DE69623412T2 - Gerät zum korrigieren der amplituden-/frequenzcharakteristik eines ein kabel durchlaufenden signals und entsprechender frequenzentzerrer - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Übertragungssysteme und im Besonderen eine Vorrichtung zur Korrektur der Amplitudenkennlinien eines Breitbandsignals mit einer Dämpfungscharakteristik, die in Abhängigkeit von der Frequenz zwischen Maximal- und Minimalfrequenz zunimmt. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist die Korrektur eines Signals, das ein Übertragungskabel durchlaufen hat, und in diesem Rahmen wird sie im Folgenden beschrieben.
• Die Übertragung eines Hochfrequenz- oder Zwischenfrequenzsignals über Kabel wirft das bekannte Problem der Verformung des Signals am Empfangsende auf. Das übertragene Signal, das beim Senden eine Symmetrie um die Mittenfrequenz (Zwischenfrequenz oder Hochfrequenz) aufweist, weist beim Empfang eine Asymmetrie auf, die gekennzeichnet ist durch unterschiedliche Amplituden des empfangenen Signals diesseits und jenseits der Mittenfrequenz. Dann muss beim Empfang dem verformten Spektrum seine ursprüngliche symmetrische Form mit Hilfe eines Frequenzausgleichers zurückgegeben werden. Die Funktion eines Frequenzausgleichers ist also, das Spektrum eines empfangenen Signals zu verändern, um die Dämpfungskennlinie des Kabels zu kompensieren, die eine in Abhängigkeit von der Frequenz zunehmende Charakteristik ist.
• Fig. 1 zeigt das Spektrum eines Zwischenfrequenzsignals, das eine Neigung aufweist, d. h., eine Asymmetrie der Amplituden- Frequenzkennlinie. Die Mittenfrequenz, die der Zwischenfrequenz entspricht, ist mit f0 bezeichnet, und die Minimal- und die Maximalfrequenzen jeweils mit f1 bzw. f2. Die Bandbreite )f von f zu f1 geht zurück auf die Modulation. Die Amplituden der Frequenzen unterhalb und oberhalb f0 sind nicht gleich, wodurch die Neigung gekennzeichnet ist.
• Fig. 2 zeigt die Dämpfungskennlinie eines Kabels, z. B., die eines Koaxialkabels, als Funktion der Frequenz. Die Charakteristik 20 weist eine Dämpfung von x. auf, die auf die Eigenschaften des die Übertragung bewerkstelligenden Kabels zurückgeht. Der Wert von x ist angegeben in dB/m und entspricht der Dämpfung der Amplitude eines Signals der Frequenz Fo. Man stellt fest, dass die Frequenzen f1 und f2 nicht in gleicher Weise gedämpft sind, wodurch die Amplitudenstörung hervorgerufen wird.
• Wie oben angegeben, kann die Amplituden-Frequenzcharakteristik eines Signals mit Hilfe eines Frequenzausgleichers, z. B. eines selbstadaptierenden Frequenzausgleichers, angepasst werden. Ein Beispiel eines selbstadaptierenden Frequenzausgleichers mit zwei hintereinander geschaltenen Filtern ist in der Patentanmeldung GB 2 000 933, veröffentlicht am 17.01.1979 beschrieben. Jeder selbstadaptierende Frequenzausgleicher umfasst eine Korrekturvorrichtung, z. B., ein Transversalfilter, das ein Eingangssignal empfängt und ein korrigiertes Ausgangssignal an einen Abschätzer für die Amplituden-Frequenzkennlinie dieses Ausgangssignals liefert. Der Abschätzer steuert das Transversalfilter, um diese Charakteristik zu korrigieren.
• Fig. 3 zeigt die Struktur eines solchen Frequenzausgleichers.
• Ein Zwischenfrequenzsignal FI ist an den Eingang einer Korrekturvorrichtung angelegt, deren Ausgang durch ein Zwischenfrequenzsignal I mit korrigierter Amplituden-Frequenzkennlinie gebildet ist. Dieses Signal I ist an zwei Schmalbandfilter 2,3 angelegt, deren Mittenfrequenzen f1 bzw. f2 im Spektrum des Signals FI, wie in Fig. 1 dargestellt, liegen.
• Die Amplituden der aus den Filtern 2 und 3 hervorgehenden Signale zeigen die Verformung des Spektrums, und so ist es möglich, die Korrekturvorrichtung 1 anzusteuern, so dass die Am plitude der Signale, die sie liefert, um die Frequenz f0 herum im Wesentlichen identisch ist. Die Steuerung der Vorrichtung 1 ist gewährleistet durch Verarbeitungsmittel 4, die an das Filter 1 angelegte Korrekturkoeffizienten erzeugen. Das Filter 1, die Schmalbandfilter 2 und 3 und die Verarbeitungsmittel 4 bilden einen bei Zwischenfrequenz arbeitenden Frequenzausgleicher. So wird die Amplituden-Frequenzantwort des Ausbreitungsmediums oder die Amplituden-Frequenzcharakteristik des verarbeiteten Signals korrigiert, und das korrigierte Spektrum ist zwischen f1 und f2 eben und symmetrisch, d. h. frei von einem Gefälle.
• Das korrigierte Signal I kann anschließend an einen Verstärker angelegt werden, dessen Verstärkung durch eine Vorrichtung mit automatischer Verstärkungssteuerung festgelegt ist, so dass dieser Verstärker ein Signal mit konstanter Amplitude liefert. An den Verstärker können sich Frequenzverschiebungsmittel anschließen, wie etwa Mischer, die zwei Signale in Phasenquadratur von einem bei der Zwischenfrequenz f0 arbeitenden lokalen Oszillator empfangen.
• Die oben erwähnte Korrekturvorrichtung ist üblicherweise aufgebaut aus einem Transversalfilter oder einer Resonatorschaltung, deren Resonanzfrequenz und Spannungsüberhöhung durch die Verarbeitungsmittel 4 veränderbar sind.
• Der Nachteil dieser zwei Typen von Korrekturvorrichtungen ist, dass sie eine Gruppen-Ausbreitungszeit einführen (im Falle der Resonatorschaltungen) oder eine komplexe Struktur aufweisen (im Falle eines Transversalfilters).
• Genauer gesagt ist ein Nachteil der verwendeten Frequenzausgleicher, dass es notwendig ist, sehr genau die Bandbreite )f des zu korrigierenden Signals zu kennen, um die Anpassung der Mittenfrequenzen der Filter 2 und 3 zu ermöglichen. In diesem Fall kann man nicht die Bandbreite des Signals beim Senden, d. h. die übertragene Rate, verändern.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere, diese Nachteile zu beheben.
• Genauer gesagt ist eines der Ziele der Erfindung, eine Vorrichtung zur Korrektur der Amplituden-Frequenzkennlinie eines Signals anzugeben, dass eine Kennlinie mit den Funktionen der Frequenz von seiner Minimalfrequenz zur Maximalfrequenz zunehmende Dämpfung hat, typischerweise eitypischerweise eines aus einem Übertragungskabel kommenden Signals, wobei diese Vorrichtung keine Gruppen-Ausbreitungszeit im Nutzfrequenzband aufweist.
• Ein anderes Ziel der Erfindung ist, einen Frequenzausgleicher anzugeben, der eine solche Korrektur verwendet, wobei dieser Ausgleicher eine Struktur aufweist, die eine Veränderung der übertragenen Rate zulässt.
• Diese Ziele sowie andere, die nachfolgend deutlich werden, werden erreicht mit einer Vorrichtung zur Korrektur der Amplituden-Frequenzkennlinie eines Eingangssignals mit Minimalfrequenz f1. Mittenfrequenz f0 und Maximalfrequenz f2, wobei das Eingangssignal eine Kennlinie mit in Funktion der Frequenz zwischen f1 und f2 zunehmender Dämpfung hat, wobei die Korrekturvorrichtung ein korrigiertes Ausgangssignal liefert, die Korrekturvorrichtung zwei hintereinander geschaltete Filter umfasst, der erste dieser Filter das Eingangssignal empfängt und ein gefiltertes Signal an den zweiten der Filter liefert, und der zweite dieser Filter das korrigierte Ausgangssignal liefert, wobei einer der Filter ein Bandunterdrückungsfilter mit Mittenfrequenz f3 ist, wobei f3 kleiner oder gleich f1 ist und der andere dieser Filter ein Bandpassfilter mit Mittenfrequenz f4 ist, wobei f4 größer oder gleich f2 ist, wobei die Mittenfrequenzen f3 und f4 die Beziehung
• f3 · f4 = f0²
• erfüllen, die Filter von gleicher Ordnung sind und ihre Überspannungskoeffizienten von einem von einer Steuervorrichtung ausgegebenen Steuersignal geregelt sind.
• Das Steuersignal ist vorzugsweise ein automatisches Verstärkungssteuersignal, ausgegeben von einer automatischen Verstärkungssteuervorrichtung.
• Die verwendeten Filter sind vorteilhafterweise von erster Ordnung, um die bewirkte Dämpfung zu begrenzen, und können z. B. jeweils ausgehend von LC-Zellen realisiert sein.
• Jeder dieser Filter kann mit einer PIN-Diode zusammenwirken, um eine Regelung ihrer Spannungsüberhöhungs- oder Überspannungskoeffizienten zu ermöglichen.
• Das Eingangssignal ist vorzugsweise ein Signal, das ein Kabel durchlaufen hat.
• Die Erfindung betrifft auch einen Frequenzausgleicher mit einer solchen Korrekturvorrichtung.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung angegeben wird, sowie den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
• Fig. 1 das Spektrum eines von einer Neigung betroffenen Zwischenfrequenzsignals;
• Fig. 2 die Dämpfungscharakteristik eines Kabels als Funktion der Frequenz;
• Fig. 3 die allgemeine Struktur eines Frequenzausgleichers;
• Fig. 4 ein Übersichtsschema einer erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung;
• Fig. 5 die Antwortkurve der erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung;
• Fig. 6 eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• Fig. 7 einen Abschätzer, der zum Steuern der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen ist.
• Figs. 1 bis 3 sind zuvor mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben worden.
• Fig. 4 ist ein Übersichtsschema einer erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung.
• Die Korrekturvorrichtung aus Fig. 4 ist allgemein mit 1 bezeichnet und empfängt am Eingang ein Signal FI (hier ein Zwischenfrequenzsignal), das aus einem Kabel 40, z. B. einem Koaxialkabel, hervorgeht.
• Die Vorrichtung 1 umfasst zwei hintereinander geschaltete Filter, mit 41 bzw. 42 bezeichnet. Der erste Filter 41 empfängt das Eingangssignal FI und liefert ein gefiltertes Signal SFI an das zweite Filter 42, wobei der zweite Filter das korrigierte Ausgangssignal I liefert.
• Erfindungsgemäß ist eines dieser Filter, hier der erste Filter 41, ein Bandunterdrückungsfilter mit Mittenfrequenz f3, wobei f3 kleiner oder gleich f1 ist, der andere Filter, hier der zweite Filter 42, ist ein Bandpassfilter mit Mittenfrequenz f4, wobei f4 größer oder gleich f2 ist. Die Filter 41 und 42 sind von gleicher Ordnung, z. B. von erster Ordnung, und die Mittenfrequenzen f3 und f4 erfüllen die Beziehung
• f3 · f4 = f0²,
• wobei f0 die Mittenfrequenz des zu korrigierenden Signals FI ist.
• Die Überspannungskoeffizienten der Filter 41 und 42 sind durch ein Steuersignal SC geregelt, das von einer Steuervorrichtung 43 herrührt.
• Fig. 5 zeigt die Frequenzantwortkurve, die sich aus der Hintereinanderschaltung dieser zwei Filter ergibt.
• Der Bandunterdrückungsfilter hat als Mittenfrequenz f3, und der Bandpassfilter 42 hat als Mittenfrequenz f4. Diese Mittenfrequenzen liegen beiderseits der Bandbreite f = f2 - f1. Durch Hintereinanderschalten eines Bandunterdrückungsfilters und eines Bandpassfilters von gleicher Ordnung kann eine frequenzabhängige Dämpfungscharakteristik mit einer Neigung entgegengesetzt der des zu korrigierenden Signals FI (siehe Fig. 1) erhalten werden. Die Überspannungskoeffizienten der Filter sind gleich und einstellbar, wodurch die Dämpfungscharakteristik in Funktion der Frequenz um f0 herum, d. h. in dem Band )f, geneigt werden kann und die Amplituden-Frequenzkennlinie des Signals FI perfekt kompensiert werden kann.
• In der Praxis ist man daran interessiert, dass die Frequenzen f1 und f2 in einem linearen Bereich der resultierenden Kennlinie liegen, d. h. auf einem Pegel von 3 dB oberhalb bzw. unterhalb der Pegel der Frequenzen f3 bzw. f4.
• Die gesuchte Korrektur wird ohne Veränderung der Gruppen- Ausbreitungszeit in dem Band erhalten.
• Um die bewirkte Dämpfung bestmöglich zu begrenzen, wählt man vorteilhafterweise Filter erster Ordnung (20 dB Dämpfung pro Dekade), insbesondere wenn die Bandbreite f groß ist.
• Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung, wobei die verwendeten Filter von erster Ordnung sind.
• Das zu korrigierende Eingangssignal FI wird über einen Trennkondensator 60 an einen ersten Verarbeitungskanal angelegt, der in Serie einen Widerstand 61, eine PIN-Diode 62, eine Induktivität 63 und einen Kondensator 64 umfasst. Die PIN-Diode 62 wird als variabler Widerstand genutzt, ihr interner Widerstand ist abhängig vom Spannungspegel des über eine Induktivität 71 von hoher Impedanz angelegten Steuersignals SC. Die Kathode der PIN-Diode 62 ist mit der Induktivität 63 verbunden, die zusammen mit dem Filter 64 ein Bandunterdrückungsfilter erster Ordnung mit Mittenfrequenz f3 bildet. Eine Induktivität 65 ist parallel zum Kondensator 64 geschaltet, um den Durchgang des Gleichstroms zu ermöglichen.
• Das aus dem Kondensator 60 kommende Signal wird ferner an einen zweiten Verarbeitungskanal angelegt, der in Serie einen Widerstand 66, eine PIN-Diode 67 und eine Induktivität 68 umfasst. Ein Kondensator 69 ist zur Induktivität 68 parallel geschaltet, um einen Bandpassfilter erster Ordnung mit Mittenfrequenz f4 zu bilden. Die PIN-Diode 67 wird ebenfalls als variabler Widerstand benutzt, ihr interner Widerstand ist ebenfalls abhängig vom Spannungspegel des Steuersignals SC.
• Die Widerstände 61 und 66 sind vorgesehen zur Eichung der Überspannungskoeffizienten des Unterdrückungs- und des Bandpassfilters. Ihre Werte sind vorzugsweise identisch und in Abhängigkeit von der maximal zu korrigierenden Neigung festgelegt. Die PIN-Diode 62 und 67 sind ebenfalls vorzugsweise identisch.
• Ein anderer Trennkondensator 70 ist am Ausgang angeordnet, um das korrigierte Signal I zu liefern. Das Signal FI ist in diesem Schema nicht vorhanden, weil die verwendete Struktur vollständig parallel ist. Es wäre vorhanden, wenn eine Isolation zwischen den Widerständen 61 und 66 vorgesehen wäre und wenn das Signal SC unabhängig an diese zwei Widerstände angelegt wäre.
• Die Arbeitsweise dieser Ausgestaltung ist wie folgt: Je höher der Pegel des Signals SC ist, um so besser leitend sind die Dioden 62 und 67. Die Überspannungskoeffizienten des Unterdrückungs- und des Bandpassfilters sind dann hoch, was einem starken Gefälle des linearen Bereichs der Kennlinie der Fig. 5 entspricht. Die Korrektur der erzeugten Neigung ist dann groß. Bei einem verschwindenden Pegel des Steuersignals SC hingegen sind die Widerstandswerte der Dioden 62 und 67 hoch, was einem geringen oder verschwindenden Gefälle des linearen Bereichs der Kennlinie der Fig. 5 entspricht. Die Korrektur der erzeugten Neigung ist dann gering oder Null.
• Die Überspannungskoeffizienten der Filter sind gleich Q = Lω/R = RCω mit der Pulsation ω = 1/LC, wobei L die Werte der Induktivitäten 63 und 68, C die Kapazitäten der Kondensatoren 64 und 69 und R die Summen der Widerstände 61, 66 bzw. der internen Widerstände der Dioden 62 und 67 bezeichnet. Die Überspannungskoeffizienten der zwei Filter sind gleich.
• Die Hintereinanderschaltung der Filter kann auch darin bestehen, dass der Bandpassfilter vorangeschaltet wird und der Bandunterdrückungsfilter folgt; wesentlich ist, dass das Bandunterdrückungsfilter eine Mittenfrequenz f3 hat, die kleiner oder gleich f1 ist, und dass der Bandpassfilter eine Mittenfrequenz f4 hat, die großer oder gleich f2 ist. So führt das Gefälle des Filters stets zu einem Verlauf wie in Fig. 5 dargestellt, entgegengesetzt zur Neigung des Eingangssignals FI.
• Als Beispiel können die Frequenzen f3 und f4 gleich 100 MHz und 200 MHz für eine Mittenfrequenz f0 von 140 MHz und eine Bandbreite f von 40 MHz sein.
• Die Steuervorrichtung, die das Steuersignal SC erzeugt, kann durch einen Mikroprozessor gebildet sein, der einen für die Länge des Kabels repräsentativen Datenwert in einen angemessenen Korrekturpegel umsetzt. Die Korrektur ist in diesem Fall ein für alle Mal als Funktion der Länge des Kabels festgelegt.
• Es ist auch möglich, einen Abschätzer für die Amplituden- Frequenzkanäle des korrigierten Ausgangssignals I zu verwenden, um eine selbstadaptive Korrektur zu erhalten. Um die Bandbreite f des zu korrigierenden Signals nicht sehr genau kennen zu müssen und so die Übertragungsrate ändern zu können, schlägt die Erfindung vor, wie oben angegeben, vor, einen solchen Abschätzer mit Hilfe einer automatischen Verstärkungssteuerungsvorrichtung wie der in Fig. 7 dargestellten zu realisieren.
• Fig. 7 zeigt eine automatische Verstärkungssteuerungsvorrichtung zum Steuern der erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung.
• Das Steuersignal SC ist hier ein automatisches Verstärkungssteuerungssignal, das aus einer automatischen Verstärkungssteuerungsvorrichtung herrührt. Das korrigierte Signal I ist an einen Verstärker 71 angelegt, der ebenfalls das Signal SC empfängt. Der Pegel des Ausgangssignals S ist konstant und unabhängig von der Länge des verwendeten Kabels.
• Die automatische Verstärkungssteuerungsvorrichtung 72 umfasst z. B. herkömmlicherweise eine Diode zur Erfassung des maximalen Pegels des Signals S. Der Verstärker 71 hat eine um so höhere Verstärkung, je niedriger der Pegel des Signals FI ist. Die Korrektur der Neigung wird hier also erreicht durch die Nutzung eines automatischen Verstärkungssteuerungssignals.
• Das Signal SC kann eventuell auch an einen anderen Verstärker angelegt werden, der vorgesehen ist, um das an den Eingang der Korrekturvorrichtung 1 angelegte Signal FI zu verstärken. Genauso kann die Steuervorrichtung 72 vor der Korrekturvorrichtung 1 angebracht sein.
• Das Eingangssignal FI, das eine als Funktion der Frequenz zwischen f1 und f2 zunehmende Dämpfungscharakteristik aufweist, kann auch ein Signal sein, das ein Funkübertragungsmedium durchlaufen hat.
• Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt, und für den Fachmann sind leicht andere Lösungen vorstellbar, die den Rahmen der Erfindung nicht verlassen.

Claims (7)

1. Vorrichtung (1) zur Korrektur der Amplituden-Frequenzkennlinie eines Eingangssignals (FI) mit Minimalfrequenz f1. Mittenfrequenz f0 und Maximalfrequenz f2, wobei das Eingangssignal (FI) eine Kennlinie mit in Funktion der Frequenz zwischen f1 und f2 zunehmender Dämpfung hat, wobei die Korrekturvorrichtung (1) zwei hintereinander geschaltete Filter (41, 42) umfasst, der erste dieser Filter das Eingangssignal (FI) empfängt und ein gefiltertes Signal (SFI) an den zweiten der Filter liefert, der zweite dieser Filter ein korrigiertes Ausgangssignal ( I) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass der eine dieser Filter ein Bandunterdrückungsfilter (41) mit Mittenfrequenz f3 ist, wobei f3 kleiner oder gleich f1 ist, und dass der andere dieser Filter ein Bandpassfilter (42) mit Mittenfrequenz f4 ist, wobei f4 größer oder gleich f2 ist, wobei die Mittenfrequenzen f3 und f4 die Beziehung f3 · f4 = f0² erfüllen, die Filter (41, 42) von gleicher Ordnung sind und ihre Überspannungskoeffizienten (Q) von einem von einer Steuervorrichtung (43) ausgegebenen Steuersignal (SC) geregelt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (SC) ein automatisches Verstärkungssteuerungssignal, ausgegeben von einer automatischen Verstärkungssteuerungsvorrichtung (72), ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (41, 42) von erster Ordnung sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (41, 42) jeweils ausgehend von LC-Zellen (63, 64; 68, 69) realisiert sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter jeweils mit einer PIN- Diode (62, 67) zusammenwirken.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal (FI) ein Signal ist, das ein Kabel (40) durchlaufen hat.

7. Frequenzausgleicher mit einer Korrekturvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.