ES2337450T3 - Procedimiento y disposicion para la transmision digital con emisores am. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la transmisión digital con emisores AM en las que a consecuencia del modo de funcionamiento no lineal ocurren distorsiones no lineales en el caso de una transmisión digital que llevan a interferencias intrabanda e interferencias fuera de banda, en donde la etapa de salida del emisor AM se opera en el modo lineal y en donde el modo lineal se opera en combinación con un ajuste de la tensión de alimentación de la etapa de salida del emisor en función de la regulación instantánea para mejorar la eficacia, caracterizado porque el modulador del emisor AM trabaja como una alimentación temporizada y proporciona la tensión de alimentación ajustada para la etapa de salida del emisor, porque la curva envolvente de la señal de datos modulada compleja se detecta y esta señal controla el ajuste de la tensión de alimentación para la etapa de salida del emisor, porque el constante temporal en la detección de la curva envolvente está definida de tal manera que se ajusta directamente a una subida de la curva envolvente, porque el constante temporal en la detección de la curva envolvente tiene es mismo valor para la subida como para la bajada de la curva envolvente, y porque la señal de datos modulada compleja después de la detección de su curva envolvente se retarda de tal manera que entre medias se efectúa el ajuste de la tensión de alimentación y, por lo tanto, se pueden evitar incluso breves casos de sobrealimentación de la etapa de salida del emisor.

Description

Procedimiento y disposición para la transmisión digital con emisores AM.

Esta invención se refiere al área de las emisoras de radio que como consecuencia de la digitalización de la modulación de amplitud analógica (AM) se transforman hacia la modulación digital.

Los tipos de emisores habituales hasta ahora, emisores no-lineares de AM con entrada de RF (frecuencia de radio) y entrada de audio en este caso se deben seguir utilizando. Esto tiene las siguientes razones:

-

Los emisores AM trabajan de forma interna en funcionamiento de conmutación y por lo tanto tienen una eficacia hasta un factor 3 mejor que emisores lineales que por lo demás habitualmente se aplican para una transmisión digital, por ejemplo, en el caso de DAB (Digital Audio Broadcasting) y DVB (Digital Video Broadcasting). De este modo resulta un ahorro de coste de funcionamiento.

-

Las emisoras se pueden convencer más fácilmente de la transformación desde análogo hacia digital cuando no se producen grandes inversiones de antemano.

La digitalización de la radio AM se considera como única oportunidad de mantener estos intervalos de frecuencia y la tecnología aplicada en ellos a largo plazo. Para la implementación se ha fundado el consorcio "Digital Radio Mondiale", véase Rundfunktechnische Mitteilungen, año 43, 1999, fascículo 1, páginas 29-35.

La utilización de un emisor AM no lineal para la modulación digital requiere un modo de funcionamiento especial del emisor. La generación de la señal digital modulada se realiza mediante dos señales parciales, ortogonales entre sí (I y Q). La señal I ("en fase") se modula sobre una oscilación cosinusoidal con una frecuencia Ft (frecuencia de portador). La señal Q ("cuadratura") se modula sobre una oscilación sinusoidal de la misma frecuencia Ft. La suma de las dos oscilaciones moduladas compone la señal de datos modulada compleja (coseno 0 - 180 grados, seno -90 - +90 grados). La señal modulada I/Q se forma mediante filtros de tal manera que tenga exactamente la forma de la curva prescrita con el ancho de banda deseado.

Para el funcionamiento no lineal la señal I/Q modulada tiene que ser transformada de tal manera que se originan de ello las dos señales, la señal de amplitud (señal A) y la señal portador (RF-P) modulada en fase que son apropiados para controlar correctamente el emisor AM. En la salida del emisor AM resulta después nuevamente la señal I/Q modulada con mayor potencia.

La señal I/Q modulada corresponde a una representación cartesiana. Esta se transforma en una representación polar con amplitud y fase. Para el control del emisor AM en la entrada de audio por ello se obtiene la señal de amplitud (señal A). De la señal de fase (señal P) que se genera en primer lugar se genera una RF modulada de fase (señal RF-P). De forma ventajosa la señal RF-P también puede ser obtenida directamente sin el paso intermedio a través de la señal P. Con ello se obtienen las señales necesarias para el control del emisor AM:

-

señal de amplitud (señal A)

-

señal RF modulada de fase (señal-RF-P)

La señal A se inserta en la entrada de modulador (entrada de audio) del emisor AM y la señal RF-P sirve para el control a modo de HF del emisor. En la etapa de salida del emisor las dos señales A&RF-P se unes de forma multiplicativa y forman la señal de salida digital de alta frecuencia.

Tanto la señal A como también la señal RF-P contienen debido al proceso de preparación necesario anchos de banda mucho más amplias que la señal digital tenía en primer lugar y también debe tener nuevamente en la salida del emisor.

Los anchos de banda incrementados (factor 3-5) frecuentemente no pueden ser proporcionados por moduladores más antiguos ya que estos no han sido diseñados para ello. Si solo se utiliza el ancho de banda limitado que emisores "más antiguos" tienen a su disposición en la parte modulador, entonces esto lleva a emisiones fuera de banda substanciales. Estas tienen la característica que en el espectro solo presentan una pendiente muy baja y, por lo tanto, interfieren con bastantes canales contiguos.

Generalmente las emisiones de interferencia también se encuentran por encima de los valores umbrales coordinados por la ITU, de manera que una autorización parece cuestionable.

Son especialmente problemáticos las distorsiones no lineales cuando se deben transmitir señales de múltiples portadores, por ejemplo, señales OFDM (Multiplexación Divisional de Frecuencia Ortogonal) como modulación digital.

En el caso del sistema DRM (Digital Radio Mondiale) actualmente recomendado para la estandarización por la ITU para la transmisión digital en los intervalos AM se propone un procedimiento OFDM como procedimiento de múltiples portadores con aproximadamente 200 portadores.

Modulaciones de múltiples portadores ciertamente tienen un espectro casi en forma rectangular, no obstante, tiene en el intervalo temporal un carácter parecido a ruido y concretamente tanto para la componente I, como también para la componente Q de la señal temporal. Esto es la consecuencia de la sobreposición de múltiples sub-canales, estadísticamente casi independientes entre sí que tiene lugar en este caso. Según las reglas del teorema central de limites (Central Limit Theorem) una sobreposición de este tipo tiene una función de distribución de densidad de los valores de amplitud, tanto de la componente I como también de la componente Q que en cada caso prácticamente alcanza la forma de una curva de campana de Gauss. En tal caso la función de distribución de densidad de los valores de amplitud de la función de suma tiene la forma de una distribución de Rayleigh. Esto significa que valores de amplitud bajos y medianos ocurren relativamente frecuentes, mientras que valores de amplitud grandes ocurren muy raras veces.

Si en un emisor AM que se opera en este funcionamiento no lineal se limita en amplitud la señal de amplitud entonces se producen distorsiones no lineales que por una parte llevan a una emisión fuera de banda incrementada y por otra parte también causan interferencias intrabanda que debido al modo de funcionamiento del emisor pueden encontrarse sustancialmente por encima de las emisiones fuera de banda. Las interferencias intrabanda reducen la superficie de alimentación alcanzable dado que una señal ya interferida en sí puede soportar menos interferencias en el canal de emisión para alcanzar un umbral crítico en el receptor.

El documento EP-A-0431201 revela un emisor AM para señales digitales que se opera en un modo lineal.

La presente invención describe un procedimiento y una disposición para la transmisión digital con emisores AM habituales con las que emisiones no esenciales no deseadas mediante distorsiones no lineales se pueden evitar en gran medida.

Distorsiones no lineales se pueden evitar cuando el punto de trabajo del emisor se desplaza de tal manera que se produzca una forma de trabajo lineal. Para el funcionamiento lineal la etapa de salida del emisor se controla con una señal digital modulada, compleja (señal I/Q), tal como se conoce de los sistemas digitales DAB y DVB.

El funcionamiento lineal del emisor es ventajoso con respecto a las emisiones de interferencia. Estas espectralmente tienen pendientes mucho mayores que en el modo no lineal descrito con anterioridad, de manera que la máscara de espectro ITU se puede mantener al tener una compensación buena del emisor. Solamente la eficacia del emisor es muy reducida en el funcionamiento lineal y causa altos costes de electricidad.

La eficacia en el funcionamiento lineal del emisor AM es tan mala porque también en caso de una pequeña regulación de la etapa de salida del emisor toda la tensión de alimentación se encuentra en esta etapa y debido a la corriente de reposo de la etapa de salida del emisor potencia se convierte en calor. Una eficacia mejorada se puede alcanzar de tal manera que la tensión de alimentación no se produce mucho más alta que la regulación instantánea que la etapa de salida requiere.

Para el ajuste de la tensión de alimentación para la etapa de salida del emisor en función de la regulación momentánea se detecta la curva envolvente de la señal digital modulada compleja por un detector de amplitud (rectificador de curva envolvente o rectificador de contacto puntual) y la tensión de alimentación o bien la tensión del ánodo de la etapa de salida se controla mediante el modulador que opera como alimentación temporizada.

Hay que dar especial importancia en que en la marco del ajuste no aparezca ninguna sobrealimentación - aunque sea por poco tiempo. Una sobrealimentación se podría producir porque la curva envolvente de la señal digital incrementa más rápidamente que lo consigue el ajuste de la tensión de alimentación. Generalmente, hay que asumir esta situación dado que el modulador precisamente no tiene el ancho de bando necesario. Esta desventaja se puede subsanar retrasando la señal digital compleja en una etapa de retardo después de la detección de su curva envolvente, de tal manera que entre medias se puede ajustar la tensión de alimentación de la etapa de salida del emisor. Con motivo del cambio al funcionamiento digital en el emisor hay que reequipar el detector de amplitud y la etapa de retardo (véase Fig. 1).

El constante temporal del detector de curva envolvente tiene que estar hecho de tal manera que se puede seguir directamente a un incremento de la curva envolvente, para que no ocurra ninguna sobrealimentación con las distorsiones causadas por ello y que no ocurran radiaciones parásitas. Sin embargo, de forma diferente que es habitual en el caso de "modulación de amplitud dinámica" el constante temporal para la bajada se puede eligir igual de grande que para la subida, dado que en este caso no hay que tener en cuenta la "sensación auditiva". La menor constante temporal de bajada amplía adicionalmente la eficacia del emisor.

Emisores que trabajan con Modulación de Duración de Pulso (PDM) o con Modulación de Paso de Pulso (PSM) tienen este tipo de moduladores en forma de alimentaciones temporizadas. La tensión que se obtiene de la curva envolvente detectada de la señal digital se utiliza para controlar estos moduladores PDM o PSM y se consigue con ello el ajuste exacto de la tensión de alimentación para la etapa de salida del emisor según la curva envolvente de la señal digital. Con ello se ha conseguido ambos objetivos: funcionamiento lineal e incremento de la eficacia del emisor hacia un valor aceptable.

\vskip1.000000\baselineskip

Lista de las referencias utilizadas

1.

detector de amplitud para la detección de la curva envolvente

2.

etapa de retardo para la señal digital modulada compleja

3.

etapas preamplificadoras de alta frecuencia

4.

etapa de salida del emisor

5.

etapa excitadora del modulador para el ajuste de la tensión de alimentación

6.

etapa de potencia del modulador para el ajuste de la tensión de alimentación

7.

filtro de paso bajo suavizado del modulador

8.

filtro de salida del emisor AM

Claims (3)

1. Procedimiento para la transmisión digital con emisores AM en las que a consecuencia del modo de funcionamiento no lineal ocurren distorsiones no lineales en el caso de una transmisión digital que llevan a interferencias intrabanda e interferencias fuera de banda, en donde la etapa de salida del emisor AM se opera en el modo lineal y en donde el modo lineal se opera en combinación con un ajuste de la tensión de alimentación de la etapa de salida del emisor en función de la regulación instantánea para mejorar la eficacia, caracterizado porque el modulador del emisor AM trabaja como una alimentación temporizada y proporciona la tensión de alimentación ajustada para la etapa de salida del emisor, porque la curva envolvente de la señal de datos modulada compleja se detecta y esta señal controla el ajuste de la tensión de alimentación para la etapa de salida del emisor, porque el constante temporal en la detección de la curva envolvente está definida de tal manera que se ajusta directamente a una subida de la curva envolvente, porque el constante temporal en la detección de la curva envolvente tiene es mismo valor para la subida como para la bajada de la curva envolvente, y porque la señal de datos modulada compleja después de la detección de su curva envolvente se retarda de tal manera que entre medias se efectúa el ajuste de la tensión de alimentación y, por lo tanto, se pueden evitar incluso breves casos de sobrealimentación de la etapa de salida del emisor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el modulador que trabaja como alimentación temporizada también puede ser un Modulador de Duración de Pulso o un Modulador de Paso de Pulso, y porque en el caso de emisores AM con moduladores en contrafase quiescente hay que sustituirlo por uno de aquellos moduladores.

3. Disposición para la transmisión digital con emisores AM en las que la etapa de salida del emisor se opera en el modo lineal para evitar distorsiones no lineales y cuya tensión de alimentación para mejorar la eficacia se ajusta en función de la activación por la señal de datos modulada compleja, caracterizada porque un detector de amplitud (1) está puesto por delante del modulador (5 y 6) que trabaja como alimentación temporizada que detecta la curva envolvente de la señal de datos modulada compleja y porque una etapa de retardo (2) para la señal de datos modulada compleja se instala por delante de las etapas preamplificadoras (3) de alta frecuencia en el recorrido de señal hacia la etapa de salida del emisor (4), en donde el constante temporal en la detección de la curva envolvente del detector de amplitud (1) tiene el mismo valor para la subida y para la bajada de la curva envolvente.