DE10011658A1

DE10011658A1 - Verfahren für die Korrektur frequenzabhängiger, nichtlinearer Fehler und digitaler Korrekturschaltkreis für seine Verwirklichung

Info

Publication number: DE10011658A1
Application number: DE10011658A
Authority: DE
Inventors: Brett Jenkins
Original assignee: Thomcast Communications Inc
Current assignee: Thomcast Communications Inc
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2000-09-14
Also published as: US6104239A

Abstract

Ein Verfahren und ein System für die Korrektur von Fehlern, die bei einem Eingangssignal durch eine nichtlineare Verstärkungsvorrichtung bewirkt werden. Eine Tabelle (LUT) speichert Fehlerkorrekturwerte, welche hinsichtlich der Eingangssignalamplitudenwerte und der Eingangssignalfrequenzwerte indiziert sind. Die Amplitude und die Frequenz eines in die nichtlineare Verstärkungsvorrichtung einzugebenden Eingangssignals werden gemessen, und die gespeicherten Fehlerkorrekturwerte, die mit der gemessenen Amplitude und Frequenz korrespondieren, werden aus der Tabelle LUT ausgelesen und werden benutzt, um das Eingangssignal entsprechend zu modifizieren.

Description

Hintergrund der Erfindung Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Übertragung von Fernsehsignalen unter Verwendung nichtlinearer Vorrichtungen als Hochleistungsverstärker, und besonders auf Verfahren und Systeme für die Vorkorrektur der Eingabesignale vor ihrer Eingabe in eine nichtlineare Verstärkervorrichtung für die Übertragung zu einer Antenne zwecks Ausstrahlung.

Hintergrund und Stand der Technik

In der Technik ist allgemein bekannt, die auf Eingangssignale (wie etwa zusammengesetzte Videosignale) durch nichtlineare, für die Verstärkung solcher Signale verwendeten Vorrichtungen einwir kenden Verzerrungen zu kompensieren durch Vorkorrektur solcher Signale vor ihrer Eingabe in die nichtlinearen Vorrichtungen. Siehe z. B. U. S. Patent Nr. 5 198 904.

Die Vorteile der induktiven Ausgaberöhren (IOT, inductive output tube) als Leistungsverstärker in Fernsehsendern, beson ders in allgemeinen Verstärkungskonfigurationen, sind wohlbe kannt hinsichtlich vergrößertem Wirkungsgrad und Zuverlässig keit. Jedoch eine Charakteristik der IOT, die zu kompensieren ist, ist ihre Nichtlinearität.

Ein Korrekturschema, das als Digitale Adaptive Korrektur (DAP, digital adaptive correction) bekannt ist, wurde vorge schlagen für die Kompensation der Signalverzerrungen, die durch solche nichtlinearen Verstärkungsvorrichtungen verursacht wer den. Nach dem DAP wird das Ausgangssignal eines nichtlinearen Verstärkers gemessen und mit einem idealen Signal am Ausgang eines Modulators verglichen. Die Differenz zwischen dem idealen Signal und dem gemessenen Ausgangssignal stellt Fehler dar, die durch den nichtlinearen Verstärker verursacht wurden. Diese Dif ferenz kann gespeichert werden, z. B. in einer Tabelle (LUT, look-up table), in Abhängigkeit von Größen- und/oder Phasenwer ten des Eingangssignals. Danach würden die in den Modulator eingegebenen Signale gemessen werden, der passende Korrekturwert würde aus der Tabelle LUT ausgelesen und auf das Eingangssignal vor der Verstärkung durch die nichtlineare Vorrichtung aufge schlagen werden.

Ein signifikantes Problem tritt mit dem vorgeschlagenen DAP- Korrekturschema dadurch auf, dass die nichtlineare Charakteris tik der Verstärkungsvorrichtung über das gesamte Frequenzband des zu verstärkenden Eingangssignals als gleichbleibend angenom men wird. Der gegenwärtige Erfinder hat jedoch beobachtet, daß in einigen IOT-Vorrichtungen die Nichtlinearität über das inte ressierende Frequenzband in Wirklichkeit aber variiert. Das vor geschlagene DAP-Korrekturschema ist nicht in der Lage, solche frequenzabhängigen Nichtlinearitäten zu kompensieren, weil es eine eindimensionale Korrektur ist, die nur die Amplitude des Eingangssignals an irgendeinem der Abtastpunkte bei der Bestim mung des passenden, auf das Eingangssignal vor der Verstärkung aufzuschlagenden Korrekturwerts berücksichtigt.

Deshalb besteht ein Bedarf in der Technik, ein Korrekturver fahren und ein System vorzusehen, das die frequenzabhängige Natur der Charakteristiken der nichtlinearen Verstärkungsvor richtungen wie IOT berücksichtigt, welche besonders in Fernseh sendern verwendet werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht eine Lösung für die nach dem oben dargestellten Stand der Technik auftretenden Mängel vor.

Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Korrektur von Fehlern vor, die durch eine nichtlineare Verstärkungsvorrichtung bei einem in die Vorrichtung eingegebe nen Eingangssignal bewirkt werden, und das Verfahren enthält die Schritte: Vorsehen einer Tabelle (LUT) und Speichern der Fehler korrekturwerte darin, die nach den Eingangssignalamplitudenwer ten und den Eingangssignalfrequenzwerten indiziert sind, Messen der Amplitude und der Frequenz des in die nichtlineare Verstär kungsvorrichtung einzugebenden Eingangssignals, Auslesen der gespeicherten Fehlerkorrekturwerte aus der Tabelle LUT, die mit den gemessenen Amplituden und Frequenzen korrespondieren, Modi fizieren des Eingangssignals entsprechend den ausgelesenen Feh lerkorrekturwerten, und Eingeben des modifizierten Eingangssig nals in die nichtlineare Verstärkungsvorrichtung.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System für die Korrektur von Fehlern vorgesehen, die bei einem Eingangssig nal durch eine nichtlineare Verstärkungsvorrichtung bewirkt werden, das mit dem oben vorgestellten Verfahren arbeitet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Detail und mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Korrekturschaltkreises ist, der das Verfahren der vorliegenden Erfindung nach einer bevor zugten Ausführungsform verwirklicht;

Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Darstellung von Signalwerten in dem komplexen Koordinatensystem und die Bestimmung des Feh lers zwischen tatsächlichen und idealen Signalwerten nach der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 ein Diagramm einer eindimensionalen Tabelle (LUT) nach dem Stand der Technik ist; und

Fig. 4 ein Diagramm einer dreidimensionalen Tabelle (LUT) nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Korrekturschaltkreises für die Vorkorrektur eines eingegebenen, zusammengesetzten Fernseh signals, das durch eine nichtlineare Verstärkungsvorrichtung wie etwa eine induktive Ausgaberöhre (IOT) zu verstärken ist.

Ein zusammengesetztes Fernsehsignal im Basisband wird an einem Eingangsanschluß 10 in einen Signalwandler 12 eingegeben. Der Signalwandler 12 wandelt das Basisbandsignal in eine kom plexe Signaldarstellung mit einer reellen Komponente (I) und einer imaginären Komponente (Q) um. Der Signalwandler 12 erzeugt die Eingabesignale I_i und Q_i, und übergibt sie dem Korrektur schaltkreis 14. Der Korrekturschaltkreis 14 wandelt die I- und Q-Komponente nach den folgenden Formeln in Amplituden- und Pha senkoordinaten r und θ um:

Der Korrekturschaltkreis 14 verwendet dann die r- und θ- Werte, um aus einer Tabelle (LUT) vorbestimmte, gespeicherte Korrekturwerte auszulesen, und schlägt die Korrekturwerte auf das Signal auf, bevor er das Signal an den komplexen Aufwärts wandler 16 übergibt. Der komplexe Aufwärtswandler 16 moduliert das komplexe Basisbandsignal auf eine höhere Frequenz, wie etwa eine Zwischenfrequenz, und übergibt das hochfrequente Signal an die nichtlineare Verstärkungsvorrichtung 18 zwecks Verstärkung.

Die Korrekturwerte werden wie folgt bestimmt und in der Tabelle LUT gespeichert. Der Korrekturschaltkreis 14 tastet Pro bewerte der I- und Q-Signale von dem Signalwandler 12 ab und übergibt die Probewerte an den komplexen Aufwärtswandler 16, durch den das komplexe Signal in der Frequenz hochgewandelt und zurück zu einem zusammengesetzten, zeitvariablen Signal trans formiert wird. Der komplexe Abwärtswandler 22 übernimmt das verstärkte Ausgangssignal des nichtlinearen Verstärkers 18 von einer Koppelvorrichtung 20, die einen Teil des Ausgangssignals zum Abwärtswandler 22 auskoppelt, während der Rest des Signals am Ausgangsanschluß 24 ausgegeben wird. Der komplexe Abwärts wandler 22 demoduliert das Ausgangssignal zurück auf seine Basisbandfrequenz, und transformiert das demodulierte Signal in seine komplexe Darstellung mit I- und Q-Signalkomponenten. Der Abwärtswandler 22 übernimmt vom Aufwärtswandler 16 auch dasselbe modulierte Signal, das an die nichtlineare Verstärkervorrichtung 18 übergeben wird, und demoduliert auch das Signal vom Aufwärts wandler 16, und transformiert das Signal in seine Darstellung mit I- und Q-Signalkomponenten.

Der Abwärtswandler 22 vergleicht dann die I- und Q-Signal komponenten vom Ausgang der nichtlinearen Verstärkungsvorrich tung 18 mit den von dem komplexen Aufwärtswandler 16 übergebenen I- und Q-Signalkomponenten. Die Differenzsignale ΔI und ΔQ stellen die Differenz zwischen den I- und Q-Signalen vom Ausgang der nichtlinearen Verstärkungsvorrichtung und den (idealen) I- und Q-Signalen vom Ausgang des komplexen Aufwärtswandlers 16 dar. Der Korrekturschaltkreis 14 übernimmt die ΔI- und ΔQ-Sig nale (die den Fehler darstellen), wandelt sie in r- und θ-Koor dinatenwerte um und speichert die Werte als Fehlerwerte r_e und θ_e, und indiziert diese Fehlerwerte in Abhängigkeit von der Amplitude r des eingegebenen Signalabtastwerts, das von dem Signalwandler übernommen wurde. Das konventionelle DAP-Korrek turglied erzeugt so eine Tabelle LUT, wie in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 3 ist die Amplitude r in 256 Werte aufgeteilt (0-255), und für jeden Wert von r wird der Fehler oder die Differenz des Ausgangssignals des nichtlinearen Verstärkers von dem idealen Signal am Ausgang des Modulators (Aufwärtswandlers) gemessen und in der Tabelle LUT gespeichert.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Differenz zwischen dem Vektor (r_ideal,θ_ideal), der das ideale Ausgangssignal darstellt, und dem tatsächlichen Ausgangssignal (r_out,θ_out) von dem nichtlinearen Ver stärker ein Fehlervektor (r_e,θ_e). Diese Werte werden in der Tabelle LUT in invertierter Form gespeichert, so dass bei ihrer Addition zum Eingangssignal das Eingangssignal modifiziert wird, dass es den entgegengesetzten Fehler wie bei der Erzeugung in dem nichtlinearen Verstärker aufweist, so dass nach der Verstär kung durch den nichtlinearen Verstärker die korrekte Amplitude und Phase des Signals wiederhergestellt ist.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Frequenz des Ein gangssignals bestimmt, und die berechneten Fehlerwerte von r und θ werden in Abhängigkeit von den gemessenen Werten von r, θ und der Frequenz f gespeichert, wie in Fig. 4 gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist jeder der Amplituden-, Phasen- und Frequenzparame ter in 256 Werte aufgeteilt (die jeweils 256 kleine Unterbänder über das interessierende Band darstellen), und für jede Kombina tion von Werten wird ein Fehlerkorrekturwert (r_e _(rx, _θ _y,fz),θ_e _(rx, _θ _y,fz)) gespeichert.

Alternativ können die Fehlerkorrekturwerte als Funktionen nur von r und f gespeichert werden. Zusätzlich kann das Frequenzband f in viel größere Unterteilungen über das interessierende Band, wie etwa drei, aufgeteilt werden. Z. B. ist in dem gegenwärtigen Fernsehübertragungssystem jeder Fernsehkanal 6 MHz breit. Dem entsprechend kann dieses Frequenzband für den Zweck der Erzeu gung der Tabelle LUT in drei Bänder von jeweils 2 MHz aufgeteilt werden.

Um die "Frequenz" einer jeden Probe zu messen, ist es notwen dig, einen Näherungswert unter Verwendung einer oder mehrerer benachbarter Probenwerte zu ermitteln, da ein einzelner Proben wert in Wirklichkeit keine Frequenzinformation enthält. Z. B. kann die Frequenz der n-ten Probe bestimmt werden durch Subtrak tion von θ_n-1 (des Phasenwerts der Probe n-1) von θ_n, durch Sub traktion der Zeit t_n-1, zu der die (n-1)-te Probe genommen wurde, von der Zeit t_n, zu der die n-te Probe genommen wurde, und durch Dividieren des sich ergebenden Δθ durch das sich ergebende Δt, um einen Näherungswert der Frequenz f der n-ten Probe zu ermitteln. In mathematischen Begriffen kann die Frequenz f bestimmt werden durch

Da die Abtastzeit des Schaltkreises bekannt sein sollte, ist es nur nötig, die Phasenwerte einer Probe vom Phasenwert der unmittelbar vorangehenden Probe zu subtrahieren, um einen Nähe rungswert der Frequenz zu bestimmen.

Nachdem die Tabelle LUT erzeugt worden ist, mißt das Korrek turglied die Amplitude r und die Frequenz Δθ für jede Probe, liest den zugeordneten Fehlervektor aus, und addiert den Fehler vektor zur Probe, so dass die in dem nichtlinearen Verstärker erzeugte Verzerrung kompensiert wird.

Nach der Beschreibung der Erfindung ist den in der Technik Bewanderten klar, dass sie auf vielerlei Weise verändert werden kann, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass alle solche Modifikationen durch die fol genden Ansprüche umfaßt werden.

Claims

1. Verfahren für die Korrektur von Fehlern, die durch eine nichtlineare Verstärkungsvorrichtung bei einem in die Vorrich tung eingegebenen Eingangssignal bewirkt werden, und das Verfah ren enthält die Schritte:
Vorsehen einer Tabelle (LUT) und Speichern der Fehlerkorrek turwerte darin, die nach den Eingangssignalamplitudenwerten und den Eingangssignalfrequenzwerten indiziert sind,
Messen der Amplitude und der Frequenz des in die nichtlineare Verstärkungsvorrichtung einzugebenden Eingangssignals,
Auslesen der gespeicherten Fehlerkorrekturwerte aus der Tabelle LUT, die mit den gemessenen Amplituden und Frequenzen korrespondieren,
Modifizieren des Eingangssignals entsprechend den ausgelese nen Fehlerkorrekturwerten, und
Eingeben des modifizierten Eingangssignals in die nichtli neare Verstärkungsvorrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fehlerkorrekturwerte einen Amplitudenkorrekturwert enthalten für die Modifizierung der Amplitude eines Eingangssignals.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fehlerkorrekturwerte einen Phasenkorrekturwert enthalten für die Modifizierung der Phase eines Eingangssignals.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fehlerkorrekturwerte einen Amplitudenkorrekturwert für die Modifizierung der Ampli tude eines Eingangssignals und einen Phasenkorrekturwert enthal ten für die Modifizierung der Phase eines Eingangssignals.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der Amplitude und Frequenz den Schritt der Transformation eines Ein gangssignals in komplexe Komponenten, der Bestimmung der Ampli tude und der Phase des Eingangssignals aus den komplexen Kompo nenten und der Bestimmung der Frequenz des Eingangssignals aus mindestens zwei Phasenmessungen des Eingangssignals enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die nichtlineare Verstär kungsvorrichtung eine induktive Ausgaberöhre (IOT, inductive output tube) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die in der Tabelle LUT gespeicherten Fehlerkorrekturwerte auch hinsichtlich der Phasen werte des Eingangssignals indiziert sind.

8. System für die Korrektur von Fehlern, die bei einem Eingangs signal durch eine nichtlineare Verstärkungsvorrichtung bewirkt werden, das enthält:
eine Tabelle (LUT), in der Fehlerkorrekturwerte gespeichert sind, welche hinsichtlich der Eingangssignalamplitudenwerte und der Eingangssignalfrequenzwerte indiziert sind; und
ein Korrekturglied für die Messung der Amplitude und der Fre quenz eines Eingangssignals, das in die nichtlineare Verstär kungsvorrichtung einzugeben ist;
wobei das Korrekturglied die in der Tabelle LUT gespeicherten Fehlerkorrekturwerte ausliest, die mit der gemessenen Amplitude und Frequenz korrespondieren, das Eingangssignal entsprechend der ausgelesenen Fehlerkorrekturwerte modifiziert, und das modi fizierte Eingangssignal an die nichtlineare Verstärkungsvorrich tung übergibt.

9. System nach Anspruch 8, wobei die Fehlerkorrekturwerte einen Amplitudenkorrekturwert enthalten für die Modifizierung der Amplitude eines Eingangssignals.

10. System nach Anspruch 8, wobei die Fehlerkorrekturwerte einen Phasenkorrekturwert enthalten für die Modifizierung der Phase eines Eingangssignals.

11. System nach Anspruch 8, wobei die Fehlerkorrekturwerte einen Amplitudenkorrekturwert für die Modifizierung der Amplitude eines Eingangssignals und einen Phasenkorrekturwert enthalten für die Modifizierung der Phase eines Eingangssignals.

12. System nach Anspruch 8, das ferner einen Signalwandler enthält für die Transformation eines Eingangssignals in komplexe Komponenten, wobei das Korrekturglied die Amplitude und Phase des Eingangssignals aus den komplexen Komponenten bestimmt, und die Frequenz des Eingangssignals aus mindestens zwei Phasen messungen des Eingangssignals bestimmt.

13. System nach Anspruch 8, wobei die nichtlineare Verstärkungs vorrichtung eine induktive Ausgaberöhre (IOT, inductive output tube) ist.

14. System nach Anspruch 8, wobei die in der Tabelle LUT gespei cherten Fehlerkorrekturwerte auch hinsichtlich der Phasenwerte des Eingangssignals indiziert sind.