JP4209321B2 - デジタル送信用ａｍ送信機においてスプリアス発射を回避する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、デジタル化の進歩につれてアナログ振幅変調（ＡＭ）からデジタル変調に切り替えられることになる放送送信機の分野に関する。
【０００２】
この状況において、意図するところは、従来の通常の送信機のタイプ、すなわち、ＲＦ入力（無線周波数）および音声入力を特徴とする非線形ＡＭ送信機を使用し続けることである。その理由は以下の通りである。
【０００３】
−ＡＭ送信機は、内部的に交換モードで動作し、したがって、その他の場合、例えばＤＡＢ（デジタル音声放送）およびＤＶＢ（デジタル・ビデオ放送）の場合に、デジタル送信のために通常使用される線形送信機の効率よりも３倍、効率がよい。これは、運転費用の節約になる。
【０００４】
−準備段階で多額の投資が生じなければ、アナログからデジタルに切り替えることを放送会社に納得させるのが容易である。
【０００５】
ＡＭ放送のデジタル化は、長期間においてそこで使用されている周波数範囲および技術を維持するための唯一の可能性と思われる。実施する目的で、コンソーシアム「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏ Ｍｏｎｄｉａｌｅ（世界のデジタル無線）」が設立された。「Ｒｕｎｄｆｕｎｋｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｍｉｔｔｅｉｌｕｎｇｅｎ（放送ニュースレター）」４３年目、１９９９年、１号の２９〜３５ページを参照されたい。
【０００６】
デジタル変調に非線型ＡＭ送信機を使用するには、送信機の特別な動作モードが必要である。変調デジタル信号は、互いに直交する、２つの部分信号（ＩおよびＱ）によって生成される。Ｉ信号（「同相」）は、周波数Ｆｔ（搬送周波数）を有する余弦振動上に変調される。Ｑ信号（「直交」）は、同じ周波数Ｆｔを有する正弦振動上に変調される。両方の変調振動の合計が、復号変調データ信号を生成する（ｃｏｓ０〜１８０度、ｓｉｎ−９０度〜９０度）。変調Ｉ／Ｑ信号は、所望の帯域幅の、定められた通りの曲線形状になるような方法で、フィルタによって形づくられる。
【０００７】
非線形動作のためには、変調Ｉ／Ｑ信号が、そこから、ＡＭ送信機を正しく制御するために適した２つの信号、振幅信号（Ａ信号）と位相変調搬送波信号（ＲＦ−Ｐ）が生じるような方法で、変換される必要がある。その場合、ＡＭ送信機の出力において、より高い電力の変調Ｉ／Ｑ信号が再び生成される。
【０００８】
変調Ｉ／Ｑ信号は、デカルト座標に対応する。デカルト座標は、振幅および位相を有する極座標に変換される。このようにして、音声入力においてＡＭ送信機を制御するための、振幅信号（Ａ信号）が得られる。最初に生じた位相信号（Ｐ信号）から、位相変調無線周波数（ＲＦ−Ｐ信号）が生成される。有利には、ＲＦ−Ｐ信号は、中間段なしに、Ｐ信号から直接、得ることもできる。このようにして、ＡＭ送信機を制御するために必要とされる、以下の信号が得られる。
−振幅信号（Ａ信号）
−位相変調ＲＦ信号（ＲＦ−Ｐ信号）
【０００９】
Ａ信号は、ＡＭ送信機の変調器の入力（音声入力）中に送り込まれ、ＲＦ−Ｐ信号は、ＨＦ信号を送信するように送信機を制御するために使用される。送信機の出力段においては、２つの信号、ＡおよびＲＦ−Ｐが、乗法的に結合されて、高周波デジタル出力信号を形成する。
【００１０】
必要とされる調整プロセスのために、Ａ信号もＲＦ−Ｐ信号も、デジタル信号がもともと有していた、また、送信機の出力において再び有するように意図された帯域幅よりも、はるかに広い帯域幅を得る。
【００１１】
従来の変調器は、そのように設計されていないため、その増加した帯域幅（送信機のＡＭモードの帯域幅の３〜５倍）の動作を提供することができないことが多い。「従来の」送信機が変調器セクションにおいて利用可能にする、限定された帯域幅のみを使用した場合、著しい帯域外スプリアス発射が発生する。この帯域外スプリアス発射は、スペクトルの勾配がほんのわずかしかないために、きわめて多くの隣接チャネルに干渉するという特性を持っている。
【００１２】
したがって、振幅ブランチ（Ａブランチ）およびＲＦブランチにおける帯域制限によって、データ・チャネルのスペクトルに対する肩の距離が、ＩＴＵの要件を満たさない、またはわずかに満たすだけのスプリアス発射が発生する。
【００１３】
本発明の目的は、ＡＭ送信機の振幅ブランチおよびＲＦブランチにおける帯域制限のために生じる非線形のひずみを除去することによって、デジタル信号を発射する間、ＩＴＵの制限を満たすことである。
【００１４】
特に、ＡブランチおよびＲＦブランチにおける帯域制限は、以下の送信エラーの原因になる。
−Ａブランチにおける振幅応答が一定でなく、周波数の増加とともに減少する。
−Ａブランチにおける位相応答が線形でなく、その結果、伝播時間が一定でない。
−ＲＦブランチの振幅応答および遅延時間特性が一定でない。
−ＡブランチおよびＲＦブランチの信号伝播時間が異なる（遅延）。
【００１５】
振幅ブランチとＲＦブランチの間の信号伝播時間の相異は、デジタル変調器において、１マイクロ秒より小さい値になるように正確に調整しなければならない。しかし、その調整は、振幅ブランチおよびＲＦブランチの両方において、伝播時間が、その周波数で一定である場合にのみ効果がある。しかし、周波数の増加に伴う振幅応答の減少とあいまって、またはそれに関連して、両ブランチにおける帯域制限も、位相の非線形性、すなわち一定ではない伝播時間の原因になる。
【００１６】
ＲＦブランチにおいては、帯域幅が、共振回路、特に駆動段の周波数限界によって決定されるため、共振回路の品質を適切に選択することによって、そのように広い帯域幅を調整することができるため、そのときに依然として生じている帯域外スプリアス発射が、その他の影響によって生じるものと比較して無視し得るものになる。
【００１７】
振幅ブランチについては、逆伝達関数を用いた事前等化（ｐｒｅ−ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を振幅信号に適用することにより、一定ではない振幅応答および遅延時間特性の最適補償を達成することによって、帯域制限、およびそれによって生じる、振幅応答および遅延時間特性のひずみを改善することをねらいとする。
【００１８】
伝達関数の逆形状は、０〜２０ＫＨｚの周波数範囲に限定される。この値は、Ａブランチにおいては、音声周波数帯域幅の約３〜５倍、または４．５ＫＨｚ（長波および中波）または５ＫＨｚ（短波）のデジタルＩ／Ｑ信号の帯域幅の約３〜５倍の帯域幅が必要とされ、この範囲に限定されるために、非線形性は発生し得ないという事実によって決定されている。送信機の末端部で送信チャネル（２つから４つの隣接チャネル）が束ねられている場合は、この帯域幅について述べた数値が、そのバンドリング係数に従って増加する。
【００１９】
この方法を適用するためには、Ａブランチの振幅応答および遅延時間特性の曲線形状が測定技術によって決定され、また、記憶される形で利用できることが必要とされる。したがって、絶対値および位相のための伝達関数の数学的値を、数値の補間によって決定し、また、位相の形状を、伝播時間の間の測定した形状を積分することにより決定する。振幅および位相の測定した形状に対するインパルス応答を、逆フーリエ変換によって決定する。このようにして、インパルス応答は、振幅信号を事前等化するためのフィルタの係数をもたらし、それによって、Ａブランチにおける非線形性の補償が達成される。
【００２０】
事前等化に使用する回路網は、信号を遅延素子の鎖の各段の下流にタップすることによって、タップした信号を所望のインパルス応答に従って重み付けし、足すことができる、ＦＩＲ構造（有限インパルス応答）を有するフィルタであってよい。
【００２１】
振幅、位相、または伝播時間が逆形状の回路網を、送信機の振幅ブランチの上流に直列に接続する。
【００２２】
送信機のアンテナ整合が、Ａブランチの振幅応答、位相応答、および遅延時間特性に対して反応するので、整合状態によって異なる形状が生じる。したがって、通常の整合状態の場合のこれらの形状を測定して、その結果を記憶するという考えが浮かぶ。これにより、例えば、天候に関連した変動がアンテナ整合のインピーダンスに生じた場合に、補償のための適切な形状を選択することが可能になる。この場合の選択基準は、いずれにしても送信機中に存在しており、またその目的のために修正および適合化の必要の可能性がある、アンテナ整合のための測定装置が提供することができる。このようにして、補償を、実際の送信機の動作状態に理想的に適合させる。記憶されている曲線形状を訂正することによって、得られた肩の距離を最適に制御することもきわめて容易に可能になる。
【００２３】
一定ではない振幅応答および遅延時間特性の、逆伝達関数を用いた事前等化による補償は、ＲＦブランチの場合も使用することができる。
【００２４】
振幅ブランチおよびＲＦブランチの伝播時間が一定である限り、この２つのブランチの間の伝播時間の相異を、伝達時間がより短い信号を遅延させるという単純な方法を使って補償することができる。

Claims (4)

1. ＡＭ送信機を制御するためのデジタル変調が振幅信号および位相変調ＲＦ信号に変換される、デジタル送信用ＡＭ送信機におけるスプリアス発射を回避する方法であって、
   振幅ブランチにおいて、非線形歪みを、前記非線形歪みとは逆の振幅応答および遅延時間特性で事前等化を適用することによって、補償し、
   前記振幅ブランチにおける非線形歪みを補償するために、前記振幅応答および前記遅延時間特性を前記振幅ブランチにおいて測定して記憶し、逆フーリエ変換によって、前記振幅応答および前記遅延時間特性についての測定された形状から逆伝達関数を決定し、前記逆伝達関数に合わせて等化回路網を定め、そして、前記等化回路網を、前記振幅ブランチの上流の位置で、前記振幅ブランチと直列に接続し、さらに、
   共振回路を含むＲＦブランチにおいて、前記共振回路の帯域幅を調整して前記振幅応答および前記遅延時間特性について線形形状を達成し、そしてデジタル変調器において、前記振幅ブランチと前記ＲＦブランチとの間の伝播時間差を、伝播時間が短い信号を遅延させることによって補償する、方法。
2. 前記等化回路網の前記逆伝達関数を、デジタルＩ／Ｑ信号の帯域幅の３〜５倍の周波数範囲とすることによって、前記送信機の不安定性および過発振を回避する、請求項１に記載の方法。
3. 天候に関連してインピーダンスが変動する場合に、前記事前等化を最適に適合するために、前記振幅ブランチの前記振幅応答及び前記遅延時間特性に反応するアンテナ整合の異なる整合状態について、前記振幅ブランチの前記振幅応答および前記遅延時間特性が測定かつ記憶される、請求項１に記載の方法。
4. 逆伝達関数を用いた事前等化による、振幅応答および時間遅延特性における非線形歪み補償がＲＦブランチに適用される、請求項１に記載の方法。