PT1287612E

PT1287612E - Dispositivo e processo para o tratamento prévio de um sinal a transmitir, usando um amplificador não linear, a montante do qual está ligado um filtro passa-banda

Info

Publication number: PT1287612E
Application number: PT01933858T
Authority: PT
Inventors: Rainer Perthold; Heinz Gerhaeuser
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2007-02-28
Also published as: ATE347748T1; JP2003533081A; US6999738B2; AU2001260228A1; WO2001084703A1; US20040014437A1; EP1287612A1; DE10020930B4; DE10020930A1; CA2405949A1; CA2405949C; DE50111589D1; DK1287612T3; ES2275680T3; CY1105999T1; EP1287612B1

Description

DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO E PROCESSO PARA O TRATAMENTO PRÉVIO DE UM SINAL A TRANSMITIR, USANDO UM AMPLIFICADOR NÃO LINEAR, A MONTANTE DO QUAL ESTÁ LIGADO UM FILTRO PASSA-BANDA" A presente invenção refere-se a um dispositivo e a um processo para o tratamento prévio de um sinal a transmitir, usando um amplificador não linear, sinal esse que é submetido a uma linearização prévia ou a uma distorção prévia para agir contra não linearidades introduzidas pelo amplificador não linear. A presente invenção refere-se nomeadamente a um dispositivo e a um processo para o tratamento prévio de um sinal que se pretende transmitir por intermédio de um amplificador não linear, a montante do qual está ligado um filtro passa-banda cuja largura de banda de passagem é um pouco maior do que a largura de banda do sinal a processar. É já conhecido um método que consiste em submeter sinais que se pretende transmitir, usando um amplificador não linear, utilizando por exemplo um amplificador não linear que está instalado num satélite de telecomunicações, a uma distorção prévia ou a uma linearização prévia para se opor às não linearidades criadas pelo amplificador ou para no caso mais favorável as compensar completamente. No caso de se tratar de um sistema de transmissão por satélite, tenta-se deste modo compensar as distorções originadas no amplificador de saida do satélite mediante uma correspondente distorção prévia do sinal de emissão na estação terrestre. 1

Um processo exemplificativo destinado a gerar um sinal linearizado de sarda de amplificador, em que se reduzem ou compensam as distorções criadas pelo amplificador não linear, em resposta a um sinal de entrada previamente distorcido, encontra-se descrito no documento US 5049832. Segundo este processo detecta-se o quadrado do valor do sinal de entrada, fazendo-se uso, na dependência do quadrado do valor, de uma tabela para multiplicar o sinal de entrada com um coeficiente complexo predefinido, provocando deste modo uma distorção prévia do sinal de entrada por forma a que o sinal de saida amplificado pelo amplificador não linear se apresenta linearizado em termos de valor e de fase. Está previsto um dispositivo para comparar o sinal de entrada com o sinal de saida, para deste modo efectuar uma adaptação dos coeficientes memorizados na tabela.

Um processo alternativo para a realização de uma distorção prévia em relação a uma via de transmissão não linear na gama das altas frequências ficou a ser conhecido pelo documento da EP 0885482 Bl, sendo no processo descrito naquele documento detectada a curva envolvente de um sinal de entrada, que é quantificada para criar valores quantificados da curva envolvente. Com base nos valores quantificados da curva envolvente, cuja aquisição se efectuou, recorre-se a um sistema de tabelas no qual se encontram memorizados coeficientes complexos de distorção prévia. O sinal de entrada é submetido a uma distorção prévia com base nos coeficientes de distorção prévia de tal maneira que a distorção introduzida pela via de transmissão não linear é no essencial compensada em termos de valor e de fase. 2

Mais outro processo para a realização de uma distorção prévia ou de uma linearização prévia de um sinal a transmitir por intermédio de uma via de transmissão não linear encontra-se revelado no registo de patente alemã com o número 19927952.7, que não foi objecto de registo prévio. No processo exposto naquele registo gera-se primeiro um sinal de estimativa em função de um sinal de entrada, utilizando uma tabela na qual se encontram memorizados coeficientes complexos, sinal esse que representa uma estimativa de um sinal de sarda amplificado por um amplificador não linear. A partir do sinal de estimativa e do sinal de entrada é formada uma diferença que representa um sinal de erro, constituindo uma estimativa do erro introduzido pelo amplificador não linear. Este sinal de erro é expandido no tempo mediante um elemento de dispersão no tempo e seguidamente subtraído de um sinal de entrada para efectuar uma linearização prévia do sinal de entrada, de tal maneira que uma parcela de sinal de erro do espectro de frequências do sinal de saida é deslocada de modo a afastar-se da gama de frequências úteis do sinal.

Os processos acima referidos de distorção prévia ou de linearização prévia, bem como os demais processos de distorção prévia de entre uma multiplicidade de processos já conhecidos no estado actual da técnica, em que se procede a uma distorção prévia ou a uma linearização prévia de um sinal antes de o mesmo ser transmitido por um amplificador não linear, falham quando a largura de banda de um filtro de canal ligado a montante do amplificador não linear opera no essencial na gama da largura de banda de sinal a processar ou quando essa largura de banda é inferior a três a cinco vezes a largura de banda do sinal não distorcido. 3 0 objectivo da presente invenção consiste em criar um dispositivo e um processo para o tratamento prévio de um sinal a transmitir utilizando um amplificador não linear, dispositivo esse que permite obter, antes da sua transmissão, uma linearização prévia ou uma distorção prévia suficientemente grandes do sinal a transmitir no caso de a montante do amplificador não linear estar ligado um filtro passa-banda de banda estreita.

Este objectivo atinge-se pela adopção de um dispositivo de acordo com a reivindicação 1 e de um processo de acordo com a reivindicação 5. A presente invenção cria um dispositivo para o tratamento prévio de um sinal a transmitir por intermédio de uma via de transmissão, comportando a via de transmissão um filtro passa-banda cuja largura de banda de passagem é menor do que uma largura de banda predefinida, bem como um amplificador não linear, com as seguintes características: um dispositivo de linearização para a realização, antes da sua transmissão, de uma linearização tal do sinal a transmitir que a mesma se opõe a uma não linearidade provocada pelo amplificador não linear; um dispositivo de condicionamento do sinal, que está ligado a jusante do dispositivo de linearização e que apresenta uma curva de frequências tal que a curva de frequências resultante do dispositivo de condicionamento de sinal e do filtro passa-banda corresponde à curva de frequências de um filtro cuja largura de banda de passagem é pelo menos igual à largura de banda predefinida. 4 A presente invenção cria além disso um processo para a transmissão de um primeiro sinal por intermédio de uma via de transmissão que comporta um filtro passa-banda cuja largura de banda de passagem é menor do que uma largura de banda predefinida, bem como um amplificador não linear, processo esse que integra os seguintes passos: realização de uma linearização de um primeiro sinal de uma maneira tal que se consegue compensar a não linearidade provocada pelo amplificador não linear, para deste modo gerar um sinal; fazer passar o segundo sinal por um dispositivo de condicionamento de sinal, que apresenta uma curva de frequências tal que a curva de frequências resultante do dispositivo de condicionamento de sinal e do filtro passa-banda corresponde à curva de frequências de um filtro cuja largura de banda de passagem é pelo menos igual à largura de banda predefinida, para deste modo gerar um terceiro sinal; transmissão do terceiro sinal através da via de transmissão. A presente invenção baseia-se antes de mais no conhecimento de que em todos os processos conhecidos de distorção prévia ou de linearização prévia de sinais a transmitir por intermédio de vias de transmissão não lineares a distorção prévia ou a linearização prévia fazem com que seja adicionada aos sinais a transmitir energia exterior à banda útil. Esta energia é no entanto filtrada por filtros passa-banda de banda estreita 5 ligados a montante do amplificador não linear ou reduzida fortemente ao ponto de a distorção prévia ou a linearização prévia não permitir obter o efeito desejado, que é o de a não linearidade introduzida pelo amplificador não linear se tornar menor ou, no melhor caso, ser compensada. Para permitir que esta energia exterior à banda útil chegue no essencial por inteiro ao amplificador não linear, para em virtude disso poder efectuar a linearização do sinal de sarda desse amplificador, que constitui a finalidade do processo, está previsto de acordo com a invenção um dispositivo de condicionamento de sinal. 0 dispositivo de condicionamento de sinal apresenta uma curva de frequências tal que a curva de frequências resultante de uma ligação em série do dispositivo de condicionamento de sinal e do filtro passa-banda, que está ligado a jusante do amplificador linear, possui uma largura de banda de passagem tal que a par das parcelas de sinal situadas dentro da banda útil podem também chegar ao amplificador não linear, sem atenuação excessiva, as parcelas de energia exteriores à banda útil, que são necessárias para uma linearização e que foram introduzidas pela distorção prévia ou pela linearização prévia.

Partindo do pressuposto de que a distorção prévia ou a linearização prévia introduz parcelas de energia dentro de uma banda de frequências que tem aproximadamente o triplo da largura da largura de banda útil do sinal a transmitir, a curva de frequências do dispositivo de condicionamento de sinal é de um modo preferido escolhida de tal maneira que a curva de frequências resultante do dispositivo de condicionamento de sinal e do filtro passa-banda corresponde à curva de frequências de um filtro cuja largura de banda de passagem é pelo menos três vezes maior do que a largura de banda do sinal. De um modo preferido a curva de frequências do dispositivo de 6 condicionamento de sinal é ajustada de tal maneira que a curva de frequências resultante de uma ligação conjunta do dispositivo de condicionamento de sinal e do filtro passa-banda corresponde à curva de frequências de um filtro passa-banda cuja largura de banda de passagem é três a cinco vezes maior que a largura de banda do sinal.

De um modo preferido a invenção pode ser aplicada no dominio das comunicações via satélite, desde que no satélite sejam utilizados transmissores-receptores convencionais "transparentes", cujos amplificadores de saída provocam distorções não lineares e que estão equipados de um filtro passa-banda de banda estreita ligado a montante do amplificador de saída, filtro esse cuja largura de banda é um pouco maior do que a largura de banda do sinal a processar. Os amplificadores de tais transmissores-receptores de telecomunicações são regra geral válvulas de ondas progressivas que provocam consideráveis distorções.

Pela aplicação de processos de linearização convencionais a invenção permite linearizar o amplificador de saída de um satélite, mesmo que o filtro de canal que está ligado a montante desse amplificador não permita uma linearização de acordo com métodos tradicionais. Isto consegue-se fazendo com que na estação terrestre o dispositivo de condicionamento de sinal de acordo com a invenção seja ligado a jusante de um dispositivo de linearização convencional. Em virtude disso obtém-se uma redução considerável das emissões secundárias por parte do amplificador de saída do satélite, o que por sua vez permite aumentar a capacidade do amplificador e em virtude disso aumentar a potência de emissão. 7

Exemplos de realização preferidos da presente invenção são de seguida explicados mais em pormenor, tomando por referência os desenhos anexados. Mostra-se na:

Fig. 1 uma representação grosseira e esquemática de um sistema de transmissão via satélite, no qual se encontra implementado um exemplo de realização da presente invenção;

Fig. 2 um diagrama esquemático, mostrando curvas de frequência para assim explicar a presente invenção.

Com referência à fig. 1 explica-se de seguida um exemplo de realização da presente invenção em que o mesmo é aplicado num sistema de transmissão via satélite.

Na fig. 1 encontram-se representados esquematicamente uma estação terrestre 10 e um satélite 12 de telecomunicações de um sistema de transmissão via satélite. O dispositivo de acordo com a invenção, destinado ao tratamento prévio de um sinal a transmitir através de uma via de transmissão, está para esse efeito implementado na estação terrestre 10 do sistema de transmissão via satélite.

Satélites 12 de telecomunicações já existentes, os assim chamados transmissores-receptores "transparentes", possuem regra geral um filtro 14 passa-banda de canal que está ligado a montante de um amplificador 16 não linear. A largura de banda do filtro 14 passa-banda de canal é regra geral um pouco maior do que a largura de banda de um sinal a transmitir, antes de se ter procedido à distorção prévia ou à linearização prévia desse sinal. O amplificador 16 do transmissor-receptor ou do satélite 12 de telecomunicações é regra geral uma válvula de ondas progressivas que provoca consideráveis distorções. A estação terrestre 10 abrange uma fonte 18 de sinal que gera um sinal SI a transmitir. Deverá aqui chamar-se a atenção para o facto de nos sistemas já existentes a largura de banda de passagem do filtro 14 passa-banda de canal do satélite 12 de telecomunicações estar adaptada à largura de banda do sinal SI de entrada, o que significa que aquela largura de banda é um pouco maior do que a do sinal de entrada. À saida da fonte 18 de sinal está ligado um dispositivo 20 de linearização. O dispositivo 20 de linearização pode ser um dispositivo convencional de linearização ou de distorção prévia, do género acima descrito com referência ao estado actual da técnica. O dispositivo 20 de linearização gera a partir do sinal SI de entrada um sinal S2 de entrada com uma distorção prévia. A saida do dispositivo 20 de linearização está de acordo com a invenção ligada a um dispositivo 22 de condicionamento de sinal que em conjunto com o filtro 14 passa-banda de canal instalado no satélite 12 de telecomunicações gera uma curva de frequências resultante que apresenta uma largura de banda que é pelo menos três vezes maior do que a largura de banda do sinal SI de entrada. O sinal S3 de saida do dispositivo 22 de condicionamento de sinal é então transmitido ao satélite 12 de telecomunicações, filtrado pelo filtro 14 passa-banda de canal e encaminhado sob a forma de sinal filtrado S4 ao amplificador de saida do satélite 12.

Dado que a curva de frequências resultante da combinação do dispositivo 22 de condicionamento de sinal com o filtro 14 passa-banda de canal apresenta uma largura de banda que é pelo 9 menos três vezes maior do que a largura de banda do sinal, esta curva de frequências resultante faz com que a energia que é introduzida fora da banda útil por intermédio da distorção prévia não seja amortecida mais fortemente do que as parcelas de sinal presentes na banda útil. No que se refere à curva de frequências do dispositivo 22 de condicionamento de sinal e do filtro 14 passa-banda de canal, bem como no que se refere à curva de frequências resultante de uma ligação conjunta destes elementos, remete-se para a descrição da fig. 2, que se segue.

Um receptor 24 de teste, que é opcional e que pode estar previsto na estação terrestre 10 ou separadamente da mesma, recebe o sinal de saida S5 do satélite 12 de telecomunicações, permitindo assim por intermédio de uma comparação do sinal SI de entrada com o sinal S5 de saida ajustar da melhor maneira possível a curva característica do dispositivo 20 de linearização e do dispositivo 22 de condicionamento de sinal, como na fig. 1 se mostra esquematicamente mediante as setas 26. Dito com mais propriedade, são em virtude disso ajustados ou adaptados por exemplo coeficientes de distorção prévia do dispositivo de linearização e coeficientes do dispositivo de condicionamento de sinal, para assim conseguir obter a curva de frequências pretendida.

Na fig. 2 mostra-se um diagrama da curva 30 de frequências do filtro 14 passa-banda de canal, da curva 32 de frequências do dispositivo 22 de condicionamento de sinal e da curva 34 de frequências resultante que resulta da ligação em série do dispositivo 22 de condicionamento de sinal e do filtro 30 passa-banda de canal. 10

Na abcissa da fig. 2 encontra-se desenhada a frequência padronizada, com base numa frequência central 0 da largura de banda do sinal. Na ordenada da fig. 2 encontram-se marcados valores padronizados de atenuação ou de amplificação, devendo ficar claro que os valores de frequência de atenuação e de amplificação efectivamente presentes em cada caso dependem da banda de frequências utilizada, bem como dos componentes utilizados.

No que se refere à fig. 2, pressupõe-se que a largura de banda de passagem de uma curva 30 de frequências do filtro 14 passa-banda de canal corresponde à largura de banda do sinal de entrada ou então que essa largura só é um pouco maior do que a do referido sinal. Em consequência de uma largura de banda tão pequena do filtro 14 passa-banda de canal as parcelas de energia geradas fora da banda útil pelo dispositivo 20 de linearização seriam eliminadas por filtragem, de modo que se tornaria impossível realizar a linearização que constitui a finalidade em vista. Por esse motivo está previsto de acordo com a invenção o dispositivo 22 de condicionamento de sinal que apresenta uma curva 32 de frequências, que no essencial é "inversa" ou "complementar" da curva 30 de frequências, e isto de um modo tal que a combinação das duas curvas de frequência, isto é, uma adição das mesmas, que é levada a efeito por uma ligação em série dos elementos 22 e 14, gera uma curva 34 de frequências resultante com uma largura de banda de passagem pelo menos três vezes maior do que a largura de banda do sinal. Por esse motivo o dispositivo 22 de condicionamento de sinal pode também ser designado por um filtro passa-banda inversor.

Para gerar a curva 32 de frequências que a fig. 2 mostra, o dispositivo 22 de condicionamento de sinal pode ser constituído 11 por um circuito amplificador apropriado, que nas gamas de frequência nas quais o filtro 14 passa-banda de canal fornece uma atenuação possui uma amplificaçao complementar daquela atenuação. Deste modo é gerada a curva 34 de frequências resultante que se mostra na fig. 2, curva essa que apresenta uma largura de banda de passagem na qual a energia introduzida fora da banda útil pela distorção prévia permanece no essencial não atenuada ou então essa energia não é atenuada mais fortemente do que o sinal situado dentro da banda útil. A presente invenção permite portanto a aplicação, também no dominio da comunicação via satélite, de processos de linearização já conhecidos, utilizando satélites já existentes nos quais se encontra ligado a montante do amplificador de saida um filtro passa-banda de banda estreita.

Para finalizar deverá chamar-se a atenção para o facto de a largura de banda de passagem da curva de frequências resultante, que é gerada pelo dispositivo de condicionamento de sinal e pelo filtro passa-banda de canal, depender das bandas de frequência em que o dispositivo de linearização prévia produz parcelas de energia que são necessárias para gerar um sinal suficientemente linearizado na saida do amplificador. Regra geral bastará nos processos convencionais de distorção prévia ajustar a largura de banda de passagem da banda de frequências resultante para um valor situado entre o triplo e o quíntuplo da largura de banda do sinal. Dependendo da distorção prévia utilizada, poderá no entanto bastar também uma largura de banda de passagem menos larga da curva de frequências resultante ou então poderá ser necessária uma largura total de banda de passagem mais larga.

Lisboa, 22 de Janeiro de 2007 12

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para o tratamento prévio de um sinal (Sl) a transmitir por intermédio de uma via de transmissão, comportando a via de transmissão um filtro (14) passa-banda cuja largura (30) de banda de passagem é menor do que uma largura de banda predefinida, bem como um amplificador (16) não linear, com as seguintes caracteristicas: um dispositivo (20) de linearização para a realização, antes da sua transmissão, de uma linearização tal do sinal (Sl) a transmitir que a mesma se opõe a uma não linearidade provocada pelo amplificador (16) não linear; um dispositivo (22) de condicionamento de sinal ligado a jusante do dispositivo (20) de linearização que apresenta uma curva (32) de frequências tal que a curva (34) de frequências resultante do dispositivo (22) de condicionamento de sinal e do filtro (14) passa-banda corresponde à curva de frequências de um filtro cuja largura de banda de passagem é pelo menos igual a largura de banda predefinida.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, em que a largura de banda predefinida corresponde ao triplo da largura de banda do sinal (Sl) a transmitir.
3. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, em que o dispositivo (20) de linearização e o dispositivo (22) de condicionamento de sinal estão instalados na estação terrestre (10) de um sistema de transmissão via satélite e em 1 que o filtro (14) passa-banda e o amplificador (16) não linear estão instalados num satélite (12) do sistema de transmissão via satélite.
4. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, que comporta além disso um receptor (24) para a recepção de um sinal (S 5) transmitido por intermédio da via de transmissão e um dispositivo (26) para o ajuste dos coeficientes do dispositivo (20) de linearização e/ou do dispositivo (22) de condicionamento de sinal com base no sinal (S5) transmitido, que foi recebido, e do sinal (Sl) a transmitir.
5. Processo para a transmissão de um primeiro sinal (Sl) através de uma via de transmissão que comporta um filtro (14) passa-banda cuja largura de banda de passagem é menor do que uma largura de banda predefinida, bem como um amplificador (16) não linear, processo esse que integra os seguintes passos: realização de uma linearização tal do primeiro sinal (Sl) que se consegue compensar uma não linearidade provocada pelo amplificador (16) não linear, para assim gerar um segundo sinal (S2); fazer passar o segundo sinal (S2) por um dispositivo (22) de condicionamento de sinal, que apresenta uma curva (32) de frequências tal que a curva (34) de frequências resultante do dispositivo (22) de condicionamento de sinal e do filtro (14) passa-banda corresponde à curva de frequências de um filtro cuja largura de banda de passagem é pelo menos igual à largura de banda 2 sinal predefinida, para deste modo gerar um tercei (S 3) ; via de transmissão do terceiro sinal (S3) através da transmissão. Lisboa, 22 de Janeiro de 2007 3