieren ein
Signal im Amplituden- oder Phasenbereich.
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Ein
Sendeverstärker
kann als eine Kaskade von Blöcken
ausgestaltet sein, die aus linearen und nichtlinearen Blöcken besteht.
Für einen
typischen Verstärker
bestehen diese aus einem Hochleisrungsverstärker-Eingangsnetzwerk mit einem
Filter, der eigentlichen Verstärkungseinrichtung
und einem Verstärkerausgangsnetzwerk
mit einem Hochleisrungs- Ausgangsfilter.
Die Verzerrungskorrekrurschaltungen können hinsichilich vorkorrigierender Korrekrurschaltungen
für lineare
und nichilineare Verzerrung in inverser bzw. umgekehrter Reihenfolge angeordnet
werden.
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Solche
Anordnungen für
die Verzerrungskorrekrur sind in der
EP
899 870 zu finden.
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Die
vorliegende Erfindung weist folgendes auf: ein Hochfrequenz- (HF-)
Sendersystem mit einer Eingangsschaltung zum Empfang eines zu verstärkenden
und zu sendenden HF-Signals, eine serielle Schaltung mit einem ersten
und einem zweiten, in Kaskade geschalteten Verstärkernetzwerk, welches der Eingangsschaltung
nachgeschaltet ist und wobei das erste Verstärkernetzwerk dem zweiten Verstärkernetzwerk
vorgeschaltet ist und wobei das erste und das zweite Netzwerk jeweils
erste und zweite nichtlineare Verstärker aufweisen, welche gegenüber dem
HF-Signal ein nichtlineares Antwortverhalten aufweisen und nichilineare
Verzerrungen in das HF-Signal einbringen, und dass das zweite Netzwerk folgendes
aufweist: einen Filter, welcher lineare Verzerrungen in das HF-Signal
einbringt, eine erste Vorkorrekrurschaltung, welche der seriellen
Schaltung zum Vorkorrigieren des HF-Signals in der Weise vorgeschaltet
ist, dass die linearen und nichtlinearen Verzerrungen ausgeglichen
werden, welche von dem zweiten Verstärkernetzwerk eingebracht werden,
und eine zweite Vorkorrekturschaltung, welche zwischen die erste
Vorkorrekrurschaltung und das erste Verstärkernetzwerk zum Vorkorrigieren
des HF-Signals geschaltet ist, um die nichtlinearen Verzerrungen auszugleichen,
welche von dem ersten Verstärkernetzwerk
eingebracht werden, wobei die zweite Vorkorrekrurschaltung einen
dritten nichtlinearen Verstärker
aufweist, der dafür
ausgewählt
ist, gegenüber einem
angelegten HF-Signal ein nichtlineares Antwortverhalten aufzuweisen,
das dem des ersten Verstärkers ähnlich ist.
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Zweckmäßigerweise
wird ein Hochfrequenz- (HF-) Sendersystem, welches eine Eingangsschaltung
zum Empfang eines zu verstärkenden
und zu sendenden HF-Signals aufweist, bereitgestellt. Es ist eine
serielle Schaltung mit einem ersten und einem zweiten in Kaskade
geschalteten Verstärkernetzwerk vorgesehen,
welche der Eingangsschaltung nachgeschaltet sind und wobei das erste
Verstärkernetzwerk dem
zweiten Verstärkernetzwerk
vorgeschaltet ist und wobei das erste und das zweite Netzwerk jeweils erste
und zweite nichtlineare Verstärker
aufweisen, welche hinsichilich des HF-Signals nichtlineares Antwortverhalten
aufweisen und welche nichtlineare Verzerrungen in das HF-Signal
einbringen. Das zweite Netzwerk weist einen Filter auf, welcher
lineare Verzerrungen in das HF-Signal einbringt. Eine erste Korrekturschaltung
ist der seriellen Schaltung zum Vorkorrigieren des HF-Signals in
der Weise vorgeschaltet, dass die linearen und nichilinearen Verzerrungen
ausgeglichen werden, welche von dem zweiten Verstärkernetzwerk
eingebracht werden. Eine zweite Vorkorrekrurschaltung ist zwischen
die erste Korrekturschaltung und das erste Verstärkernetzwerk zum Vorkorrigieren
des HF-Signals geschaltet, um die nichtlinearen Verzerrungen auszugleichen, welche
von dem ersten Verstärkernetzwerk
eingebracht werden. Die zweite Vorkorrekturschaltung weist einen
dritten nichtlinearen Verstärker
auf, welcher dafür
ausgewählt
ist, hinsichtlich eines angelegten HF-Signals ein nichtlineares Antwortverhalten aufzuweisen,
welches dem des ersten Verstärkers ähnlich ist.
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Die
Erfindung wird nun in Form von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, wobei
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1 ein
Blockdiagramm einer Anwendung ist, für welche die vorliegende Erfindung
eingesetzt werden kann;
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2 eine
Blockdiagrammdarstellung einer ähnlichen
Korrekturschaltung ist;
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3 eine
weitere Blockdiagrammdarstellung einer ähnlichen Korrekturschaltung
ist und
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4 eine
schematische Blockdiagrammdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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Vor
einer Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird zunächst
auf 1, 2 und 3 hingewiesen. Die
vorliegende Erfindung soll in einem HF-Übertragungssystem
verwendet werden, zu welchem das hochauflösende Digitalfernsehen gehören kann,
das manchmal als HDTV oder einfach DTV bezeichnet wird. Ein solches
System wird in 1 dargestellt und weist Studioausrüstung 10 sowie
Sendeausrüstung 12 auf,
wobei die Verbindung zwischen den beiden die Form einer Mikrowellenverbindung
annimmt (es können
auch andere geeignete Formen wie Kabel und dergleichen eingesetzt
werden). Zu den an dem Sender eingesetzten Komponenten gehören eine
8-VSB-Erregereinrichtung 14 und ein Sender 16.
Der Sender 16 (2) weist folgendes auf einen Leistungsverstärker 20,
einen Vorverstärkungsfilter 22,
welcher dem Verstärker
vorgeschaltet ist, und einen Nach-Verstärkungsfilter 24, welcher
dem Verstärker
nachgeschaltet ist. Der Vorverstärkungsfilter wird
gelegentlich als Eingangsfilter [input filter] bezeichnet, und der
Nachverstärkungsfilter
wird gelegentlich als Hochleistungs Ausgangsfilter [high power output
filter] bezeichnet. Dabei ist zu beachten, dass der Verstärker 16 auch
andere Komponenten aufweisen kann. Der Leistungsverstärker 20 verstärkt das
Informationssignal zu einer Leistungsstufe, welche zum Senden eines
HF-Signals geeignet ist. Gemäß einem
Beispiel kann die verstärkte
Leistungsstufe bei etwa 50 Kilowatt liegen. Der Leistungsverstärker 20 kann
aus einer Anordnung von Verstärkungseinrichtungen
bestehen. Der Verstärker kann
auch eine Induktivausgangsröhre
(IOT) aufweisen.
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Eine
nichtlineare Verzerrung (Nicht-Speichervoll-Verzerrung) wird durch
den Leisrungsverstärker 20 während der
Verstärkung
des Informationssignals auf das Informationssignal aufgebracht. Im
Einzelnen ist die nichilineare Verzerrung auf Veränderungen
in unmittelbaren Amplituden- und Phasenschwankungen gerichtet.
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Zusätzlich bringen
die Filter 22 und 24 lineare Verzerrungen (Speichervoll-Verzerrungen) auf
das Informationssignal auf. Das heißt: Der Eingangsfilter 22 bringt
eine erste lineare Verzerrung und der Hochleistungsfilter 24 eine
zweite lineare Verzerrung auf das Informationssignal auf.
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Die
Schaltung aus 2 liefert Vorkorrekrur für die Verzerrungen,
welche durch die Filter 22 und 24 sowie den Verstärker 20 eingebracht
werden. Diese Schaltung weist eine nichilineare Vorkorrektureinrichtung 30 auf
welche dazu dient, das Informationssignal für die nichtlinearen Verzerrungen
vorzukorrigieren, welche durch den Leisrungsverstärker 20 eingebracht
werden. Eine lineare Entzerrer- bzw. Vorkorrektureinrichtung 32 ist
der Korrektureinrichtung 30 nachgeschaltet und dient zum
Vorkorrigieren des Informationssignals für die linearen Verzerrungen, welche
von dem Eingangsfilter 22 eingebracht werden. Außerdem dient
eine lineare Entzerrer- bzw. Vorkorrekrureinrichtung 34,
welche der Vorkorrekrureinrichtung 30 vorgeschaltet ist,
dazu, das Informationssignal für
die linearen Verzerrungen vorzukorrigieren, welche durch den Filter 24 eingebracht
werden. Falls gewünscht,
kann es sich bei den Vorkorrektureinrichtungen 30, 32 und 34 um
adaptive Vorkorrekrureinrichtungen handeln.
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3 stellt
eine komplexere Schaltung dar, welche in Kaskade geschaltete, nichtlineare
Leisrungsverstärker 50 und 52 aufweist.
Ein Eingangsfilter 54 ist dem Verstärker 52 vorgeschaltet,
und ein Filter 56 ist dem Verstärker 52 nachgeschaltet.
Außerdem
ist ein Eingangsfilter 58 dem Leistungsverstärker 50 vorgeschaltet.
Die Verstärker 50 und 52 bringen
nichilineare Verzerrungen in das Informationssignal ein, welches
gerade verarbeitet wird, wogegen die Filter 54, 56 und 58 lineare
Verzerrungen in das Informationssignal einbringen. Diese linearen und
nichtlinearen Verzerrungen des Informationssignals werden mit den
in 3 dargestellten Vorkorrekturschaltungen reduziert.
Gemäß diesem
Beispiel liefert eine nichtlineare Vorkorrektureinrichtung 60 Vorkorrektur
für die
Verzerrungen, welche durch den nichilinearen Verstärker 50 eingebracht
werden. Eine Entzerrer- bzw. Vorkorrekrureinrichtung 62 liefert Korrektur,
um die linearen Verzerrungen auszugleichen, welche durch den Filter 58 eingebracht
werden. Eine Entzerrer- bzw. Vorkorrektureinrichtung 64 liefert
Vorkorrektur für
die linearen Verzerrungen, welche durch den Filter 56 eingebracht
werden. Außerdem
liefert eine nichtlineare Vorkorrekrureinrichtung 66 Vorkorrektur
zum Ausgleichen der nichilinearen Verzerrungen, welche durch den
Leistungsverstärker 52 eingebracht
werden. Außerdem
liefert eine Entzerrer- bzw.
Vorkorrektureinrichtung 68 Vorkorrekrur zum Ausgleichen
der linearen Verzerrungen, welche durch den Filter 54 eingebracht
werden.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
wird nun unter Bezugnahme auf 4 näher beschrieben. Gemäß dieser
Ausführungsform
empfängt
die Eingangsschaltung 100 ein zu verstärkendes und zu sendendes HF-Signal.
Es ist eine serielle Schaltung mit einem ersten Verstärkernetzwerk 102 und
einem zweiten Verstärkernetzwerk 104 vorgesehen,
welche in Kaskade geschaltet sind. Das Netzwerk 102 ist dem
Netzwerk 104 vorgeschaltet. Im Einzelnen weist das Netzwerk 104 einen
Leistungsverstärker 106,
einen Eingangsfilter 108 und einen Ausgangsfilter 110 zum
Liefern eines zu übertragenden
Signals an eine Antenne 112 auf. Der Leistungsverstärker 106 kann in
Form einer Induktivausgangsröhre
(IOT) vorliegen.
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Das
zweite Verstärkernetzwerk
weist einen Zwischen-Leistungsverstärker (IPA) 114 auf.
Der Verstärker 114 kann
im Bereich von ca. 300-500 Watt funktionieren, wogegen der Leistungsverstärker 106 im
Bereich von ca. 25.000 Watt funktionieren kann. Würden auf
dieser Leistungsstufe Vorkorrekturschaltungen eingesetzt, wäre dies
recht kostspielig. Infolgedessen werden die Vorkorrekrurschaltungen
getrennt und funktionieren auf einer wesentlich niedrigeren Stufe,
zum Beispiel in der Nähe
von 1 Milliwatt.
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Eine
erste Vorkorrekrurschaltung 148 weist einen linearen Vorkorrektor 150 auf,
welcher lineare Korrektur zum Ausgleichen der linearen Verzerrungen
liefert, welche von dem Filter 110 eingebracht werden.
Ein nichtlinearer Vorverstärker 152 ist
der Korrekrureinrichtung 150 nachgeschaltet und dient dazu,
Ausgleich der nichilinearen Verzerrung zur Verfügung zu stellen, welche von
dem Leistungsverstärker 106 eingebracht
wird. Eine lineare Vorkorrektureinrichtung 154 ist der
Vorkorrektureinrichtung 152 nachgeschaltet und dient zum
Ausgleichen der linearen Verzerrungen, welche von dem Filter 108 eingebracht
werden.
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Eine
zweite Vorkorrekturschaltung 160 ist zwischen die erste
Vorkorrekturschaltung 148 und das erste Verstärkernetzwerk 102 geschaltet,
um das Informationssignal zum Ausgleich der nichilinearen Verzerrungen
vorzukorrigieren, welche von dem Netzwerk 102 eingebracht
werden.
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Die
Vorkorrekturschaltung 160 weist eine Abtasteinrichtung 162 auf,
welche das von der Vorkorrektureinrichtung 154 erhaltene
Informationssignal abgreift, und liefert einen ersten Teil des Signals an
eine Verzögerungseinrichtung 164 und
einen weiteren Teil an einen ausgewählten nichtlinearen Verstärker 166.
Die Abtasteinrichtung 162 kann als Null-Grad-Trenneinrichtung
[zero degree splitter], als Richtkoppler oder als andere Abtasteinrichtung
ausgestaltet sein. Die Ausgaben der Abtasteinrichtung sind skalierte
Nachbildungen des von der Vorkorrektureinrichtung 154 eingehenden
Eingangssignals.
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Der
Verstärker 166 ist
in der Weise ausgewählt,
dass er ein nichtlineares Antwortverhalten aufweist, welches dem
des nichilinearen Verstärkers 114 ähnlich ist
oder dieses simuliert. Der Verstärker 166 weist
eine nichtlineare Antwort auf und generiert eine Ausgabe, welche
größer ist
als seine Eingabe. Bei dem Verstärker 166 kann
es sich um eine skalierte Version des nichilinearen Verstärkers 114 handeln. Es
sei darauf hingewiesen, dass der ausgewählte Verstärker 166, wenn nur
Speichervoll-Verzerrungen (lineare Verzerrungen) zu korrigieren
sind, nur lineare Verzerrungen zu korrigieren braucht. Wenn nur
nichilineare Verzerrungen zu korrigieren sind, braucht der Verstärker nur
nichtlineare Verzerrungen zu erzeugen. Sind Verzerrungen beider
Arten zu korrigieren, so sollte der ausgewählte Verstärker 166 sowohl lineare
als auch nichtlineare Verzerrungen aufweisen. Der Verstärker 166 kann
auf einer viel niedrigeren Leistungsstufe laufen als derjenigen
des Verstärkers 114.
Falls gewünscht,
könnte
der Verstärker 166 mit
dem des Verstärkers 114 identisch
sein.
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Die
Verzögerungseinrichtung 164 empfängt einen
Teil des ursprünglichen
Eingangssignals von der Abtasteinrichtung 10 und verzögert ihn
um eine Zeitdauer, welche der Verzögerung entspricht, die von
dem Verstärker 166 verursacht
wird, und liefert diesen zeitverzögerten Teil an eine Abtasteinrichtung 168.
Die Zeitverzögerung
kann durch eine Koaxialleitung, einen Filter oder andere geeignete
Zeitverzögerungsmittel
erfolgen.
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Die
Abtasteinrichtung 168 liefert ein erstes Abtastsignal zum
Anlegen an eine Summiereinrichtung 170 und ein zweites
Abtastsignal zum Anlegen an eine Differenzschaltung 172.
Die beiden von der Abtasteinrichtung erhaltenen Signale 168 können sich
auf derselben Stufe befinden wie das Eingangssignal für die Abtasteinrichtung 168,
oder auf einer niedrigeren Stufe als dieses.
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Der
Abtastwert des Eingangssignals aus der Einrichtung 160 und
die Ausgabe des ausgewählten nichilinearen
Verstärkers 166 werden
der Differenzschaltung 172 zugeführt, welche die Differenz zwischen
den beiden Eingaben ermittelt und ein Ausgabe-Differenzsignal mit
einem Wert liefert, der für
die Differenz zwischen den beiden Eingaben repräsentativ ist.
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Das
Differenz-Ausgabesignal wird einer 180-Grad-Phasenverschiebungsschaltung 174 zugeführt, welche
das angelegte Signal invertiert. Dementsprechend ist die Ausgabe
aus der Phasenverschiebungsschaltung 174 die Umkehrung
(negative) der Eingabe in diese Schaltung. Die Ausgabe aus der Phasenverschiebungsschaltung 174 wird
mit einer Skalierungsschaltung 176 um eine Skalierungskonstante
K skaliert. Der Wert K ist entweder gleich 1, kleiner als 1 oder
größer als
1. Es sei darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der schaltungen 174 und 176 auch
umgekehrt sein kann.
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Das
von der Schaltung 176 erhaltene, skalierte, negative Differenzsignal
wird in der Summiereinrichtung 170 mit dem zeitverzögerten Teil
des Eingangssignals kombiniert. Das summierte bzw. korrigierte Eingangssignal
wird an den nichtlinearen Verstärker 114 angelegt.
Die Summiereinrichtung 170 kann in Form einer Null-Grad-Hybrid-,
Richtkoppler- oder anderen Summiereinrichtung umgesetzt sein. Die
Summiereinrichtung 170 kann auch in Form einer 180-Grad-Hybridschaltang
umgesetzt sein, wobei dann die Phasenverschiebungsschaltung 174 ein
inhärenter
Bestandteil der 180-Grad-Hybridschaltung wird.
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Es
wird ein Hochfrequenz- (HF-) Sendersystem mit einer Eingangsschaltung
zum Empfang eines zu verstärkenden
und zu sendenden HF-Signals vorgelegt. Es ist eine serielle Schaltung
vorgesehen, welche ein erstes und ein zweites in Kaskade geschaltetes
Verstärkernetzwerk
aufweist, welche der Eingangsschaltung nachgeschaltet sind, und
wobei das erste Verstärkernetzwerk
dem zweiten Verstärkernetzwerk
vorgeschaltet ist und wobei das erste und das zweite Netzwerk jeweils
erste und zweite nichtlineare Verstärker aufweisen, welche gegenüber dem
HF-Signal nichtlineares Antwortverhalten aufweisen und welche nichtlineare
Verzerrungen in das HF-Signal einbringen, und wobei das zweite Netzwerk
einen Filter aufweist, welcher lineare Verzerrungen in das HF-Signal
einbringt. Die erste Korrekturschaltung ist der seriellen Schaltung
zur Vorkorrektur des HF-Signals in der Weise vorgeschaltet, dass
die linearen und nichtlinearen Verzerrungen ausgeglichen werden,
welche von dem zweiten Verstärkernetzwerk
eingebracht werden. Eine zweite Vorkorrekrurschaltung ist zwischen
die erste Korrekturschaltung und das erste Verstärkernetzwerk zum Vorkorrigieren
des HF-Signals zum Ausgleich der nichtlinearen Verzerrungen geschaltet,
welche von dem ersten Verstärkernetzwerk
eingebracht werden. Die zweite Vorkorrekturschaltung weist einen
dritten nichtlinearen Verstärker
auf welcher dafür
ausgewählt
ist, gegenüber
einem angelegten HF-Signal
ein nichtlineares Antwortverhalten aufzuweisen, welches demjenigen
des ersten Verstärkers ähnlich ist.