產生調幅獨立邊帶發射信號的方法及實現這種方法的設備的製作方法

2023-05-08 14:02:36

專利名稱：產生調幅獨立邊帶發射信號的方法及實現這種方法的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線電廣播發射領域。尤其是涉及一種產生具有上邊帶及下邊帶的調幅發射信號的方法，這種上、下邊帶獨立地傳送著不同音頻(AF)信號形式各種不同的信息。這種方法是已知的，例如，麥克格拉-希爾(McGraw-Hill)1977年發行，G·甘迺迪(Kennedy)所著書籍《電子通信系統》(ElectronicCommunicationSystems)第142-144頁。
本發明還涉及實現這種方法的設備。
在以調幅方式工作的無線電廣播發射中，只發射所產生的兩個邊帶之一(單邊帶，SSB)的方法以及發射一些彼此獨立地包括著不同信息的邊帶(獨立邊帶，ISB)的方法都是已知的。
特別是，這種獨立邊帶(ISB)的方法只藉助於一個載波就能同時傳送不同的信息，因而有助於經濟地利用頻帶。
在開始時提到的那本書中給出的獨立邊帶的方法中，為產生那種發射信號，通過相應的調製及濾波分別產生不同的(上及下)邊帶，然後把它們相加，並且變換成最終的載波頻率(見圖6-8)。
此法產生的發射信號藉助於線性射頻(RF)放大器最終放大到發射功率，並且將其饋送到天線中。
這種方法的缺點是，在發射機輸出級中，線性射頻功率放大對於電路有很高的要求，尤其是導致這种放大的效率不高。
在使用線性放大的單邊帶方法中，也出現了類似的問題。因此，在這個領域，EP-A1-0193665建議不在小信號的範圍內產生單邊帶信號，然後進行線性放大，而是通過把幅度調製及相位調製組合起來，在發射機輸出級中單獨的發射管上直接形成單邊帶信號。
為此，從低頻輸入信號來產生幅度信號及相位信號，它們包含著要形成的單邊帶信號中的幅度信息及相位信息。
然後，藉助於開關放大器可以高效率地把該幅度信號放大，並且把放大後的信號送到發射管的陽極上，同時，經過頻率變換以後，在發射管的控制柵極上可以得到該相位信號。
從輸入信號的正交分量來產生幅度信號，該正交分量是在後面的幅度計算機中通過希耳伯特(hilbert)變換獲得的。
在這種已知的方法中，從這種正交分量通過在商計算機中進行適當的循環掃描及後繼處理來產生相位信號。
因此，本發明的目的是提供一種與上述單邊帶方法具有相同優點的獨立邊帶方法，並且詳細說明用來實現該方法的相應設備。
在開始時提到的那種方法中，達到了這一目的，其中(a)把音頻信號分解成正交信號分量;
(b)從這兩個音頻信號及載波幅度的同相信號分量，分別形成分量和X及Y，把具有相反運算符號的信號分量加到分量和之一上;
(c)按照下列公式從分量和計算幅度信號A(t)，
(d)把分量和分別倒相;
(e)以副載波頻率，以X、Y、-X、-Y或X、-Y、-X、Y的順序，對於分量和及其倒相值進行循環掃描;
(f)從掃描信號獲得相位信號;並且(g)把幅度信號及相位信號分別用於發射管的陽極調製及柵極調製。
這種方法的優點是，不必在小信號電平下產生各自的單邊帶信號，然後再線性地放大到大功率;而是在發射管上直接從幅度信號及相位信號形成發射信號，這樣，用簡單的方法，藉助於開關放大器就可能把幅度信號放大到發射功率的電平。
根據本發明的設備包括(a)用來把音頻信號分解成正交信號分量的第一裝置;
(b)通過其輸入端以下述方式連接到第一裝置輸出端上的兩個加法器，該方式使得加法器從同相信號分量及載波幅度分別形成相應的分量和;
(c)設置於加法器之一的一個輸入端之前、用來改變信號分量之一的運算符號的第一倒相器;
(d)一個幅度計算機，其輸入端連接到加法器的輸出端上，並且其輸出端又與一幅度輸出端相連;
(e)另外兩個倒相器，輸入端分別連接到加法器的輸出端上，用來改變分量和的運算符號;
(f)具有4個輸入端的循環掃描器，該掃描器通過下述方式分別與加法器的輸出端及另外兩個倒相器的輸出端相連，該方式使得在循環掃描時，以X、Y、-X、-Y或X、-Y、-X、Y的順序對於分量和及其倒相值進行掃描;
(g)用來產生相位信號的第二裝置，該裝置的輸入端與循環掃描器的輸出端相連，該裝置的輸出端及相位輸出端相連;
(h)具有陽極及控制柵級的發射管;以及(i)用來調節幅度信號及相位信號的第三裝置，設置於發射管與幅度輸出端及相位輸出端之間。
根據本發明的第一個優選實施例，藉助於希耳伯特變換來實現把音頻信號分解成正交分量。
在第二個優選的典型實施例中，首先在開關放大器中把幅度信號放大，然後把已放大的幅度信號用於發射管的陽極調製。
第三個實施例體現在從屬權利要求中。
下面將參考實施例、結合附圖，較為詳細地說明本發明，附圖中

圖1以電路方框圖示出根據先有技術的獨立邊帶發射機的設計;
圖2A、2B以矢量圖示出兩個獨立的音頻信號及其正交信號分量;
圖3A以矢量圖示出有關獨立邊帶信號與第一載波的組合;
圖3B示出與第二載波組合的、相應的獨立邊帶信號;
圖4示出循環掃描所產生的旋轉獨立邊帶矢量;
圖5示出本發明的優選典型實施例的獨立邊帶調製器的電路方框圖，它具有在循環掃描器34之後用來進行信號處理的兩個變型;
圖6示出相應發射機的基本電路圖;
圖7示出根據圖5的電路中模擬部件44的內部設計。
圖1中，以電路方框圖示出相應於先有技術的獨立邊帶發射機。該發射機由獨立邊帶調製器1及現行的發射機16組成。
獨立邊帶調製器1具有兩個音頻輸入端2及15，在2及15上，可以得到要的兩個獨立的傳送音頻信號。音頻信號從音頻輸入端2及15，通過相應的音頻放大器3及14送到調製器4及11上，在4及11中，把音頻信號調製到來自于振蕩器7的第一載波上。
在適當的邊帶濾波器5及12中，在特定的情況下，把在調製器4及11中所產生兩個雙邊帶信號中的一個不需要的邊帶濾除，然後，把已濾波信號饋送到加法器9上，在9中，把這兩個已濾波信號加到被衰減器8衰減了的第一載波上。
在混頻器10中，把所形成的和信號變換到來自於另一個振蕩器6的頻率;然後，在中間放大器13中，把變頻後的信號放大;在另一個混頻器17中，把放大後的信號最終變換到由合成器20所確定的頻帶中，合成器20之後跟有乘法器19。
功率放大級18進行發射信號的最終放大，功率放大級18的輸出端與天線21相連。
因此，已知的獨立邊帶方法由下列特點來表徵-這種獨立邊帶是在小信號電平下直接產生的，通過相加把它們組合到發射信號中去;並且-因為發射信號必須作為一個整體來放大，所以，發射機輸出級中的功率放大是由線性射頻放大器來進行的。
本發明在此採用完全不同的方法，我們藉助於圖2A-4中所包括信號的矢量圖來說明。
從兩個獨立的音頻信號NF1、NF2開始，可以把這兩個信號表示為在x-y平面上具有相應信號分量x1、y1以及x2、y2的旋轉矢量。第一音頻信號NF1具有角頻率Ω1，第二音頻信號NF2相應地具有角頻率Ω2(圖2A、2B)。
然後，如果把音頻信號NF1及NF2以矢量方式加到恆定的、不旋轉的載波T1上，並把音頻信號NF1及NF2的旋轉方向選得相反，就可以得到圖3A所示的矢量ISB(獨立邊帶);雖然矢量ISB仍不以載波頻率旋轉，但是，該矢量ISB確實包括著獨立邊帶信號的全部幅度信息。
為了進行矢量相加，首先把音頻信號NF1及NF2分別分解成正交信號分量x1、y1以及x2、y2;並且，把同相信號分量x1、x2以及y1、y2分別相加。通過在相加的一對分量的其中一個信號分量(圖3A中的x1)加上負的運算符號，來獲得反向旋轉。這樣，從一個音頻信號(NF1)獲得上邊帶OS，從另一個音頻信號(NF2)獲得下邊帶US。
圖3A中，為了簡單起見，選擇載波幅度T1，其x分量可以忽略。但是，同樣地，也可以選取載波振幅度T2，其y分量可以忽略，(圖3B)，或者具有任意x及y分量的載波幅度。
然後，為了獲得完整的發射信號，必須另外使矢量ISB在其x-y平面內、以相應於載波頻率的角頻率恆速地旋轉起來。為此，以預定的順序對於矢量ISB的分量進行循環掃描。
矢量ISB的分量為分量和X及Y，對於圖3A及3B，分量X及Y根據下式獲得圖3AX＝x2-x1Y＝y1+y2+T1圖3BX＝x2-x1+T2Y＝y1+y2如圖4所示，矢量ISB的旋轉可以通過適當地交換分量X和Y以及相應改變運算符號來模擬。
例如，如果在瞬間t-t0時，該矢量呈現在該平面中與圖3A所示相同的位置中，並且在該瞬間具有分量X及Y;反時鐘方向旋轉90·，在後一瞬間t＝t1時，產生具有分量-Y、X的矢量。再旋轉90·(t＝t2)，矢量具有分量-X、-Y;再旋轉90·(t＝t3)，矢量具有分量-Y、X。
由此可見，以副載波頻率Ω旋轉的矢量ISB可以通過在以Ω旋轉的循環掃描器中，以X、-Y、-X、Y、X、-Y……的循環順序對於分量X、Y進行掃描來模擬。
此處，把已知的順序加到反時針方向旋轉上。對於順時針方向旋轉，相應的順序為X、Y、-X、-Y、X、Y……特別是，因為矢量ISB是由音頻信號NF1及NF2的轉轉的、大小改變的矢量組成的，所以矢量ISB本身的方向及大小也在改變，因而矢量ISB的相位也改變到相應的度數。
雖然矢量ISB的大小能夠以簡單的方法從分量和X及Y計算出來，因而可以得到幅度信號A(t);但是，在獨立邊帶信號中所包括的相位信息必須用特定的方法獲得。
所以，目的是獲得一諧波相位信號，它是包含產生獨立邊帶信號所必須的相位信息φ(t)的cos(Ω＊t+φ(t))形式。
如果副載波頻率Ω比音頻信號AF1及AF2的載止頻率高得多，則上面提到的餘弦函數的過零點幾乎與對於分量X及Y進行上面提到的循環掃描時所產生掃描值序列的過零點一樣。
因此，首先確定過零點。然後，根據這些過零點來產生矩形波信號，再通過帶通濾波把該矩形波信號變換成所需的餘弦函數。
然後，可以把相位信號從副載波頻率Ω變換到所需的載波頻率Ω ，並且將其用於發射機的相位調製。來自幅度信號A(t)及相位信號的乘積A(t)＊cos(Ω＊t+φ(t))最終就是所需要的獨立邊帶信號。
根據本發明來調節的這種類型的信號具有下列優點-直到發射機的輸出級，對於幅度信號及相位信號都是分開進行處理的;
並且-因為幅度信號為具有直流電壓分量的低頻信號，所以，效率特佳的低頻開關放大器可以用於所需的功率放大。
圖5所示的電路方框圖是根據本發明的一種獨立邊帶調製器的優選實施例的再現。
獨立邊帶調製器40具有兩個音頻輸入端23及28，至少一個載波幅度輸入端22及33，以及兩個輸出端其中一個為幅度輸出端27，另一個為相位輸出端36。
把兩個獨立的音頻信號NF1及NF2通過相應的音頻輸入端23及28分別通到兩個希耳伯特變換器24及29的輸入端上，並且，在變換器24及29中，把NF1及NF2分解成在相應輸出端上可以得到的正交信號分量xy、y1以及x2、y2。
希耳伯特變換器24及29後面為在其中形成分量和X及Y的加法器25及31。至少是在這兩個加法器之一中，把前面提到的載波幅度另外加到正交信號分量上。如果該載波幅度只有y分量(T1)，則在產生分量和Y的加法器25中相加(圖5中，以實線來表示)。另一方面，如果該載波幅度只有x分量(T2)，則把它在產生分量和X的加法器31中相加(圖5中，以虛線來表示)。最後，如果該載波幅度具有兩個分量，則加法器25及31兩個都要用到。
為了分離出上邊帶及下邊帶(分別用OS及US表示)，必須改變運算符號，對於一個信號分量，這種改變是通過第一倒相器30來進行的，倒相器30設置於加法器31與希耳伯特變換器29的x2輸出端之間。不言而喻，對於不同信號分量中運算符號改變的可能性，必須相應地、不同地設置該倒相器30。
為了計算出幅度或幅度信號A(t)，把加法器輸出端上可以得到的分量和X及Y送入幅度計算機26中，計算機26分別把分量和的平方相加，並取其和值的平方根，即A(t) =(X2+ Y2);]]>然後，從幅度計算機26中得到的這一幅度信號A(t)出現在幅度輸出端27上。
進而，把分量和X及Y直接通過另外的倒相器32及37，改變運算符號，再送到循環掃描器34的4個輸入端上，以X、Y、-X、-Y的順序、沿著反時針方向來指配這些輸入端。
循環掃描器34根據旋轉方向、按照這種順序或相反的順序、以副載波頻率Ω對於分量和進行掃描，並且(在本電路的第一變型中)，把掃描值送到用來確定過零點的過零檢測器38上。
在這些過零點的基礎上，在其後的矩形波整形電路39中，產生具有相同過零點的矩形波函數(如果過零檢測器38在其輸出端上直接提供相應的矩形波函數，也可以把矩形波整形電路39省略掉)。在中心頻率為2pi＊Ω的、後面的帶通濾波器35中，從所產生的矩形波函數中，把諧波相位信號COS(Ω＊t+φ(t))濾出，並把該信號送到相位輸出端36上。
在本電路的第二變型中，在相位輸出端36與循環掃描器34之間設置了模擬部件44來代替過零檢測器38、矩形波整形電路39及帶通濾波器35，以後將在圖7中詳細描述該模擬部件44。
對於希耳伯特變換器24及29、循環掃描器34、以及幅度計算機26的實際結構在此不作更詳細的描述。因為這些功能塊的實施例可在前面提到的EP-A1-0，193，655中得知。
最後，對於在獨立邊帶調製器40中所產生的信號即幅度信號A(t)及相位信號COS(……)，根據圖6分開進行進一步處理;並在大功率電平下在發射管43中，合成為最終的獨立邊帶信號。
在這種情況下的進一步處理包括在開關放大器41中，進行幅度信號A(t)的功率放大(增益為K);以及，在頻率交換器42中，把相位信號從副載波頻率Ω變換到最終的載波頻率Ω'。從而，把原始相位Φ(t)變換成最終的相位Φ(t)。
把已變頻的相位信號饋送到發射管43的控制柵極上，把已放大的幅度信號K＊A(t)送到發射管的陽極上。正如從出版物《布朗-包維瑞評論》(BrownBoveriMitt。)1984年第5期第202-205頁中得知的那樣，作為開關放大器最好採用所謂的脈衝級調製器(PSM)放大器。
如前所述，在根據圖5電路的一個變型中，在循環掃描器34以後，可以提供模擬部件44，用於信號處理，該模擬部件44的內部設計通過實例示於圖7。
在這一變型中，副載波頻率Ω例如是25KHz;相應地，循環掃描器34以4倍於該頻率即100KHz進行掃描。在模擬部件44中，首先把來自循環掃描器34的數字式掃描信號饋送到數模變換器45上，在45中，把它變換成模擬信號。
把該模擬信號通過低通濾波器46送到第一混頻器49上，在49中，與一50KHz頻率混頻到75KHz，低通濾波器46的上截止頻率為37KHz，46把所存在的鏡像頻譜濾掉。
在75KHz帶通濾波器50中濾波以後，在第二混頻器53中，把該模擬信號與125KHz混頻到200KHz。在200KHz帶通濾波器55中進一步濾波以後，最後，把該模擬信號饋送到高速比較器56上，56對該模擬信號進行限幅，並且用這種方法把該信號壓縮到其相位信息。然後，可以把已削波的信號作為相位信號，在發射機中直接進行進一步處理(象其它變型中餘弦函數一樣)。
50KHz及125KHz的混頻頻率從共用的1MHz振蕩器54通過在分頻器47(除以20)及51(除以8)中進行相應的分頻來產生，在分頻器47及51之後，在帶通濾波器48及52中進行濾波。電路部件47到55一起形成一個上變頻器。
剛剛描述過的、在上變頻以後只通過削波來提取相位信息的這種變型，具有特殊的優點，即信號處理通路中的有限帶寬對於相位信息的影響特別小。總之，本發明產生了一種很簡單地就能構成的、以高效率為特徵的獨立邊帶發射機。
權利要求
1.產生具有上邊帶(OS)及下邊帶(US)的調幅獨立邊帶(ISB)發射信號的一種方法，這種上、下邊帶(OS、US)獨立地傳送著不同音頻(AF)信號(NF1、2)形式的彼此不同的信息，在這種方法中，(a)把音頻信號(NF1、2)分解成正交信號分量(分別為x1、y1以及x2、y2)；(b)從這兩個音頻信號(NF1、2)同相信號分量(分別為x1、x2，y1、y2)及載波幅度(T1，T2)，分別形成分量和X及Y，把具有相反運算符號的信號分量加到分量和(X、Y)之一上；(c)從分量和(X、Y)，按照下列公式來計算幅度信號A(t)，A(t) =(X2+ Y2);]]>(d)把分量和(X、Y)分別倒相；(e)以副載波頻率(Ω)，以X、Y、-X、-Y或X、-Y、-X、Y的順序，對於分量和(X、Y)及其倒相值(-Z、-Y)進行循環掃描；(f)從掃描信號獲得相位信號；並且(g)把幅度信號(A(t))及相位信號分別用於發射管(43)的陽極調製及柵極調製。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，為了獲得相位信號，(a)對於掃描信號的過零點進行檢測;並且(b)根據掃描信號的過零點來產生矩形波信號，接著，進行帶通濾波;結果是(c)產生了包含副載波頻率(Ω)及第一相位(Φ(t))的諧波相位信號(COS(Ωt+Φ(t))，該相位信號具有與掃描信號一樣的過零點。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，為了獲得該相位信號(a)把掃描信號變換成模擬信號;(b)把該模擬信號上變頻到較高的頻率;並且(c)對於已上變頻的模擬信號進行削波。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，藉助於希耳伯特變換來實現把音頻信號(NF1、2)分解成正交信號分量(分別為x1、y1以及x2、y2)。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，首先把該相位信號變換到高於副載波頻率(Ω)的載波頻率(Ω')上，並且把已變頻的相位信號用於發射管(43)的柵極調製。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，首先在開關放大器(41)中，把幅度信號(A(t))放大，並且把已放大的幅度信號用於發射管(43)的陽極調製。
7.根據權利要求2所述的方法，其中，採用了比音頻信號(NF1、2)的上載止頻率高得多的副載波頻率(Ω)。
8.用來實現根據權利要求1所述方法的一種設備，這種設備包括(a)用來把音頻信號(NF1、2)分解成正交信號分量(分別為x1、y1以及x2、y2)的第一裝置;(b)通過其輸入端以下述方式連接到第一裝置輸出端上的兩個加法器(25、31)，該方式使得加法器從同相信號分量(分別為x1、x2以及y1、y2)及載波幅度(T2、T1)分別形成相應的分量和(X、Y);(c)設置於加法器(25、31)之一的一個輸入端之前、用來改變信號分量(x1、2或y1、2)之一的運算符號的第一倒相器(30);(d)幅度計算機(26)，其輸入端連接到加法器(25、31)的輸出端上，其輸出端又與幅度輸出端(27)相連;(e)另外兩個倒相器(32、37)，其輸入端分別連接到加法器(25、31)的輸出端上，用來改變分量和(X、Y)的運算符號;(f)具有4個輸入端的循環掃描器(34)，該掃描器通過下述方式分別與加法器(25、31)的輸出端及另外兩個倒相器(32、37)的輸出端相連，該方式使得在循環掃描時，以X、Y、-X、-Y或X、-Y、-X、Y的順序對於分量和(X、Y)及其倒相值(-X、-Y)進行掃描;(g)用來產生相位信號的第二裝置，該裝置在輸入端與循環掃描器(34)的輸出端相連，該裝置在輸出端與相位輸出端(36)相連;(h)具有陽極及控制柵極的發射管(43);以及(i)設置於發射管(43)與幅度輸出端(27)之間及發射管(43)與相位輸出端(36)之間、用來調節幅度信號(A(t))及相位信號的第三裝置。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，第一裝置包括兩個希耳伯特交換器(24、29)。
10.根據權利要求9所述的設備，其中，第二裝置包括過零檢測器(38)及後面的帶通濾波器(35)。
11.根據權利要求9所述的設備，其中，第二裝置包括模擬部件(44)，該模擬部件(44)在其輸入端具有數模轉換器(45)、上變頻器(47、……、55)及後面的比較器(56)。
12.根據權利要求9所述的設備，其中，第三裝置包括開關放大器(41)及頻率變換器(42)，該開關放大器(41)設置於幅度輸出端(27)與發射管(43)的陽極之間，該頻率交換器(42)設置於相位輸出端(36)與發射管(43)的控制柵極之間。
全文摘要
在從不同音頻信號(NF1、2)產生調幅獨立邊帶發射信號的方法中，把信號矢量分解成信號分量(分別為x1、y1以及x2、y2)，從這些信號分量來形成分量和(X、Y)，並從分量和中得出幅度信號(A(t))及諧波相位信號。
文檔編號H04H20/49GK1041251SQ8910711
公開日1990年4月11日 申請日期1989年9月15日 優先權日1988年9月15日
發明者嫩納德·聰熱諾維克 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司