用於減小失真的改進的信道間隔的製作方法
2023-06-22 21:09:11
專利名稱：用於減小失真的改進的信道間隔的製作方法
本專利申請是對由本申請人和另一個人在1996年6月22日提交的、並轉讓給本專利申請的受讓人的、題為「Dual TransmitterArrangement With Back-up Switching(具有備份切換的雙發射機裝置)」的專利申請，序列號為No.08/684,651的進一步改進。
背景技術：
本發明涉及用於在許多個信道上發射多個信號的方法和設備，其中兩個或多個信道受到一個從這些信道的信號的相互作用產生交調失真的元件的影響或被這個元件發送。一種這樣的元件是行波管放大器，它可被用作為載送許多信息信道的發射機輸出放大器。然而，本發明也可應用於任何其它的用一個發射機發送一個以上的信道的發射系統，因為已知的有源電子器件都引入至少某些失真。
這種類型的系統，已公開運行許多年，用於發送多信道電視，如美國專利4,747,160所描述的，可在28GHz頻段發送多到50個電視信道。雙行波管放大器(TWTA)被用於發射機輸出，一個放大下半個頻段的信道，以及另一個放大上半個頻段的信道。因為TWTA中的交調失真是其功率電平的函數，所以在該系統中的TWTA通常被驅動到顯著低於其滿額輸出的輸出功率。雖然，這個系統已在商用上成功地運行，信號質量超過典型的電纜電視的質量，但是總是所希望作出允許從TWTA給出更大的輸出功率並具有在用戶的電視畫面上可接受的低的信號失真或噪聲的改進。
因為它簡化提供與用戶友好的設備，以及諸如設置標準那樣的管理方面的事情，所以在特定頻段上的歷史上的多信道系統總是等間隔地設置用於已知業務類別的信道，通常產生具有整數的容易記憶的數的載頻。典型地，這是不管對有效利用可供使用的頻譜的需要而作出的。
發明概述按照本發明的一種從發射臺址發送許多信號的方法，其中兩個或多個信道被一個產生交調失真的元件同時放大或發送，包括選擇用於其它信道的載波頻率，以使得最討厭的交調失真頻率從會引起幹擾的其它信道的頻率中除去；也就是，它不在想要的其它信號所佔用的部分頻帶中。通常，這意味著，其它信道的載波頻率被離開最討厭的交調頻率。
按照本發明的優選實施例，對於第一部分頻帶的信道是互相等間隔設置的，形成緊接相鄰的信道。如果這些信道在第一TWTA中被放大，則它們產生交調失真頻率，主要在相對較窄的頻帶中，它們以等於在它們的載頻之間的頻率間距的頻率差互相間隔開。
在這樣的系統運行在12GHz以上的毫米波段的情況下，高質量電視信號可通過使用寬頻偏FM信號被發送。第一部分頻帶包含互相間隔相同的已知頻率的緊接相鄰的信道；也就是，信道間隔上沒有不連續性或不規則性。這裡的申請人已發現，如果在第二部分頻帶中的信道偏離開第一部分的交調失真產物集中的地方，則在第二部分頻帶中的信道可以得到3dB到4dB的信號對噪聲比值的改進。按照本發明的這個實施例，在第二部分中的載波頻率也互相間隔開相同的已知頻率，但是它們位於的載頻與第一部分的載波的間隔不是已知間隔的倍數，優選地大約是那些倍數之間的中間值。
按照本發明的第二優選實施例，通過同一個交調失真產生元件的第一部分頻帶的諸載頻互相不等距地間隔開。保持了最小信道間的間距，這樣相鄰信道幹擾被保持為很低，同時保持了想要的平均間距，這樣可供使用的頻譜被很好地利用。頻率變化的最佳圖案可以通過假定所有信道在中心四分之一或三分之一的信道中具有相同的功率集中度或測量然後考慮不同信道的典型頻譜而予以被確定。如果某些信道具有不同類型的信息信號，則這後一個方法特別有用。
在第一部分頻帶中的間距圖案可被最佳化，以使得在該部分的信道上的交調失真影響最小化，或以提供在其它部分的相對等分布的交調產物。在這樣的情況下，在第二部分中同樣的載頻圖案將使得在調諧到第一部分的信道的接收機中引起的總的幹擾最小化。
附圖概述
圖1是按照本發明的第一實施例的系統的方框圖，圖2是顯示到圖1的L波段上變頻器的信道輸入的頻譜圖，圖3是顯示按照圖1的實施例的L波段信道輸出和發射機輸出的頻譜圖，
圖4是按照本發明的第一實施例的變例的發射機的方框圖，圖5是按照本發明的第二實施例的變例的發射機的方框圖，以及圖6是顯示按照第二實施例的發射的信道的頻譜圖。
發明詳述按照本發明的第一實施例，發射機單元10包含兩個行波管放大器11、12，它們分別標稱地發射在27.5到28.0GHz頻段和28.0到28.5GHz頻段中的18MHz-寬的信道，允許在相鄰信道之間的2MHz的保護帶。正常工作時，到放大器11的輸入包含信息信號CH1到CH25，它們在本例中是普通的電視信號，但也可以是任何其它的寬的或窄的頻帶信號，或信號組合，它們為方便起見在發送時被多路復接，然後在接收位置處被多路分接。信號CH1-CH25在單獨的調製器，例如13，合在一起形成調製器組14，被FM調製在60、80、100…540MHz的載頻上，以形成信道塊A，其信號15被耦合到主要的和備用的L波段上變頻器17和17』。信號15具有組合的頻譜，在圖2以理想化形式顯示為頻譜16。
同樣地，正常工作時，到放大器12的輸入包含信息信號CH26到CH49，它們在本例中是普通的電視信號，但也可以是任何其它的寬的或窄的頻帶信號，或信號組合。這些信號在調製器組19，被FM調製在60、80、100…540MHz的載頻上，以形成信道塊B，其信號21被耦合到主要的和備用的L波段上變頻器17和17』。信號15具有組合的頻譜，在圖2以理想化形式顯示為頻譜22。
L-波段上變頻器17和17』是相同的。每個具有兩個信道，一個用於把信號15與來自各自的一個振蕩器組24、24』的較低的頻率，例如2.050GHz，進行混頻，以提供在2.1GHz和2.6GHz之間的L-波段輸出信號26、26』，具有以2.110到2.590GHz的頻率為中心的載頻，以20MHz間隔開；另一個用於把信號21與來自各自的一個振蕩器組24、24』的較高的頻率，例如2.560GHz混頻，以提供在2.61GHz和3.09GHz之間的L-波段輸出信號28、28』，具有以2.620到3.080GHz的頻率為中心的載頻，以20MHz間隔開。信號26具有理想的頻譜29，及信號28具有理想的頻譜30，如圖3所示。
在這個實施例中，按照上面提到的美國專利申請08/684,651的發明，L-波段信號26』和28』在耦合器32中被組合，其輸出是到開關34的一個輸入，該開關也接收信號26和28。正常工作時，開關34把信號26饋送到第一發射部分的36的混頻器37，及把信號28饋送到第一發射部分的38的混頻器39。耦合器32的輸出不被使用。發射部分36包括25.4GHz振蕩器41，其輸出是到混頻器37的第二輸入，混頻器輸出在TWTA11中被放大，並被提供給第一天線42。同樣地，發射部分38包括25.4GHz振蕩器44，其輸出是到混頻器39的第二輸入，混頻器輸出在TWTA12中被放大，並被提供給第二天線45。從天線42發射的信號具有理想的頻譜42』，具有輸出載頻27.510到27.990GHz，及從天線45發射的信號具有理想的頻譜45』，具有輸出載頻28.020到28.480GHz，圖3顯示了這些頻譜。
在發射部分之一發生故障的事故中，開關控制器46操縱開關34，以便提供耦合器32輸出到工作的發射部分，這樣所有信道仍舊被發射。由於信道塊A中的信號引起的交調失真產物將仍舊落在構成信道塊B的信道的重要的中心區以外。
在按照本發明的系統中，來自天線42或45的信號被具有各自的定向天線51、調諧器52、與檢波器53的接收單元50拾取。
採樣這種信道安排，在較低頻段的放大器11產生不想要的信號，與處在較高頻段的某些信道間隔開20MHz。當到放大器11的輸入被用視頻信號調製時，交調失真產物被集中在幾個MHz寬的頻帶中，這些頻帶的中心位於大約同樣的20MHz間距，這些交調產物處在較高頻段，集中在例如28.010,28.030,28.050等等的頻率附近。然而由於在放大器12中放大的調頻信號的載頻偏移，塊B或較高頻段信息被集中在例如28.020,28.040等等的頻率附近。接收機檢波器對噪聲的靈敏度是類似於對於相同信道的發射機功率密度譜那樣的曲線，該信道的中心靠近這些檢波器被調諧的到的載頻。結果，在較低頻段調製器和放大器中產生的交調失真產物對調諧到較高頻段信道的接收機幾乎沒有影響。同樣地，在較高頻段調製器和放大器中產生的交調失真產物對較低頻段信道幾乎沒有影響，因為這些交調失真產物趨向於落在較低頻段載頻之間的中間位置。申請人相信，採用本實施例後，可得到載波噪聲比上的重大改善。
按照第一實施例操作的，對於較低和較高頻段的所有信道都保持連續的20MHz間距的系統的轉換，是相當容易的，因為只需要將頻段之一(例如，如上所述的較高頻道，或不是較高頻段而是較低頻道，)的本地振蕩器的頻率移動一個方便的和有效的量，例如10MHz。
在上述的發射機實施例中，每個第一(L-波段)上變頻器的兩個信道互相不同一個提高頻率為2.05GHz，而另一個提高頻率為2.56GHz。這具有這樣的優點，兩個第二(毫米波段)上變頻器是相同的，而且，在兩個L-波段信號之間的交叉耦合不太麻煩。另外，可由一個接收兩個L-波段信號的寬帶放大器或兩個以上的放大器提供輸出，每個覆蓋總頻段的各自的部分。
圖4顯示了圖1的系統的變例，在其中仍能獲得這些優點，此外還可使得在兩組調製器輸出之間的交叉耦合的影響最小化。在這個變例中，通過把在一組調製器組的調製頻率組移頻，以使得其信道輸出與其它調製器組的信道輸出相偏離，在上變頻器中的本地振蕩器頻率相互之間可以具有簡單的幾何關係，因而，簡化了毫米波信道頻率鎖相到互相之間想要的關係。
與圖1的元件相同的元件採用相同的參考數字。如圖4所示，信道塊A及其調製器組14是和圖1相同的。然而，調製器組69產生FM調製塊C，其信號71具有載頻70、90、110、130…530MHz，它們和由調製器組14產生的塊A頻率偏差10MHz，因而是在塊A頻率之間的中間值。如果與來自在第一上變頻器17的較低的上變頻器的較低信道中的振蕩器組的2.0GHz的本地振蕩器頻率混頻，塊A信道76佔用2.05到2.550GHz的較低的L-波段，而塊C頻率與容易鎖定到2.0GHz源的2.5GHz的本地振蕩器頻率混頻。這產生了L-波段塊信道78，佔用2.560到3.040GHz較高的L-波段。如果這兩個L-波段被相加和被饋送到毫米波上變頻器與寬帶放大器，發送的信道將精確地具有想要的頻率間距。在所示的優選的變例中，相同的備用開關34連同兩個發射機組136與138一起使用，這兩個發射機和發射機組36與38相同，除了振蕩器141與144具有略高的頻率25.45GHz，這樣，發射的信道將仍舊佔用27.5到28.49GHz的頻帶。
圖5顯示了本發明的第二實施例，在其中兩個頻帶中的載頻的間距是做成非均勻的。這種改變減小了對同一部分頻帶的其它信道的交調失真影響(在信道被看作為失真源時)，以及將提供同樣的減小給其它頻帶部分中的某些但不是全部信道。一個必須考慮的準則是在相鄰信道之間的最小間距，它可以根據能容忍的相鄰信道幹擾量在任何的任意值上被建立。例如，可以確定，對於某個傳輸特性組，如果靠近任一側的信道的間隙的總和至少等於37MHz，則17MHz的間距是可接受的。
在圖5的系統中，塊D的調製器組214信道具有和塊E的信道相同的載頻。不像在第一實施例中，50個信道是可供使用的。塊D的信號215和塊E的信號221每個佔用50-500MHz的頻帶。振蕩器組224和224』，每個產生2.05和2.55GHz信號，用於L-波段混頻器17和17』的各自的信道，以產生在2.1GHz和2.6GHz之間的較低的信道組信號226和226』，以及在2.6GHz和3.1GHz之間的較高的信道組信號228和228』。在系統中不要作其它變化，除了接收機250的調諧器252當然必須調諧到不同的發射的載頻以外。
圖6顯示了對於L-波段和發射的頻譜242』和245』的20、17、20、18、19、20、18、22、20…的間距序列。可以使用任何想要的圖案，或者規則的，或者不規則的。平均間距由想要發射的信道數和所分配的頻譜帶寬確定。
應當指出，所顯示的圖案具有小於20MHz的間距的集中度，所以第八個信道載波是8MHz，小於它在均勻的20MHz間距時的數值。如果這個圖案繼續下去幾個信道，後面跟隨更大的間距，則所選擇的一些信道離頻譜42』的相應的信道(它們離信道1的間隔是20MHz的倍數)的偏差可很容易達到或超過10MHz。這樣的圖案，如果在較高的塊上重複進行，則在較低塊的某些較高信道和較高塊的某些較低信道之間可以提供與20MHz的倍數大約8到10MHz的偏差。
在本發明的精神內，許多其它變例是可能的。在相鄰信道之間的最佳的間距組將隨特定的傳輸參量而改變，例如信道中的信息信號的類型以及調製類型，因為這些將決定造成最大幹擾的交調產物的間距。如果數字數據信號正被發射，則所利用的編碼類型以及調製將對於在每個給定的信道產生的頻譜有重大的影響。它又將決定了，從使頻譜利用最大化以及減小在發射臺址處交調失真造成的噪聲或幹擾來看，多大的信道間距是最有效的。
為了簡化接收機的設計與結構，在仍舊保持高的頻譜利用的同時，常常寧願要所有的信道近似有相同的帶寬。接收機檢波器對交調幹擾的靈敏度，無論如何，將是在所接收的信道上被發射的這類信號或幹擾的函數，這樣，在一個系統中可能更希望包括具有等間距信道的部分和具有不等間距信道的部分。重要的考慮是，失真產物傾向於處在主要由有用信息分量佔用的其它信道部分以外。
例如，如果總的頻帶包括某些信道只包含TV信號；某些具有疊加在TV信號上的某些數據，例如通過在垂直回掃空白線中進行插入；以及某些包含完全不同類型的信號，例如多路復用的電話或數據信號，則發射一個具有等間距信道的頻帶部分，一個伴隨的具有不等間距信道的頻帶部分，以及另一個伴隨的具有不等間距信道的頻帶部分。在使用寬帶發射機輸出級，例如TWTA或寬帶固態放大器的場合，一個放大器級可包括兩個或多個頻帶部分，因為各個載頻間距由前面的調製器與混頻器級確定。而且，如果更寬的帶寬調製器是很容易提供使用的話，則單個調製器組可把所有的信道直接提供給上變頻器。如果鏡像頻率通過特定的濾波或由於天線波導的截止頻率的衰減而被壓縮，則最後的放大器級可以不需要，以及天線可直接由毫米波混頻器驅動。雖然諸如27.5到28.5GHz的頻帶在說明中已被用作為例子，但是多信道傳輸在較低和較高頻率上也是可行的，包括通常不稱為毫米波的頻率，以及現在不使用和不打算使用的頻率。這樣，如果發射較窄或較寬信道，或較少或較大數目的信道，則本發明可在通過一個產生交調失真的元件同時放大或處理或有效兩個或多個信道是可行和想要的場合下，被有用地應用到任何頻率。
權利要求
1．在多個信道的一個頻段上發射信號的方法，每個信道包括各自的信息信號，該方法包括通過至少一個電子元件發射至少兩個所述信道，該電子元件因至少兩個信道的信號的相互作用而產生交調失真，為一部分的所述多個信道選擇載波頻率，其中所述的一部分包括多個所述信道，但不包括所述的至少兩個所述信道，這樣，由於所述交調失真引起的與所述一部分的信道的檢波的幹擾將被減小，以及用所選擇的載頻發射所述一部分信道。
2．權利要求1所要求的方法，其特徵在於，該方法包括發射包括所述至少兩個所述信道的第一部分的所述信道，所述第一部分的信道是緊接相鄰的信道，具有在相鄰信道的各自的載頻之間的相同的給定的間距，以及發射第二部分的所述信道，所述第二部分的信道是緊接相鄰的信道，具有在相鄰信道的各自的載頻之間的所述給定的間距，所述一部分是所述第二部分，所述第二部分的載頻不同於從第一部分的頻率相隔整倍數的所述給定間距的頻率。
3．權利要求2所要求的方法，其特徵在於，所述至少兩個所述信道是相鄰的信道。
4．權利要求2所要求的方法，其特徵在於，在所述至少兩個所述信道中的信息信號包括電視信號，載頻大於12GHz，所述至少一個電子元件包括行波管放大器，以及發射至少兩個所述信道的步驟包括通過使用調頻發射至少兩個所述信道。
5．權利要求1所要求的方法，其特徵在於，該方法包括通過所述電子器件發射第一部分的所述信道，所述第一部分包括所述至少兩個所述信道和一個第三信道，所述第一部分的信道是是緊接相鄰的信道，具有各自的相鄰載頻的給定的平均間距和給定的最小間距，在相鄰信道的各自的載頻之間的間距被改變以使得幹擾最小化。
6．權利要求5所要求的方法，其特徵在於，在至少兩個所述信道中的信息信號包括電視信號，載頻大於12GHz，所述至少一個電子元件包括行波管放大器，以及發射至少兩個所述信道的步驟包括通過使用調頻發射至少兩個所述信道和第三信道。
7．用於在多個信道上從發射機場地發射一個頻段中的諸信號到多個接收站的系統，每個信道包括各自的信息信號，具有各自的相鄰載頻的給定的平均間距和給定的最小間距，其中發射機臺址包括一個發射機，它包括至少一個電子元件，所述元件由於該元件同時作用的信號的相互作用產生交調失真，至少兩個所述信道通過所述元件被發射，以及每個接收站包括一個接收機，接收機又包括一個檢波器，用於調諧到和接收至少一個所述多個信道以及檢測在所述信道中發射的信息信號，其特徵在於發射機還包括用於決定所述至少兩個所述信道的載頻和所述多個信道的一部分的載頻的裝置，其中所述一個部分包括多個所述信道而不包括所述至少兩個所述信道，所述裝置決定所述部分的各自的載頻，這樣當一個所述接收機被調諧到所述一個部分中的信道時，由於發射的信號中的交調失真，由所述接收機中所述的一個接收機的檢波器檢波的信息信號的信號噪聲比減小。
8．權利要求7所要求的系統，其特徵在於，所述裝置決定所述信道的第一部分的載頻，包括所述至少兩個所述信道，所述至少兩個所述信道是相鄰信道，所述第一部分的信道是緊接相鄰的信道，具有在相鄰信道的各自的載頻之間的給定的相同的間距，以及第二部分的所述信道，所述第二部分的信道是緊接相鄰的信道，具有在相鄰信道的各自的載頻之間的所述給定的間距，所述一部分是所述第二部分，所述第二部分的載頻不同於從第一部分的頻率相隔整倍數的所述給定間距的頻率。
9．用於在多個信道上從發射機場地發射一個頻段中的信號到多個接收站的發射機，每個信道包括各自的信息信號，具有各自的相鄰載頻的給定的平均間距和給定的最小間距，其中發射機包括至少一個電子元件，所述元件由於該元件同時作用的信號的相互作用產生交調失真，至少兩個所述信道通過所述元件被發射，其特徵在於發射機還包括用於決定所述至少兩個所述信道的載頻和所述多個信道的一部分的載頻的裝置，其中所述一個部分包括多個所述信道而不包括所述至少兩個所述信道，所述裝置決定所述部分的各自的載頻，這樣，由於所述交調失真引起的幹擾的頻譜分量被減小。
10．權利要求9所要求的發射機，其特徵在於，所述裝置決定所述信道的第一部分的載頻，包括所述至少兩個所述信道，所述第一部分的信道是緊接相鄰的信道，具有在相鄰信道的各自的載頻之間的給定的相同的間距，以及第二部分的所述信道，所述第二部分的信道是緊接相鄰的信道，具有在相鄰信道的各自的載頻之間的所述給定的間距，所述一部分是所述第二部分，所述第二部分的載頻不同於從第一部分的頻率相隔整倍數的所述給定間距的頻率。
11．權利要求9所要求的發射機，其特徵在於，在至少兩個所述信道中的所述信息信號包括調頻電視信號，以及所述發射機包括第二輸出放大器，用於發射所述多個信道的所述第二部分的至少兩個信道。
全文摘要
由於通過相同的元件或部件同時發射多個信道的發射裝置中的交調失真而引起的在檢測的信號中的失真或噪聲,通過選擇載頻使得它們不是都間隔以相同的給定頻率,而被減小。在另一個實施例中,相鄰信道的載頻是不相等地間隔開的。兩個相鄰信道塊可以使用同樣的或不同的不等間距的圖案。
文檔編號H04B1/04GK1227027SQ98800613
公開日1999年8月25日 申請日期1998年2月19日 優先權日1997年3月18日
發明者B·波薩德 申請人:蜂窩視覺技術及電訊有限公司