DE69632386T2

DE69632386T2 - Verfahren und Anordnung zur Übertragung mit Frequenzdiversity unter Verwendung von mehreren unkorrelierten Trägern

Info

Publication number: DE69632386T2
Application number: DE69632386T
Authority: DE
Inventors: David Harrison; Ali Louzir; Gerard Haquet
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Technicolor SA
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: EP0785635B1; CN1114289C; FR2743231B1; US5978660A; CN1155796A; DE69632386D1; JP4070836B2; EP0785635A1; JPH09200104A; FR2743231A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der drahtlosen Übertragungen und befasst sich insbesondere mit einem Verfahren für ein Frequenzdiversity, das die Durchführung einer Spektralspreizung eines modulierten SHF (Super High Frequency)-Trägers mit der Frequenz f_p zur Übertragung einer Information zwischen einem Sender und wenigstens einem Empfänger ermöglicht. Diese Spektralspreizung erfolgt in bekannter Weise durch kontinuierliche Änderung der Frequenz f_p in einem bestimmten Frequenzband, um zwischen einem Sender und wenigstens einem Empfänger ein Signal zu übertragen, dessen Spektrum mehrere Frequenzen enthält, die mehrere, unkorrelierte Träger darstellen.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Sender zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
In den bekannten drahtlosen Übertragungsverfahren auf der Grundlage einer Modulation eines SHF-Trägers erreichen die von dem Sender übertragenen Signale den Empfänger über mehrere verschiedene Wege. Das ergibt eine Interferenz oder eine Störung beim Empfänger, die einen Schwund der übertragenen Signale und daher einen Verlust oder Verschlechterung der zu übertragenden Informationen bewirkt.
1 zeigt ein Beispiel der Unterschiede in der durch einen Empfänger gemäß dem Stand der Technik empfangenen Leistung in einem Frequenzband von 5,7 GHz bis 5,9 GHz. Wie diese Figur zeigt, enthält die Leistungskurve mehrere plötzliche Abfälle, die Unterbrechungen oder Verschlechterungen in der Sender/Empfänger-Strecke darstellen. Die Frequenzen, die dem Leistungsminimum entsprechen, ändern sich entsprechend der räumlichen Lage des Empfängers, und für eine bestimmte Lage kann sich der Leistungspegel in Abhängigkeit von der Umgebung, die z. B. durch die Bewegung einer Person, ändern. Derartige Unterbrechungen oder Verschlechterungen sind in Anwendungen, wie zum Beispiel den Übertragungen von Ton zwischen einem Fernsehgerät und Lautsprechern, inakzeptabel.
Die im Stand der Technik benutzten Lösungen zur Lösung dieses Problems beruhen im Allgemeinen auf Lösungen wie einem Raumdiversity oder einem Frequenzdiversi ty. Das Raumdiversity besteht in der Anwendung einer Sendeantenne und mehreren Empfangsantennen, die derart beabstandet sind, dass die empfangenen Signale dekorrelliert sind. Zusätzlich zu der Erhöhung der Anzahl von benutzten Empfangsantennen benötigt diese Lösung die Anwendung eines komplexen Geräts zur Kombination der durch die verschiedenen Antennen empfangenen Signale.
Die auf dem bekannten Frequenzdiversity basierende Lösung besteht darin, einen getrennten Sender für jede Trägerfrequenz zu benutzen. Darüberhinaus ist häufig eine gute Stabilität der Frequenzquellen notwendig. Schließlich sollte, um den gleichzeitigen Schwund der verschiedenen Frequenzen zu vermeiden, die Breite des Frequenzbandes, das die Träger trennt, größer oder gleich sein als die Breite des Kohärenzbands des benutzten drahtlosen Kanals. Somit sind in dem Kohärenzband die empfangenen Signale sehr stark korelliert, und die Effektivität der bekannten Frequenzdiversity wird sehr stark verringert. Daher ist die Breite des Kohärenzbands abhängig von der Umgebung, in der die Übertragung der SHF-Signale erfolgt. Außerdem ist das Diversity von bekannten Frequenzen, die in einer bestimmten Umgebung benutzt werden, nicht immer für andere Gebiete geeignet.
Die Patentanmeldung GB-A-2 132 451 beschreibt ein Verfahren zur Übertragung mit Frequenzdiversity, in dem ein Informationssignal einen Träger moduliert, dessen Frequenz kontinuierlich geändert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird der SHF-Träger durch einen VHF-Träger mit der Frequenz f_AM amplitudenmoduliert, der vorher durch ein Signal S₁ frequenzmoduliert wurde, das die zu übertragenden Informationen anzeigt, und gleichzeitig werden die Änderungen der Frequenz f_pdurch ein sinusförmiges Signal S_c mit der Frequenz f_FM moduliert. Die Erfindung ist genauer durch die beigefügten Ansprüche angegeben.
Durch dieses Verfahren ist die durch den Empfänger empfangene Leistung äquivalent dem Mittelwert der über das Band B über die verschiedenen Träger übertragenen Leistungen. Auf diese Weise wird der Wert des empfangenen Signals relativ konstant gehalten, so dass plötzliche Schwunderscheinungen aufgrund einer Stö rung aus der unterschiedlichen Art der Signalwege vermieden werden, über die die Signale in dem SHF-Bereich gesendet werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird durch einen Sender mit drei in Kaskade geschalteten Stufen durchgeführt, nämlich eine HF (Hochfrequenz)-Stufe zur Verstärkung/Filterung des Signals S₁, eine VHF-Stufe zur Frequenzmodulation des VHF-Trägers und eine SHF-Stufe zur Modulation des SHF-Trägers in der Amplitude und in der Frequenz.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels mit Bezugnahme auf die beigefügten Figuren:
1 zeigt eine Kurve der Änderungen der durch einen Empfänger empfangenen Leistung mit einem Übertragungsverfahren gemäß dem Stand der Technik,
2 zeigt ein gespreiztes Spektrum eines Signals, das gemäß einem Verfahren nach der Erfindung übertragen wird,
3a zeigt schematisch einen Sender zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
3b zeigt schematisch einen Empfänger für den Sender der 3a,
4 zeigt ein Spektrum eines Audiosignals, das durch ein Verfahren und einen Sender gemäß der Erfindung übertragen wird,
5 zeigt ein Spektrum eines ersten Trägers, der durch das Signal moduliert ist, dessen Spektrum in 4 dargestellt ist,
6 zeigt ein Spektrum eines zweiten Trägers, der durch den ersten Träger moduliert ist, dessen Spektrum in 5 dargestellt ist,
7 zeigt eine SHF-Stufe des in 3a dargestellten Senders,
8 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
9 zeigt diagrammatisch einen Transistor und seine Vorspannungsschaltung, die in der SHF-Stufe von 7 benutzt wird,
10 zeigt ein Beispiel der Modulation der Vorspannung des Transistors von 9,
11 zeigt die Strom/Spannungs-Kennlinien des Transistors von 9,
12 und 13 zeigen zwei Beispiele der durch den Transistor von 9 gelieferten Ströme,
14 zeigt ein amplitudenmoduliertes Signal, das durch eine bevorzugte Ausführungsform des Senders gemäß der Erfindung gewonnen wird.
2 zeigt ein Beispiel des gespreizten Spektrums eines SHF-Trägers mit der Frequenz f_p, das zwischen einem Sender 10 und einem Empfänger 12 gemäß einem Frequenzdiversityverfahren übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f_p des SHF-Trägers in einem Band B derart geändert wird, dass dem Empfänger 12 ein Signal mit einem Spektrum mit mehreren Frequenzen zugeführt wird, die mehrere unkorrelierte Träger darstellen, von denen jeder die zu übertragenden Informationen überträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird der SHF-Träger durch einen VHF-Träger mit der Frequenz f_AM amplitudenmoduliert, der vorher durch ein Signal S₁ frequenzmoduliert wurde, das die zu übertragenden Informationen darstellt, und gleichzeitig werden die Änderungen der Frequenz fp des SHF-Trägers durch ein sinusförmiges Signal S_c mit der Frequenz f_FM, das vorzugsweise gleich f_AM ist, moduliert, um so die Frequenzmodulation des SHF-Trägers durchzuführen.
In einem in 8 dargestellten besonderen Anwendungsbeispiel stellt das Signal S₁ ein Audiosignal dar, das von einem Sender in einem Fernsehgerät 14 zu wenigstens zwei Empfängern übertragen wird, die jeder in einem Lautsprecher 16 angeordnet sind, der in einem Abstand von dem Fernsehgerät steht. In diesem Anwendungsbeispiel sind das Signal S_c und der VHF-Träger identisch und werden durch dieselbe Quelle erzeugt, und das Audiosignal S₁ moduliert den VHF-Träger mit der Frequenz f_AM = 1 MHz in der Frequenz, der daraufhin einen SHF-Träger mit der Frequenz f_p = 5,8 GHz in der Frequenz und gleichzeitig in der Amplitude und der Frequenz moduliert.
Messungen auf dem in 8 diagrammatisch dargestellten Gebiet zeigen, dass in einem Band B = ±40 MHz um die Frequenz f_p = 5,8 GHz und für f_AM = f_FM = 1 MHz insbesondere einerseits die Intermodulationen zwischen dem VHF-Träger und dem Signal S_c und andererseits Verzerrungsverluste des übertragenen Signals begrenzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der die vorliegende Erfindung durchführende Sender 10 drei in Kaskade geschaltete Stufen, nämlich eine HF (Hochfrequenz)-Stufe 20 zur Verstärkung/Filterung des Signals S₁ und eine VHF-Stufe 22 zur Frequenzmodulation des VHF-Trägers und eine SHF-Stufe 24 zur Amplituden- und Frequenzmodulation des SHF-Trägers.
Wie aus 7 ersichtlich, enthält die SHF-Stufe 24 ein Oszillatormodul 30 zur Erzeugung des SHF-Trägers mit einer Resonanzschaltung 32 für einen FET-Transistor 34 (Feldeffekttransistor). Das Drain 36 des Transistors 34 ist einerseits mit einer Gleichspannungsquelle Vcc und andererseits über ein erstes Einstellmittel 38 für die Amplitude des VHF-Trägers verbunden. Ein Eingang 40 des Oszillators 30 ist mit einem zweiten Einstellmittel 42 zur Wahl der Frequenzänderung des in der Frequenz und in der Amplitude modulierten SHF-Trägers in dem Band verbunden. Die Resonanzschaltung 32 enthält einen Mikrostripresonator 44, der mit einer Kapazitätsdiode 46 verbunden ist, deren Anode 48 durch eine Gleichspannungsquelle 50 über ein drittes Einstellmittel 52 verbunden ist, um einerseits eine Einstellung der Bandbreite B und andererseits eine Kompensation der Frequenzabweichung des Oszillators zu kompensieren. Der Transistor 34 ist mit einer Sendeantenne 54 über eine Dämpfungsstufe 56 verbunden.
Durch Überlagerung des Signals S_c über die Gleichvorspannung der Diode 46 entstehen kontinuierliche Änderungen der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 32 und daher Änderungen der Schwingfrequenz des Oszillatormoduls 30.
11 zeigt die Strom/Spannungs-Kennlinien des Transistors 34, der im Großsignalmodus arbeitet. Die Amplitude des durch den Oszillator 30 erzeugten SHF-Trägers wird durch die Nichtlinearitäten des Transistors an den Punkten C und D begrenzt, die auf der Belastungskennlinie 58 des Transistors 34 liegen. Auf diese Weise wird durch Zuführung des VHF-Trägers zu dem Drain 36 des Transistors 34 die Vorspannung des Drain 36 periodisch geändert, wie in 10 dargestellt ist.
Das ergibt eine Verschiebung in dem Vorspannungspunkt des Transistors 34 von seinem Sättigungs-Arbeitsbereich 60 zu seinem linearen Arbeitsbereich 62, wie durch die Punkte A und B in 11 dargestellt ist. 12 zeigt den Fall, in dem der Vorspannungspunkt A im Bereich 60 liegt, und ermöglicht einen Drain-Strom, dessen Amplitude ein Maximum ist, während 13 den Fall zeigt, wo der Vorspannungspunkt in den Bereich 62 liegt und eine Verringerung in der Amplitude des Drain-Stroms bewirkt. Wie bereits früher erwähnt, entsteht die Amplitudenmodulation des SHF-Trägers, die in 14 dargestellt ist, durch Zuführung des VHF-Trägers zu dem Drain 36 des Transistors 34. Der Wert des Eindringens des Vorspannungspunktes in den linearen Arbeitsbereich 62 ermöglicht, den Amplituden-Modulationsgrad der Modulation des SHF-Trägers zu ändern. Der Wert des Eindringens wird durch die ersten Einstellmittel 38 gesteuert und ist von der Amplitude des VHF-Trägers abhängig.
Die Spreizung des Frequenzspektrums des modulierten SHF-Trägers wird durch die dritten Einstellmittel 52 geändert, die es ermöglichen, die Gleichvorspannung der Kapazitätsdiode 46 zu ändern und dadurch eine Änderung in dem Wert der Kapazität der Diode 46 zu erzeugen.
Die SHF-Stufe gemäß der Erfindung macht es möglich, gleichzeitig den SHF-Träger zu erzeugen und die Amplitudenmodulation und Frequenzmodulation des SHF-Trägers durchzuführen.

Claims

Verfahren zur Modulation bei der Spektralspreizung eines SHF-Trägers mit der Frequenz f_p in einem Band B zur Übertragung eines Signals, dessen Spektrum mehrere Frequenzen enthält, die mehrere unkorrelierte Träger darstellen, von einem Sender (10) zu wenigstens einem Empfänger (12), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – die Frequenz eines VHF-Trägers mit der Frequenz f_AM wird durch ein Signal S₁ moduliert, das eine zu übertragende Information darstellt, – gleichzeitig erfolgt eine Frequenzmodulation des SHF-Trägers mit der Frequenz f_p durch ein sinusförmiges Signal S₁ mit der Frequenz f_FM, – die Amplitude des derart modulierten SHF-Trägers wird durch den derart modulierten VHF-Träger moduliert, wobei die Amplitudenmodulation nach den Frequenzmodulationen des SHF- und VHF-Trägers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal S₁ ein Audiofernsehsignal darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal S₁ und der VHF-Träger durch dieselbe Quelle erzeugt werden und f_p = 5,8 GHz und f_AM = f_FM = 1 MHz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzband B sich über ±40 MHz um die Frequenz f_p = 5,8 GHz erstreckt.
Sender zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch – eine VHF-Stufe (22) zur Frequenzmodulation eines VHF-Trägers durch ein Signal S₁, das eine zu übertragende Information darstellt, – eine SHF-Stufe (24) zur Amplituden- und Frequenzmodulation eines SHF-Trägers, wobei die Frequenzmodulation durch ein sinusförmiges Signal zur Frequenzmodulation (S₁) und die Amplitudenmodulation durch den modulierten VHF-Träger erfolgt.
Sender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die SHF-Stufe ein Oszillatormodul (30) mit einer Resonanzschaltung (32) für einen FET-Transistor (34) enthält, dessen Drain (36) einerseits mit einer Gleichspannungsquelle Vcc und andererseits mit der VHF-Stufe (22) über ein erstes Einstellmittel (38) für die Amplitude des durch die VHF-Stufe (22) gelieferten VHF-Trägers erfolgt.
Sender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzschaltung (32) einen Mikrostrip-Resonator (44) für eine Kapazitätsdiode (46) enthält, deren Anode (48) einerseits mit einem zweiten Einstellmittel (42) verbunden ist, das die Wahl der Frequenzänderung in dem Band B des frequenz- und amplitudenmodulierten SHF-Trägers ermöglicht und andererseits mit einem dritten Einstellmittel (52) verbunden ist, das einerseits die Einstellung der Bandbreite B und andererseits die Kompensation der Frequenzabweichungen des Oszillators (30) ermöglicht.