DE69220514T2

DE69220514T2 - Vorverzerrer und Methode für elektronische und optische Signallinearisierung

Info

Publication number: DE69220514T2
Application number: DE69220514T
Authority: DE
Inventors: Henry A Blauvelt; John S Frame; Howard L Loboda
Original assignee: Ortel Corp
Current assignee: Ortel Corp
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2012-02-08
Also published as: EP0498456A1; EP0498456B1; CA2060117A1; US5132639A; JP3221594B2; AU1078292A; JPH0787403B2; JPH04336819A; DE69220514D1; AU645878B2; ES2104741T3; JPH07202763A; CA2060117C

Description

Diese Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, die die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 umfaßt, und ein Verfahren gemäß Anspruch 15, um einen linearen Ausgang von einer amplitudenmodulierten Übertragungseinrichtung zu liefern, wie einem Halbleiterlaser, der einen Ausgang hat, der gegenüber dem Eingang aufgrund seiner eigenen Nichtlinearität verzerrt ist. Die Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung wird durch Anlegen eines vorverzerrten Signals an den Eingang der nichtlinearen Einrichtung ausgeglichen. Die Vorverzerrung wird so ausgewählt, daß die Verzerrung der nichtlinearen Vorrichtung das unverzerrte Signal wieder herstellt.
Das unmittelbare Modulieren der analogen Intensität einer Leuchtdiode (LED) oder eines Halbleiterlaser mit einem elektrischen Signal wird als eines der einfachsten, auf dem Gebiet bekannten Verfahren zum Übertragen analoger Signale, wie Ton- und Videosignale, auf optischen Fasern betrachtet. Obgleich solche analogen Techniken den Vorteil merklich kleinerer Bandbreitenanforderungen als digitale Impulscodemodulation oder analoge oder Impulsfrequenzmodulation haben, kann die Amplitudenmodulation an Rauschen und Nichtlinearität der optischen Quelle leiden.
Eine Eigenverzerrung, die gewisse analoge Sender aufweisen, verhindert, daß ein lineares, elektrisches Modulationssignal linear in ein optisches Signal umgewandelt wird, und bewirkt stattdessen, daß das Signal verzerrt wird. Diese Wirkungen sind besonders schädlich bei einer Mehrkanalvideoübertragung, die eine ausgezeichnete Linearität verlangt, um zu verhindern, daß sich Kanäle gegenseitig stören. Ein äußerst linearisiertes, analogisches, optisches System findet breite Anwendung bei gewerblicher Fernsehübertragung, computergestütztem Fernsehen, inaktivem Fernsehen und Videotelefonübertragung.
Die Linearisierung von optischen und anderen nichtlinearen Sendern ist seit einiger Zeit untersucht worden, wobei aber die vorgeschlagenen Lösungen unter praktischen Nachteilen leiden. Die meisten Anwendungen haben Bandbreiten, die für die praktische Verwendung zu breit sind. Vorwärtsregelungstechniken verlangen komplexe Systemkomponenten, wie optische Leistungskombinationseinrichtungen und mehrere optische Quellen. Quasi optische Vorwärtsregelungstechniken leiden an ähnlichen Komplexitätsproblemen und verlangen des weiteren äußerst gut angepaßte Teile.
Ein Verfahren, das in der Vergangenheit verwendet wurde, die Eigenverzerrung von nichtlinearen Einrichtung zu verringern, ist die Vorverzerrung gewesen. Bei dieser Technik wird ein Modulationssignal mit einem Signal kombiniert, das die gleiche Größe wie die Eigenverzerrung der nichtlinearen Einrichtung hat, aber mit umgekehrten Vorzeichen. Wenn die nichtlineare Einrichtung das kombinierte Signal moduliert, wird die Eigenverzerrung der Einrichtung durch die Vorverzerrung des kombinierten Signals aufgehoben und nur der lineare Teil des Quellensignals wird übertragen.
Dieses Vorverzerrungssignal ist üblicherweise in der Form von additiven oder subtraktiven Kombinationen der Eingangsgrundfrequenzen, da diese Intermodulationsprodukte die fruchtbarste Quelle für eine Verzerrung bei der analogen Signalübertragung bilden. Bei der Verbreitung von Amplitudenmodulationssignalen für bspw. Kabelfernsehen gibt es häufig so viele wie 40 Frequenzen auf einem bestimmten Band und viele Möglichkeiten für Intermdodulationsprodukte der zweiten Ordnung oder dritten Ordnung dieser Frequenzen.
Gegenwärtige Vorverzerrungstechniken, wie sie bspw. aus US-A- 3,732,502 bekannt sind, teilen im allgemeinen ein Eingangssignal in zwei oder mehrere elektrische Wege auf und erzeugen eine Vorverzerrung bei einem oder mehreren der Wege, die der Eigenverzerrung der nichtlinearen Übertragungseinrichtung ähnelt. Die erzeugte Vorverzerrung ist das Umgekehrte der Eigenverzerrung- der nichtlinearen Einrichtung und dient, die Wirkung der Eigenverzerrung der Einrichtung aufzuheben, wenn sie mit dem Eingangssignal wieder kombiniert wird.
Aus EP-A-132 760 ist eine Feldeffekttransistor-Leistungsverstärkungsvorrichtung bekannt, die einen Verzerrungsgenerator umfaßt, der ein Verzerrungssignal erzeugt, das eine Verzerrungskomponente angibt, die die gleiche Amplitude und umgekehrte Phase wie jene einer Verzerrung hat, die von einem Leistungsverstärker erzeugt wird. Die Amplitude und die Phase des Verzerrungssignals werden gemäß einem Steuersignal gesteuert, das von dem Größenverhältnis des Eingangs- und Ausgangssignals der Vorrichtung abhängt. Die Verzerrungskomponente, die von dem Leistungsverstärker erzeugt wird, wird durch das gesteuerte Verzerrungssignal ausgeglichen.
Aus JP-A-55-4102 ist eine nichtlineare Erzeugungsschaltung bekannt, die Transistoren umfaßt, die als nichtlineare Elemente arbeiten und zwischen einem Eingangsverteiler und einem Ausgangssynthesizer verbunden sind. Die Transistoren werden stabil bei einer hohen Frequenz betrieben, und die Pegelbeziehung zwischen Störungen der zweiten und dritten Ordnung können mittels eines Gegentaktverstärkers eingestellt werden.
Eine Dämpfung kann verwendet werden, die Größe der Vorverzerrung an die Größe der der Einrichtung zu eigenen Verzerrungseigenschaften anzupassen, bevor die Signale wieder kombiniert und zu der nichtlinearen Einrichtung zur Modulation geschickt werden. Jedoch leidet das Verfahren an Grobheit, weil nichtlineare Einrichtungen häufig Amplituden und Phasenverzerrungseigenschaften haben, die von der Frequenz des modulierenden Signals abhängen. Gegenwärtige Techniken liefern keine Mittel, um diese frequenzabhängigen Nichtlinearitäten auszugleichen.
Zu vernachlässigen, die Frequenzabhängigkeit der Verzerrung zu korrigieren, führt zu einem Ergebnis, das für viele Systeme und für Signale mit relativ schmaler Bandbreite tolerierbar ist. Jedoch werden sie besonders schwierig, wenn ein elektrisches Fernsehsignal in ein optisches Signal zur Kabelübertragung umgewandt wird. Solche Signale für das Kabelfernsehen können vierzig oder mehr Eingangsfrequenzen haben, von denen alle amplitudenmodulierte Signale hoher Qualität haben müssen. Die Übertragungseinrichtungen für ein solches Signal müssen ein außergewöhnlich hohes Maß an Linearität haben. Die bei der Fernsehübertragung und Ähnlichem verwendete Bandbreite wird ziemlich breit, und die Vorverzerrungstechniken, die gegenwärtige verfügbar sind, sind unzureichend, das breite Band mit dem erwünschten Fehlen an Verzerrung zu überdecken. Ein Ausgleich für Intermodulationsprodukte höherer Ordnung und über einen breiten Frequenzbereich sind deshalb erwünscht.
Diese und andere Schwierigkeiten, die beim Stand der Technik angetroffen werden, werden durch eine Vorverzerrungsschaltung, die die Merkmale des Patentanspruches 1 umfaßt, und ein Verfahren überwunden, das die Schritte des Anspruches 15 aufweist.
Somit teilt in der Praxis dieser Erfindung gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform eine Vorverzerrungsschaltung zum Verringern der Verzerrung bei der Übertragung von analogen Signalen ein Eingangsmodulationssignal in drei elektrische Wege auf, einen primären, einen sekundären, gerader Ordnung und einen sekundären, ungerader Ordnung. Ein Vorverzerrungsverstärker in dem geraden Weg zweiter Ordnung erzeugt Intermodulationsverzerrungsprodukte zweiter Ordnung des Eingangssignals. Ein Vorverzerrungsverstärker in dem sekundären Weg ungerader Ordnung erzeugt Intermodulationsverzerrungsprodukte dritter Ordnung des Eingangssignals.
Die so erzeugte Verzerrung oder Vorverzerrung in jedem sekundären Weg wird eingestellt, daß sie im wesentlichen von gleicher Größe und entgegengesetztem Vorzeichen wie die Eigenverzerrung einer nichtlinearen Modulationseinrichtung ist, auf die das Signal angewendet wird. Die Vorverzerrungssignale werden in der Amplitude und Phase eingestellt, daß sie zu der Frequenzabhängigkeit der Verzerrung durch die nichtlineare Einrichtung passen. Die Phasen der Signale werden durch eine Verzögerung oder ein Phaseneinstellelement in jedem der elektrischen Wege synchronisiert. Die primären und sekundären Signale werden dann kombiniert, ein einzelnes Modulationssiganl zu erzeugen, das die Verzerrung des Intermodulationsproduktes einschließt.
Die Phase bei dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung wird sowohl bei einer hohen Frequenz in dem Frequenzbereich der Schaltung und bei einer mittleren Frequenz eingestellt. Somit linearisiert die Vorverzerrungsschaltung in hohem Maß die Übertragung der Modulationssignale, indem eine Eigenverzerrung der nichtlinearen Übertragungseinrichtungen über einen breiten Frequenzbereich aufgehoben wird.
Diese und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden besser durch Bezugnahme auf die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung verstanden und erkannt, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, worin:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das eine Vorverzerrungsschaltung zeigt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Push-Push-Verstärkers ist;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm ist, das eine praktische Vorverzerrungsschaltung beispielhaft zeigt;
Fig. 4 eine Darstellung der Wirkung der Vorverzerrung auf die Wellenformen eines Modulationssignals ist;
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, das eine Vorverzerrungsschaltung mit mehr als einem "sekundären" Weg zeigt;
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Vorverzerrungsschaltung ist, die über einen breiteren Frequenzbereich zweckmäßig ist;
Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm eines beispielhaften Push- Push-Verstärkers ist;
Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm eines beispielhaften Push- Push-Verstärkers ist;
Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm eines Allpaß-Verzögerungs- Ausgleichnetzwerkes ist;
Fig. 10 ein Diagramm einer beispielhaften Amplitudenneigungsschaltung; und
Fig. 11 eine schematische, graphische Darstellung, die die Vorverzerrung darstellt, die die Verzerrung einer nichtlinearen Einrichtung ausgleicht.
Das Prinzip der Vorverzerrung ist abstrakt in Fig. 4 gezeigt. Ein Eingangssignal Y&sub0; wird einem Vorverzerrungsnetzwerk eingegeben. Das Vorverzerrungsnetzwerk hat eine nichtlineare Übertragungsfunktion, die von der Linearität entgegengesetzt und umgekehrt zu der Abweichung eines nichtlinearen Senders abweicht, der eine bekannte Übertragungsfunktion 41 hat. Das Signal Y&sub1; von dem Vorverzerrungsnetzwerk ist eine Kombination aus dem Eingangsquellensignal Y&sub0; und einer Vorverzerrung, die sich aus der nichtlinearen Übertragungsfunktion 40 ergibt. Das Signal Y&sub1; wird dem nichtlinearen Sender zugeführt und erscheint nach der Modulation durch den Sender als ein im wesentlichen lineares Signal Y&sub2; als ein Ergebnis der Eigenverzerrung dem Senders, die umgekehrt zu der Vorverzerrung des signals Y&sub1; in Beziehung steht und durch es aufgehoben wird.
Nun auf Fig. 1 Bezug nehmend wird ein Eingangsquellensignal 12 einem Richtungskoppler 10 zugeführt und wird in einen primären, elektrischen Weg 13 und einen sekundären, elektrischen Weg 14 aufgeteilt. Typischerweise ist der Anteil des Signals auf dem primären, elektrischen Weg in der Leistung wesentlich größer als das Signal auf dem sekundären, elektrischen Weg. Beispielsweise kann ein Richtungskoppler von 11 dB verwendet werden, um dieses Ergebnis zu erzielen.
Der sekundäre, elektrische Weg umfaßt eine Reihenschaltung aus einem Verzerrungsgenerator 15, einem Amplitudeneinstellblock 17, einem "Neigungs-" oder Frequenzeinstellblock 19 und einem Phasenfeineinstellblock 21. Diese Elemente können in der Reihenfolge entlang dem sekundären, elektrischen Weg verändert werden.
Das Signal auf dem sekundären, elektrischen Weg wird zuerst dem Verzerrungsgenerator zugeführt. Der Ausgang des Verzerrungsgenerators umfaßt eine Intermodulationsverzerrung der Eingangsfrequenzen. Eine Verzerrung zweiter Ordnung oder zweiter oder höherer Ordnung kann erzeugt werden. Idealerweise wird die Grundfrequenz in dem Verzerrungsgenerator durch Aufheben, Filtern oder andere Mittel unterdrückt. Das so erzeugte Intermodulationsprodukt hat eine zu dem Eingangssignal entgegengesetzte Phase. Diese Umkehrung kann in dem Verzerrungsgenerator oder mit einem getrennten Umkehrelement (nicht gezeigt) ausgeführt werden.
Der verzerrte Ausgang von dem Verzerrungsgenerator ist in der Größe an die Größe der Eigenverzerrung angepaßt, die in der Übertragungseinrichtung (in Fig. 1 nicht gezeigt) vorausgesagt wird, die das Ausgangssiganl 25 empfängt. Die Anpassungsfunktion tritt in dem Amplitudeneinstellblock 17 auf, und diese Einstellung kann bspw. von Hand mit einer veränderbaren Dämpfungseinrichtung oder dynamisch mit einem Element zur automatischen Verstärkungssteuerung ausgeführt werden. Der Ausgang des Amplitudeneinstellblocks 17 umfaßt deshalb eine Intermodulationsverzerrung eines kleinen Anteils des Eingangssignals und hat im wesentlichen die Größe und das entgegengesetzte Vorzeichen wie die Eigenverzerrung der nichtlinearen Übertragungseinrichtung, die das Ausgangssignal 25 der Vorverzerrungsschaltung erhält. Dieser Ausgang oder das Vorverzerrungssignal verringert wirksam die frequenzunabhängige Komponente der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung.
Die Erzeugung des Vorverzerrungssignals auf dem sekundären, elektrischen Weg enthält typischerweise eine Zeitverzögerung im bezug auf den primären, elektrischen Weg. Bevor der primäre und der sekundäre Weg kombiniert werden, wird eine Einstellung gemacht, um die relative Phase des elektrischen Signals des primären Wegs in bezug auf die Phase des elektrischen Signals des sekundären Wegs einzustellen, was die beste Aufheben der Eigenverzerrung der nichtlinearen Einrichtung ergibt. Diese Phasenanpassung wird bei dem primären, elektrischen Weg durch eine äußere Verzögerung 23 gemacht, die den primären Anteil des Signals 13 erhält, das durch den Richtungskoppler 10 aufgeteilt worden ist. Die Zeitverzögerung kann von Hand oder automatisch eingestellt werden. Eine beispielhafte Verzögerung kann einfach eine Übertragungsleitung ausgewählter Länge sein, um eine geeignete Verzögerung einzuführen.
Eine beispielhafte Übertragungseinrichtung kann ein Halbleiterlaser oder eine Leuchtdiode sein, die von dem Ausgangssignal moduliert werden. Die Eigenverzerrung einer solchen Einrichtung ist von der Frequenz nicht unabhängig. Allgemein gesagt ist die Verzerrung bei höheren Frequenzen von Natur aus größer.
Um eine frequenzabhängige Verzerrung der nichtlinearen Übertragungseinrichtung einzustellen, wird der Ausgang des Amplitudeneinstellblocks dann einem Frequenzeinstell- oder "Neigungs"-Einstellblock 19 zugeführt. Die Neigungseinstellung ist ein veränderbares Filter oder eine ähnliche Einrichtung, die die Amplitude der Verzerrung bei hohen Frequenzen zu einer "Aufwärtsneigung" erhöht und sie bei hohen Frequenzen für eine "Abwärtsneigung" verringert. Diese Einstellung kann ebenso wie die Amplitudeneinstellung entweder von Hand oder automatisch gemacht werden. Indem mehr oder weniger der hochfrequenten Verzerrungsprodukte als der niederfrequenten Verzerrungsprodukte hindurchgelassen werden, ermöglicht die Neigungseinstellung, daß das Vorverzerrungssignal genauer auf die eigenen Verzerrungseigenschaften der nichtlinearen Einrichtung maßgeschneidert werden.
Typischerweise wird die Amplitudeneinstellung gemacht, um die Verzerrung auszugleichen, die an dem niederfrequenten Ende des Bandes auftritt. Die Frequenzeinstellung wird dann als eine Aufwärtsneigung gemacht, um eine Verzerrung an dem hochfrequenten Ende des Bandes auszugleichen. Maxl beachte, daß diese gleiche Wirkung durch eine Amplitudeneinstellung an dem hochfrequenten Ende und einer Aufwärtsneigung oder einer Abwärtsneigung an dem niederfrequenten Ende als eine geeignete Abschwächung oder Verstärkung des Signals erzielt werden kann.
Ein zusätzlicher Phasenfeineinstellungsblock 21 auf dem sekundären, elektrischen Weg liefert eine genauere Einstellung der relativen Phase zwischen der Verzerrung, die in dem sekundären Weg erzeugt worden ist, und der Eigenverzerrung der nichtlinearen Einrichtung. Diese Einstellung kann ebenso wie die Amplitudeneinstellung von Hand gemacht werden oder kann frequenzabhängig sein. Es ist gefunden worden, daß die Einstellung der Amplituden, der Frequenz und der Phase üblicherweise von Hand in weniger als einer Minute abgeschlossen wird. Was man macht ist, die geeignete Einstellung zu machen, während die Verzerrung am Ausgang der nichtlinearen Einrichtung beobachtet wird. Die Einstellung sucht, die endgültige Verzerrung zu minimieren. Die optimale Einstellung ist, wenn das Vorverzerrungssignal die gleiche Größe wie die Eigenverzerrung der nichtlinearen Einrichtung hat und die Vorverzerrung genau mit der Verzerrung um 180º außer Phase ist.
Es ist von Bedeutung, daß die Phaseneinstellung im bezug auf die Verzerrung der Einrichtung gemacht wird. Vorausgehende Zeitverzögerungen sind eingeführt worden, so daß die Vorverzerrung genau mit dem primären Signal in Phase (oder 180º außer Phase) ist. Dies kann für manche Zwecke ausreichend sein, ist für andere aber nicht geeignet, wie bspw. eine Fernsehbandbreitenmodulation eines Lasers.
Sobald die relativen Phasen der Signale auf dem primären und sekundären, elektrischen Weg eingestellt worden sind, werden sie durch den Ausgangsrichtungskoppler 11 kombiniert. Das kombinierte Signal 25, das die Vorverzerrungskomponente von dem zweiten Weg einschließt, wird an eine nichtlineare Übertragungseinrichtung zur Modulation des Signals ausgegeben.
Ein Beispiel eines Vorverzerrungs- oder Verzerrungsverstärkerblocks 15 ist im einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Ein Anteil des Eingangssignals 14 auf dem sekundären, elektrischen Weg wird einer 180º Teilereinrichtung 30 zugeführt, die das Signal in einen ersten, elektrischen Weg 38 und einen zweiten, elektrischen Weg 39 gleicher Größe und mit entgegengesetzten Vorzeichen aufteilt. Wenn es erwünscht ist, müssen die derart geteilten Signale nicht die gleiche Größe haben, wenn sie nachfolgend verstärkt oder abgeschwächt werden.
Der erste, elektrische Weg führt einem ersten Verstärker 32 zu, der Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung oder höherer Ordnung der Grundfrequenzen in dem Eingangssignal 14 erzeugt. Der zweite, elektrische Weg, der ein dem Vorzeichen nach zu dem ersten, elektrischen Weg entgegengesetztes Signal trägt, führten einem zweiten Verstärker 33 zu, der Intermodulationsprodukte gerader Ordnung erzeugt, die das gleiche Vorzeichen wie jene haben, die von dem ersten Verstärker 32 ausgegeben werden, aber Intermodulationsprodukte ungerader Ordnung mit entgegengesetztem Vorzeichen zu jenen erzeugt, die von dem ersten Verstärker ausgegeben werden. Die Signale werden additiv von einer 0-Grad Kombinationseinrichtung 34 kombiniert, die im wesentlichen die Grundfrequenzen und die Intermodulationsprodukte ungerader Ordnung verringert, wobei Intermodulationsproduktkomponenten gerader Ordnung in einem Ausgangssignal 37 gelassen werden. Indealerweise erzeugt dieses Verfahren reine gerade Komponenten zweiter Ordnung und höherer Ordnung der Intermodulationsverzerrung.
Der ersten und der zweite Verstärker 32 und 33 sind einstellbar, um eine vollständige Aufhebung der Intermodulationsproduktkomponente ungerader Ordnung zu verhindern. Diese Einstellung kann ausgeführt werden, indem die Vorströme zu den Verstärkern verändert werden, was eine geringe Wirkung auf die Verstärkung der Grundfrequenzen hat. Eine Zunahme beim Vorstrom des ersten Verstärkers 32 mit einer entsprechenden Abnahme bei dem Vorstrom des zweiten Verstärkers 33 macht die zwei Verstärker in dem Sinne ungleich, daß die Größe der erzeugten Intermodulationsprodukte nicht mehr zwischen den zwei Verstärkern identisch ist. Somit heben sich die Intermodulationsprodukte ungerader Ordnung einander nicht auf.
Das Unsymmetrischmachen dieser Verzerrungsschaltung, was als ein Push-Push-Verstärker bezeichnet wird, ermöglicht die Erzeugung einer Intermodulationsverzerrung aller interessierenden Ordnungen für Vorverzerrungszwecke. Die Grundfrequenzen können durch eine besondere Verstärkerkonstruktion oder durch Filtereinrichtungen (nicht gezeigt), entweder in Reihe mit, nach oder einheitlich mit jedem Verstärker unterdrückt werden. Vorzugsweise werden die Vorströme beider Verstärker 32 und 33 in gleicher und entgegengesetzter Richtung oder Sinn eingestellt, so daß die Unsymmetrie nur die Intermodulationsprodukte ungerader Ordnung beeinflußt und die Intermodulationsprodukte gerader Ordnung symmetrisch und im wesentlichen in der Größe unverändert bleiben.
Eine Ausführungsform der Vorverzerrungsschaltung ist in Fig. 3 gezeigt. Das Signal 14 auf dem sekundären Weg von dem Signalteilungskoppler 10 wird zuerst mittels eines einstellbaren Dämpfungsgliedes R&sub1;, R&sub3; abgeschwächt, um einen konstanten Signalpegel sicherzustellen. Wenn das Signal zu klein ist, mag es keine ausreichende Verzerrung geben, die Verzerrung der Übertragungseinrichtung auszugleichen. Im Gegensatz könnte, wenn das Signal zu groß ist, die Verzerrung überladen werden und selbst eine unannehmbare Verzerrung erzeugen.
Das gedämpfte Signal wird in der 180º Teilereinrichtung 30 geteilt und kapazitiv mit dem ersten und zweiten Verstärker 32 und 33 gekoppelt. Die Vorspannung der Verstärker wird eingestellt, um die erwünschten Intermodulationsprodukte dritter Ordnung und höherer Ordnung zu erhalten, und das wieder kombinierte Signal wird mittels der Amplitudeneinstellung 17 abgeschwächt, um die erwünschte Verzerrungsgröße bei relativ niedrigen Frequenzen, wie 50 MHz, zu erhalten. Als nächstes prüft man das hochfrequente Ende des Bandes und stellt das Frequenzfilter 19 ein, bis die Verzerrung zu der Eigenverzerrung der Übertragungseinrichtung bei dieser höheren Frequenz paßt. Dies hat eine geringe Wirkung auf die Vorverzerrung an dem niederfrequenten Ende des Bandes. Es neigt tatsächlich die Amplitude als eine Funktion der Frequenz um einen Schwenkpunkt nahe dem unteren Ende des Bandes.
Die Zeitverzögerung 23 wird an dem hochfrequenten Ende des Bandes eingestellt, um die Phase des Signals in den primären Signalweg einzustellen. Wiederum hat dies eine geringe Wirkung auf das niederfrequente Ende des Bandes. Schließlich wird die Phaseneinstellung 21 verwendet, um genauer die Phase der Vorverzerrung einzustellen, die in dem sekundären Weg erzeugt wird, um die Phasenverzerrung durch die nichtlineare Einrichtung auszugleichen. Wenn es notwendig ist, kann die Einstellreihenfolge wiederholt werden, um enger an die Eigenverzerrung der Übertragungseinrichtung anzupassen. Gewöhnlich müssen das anfängliche Dämpfungsglied und die Vorspannung der Vorverzerrungsverstärker nicht eingestellt werden, aber sie können in einem voreingestellten Zustand bleiben. Die drei Einstellungen der Amplitude, der Neigung und der Phase sind ausreichend. Die Hauptverzögerung in dem primären Weg kann auch für einen gegebenen sekundären Wege festgelegt werden.
Das Signal in dem sekundären Weg wird mit dem Signal in dem primären Weg mittels des Richtungskopplers 11 kombiniert, und das dadurch vorverzerrte Signal 25 wird auf einen Laser 42 oder Ähnliches zur Modulation angewendet.
Bei der vorhergehend beschriebenen Schaltung gibt es einen einzigen sekundaren Signalweg mit seiner Verzerrungserzeugungseinrichtung. Wenn es erwünscht ist, könnte, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ein dritter "sekundärer" Weg 46 mit einem Weg 47 verwendet werden, der Aufhebungssignale zweiter Ordnung erzeugt, und einem anderen Weg 46, der Aufhebungssignale dritter Ordnung erzeugt. In jedem der sekundären Wege, die in Fig. 5 dargestellt sind, werden Bezugszeichen verwendet, die um 100 oder 200 größer als die Bezugszeichen sind, die für gleiche Bauteile in Fig. 1 der Zeichnungen verwendet werden. Jeder dieser Wege kann seine eigene Einstellung für die Frequenzabhängigkeit 119, 219 der Amplitude und Phase haben. In einer solchen Ausführungsform wird bevorzugt, eine Feineinstellung der Phase 121, 221 in jedem der sekundären Wege zu haben. In dem Fall, daß zwei oder mehrere sekundäre Wege für die Verzerrung höherer Ordnung verwendet werden, können die Amplitude, die Neigung und die Phase in jedem der Wege zuerst eingestellt werden, da es zwischen ihnen keine Wechselwirkung gibt.
Die Vorverzerrungsschaltung, wie sie oben beschrieben und mit einem einzigen sekundären Weg dargestellt worden ist, ist zum Betrieb über einen Frequenzbereich von 50 bis 300 MHz ausgelegt worden, und sie hat sich als zufriedenstellend zum Ausgleichen von Verzerrung einer optischen Einrichtung über einen Bereich von 50 MHz bis ungefähr 450 MHz herausgestellt. Es ist jedoch erwünscht, einen breiteren Frequenzbereich zu überdekken, da es Fernsehsignale gibt, die ein Frequenzband bis zu 860 MHz verwenden. Die Verzerrung an dem hochfrequenten Ende eines solchen Bandes ist beträchtlich, und die einfachere Schaltung der Fig. 2 und 3 mag nicht für den breiteren Bereich ausreichend sein. Eine verbesserte Vorverzerrungsschaltung ist deshalb geschaffen worden, um den breiteren Bereich zu überdecken, und ist in Fig. 6 dargestellt.
Wie es in dieser Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, wird ein Hochfrequenzeingangssignal an einen Koppler 50 gelegt, der das Signal aufteilt, einen Hauptanteil des Signals über einen primären, elektrischen Weg 51 und einen kleineren Anteil des Signals zu einem sekundären, elektrischen Weg schickt. Wie bei der vorhergehend beschriebenen Schaltung enthält der primäre, elektrische Weg eine Verzögerung 52, die mehr oder weniger zu der Verzögerung paßt, die den sekundären Wegen zu eigen ist, die nachfolgend beschrieben werden.
Das Signal in dem primären, elektrischen Weg wird mit Signalen in den sekundären, elektrischen Wegen mit einem anderen Koppler 53 wieder kombiniert. Die dadurch wieder kombinierten Signale haben eine zu der Eigenverzerrung entgegengesetzte Vorverzerrung in einer Ausgangseinrichtung (nicht gezeigt), wie einem Laser. Es ist erwünscht, eine Impedanzanpassungseinrichtung 54, wie ein Übertrager von 75 Ohm bis 25 Ohm, zwischen der Vorverzerrungsschaltung und der aktiven Einrichtung zu verwenden, die moduliert wird.
Das Signal kleinerer Größe von dem Eingangskoppler 50 wird durch eine Teilungseinrichtung 55 in einen sekundären, elektrischen Weg 56 gerader Ordnung und einem sekundären, elektrischen Weg 57 ungerader Ordnung aufgeteilt. Einrichtungen sind in dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung vorgesehen, um Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung zu erzeugen, die eingestellt werden, damit sie zu der Verzerrung der Ausgangseinrichtung gleich und entgegengesetzt sind. Einrichtungen sind in dem elektrischen Weg ungerader Ordnung zum Erzeugen von Intermodulationsprodukten dritter Ordnung vorgesehen, die zu der Verzerrung der Ausgangseinrichtung gleich und entgegengesetzt sind. Die Vorverzerrungssignale zweiter Ordnung und dritter Ordnung werden in einem Koppler 58 kombiniert und werden ihrerseits mit dem Signal in dem primären, elektrischen Weg 51 mittels des Kopplers 53 kombiniert.
Der elektrische Weg gerader Ordnung umfaßt ein anfängliches einstellbares Dämpfungsglied 59. Das einstellbare Dämpfungsglied und andere einstellbare Dämpfungsglieder, die in Fig. 6 dargestellt sind, können im wesentlichen die gleichen wie das Dämpfungsglied R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; sein, das in Fig. 3 dargestellt ist. Das einstellbare Dämpfungsglied verringert die Signalstärke, um eine Überlastung einer Push-Push-Verzerrungseinrichtung 61 zweiter Ordnung zu verhindern, an die das Signal angelegt wird.
Ein geeigneter Push-Push-Verzerrungsverstärker 61 ist in Fig. 7 dargestellt. Er umfaßt eine 180º Teilungseinrichtung 62, die das Signal in zwei parallele, elektrische Wege mit Signalen gleicher Größe und entgegengesetztem Vorzeichen teilt. Jedes der geteilten Signale wird an einen identischen Verstärker 63 gelegt. Wenn die Ausgangssignale von den Verstärkern kombiniert werden, sind sie um 180º außer Phase. Als eine Folge wird die Grundfrequenz aufgehoben, wie es die Intermodulationsprodukte ungerader Ordnung werden. Die Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung und höherer gerader Ordnung ist alles, was übrig bleibt.
Das Erzeugnis zweiter Ordnung von dem Push-Push-Verzerrungsverstärker wird an eine Allpaß-Verzögerungsausgleichseinrichtung 64 gelegt, deren Schaltung in Fig. 9 dargestellt ist. Das Allpaß-Filter 64 umfaßt eine 180º Teilungseinrichtung 66, die das Signal in gleiche Anteile mit entgegengesetztem Vorzeichen aufteilt. Jedes der Signale von der Teilungseinrichtung wird an ein induktives Bauteil 67 gegeben. Der Eingang zu jedem der induktiven Bauteile ist mit dem Ausgang des anderen induktiven Bauteils durch einen Kondensator 68 verbunden. Die Ausgangssignale werden in einem 180º Koppler 69 kombiniert. Ein solches Allpaß-Filter hat eine flache Amplitudenkennlinie, liefert aber eine maßgeschneiderte Phasenverzögerung als Funktion der Frequenz.
Wie es nachfolgend erwähnt ist, wird die Allpaß-Verzögerungsausgleichseinrichtung zum Einstellen der Phase des Intermodulationserproduktsignals zweiter Ordnung in einem mittleren Frequenzbereich verwendet. In der Praxis werden, statt durchgehend einstellbar zu sein, einige wenige "Einsteck"-Ausgleichseinrichtungen verwendet, die eine annehmbare Korrektur liefern. In einer solchen Allpaß-Verzögerungsausgleichseinrichtung erhöht das Erhöhen des induktiven Bauteils und des Kondensators die Größe der Korrektur im mittleren Frequenzbereich. In dieser Einrichtung wird die Quadratwurzel der Induktivität geteilt durch die Kapazität konstant bei ungefähr 50 Ohm gehalten. Wenn es erwünscht ist, kann eine Verzögerungsausgleichseinrichtung, die Operationsverstärker statt der LC- Einrichtung verwendet, verwendet werden. Die LC-Einrichtung ist jedoch preisgünstig und bequem, da nur einige wenige Einrichtungen mit unterschiedlichen Eigenschaften verfügbar sein müssen, die zur schnellen Einstellung eingesteckt werden.
Der Ausgang der Verzögerungsausgleichseinrichtung 64 geht zu einer schaltbaren HF-Umkehrschaltung 65, zu einem weiteren einstellbaren Dämpfungsglied 71 und wiederum zu einem Pufferverstärker 72. Die Umkehrschaltung wird verwendet, da die Vorverzerrung zweiter Ordnung; die für eine bestimmte Ausgangseinrichtung verlangt wird, positiv oder negativ in bezug auf die Grundschwingung sein kann. Der Verstärkerausgang wird an eine grobe Verzögerungseinstellung 73 gelegt, die typischerweise ein einsteckbarer Abschnitt eines koaxialen Kabels ist. Unterschiedliche Verzögerungen können erreicht werden, indem unterschiedliche Kabellängen eingesteckt werden. Eine Feinemstellung der Verzögerung wird durch eine veränderbaren Kondensator 74 geschaffen.
Der Ausgang der Verzögerungseinstellung wird an eine Amplitudenneigungsschaltung 76 mittels eines Pufferverstärkers 77 gegeben. Der-Ausgang der Amplitudenneigung geht zu dem Koppler 58 zur Kombination mit einem Signal von dem sekundären, elektrischen Weg ungerader Ordnung.
Die Verzögerungseinstellung und die Amplitudenneigungseinstellung sind ähnlich wie jene oben beschrieben
Eine geeignete Amplitudenneigungsschaltung ist in Fig. 10 dargestellt. Die Neigung wird geschaffen, indem die Signalleitung durch einen veränderlichen Widerstand 78, einen Kondensator 79 und ein veränderliches, induktives Bauteil 81 mit Masse verbunden wird. In der Praxis ist es leicht, statt eines induktiven Bauteils zu verwenden, das verändert werden kann, irgendeines von einigen wenigen induktiven Bauteilen verschiedener Werte zu verwenden, das zum Ändern der Neigung eingesteckt wird. Eine Vielzahl von Kapazitätswerten kann auch zum Einstellen der Neigung eingesteckt werden.
Der Kondensator 79 wird zum Einstellen der Phase des Signals nahe dem niederfrequenten Ende des Frequenzbereiches der Vorverzerrungseinrichtung gewählt. Dieses kann ohne merkliche Änderungen bei der Amplitude an dem unteren Ende des Bereiches verändert werden. Indern die Werte der induktiven Bauteile und des Widerstandes geeignet gewählt werden, kann die Amplitude der Verzerrung als eine Fünktion der Frequenz eingestellt werden, um zu der Einrichtung zu passen, die linearisiert werden soll. Allgemein gesagt wird die Amplitude am hohen Ende eingestellt, dann kann der Widerstand in der Neigungsschaltung zum Ändern der Amplitude an dem niederen Ende des Frequenzbereiches der Einrichtung eingestellt werden. Das Ändern des induktiven Bauteils in der Neigungsschaltung ändert die Amplitude im Mittelbereich.
Das Signal in dem sekundären, elektrischen Weg 57 ungerader Ordnung geht zu einem einstellbaren Dämpfungsglied 82 und dann zu einem Gegentaktverzerrungsverstärker 83 dritter Ordnung. Eine geeignete Gegentaktschaltung ist in Fig. 8 dargestellt. In dieser Schaltung wird das HF Signal durch eine 180º Teilungseinrichtung 84 geteilt, und jedes sich ergebene Signal wird an einen identischen Verstärker 86 gelegt. Die Verstärkerausgänge werden in einer 180º Kopplungseinrichtung 87 kombiniert. Wegen der Phasenumkehrung ergibt die Schaltung die Erzeugung von Intermodulationsprodukten ungerader Ordnung, die die dritte Ordnung und die Grundfrequenzen einschließen.
Es ist gefunden worden, daß die Größe der Verzerrungskorrektur dritter Ordnung, die verlangt wird, gewöhnlich ganz niedrig ist (bspw. 60 dB niedrig), und die Größe der Grundschwingung, ausgedrückt mittels des sekundären, elektrischen Weges ungerader Ordnung ist, trivial im Vergleich zu der Leistung des primären, elektrischen Weges ist. Somit wird gewöhnlich keine besondere Einrichtung zum weiteren Unterdrücken der Grundfrequenz in dem Weg ungerader Ordnung verlangt.
Zum Vergleich ist das Signal zweiter Ordnung typischerweise ungefähr 45 dB von der Grundfrequenz nach unten, wenn es mit dem Signal in dem primären, elektrischen Weg kombiniert wird. Die Intermodulationsprodukte vierter Ordnung und höherer Ordnung haben eine sehr geringe Größe, typischerweise mehr als 75 dB von der Grundfrequenz abwärts. Diese Werte ändern sich natürlich mit der Einrichtung, die ausgeglichen werden soll.
Der Ausgang des Verzerrungsverstärkers dritter Ordnung wird an eine Amplitudenneigungseinstelleinrichtung 88 gelegt, ähnlich der, die bereits beschrieben worden ist. Der Ausgang der Neigungseinstellung geht zu einer schaltbaren HF Umkehrschaltung 89, die zum Ändern der Polarität des Signals verwendet werden kann. Diese wird verwendet, da die Vorverzerrung dritter Ordnung, die für eine bestimmte Ausgangseinrichtung verlangt wird, auch positiv oder negativ in bezug auf die Grundfrequenz sein kann. Der sekundäre Weg ungerader Ordnung enthält auch eine grobe Verzögerungseinstellung 91 zum Einstellen der Verzögerung der Intermodulationsprodukte dritter Ordnung unabhängig von den Erzeugnissen zweiter Ordnung, bevor die zwei Vorverzerrungssignale in dem Koppler 58 kombiniert werden.
Wie es vorhergehend angegeben worden ist, ist die Reihenfolge der Schaltungskomponenten entlang den sekundären, elektrischen Wegen häufig von geringer Bedeutung. Dies wird in Fig. 6 durch die Position des veränderbaren Kondensators 92 zur Feineinstellung der Verzögerung mehrerer Schaltungselemente nahe gelegt, die von der groben Verzögerungseinstellung entfernt worden sind. Dies ist gerade ein bequemer Platz für die Feineinstellung in einer beispielhaften Einrichtung. Andere der Schaltkreiselemente können auch in unterschiedlicher Reihenfolge angeordnet werden. Ein anderes Beispiel ist die Umkehrschaltung zum Ändern des Vorzeichens der Intermodulationsprodukte dritter Ordnung. Dies kann bspw. ausgeführt werden, indem Eingangsleitungen an den Gegentaktverzerrungsverstärker geschaltet werden. Andere solche Änderungen liegen auf der Hand.
Die verbesserte Vorverzerrungsschaltung liefert eine gute Korrektur der Verzerrung über einen breiten Frequenzbereich wegen mehrerer zusätzlicher Merkmale. Eines ist der getrennte, sekundäre, elektrische Weg ungerader Ordnung zum Erzeugen von Intermodulationsprodukten dritter Ordnung. Dies ermöglicht die Verwendung einer symmetrischen Push-Push-Vorverzerrungseinrichtung in dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung, um Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung mit der wesentlichen vollständigen Aufhebung von Grundfrequenzen zu erzeugen. Eine Verzerrung, die durch die nachfolgenden Verstärker in dem Weg gerader Ordnung eingeführt wird, wird dadurch minimiert. Zweitens ermöglicht die Allpaß-Verzögerungsausgleichseinrichtung eine Phaseneinstellung bei einer mittleren Frequenz in dem Frequenzbereich der Vorverzerrungsschaltung zusätzlich zu der Einstellung nahe dem hochfrequenten Ende des Bereiches.
Eine Einstellung der verbesserten Vorverzerrungsschaltung ist allgemein ähnlich der einfacheren Schaltung, aber es gibt mehr Schritte und es dauert etwas länger. Eine erfahrene Bedienungsperson kann die Vorverzerrungseinrichtung in drei oder vier Minuten einstellen. Jede Vorverzerrungseinrichtung wird eingestellt, daß sie zu der Eigenverzerrung in der modulierten Einrichtung paßt, da jeder solcher Laser oder Ähnliches seine eigenen Verzerrungseigenschaften hat. In einer besonderen Vorrichtung kann, wenn der Laser geändert wird, die Vorverzerrungseinrichtung wieder eingestellt werden, um die neue Verzerrung auszugleichen. Die Einstellung wird gemacht, indem ein bekanntes Signal angelegt und die Verzerrung an der Ausgangseinrichtung beobachtet wird. Einstellungen werden dann gemacht, die Verzerrung, wie sie im Ausgang zu sehen ist, zu verringern.
Die allgemeine Abfolge der Einstellung beginnt damit, den Push-Push-Verstärker auszugleichen, um nur eine Verzerrung zweiter Ordnung zu erzeugen und die Grundfrequenzen zu unterdrücken. Als nächstes gleicht man den Gegentaktverzerrungsverstärker aus, um nur eine Vorverzerrung dritter Ordnung zu erzeugen. Es ist an dieser Stelle erwünscht, die relative Polarität der Verzerrungen zweiter und dritter Ordnung in bezug auf die Grundfrequenz zu bestimmen und die entsprechenden HF Umkehrschaltungen zu setzen.
Die Vorverzerrung zweiter Ördnung wird üblicherweise zuerst eingestellt. Man verwendet die einstellbaren Dämpfungsglieder und Verzögerungseinstellungen, um eine Verzerrung bei einer relativ höheren Frequenz nahe dem hochfrequenten Ende des interessierenden Frequenzbereiches aufzuheben. Die Verzerrung würde gewöhnlicherweise bei einer Frequenz etwas unterhalb des Endes des Bereiches auf Null gebracht. Als nächstes verwendet man die Amplitudenneigungseinstellung zu einer Verzerrung von null nahe dem niederfrequenten Ende des Frequenzbereiches. Die Verzerrung nahe dem oberen Ende des Frequenzbereiches wird überprüft und, wenn es erwünscht ist, können die Dämpfungsglied-, die Verzögerungs- und die Neigungseinstellungen zur weiteren Verringerung der Verzerrung nahe dem hohen und niedrigen Ende des Bereiches wiederholt werden.
Als nächstes stellt man die Allpaß-Verzögerungsausgleichseinrichtungen ein, um die Phasendifferenzen bei einer mittleren Frequenz innerhalb des Bereiches der Vorverzerrungsschaltung zu minimieren. Wenn es geeignet ist, kann die Neigung erneut eingestellt werden, um die Mittelbereichsamplitude zu optimieren. Die Verzerrung nahe dem hohen und niederen Frequenzende des Bereiches sollte dann überprüft werden, und, wenn es geeignet ist, können die Dämpfungsglied-, die Verzögerungs- und die Neigungseinstellungen wiederholt werden.
Ein Ergebnis der Dreipunkteinstellung kann als Kurve der Fig. 11 angesehen werden, die schematisch die Verzerrung d als eine Funktion der Frequenz f über einen Bereich von bspw. 50 bis 860 MHz zeigt. Eine durchgezogene Kurve gibt einen beliebigen Verzerrungspegel entweder der Amplitude oder Phase an, die in einer nichtlinearen Ausgangseinrichtung angetroffen werden mag. Eine gestrichelte Kurve ist auch gezeichnet, die darstellt, daß die Verzerrung bei einer relativ niedrigeren Frequenz nahe 50 MHz, bei einer relativ höheren Frequenz nahe 860 MHz und bei irgendeiner dazwischenliegenden Mittelbreichsfrequenz auf Null gebracht ist. Die gestrichelte Kurve gibt die Größe der Vorverzerrung an, die von der Eigenverzerrung subtrahiert wird. Die endgültige Verzerrung des Ausgangs ist dann die Differenz zwischen den zwei Kurven. Es sollte offensichtlich sein, daß es mit der Dreipunktaufhebung der Verzerrung eine kleinere Nettoverzerrung in dem Ausgang gibt, als wenn die Verzerrung nur nahe dem oberen und unteren Ende des Bereiches aufgehoben ist.
Nach dem Einstellen des sekundären, elektrischen Weges gerader Ordnung wird der Weg ungerader Ordnung eingestellt. Zuerst stellt man das Dämpfungsglied und die Verzögerungselemente ein, um die Verzerrung dritter Ordnung nahe dem hochfrequenten Ende des Bereiches auf Null zu bringen. Als nächstes stellt man die Neigung ein, um die Verzerrung nahe dem niederfrequenten Ende des Bereiches auf Null zu bringen. Das hochfrequente Ende wird dann überprüft und diese Einstellungen werden wiederholt, wenn es notwendig ist. Solche Einstellungen können wiederholt werden, um eine erwünschte Linearität der Ausgangseinrichtung zu bekommen. Eine Einstellung nahe dem oberen und unteren Ende des Bereiches ist für die meisten Zwecke angemessen, und eine Mittelbereichseinstellung würde normalerweise in dem sekundären Weg ungerader Ordnung verwendet werden.
Wo zwei sekundäre, elektrische Weg zur Einstellung der Verzerrung dritter Ordnung getrennt von dem Weg gerader Ordnung verwendet werden, können die Amplitude, die Neigung und die Phase in jedem der beiden Wege zuerst eingestellt werden, da es zwischen ihnen keine Wechselwirkung gibt. Man stellt allgemein die Verzerrung zweiter Ordnung zuerst ein, da sie gewöhnlich eine größere Größe hat.
Zusätzlich zum Ausgleichen der Verzerrung, die Lasern oder Ähnlichen zu eigen sind, um ein besseres Fernsehsignal zu erzeugen, ist diese Technik auch gültig, die Verwendung von Lasern zu gestatten, die größere Eigenverzerrungen haben, als sie früher als annehmbar betrachtet worden sind. Somit gibt es für eine gegebene Anwendung eines Lasers einen tolerierbaren Verzerrungspegel. Irgendwelche Laser, die eine übermäßige Verzerrung haben, können nicht verwendet werden. Jedoch, indem eine geeignete Vorverzerrung angewendet wird, können sonst unbrauchbare Laser geheilt werden, wodurch der Ausstoß mit dem Herstellungsverfahren vergrößert wird.
Es gibt Zeiten, wenn es erwünscht sein kann, automatisch die Vorverzerrungsschaltung einzustellen, um Änderungen auszugleichen, die in der nichtlinearen Einrichtung auftreten können. Beispielsweise kann mit einer Anzahl von Betriebsjahren ein Laser altern und die Verzerrung kann sich verschieben, so daß die ursprünglichen Einstellungen der Vorverzerrungsschaltung eine Verzerrung in dem Ausgang des Lasers nicht mehr vollständig minimieren. Unter diesen Umständen kann ein Benutzer, wenn eine dazwischenliegende Wiederholungskalibrierung 94 erwünscht ist, mit einer eine Kalibrierungseinheit verbinden, die automatisch irgendeine Verzerrung bestimmt, die in dem Laserausgang verblieben ist, und die Einstellungen von irgendwelchen der Einstellungen der Vorverzerrungsschaltung zum Minimieren der verbleibenden Verzerrung wieder einstellt.
Ein automatischer Ausgleich für die verbleibende Verzerrung kann auch in viel kürzeren Zeitintervallen erwünscht sein, um Änderungen bei der Verzerrung auszugleichen, die durch andere Einflüsse hervorgerufen werden, wie Temperaturänderungen. Wenn dies erwünscht ist, kann eine Kalibrationsschaltung dauerhaft mit der Vorverzerrungsschaltung verbunden sein, um zwischenzeitlich irgendwelche bleibende Verzerrung in dem Laserausgang zu bestimmen und die Einstellungen der Vorverzerrungsschaltung zum Minimieren der verbleibenden Verzerrung zu ändern. Eine solche Kalibrationsschaltung kann unterbrochen oder sogar fortlaufend während der Verwendung des Lasers betrieben werden, ohne seinen normalen Betrieb zu stören. Die Kalibrationstechnik ist die gleiche für einen beliebigen dieser Zwecke und unterscheidet sich nur darin, wie häufig eine wiederholte Kalibration erwünscht ist.
Ein solches Kalibrationssystem kann unter Bezugnahme auf eine Vorverzerrungseinrichtung verstanden werden, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Die Bezugszeichen in dieser Zeichnung sind für gleiche Elemente die gleichen wie die Bezugszeichen, die in Fig. 1 verwendet werden, erhöht um 100. Somit ist bspw. das Eingangssignal mit 12 in Fig. 1 und mit 112 in Fig. 12 angegeben. In der Vorverzerrungseinrichtung wird ein Eingangsquellensignal 112 einem Richtungskoppler 110 zugeführt, wo es in einen primären, elektrischen Weg 113 und einen sekundären, elektrischen Weg 114 aufgeteilt wird. Der sekundäre, elektrische Weg hat in Reihe eine Verzerrungserzeugungseinrichtung 115, einen Amplitudeneinstellblock 117, einen Neigungs- oder Frequenzeinstellblock 119 und einen Phaseneinstellblock 121. Der Schaltungsausgang wird verwendet, einen nichtlineare Einrichtung 90 zu modulieren, wie einen Halbleiterlaser.
Der Ausgang der Verzerrungserzeugungseinrichtung 115 umfaßt eine Intermodulationsverzerrung der Eingangsfrequenzen. Eine Verzerrung zweiter Ordnung oder zweiter oder höherer Ordnung kann erzeugt werden. Die Grundfrequenz wird unterdrückt. Der Amplitudeneinstellblock wird verwendet, die Amplitude der Verzerrung einzustellen, damit sie zu der Eigenverzerrung, die in einer nichtlinearen Ausgangseinrichtung 90 vorausgesagt wird, wie einem modulierten Halbleiterlaser, paßt.
Das Modulationssignal 124 in dem primären, elektrischen Weg wird durch eine Verzögerungsleitung 123 verzögert, um die Signale in dem primären und sekundären, elektrischen Weg grob in Phase zu bringen. Ein Phasenfeineinstellblock 121 in dem sekundären, elektrischen Weg wird verwendet, die Vorverzerrung in dem sekundären Weg in Phase mit (oder genauer gesagt 180º außer Phase mit) der Eigenverzerrung der nichtlinearen Einrichtung zu bringen.
Um die frequenzabhängige Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung einzustellen, wird der Ausgang des Amplitudeneinstellblocks einem Frequenzeinstell- oder Neigungsblock 119 zugeführt. Die Neigungseinstellung ist ein veränderbares Filter, das die Amplitude der Verzerrung bei hohen Frequenzen in bezug auf die Amplitude bei niedrigen Frequenzen ändert, um genauer zu den Eigenverzerrungseigenschaften der nichtlinearen Einrichtung zu passen. Das verzerrte Signal 122, das von diesen Schaltkreiselementen in dem sekundären, elektrischen Weg erzeugt wird, wird mit dem primären Modulationssignal 124 durch einen zweiten Richtungskoppler 111 zum Anwenden als ein Eingangssignal auf die nichtlineare Einrichtung 90 kombiniert. Diese Arbeitsweise der Vorverzerrungseinrichtung ist die gleiche, wie sie vorhergehend beschrieben worden ist.
Um die Vorverzerrungseinrichtung an Änderungen bei der Verzerrung in der nichtlinearen Einrichtung anpaßbar zu machen, wird ein Bruchteil des Ausgangssignals (wie ein Lichtbündel in dem Fall eines Lasers) von einem Teiler 91 zu einem Empfänger 92 abgelenkt. Der Empfänger bestimmt die Verzerrung, wenn es eine gibt, die in dem Ausgangssignal der Einrichtung bleibt, und erzeugt ein Verzerrungspegelsignal 93 für eine Steuerschaltung 94 zur erneuten Kalibration.
Der Empfänger kann eingestellt werden, Frequenzen zu trennen, wo eine Verzerrung erwartet wird, um irgendwelche restliche Verzerrung in dem Ausgang der nichtlinearen Einrichtung zu erfassen. Alternativ wendet man einen Satz von Steuertönen 95 auf das Eingangssignal mittels eines Richtungskopplers oder Teilers 96 an. Der Empfänger kann dann eingestellt werden, die Verzerrung aus den Eingangssteuertönen zu bestimmen. Beispielsweise können die Steuertöne Frequenzen f&sub1; und f&sub2; einschließen. Der Empfänger kann dann die Frequenzen f&sub1; + f&sub2; und f&sub1; - f&sub2; bestimmen. Eine Anzahl solcher Steuertöne kann bei verschiedenen Teilen des Frequenzbereiches des Systems zur Aufhebung einer Verzerrung eingegeben werden, die an irgendeiner Stelle in dem Frequenzbereich auftritt.
Die Steuerschaltung 94 zur erneuten Kalibration folgt einem Algorithmus, um den Verzerrungspegel in dem Ausgang zu überprüfen, eine Einstellung in der Vorverzerrungsschaltung zu ändern, eine Änderung bei dem Verzerrungspegel zu erfassen und eine Änderung bei einer Einstellung der Vorverzerrungsschaltung, wenn es geeignet ist, zum Minimieren der Verzerrung vorzunehmen. Eine Anzahl Algorithmen kann von der Steuerschaltung verwendet werden, um die Einstellungen an Einstellpunkten zu minimieren der Verzerrung zu machen.
Wahrscheinlich am einfachsten zu verstehen ist, daß man sequentielle, schrittweise Änderungen bei dem Einstellpunkt von jedem Parameter einschließt. Beispielsweise kann man zuerst die Amplitudeneinstellung einstellen. Zuerst erhöht die Steuerschaltung den Einstellpunkt (bspw. eine Spannung), um einen kleinen Schritt, und die Änderung der Verzerrung als ein Ergebnis dieser schrittweisen Änderung wird gemessen. Wenn die Verzerrung zunimmt, ist es offensichtlich, daß die schrittweise Einstellung umgekehrt werden sollte. Die Steuerschaltung würde dann eine schrittweise Einstellung in der entgegengesetzten Richtung machen. Wenn die Verzerrung erneut zunimmt, würde man erkennen, daß der ursprüngliche Einstellpunkt richtig war, und die Steuerschaltung würde dann zu dem ursprünglichen Einstellpunkt zurückkehren.
Andererseits wird, wenn die schrittweise Einstellung das Verringern der Verzerrung ergibt, eine zusätzliche schrittweise Einstellung bei dem Einstellpunkt gemacht und die Verzerrung erneut gemessen. Zusätzliche schrittweise Änderungen werden solange gemacht, wie jeder Schritt dieverzerrung verringert. Wenn eine zusätzliche schrittweise Änderung bei dem Einstellpunkt eine Zunahme der Verzerrung ergibt, erkennt man, daß der optimale Einstellpunkt überschritten worden ist, und die Steuerschaltung kehrt diesen Schritt um.
Sobald der optimale Amplitudeneinstellpunkt gefunden ist, wird eine ähnliche Reihe von schrittweisen Einstellungen bei dem Einstellpunkt für die Phasenfeineinstellung gemacht. Dieses schrittweise Suchen wird fortgesetzt, bis der optimale Einstellpunkt für die Phaseneinstellung erzielt ist.
Als nächstes kann man eine Folge von schrittweisen Änderungen bei der Neigungseinstellung machen und die niederfrequente Verzerrung messen, um eine optimale Einstellung der Neigungseinstellung zu bestimmen.
Die Amplituden-, die Phasen- und die Neigungseinstellungen sind nicht vollständig unabhängig. Somit kann, wenn die "optimalen" Phasen- und Neigungseinstellungen gemacht worden sind, die Amplitudeneinstellung nicht mehr die optimale Einstellung sein. Somit ist es erwünscht, erneut sequentielle, schrittweise Einstellungen bei der Amplitudeneinstellung zu machen, usw. für jeden Einstellpunkt, bis ein erwünschtes Minimum der Verzerrung erhalten wird.
Andere Arten von Einstellalgorithmen sind auch bekannt und werden für andere Zwecke verwendet. Beispielsweise kann eine etwas komplexere Technik, die als eine Gradientensuche bezeichnet werden kann, verwendet werden, mehrere Parameter gleichzeitig einzustellen und sich dadurch den optimalen Einstellungen schneller als mit der sequentiellen schrittweisen Suche zu nähern, die gerade beschrieben worden ist.
Bei einer dieser Techniken wird an einem Einstellpunkt mit einer niedrigen Frequenz, so niedrig wie 1 bis 10 Hz, moduliert. Die Modulation der Verzerrung bei dieser Frequenz wird dann beobachtet. Wenn die Modulation der Verzerrung in Phase mit der Modulation des Einstellpunkts ist, ist die Einstellung zu hoch. Wenn die Modulation der Verzerrung außer Phase ist, ist der Einstellungspunkt zu niedrig. Wenn der Einstellungspunkt bei dem Optimum ist, gibt es eine Nullmodulation der Verzerrung bei der Modulationsfrequenz der Einstellung und man sieht stattdessen eine Verzerrungsmodulation bei dem Zweifachen der Eingangsfrequenz.
Mit dieser Gradientensuchtechnik kann ein zweiter Einstellparameter bei einer zweiten Frequenz moduliert und gleichzeitig mit der ersten Modulation gemessen werden. Zusätzliche Einstellpunkteinstellungen können bei zusätzlichen Frequenzen moduliert werden. Somit kann im Prinzip irgendeine Anzahl von Einstellpunkteinstellungen gleichzeitig gemacht werden, um schnell eine erneute Kalibration zu erzielen. Mit einer Vorverzerrungseinrichtung, wie sie hier beschrieben ist, würden typischerweise nur drei oder vier Einstellpunkteinstellungen in dem sekundären Weg gerader Ordnung gemacht werden müssen. Drei oder vier Einstellpunkteinstellungen können auch in dem Weg dritter Ordnung gemacht werden.
Andere automatische Algorithmen zum Einstellen der Einstellpunkte der Amplitude, der Phase und der Neigung können auch verwendet werden.
Die automatische Einstellung der Vorverzerrungseinrichtung würde typischerweise die Verwendung von Widerständen oder Kondensatoren verlangen, die bspw. in Reaktion auf eine Spannung veränderbar sind. Ein geeigneter, veränderlicher Widerstand ist eine PIN-Diode. Eine Varactor-Diode ist eine geeignete, spannungsveränderliche Kapazität.
Die schrittweise Einstellung der Einstellpunkte der Vorverzerrungseinrichtung sollte von einer Vorwärtsreglungslinearisierung unterschieden werden. Bei der Vorwärtsregelungslinearisierung wird eine Probe von einem Ausgangssignal der nichtlinearen Einrichtung fortlaufend genommen. Die Probe wird mit dem Eingangssignal verglichen und Differenzen werden als Verzerrung erkannt. Die Differenzen werden verstärkt wie erforderlich und an eine der nichtlinearen Einrichtung ähnliche Einrichtung gegeben, um ein zweites Ausgangssignal entsprechend der Verzerrung zu erzeugen. Dieses zweite Ausgangssignal wird dann zu dem verzerrten Ausgangssignal mit einer geeigneten Verzögerung hinzuaddiert, um die richtige Phasenbeziehung zwischen den hinzuaddierten Signalen zu haben, um die Verzerrung auszugleichen. Mit anderen Worten wird, statt das Eingangssignal zu der nichtlinearen Einrichtung vorzuverzerren, daß entgegengesetzte der Verzerrung dem Ausgang der nichtlinearen Einrichtung hinzuaddiert, um die Verzerrung aufzuheben. Solche Änderungen werden fortlaufend bei der Verzerrung in Echtzeit gemacht.
Viele Abänderungen und Veränderungen sind für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich. Beispielsweise können, obgleich im Zusammenhang mit einem Fernsehsignal beschrieben und dargestellt worden ist, das einen Laser oder eine Leuchtdiode moduliert, andere nichtlineare Einrichtungen, wie Verstärker, eine Eigenverzerrung haben, die im großen Maß durch diese Technik aufgehoben wird.

Claims

1. Eine Vorverzerrungsschaltung, umfassend:

eine Einrichtung (50, 55) zum Aufteilen eines Eingangsmodulationssignals in einen primären, elektrischen Weg (51), einen sekundären, elektrischen Weg (56) gerader Ordnung und einen sekundären, elektrischen Weg (57) ungerader Ordnung;

eine Einrichtung in dem sekundären, elektrischen Weg (56) gerader Ordnung, zum Erzeugen von wenigstens Intermodulationsprodukten zweiter Ordnung der Eingangsfrequenzen;

eine Einrichtung in dem sekundären, elektrischen Weg (57) ungerader Ordnung, zum Erzeugen von wenigstens Intermodulationsprodukten dritter Ordnung der Eingangsfrequenzen;

eine Verzögerungseinrichtung (52) in dem primären, elektrischen Weg zum Verringern der relativen Phasendifferenz zwischen den primären und sekundären, elektrischen Wegen (56, 57);

eine Einrichtung (53, 58) zum Kombinieren von Signalen auf dem primären und sekundären Signalwegen zu einem einzelnen Signal zum Modulieren einer nichtlinearen Einrichtung (90) mit voraussagbaren Verzerrungseigenschaften; und

eine Verzögerungseinrichtung (73, 91) in jedem der sekundären, elektrischen Wege zum Ausgleichen einer relativen Phasendifferenz zwischen den Intermodulationsprodukten in den sekundären, elektrischen Wegen und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung;

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (64, 73, 74, 76, 79, 88) zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte zweiter und dritter Ordnung in dem sekundären, elektrischen Weg (56, 57) gerader bzw. ungerader Ordnung und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen in einem Frequenzbereich.

2. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß Anspruch 1, worin die genannte Einrichtung (64, 76, 88) in jedem sekundären, elektrischen Weg (56, 57) zum Einstellen der relativen Amplitude und Phase des Signals in diesen Weg als eine Funktion der Frequenz so betreibbar ist, daß das Intermdodulationssignal zum Versetzen einer frequenzabhängigen Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung vorverzerrt wird .

3. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Einrichtung zum Einstellen der Phase in dem sekundären, elektrischen Weg (56) gerader Ordnung umfaßt:

eine erste Zeitverzögerung (73, 74) in dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung zum Ausgleichen der relativen Phasendifferenz zwischen den Intermodulationsprodukten in dem sekundären, elektrischen Weg (56) gerader Ordnung und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei einer relativ höheren Frequenz; und

eine zweite Zeitverzögerung (76, 79) in dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung zum Ausgleichen der relativen Phasendifferenz zwischen den Intermodulationsprodukten in dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei relativ niedrigerer Frequenz.

4. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Einrichtung in dem sekundären, elektrischen Weg (56) gerader Ordnung zum Erzeugen von Intermodulationsprodukten ein Push-Push-Verstärker (61) ist und die Einrichtung in dem sekundären, elektrischen Weg (57) ungerader Ordnung zum Erzeugen von Intermodulationsprodukten ein Gegentaktverstärker (83) ist.

5. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Einrichtung in dem sekundären, elektrischen Weg (56) gerader Ordnung zum Unterdrücken der Grundfrequenzen umfaßt.

6. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Einrichtung zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen eine Einrichtung (76, 88) zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei einer niedrigen Frequenz in dem Bereich umfaßt.

7. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wörin die Einrichtung zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen eine Einrichtung (64) zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei einer mittleren Frequenz in dem Bereich umfaßt.

8. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Einrichtung zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen eine Einrichtung (73, 74, 91, 92) zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung bei einer hohen Frequenz in dem Bereich umfat.

9. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Einrichtung zum Kombinieren von Signalen des weiteren eine Einrichtung (53, 58) zum additiven Kombinieren von Signalen auf dem primären (51) und den sekundären (56, 57) Wegen zu einem Signalweg zum Bilden eines Signals umfaßt, das aus dem Grundsignal und einer frequenzabhängigen Intermodulationserzeugnisvorverzerrung für die Anwendung auf die nichtlineare Einrichtung gebildet ist.

10. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß wenigstens Anspruch 7, worin die Einrichtung zum Einstellen der Phase bei der mittleren Frequenz eine Allpaß-Verzögerungsausgleichsausrichtung (64) umfaßt.

11. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß wenigstens Anspruch 7, worin die Einrichtung zum Einstellen der Phase bei der mittleren Frequenz umfaßt:

eine 180º Teilungsein?ichtung (66) zum Teilen eines Signals in einen ersten und einen zweiten, elektrischen Weg;

ein induktives Bauteil (67) in jedem elektrischen Weg;

einen Kondensator (68), der den Eingang von jedem induktiven Bauteil (67) mit dem Ausgang des anderen induktiven Bauteils verbindet; und

eine 180º Kombinationseinrichtung zum Kombinieren von Signalen auf dem ersten und dem zweiten, elektrischen Weg.

12. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Einrichtung (91, 92) zum Bestimmen von Verzerrung umfaßt, die in dem Ausgang der nichtlinearen Einrichtung (90) verbleibt.

13. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß Anspruch 12, die ferner eine Einrichtung (94) zum zeitweisen Ändern der Einstellung der Einrichtung (117) zum Einstellen der Amplitude in Reaktion auf die Einrichtung (91, 92) zum Bestimmen umfaßt, um die in dem Ausgang der nichtlinearen Einrichtung (90) verbleibende Verzerrung zu minimieren.

14. Die Vorverzerrungsschaltung gemäß Anspruch 12 oder 13, die ferner eine Einrichtung (94) zum zeitweisen Ändern der Einstellung der Einrichtung (121) zum Einstellen der relativen Phase der Intermodulationsprodukte und der Verzerrung der nichtlinearen Einrichtung in Reaktion auf die Einrichtung (91, 92) zum Minimieren der Verzerrung umfaßt, die in dem Ausgang der nichtlinearen Einrichtung (90) verbleibt.

15. Ein Verfahren zum Verringern der Verzerrung in einem amplitudenmodulierten Signal von einer nichtlinearen Modulationseinrichtung, das die Schritte umfaßt:

Aufteilen eines Eingangsmodulationssignals in einen primären, elektrischen Weg, einen sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung und einen sekundären, elektrischen Weg ungerader Ordnung;

Erzeugen einer Intermodulationsverzerrung zweiter Ordnung in dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung und Einstellen der Größe der Intermodulationsverzerrung, damit sie die gleiche Größe und ein entgegengesetztes Vorzeichen wie die Eigenverzerrung einer nichtlinearen Modulationseinrichtung hat;

Einstellen der Amplitude und der Phase der Intermodulationsverzerrung in dem sekundären, elektrischen Weg gerader Ordnung bei wenigstens zwei verschiedenen Frequenzen in einem Frequenzbereich, um an die Frequenzabhängigkeit der Eigenverzerrung der Modulationseinrichtung anzupassen;

Erzeugen einer Intermodulationsverzerrung dritter Ordnung in dem sekundären, elektrischen Weg ungerader Ordnung und Einstellen der Größe der Intermodulationsverzerrung, damit sie die gleiche Größe und ein entgegengesetztes Vorzeichen wie die Eigenverzerrung einer nichtlinearen Modulationseinrichtung hat; und

Kombinieren der primären und sekundären, elektrischen Signale, um ein Ausgangssignal mit einer frequenzabhängigen Modulationsvorverzerrung zum Aufheben der Verzerrung in der nichtlinearen Modulationseinrichtung bereitzustellen,

gekennzeichnet durch

die folgenden Schritte:

Einstellen der Amplitude und Phase der Intermodulationsverzerrung zweiter und dritter Ordnung in dem sekundären, elektrischen Wegen gerader bzw. ungerader Ordnung bei wenigstens zwei verschiedenen Frequenzen, um an die Frequenzabhängigkeit der Eigenverzerrung der Modulationseinrichtung anzupassen.

16. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, das ferner die folgenden Schritte umfaßt, Einstellen der Phase der Intermodulationsverzerrung in dem elektrischen Weg gerader Ordnung nahe dem unteren Ende eines Frequenzbereiches, um mit der Verzerrung in der nichtlinearen Modulationseinrichtung bei einer solchen Frequenz in Phase zu sein;

Einstellen der Phase der Intermodulationsverzerrung in dem elektrischen Weg gerader Ordnung nahe dem oberen Ende des Frequenzbereiches, um mit der Verzerrung in der nichtlinearen Modulationseinrichtung bei einer solchen Frequenz in Phase zu sein; und

Einstellen der Phase der Intermodulationsverzerrung in dem elektrischen Weg gerader Ordnung in einem mittleren Bereich des Frequenzbereiches, um mit der Verzerrung in der nichtlinearen Modulationseinrichtung bei einer solchen Frequenz in Phase zu sein.