JP6271126B2 - トラフィックの存在下で自己補償するマルチポート増幅装置 - Google Patents
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Description
・既知の振幅eおよび既知の位相を有する基準信号の発生器であって、前記基準信号は、前記システムの前記入力経路の1つに与えられ、前記基準信号は、増幅される前記通信信号と同時に送られる、発生器と、
・前記システムの前記出力信号の各々の振幅および位相の誤差Sを測定するための装置であって、前記装置は、前記通信信号から前記基準信号を抽出するため、および基準信号に影響を与える前記振幅誤差および位相誤差を推定するために、増幅信号のコヒーレント復調を行うのに適している、装置と、
・入力として振幅誤差および位相誤差の前記測定値Sを受信し、前記測定値Sに基づいて、前記システムの各経路iに対して、振幅補償a'iおよび位相補償Φ’iを生じさせる信号処理装置であって、前記補償の目的は、各経路iの増幅器の複素利得Giと、前記システムの経路の中の基準経路の増幅器の複素利得G1との差を最小限に抑えることである、信号処理装置と、
・前記入力バトラーマトリックスと、複数の増幅器との間に挿入され、受信した振幅補償a’iおよび位相補償Φ’iの値に基づいて、前記システムの経路iの各々を補正するのに適した、位相/振幅補償装置と、
をさらに備えることを特徴とするシステムである。
・以下の関係式
・添字iの各経路に関して、以下の数量、
・前記ベクトルS1に基づいて、各増幅器の出力における信号の振幅OBOiを計算する工程と、
・前記数量ΔZ1,iおよび前記経路の増幅器の出力信号の振幅OBOiに基づいて、後に、各経路iにおける振幅補償a'iを計算する工程と、
・関係式
に従って、前記数量ΔΦ1,iに基づいて、後に、各経路iにおける位相補償Φ'iを計算する工程と、
に基づいて、振幅補償a’iおよび位相補償Φ’iを決定する。
この結果は、理論上のマルチポート増幅器の場合に得られる、すなわち、構成要素の全てが、欠陥を全く示さず、厳密に予想通りの伝達関数を顕著に有する増幅器の場合に得られる。この場合、入力経路E1で送信される信号は、他の出力経路上で供給される電力がゼロである一方で、完全に出力経路SA4上で増幅される。従って、他の経路に対する経路SA4の分離は無限である。
実際のケースでは、入力および出力マトリックス、および真空管増幅器のどちらも理想的ではないため、出力経路間の分離は、有限となる。十分な分離を得るためには、入力および出力バトラーマトリックスの欠陥を補正し、かつ真空管増幅器の入力における振幅誤差および位相誤差を最小限に抑えることも必要である。これらの誤差は、温度、使用される周波数帯域、および装置の経年劣化の影響にとりわけ依存する。
本発明の目的の1つは、通信を妨害することなくマルチポート増幅器を補償することである。従って、1つの解決法は、単一の搬送周波数で送信される非変調基準信号SRを投入することである。この搬送周波数の値は、基準信号SRが2つの通信路C1およびC2間に、それらの性能を損なうことなく導入されるように選択される。このように、装置の欠陥の補償は、実行された通信を妨げることなく連続的に行われ得る。
導入された基準信号SRは、後に真空管増幅器の上流で補償を行えるように、位相および振幅の差異変動を推定するように機能する。図2には、本発明による増幅装置の出力における通信信号C2の分離Iも示されている。特に衛星通信システムにおいて使用される場合に増幅装置の補正性能を保証するためには、25デシベル以上の分離値Iが条件に合う。
入力マトリックス301の出力は、減衰器および位相シフタから成り、各経路の信号を増幅する機能を有する真空管増幅器のチェーン303の上流に挿入される、位相および振幅補償装置302に接続される。各真空管増幅器は、特に真空管増幅器303の保護を可能にするパワーアイソレーター304に接続される。各パワーアイソレーター304は、その後、前の入力マトリックス301の伝達関数と同じ伝達関数を有する出力マトリックス305の各入力にそれぞれ接続される。この出力マトリックス305もまた、ハイブリッド結合器から成り、出力としてN個の増幅信号を生成する。
このシステムの上流で、信号発生器306は、装置の第1の入力ポートで送信される基準信号、例えば、純粋な搬送周波数の信号を生成する。次に、出力経路の各々に関して、通信信号から基準信号を分離し、かつ基準信号における振幅誤差および位相誤差の推定を行う測定装置307によって、N個の出力経路上で送られる信号が抽出される。これらの振幅誤差および位相誤差の測定値は、マトリックス形式でメモリに保存され、後に、信号処理装置308が、補償装置によって遡及的に適用される位相および振幅の補正を行う目的で、これらの測定値を利用する。測定装置は、出力において抽出された信号が入力において生成された基準信号と同一である場合に、ゼロ位相誤差およびゼロ振幅誤差を実際に生じさせるように、事前に較正されている。
同様に、出力マトリックス305は、同じくN個の行とN個の列を有するマトリックス応答MB2によって定義される。
位相/振幅補償装置302は、N=4であり、aiおよびΦiは、増幅器303のチェーンの上流の装置302によって各経路に適用される振幅補償および位相補償をそれぞれ表し、iは、1〜Nまでの範囲で異なる、対角マトリックス
同様に、増幅器303の影響は、N=4であり、Giは、各増幅器の利得であり、iは、1〜Nまでの範囲で異なる、マトリックス
最後に、各増幅器の複素利得の決定を可能にする関係式(3)(どのiも、1〜Nまでの範囲で異なる(我々の例では、N=4))が得られる。
基準信号eは、入力マトリックスMB1と同様に、ユーザーには既知のものである。
振幅設定値および位相設定値の値(マトリックスDA−Φ)は、本方法のスタート時に、所与の初期値a0 iおよびΦ0 iに初期化される。
本発明によるこの方法は、次に、システムの分離欠陥を補正するために、時間的サンプリングの様々な瞬間における、振幅/位相設定値の新しい値a’iおよびΦ’iを決定する。
DA−Φ.DAmpli=G.Id(4)
式中、Gは複素利得であり、Idは恒等マトリックスである。
関係式(4)は、マトリックスDAmpliによってモデル化される増幅器303のチェーンの欠陥のマトリックスDA−Φによってモデル化される装置302による補償を、各経路において同一の複素利得が得られるように変換する(装置を構成するN個の経路が等しい長さであることを言う)。
この結果を得るためには、N個の考えられる経路の中から、まず1つの基準経路が選択されるべきである。初期設定により、添字が1の経路を基準経路とし、次に、他のN−1個の経路の増幅器の利得Giが、添字がiの各経路と基準経路との間の利得の差G1によって補償されるべきである。
基準経路は、何れの経路と等しいとみなしてもよい。増幅器の利得の補償は、全経路の利得の平均、全ての経路上の利得の最小値または最大値に利得が一致する仮想基準に対して行われてもよい。
従って、iが、2〜Nまでの範囲で異なる、以下の数量が計算される。
ΔΦ1,i=(Φi+arg(Gi))−(Φ1+arg(G1))(6)
式中、関係式の全ての項は、度で表され、arg()は、複素数の独立変数を示す。
システムの振幅/位相の自己補償は、増幅器303のチェーンの出力において、各経路上で同一の複素利得、すなわち、振幅および位相に至らなければならない。
従って、前記増幅器の非線形性が考慮される必要がある。実際には、ある増幅器の出力における振幅(個々の位相)は、同じ増幅器の入力における振幅(個々の位相)と必ずしも比例するとは限らない。実際には、増幅器iは、入力信号の振幅を出力信号の振幅に結び付ける第1の伝達関数fi AM,AMおよび入力信号の位相を出力信号の振幅に結び付ける第2の伝達関数fi AM,PMを示す。これらの伝達関数の例は、図4aおよび図4bにより示される。曲線404は、出力信号402の電力の変化を、入力信号401の電力の関数として表す。曲線404の領域Lは、直線である一方で、曲線の残りの部分は直線ではない。同様に、曲線405は、出力信号403の位相の変化を、入力信号401の電力の関数として表す。
次に、出力信号の振幅の新しい値
増幅器の入力信号の新しい振幅および位相は、その後、以下の関係式によって計算される。
この簡略化により、妥当な時間で有限の極限値へと計算を収束させることを保証しながら、各増幅器の正確な特徴
Claims (13)
- 複数の入力経路iに接続され、出力としてN個の分配信号を供給する入力バトラーマトリックス(301)と、
前記分配信号を入力とし、各々複素利得GiのN個の増幅および位相シフトされた信号を出力する複数の増幅器(303)と、
前記増幅器(303)が増幅および位相シフトした分配信号を入力として、N個の出力信号を出力する出力バトラーマトリックス(305)と
を備える通信信号のマルチ分布増幅システムであって、
発生器(306)と、測定装置(307)と、信号処理装置(308)と、位相/振幅補償装置(302)とをさらに備え、
前記発生器(306)は、既知の振幅eおよび既知の位相を有する基準信号を発生し、該発生した基準信号を前記入力経路iの1つである基準経路に与え、
前記測定装置(307)は、前記出力バトラーマトリックス(305)の出力信号を取得し、該取得した出力信号と前記発生器(306)が発生した基準信号とに基づいて、該出力信号の各々の振幅および位相の該基準信号との誤差を測定し、
前記信号処理装置(308)は、前記測定装置(307)が測定した振幅の誤差と位相の誤差とに基づいて、振幅補償a'iおよび位相補償Φ’iを決定し、
前記位相/振幅補償装置(302)は、前記入力バトラーマトリックス(301)と前記複数の増幅器(303)の間に挿入され、前記信号処理装置(308)が決定した前記振幅補償a’iおよび前記位相補償Φ’iの値に基づいて、前記経路iの分配信号の位相と振幅とを補償し、
前記振幅補償a’iおよび前記位相補償Φ’iは、前記位相/振幅補償装置(302)が挿入された後に、前記入力経路iの各々に対応する前記複素利得Giと、前記基準経路に対応する前記複素利得G1との差が最小になるように計算される
ことを特徴とする通信信号のマルチ分布増幅システム。 - 前記基準経路が、前記経路の1つである、または、前記増幅システムの一組の経路の前記利得の平均に等しい利得を有する仮想経路である、または最も低い利得Giを示す経路iである、または最も高い利得Giを示す経路iであることを特徴とする、請求項1に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。
- 前記基準信号が、拡散コードを用いてスペクトル的に拡散され、前記測定装置(307)は、前記通信信号から前記基準信号を分離するために、前記拡散コードに基づいて受信信号をさらに拡散するように適応することを特徴とする、請求項1または2に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。
- 前記信号処理装置(308)は、少なくとも以下の計算工程:
・以下の関係式
・添字iの各経路に関して、以下の数量、
・前記ベクトルS1に基づいて、前記各増幅器の出力における前記信号の振幅OBOiを計算する工程と、
・後に、各経路iにおける前記振幅補償a'iを前記数量ΔZ1,iおよび前記経路の前記増幅器の前記出力信号の前記振幅OBOiに基づいて計算する工程と、
・関係式
に基づいて、前記振幅補償a’iおよび位相補償Φ’iを決定することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。 - 前記振幅補償a’iは、以下の関係式
- 前記位相補償Φ’iは、さらに、以下の関係式
- 前記入力バトラーマトリックス(301)および出力バトラーマトリックス(305)は、互いに接続された複数のハイブリッド結合器からなることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。
- 前記マトリックスMB1およびMB2は、前記入力バトラーマトリックス(301)および出力バトラーマトリックス(305)の伝達関数の測定値に基づいて、または前記入力バトラーマトリックス(301)および出力バトラーマトリックス(305)の理論上の伝達関数に基づいて得られることを特徴とする、請求項4〜7のいずれか1項に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。
- 前記測定装置(307)はさらに、前記システムの前記基準経路とその他の出力経路との分離Iを測定するように適応し、前記分離Iの値が所与の閾値を超えるとすぐに、新しい振幅補償a’iおよび位相補償Φ’iが、適応様式で決定されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。
- 前記増幅器(303)は、真空管増幅器または固体増幅器であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。
- 前記信号処理装置(308)は、地上設備に提供され、遠隔制御リンクおよび/またはテレメトリリンクによって搭載設備に配置された前記システムと通信することを特徴とする、衛星通信システムにおいて使用される請求項1〜11のいずれか1項に記載の通信信号のマルチ分布増幅システム。
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