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Verfahren zur Verringerung der nichtlinearen Verzerrung bei Restseitenbandübertragung
Es ist bekannt, daß bei der Restseitenbandübertragung zwei Arten von Verzerrungen
auftreten, von denen beide beim Fernsehbetrieb (Gerber-Norm) und praktisch nur die
zweite beim Tonrundfunk sich störend bemerkbar machen..
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i. Lineare Verzerrungen. Trotz Ausgeglichen, Wit des Amplitudenganges
treten beim Fernsehbetrieb störendeLaufzeitverzerrungen hochfrequenter und niederfrequenter
Art auf. Diese Laufzeitverzerrungen können in ihrem wesentlichen Anteil durch eine
Laufzeitvorentzerrung allein auf der videofrequenten Seite behoben. werden. Auf
diese Weise erzielt man., daß der Restseitenbandbetrieb für kleine Modulationsgrade
praktisch dieselbe Qualität hat wie der Zweiseitenbandbetrieb, der etwa das doppelte
Frequenzband beansprucht.
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a. Nichtlineare Verzerrungen. Nichtlineare Verzerrungen treten beim
Restseitenbandbefrieb grundsätzlich bei größeren Modulationsgraden auf. Sie können
nicht gleichzeitig bei Ansteigen und Abfallen der Amplitude durch eine videofrequente
Phasenvorverzerrung gemindert werden.
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Diese nichtlinearen Verzerrungen. können grundsätzlich .durch Einschalten
nichtlinearer Glieder behoben werden.
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Es ist bekannt, z. B. den Einfluß nichtlinearer Verstärker bzw. Modulationskennlinien
durch Einschaltung von Verstärkern mit gegenläufiger
Nichtlinearität
zu kompensieren bzw. in telegrafueähnlichen Betrieben durch Regeneration der Telegrafiezeichen
solche Verzerrungen zu beheben. Typische Beispiele solcher nichtlinearen Kompensation
sind das Lorenz-Patent 6o9 565, in. dem Maßnahmen angegeben werden, wie eine nichtlineare
Modulationskennlinie linearisiert wird. Ein anderes Beispiel bietet das Marconi-Patent
863 076, in dem vor allen Dingen Vorschläge zur Impulsregeneration gemacht
werden, d. h. Vorschläge, um unabhängig vom Eingangssignal Form und Amplitude der
Synchronisierimpulse einwandfrei zu. gestalten und nebenbei auch noch Nicht= linearitäten,
im Bildbereich zu linearisieren.
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Diese Maßnahmen gestatten es aber nicht, die systematischen Verzerrungen
des Restseitenbandbetriebes bei Verwendung linearer Empfangsgleichrichter zu vermeiden.
Es besteht daher dringendes Interesse daran, den. wegen seines geringen Frequenzbedarfes
sehr vrteilhaften Restseitenbandbetrieb durch geeignete Maßnahmen von diesen Verzerrungen
zu befreien bzw. diese grundsätzlichen Verzerrungen weitgehend ,zu mindern.
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Hierfür sind bereits eine Anzahl von Maßnahmen bekannt.
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Beim Fernsehbetrieb und Trans-Oszean-Einseitenbandbetrieb (kommerzielle
Verbindungen) werden empfängerseitig Zusatzträger eingeführt. um den Modulationsgradweitgehend
zu verringern. Hierbei kommt es bei der Sprach- bzw. Musikübertragung lediglich
darauf an, für den Zusatzträger eine hohe Frequenzgenauigkeit zu erzielen; die Anforderungen
sind bei Musikübertragungen wesentlich schärfer als bei Sprachübertragung.
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Bei der Fernsehübertragung hingegen ist es unbedingt notwendig, beim
Zusatzträger auf der Empfangsseite genau dieselbe Frequenz und weitgehend genau
dieselbe Phasenlage gegenüber den Seitenbändern zu erzeugen, wie sie auf der Sendeseite
bei dem ursprünglichen Träger vorhanden sind. Auf jeden Fall bedingt die Einführung
eines Zusatzträgers auf der Empfangsseite je nach der erzielten Oualität einen mehr
oder minder hohen, Zus@aitzaufivand am Empfänger, der z. B. für Rundfunkzwecke wegen
der. großen Stückzahl der Empfänger kaum tragbar sein dürfte.
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Ein anderes Beispiel für die Kompensation der nichtlinearen Verzerrung
im Einseitenbandbetrieb ist in AEÜ Fahr. 1949 auf den Seiten 37 bis 46 (Aufsatz
Dr. M e i n e 1) beschrieben. Bei dem hier geschilderten Verfahren tritt eine zusätzliche
Erschwerung auf - durch die Notwendigkeit eines scharfen Ouarzfilters, der in dem
einen Zweig des Empfängers den Träger beseitigen muß, ohne die dicht danebenliegenden
Seitenbänder gleichzeitig übermäßig zu schwächen. Auch in diesem Fall entsteht ein
erheblicher Mehraufwand auf der Empfängerseite.
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Es ist deshalb von großem technischem Interesse, insbesondere im Rundfunkbetrieb,
eine Lösung zu finden, bei der ausschließlich auf der Senderseite eine nichtlineare
Vorverzerrung vorgenommen wird zum Zwecke der Minderung der obenerwähnten systematischen
nichtlinearen Verzerrung im Restseitenbandbetrieb. Hier- ist bekannt ein Vorschlag
der Firma Philips, Deutsches Patent 756 73:I, bei dem ein besonderer Modulator eingeführt
wird', der es ermöglichen soll, die Restseitenbandübertragung mit Restträger verzerrungsfrei
auszusenden. Diese Einrichtung wirkt naturgemäß nur befriedigend, wenn der Empfänger
frequenzmäßig gleich breit oder besser etwas breiter ist als das vom Sender abgegebene
Frequenzspektrum, weil sonst im Restseitenbandbetrieb- zusätzliche nichtlineare
Verzerrungen auf der Empfängerseite eintreten, die nicht durch die im Patent
756734 geschilderten Maßnahmen behoben werden können. Ein schwerwiegender
Nachteil ist, daß es sich hierbei um einen Diodenmodulator handelt, der bei Endstufenmodulation
einen ähnlichen Röhrenaufwand erfordern muß wie beispielsweise bei der bekannten
Anodenspannungsmodulation. Erschwerend gegenüber dem Röhrenbedarf bei der Zweiseitenbandanodenspannungsmodulation
kommt auf der Modulationsseite hinzu, daß an den Quellwiderstand des Modulators
besonders schwer zu erfüllende Anforderungen. gestellt werden müssen.
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Es besteht daher weiterhin ein dringendes technisches Interesse daran,
ohne Änderung des normalen Senders einschließlich des Modülators sowohl die auf
der Senderseite, als auch auf der Empfängerseite entstehenden Restsei.tenbandverzerrungen
mit geringerem Aufwand auf ein erträgliches Maß herabzusetzen. Die Lösung dieser
technischen Aufgabe ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Hiernach sollen durch zusätzliches Einschalten eines Netzwerkes mit
nichtlinearen Gliedern ausschließlich in den videofrequenten bzw. niederfrequenten
Weg (vorzugsweise bei geringem Pegel) die durch den Restseitenbandbetrieb bedingten
nichtlinearen Verzerrungen erheblich gemindert werden. Hierbei ist es beim Fernsehbetrieb
zweckmäßig, daß das zur Vermeidung der linearen Verzerrung schon vorhandene lineare
Netzwerk derart abgeglichen ist, daß bei der Übertragung kleiner Modulationsgrad-ekeine
lineare Verzerrungen auftreten.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, aus dem ankommenden
Modulationssignal (videofrequent oder tonfrequent) ein Zusatzsignal abzuleiten,
das derart geformt ist, daß seine Hinzufügung zum ursprünglichen Signal eine weitgehende
Minderung der nichtlinearen Verzerrung beim Restseitenbandbetrieb unter Verwendung
normaler Empfänger bewirkt.
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Die Erzeugung dieses Zusatzsignals muß durch ein nichtlineares Netzwerk
erfolgen, das naturgemäß eine endliche Laufzeit besitzt. Es ist deshalb erforderlich,
vor der Zufügung dieses Korrektursignals dem Hauptsignal die gleiche Laufzeitverzögerung
zu erteilen.
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Infolgedessen besteht das erfindungsgemäße Netzwerk aus einer rein.
linearen Laufzeitkette, der ein aus linearen und nichtlinearen Teilen bestehendes
Netzwerk parallel geschaltet ist, dergestalt, daß zu dem unverzerrten Modulationssignal
ein
nichtlinear verzerrtes Zusatzsignal laufzeitmäßig richtig zugefügt wird. Das parallel
geschaltete nichtlineare Netzwerk besteht seinerseits aus der Reihenschaltung eines
linearen und eines nichtlinearen Teils. Der lineare Teil erzeugt in bekannter Weise
Differentialquotienten verschiedener Ordnung, wobei die Amplituden der einzelnen
Differentialquotienten durch Regler zweckmäßig getrennt eingestellt werden können.
Dieses Gemisch der Differentialquotienten verschiedener Ordnung des Mo:dulationssignals
wird einem laufzeitentzerrten Tiefpaß zugeführt, dessen Grenzfrequenz zwischen io
und 40"/o der Modulationsbandbreite liegt. Der Abfall der Amplitude im Sperrbereich
dieses Tiefpasses soll relativ flach sein und in dem Bereich. zwischen 3 und 1z
dB je Oktave liegen. -Der in Reihe geschaltete nichtlineare Teil kann in vorteilhafter
Weise aus einem Gegentaktgleichrichter bestehen, der nur die negativen Amplituden
des hinter dem Tiefpaß entstehenden Frequenzgemisches abgibt. Dieser Gegentaktgleichrichter
muß bei Erzielung optimaler Wirkung arnplitudengesteuert sein, in der Art, daß das
Verhältnis des hinter dem Gleichrichter entstehenden Korrektursignals. zum urverzerrten
Modulationssignal mit dem Modulationsgrad korreliert steigt und sinkt. In erster
Annäherung ist es vorteilhaft, das Verhältnis des hinter dem Gleichrichter entstehenden
Korrektursignals zum ursprünglichen Signal proportional dem Modulationsgrad zu gestalten.
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Untersuchungen. haben ergeben, daß ein Netzwerk der eben beschriebenen
Art imstande ist, das Überschwingen und die Anstiegsteilheit praktisch in den Grenzen
zu halten, die beim Zweiseitenbandbetrieb gehalten werden können. Dies trifft sogar
zu für die höchsten vorkommenden Mo:dulationsgrade im Fernsehbetrieb.
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Untersucht man, wie die Einschaltung eines erfindungsgemäßen Netzwerkes
sich auf die Übertragung einer sinusförmigen. Frequenz bei reinem Einseitenbandbetrieb
auswirkt, kommt man zu gewissen Dimensionierungsvorschriften, um bei der Übertragung
einer Einzelfrequenz sowohl den Träger als auch die Modulation bei Empfang mit linearem
Gleichrichter im Demodulator verzerrungsfrei zu übertragen'. In diesem Spezialfalle
darf nur der erste Differentialquotient #erwendet werden. Der oben erwähnte Abfall
im Sperrbereich muß 6 dB je Oktave betragen und der Gegentaktgleichrichter muß eine
rein quadratische Charakteristik besitzen, wodurch gleichzeitig die Linearität des
Verhältnisses des Zusatzsignals zum urverzerrten Signal mit dem Modulationsgrad
gewährleistet wird.
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Bei geeigneter Wahl der Amplitude hinter dem quadratischen Gleichrichter
kann für einen bestimmten Mod'ulationsgrad sowohl jede Bildung von Oberwellen im
Empfänger als auch Verschiebung des Gleichstromes (Träger) vermieden werden. Die
Abhängigkeit vom Modulationsgrad ist relativ gering, so. daß sich bei Änderung des
Modula,tionsgrades dieser Zustand nur unwesentlich ändert. Bei Anwendung dieser
Dimensionierungsvorschrift für den Restseitenbandbetrieb würde sich die Grenzfrequenz
des obererwähnten Tiefpasses als die dem oberen Nyquistpunkt zugeordnete Frequenzkomponente
des videofrequenten Signals ergeben.
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Es ist noch zu erwähnen, daß bei Einseitenbandempfang mit einer einzigen.
Frequenz und quadratischer Kennlinie des Demodulators im Empfänger ebenfalls keine
Oberwellen entstehen, aber eine mit dem Quadrat des Modulationsgrades ansteigende
Verschiebung der Trägeramplitude eintritt. Dies bewirkt, daß bei Empfang mit quadratischer
Gleichrichtung bei Modulation mit zwei Tönen eine beachtliche Komponente der Differenzfrequenz
auftritt. Bei dem erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren hingegen ist diese Differenztonbildung
stark verringert.. Es ist daher möglich, das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur
für Restseitenbandübertragung im Fernsehen, sondern auch für Restseitenbandübertragung
im Tonfunk anzuwenden, ohne daß in den normalen Empfängern mit linearer Detektion
größere Verzerrungsprodukte auftreten, als sie beim Zweiseitenhandbetrieb üblich
sind.