DE69130911T2 - Gerät zur spektralen Entzerrung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entzerrungsvorrichtung mit einem Eingang für ein zu entzerrendes Signal, einem Ausgang zum Liefern des entzerrten Signals, einer Korrekturkaskade, die den Eingang mit dem Ausgang verbindet, wobei die Kaskade aus wenigstens zwei in Kaskade geschalteten Korrekturzellen gebildet ist, die mittels einer Kopplungsschaltung gebildet und jeweils mit einem Steueranschluß versehen sind, um eine Steuerinformation zu empfangen, die die vorzunehmende Korrektur bestimmt und aus einer Entzerrungsmeßschaltung stammt, die zum Messen der von der Vorrichtung vorgenommenen Entzerrung bestimmt ist.
• Derartige Vorrichtungen sind wohlbekannt und finden viele Anwendungen insbesondere beim Senden digitaler Daten auf dem Funkweg.
• Es ist bekannt, daß die Funkverbindungen gegenüber dem Vielfachwegphänomen aufgrund von Reflexionen der Funkwelle an verschiedenen Hindernissen, insbesondere dem Boden, anfällig sind.
• Diese Vielfachwege verschlechtern das Spektrum der gesendeten Welle. Um diese Verschlechterung zu vermeiden, werden in den Empfänger Zellen eingebaut, die inverse Übertragungsfunktionen aufweisen, die der Ausbreitung nahekommen. Hierzu könnte das Patent der Vereinigten Staaten von Amerika US-A-4 258 340 konsultiert werden. Der Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 ist aus diesem Patent abgeleitet.
• In diesem erwähnten Patent wird eine erste Verzweigungsschaltung verwendet, um das zu entzerrende Signal auf zwei Wege aufzuteilen, wobei Korrekturen vorgesehen sind, die in jeden dieser Wege eingefügt sein können. Eine zweite Kombinationsschaltung ist erforderlich, um das entzerrte Signal zu liefern, indem die von diesen beiden Wegen stammenden Signale kombiniert werden.
• Aus der japanischen Patentschrift JP-A-59 229 901 ist eine Entzerrungsschaltung bekannt, die eine Hybridschaltung verwendet. Um die Entzerrung einzustellen, enthält diese Schaltung Übertragungsleitungen, deren Längen eingestellt werden, wodurch eine automatische Entzerrung in einfacher Weise nicht erhalten werden kann.
• Die vorliegende Erfindung schlägt eine Vorrichtung dieser Art vor, die eine viel einfachere Struktur hat als jene, die in den obenerwähnten Dokumenten beschrieben ist, die dennoch vergleichbare Leistungen aufweist und die sich für eine einfache Steuerung gut eignet.
• Hierzu ist eine solche Vorrichtung dadurch ausgezeichnet, daß die Kopplungsschaltungen aus Hybridschaltungen gebildet sind, daß eine erste der Zellen, eine sogenannte Zelle mit minimaler Phase, eine Übertragungsfunktion Hm(ω) wie folgt aufweist:
• Hm(ω) = 1 + ρe -jωτ
• worin ρ ein variabler Reflexionskoeffizient ist,
• τ eine festgelegte Verzögerung ist,
• und ω die Frequenz darstellt,
• wobei jede Kopplungsschaltung einen Eingangszugang und einen Ausgangszugang für das zu korrigierende Signal bzw. das korrigierte Signal aufweist, daß die erste Zelle in einen ersten Hilfszugang einer Hybridschaltung eingefügt eine erste festgelegte Reflexionsschaltung, die aus einer ersten Spiegelschaltung mit einem festgelegten Reflexionskoeffizienten von Γ&sub2; = K gebildet ist, und in einen zweiten Hilfszugang der ersten Hybridschaltung eingefügt eine zweite Reflexionsschaltung aufweist, die aus einer ersten Verzögerungsleitung und einer ersten Fehlanpassungsschaltung gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die zweite Reflexionsschaltung eine variable Reflexion Γ&sub4; in Abhängigkeit von der Steuerinformation aufweist:
• von welcher ausgehend der variable Reflexionskoeffizient erstellt wird,
• worin R(Vd) ein Widerstand ist, der in Abhängigkeit von Vd variabel ist, die die Steuerinformation darstellt, und
• Z&sub0; die charakteristische Impedanz des Ausbreitungsmediums der zu korrigierenden Signale ist,
• τ die festgelegte Verzögerung ist, die der doppelten Verzögerung entspricht, die von der ersten Verzögerungsleitung verursacht wird,
• daß der Ausgangszugang der ersten Zelle vorgesehen ist, um die Überlagerung der von der ersten und der zweiten Reflexionsschaltung der ersten Zelle reflektierten Wellen zu empfangen,
• daß eine zweite der Korrekturzellen, eine sogenannte Zelle mit nichtminimaler Phase, eine Übertragungsfunktion Hnm(ω) wie folgt aufweist:
• Hnm(ω) = ρ + e-jωτ
• und daß die zweite Korrekturzelle in einen ersten Hilfszugang einer zweiten Hybridschaltung eingefügt eine dritte Reflexionsschaltung, die aus einer zweiten Fehlanpassungsschaltung mit einer variablen Reflexion Γ&sub2;'
• gebildet ist, und in einen zweiten Hilfszugang der zweiten Hybridschaltung eingefügt eine vierte Reflexionsschaltung aufweist, die aus einer zweiten Verzögerungsleitung und einer zweiten Spiegelschaltung gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die vierte Reflexionsschaltung eine festgelegte Reflexion Γ&sub4;' aufweist:
• Γ&sub4;' = -e-jωτ
• von welcher ausgehend der variable Reflexionskoeffizient erstellt wird.
• Die folgende Beschreibung, die von der beigefügten Zeichnung begleitet wird und ausschließlich anhand eines nichtbeschränkenden Beispiels gegeben wird, macht besser verständlich, wie die Erfindung ausgeführt werden kann.
• Fig. 1 zeigt eine Entzerrungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt die Veränderung des Moduls der Übertragungsfunktion der Vorrichtung der Erfindung.
• Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Hybridschaltung.
• Fig. 4 zeigt eine Ausführung der Fehlanpassungsschaltung.
• Fig. 5 zeigt die Veränderung des Reflexionskoeffizienten, der von der Fehlanpassungsschaltung in Abhängigkeit von einem Parameter R angenommen wird.
• Der Anschluß 1 von Fig. 1 zeigt den Eingangsanschluß für ein zu entzerrendes Signal des digitalen Typs. Mit diesem Eingangsanschluß 1 ist eine erste Entzerrungszelle 5, eine sogenannte Zelle mit minimaler Phase, verbunden, die eine Übertragungsfunktion Hm(ω) wie folgt aufweist:
• Hm(ω) = 1 + ρe-jωτ (1)
• worin ω die betrachtete Frequenz ist
• τ eine Verzögerung ist, die im folgenden erläutert wird,
• ρ der Parameter ist, der sich in Abhängigkeit von einem an den Steueranschluß 10 der Zelle 5 angelegten Signal ändert.
• Der Ausgang der Zelle 5 ist mit dem Eingang einer zweiten Entzerrungszelle 15, einer sogenannten Zelle mit nichtminimaler Phase, verbunden, die eine Übertragungsfunktion Hnm(ω) wie folgt aufweist:
• Hnm(ω) = ρ + e-jωτ (2)
• wobei ρ durch das an den Steueranschluß 20 der Zelle 15 angelegte Signal definiert ist.
• Die globale Übertragungsfunktion H(m) lautet wie folgt:
• H(ω) = Hm(ω) · Hnm(ω) = ρ + ρ²e-jωτ + e-jωτ + ρejωτ = = e-jωτ(1 + ρ² + 2ρ cos ωτ)
• wobei festgestellt wird, daß keine Gruppenzeitänderung Δtg auftritt, da die Gruppenzeit tg konstant ist:
• tg = d(ωτ)/dω = τ
• Somit wird die Impulsübertragung von der Vorrichtung nur wenig beeinflußt.
• In Fig. 2 ist die Änderung H(ω) in Abhängigkeit von ω dargestellt; diese Änderungen sind um die Gerade 1 + ρ² zentriert, während ihre Amplituden 4ρ betragen.
• Für ein Beobachtungsband Δω wenig vor π/2 und um ωk zentriert kann der Verlauf an ein Geradensegment angenähert werden, dessen Steigung (positiv oder negativ) von ρ abhängt, wobei ωk gleich dem Wert von ω ist, wo H(ω) die Gerade 1 + ρ² schneidet.
• Falls umgekehrt das zu entzerrende Signal um ω&sub0; zentriert ist, kann τ = τk = π/2ω0 + kπ/ω&sub0; gewählt werden, so daß H(ω) die geforderten Bedingungen erfüllt (k ist eine ganze Zahl, die gleich 1, 2, ... ist).
• Um diese Übertragungsfunktion bequem regeln zu können, ist eine Spektrumsverzerrung-Meßschaltung 22 vorgesehen, die mit dem Ausgang der Zelle 15 über einen Pufferverstärker 24 verbunden ist. Das von der Meßschaltung gelieferte Signal wird an die Steuereingänge 10 und 20 der Zellen 5 und 15 über ein Regelungsfilter 26 angelegt.
• Der Ausgang 30 der Vorrichtung ist mit dem Ausgang des Verstärkers 24 über eine Pegelregulierungsschaltung 27 mit herkömmlichem Aufbau verbunden.
• Bei A ist ein Spektrum des Signals gezeigt, das an den Eingang 1 angelegt wird und durch die Ausbreitung verzerrt ist. An diesem Signal wird festgestellt, daß der Scheitel des Spektrums nicht horizontal ist und eine gewisse Steigung p = p&sub1; aufweist. Die Entzerrungsvorrichtung macht diese Steigung gleich 0 (p = 0) (siehe bei B in Fig. 1), woraus sich der Name "Steigungskorrektur" ergibt, der dieser Art von Vorrichtung eigentümlich ist.
• Hierzu schlägt die Erfindung Korrekturzellen mit besonders vorteilhafter Struktur vor. Diese Zellen sind aus einer einzigen Hybridschaltung 50, 51 für die Zellen 5 bzw. 15 gebildet. Diese Schaltungen 50 und 51 enthalten Zugänge A1, A2, A3 bzw. A4. Sie enthalten außerdem Reflexionsschaltungen, die an die Zugänge A2 und A4 angeschlossen sind.
• Die an den Zugang A2 der Schaltung 50 angeschlossene Reflexionsschaltung ist aus einer Kurzschlußspiegelschaltung 52, die einen Reflexionskoeffizienten -1 ergibt, gebildet, wobei die Reflexionsschaltung, die an den Zugang A4 der Schaltung 50 angeschlossen ist, aus einer Verzögerungsleitung 54 und einer Fehlanpassungsschaltung 56 gebildet ist. Die an den Zugang A2 der Schaltung 51 angeschlossene Reflexionsschaltung ist aus einer Fehlanpassungsschaltung 59 gebildet, während die an den Zugang A4 angeschlossene Reflexionsschaltung aus einer Verzögerungsleitung 61 und einer Spiegelkurzschlußschaltung 63 gebildet ist.
• Die Eingänge der Zellen 5 und 15 sind durch die Eingänge von Pufferverstärkern 70 bzw. 71 gebildet, deren Ausgänge mit den Zugängen A1 der Hybridschaltungen 50 und 51 verbunden sind; diese Verstärker, die nicht zwangsläufig notwendig sind, vermeiden die Fehlanpassungswirkungen, die die von der Erfindung empfohlenen Maßnahmen herbeiführen.
• Die Ausgänge der Zellen sind jeweils durch die Zugänge A3 der Schaltungen 50 bzw. 51 gebildet.
• Die Funktionsweise der Zellen 5 und 15 basiert auf den folgenden Betrachtungen:
• Die Übertragungsfunktion H&sub1;&sub3;(ω) einer Hybridschaltung ist gleich der Differenz der Reflexionskoeffizienten Γ&sub2; und Γ&sub4; (bis auf einen Multiplikationskoeffizienten), die durch die Dipole gebildet werden, die mit den Zugängen A2 bzw. A4 gegeben sind:
• H&sub1;&sub3;(ω) = Γ&sub4; - Γ&sub2;
• Für die Zelle 5 gilt:
• worin R(Vd) der Widerstand der Schaltung 56 ist,
• Z&sub0; die charakteristische Impedanz des Ausbreitungsmediums der Signale ist.
• Γ&sub2; = -1, woraus folgt:
• Falls sich R(Vd) von 0 bis Unendlich ändert, ändert sich (R(Vd) - Z&sub0;)/(R(Vd) + Z&sub0;) von -1 bis +1. Wenn diese Formel (3) mit (1) kombiniert wird, wird erhalten:
• Für die Zelle 15 gilt:
• Γ&sub4;' = -e-jωτ
• woraus folgt:
• Durch Verbinden mit Formel (2) ergibt sich die Relation (4).
• Fig. 3 zeigt eine zweckmäßige Ausführung der Hybridschaltungen 50 und 51, die für ω/2π = 70 MHz geeignet sind.
• Sie ist ausgehend von einem Differentialübertrager 70 gebildet, der aus einer Primärwicklung 71 und aus einer Sekundärwicklung 72, die mit einem Mittelpunkt versehen sind, gebildet ist. Ein Ende der Primärwicklung bildet den Zugang A1 in bezug auf Masse, ein Ende der Sekundärwicklung den Zugang A2, das andere Ende den Zugang A3 und der Mittelpunkt den Zugang A4.
• Die Fehlanpassungsschaltung 56, 59, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist anhand einer Diode PIN 80 gebildet, deren Anoden/Katoden- Pfad durch die Spannung Vd über eine Entkopplungs-Selbstinduktionsspule 82 vorgespannt ist. Diese Diode ist mit der Leitung 54 (Zelle 5) oder mit dem Zugang A2 der Schaltung 15 (Zelle 15) über einen Kondensator 84 mit hoher Kapazität verbunden, so daß sie als Kurzschlußschaltung mit der betreffenden Arbeitsfrequenz angesehen werden kann.
• Wenn eine Diode PIN mit guter Qualität verwendet wird, ändert sich ihr Widerstand praktisch von 0 bis Unendlich; Fig. 5 gibt unter Berücksichtigung von Gleichung 4 den zugehörigen Wert von ρ an. Es kann ohne weiteres festgestellt werden, daß sich dieser Wert von ρ = -1 bis ρ = +1 ändert.
• Es wird außerdem angemerkt, daß die Leitungen 54 und 61 reflektierend arbeiten und daß für eine gegebene Verzögerung ihre Länge wenigstens doppelt so groß ist.
• Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist die Spektrumsverzerrung-Meßschaltung aus einer integrierten Schaltung 90 gebildet, die dazu vorgesehen ist, an den analogen Signalen als Frequenzdiskriminator zu arbeiten. Dieser Schaltung ist eine Resonanzschaltung zugeordnet, die aus einem Kondensator 92 und einer Induktionsspule 94 aufgebaut ist. Die Resonanzschaltung wird im Rahmen dieses Beispiels auf 70 MHz geregelt und die integrierte Schaltung ist eine Schaltung, die von PLESSEY unter der Bezeichnung SL1454 hergestellt wird.

Claims (5)

1. Entzerrungsvorrichtung mit einem Eingang (1) für ein zu entzerrendes Signal, einem Ausgang (30) zum Liefern des entzerrten Signals, einer Korrekturkaskade, die den Eingang mit dem Ausgang verbindet, wobei die Kaskade aus wenigstens zwei in Kaskade geschalteten Korrekturzellen (5, 15) gebildet ist, die mittels einer Kopplungsschaltung gebildet und jeweils mit einem Steueranschluß (10, 20) versehen sind, um eine Steurinformation zu empfangen, die die vorzunehmende Korrektur bestimmt und aus einer Entzerrungsmeßschaltung (22) stammt, die zum Messen der von der Vorrichtung vorgenommenen Entzerrung bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltungen aus Hybridschaltungen gebildet sind, daß eine erste Zelle (5), eine sogenannte Zelle mit minimaler Phase, eine Übertragungsfunktion Hm(ω) wie folgt aufweist:

Hm (ω) = 1 + ρe-jωτ

worin ρ ein variabler Reflexionskoeffizient ist,

τ eine festgelegte Verzögerung ist,

und ω die Frequenz darstellt,

wobei jede Kopplungsschaltung einen Eingangszugang und einen Ausgangszugang für das zu korrigierende Signal bzw. das korrigierte Signal aufweist, daß die erste Zelle (5) in einen ersten Hilfszugang (A2) einer Hybridschaltung (50) eingefügt eine erste festgelegte Reflexionsschaltung (52), die aus einer ersten Spiegelschaltung mit einem festgelegten Reflexionskoeffizienten von Γ&sub2; = K gebildet ist, und in einen zweiten Hilfszugang (A4) der ersten Hybridschaltung (50) eingefügt eine zweite Reflexionsschaltung aufweist, die aus einer ersten Verzögerungsleitung (54) und einer ersten Fehlanpassungsschaltung (56) gebil det ist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die zweite Reflexionsschaltung eine variable Reflexion Γ&sub4; in Abhängigkeit von der Steuerinformation aufweist:

von welcher ausgehend der variable Reflexionskoeffizient erstellt wird,

worin R(Vd) ein Widerstand ist, der in Abhängigkeit von Vd variabel ist, die die Steuerinformation darstellt, und

Z&sub0; die charakteristische Impedanz des Fortpflanzungsmediums der zu korrigierenden Signale ist,

τ die festgelegte Verzögerung ist, die der doppelten Verzögerung entspricht, die von der ersten Verzögerungsleitung verursacht wird,

daß der Ausgangszugang (A3) der ersten Zelle vorgesehen ist, um die Überlagerung der von der ersten und der zweiten Reflexionsschaltung der ersten Zelle reflektierten Wellen zu empfangen, daß eine zweite der Korrekturzellen (15), eine sogenannte Zelle mit nichtminimaler Phase, eine Übertragungsfunktion Hnm(ω) wie folgt aufweist:

Hnm(ω) = ρ + e-jωτ

und daß die zweite Korrekturzelle (15) in einen ersten Hilfszugang (A2) einer zweiten Hybridschaltung (51) eingefügt eine dritte Reflexionsschaltung, die aus einer zweiten Entanpassungsschaltung (59) mit einer variablen Reflexion Γ&sub2;':

gebildet ist, und in einen zweiten Hilfszugang (A4) der zweiten Hybridschaltung (51) eingefügt eine vierte Reflexionsschaltung aufweist, die aus einer zweiten Verzögerungsleitung (61) und einer zweiten Spiegelschaltung (63) gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die vierte Reflexionsschaltung eine festgelegte Reflexion Γ&sub4;' aufweist:

Γ&sub4;' = -e-jωτ

von welcher ausgehend der variable Reflexionskoeffizient erstellt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Reflexionsschaltung eine PIN-Diode (80) enthalten.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und der zweiten Hybridschaltungen (50, 51) aus einem Differentialübertrager (70) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrungsmeßschaltung (22) aus einem Frequenzdiskriminator (90) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequendiskriminator (90) aus einer integrierten Schaltung gebildet ist, die mit einem Resonanzkreis (92, 94) zusammenwirkt.