FI76652C - Mikrovaogkommunikationssystem. - Google Patents

Description

1 76652

Mikroaaltotietoliikennejärjestelmä. - Mikrovagkommunikations-system.

Keksintö koskee mikroaaltotietoliikennejärjestelmiä ja erityisesti sellaista mikroaaltotietoliikennejärjestelmää, johon kuuluu uusi ja erittäin tehokas lähetin, joka mahdollistaa samanaikaisen useiden tietokanavien lähettämisen huomattavien etäisyyksien päähän.

Mikroaaltoreleointi tarjoaa hyvän tavan saada signaali yhdestä pisteestä toiseen etäällä olevaan pisteeseen vetämättä kaapelia näiden kahden pisteen väliin. Mikroaaltoreleoinnin kehitti ensimmäisenä ja sitä käytti Bell System pitkien etäisyyksien puhelinlinjojen kustannusten pienentämiseksi. Myöhemmin mikroaaltolinkkejä käyttivät televisioyhtiöt studion liittämiseksi lähetinasemansa kanssa. Näiden studio-lähetin-linkkien (STL) tarvitsi välittää ainoastaan yksi kuvakanava ja yksi äänikanava studiolta lähettimeen, joka lähetin saattoi olla etäisyydellä 1 - 20 mailia. Tätä samaa laitetta käytettiin myös tuomaan verkko-ohjelma paikallisjäsenille paikallisradiotoimintaa varten.

Kaapelitelevisioteollisuuden (CATVj alkuaikoina ennen satelliittitietoliikenneyhteyksien käyttöä näitä samoja mikroaaltolinkkejä käytettiin saattamaan etäiset televisioasemat paikallisjakelun piiriin kaapelia pitkin.

Tällöin jälleen näiltä linkeiltä vaadittiin ainoastaan kykyä siirtää yhtä yksittäistä ohjelmakanavaa. Kun CATV-teollisuus kehittyi, U.S. Federal Communications Comission havaitessaan CATV-käyttäjien lisääntymisen varasi taajuuskaistan lähellä 13 GHz tätä palvelua varten. Tämän kaistan jakelu, joka tunnetaan kaapelireleointipalvelukaistana (Cable Relay Service, CARS), on avannut tien monille muille sovellutuksille.

Yksi tällainen sovellutus on ollut käyttää mikroaaltoreleoin- 2 76652 tia kaapeli-TV-järjestelmän palvelualueen laajentamiseksi. Tämän aikaansaamiseksi releoinnin on kyettävä siirtämään useita televisiokanavia. Alkuperäisten yksikanavaisten STL-järjestelmien valmistajat ovat vastanneet tähän vaatimukseen oleellisesti sijoittamalla useita lähettimiä rinnan halutun kanavien lukumäärän saavuttamiseksi. Näin ollen 24-kanavainen järjestelmä vaatisi 24 yksikanavaista lähetintä liitettynä yhteen paraboliseen (mikroaalto) antennilähettimeen kustannusten ollessa nykyisin yli $ 150.000. Tällaiset kustannukset voidaan hyväksyä ainoastaan silloin, kun liitettävä yhteisö on tilaajapohjaltaan hyvin suuri.

Tyypilliseen mikroaaltoreleointiin voi kuulua keskusjohto-pääjärjestelmä ja yksi lähetin, jossa on useita mikroaalto-antenneja osoittamassa kohti kutakin useista lähellä olevista yhteisöistä. Kussakin yhteisössä yksi vastaanotin, joka on suunnattu kohti lähetintä, tuottaa signaalit, jotka jaetaan tavanomaisella kaapelitelevisiotekniikalla. Yksi lähetin kykenee palvelemaan yhteisöjä (esimerkiksi) 20 mailin säteellä ja siinä on haluttu määrä linkkejä eri suuntiin. Näin ollen yksi lähetin voi palvella suurta määrää yhteisöjä.

Liittämällä nämä yhteisöt tällä tavoin johtopään laitteen kustannukset jaetaan suuremman tilaajapohjän kesken samalla, kun kaukolinjajärjestelmän kustannukset huomattavasti pienenevät. Tämän kustannusten jakautumisen saamiseksi paremmin aikaan on käytettävä pienikustannuksista mikro-aaltoreleointijärjestelmää.

Esimerkkinä selostetaan mikroaaltoreleointi, joka toimii kaistalla 12,7 - 13,2 GHz. On olemassa kaksi mikroaalto-releointijärjestelmäluokkaa, jotka voivat toimia tällä kaistalla: Amplitudimoduloitu (AM) ja taajuusmoduloitu (FM). Molemmissa näissä järjestelmissä lähetinjärjestelmä voi olla yhteinen useille linkeille. Liittämällä lähetin

II

5 76652 sopivasti mikroaaltoantenneihin, jotka on suunnattu eri suuntiin, voidaan palvella useita alueita yhdellä lähettimellä.

Taajuusmoduloidut linkit tarjoavat luotettavimman pienikohi-naisen lähetyksen pienimmällä lähetysteholla. Luotettavuutensa ja kohinakäyttäytymisensä ansiosta FM-linkkiä käytetään usein STL-järjeselmissä. FM on käytössä myös liikkuvissa järjestelmissä vaadittavan ulostulotehon pienentämiseksi.

FM-järjestelmällä on kuitenkin useita epäkohtia. Ensisijaisena on sekä lähettimen että vastaanottimen suuret kustannukset. Toiseksi FM-signaalin vaatima tehokas kaistaleveys mikroaalto-releointiin on neljä kertaa niin suuri kuin AM-signaalin tynkäkaista. Tämä merkitsee sitä, että tietyllä kaistaleveydellä lähetettävien asemien määrä on ainoastaan neljännes. Lopuksi FM-järjestelmä vaatii erillisen lähetin- ja vastaan-otinlaitteen kutakin siirrettävää televisiokanavaa varten.

Amplitudimoduloidut linkit voivat tarjota taloudellisen menetelmän useiden televisioasemien releointiin. AM-lähet-timellä kaikki kanavat voidaan lähettää ja vastaanottaa käyttäen yhtä lähetintä ja vastaanotinta. Kuitenkaan tavanomaiset amplitudimoduloidut linkit eivät ota täyttä hyötyä AM-järjestelmän monikanavaisuudesta. Valitsemalla sopivasti monikanavaisen lähettimen komponentit, kuten alla on esitetty, voidaan saavuttaa merkittävä kustannusten pieneneminen verrattuna yksikanavaisiin lähettimiin.

Keksinnön ensisijainen tehtävä on tarjota mikroaaltotieto-liikennejärjestelmä, joka vähentää kaapelitelevisiojärjes-telmän kustannuksia harvaanasutuilla alueilla.

Toinen keksinnön tehtävä on maksimoida niiden informaatiokanavien lukumäärä, jotka kyetään lähettämään tietylle etäisyydelle yhdellä lähettimellä mikroaaltoreleointi- 4 76652 järjestelmässä.

Eräs keksinnön tehtävä on maksimoida se etäisyys, jolle tietty määrä informaatiokanavia voidaan lähettää yhdellä lähettimellä mikroaaltoreleointijärjestelmässä.

Vielä eräs keksinnön tehtävä on tarjota mikroaaltotehovahvis-tintehojärjestelmä, jota voidaan käyttää mikroaaltolähetti-raessä, jossa joukko informaatiokanavia on samanaikaisesti releoitava huomattavalle etäisyydelle mikroaallon kantotaajuudella.

Keksinnön tehtävät saavutetaan mikroaaltolähettimellä, johon kuuluu signaalimodulointielin syöttösignaalin vastaanottamiseksi, johon kuuluu joukko videokanavia ja amplitudimoduloidun signaalin tuottamiseksi mikroaaltotaajuusalueella sitä vastaten, ja vahvistinelin, joka reagoi mikroaaltotaajuussignaaliin vahvistetun ulostulosignaalin aikaansaamiseksi, joka signaali soveltuu mikroaaltolähettämiseen etäisiin paikkoihin.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että mainitulla signaalimodu-lointielimellä ja mainitulla vahvistineliraellä on ylätehora-jat, jotka ovat riittävästi vastaavien kaksiäänisten kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiosieppaus-pisteiden alapuolella, jotta kunkin kantoaalto/kolmoisinterferenssi-tehosuhteet ovat vastaavasti vähintään yhtä suuria kuin ensimmäinen ennalta määrätty arvo riippuen mainittujen informaatiokanavien lukumäärästä, vahvistinelimien vahvistus on riittävän suuri huolimatta signaalimodulointielimen tehorajoituksista, jolloin vahvistimen ulostulosignaalin teho on vähintään yhtä suuri kuin toinen ennalta määrätty arvo, ja vahvistimen vahvistuksen ja kohinakertoimen summalla mitattuna dB:nä on yläraja, jonka määrittää haluttu kantoaalto/kohina-suhde ja terminen kohina.

II

5 76652

Keksintö tulee selvemmin ymmärrettäväksi tarkasteltaessa keksinnön suositeltavan sovellutusmuodon seuraavaa yksityiskohtaista selostusta yhdessä oheisen piirustuksen kanssa, jossa:

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen mikroaaltolähettimen suositeltavan sovellutusmuodon mukaista lohkokaaviota.

Kuvio 2 esittää vastaanottimen lohkokaaviota, jota vastaanotinta käytetään kuviossa 1 esitetyn lähettimen kanssa.

Kuvio 3 on käyrä, joka esittää lähettimen perusosan ulostulo-tehoa ja kaksiäänistä keskeismodulointitasoa (keskeis-moduli) lähettimen sisäänsyöttötehon funktiona ja se esittää myös ekstrapoloituna kaksiäänisen kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiosieppaus-pist een.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista mikroaaltolähetintä 10. Siihen kuuluu signaalimodulointielin 12 sisääntulo-signaalin vastaanottamiseksi sisääntulossa 14. Sisääntulo-signaali voi olla 50 - 500 MHz VHF-syöttö, tyypillisesti arvolla 18 dBmV, ja siihen kuuluu joukko videokanavia (esim. jopa 75). Signaalimodulointielin 12 aikaansaa ampli-tudimoduloidun signaalin linjalla 16 vastaten VHF-syöttö-signaalia ja jonka taajuus on mikroaaltotaajuusalueella.

Signaalimodulointielin 12 esittää paikallisoskillaattorin 17, joka tuottaa vertailusignaalin "LO*' (esimerkiksi) taajuudella 12,6465 GHz linjalla 17a, ja sekoittimen 17b, joka yhdistäen reagoi sisääntulosignaaliin linjalla 14 ja vertailusignaaliin linjalla 17a. Sekoitin muuntaa ylöspäin VHF-signaalin linjalla 14 mikroaaltotaajuusalueelie. Signaali- 6 76652 modulointielin 12 käsittää edelleen kaistanpäästösuodattimen 17c, jossa on päästökaista (esimerkiksi) 12,7 - 13,2 GHz. Suodattimen 17c ulostulo on moduloitu signaali linjalla 16.

Laite 10 käsittää myös vahvistinelimen 18, joka reagoi mikroaaltotaajuussignaaliin linjalla 16 vahvistetun ulostulosignaalin tuottamiseksi linjalle 20, joka signaali on sopiva mikroaaltolähettämiseen etäisiin paikkoihin, esimerkiksi käyttäen mikroaaltoantennia 22.

Ulostulo linjalla 20 on osana mikroaaltospektriä, joka on myönnetty kaapelitelevisiokäyttäjille pitkälle lähetettävien signaalien saattamiseksi paikalliseen johtopäähän ja edelleen johtamiseksi kaapelin välityksellä ja jota voidaan luonnehtia kaapelireleointipalvelukaistan (CARS) ulostuloksi.

Kytkin 23 kerää ulostulon linjalla 20 ja syöttää sen sekoit-timeen 23a. Sekoitin 23a vastaanottaa toisen sisääntulon linjalta 17a ja muodostaa VHF-ulostulon linjalle 23b, joka tarjoaa automaattisen vahvistuksensäädön vahvistimelle 23c linjalla 20 olevan signaalin säilyttämiseksi halutulla ulostulotasolla. Signaali linjalla 23b voidaan myös syöttää TV-vastaanottimeen siten, että lähetetyn signaalin laatua voidaan tarkkailla.

Keksinnön erään piirteen mukaan signaalimodulointielimellä 12 ja vahvistinelimellä 18 on ylätehorajat, jotka ovat riittävästi vastaavien kaksiäänisten kolmannen kertaluokan keskeismodulaatioksieppauspisteiden alapuolella, jotta kunkin kantoaalto/kolmoisinterferenssi-tehosuhteet ovat vastaavasti vähintään yhtä suuria ensimmäiseksi määrättyihin arvoihin nähden.

Suurin sallittu signaalitaso kussakin asteessa asetetaan epälineaaristen elementtien keskeismodulaatiosärön avulla ti 7 76652 järjestelmässä. Rajoittava tekijä on kunkin vahvistimen ja sekoittimen kolmannen kertaluokan epälineaarisuus. Kaapeli-televisiosovellutuksiin tarkoitetut vahvistimet, esim. VHF-vahvistimet, jotka on suunniteltu useille AM-kantoaalloille, on yleisesti määritetty siten, että niillä on kantoaalto/-komposiittikolmoisinterferenssi-suhde määrätyllä ulostulo-tasolla tietyllä kanavamäärällä.

Komposiittikolmoisinter£erenssi on kolmannen kertaluokan interferenssin amplitudin mitta järjestelmässä. Kolmois-interferenssi on taajuuskomponentti, joka on seurausta kolmen signaalitaajuuden läsnäolosta ja se on taajuudella ^±+^2~^3' Tietyllä kanavamäärällä on tietty määrä interferenssejä. Esimerkiksi 24-kanavaisessa järjestelmässä on korkeintaan 120 kolmoisinterferenssiä per kanava. Toisen tyyppinen interferenssi (josta käytetään nimitystä kaksiääninen kolmannen kertaluokan interferenssi) taajuudella 2f^-f2 on myös länsä lukumäärältään pienempänä. Tämä interferenssi on taajudeltaan 6 dB alhaisempi, toisin sanoen neljäsosa tehosta. 24-kanavai-sessa järjestelmässä tällaisten interferenssien suurin määrä on 11 per kanava. Interferenssien kokonaismäärän kuvaamiseksi yhdellä numerolla on suotavaa määrittää ensiksi ekvivalent-tinen kolmoisinterferenssi interferenssinä, jolla on sama taso kuin kolmoisinterferenssillä tai neljä kertaa kaksiäänisen kolmannen kertaluoka interferenssin taso. Ekvivalenttisten interferenssien määrä per kanava on yhtä suuri kuin kolmoisinterf erenssienmäärä plus neljännes kaksiäänisten kolmannen kertaluokan interferenssien määrä. Komposiittikolmoisinter-ferenssi voidaan määrittää yksittäisenä interferenssinä, jolla on sama tehotaso kuin kanavassa olevien kaikkien ekvivalenttisten interferenssien summalla. Ekvivalenttien kolmoisinterf erenssien lukumäärä kanavaa kohden eri kanavamäärille on taulukoitu alla.

8 76652

Ekvivalenttien kolmoisinterferenssien kokonaismäärä per kanava

Kanavien lukumäärä _(huonoin tilanne)__ 12 40 24 120 36 350 54 1000

Subjektiiviset kokeet suurella määrällä tarkkailijoita ovat antanet tasot, joilla komposiittikolmoisinterferenssi tulee havaittavaksi. Tämä taso on erilainen kanavien eri lukumäärillä; yleensä, mitä suurempi kanavien lukumäärä on, sitä suurempi on komposiittikolmoisinterferenssin taso. Suurelle määrälle kanavia havaittavuuden taso desibeleinä kantoaallon alapuolella saadaan likimain kaavasta

53 + 10 Log N

missä N on ekvivalenttisten kulmoisinterferenssien määrä per kanava. Kaapelitelevisiolaitteiden valmistajat varustavat helposti sovellettavat komposiittikolmoisinterferenssidatat laitteisiinsa.

Mikroaaltovahvistimia ei tavallisesti käytetä kaapelitelevi-sioteollisuudessa ja niitä käytetään useimmiten yksikanto-aaltoisissa järjestelmissä. Läsnäollessaan kolmannen kertaluokan särö ei ole rajoittava tekijä näissä sovellutuksissa. Sen vuoksi komposiittikolmoisinterferenssikäyttäytymistä ei ole määritelty mikroaaltovahvistimille.

Tunnus, joka usein järjestetään (tai joka on helposti mitattavissa) mikroaaltovahvistimelle on kaksiääninen kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiosieppauspiste. Kuvio 3 esittää kaksiäänistä kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiosieppaus-

II

9 76652 pistettä 24 edustavalle laitteelle, esimerkiksi lähettimelle tai lähettimen osalle, kuten vahvistimelle tai sekoittimelle. Piste 24 on saatu ekstrapoloimalla käyrien 30 ja 32 lineaariset osat 26 ja 28. Käyrä 30 esittää perusosan ulostulotehoa ja käyrä 32 esittää kolmannen kertaluokan keskeismodulaatio-tason kaksiäänistä ulostulotehoa, molemmat sisääntulotehon funktioina. Lineaarisen osan 26 kaltevuus on 1:1 ja lineaarisen osan 28 kaltevuus on 3:1. Piste 24 on hypoteettinen piste, jossa perusosa ja kaksiääninen kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiotaso omaisivat saman ulostulotehon. Kun sisääntuloteho on sellainen, että perusosa ja kaksiääninen kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiotaso ovat vastaavien lineaaristen osien 26 ja 28 välissä, sisääntulotehon lisäys tai vähennys lisää tai vähentää kaksiäänista kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiotasoa kolme kertaa niin paljon kuin se lisää tai vähentää perusosaa. Sen vuoksi perustaajuuden (esim. kantoaallon) tason suhde kaksiäänisen kolmannen kerta-luoka keskeismodulaatiotasoon on lisääntynyt 2 dB kutakin perussisäänsyöttötason 1 dB:n vähennystä kohden.

Tämän saatavissa olevan kaksiäänistä kolmannen kertaluokan sieppauspistetta koskevan informaation käyttämiseksi on löydettävä vastaavuus kaksiäänisen kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiotason ja komposiittikolmoisinterferenssi-tason välillä. Tämä vastaavuus määritetään seuraavasti.

Huomaa, että komposiittikolmosinterferenssin kokonaistaso on tietyn ekvivalenttisten kolmoisinterferenssienmäärän tehojen summa. Kunkin ekvivalenttisen kolmoisinterferenssin teho on siten kokonaiskomposiittikolmoisinterferenssitaso jaettuna ekvivalenttisten kolmoisinterferenssien lukumäärällä. Huomaa myös, että kolmoisinterferenssin taso on 6 dB korkeammalla kuin kaksiääninen kolmannen kertaluokan interferenssi. Sen vuoksi kaksiääninen kolmannen kertaluokan taso on neljännes (6 dB pienempi) ekvivalenttisesta kolmoisinterferenssi- 10 76652 tasosta. Vastaavasti havaittavuuden kaksiääninen taso on 6 dB alempana kuin havaittavuuden kolmoisinterferenssitaso.

Jos vahvistinta on käytettävä annetulla havaittavuuden tasolla, kantoaallon ulostulotehon on oltava sopivan dB-määrän verran kaksiäänisten kolmannen kertaluokan sieppaus-pisteiden alapuolella, kantoaalto kaksiääninen interferenssi-taso, esim. -84 dBc (vastaten kantoaalto/ekvivalenttinen kolmoisinterferenssitasoa -78 dBc), voidaan valita esimerkiksi 54 kanavalle. Yllä esitetyt perusteella kantoaallon ulostulotason on sen vuoksi oltava puolet tästä määrästä tai 42 dB sieppauspisteen alapuolella. Tämä määrittää suurimman ulostulotehon halutun keskeismodulaatiosuoritus-kyvyn tuottamiseksi. Toisin sanoen, jos kantoaaltotaso on 42 dB sieppauspisteen (tässä esimerkissä vielä määrittämättä) alapuolella, kaksiääninen kolmannen kertaluokan interferens-sitaso on 84 dB kantoaallon alapuolella ja kolmoisinterfe-renssitaso on 78 dB kantoaallon alapuolella, kuten haluttiin Lähetettävän absoluuttisen tehon, esimerkiksi 15 mailin linkille, on oltava suurempi kuin 6 dBm per mikroaaltokanto-aalto riippuen antennin ominaisuuksista, häipymismarginaalista jne. Edellistä esimerkkiä jatkettaessa jon on lähetettävä 54 kanavaa, sieppauspisteen tulee olla 42 dB kantoaallon ulostulon yläpuolella. Absoluuttisen tehotason minimisiep-pauspiste saadaan kanavasta

Sieppaus = 6 + 42 « 48 dBm.

Sekä signaalimodulointielimen 12 että vahvistinelimen 18 kantoaalto/kolmoisinterferenssi-tehosuhteilla on alemmat rajat edellä esitetyn mukaisesti ottaen huomioon keskeis-modulaation särön havaittavuus. Jotta saavutettaisiin linjalla 16 olevan signaalin tietty kantoaalto/interferens-si-suhteen minimi, joka signaali on signaalimodulointielimen tl 11 76652 12 ulostulo ja sisäänmeno vahvistinelimeen 18, jolloin signaalin linjalla 16 on oltava suhteellisen heikkotehoinen. Tämä vaatii sen, että vahvistinelimellä 18 on oltava tietty minimivahvistus. Erityisesti vahvistinelimen 18 vahvistuksen on oltava riittävän korkea, jotta linjalla 20 olevan vahvistetun ulostulosignaalin teho on vähintään yhtä suuri kuin tietty ennalta määrätty arvo, joka on riittävä mahdollistamaan lähetyksen etäisiin paikkoihin, esimerkiksi 15 mailin etäisyydelle. Tämä minimivahvistus varmistaa sen, että edeltävän modulaattorin 12 ulostulotaso on riittävän alhainen pysyäkseen hyvin kuviossa 3 esitetyllä lineaarisella alueella 26, 28.

Vahvistinelin 18 voi käsittää ulostulokulkuaaltoputken (TWT; vahvistimen 34, jota edeltää transistorietuvahvistin 36. Jos etuvahvistimella 36 on + 28 dBm sieppauspiste,ulostulo on rajoitettava arvoon -17 dBm, jotta varmistettaisiin se, että keskeismodulit ovat alle 90 dB syötössä tehovah-vistimeen 34. Koska minimilähetysulostulon on oltava 6 dBm, tehovahvistimella 34 on oltava minimivahvistus 23 dB.

Toisessa suositeltavassa sovellutusmuodossa etuvahvistin 36 ja vahvistin 34 voidaan yhdistää yhdeksi puolijohteella toteutetuksi FET-vahvistimeksi. 54 kanavan järjestelmässä ja maksimiulostuloteholla -1 dBm vahvistus on 35 dB, sieppaus-piste 40 dBm ja kohinakerroin 8 dB.

Lähettimen 10 vahvistuksen ja kohinakertoimen summa mitattuna dB:nä omaa ylärajan, jonka määrittää haluttu kantoaalto/ko-hina-suhde ja terminen kohina.

Mikä tahansa laite, jonka lämpötila on absoluuttisen nollapisteen yläpuolella, aikaansaa termistä kohinaa. Kohina voidaan ilmaista absoluuttisen lämpötilan (T), kaistaleveyden (B) ja Boltzman'in vakion (K) funktiona, missä K = 1,38 x 10"23J/K, jolloin 12 7 6 652 N = KTB (1)

Aktiiviset laitteet ylittävät kohinan, joka saadaan kaavasta (1). Tarkastellaan vashvistuksen G omaavaa vahvistinta, joka on liitetty kohinattomaan lähteeseen lähdevastuksen kautta. Lähdevastus antaa kaavan (1) mukaisen kohinamäärän KTB siten, että sisäänmenossa signaali/kohina-suhde on S/N sisää S/N sisäänmenossa = S^/KTB (2)

Ulostulossa signaali on vahvistettu tehovahvistuksella G yhdessä kohinan KTB kanssa. Lisäksi vahvistimen kohina voidaan siirtää esiintymään sisäänmenossa. Näin signaali/» kohina-suhde ulostulossa on GS . /G(KBT+N ) (3) 1 a

Arvokuva voidaan määrittää seuraavasti

S

w Syöttö _ -- = Kohinakerroin (4)

- Ulostulo N

mikä yksinkertaistuu kaavaksi Si

“ KTB + N N

KTB a a NF = - = - = 1 + - K )

SI_ KTB KTB

KTB+N

a

Koska NF on usein ilmaistu dB:nä, on edullista kirjoittaa kaava (5) muotoon

NF =NA/KTB

missä N. = KTB + N (6) A 9 joten N^ on kokonaiskohina vahvistimen sisäänmenossa mukaanlukien ylimääräisen kohinan ja lähdevastuksen termisen li 13 76652 kohinan. Siten, jos F = lOLog (NF) (dB), tällöin Na (dB) s lOLog(KTB) + F (dB) (7) ja S^/N^-suhde on ulostulon signaali/kohina-suhde.

Yhteenvetona vahvistimelle, jonka kohinakerroin on F dB, ulostulon signaali/kohina-suhde voidaan ilmaista kaavalla S/N ulostulo (dB) = (dB) - lOLog (KTB) - F (8)

Kun kanta taajuussignaali on moduloitu, informaatio sisällytetään tavallisesti sivukaistoihin moduloitavan kantoaallon vieressä. Tässä tapauksessa on välttämätöntä laskea kantoaaltoon ja sivukaistoihin lisätty kohina yksityiskohtaisesti yllä esitetyllä tavalla, jotta saataisiin kantoaalto/kohina-suhde. Kuitenkin, jotta järjestelmä olisi käyttökelpoinen, informaatio on demoduloitava tai palautettava kantataajuus-kaistalle. Aikaansaatava signaali/kohina-suhde on yleensä erilainen verrattuna laskettuun kantoaalto/kohina-suhteeseen. Eron määrä riippuu moduloinnin tyypistä.

Itse asiassa on olemassa neljä vaihetta, jotka liittyvät modulointiin tai demodulointiin täydellisessä keksinnön mukaisessa järjestelmässä, mutta oheinen keksintö käsittelee ainoastaan kahta niistä. Ensimmäisessä vaiheessa kukin kantataajuuskaistavideosignaali on tynkäkaistamoduloitu VHF-kantoaallolle televisioasemalla tai kaapeli-TV:n johtopäässä. Toisessa vaiheessa VHF-spektri^ joka sisältää moduloidut kantoaallot, moduloidaan uudelleen käyttäen yhtä sivukaistavaimennettua kantoaaltomodulointia mikro-aaltotaajuuksille (kuvio 1). Kolmannessa vaiheessa tämä modulointi demoduloidaan takaisin VHFtään kuviossa 2 esitetyn vastaanottimen avulla. Neljännessä vaiheessa VHF-signaali demoduloidaan lopullisesti kantataajuuskaistalie televisiovastaanottimella (ei esitetty). Oheinen keksintö 14 76652 koskee erityisesti vaihetta 2, mutta myös vaihetta 3, johon viimeksi mainittuun vaiheeseen kuuluu signaalin demodulointi, joka signaali on moduloitu keksinnön mukaisesti .

Kuvio 2 esittää tyypillisen vastaanottimen 38, joka sinänsä on tavanomainen, pääkomponentit. Myös muita rakenteita, tavanomaisia tai ei voidaan käyttää. Mikroaaltoantenni 40 vastaanottaa mikroaaltosignaalin, jonka on lähettänyt lähettimen 10 mikroaaltoantenni 22, ja toimittaa signaalin linjalle 42 transistorivahvistimeen 44, jonka vahvistus on 22 dB. Vahvistin 44 syöttää vahvistetun ulostulon linjalle 46 kaistanpäästösuodattimeen 48, jossa päästökaista on välillä 12,7 - 13,2 GHz. Kaistanpäästösuodatin 48 syöttää suodatetun ulostulon linjalle 50. Paikallisoskil-laattori 52, jonka taajuus on 12,6465 GHz, mikä on sama kuin lähettimen 10 paikallisoskillaattorin 17 taajuus, syöttää vertailusignaalin "LO" linjalle 54.

Sekoitin 56 vastaanottaa signaalin linjoilla 50 ja 54 ja muodostaa signaalin linjalle 58, joka on demoduloitu takaisin VHFjään ja vastaa mikroaaltosyöttöä linjalle 42. Signaali linjalla 58 on vahvistettu VHF-vahvistimella 60, jossa on automaattinen vahvistuksen säätö. Vahvistin 60 tuottaa ulostulon linjalle 62 paikallisjakelua varten.

SSB-vastaanottimen kohinakäyttäytymisen tutkimiseksi on määritettävä kantoaalto/kohina-suhteet. Signaali/ko-hina-suhde ennen sekoitinta määritetään ennalta havaittuna kantoaalto/kohina-suhteena ja sekoittimen ulostulon kanto-aalto/kohina-suhde määritetään jälkihavaittuna kantoaalto/-kohina-suhteena.

Ottamatta huomioon häviöitä sekoittimessa 56 (esim. olettamalla sen olevan ihanteellinen kohinaton sekoitin) sekoattifflae 56 ulostulo sisältää taajuussiirretyn spektrin, 15 76652 ts. VHF-signaalit välillä 50 - 500 MHz, jotka täyttävät syötetyn mikroaaltospektrin alueella LO + VHF. Taajuusspektri LO - VHF siirretään myös ja taitetaan lankeamaan samaan ulostulospektriin.

Koska alempi sivukaista ei sisällä mitään signaalia, se ei vaikuta ulostulotehoon. Kuitenkin mikä tahansa kohina tällä kaistalla summautuu ulostulokohinaan. Jos oletetaan, että kohina on yhtä suuri koko kaistalla, alempi sivukaista lisää kohinaa 3 dB. Näin ollen ihanteellisella sekoittimella jälkihavaittu kantoaalto/kohina-suhde on 3 dB alhaisempi kuin ennalta havaittu kantoaalto/kohina-suhde. Tämä 3 dB häviö voidaan välttää, jos suodatin on asennettu ennen sekoitinta eliminoimaan alemman sivu-kaistan kohina. Näin jälkihavaitut ja ennalta havaitut kantoaalto/kohina-suhteet olisivat yhtä suuria. Syöttö-suodatin vastaanottimessa on sen vuoksi ekvivalenttinen 3 dB lisävahvistuksen kanssa antennissa tai se vastaa 3 dB lisää lähetetyssä tehossa. Kohinakäyttäytymisen suhteen, koska suodatin on huomattavasti halvempi kuin ylimääräinen 3 dB vahvistus, tulee käyttää suodatinta.

Sekoittimen muutoshäviö on tyypillisesti noin 7 dB taajuudella 13 GHz ja kohinakerroin 1 dB häviötä suurempi. Kaistanpäästösuodattimen päästökaistahäviö on noin 0,5 dB. Kokonaiskohinakerroin on NF = 1,12 + 5,3/ (1/1,12) = 7,056 - 8,5 dB (9)

Jos oletamme kohteen C/N suhteen 50 dB sekoittimen ulostulossa ja 4 MHz videokaistaleveydellä, on kokonaissyöttö-kohina vastaanottimessa 38 10 Log(KTB) + 8,5 = -108 + 8,5 = -99,5 dBm (10)

Kuitenkin lähetin 10 myös lähettää kohinaa tietyllä suhteella kantoaaltoulostulonsa alapuolella. Jos kohina lähettimestä 10 ja vastaanottimesta 38 merkitään yhtä suuriksi, on tämän jälkeen kaksi kertaa niin paljon kohinatehoa vastaan- 16 76652 ottimessa 38 (3 dB enemmän), tai -96,5 dBm. Kantoaallon on oltava enemmän kuin 50 dB tämän pisteen yläpuolella tai 50 - 96,5 = -46,5 dBm (11)

Koska minimikohinakäyttäytymisen, todellisen vastaanotetun signaalitehon on oltava halutun häipymismarginaalin verran korkeampi. Vastaanotettu teho voidaan laskea lähetetystä tehosta, linkkihäviöistä ja antennivahvistuksista, jolloin

Pr = PT + GÄ1 + Ga2 - Letenemistie “ Eekal. ^12* Etenemistiehäviö annetaan (tyypillisesti) kaavalla

Etenemistie * 96,6 + 20 Log F + 20 Log D (13) missä F - Taajuus, MHz D = Etäisyys, mailia Arvolla 13 GHz, 20 Log F = 22,28

joten Etenemistie e 118'9 + 20 Log D

15 mailia linkille häviö on näin olle 142,4 dB.

Kuuden jalan mikroaaltoantennissa on tyypillisesti noin 45 dB vahvistus ja sekalaiset häviöt ovat noin 1 dB. Vastaanotettu teho on näin ollen PR = PT + 45 + 45 - 142,4 - 1 = PT - 53,4 (14)

Jos vastaanotetun tehon tulee olla -46,5 dBm, on tällöin PT = -46,5 + 53,4 = 9,6 dBm (15) Lähetetyn tehon sen vuoksi on oltava suurempi kuin 6,9 dBm. Aiemmin esitetyn perusteella kohinan on oltava 53 dB tämän pisteen alapuolella tai -46,1 dBm. Ulostulokohina lähetti-messä saadaan kaavasta 17 76652 Ντ = Log (KTB) + GT + FT (16) missä GT ja FT ovat lähettimen vahvistus- ja kohinakertoimia, jolloin yläraja tällöin on GT + FT - 46,1 - 10 Log (KTB) = 61,9 dB (17)

Yllä olevan perusteella seuraavien arvojen on havaittu täyttävän vaatimukset monikanavaiselle lähettimelle, joka käyttää tyypillisesti 15 mailin linkkiä ja 54 kanavaa.

Minimisieppauspiste 48 dBm Minimivahvistus 23 dB

Maksimikohinakerroin 38 dB

Keksintöä ei ole rajattu määrättyihin laitteisiin tai piireihin. Kuten yllä todettiin, kulkuaaltoputkea (jossa on etuvah-vistin) tai FET-vahvistinta voidaan käyttää vahvistinelimenä 18. Pelkästään esimerkkinä voidaan mainita, että sopiva FET-vahvistin on MITEQ-vahvistin n:o AMFP-6B-127-132-30-5813. Oskillaattori 17 voi käsittää MITEQ-oskillaattorin nro PLM 12646C-20P-5811. Suodatin 17c voi olla tavanomainen Microwave Filter Co.:n suodatin ja se täyttää kaikki relevantit FCC-vaatimukset.

Kuviossa 1 syöttö lähettimeen 10 on yksittäinen 75 ohmin syöttö, jossa on 75 videokanavaa taajuuskaistalla 54 -500 MHz. Kukin videokantoaalto on tyypillisesti tasolla 18 dBmV. Syöttö siirretään mikroaaltokaksoistasapainoi-tettuun sekoittimeen 17b, joka tuottaa ulostulossaa kaksois-sivukaista AM-modulin version VHF-syöttöspektristä, joka on keskittynyt paikallisoskillaattorin taajuuden 12,6465 GHz ympärille. Sivukaistakantoaaltojen ulostulotaso on noin -38 dBm. Sekoittimen 17b ulostulo ohjataan aallonohjaus-kaistanpäästösuodattimen 17c lävitse päästökaistan ollessa välillä 12,7 - 13,2 GHz. Kaistanpäästönsuodattimen 18 76652 17c rajat on järjestetty siten, että ne eliminoivat alemman sivukaistan ja kantoaallon aikaansaaden yhden sivukaistavaimennetun VHF-syötön kantoaaltoversion. Näin ollen kaistanpäästösuodattimen 17c ulostulo on yksinkertainen sisäänsyötetyn VHF-spektrin siirrostaajuudella 12,6465 GHz. Kaistanpäästösuodatinta 17c seuraa transistorivahvistin 36 vahvistuksella 22 dB ja sitä seuraa keskitehoinen TWT-vahvistin 34, jonka vahvistus on 25 dB. Lopullinen ulostulo on noin Θ dBm per kanava. Suuntakytkin 23 ottaa näytteen mikroaaltoulostulosta. Näytteeksi otettu ulostulo sekoitetaan jälleen sekoittimella 23a paikallisoskillaat-toritaajuuden kanssa linjalla 17a VHF-ulostulon aikaansaamiseksi linjalla 23b lähetetyn signaalin laadun tarkastamiseksi ja automaattisen vahvistuksensäädön muodostamiseksi vahvistimelle 23c. Kaiibrointidaatta kytkinkertoimelle ja sekoittimen muunnoshäviölle mahdollistaa VHF-tarkkailu-ulostulon käytön mikroaaltoulostulotehon mittaamiseksi käyttämällä UHF-spektrianalysaattoria.

Kuten kuviossa 2 on esitetty, vastaanotettu signaali mikroaaltoantennista 40, jonka nimellissyöttötaso on -45 dBm per kanava, syötetään transistorivahvistimeen 44, jonka vahvistus on 22 dB. Tämän jälkeen signaali kulkee kaistanpäästösuodattimen 48 lävitse päästökaistan ollessa 12,7 - 15,2 GHz. Tämä suodatin 48 eliminoi kohinan frekvenssispektrissä alle 12,7 GHz, mikä lankeaisi VHF-ulos-tulospektriin. Suodattimen 48 ulostulo on sekoitettu sekoittimella 56 vertailusignaaliin 12,6465 GHz paikallis-oskillaattorista 52 suorittamaan synkronisen demoduloinnin. Sekoittimen 56 ulostulo on näin ollen alassiirretty spektri, joka ilmenee VHF-spektrin syötön reproduktiona lähettimeen 10. Sekoittimen 56 ulostulo kulkee VHF-vahvistimen 60 kautta, joka nostaa signaalitasoa nimellistasolle 24 dBmV ja tarjoaa automaattisen vahvistuksensäädön kompensoimaan muutokset etenemistiehäviössä atmosfääristen olosuhteiden muutosten yhteydessä. VHF-vahvistimen 60 19 76652 ulostuloa voidaan käyttää jakamaan VHF-signaali vakiopääverk-kojärjestelmään. Lisäksi osaa tästä signaalista voidaan käyttää syöttönä toiseen lähettimeen, joka on sijoitettu samaan torniin suorittamaan releointia näin ollen laajentaen koko järjestelmän aluetta.

Näin ollen keksinnön mukaisesti on järjestetty uusi ja erittäin tehokas mikroaaltotietoliikennejärjestelmä, johon kuuluu uusi ja erittäin tehokas mikroaalto lähetin. Keksinnön periaatteita voidaan käyttää releoimaan joukko informaatiokanavia lukuunottamatta televisiokanavia (esim. tietojenkäsittely), vaikkakin keksintö on erityisen edullinen kaapelitelevisioteollisuudessa siinä suhteessa, että se sallii samanaikaisen jopa 75 video- ja äänikanavan lähettämisen yli 2D mailin etäisyydelle. Tässä esitettyjen keksinnön suositeltavien sovellutusmuotojen lisäksi voi alan ammattilainen tehdä useita modifikaatioita. Esimerkiksi keksintö on sovellettavissa lähettämiseen muulla taajuudella kuin yllä on esitetty; erillisten vahvistimien lukumäärä, jotka muodostavat vahvistinelimen 18, voi vaihdella; mikroaaltoantennilla 40 vastaanotetun signaalin hyväksyttävää minimilaatua voidaan säätää; antennit 22 ja 40 voidaan korvata erikokoisilla antenneilla, jne.

Claims (12)

20 7 6 6 5 2

1. Mikroaaltolähetin informaatiokanavien kytkemiseksi haluttuun määrään signaalinjakojärjestelmiä, johon lähettimeen kuuluu: signaalimodulointielin (12) syöttösignaalin vastaanottamiseksi, johon kuuluu joukko informaatiokanavia ja amplitudimoduloidun signaalin tuottamiseksi mikroaaltotaajuusalueella, ja vahvis-tinelin (18), joka reagoi mainittuun mikroaaltotaajuussignaalin sellaisen vahvistetun ulostulosignaalin tuottamiseksi, joka soveltuu mikroaaltolähettämiseen etäisiin paikkoihin, tunnettu siitä, että mainitulla signaalimodulointielimellä (12) ja mainitulla vahvlstinelimellä (18) on ylätehorajät, jotka ovat riittävästi vastaavien kaksiäänisten kolmannen kertaluokan keskeismodulaatiosieppaus-pisteiden (24) alapuolella, jotta kunkin kantoaalto/kolmoisin-terferenssi-tehosuhteet ovat vastaavasti vähintään yhtä suuria kuin ensimmäinen ennalta määrätty arvo riippuen mainittujen informaatiokanavien lukumäärästä, vahvistinelimien (18) vahvistus on riittävän suuri huolimatta signaalimodulointielimen (12) tehorajoituksista, jolloin vahvistimen (18) ulostulosignaalin teho on vähintään yhtä suuri kuin toinen ennalta määrätty arvo, ja vahvistimen (18) vahvistuksen ja kohinakertoimen summalla mitattuna dB:nä on yläraja, jonka määrittää haluttu kantoaalto/kohina-suhde ja terminen kohina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että mainittuun signaalimodulointi-elimeen kuuluu: oskillaattorielin (17) vertailusignaalin aikaansaamiseksi, sekoituselin (17b), joka reagoi mainittuun syöttösignaaliin ja mainittuun vertailusignaaliin aikaansaaden kaksinkertaisen sivukaista-amplitudimoduloidun signaalin, joka vastaa syöttösignaalia ja jossa on keskitaajuus ennalta määrätyssä suhteessa vertailusignaalin taajuuteen, ja kaistanpäästösuoda-tinelin (17c), joka reagoi kaksinkertaiseen sivukaista-amplitu- li 2i 76652 dimoduloituun signaaliin mainitun mikroaaltotaajuussignaalin tuottamiseksi, ja mikroaaltotaajuussignaali on yksittäinen sivukaistavaimennettu kantoaaltosignaali, joka on siirretty syöttösignaalin suhteen taajuudella, joka on ennalta määrätyssä suhteessa vertailusignaalin taajuuteen nähden.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lähetin, tunnettu siitä, että mainittu syöttösignaali on VHF-signaali, joka välittää vähintään kahdeksan televisio-ohjelmakanavaa taajuuskaistalla 54 - 500 MHz.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että vahvistinelin (18) käsittää kulkuaaltoputkivahvistimen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että vahvistinelin (18) käsittää transistorivahvistimen ja siihen liitetyn ja sen käyttämän kulkuaaltoputkivahvistimen.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että vahvistinelin (18) käsittää puolijohteella toteutetun vahvistimen.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että siihen edelleen kuuluu elimet näytteen ottamiseksi mainitusta vahvistetusta ulostulosignaalista ja elimet, jotka reagoivat mainittuun näytteenottoelimeen mainitun syöttösignaalin amplitudin ohjaamiseksi mainitun ulostulosignaalin säilyttämiseksi halutulla tasolla.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että mainittu toinen ennalta määrätty arvo riippuu ainakin osittain etäisyydestä mainitun lähettimen ja mainitun etäällä olevan paikan välillä. 22 76652

9. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen mikroaaltolähettimen ja vastaanottimen (38) yhdistelmä, jolloin vastaanotin (38) on järjestetty vastaanottamaan mainittu vahvistettu ulostulosignaali mikroaaltosisääntulosignaalina, johon vastaanottimeen kuuluu: kaistanpäästösuodatinelin (48), joka reagoi mikroaaltosyöttö-signaaliin suodatetun signaalin tuottamiseksi, josta signaalista on suodatettu pois kohina, jonka taajuus on VHF-taajuusalueella, ja oskillaattorielin (52) vertailusignaalin aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että vastaanottimeen (38) lisäksi kuuluu sekoitinelin (56), joka reagoi suodatettuun signaaliin ja vertailusignaaliin synkronisen demodulaation aikaansaamiseksi ja VHF-signaalin tuottamiseksi, joka signaali vastaa mikroaaltosignaalia, ja VHF-vahvistinelin (60) vahvistamaan VHF-signaali jaettavaksi pääverkkokaapelijärjestelmään.

10. Käytettäväksi mikroaaltolähettimessä joukon informaatiokanavia kytkemiseksi halutulle määrälle signaalinjatkojärjestelmiä, jolloin modulointielin vastaanottaa sisäänsyöttösig-naalin, johon kuuluu joukko informaatiokanavia ja joka tuottaa amplitudimoduloidun signaalin mikroaaltotaajuusalueella, jolloin vahvistinelin (18) reagoi mainittuun mikroaaltotaajuus-signaaliin vahvistetun ulostulosignaalin tuottamiseksi, joka signaali soveltuu mikroaaltolähettämiseen etäisiin paikkoihin, tunnettu siitä, että vahvistinelimessä (11) on yläteho-raja, joka on riittävästi kaksiäänisen kolmannen kertaluokan keskeismoduloidun sieppauspisteensä (24) alapuolella, jolloin kantoaalto/kolmoisinterferenssi-tehosuhde vahvistimessa (18) on vähintään yhtä suuri kuin ensimmäinen ennalta määrätty arvo, joka riippuu informaatiokanavien lukumäärästä, vahvistinelimen (18) vahvistus on riittävän suuri, jotta huolimatta signaalimo-dulointielimen (12) mistä tahansa tehorajoituksesta vahvistimen (18) ulostulosignaalin teho on vähintään yhtä suuri kuin toinen ennalta määrätty arvo, joka riippuu etäisyydestä, jonne II 23 76652 ulostulosignaali on lähetettävä, ja vahvistinelimen (18) vahvistuksen ja kohinakertoimen suunnalla mitattuna dB:nä on yläraja, jonka määrittää ulostulosignaalin haluttu kantoaalto/kohina-suhde ja termien kohina.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että vahvistinelin (18) käsittää transistorivahvistimen ja siihen liitetyn ja sen käyttämän kulkuaaltoputkivahvistimen.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen mikroaaltolähetin, tunnettu siitä, että vahvistinelin (18) käsittää puolijohteella toteutetun vahvistimen. 24 76652 Pa tentkrav/