NO842721L - Mikroboelge-kommunikasjonssystem - Google Patents

Abstract

En mikrobølgesender (10) omfatter en signalmodulator (12) for mottakelse av et inngangssignal som omfatter. inntil 75 video og audio kanaler og frembringer et amplitudemodulert signal i mikrobølge-frekvensområdetsom tilsvarer dette. En forsterker (18) som reagerer på mikrobølge-frekvenssignalet frembringer et forsterket utgangssignal som er egnet for sending til et fjerntliggende sted. Signalmodulatoren (12) og forsterkeren (18) har øvre effektgrenser som er tilstrekkelig under. deres respektive to-tone tredje ordens intermodulasjons-skjæringspunkter slik at bærer-trippel-svevnings effektforholdene for hver er henholdsvis minst lik jførste forutbestemte verdier. Forsterkningen i forsterkeren (18) er høy nok til at, uansett effektbe-grensningen som er lagt på mikrobølgetrekvens-signalet. . _spm følge av den øvre effektgrensen for signalmodulatoren (12), effekten av det forsterkede utgangssignalet er minst lik en andre forutbestemt verdi. Summen av forsterkningen og støytallet i senderen målt i decibel. har en øvre grense bestemt av et ønsket bærer/støyfor-. . ■ hold og av termisk støy.

Description

MIKROBØLGE-KOMMUNIKASJONSSYSTEM

Denne oppfinnelse vedrører mikrobølge kommunikasjonssystemer og særlig et mikrobølge-kommunikasjonssystem som omfatter en ny og meget effektiv sender som vil tillate den samtidige, transmisjonen av et flertall informasjonskanaler over vesent-lige distanser.

En mikrobølge overføring tilveiebringer et hensiktsmessig middel for å få et signal fra et punkt til et fjerntliggende punkt uten å legge ut en kabel mellom de to punktene. Mikro-bølge overføringer ble først utviklet og anvendt av the Bell System for å redusere kostnaden i forbindelse med lang-distanse telefonlinjer. Senere ble mikrobølgelink anvendt av fjernsyns -kringkastningsindustrien for å forbinde et studio med dets senderstasjon. Disse studio-til-senderlinker (STL) trengte kun å bære en videokanal og audiokanal fra studioet til senderen, hvilken kan være plassert mellom 1.6 km og 33.8 km borte. Dette samme utstyret ble også anvendt til å bringe nettprogram til de lokale avdelinger for lokal kring-kastning.

I de tidlige dager for CATV-industrien, før bruken av satelitt-kommunikasjoner, ble disse samme mikrobølgelinker anvendt til å bringe inn fjerntliggende fjernsynsstasjoner for lokal distribusjon over kabel. Som før krevet disse linker kun evnen til en enkelt programkanal. Ettersom CATV-industrien modnet, satte U.S. Federal Communications Commission, som erkjente bruksøkningen hos CATV-operatører/til side et bånd med fre-kvenser nær 13 GHz for denne tjeneste. Allokeringen av dette bånd, kjent som Cable relay Service (CARS) båndet, har åpnet veien for mange andre anvendelser.

En slik anvendelse har vært bruken av en mikrobølge-overfør-ing for å utvide tjenesteområdet i et CATV-system. For å muliggjøre dette, må overføringen være i stand til å føre flere fjernsynskanaler. Produsentene av de opprinnelige enkelt-kanal STL-systemer har reagert på dette behovet ved hovedsakelig å stable flere sendere parallellt for å oppnå det-ønskede antall av kanaler. Således ville et 24-kanals system kreve 24-enkelt-kanals sendere koblet til en enkelt sender (parabolsk tallerken) antenne til en kostnad av i øyeblikket over $150.000. En slik kostnad kan godtaes kun dersom samfunnet som tilkobles har en meget stor abonnentbasis.

Et typisk mikrobølge-overføringssystem kan omfatte et sentralt hovedsystem og en enkelt sender med flere taller-kenantenner som peker mot hvert av flere nærliggende samfunn. Innenfor hvert samfunn behandler en enkelt mottaker som er innrettet mot senderen signalene for fordeling via vanlig CATV-teknologi. En enkelt sender er i stand til' å tjene samfunn innenfor en radius av ca. 33.8 km (f.eks.) og har linker i et hvilket som helst antall retninger. Således kan en enkelt sender tjene et stort antall samfunn.

Ved å sammenkoble disse samfunn på denne måte, kan kostnaden av hovedutstyret deles av en større abonnentbasip, samtidig som kostnaden for hovedlinjesystemet betydelig reduseres. For bedre å oppnå denne kostnadsdeling må et lavkostnads mikrobølge-overføringsstem anvendes. Ved hjelp av eksempel vil mikrobølge-overføringer som opererer i 12.7 til 13.2 GHz båndet bli beskrevet. Der finnes to klasser av mikrobølge-overføringssystemer som kan operere

i dette bånd: Amplitude-modulert (AM) og frekvens-modulert (FM). I begge av disse systemer kan sendersystemet deles av flere linker. Ved på passende måte å forbinde senderen med tallerkénantenner som er rettet i forskjellige retninger, kan flere områder betjenes av en enkelt sender.

Frekvensmodulerte linker tilveiebringer den mest pålite-lige lav-støytransmisjonén med den lavest utsendte effekt. På grunn av dens pålitelighet og støyoppførsel, anvendes

■ !

ofte en FM-link for STL-systerner. FM anvendes også for mobile systemer for å redusere den nødvendige utgangseffekt.

Der finnes imidlertid flere ulemper ved et FM-system.

Et hovedproblem er den høye kostnaden for både senderen

og motakeren. Dernest er den effektive båndbredden som kreves for et FM-signal for mikrobølge-overføring fire ganger den for et restsidebånd AM-signal. Dette betyr

at, for en gitt båndbredde, kun en fjerdedel så mange stasjoner kan føres. Til sist krever et FM-system separat sendings- og mottakningsutstyr for hver fjernsynskanal som skal føres .

Amplitudemodulerte linker kan tilveiebringe en økonomisk fremgangsmåte for å overføre flere fjernsynsstasjoner.

Med en AM-sender kan samtlige kanaler sendes og mottas med

en enkelt sender og mottaker. Imidlertid tar de vanlige amplitudemodulerte linker ikke full fordel av flerkanalens evne hos et AM-system. Ved på riktig måte å velge kompo-entene for flerkanals senderen som vist nedenfor, kan en betydelig kostnadsreduksjon oppnåes sammenlignet med enkelt-kanals sendere. Et primært formål med oppfinnelsen er å til-, veiebringe et mikrobølge-kommunikasjonssystem som reduserer kostnaden for CATV-tjenesten i dårlig bebodde områder.

Et annet formål med oppfinnelsen er å maksimalisere antallet av informasjonskanaler som kan sendes en bestemt distanse ved hjelp av en enkelt sender i et mikrobølge-overførings-system.

Et annet formål med oppfinnelsen er å maksimalisere distansen som et bestemt antall av informasjonskanaler kan sendes ved hjelp av en enkelt sender i et mikrobølge-overføringssystem.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe et mikrobølge-effekt-: f orsterkersystem som er i stand til å kunne anvendes i en mikrobølgesender hvor et flertall informasjonsbærende kanalejEskal samtidig overføres over en vesentlig distanse på en mikrobølge bærefrekvens.

Formålet med oppfinnelsen oppnåes ved en mikrobølgesender

som omfatter signal moduleringsmiddel for mottakelse av et inngangssignal som innbefatter et antall videokanaler og frembringer et ampl-itudemodulert i mikrobølgef rekvens området som tilsvarer dette, og forsterkermiddel som reagerer på mikrobølgefrekvens-signalet for frembringelse av et forsterket utgangssignal som er egnet for mikrobølge-transmisjon til et fjerntliggende sted.

Ifølge oppfinnelsen har det signalmodulerende middel og forsterkermidlet øvre effektgrenser som er tilstrekkelig under deres respektive to-tone tredje ordens intermodulasjonsskjær-ingspunkter slik at bærebølge-trippel-svevnings (carrier-to-triple-beat) effektforholdene for hver er respektive minst lik første forhåndsbestemte verdier. Disse verdier avhenger i det minste delvis av antallet kanaler som skal sendes. Videre er forsterkningen i forsterkermidlet høy nok til at, uansett effektbegrensninger hos signalmoduleringsmidlet, effekten for det forsterkede utgangssignalet er minst lik en andre forutbestemt verdi. Slik andre forutbestemte verdi avhenger minst delvis av avstanden mellom senderen og mottakeren. Summen av forsterkning og støyfaktoren for senderen målt i decibel har en øvre grense bestemt av det ønskede bære-bølgestøyforhold og av termisk støy.

En bedre forståelse av oppfinnelsen kan oppnåes fra en betraktning av den etterfølgende detaljerte beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer av denne, i forbindelse med de vedlagte figurer på tegningen, hvor: Fig. 1 er et blokkskjerna over en foretrukket utførelsesform av en mikrobølgesender i følge oppfinnelsen<*> ■Fig. 2 er et blokkskjerna over en mottaker for anvendelse med

.senderen i Fig. 1<*>

j

Fig. 3 er et diagram som viser utgangseffekten for sen-derens grunn og to-tone intermodulasjonsnivå (intermods)

som en funksjon av senderinngangseffekt og viser også som en ekstra polering to-tone tredje ordens intermodulasjons-skjær Ingspunktet.

Fig. 1 viser en mikrobølgesender 10 ifølge oppfinnelsen.

Den omfatter et signal-modulerende middel 12 for mottagning av et inngangssignal på en inngang 14. Inngangssignalet kan være en VHF-innmatning av 50-500 MHz, vanligvis ved 18 dBmV, og omfatter et antall videokanaler (eksempelvis inntil 75). Det signalmodulerende middel 12 frembringer et amplitudemodulert signal på en linje 16 som tilsvarer VHF-inngangssignalet og har en frekvens i mikrobølge-frekvens-området.

Det signalmodulerende midlet 12 omfatter en lokal-oscillator 17 som frembringer et referansesignal "LO" på en frekvens

(f.eks.) av 12.6465 GHz på en linje 17a, og en blander 17b som både reagerer på inngangssignalet på linjen 14 og referansesignalet på linjen 17a. Blanderen opp-konverterer VHF-signalet på linjen 14 til mikrobølge-frekvensområdet. Det signalmodulerende midlet 12 omfatter dessuten et bånd-passf ilter 17c som har et passbånd ( f. eks..) fra 12.7 -

13.2 GHz. Utgangen fra filteret 17c er det modulerte signalet på linjen 16.

Apparatet 10 omfatter også forsterkermiddel 18 som reagerer på mikrobølgefrekvenssignalet på linjen 16 for frembringelse av et forsterket utgangssignal på en linje 20 som er egnet for mikrobølge-transmisjon til et fjerntliggende

sted, f.eks. ved hjelp av en tallerkenantenne 22. Utmatningen på linjen 20 er i en del av mikrobølge-spekteret allokert til CATV-operatører i den hensikt å bringe fjerntliggende signaler til en lokal hovedstasjon for påfølgende kabelutsending og kan kjennetegnes som en CARS-bånd utmatning.

En kopler 23 sampler utmatningen på linjen 20 og til-fører den til en blander 23a. Blanderen 23a mottar en andre innmatning fra linjen 17a og frembringer en VHF-utmatning på en linje 23b som tilveiebringer automatisk forsterkningsstyring til en forsterker 23c for å holde signalet på linjen 20 på det ønskede utgangsnivået. Signalet på linjen- 23b kan også tilføres en TV mottaker slik at kvaliteten av det utsendte signal kan overvåkes.

Ifølge et trekk ved oppfinnelsen har det signalmodulerende midlet 12 og forsterkermidlet 18 øvre effektgrenser som er tilstrekkelig under deres respektive to-tone tredje ordens intermodulasjons skjæringspunkter til at bærer/ trippel-svevnings (carier-to-triple-beat) effektforholdene for hver respektive er minst lik første forutbestemte verdier.

Det maksimalt tillatelige signalnivå ved hvert trinn vil bli satt av intermodulasjonsforvrengningen hos de uline-ære elementer i systemet. Den begrensende faktor vil være tredje-ordens ulineariteten hos hver forsterker og blander. Forsterkere beregnet for CATV-anvendelser, f.eks. VHF-forsterkere tilegnet flere AM-bærere, betegnes generelt å

ha et bærer/sammensatt-trippel-svevnings (carrier-to-composite-triple-beat) forhold ved et bestemt utgangsnivå for et gitt antall kanaler.

Sammansatt trippeltakt er en beskrivelse av amplituden av tredje-ordens takter i et system. En trippelsvevning er en frekvenskomponent som skyldes nærværet av tre signal-frekvenser og er på en frekvens lik f^+ f2- f3. For et bestemt antall kanaler vil det være et fast antall svevninger. Eksempelvis har et 24-kanals system maksimalt 120 trippelsvevninger pr. kanal. En annen type av svevning ved en frekvens av 2fx - f2vil også være tilstede i mindre antall. Denne svevning viser seg å være 6 dB mindre i amplitude. Et 24-kanals system vil ha maksi-

! I

malt 11 slike svevninger pr. kanal. For å beskrive det totale antall svevninger med et enkelt tall, defineres en sammensatt trippelsvevning som summen av antall trippelsvevninger pluss en fjerdedel (-6dB) av to-tone sving-ninger. Antallet av ekvivalente trippelsvevninger pr. kanal for flere antall kanaler er oppstilte nedenfor.

Subjektive prøvninger med store antall av observatører

har etablert nivåer på hvilke de sammensatte trippelsvevninger vil bli merkbare. Dette nivå er forskjellig for forskjellige antall av kanaler; generelt, desto større antall kanaler, desto større kan nivået av de totale sammensatte trippelsvevninger være. Produsenter av CATV-utstyr gir lett anvendbare sammensatte trippelsvevningsdata på sitt utstyr.

Mikrobølgeforsterkere anvendes vanligvis ikke i CATV-industrien og anvendes oftest i enkelt / bærer-systerner. Tredje . ordens forvrengning, selv om den er tilstede, er ikke en begrensende faktor i disse anvendelser. Sammensatt trippel-svevningsopptreden er derfor ikke angitt for mikrobølgefor-sterkere.

En spesifikasjon som ofte er gitt (eller lett målt) for en mikrobølge-forsterker er to-tone tredje ordens intermodulasjonsskjæringspunktet. Fig. 3 viser to-tone tredje ordens intermodulasjonsskjæringspunktet 24 for et representativt stykke utstyr, eksempelvis en sender eller en del av en sender, slik som en forsterker eller en blander. Punktet 24 er en ekstrapolering av lineære punkter 26 og 28 på henholdsvis kurver 30 og 32. Kurven 30 er et diagram over utgangs-j

I

effekten av den grunnleggende, og kurven 32 er et dia-

gram over utgangseffekten for tredje-ordens intermodula-sjonsnivået (intermods) hver som en funksjon av inngangseffekt. Den lineære delen 26 har en helning av 1 1 , og den lineære delen 28 har en helning lik 3 Jl. Punktet 24

er det hypotetiske punkt ved hvilket den grunnleggende og intermods vil være på samme utgangseffekt. Når inngangs-effekten er slik at den grunnleggende og intermods er innenfor de respektive lineære deler 26 og 28, vil en økning eller minskning i inngangseffekt øke eller minske intermods' en tre ganger så meget som den øker eller minsker den grunnleggende .

For å anvende denne tilgjengelige informasjon vedrørende skjæringspunktet, må det finnes samsvar mellom to-tone svev-ningen og den sammensatte trippelsvevning. Det totale sammensatte trippelsvevningsnivå er summen av effektene for et bestemt antall svevninger. Effekten for hver svevning er da den totale trippelsvevning dividert med antallet av sammensatte svevninger. Dette vil være nivået for en enkelt trippelsvevning. En trippelsvevning er 6 dB høyere i nivå enn en enkelt trippelsvevning. En trippelsvevning er 6 dB høyere i nivå enn en to-tone svevning. Derfor er to-tone nivået for merkbarheten 6 dB lavere enn trippelsvevningsnivået.

For et stort antall kanaler, er merkbarhetsnivået gitt om-trentlig av

hvor N er antallet av ekvivalente trippelsvevninger pr. kanal.

Dersom forsterkeren skal drives på nivået for merkbarhet,

må bærereffekten drives et passende antall dB under skjæringspunktet. Et bærer/to-tone svevningsnivå, f.eks. -84 dBc, kan velges for eksempelvis for 54 kanaler.

Fra diskusjonen ovenfor må utgangsnivået derfor være en halv-part av denne størrelse eller 42 dB under skjæringspunktiet.

i

i Den utsendte effekt for en tilfeldig 24,1 km link må være større en 6 dBm pr. kanal, avhengig av an.tenn.e-karaketeristikker, fadingsmargin, etc. Dersom 54 kanaler skal sendes, må skjæringspunktet være 42 dB over utmatningen. Skjæringspunktet vil være gitt av

Bærer/trippel-svevningseffekt forholdene for både signal-modulatormidlet 12 og forsterkermidlet 18 har lavere gren-ser i samsvar med den foregående diskusjon. For å oppnå

et bestemt minimum bærer-svevningsforhold for signalet på linjen 16, .som er utmatningen fra signalmodulerings-mid-let 12 og innmatningen til forsterkermidlet 18, må signalet på linjene 16 ha relativt lav effekt. Dette krever at forsterkermidlet 18 har en viss minimumsforsterkning. Særlig må forsterkningen i forsterkermidlet 18 være høy

nok til at effekten av det forsterkede utgangssignalet på linjen 20 er minst lik en viss forutbestemt verdi som er tilstrekkelig til å muliggjøre sending til et fjerntliggende sted som eksempelvis kan være så meget som 24,1 km borte. Denne minimumsforsterkning, Gt sikrer at utgangsnivået,fra den foregående signalmodulator 12

vil være lavt nok til å forbli godt innenfor det lineære området 26,28 som vist i Fig. 3.

Forsterkermidlet 18 kan omfatte en vandrebølgerør (TWT) utgangsforsterker 34 som forutgåes av en transistor forforsterker 36. Dersom, forforsterkeren 36 har et +28 dBm skjæringspunkt, må utmatningen være begrenset til -17

dBm for å sikre at intermods'ene er nede 90 dB på inngangen til effektforsterkeren 34. Ettersom minimum sender-utmatning må være 6 dBm, må effektforsterkeren 34

ha en minimumsforsterkning lik 23 dB.

I en andre foretrukket utførelsesform kan forsterkeren

36 og forsterkeren 34 kombineres som en enkelt faststoff-FET forsterker. For et 54 kanals system og maksimal effektutgang lik -1 dBm, er forsterkningen 35 dB, skjæringspunktet 40 dBm, og støytallet 8 dB.

Summen av forsterkningen og støytallet for senderen

10 målt i decibel har en øvre grense bestemt av det ønskede bærer-støyforhold og av termisk støy. En hvilken som helst anordning ved én temperatur over absolutt 0 vil oppvise termisk støy. Støyen kan uttrykkes som en funksjon av absolutt temperatur (T),båndbredde (B) og Boltzman's konstant (K) , hvor K = 1.38.x 10~23J/k°, ettersom

Aktive anordninger oppviser støy i overkant av det som er forutsatt av ligning (1). Ta i betraktning en forsterker med forsterkning G koblet til en støyfri kilde gjennom en kildemotstand. Kildemotstanden vil bidra til en støy-mengde lik KTB som forutsagt av ligning (1), slik at,

på inngangen, signal-støyforholdet vil være

På utgangen vil signalet være forsterket med effektfor-t sterkningen G sammen med støyen KTB. I tillegg kan støy-bidraget fra forsterkeren modeleres til å opptre på inngangen. Således vil signal-støyforholdet på utgangen bli Et verditall kan defineres som som forenkles til Ettersom NF ofte uttrykkes i dB er det hensiktsmessig å skrive ligning (5) som hvor slik at er den totale støy på inngangen til forsterkeren innbefattende overskytende støy og termisk støy i kildemotstanden. Hvis således og forholdet Si/N^vil være utgangssignal-støyforholdet. Sammenfatningsvis, for en forsterker med støytallet F dB

Når et basisbånd signal moduleres, befinner informasjonen seg generelt innenfor sidebåndene i nærheten av den modulerende bæreren. I dette tilfellet er det nødvendig å beregne den støy som tilføyes bæreren og sidebåndene som detaljert angitt ovenfor for å beregne et bærer-støyforhold. For at systemet imidlertid skal være brukbart, må informasjonen demoduleres eller returneres til basisbåndet. Det resulterende signal-støyforhold vil generelt være forskjellige fra det beregnete bærer-støyforhold. Størrelsen av differansen vil avhenge av modulasjonstypen. Der finnes i realiteten fire trinn som involverer modulasjon eller demodulasjon i et fullstendig system som omfatter den foreliggende oppfinnelse, men den foreliggende oppfinnelse ved-rører kun to av dem. For det første er hvert basisbånd

videosignal et restsidebånd modulert på en VHF-bærer ved

fjernsynsstasjonen eller CATV hovedsted. For det andre blir VHF-spekteret som inneholder de modulerte bærere på ny modulert, under anvendelse av enkelt sidebånd (SSB) undertrykket bærermodulasjon til mikrobølge-frekvenser (Fig. 1).- For det tredje blir denne modulasjon demodulert tilbake til VHF ved hjelp av mottakeren som er!vist i Fig. 2. For det fjerde

blir tilsist VHF-signalet demodulert til basisbånd ved hjelp av en fjernsynsmottaker (ikke vist). Den foreliggende oppfinnelse vedrører særlig trinnene 2, men også trinnene tre ettersom sistnevnte medfører demodulasjon av et signal som er blitt modulert i overensstemmelse med oppfinnelsen.

i

Fig. 2 viser hovedkomponenten for en typisk mottaker 38, hvilken er i og for seg konvensjonell. Andre ut-forminger, konvensjonelle eller på annen måte, kan også anvendes. En tallerkenantenne 40 mottar mikro-bølgesignalet som sendes av tallerkenantennen 22 hos senderen 10 og tilfører signalet på en linje 42 til en transistorforsterker 44 som har en 22 dB forsterkning. Forsterkeren 44 gir en forsterket utmatning på

en linje 46 til et båndpass -filter 48 som har et passbånd lik 12,7 til 13,2 GHz. Båndpass filteret 48 gir en filtrert utmatning på en linje 50. En lokal oscillator 52 som har en frekvens lik 12,6464 GHz, det samme som frekvensen for lokaloscillatoren 17 i sen- . deren 10 , gir et referansesignal "LO" på en linje 54.

En blander 56 mottar signalet på linjene 50 og 54 og

gir et signal på en linje 58 som demoduleres tilbake til VHF og tilsvarer mikrobølge innmatningen på lin-

jen 42. Signalet på linjen 58 forsterkes ved hjelp av en VHF-forsterker 60 med automatisk forsterkningsstyring. Forsterkeren 60 frembringer en utmatning på en linje 62 for lokal fordeling.

For å granske støyopptredenen for en SSB-mottaker, må vi definere bærer/støyforholdene. Signal-støyforholdet før blanderen vil bli definert som predeteksjons bærer/ støyforholdet, og bærer/støyforholdet for blanderut-gangen vil bli definert som etterdeteksjons bærer/støy-forholdet.

Ser man bort fra tap i blanderen 56 (d.v.s. man antar

en ideell støyfri blander) vil blanderens 56 utgang inne-^holde det frekvensomsatte spektrum, d.v.s. VHF-signalene fra 50 til 500 MHz som opptok inngangsmikrobølge-spekteret på LO'+ VHF. Frekvensspekteret LO - VHF vil også bli omsatt og omfoldet til å falle i det samme utgangs-spekter.

Ettersom dette nedre sidebånd ikke inneholder noe signal, bidrar det ikke til utgangseffekten. Imidlertid vil eventuell støy i dette bånd bli tilføyet støyen i utmatningen. Hvis det antaes at støyen er jevn over båndet, vil det nedre sidebåndet tilføye 3 dB til støyen. Med en ideell blander er således etter-deteksjonens bærer-støyforhold 3 dB lavere enn predeteksjons bærer-støyforhold. Dette tre dB tap kan unngåes hvis et filter innføres foran blanderen, hvilket eliminerer det nedre sidebåndets støy. Således vil etter-deteksjons og predeteksjons bærer-støyforholdene bli like. Et inngangsfilter på mottakeren er derfor ekvivalent med en ytterligere tre dB forsterkning i antennene, eller 3 dB mer utsendt effekt. Hva angår støyopptreden, ettersom et filter er betydelig billigere enn en ytterligere tre dB i forsterker forsterkning, bør et filter anvendes.

En blander vil typisk ha et omdanningstap av ca.

7 dB ved 13 GHz og et støytall 1 dB over tapet. Et båndpassfilter vil ha et passbåndtap av ca. 0,5 dB.

Det totale støytallet vil være

Hvis vi antar at et mål C/N forhold på utgangen av blanderen lik 50 dB og en videobåndbredde lik 4 MHz, vil den totale inngangsstøy på mottakeren 38 være Imidlertid vil senderen 10 også utsende støy i et visst forhold under dens bærerutmatning. Hvis vi tillegger like støybidrag fra senderen 10 og mottakeren 38, vil der da være to ganger så meget støyeffekt på mottakeren 38 (3 dB høyere) eller -96,5 dBm. Bæreren vil måtte være større enn 50 dB over dette punkt eller

Ettersom dette er minimum støyopptreden, må den reelle mottatte signaleffekt være høyere med størrelsen av den|

I

ønskede fadingsmargin. Den mottatte effekt kan be-regnes fra den utsendte effekt, linktap og antenne forsterkninger som

Banetapet er gitt.ved (typisk)

hvor F = frekvens i MHz

D = Distanse i Miles

ved 13 GHz, 20 Log F = 22.28

slik at L' = 118,9 + 20 Log D

bane

for en 24.14 km link er tapet da 142.4 dB.

182,9 cm tallerkener vil typisk ha ca. 45 dB-forsterkning og forskjellige tap vil utgjøre ca. 1 dB. Den mottatte effekt vil da være

Hvis denmotitatte effekt skal være -46.5 dBm, vil Den. utsendte effekt må derfor være større enn 6,9 dBm. Fra den tidligere diskusjon, må støyen være 53 dB under dette punkt, eller - 46,1 dBm. Utgangsstøyen på senderen er gitt ved

Hvor GT og FTer forsterkningen og støytallet for senderen, vil den øvre grense for disse spesifikasjoner være

Fra det ovenstående vil man se at de følgende spesifikasjoner tilfredsstiller kravene til en flerekanals-sender som betjener en typisk 24,14 km link med 25 kanaler.

Minimum skjæringspunkt 48 dBm

Minimum forsterkning 2 3 dB

Maksimalt'støytall 38 dB

Oppfinnelsen er ikke begrenset til spesielle anordninger eller kretser. Som angitt ovenfor kan et vandre-bølgerør (med en forforsterker) eller FET-forsterker anvendes som forsterkermidlet 18. Ved hjelp av kun spesielt eksempel, er en passende FET-forsterker MITEQ-forsterker nr. AMFP-6B-127-132-30-5813. Oscillatoren 17 kan omfatte. MITEQ-oscillator nr. PLM 12646C-20P-5811. Filter 17c

kan være et filter som er skreddersydd av Microwave Filter Co. og bør tilfredsstille alle relevante FCC krav.

I Fig. 1 er inngangen til senderen 10 en enkelt 75 ohm inngang som har inntil 75 videokanaler i frekvenshåndet 54 - 500 MHz. Hver videobærer er typisk på et nivå av

18 dBmV. Inngangen er ført til en mikrobølge dobbelt-balansert blander 17b som frembringer på sin utgang en dobbelt-sidebånds AM modulert versjon av VHF-inngangs-spekteret sentrert rundt lokaloscillatorens frekvens av 12,6465 GHz. Utgangsnivået for sidebåndsbærerne er ca. -38 dBm. Utmatningen fra blanderen 17b føres gjen-, nom et bølgeleder båndpassfilter 17c med et passbånd lik 12,7 - 13,2 GHz. Skjørt i båndpass filteret 17c er således ahbragt at det nedre sidebåndet og bæreren elimineres, hvilket frembringer en enkelt-sidebåndsunder-trykket bærerversjon av VHF-innmatningen. Således er utmatningen fra båndpass filteret 17c en enkel omset-ning av inngangs VHF-spekteret med 12,6464 GHz. Båndpass filteret 17c følges av en transistorforsterker 36 med 22 dB forsterkning fulgt av en middeleffekt TWT-forsterker 34 som har 25 dB forsterkning. Sluttutmat- ningen er ca. 8 dBm pr. kanal. En direktiv kopler 23 sampler mikrobølge-utmatningen. Den samplede utmatningen blandes påny av en blander 23a med lokaloscil-latorfrekvensen på linjen 17a for å frembringe en VHF utmatning på en linje 23b for å overvåke kvaliteten av det utsendte signal og tilveiebringe automatisk f ors terkningss tyring for forsterkeren 23c-. Kalibrer-ingsdata for koplingskoeffisienten og blanderomdan-ningstap tillater bruken.av VHF-monitor utgangen for å måle mikrobølge-utgangseffekten under anvendelse av en VHF spektrum analysator.

Slik som Fig. 2 viser blir det motsatte signal fra tallerkenantennen 40 som har et nominelt inngangsnivå lik -45 dBm pr. kanal tilført transistorforsterkeren 44 som har en forsterkning lik 22 dB. Signalet går så gjennom et båndpas.sf ilter 48 som har et passbånd lik 12,7 - 13,2 GHz. Dette filter 48 eliminerer støy i frekvensspekteret under 12,7 GHz som ville falle innenfor VHF utgangsspekteret. Utmatningen fra filteret 48 blandes av blander 56 med referansesignalet av 12,6465 GHZ fra lokaloscillatoren 52 for å utføre en synkron demodulasjon. Utmatningen fra blanderen 56 er således det nedadforskjøvne spektrum som frem-kommer som en gjengivelse av VHF-spektrum innmatningen til senderen 10. Utmatningen fra blanderen 56 passerer gjennom en VHF-forsterker .60 som hever sig-nalnivået til et nominelt 24.dBmV og tilveiebringer automatisk forsterkningsstyring for å kompensere for variasjoner i banetap med endringer i atmosfærisk forhold. Utgangen fra VHF-forsterkeren 50 kan/anvendes til å fordele VHF-signalet på et standard kabel-fjernlesningsnett. I tillegg kan en del av dette signalet anvendes som en innmatning til en annen sender plassert på det samme tårn for å utføre en overføringsfunksjon, for derved å utvide området for det totale systemet.

i

Således er der tilveiebragt ifølge oppfinnelsen et

nytt og meget effektivt mikrobølge-kommunikasjons-system som omfatter en ny og meget effektiv mikro-bølgesender. Prinsippene ifølge oppfinnelsen kan anvendes til å overføre et flertall informasjonskanaler som ikke er fjernsynskanaler (f.eks. data-behandling), selv<*>om oppfinnelsen er særlig gunstig i CATV industrien ved at den tillater samtidig transmisjon av inntil 75 video og audio kanaler over av-stander som overstiger 33,8 km. Mange modifikasjoner av de foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen som er omtalt her, vil lett innsees av fagfolk. F.eks. er oppfinnelsen tilpassbar til transmisjon på et frekvensområde som er et annet enn det som er angitt ovenfor' antallet av separate forsterkere som ut-

gjør forsterkermidlet 18 kan varieres<*>den minimum godtagbare kvalitet for det signalet som mottaes av tallerkenantennen 40 kan justeres*, antennene 22 og 40 kan erstattes av antenner av forskjellige størrelser, etc.

Claims (12)

1. Mikrobølgesender for overføring av informasjonskanaler til et hvilket som helst antall av et antall distribusjonssystemer, karakterisert ved signalmoduleringsmiddel for mottakelse av et inngangssignal som omfatter et antall informasjonskanaler og frembringer et amplitudemodulert signal i mikrobølge-frekvensområdet, og forsterkermiddel som reagerer på nevnte mikrobølge frekvenssignal for frembringelse av et forsterket utgangssignal som er egnet for mikrobøljetransmis jon til et fjerntliggende sted, idet nevnte signalmodulerende middel og nevnte forsterkermiddel har øvre effektgrenser som er tilstrekkelig under deres respektive to-tone tredje ordens intermodulasjons-skjæringspunkter, slik at bærer/trippel-svevnings effektforholdene for hver er henholdsvis minst lik første forutbestemte verdier avhengig av antallet av nevnte informasjonskanaler, idet forsterkningen i nevnte forsterkermiddel er høy nok slik at, uansett effektbegrensninger i nevnte signalmoduleringsmiddel, effekten i nevnte forsterker-utgangssignal er minst lik en andre forutbestemt verdi, og idet summen av forsterkningen og støytallet for nevnte forsterker målt i decibel har en øvre grense bestemt av det ønskede bærer/støyforhold og av termisk støy.

2. Mikrobølgesender som angitt i krav ^ karakterisert ved at signalmoduleringsmidlet omfatter oscillatormiddel for generering av et referansesignal, blandermiddel som reagerer på nevnte inngangssignal og nevnte referansesignal for generering av et dobbelt sidebånds amplitudemodulert signal som tilsvarer nevnte inngangssignal og som har en midtfrekvens som bærer et forutbestemt forhold til frekvensen for det nevnte referansesignal, og båndpass filtermiddel som reagerer på nevnte dobbelt sidebånds amplitudemodulerte signal for å frembringe nevnte mikrobølge-frekvenssignal, idet nevnte mikrobølge-frekvenssignal er et enkelt sidebånds-undertrykket bærersignal som er omsatt med hensyn til nevnte inngangssignal med en frekvens som bærer et forutbestemt forhold ti-1 frekvensen for nevnte referansesignal.

3. Mikrobølgesender som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte inngangssignal er et VHF-signal som bærer minst åtte fjernsynsprogramkanaler i frekvensbåndet 54-500 mHz.

4. Mikrobølgesender som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte forsterkermiddel omfatter en vandrebølgerør-forsterker.

5. Mikrobølgesender som angitt i krav 1. karakterisert ved at nevnte forsterkermiddel omfatter en transistorforsterker og en vandrebølgerør-forsterker som er koplet til denne og drives av denne.

6. Mikrobølgesender som angitt i krav 1, karakterisert ved at forsterkermidlet omfatter en faststoff forsterker.

7. Mikrobølgesender som anitt i krav 2, karakterisert ved at den dessuten omfatter middel for sampling av nevnte forsterkede utgangssignal og middel som reagerer på nevnte sampling-middel for kontrollering av amplituden av nevnte inngangssignal for å holde nevnte utgangssignal på et ønsket nivå.

8. Mikrobølgesender som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte andre forutbestemte verdi avhenger i det minste,delvis av avstanden mellom nevnte sender og nevnte fjerntliggende sted.

9. Kombinasjonen av en mikrobølgesender som angitt i krav 1 og en mottaker, idet nevnte mottaker er til-passet til å motta nevnte forsterkede utgangssignal som et mikrobølge-inngangssignal, karakterisert ved at den omfatter båndpass filtermiddel som reagerer på nevnte mikrobølge-inngangssignal for frembringelse av et filtrert signal fra hvilket støy som har en frekvens i VHF-f rekvensområdet utfil-treres, oscillatormiddel for generering av et referansesignal, blandermiddel som reagerer på nevnte filtrerte signal og nevnte referansesignal for å ut-føre en synkron demodulasjon og frembringe et VHF-signal som tilsvarer nevnte mikrobølgesignal, og VHF-forsterkermiddel for forsterkning av nevnte VHF-signal for fordeling på et kabelfjernlednings-system.

10. For bruk i en mikrobølgesender for overføring av et antall informasjonskanaler til et hvilket som helst av et antall signaldistribusjons-systemer, hvor signalmoduleringsmidlet mottar et inngangssignal som omfatter et antall informasjonskanaler og frembringer et amplitudemodulert signal i et mikrobølge-frekvensområde, karakterisert ved forsterkermiddel som reagerer på nevnte mikrobølgefrekvens-signal for frembringelse av et forsterket utgangssignal som er egnet for mikrobølge-transmisjon til et fjerntliggende sted, idet nevnte forsterkermiddel har en øvre effektgrense som er tilstrekkelig under dens to-tone tredje ordens intermodulasjons-skjæringspunkt slik at bærer/trippel-svevnings effektforholdet for forsterkeren er minst lik en første forutbestemt verdi som er avhengig av antallet av nevnte informasjonskanaler, idet forsterk ningen i nevnte forsterkermiddel er høy nok til at, uansett enhver effektbegrensning i nevnte signalmoduleringsmiddel, effekten i nevnte forsterkerutgangs-signal er minst lik en andre forutbestemt verdi avhengig av avstanden som utgangssignalet skal sendes, og idet summen av forsterkningen og støytallet for nevnte forsterkermiddel målt i decibel har en øvre grense bestemt av "det ønskede bærer/støyforhold hos utgangssignalet og av termisk støy.

11. Mikrobølgesender som angitt i krav 10, karakterisert ved at nevnte forsterkermiddel omfatter en transistorforsterker og en vandrebølgerør-forsterker som er koplet til denne og drives av denne.

12. Mikrobølgeforsterker som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte forsterkermiddel omfatter en faststoff forsterker.