專利名稱：使用am發(fā)射機進行數(shù)字傳輸?shù)姆椒ê团渲玫闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廣播發(fā)射機的領(lǐng)域，隨著數(shù)字化的推進將該發(fā)射機從模擬幅度調(diào)制(AM)轉(zhuǎn)換為數(shù)字調(diào)制。
在該文中，本發(fā)明是使現(xiàn)今常用的發(fā)射機類型，特征為RF輸入(射頻)以及音頻輸入的非線性AM發(fā)射機繼續(xù)能使用。其原因如下AM發(fā)射機內(nèi)部工作于開關(guān)模式，并由此具有比線性發(fā)射機好3倍的效率，而線性發(fā)射機通常用于數(shù)字傳輸，例如用于DAB(數(shù)字音頻廣播)以及DVB(數(shù)字視頻廣播)。這使得節(jié)省了操作成本。
如果在初期沒有大的投資投入，那么使廣播方確信從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字更便利。
AM廣播數(shù)字化可看作為長期保持運用其中的這些頻率范圍和技術(shù)的僅有機會。為了實施，創(chuàng)建了“全球數(shù)字式無線電(Digital Radio Mondiale)”聯(lián)盟，見1999年43期“Rundfunktechnische Mitteilungen”[BroadcastingNewsletter]第1版第29-35頁。
數(shù)字調(diào)制非線性AM發(fā)射機的使用需要發(fā)射機的特定工作模式。有兩個部分信號(I和Q)產(chǎn)生調(diào)制數(shù)字信號，它們相互正交。在具有頻率Ft(載頻)的余弦振蕩上調(diào)制I信號(同相)。在具有同一頻率Ft的正弦振蕩上調(diào)制Q信號(正交)。兩個調(diào)制振蕩的累加產(chǎn)生復調(diào)制數(shù)據(jù)信號(余弦0-180度，正弦-90-+90度)。由濾波器對調(diào)制I/Q信號整形以使它準確具有帶有期望帶寬的規(guī)定曲線形。
對于非線性的操作，需要轉(zhuǎn)換調(diào)制I/Q信號以使兩個信號幅度信號(A信號)和相位調(diào)制載波信號(RF-P)從其中產(chǎn)生，它們適用于AM發(fā)射機的合適控制。隨后，在AM發(fā)射機的輸出，就再一次產(chǎn)生具有較高功率的調(diào)制I/Q信號。
調(diào)制I/Q信號對應笛卡爾表示。將笛卡爾表示轉(zhuǎn)換為具有幅度和相位的極坐標表示。此時，得到幅度信號(A信號)以在音頻輸入端控制AM發(fā)射機。從初始產(chǎn)生的相位信號(P信號)產(chǎn)生相位調(diào)制射頻(RF-P信號)。有利地，還可通過P信號直接得到RF-P信號而無需中間步驟。此時，得到控制AM發(fā)射機所需的信號幅度信號(A信號)相位調(diào)制RF信號(RF-P信號)把A信號饋送到AM發(fā)射機的調(diào)制器輸入(音頻輸入)，并且RF-P信號用于發(fā)射機的HF類控制。在發(fā)射機的輸出級中，按乘法組合兩個信號A和RF-P，形成高頻數(shù)字輸出信號。
由于所需的調(diào)節(jié)過程，A信號和RF-P信號得到比數(shù)字信號初始具有的大得多的帶寬并希望它在發(fā)射機輸出再一次具有該帶寬。
以前的調(diào)制器通常無法提供增加的帶寬(3-5倍)因為它們不是為此設(shè)計的。當僅使用“以前的”的發(fā)射機在調(diào)制器部分中可用的有限帶寬時，就導致了相當多的頻帶外發(fā)射和寄生發(fā)射。這些具有這樣的性質(zhì)它們在頻譜中只具有非常小的梯度，并由此干擾許多相鄰信道。
此外，寄生發(fā)射通常位于由ITU調(diào)整的限制之處，這樣允許與否就是不確定的了。
當希望發(fā)送多載波信號(例如數(shù)字調(diào)制的OFDM(正交頻分復用)信號)時，非線性失真就尤其成為問題。
在AM頻帶中進行數(shù)字傳輸?shù)腄RM(全球數(shù)字式無線電)系統(tǒng)的情況下(它當前是由ITU作為標準化推薦的)，提出使用約200個載波的OFDM技術(shù)作為多載波技術(shù)。
多載波調(diào)制確實具有近似矩形的頻譜，但其在時域中有類噪聲的特性，即對于時間信號的I分量和Q分量兩者。這是在該過程產(chǎn)生的許多統(tǒng)計上實質(zhì)獨立的子信道的疊加結(jié)果。根據(jù)“中心極限定理”，這樣的疊加具有I分量和Q分量幅度值的分布密度函數(shù)，它近似達到高斯鐘形曲線的形狀。在此情況下，合成信號幅度值的分布密度函數(shù)具有瑞利分布的形狀。這意味著小的以及中等幅度值十分頻繁地產(chǎn)生，而高幅度值產(chǎn)生極少。
如果工作于非線性模式的AM發(fā)射機的幅度信號是限幅的，那么就產(chǎn)生非線性失真，一方面導致頻帶外和寄生發(fā)射的增加，而另一方面還導致比由發(fā)射機的操作模式引起的頻帶外和寄生發(fā)射高得多的帶內(nèi)干擾。帶內(nèi)干擾減少了可達到的覆蓋區(qū)域，因為為了在接收機得到臨界閾值固有的噪聲信號已使可容許的無線電信道中的干擾減少了。
本發(fā)明說明一種使用常規(guī)AM發(fā)射機進行數(shù)字傳輸?shù)姆椒ê团渲?，通過他最大可能限度地避免由于非線性失真引起的不需要的發(fā)射。
如果偏移發(fā)射機的工作點以形成線性工作模式，那么就防止了非線性失真。對于線性操作，由數(shù)字系統(tǒng)DAB和DVB可知，用復調(diào)制數(shù)據(jù)信號(I/Q信號)驅(qū)動發(fā)射機的輸出級。
對于寄生發(fā)射，發(fā)射機的線性操作是有利的。這樣具有比先前所描述的非線性模式大得多的梯度，而該非線性模式允許按照結(jié)合發(fā)射機較佳校準的ITU頻譜屏蔽。在線性操作中只是發(fā)射機效率是很低的，這導致電力的高成本。
AM發(fā)射機線性操作期間的效率很差，是因為即使當該級驅(qū)動很低時也得將滿供電電壓施加于發(fā)射機輸出級，并且還因為由于發(fā)射機輸出級的靜電流使功率轉(zhuǎn)換為熱。通過采用不比輸出級瞬時驅(qū)動所需大得多的供電電壓來實現(xiàn)改進的效率。
為了按照瞬時驅(qū)動的函數(shù)來糾正發(fā)射機輸出級的供電電壓，由幅度檢波器(包絡(luò)檢波器或峰值檢波器)掃描復調(diào)制數(shù)據(jù)信號的包絡(luò)，并且由用作開關(guān)模式供電單元的調(diào)制器控制供電電壓或輸出級的正極電壓。
在糾正范圍內(nèi)(甚至不對一短的時段)不發(fā)生過驅(qū)動是特別重要的。由于數(shù)字信號包絡(luò)增加得比供電電壓糾正的實現(xiàn)要快，就會發(fā)生過驅(qū)動。通常，由于調(diào)制器不具有所需帶寬就得作出這一假設(shè)?？梢韵撊毕?，因為在掃描復數(shù)字信號的包絡(luò)之后，在延遲級中延遲它，以使能同時糾正發(fā)射機輸出級的供電電壓。在轉(zhuǎn)換為數(shù)字操作的場合，需要將幅度檢波器和延遲級改進到發(fā)射機中(見

圖1)。
包絡(luò)檢波器的時間常數(shù)必須能立即跟隨包絡(luò)的上升，以使隨著由其產(chǎn)生的失真和寄生發(fā)射而沒有過驅(qū)動發(fā)生。然而，除了通常狀態(tài)，例如在“動態(tài)幅度調(diào)制”時，可選擇衰減時間常數(shù)實際與上升一樣大，因為這里不需要考慮“聽覺印象”。較小的衰減時間常數(shù)進一步增加發(fā)射機的效率。
以脈寬調(diào)制(PDM)或脈沖步長調(diào)制(PSM)操作的發(fā)射機具有這種開關(guān)模式供電單元形式的調(diào)制器。從數(shù)字信號的掃描包絡(luò)得到的電壓用于控制這些PDM或PSM調(diào)制器，由此根據(jù)數(shù)字信號包絡(luò)完全實現(xiàn)發(fā)射機輸出級的供電電壓糾正。這樣，實現(xiàn)了兩個目的線性操作以及將發(fā)射機的效率增加到可接受值。
所用標號列表1掃描包絡(luò)的幅度檢波器2復調(diào)制數(shù)據(jù)信號的延遲級3高頻前置放大器級4發(fā)射機輸出級5糾正供電電壓的調(diào)制器驅(qū)動級6糾正供電電壓的調(diào)制器功率級7平滑調(diào)制器的低通8AM發(fā)射機的輸出濾波器
權(quán)利要求
1.一種使用AM發(fā)射機進行數(shù)字傳輸?shù)姆椒ǎ渲杏捎跀?shù)字傳輸期間的非線性操作，引起導致帶內(nèi)干擾以及頻帶外和寄生發(fā)射的非線性失真，其中AM發(fā)射機的輸出級工作于線性模式；線性模式的操作結(jié)合發(fā)射機輸出級的供電電壓的糾正而作為瞬時驅(qū)動的函數(shù)以改善效率；AM發(fā)射機的調(diào)制器用作開關(guān)模式供電單元并為發(fā)射機輸出級傳送糾正的供電電壓；掃描復調(diào)制數(shù)據(jù)信號的包絡(luò)，并且該信號控制發(fā)射機輸出級供電電壓的糾正；包絡(luò)掃描期間的時間常數(shù)可立即跟隨包絡(luò)的上升；包絡(luò)掃描期間的時間常數(shù)對于包絡(luò)的上升和衰減可以是相等的；以及在掃描復數(shù)字信號的包絡(luò)之后延遲它，以使能同時有效糾正發(fā)射機輸出級的供電電壓，這樣防止了發(fā)射機輸出級的短時期的過驅(qū)動。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用作開關(guān)模式供電單元的調(diào)制器也可以是脈寬調(diào)制器或脈沖步長調(diào)制器；以及在AM發(fā)射機具有B類推挽式調(diào)制器的情況下，需要用這些調(diào)制器中的一個代替。
3.一種使用AM發(fā)射機進行數(shù)字傳輸?shù)呐渲?，其中發(fā)射機輸出級工作于線性模式以避免非線性失真，并且可由復調(diào)制數(shù)據(jù)信號糾正供電電壓作為驅(qū)動的函數(shù)以改善效率，其中掃描復調(diào)制數(shù)據(jù)信號包絡(luò)的幅度檢波器(1)連接于用作開關(guān)模式供電單元的調(diào)制器(5和6)的上游；以及復調(diào)制數(shù)據(jù)信號的延遲級(2)安裝于到達發(fā)射機輸出級(4)的信號路徑中高頻前置放大器級(3)的上游。
全文摘要
在使用現(xiàn)有非線性AM發(fā)射機的數(shù)字傳輸期間，由于非線性失真引起寄生發(fā)射，從而作為頻帶外輻射導致帶內(nèi)干擾以及干擾相鄰信道。非線性失真對于由ITU對于AM領(lǐng)域的DRM系統(tǒng)推薦的數(shù)字多載波信號(例如OFDM)是特別重要的。為了避免非線性失真，AM發(fā)射機的最后步驟工作于線性模式，這樣確保ITU頻譜屏蔽。通過根據(jù)驅(qū)動跟蹤發(fā)射機最后步驟的分配電壓可改進發(fā)射機線性操作期間的相對低效率。為此，掃描復調(diào)制數(shù)據(jù)信號的包絡(luò)，并且所述信號通過用作開關(guān)模式供電單元的調(diào)制器控制發(fā)射機最后步驟的分配電壓。
文檔編號H04B1/04GK1463511SQ02801878
公開日2003年12月24日 申請日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者D·魯多爾夫 申請人:德國電信股份有限公司