DE69631420T2

DE69631420T2 - Verfahren und vorrichtung zur schätzung von nichtlinearität

Info

Publication number: DE69631420T2
Application number: DE69631420T
Authority: DE
Inventors: Stephane Hergault; Patrick Hardy
Original assignee: Thomson Broadband Systems; Thomson Broadcast Systems
Current assignee: Thomson Broadband Systems; Thomson Broadcast Systems
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: EP0835559A1; US6108351A; WO1997017773A1; FR2741218B1; DE69631420D1; EP0835559B1; JP3976340B2; FR2741218A1; JPH10512735A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft nichtlineare Schaltungen und insbesondere Korrekturvorrichtungen für die Linearität derartiger Schaltungen.
Sie betrifft zum Beispiel Schaltungen zur Modulation eines optischen Signals, das von einem Laser für die Übertragung von Signalen auf optischen Fasern kommt. Diese Modulation, die mittels eines an den Ausgang des Lasers angeschlossenen äußeren Modulators erfolgt, ist die Quelle der Nichtlinearität.
Die Übertragungssysteme für ein Signal sind im Allgemeinen empfindlich auf die Nichtlinearität der verschiedenen Elemente, aus denen es besteht. Wenn die Nichtlinearität dieser Elemente durch die Physik bedingt ist, bleibt es dennoch möglich Linearisierungsvorrichtungen hinzuzufügen, um die Gesamtleistungen des Systems zu verbessern. In diesem Fall muss man über ein Messmittel für die restliche Nichtlinearität des zu korrigierenden Systems verfügen, um die Parameter der Linearisierungsvorrichtung optimieren zu können. Wenn zudem die Nichtlinearitäten des Systems dafür angelegt sind, sich mit der Zeit zu verändern, muss die Messvorrichtung ins System integriert sein, um in Echtzeit auf die Linearisierungsvorrichtungen zu reagieren.
Ein bekanntes Mittel zur Bewertung der Nichtlinearität besteht in der Verwendung von einem oder mehreren Pilotsignalen. 1 gibt eine derartige Vorrichtung des Standes der Technik wieder.
Das zumeist sinusförmige Pilotsignal wird durch einen Oszillator oder Pilotgenerator 1 erzeugt. Dieses Signal wird zu einem zweiten Eingang eines Addierers 2 geschickt, dessen erster Eingang mit dem zu übertragenden Signal oder Nutzsignal gespeist wird. Die nichtlineare Vorrichtung, deren störende Effekte aufgrund der Nichtlinearität man zu korrigieren sucht, ist stromabwärts von dem Pilotfrequenzgenerator angeschlossen, zum Beispiel am Ausgang des Addierers 2. Ein Koppler 4 ist am Ausgang der nichtlinearen Vorrichtung angeschlossen, um an seinem gekoppelten Ausgang diese durch letztere erzeugten Intermodulationen aufzunehmen. Der direkte Ausgang des Kopplers liefert das auszuwertenden Signal, das eventuell gefiltert wird, um vom zuvor hinzugefügten Pilotsignal befreit zu werden. Das am gekoppelten Ausgang entnommene Signal wird zum Eingang einer Messstrecke für Intermodulationssignale zweiter Ordnung oder mehrere Messstrecken für Intermodulationssignale aufeinanderfolgender Ordnungen übertragen, in der Skizze zum Beispiel zwei Strecken. Jede der Strecken besteht aus einem ersten Bandpassfilter 5.1, 5.2, dessen Rolle darin besteht, die Harmonische auszuwählen, deren Frequenz der Intermodulationsordnung der Strecke entspricht, gefolgt von einem Detektor 6.1, 6.2, der die Amplitude oder Leistung des gefilterten Signals misst. Der Detektor kann eine einfache Diode oder eine Vorrichtung sein, die einen Widerstand und eine Temperaturmessung verknüpft, wie ein Bolometer. Der Ausgang des Detektors ist mit einem Tiefpassfilter 7.1, 7.2 verbunden, das die parasitären Frequenzen eliminiert. Der Ausgang jeder Strecke (oder der Messtrecke in dem Falle, dass sie die einzige ist) ist mit einer Steuervorrichtung 8 verbunden, die ihrerseits mit der nichtlinearen Vorrichtung verbunden ist. Diese Steuervorrichtung transformiert die empfangenen Signale in Steuersignale, die für die Nichtlinearitätskorrektureingänge der nichtlinearen Vorrichtung ausgelegt sind.
Die Vorrichtungen dieser Art leiden unter größeren Nachteilen. Sie können keine Informationen über die Phase der Intermodulationen geben und sind wenig empfindlich, insbesondere wenn die Vorrichtung in Gegenwart von Rauschen arbeitet. Sie sind nicht angemessen, wenn der Pegel der Intermodulationsprodukte, das heißt der zu messenden Nichtlinearitäten sehr gering sind.
Eine Verbesserung dieser Empfindlichkeit für Vorrichtungen dieser Art verbietet sich durch unerschwingliche Kosten. Tatsächlich würde eine wirksame Filterung der Intermodulationsprodukte nicht nur die Verwendung von Rauschfiltern 5.1, 5.2 hoher Qualität und damit schwieriger Herstellung, sondern auch ein perfekt frequenzstabiles Pilotsignal erfordern.
Der Artikel der Zeitschrift JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Bd. 11, Nr. 1, Januar 1993, NEW YORK US, Seiten 82–104, NAZARATHY et al. mit dem Titel "Progress in externally modulated AM CATV transmission systems" offenbart eine Bewertungsvorrichtung für Nichtlinearitäten für eine optische Übertragungsvorrichtung. Der Artikel zeigt die Verwendung von Pilotsignalen in Kombination mit einer Schaltung zur synchronen Detektion. Die Bewertungsvorrichtung muss indessen in der Nähe des Modulators platziert werden, um die gleichen Pilotsignale zu verwenden, und gestattet es nicht, auf einfache Weise in große Entfernung gebracht zu werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu beheben. Gegenstand ist ein Verfahren zur Bewertung der Nichtlinearität einer Vorrichtung, das darin besteht, ein oder mehrere Pilotsignale stromaufwärts von der Vorrichtung für die Messung von Komponenten ihrer Intermodulationsprodukte am Ausgang dieser Vorrichtung zu erzeugen.
Die Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, wie es in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
Ihr Vorteil besteht darin, wegen der Phaseninformation eine schnellere Korrektur der nichtlinearen Vorrichtung zu gestatten. Die Empfindlichkeit der Bewertungsvorrichtung ist verbessert und die Kosten sind wegen der Verwendung von Standardfiltern und reduzierten Beschränkungen für die Pilotsignale reduziert.
Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung, die im Sinne eines nicht als Einschränkung zu verstehenden Beispiels unter Bezug auf die folgenden Figuren erfolgt:
1 gibt eine Vorrichtung zur Messung von Nichtlinearitäten gemäß dem Stand der Technik wieder.
2 gibt im Prinzip eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Nichtlinearitäten wieder.
3 gibt eine Variante dieser Vorrichtung wieder.
4 gibt eine Vorrichtung zur Messung von Nichtlinearitäten wieder, die Intermodulationsprodukte der zweiten und dritten Ordnung berücksichtigt.
5 gibt ein erstes Ausführungsbeispiel wieder.
6 gibt ein zweites Ausführungsbeispiel wieder.
7 gibt eine Anwendung der Vorrichtung zur Messung von Nichtlinearitäten wieder.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in 2 dargestellt. Sie verwendet, wie die bekannten Vorrichtungen ein stromaufwärts von der zu messenden nichtlinearen Vorrichtung injiziertes Pilotsignal. Das Nutzsignal, das die nichtlineare Vorrichtung speisen soll, wird zuvor zum ersten Eingang eines Addierers 9 übertragen. Der zweite Eingang wird wie zuvor beschrieben durch einen Pilotgenerator 10 gespeist, der ein zum Beispiel sinusförmiges Signal mit einer Frequenz erzeugt, die in dem die nichtlineare Vorrichtung passierenden Band liegt. Der Ausgang des Addierers ist mit dem Eingang der nichtlinearen Vorrichtung 11 verbunden, deren Nichtlinearität man zu korrigieren sucht. Der Ausgang der nichtlinearen Vorrichtung ist mit einem Koppler 12 verbunden, dessen direkte Strecke das Nutzsignal liefert. Dieses Signal wird dann eventuell durch die stromabwärtigen Schaltungen gefiltert, um das Pilotsignal, falls es notwendig ist, daraus zu eliminieren.
Der gekoppelte Ausgang ist mit einer Vorrichtung zur eigentlichen Messung 13 verbunden, die in dem Schema gepunktet dargestellt ist. Diese Vorrichtung führt die Detektion der Nichtlinearitäten auf neuartige Weise durch.
Das durch die direkte Strecke übertragene Signal speist ein erstes Bandpassfilter 14, dessen Rolle darin besteht, durch Filterung das Pilotsignal zu selektieren. Der Ausgang ist mit dem Eingang einer bekannten nichtlinearen Vorrichtung 15 verbunden, das heißt, einer Vorrichtung, deren nichtlineare Eigenschaften, zum Beispiel die Koeffizienten ihrer Übertragungsfunktion, bekannt sind. Diese Vorrichtung erzeugt Intermodulationssignale mit der gleichen Frequenz wie diejenigen, die durch die nichtlineare Vorrichtung 11 erzeugt werden. Das Intermodulationssignal der Ordnung 2 wird aus dem am Ausgang verfügbaren Signal mittels eines Bandpassfilters 16 extrahiert, das am Ausgang der Vorrichtung angeschlossen ist. Es wird dann zum Modulationseingang einer Schaltung zur synchronen Detektion mit zwei um π/2 phasenverschobenen Strecken 17 übertragen, die in der Skizze gepunktet dargestellt ist.
Das auf der gekoppelten Strecke übertragene Signal speist ebenso ein zweites Bandpassfilter 18 auf, dessen Rolle darin besteht, durch Filterung das Intermodulationssignal zu selektieren, das man messen möchte, das heißt dasjenige der zweiten Ordnung, das von der nichtlinearen Vorrichtung 11 stammt. Der Ausgang dieses Filters speist durch den Signaleingang der Schaltung zur synchronen Detektion 17 jede der zwei Strecken dieser nachstehend beschriebenen Schaltung.
Die Schaltung zur synchronen Detektion besteht aus zwei Multiplizierern 19 und 20, deren jeweils erster Eingang das von dem Filter 18 kommende Signal empfängt. Der zweite Eingang wird für den ersten Multiplizierer 19 durch das von dem Filter 16 kommende Signal und für den zweiten Multiplizierer 20 durch dieses um π/2 verschobene Signal gespeist, wobei dieses Signal eine Phasenverschiebungsschaltung 21 durchquert, bevor es in den Multiplizierer 20 eingeht. Die Ausgänge der Multiplizierer 19 und 20 sind jeweils mit den Tiefpassfiltern 22 und 23 verbunden, deren Rolle darin besteht, die einzelne Gleichstromkomponente zu filtrieren. Die zwei entsprechenden Ausgänge sind die um π/2 phasenverschobenen Ausgänge I und Q der Schaltung zur synchronen Detektion, die es gestatten, die Amplitude und die Phase der gesuchten Intermodulation zu messen.
Die synchrone Detektion gestattet es, die Komplexität der Filter beträchtlich zu reduzieren. Tatsächlich muss das Bandpassfilter 18 zur Vorselektion der Intermodulation nicht sehr selektiv sein, da seine Rolle nur darin besteht, die Sättigung der Schaltung zur synchronen Detektion durch die Nutzsignale und das Pilotsignal zu verhindern. Für die Selektivität wird ihrerseits durch die am Ausgang der Detektoren platzierten Tiefpassfilter 22 und 23 gesorgt.
Es sei ω₁ die Kreisfrequenz des Pilotsignals.
Das Modulationssignal am zweiten Eingang der Schaltung zur synchronen Detektion ist bekannt, da es sich um die zweite Harmonische eines bekannten Pilotsignals der Kreisfrequenz ω₁ handelt, das von einer nichtlinearen Vorrichtung mit bekannten Eigenschaften abgegeben wird: B = Ab·cos(2ω1t + φb)
A_b und φ_b sind die Amplitude und Phase der zweiten Harmonischen, die von der bekannten nichtlinearen Schaltung 15 erzeugt wird.
Der Wert des von dem Filter 18 kommenden Signals ist: C = Ac·cos(2ω1·t + φc)
A_c und φ_c sind dabei die Amplitude und Phase der Harmonischen 2, die durch die nichtlineare Vorrichtung 11 erzeugt wird.
Der Wert der entsprechenden Gleichstromkomponente des Signals B × C am Ausgang I hat ist:
Die entsprechende am Ausgang Q hat als Wert (Phasenverschiebung des Signals B um π/2):
Die Messung der Amplitude der Gleichstromkomponente dieser Signale gestattet es somit, die Phase φ_c und die Amplitude A_c des Intermodulationssignals zweiter Ordnung zu kennen, das von der nichtlinearen Vorrichtung 11 kommt.
Diese Vorrichtung kann offensichtlich auf die Messungen von Intermodulationssignalen höherer Ordnungen ausgedehnt werden, wenn die Filter 16 und 18 dementsprechend dafür ausgelegt sind, diese Signale zu filtern.
3 gibt eine Variante der zuvor beschriebenen Vorrichtung wieder. Anstatt das Pilotsignal zu regenerieren, das zu der bekannten nichtlinearen Vorrichtung übertragen wird, indem ein Teil des Signals am Ausgang der nichtlinearen Vorrichtung 11 entnommen wird und indem es mittels des Filters 14 gefiltert wird, wird hier das von dem Pilotgenerator kommende Signal direkt zu der bekannten nichtlinearen Vorrichtung 15 übertragen.
Für identische Elemente werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Pilotgenerator 10 ist mit dem zweiten Eingang des Addierers 9 und gleichzeitig mit dem Eingang der bekannten nichtlinearen Vorrichtung 15 verbunden. Das Filter 14 ist hier nicht mehr notwendig.
Kurz gesagt, nutzt die bekannte nichtlinearen Vorrichtung somit das Pilotsignal, indem sie es entweder vor der Eingabe in die nichtlineare Vorrichtung 11 abgreift oder indem sie es an deren Ausgang mittels eines Kopplers 12 und Filtern 14 regeneriert, wobei diese Lösung den Vorteil aufweist, die Messvorrichtung von der Vorrichtung zur Ijizierung der Pilotsignale zu trennen.
Die 2 und 3 zeigen das Messprinzip für Intermodulationsprodukte, die mit der Erzeugung einer einzigen Pilotfrequenz verknüpft sind und die Harmonischen des Pilotsignals entsprechen.
Es kommt indessen auch in Betracht und ist sogar vorteilhafter, wie weiter unten erläutert wird, Intermodulationsprodukte von mehreren Pilotsignalen zu messen, indem nicht nur eine, sondern mehrere Pilotfrequenzen erzeugt werden. 4 gibt eine Vorrichtung für derartige Messungen wieder.
Ein erster Pilotgenerator 19 überträgt an einen ersten Eingang eines Addierers 21 ein Signal der Frequenz F1, ein zweiter Pilotgenerator 20 speist den zweiten Eingang dieses Addierers mit einem Signal mit der Frequenz F2. Der Ausgang des Addierers wird zu einem zweiten Eingang eines zweiten Addierers 22 geleitet, dessen erster Eingang das Nutzsignal empfängt. Der Ausgang des Addierers ist mit dem Eingang der nichtlinearen Vorrichtung 23 verbunden. Der Ausgang dieser Vorrichtung geht auf einen Koppler 24, dessen Hauptstrecke das Nutzsignal liefert und dessen gekoppelte Strecke einen Teil dieses Signals liefert, der durch die eigentliche Nichtlinearitätsmessvorrichtung für 25 ausgewertet wird, die in der Skizze gepunktet gezeigt ist und nachfolgend besprochen wird.
Diese Vorrichtung misst in unserem Beispiel die Intermodulation zweiter Ordnung mit der Frequenz F1 – F2 und die Intermodulation dritter Ordnung mit der Frequenz 2 × F1 – F2.
Hierzu ist der Eingang der Vorrichtung 25 mit den verschiedenen Schaltung verbunden, aus denen sie besteht, und zwar zuerst mit einem Bandpassfilter 26, dessen Mittenfrequenz F1 – F2 ist. Dieses Filter überträgt das entsprechende Signal mit dieser Frequenz zu dem Eingang einer Schaltung zur synchronen Detektion 27, die in ihrem Aufbau identisch zu der in 2 beschriebenen Schaltung 17 ist.
Der Eingang der Vorrichtung 25 ist ebenso mit dem Eingang eines Bandpassfilters 28 mit der Mittenfrequenz F1 und mit dem Eingang eines Bandpassfilters 29 mit der Mittenfrequenz F2 verbunden. Die Ausgänge der Filter 28, 29 sind mit einem ersten beziehungsweise einem zweiten Eingang eines analogen Multiplizierers 30 verbunden. Die durch die Filter wieder hergestellten Pilotsignale F1 und F2 werden auf diese Weise gemischt, um am Ausgang des Multiplizierers 30 Intermodulationsprodukte zu erzeugen. Ein Filter 31, der an seinem Ausgang angeschlossen ist, von der Art eines Bandpasses ist und um die Frequenz F1 – F2 zentriert ist, selektiert das Signal mit dieser Frequenz, um es zum Modulationseingang der Schaltung zur synchronen Detektion 27 zu übertragen.
Die nichtlineare Vorrichtung mit bekannten Eigenschaften ist hier der Multiplizierer 30. Die Parameter des Signals, das zum Detektieren der Intermodulation zweiter Ordnung mit der Frequenz F1 – 2 verwendet wird, sind somit bekannt. Mit anderen Worten, die Amplitude und die Phase des Modulationssignals F1 – F2 sind bekannt, da die Eigenschaften der Pilotsignale und der nichtlinearen Schaltungen, die dieses Signal erzeugen, bekannt sind.
Die Strecke, die die Intermodulation dritter Ordnung mit der Frequenz 2 × F1 – F2 misst, wird auf eine eigenständige Weise ausgeführt, die es gestattet, einen Synchrondetektor und ein Modulationssignal zu verwenden, die identisch zu denjenigen der Strecke für die zweite Ordnung sind.
Der Eingang der Vorrichtung 25 ist mit dem Eingang eines Bandpassfilters mit der Mittenfrequenz 2F1 – F2 verbunden und der Ausgang dieses Filters ist mit einem ersten Eingang eines zweiten Multiplizierers 33 verbunden. Der zweite Eingang des Multiplizierers ist an den Ausgang des Filters 28 angeschlossen. Der Ausgang des Multiplizierers ist mit dem Eingang eines Bandpassfilters verbunden, dessen Mittenfrequenz F1 – F2 ist. Das Signal am Ausgang dieses Filters speist den Signaleingang einer zweiten Schaltung zur synchronen Detektion 35, die mit der vorhergehenden identisch ist.
Der Modulationseingang dieser Schaltung empfängt, wie die Schaltung 27, das Signal am Ausgang des Filters 31.
Die Intermodulation, die sich bei der Frequenz 2 × F1 – F2 findet, wird mittels eines zweiten analogen Multiplizierers mit bekannten Eigenschaften auf die Frequenz F1 – F2 transponiert, indem das Pilotsignal mit der Frequenz F1 verwendet wird, wobei diese Intermodulation dann auf die gleiche Weise verarbeitet werden kann, wie die Intermodulation zweiter Ordnung. Die Messung des transponierten Signals F1 – F2 gestattet es, den Wert der Komponente 2 × F1 – F2 kennenzulernen, da die Beziehung zwischen diesen Signalen bekannt ist. Dieses Verfahren ist zu einer Synchrondetektion durch ein Signal mit der Frequenz 2 × F1 – F2 äquivalent.
Die in diesem Beispiel beschriebene Lösung bietet zahlreiche Vorteile, weil sie eine größere Flexibilität bei der Wahl der Pilotfrequenzen und zugleich der Frequenzen erlaubt, die den verschiedenen Intermodulationsprodukten entsprechen. Bei den zuvor beschriebenen Vorrichtungen ist es notwendig, dass die Pilotfrequenz und die zu messenden Intermodulationsprodukte sich gleichzeitig in dem Bandpass der nichtlinearen Vorrichtung finden, was nicht immer durchführbar ist.
Hier ist es möglich, Pilotfrequenzen und Intermodulationsfrequenzen zu wählen, die sich gleichzeitig im Bandpass der nichtlinearen Vorrichtung finden. Sie können jenseits des Nutzbandes gewählt werden, das heißt des Bandes, das effektiv durch das Nutzsignal genutzt wird. Es ist möglich Intermodulationsprodukte mit niedrigen Frequenzen zu erzeugen. Somit können die Pilotfrequenzen F1 und F2 hoch sein, aber indem diese Pilotfrequenzen nahe beieinander gewählt werden, kann die Intermodulationsfrequenz zweiter Ordnung, die sich bei F1 – F2 findet, vergleichsweise niedrig sein. Dies macht die Detektoren einfach herzustellen.
Es ist andererseits wünschenswert, dass die Bewertung der Nichtlinearität bei Frequenzen erfolgt, die nicht zu entfernt von denen sind, die den reellen, das heißt aus dem Nutzsignal folgenden, Intermodulationsprodukten entsprechen. Die Nichtlinearität ist in der Tat eine Funktion der Frequenz und der Koeffizienten der Übertragungsfunktion a₁, a₂ ..., die die Eingangsspannung v_i der nichtlinearen Vorrichtung mit ihrer Ausgangsspannung verknüpft: vs = a0vi + a1vi + a2vi 2 + ...sind komplexe Koeffizienten.
Der Umstand, zwei oder mehr Punkte in dem Bandpass der Vorrichtung zu wählen, gestattet es, Koeffizienten zu erhalten, die im Mittel für Frequenzen repräsentativ sind, die den reellen Intermodulationsprodukten entsprechen.
Die Pegel der Komponenten, die einer Kombination von Pilotfrequenzen entsprechen, können schließlich höher und damit einfacher zu messen sein, als diejenigen, die den Harmonischen entsprechen, wobei für Komponenten der zweiten oder dritten Ordnung und gleiche Pilotamplituden das Amplitudenverhältnis 2 oder 3 ist.
5 gibt eine erste Ausführungsvariante der eigentlichen Messvorrichtung 25 wieder, die zuvor beschrieben wurde. Für den Figuren gemeinsame Elemente, die nicht von neuem beschrieben werden, werden die Bezugszeichen der 4 übernommen.
Der Eingang der Vorrichtung 25 ist parallel mit verschiedenen Schaltungen verbunden, aus denen die Vorrichtung besteht, das heißt den Eingängen der Bandpassfilter 28, 29, 32 und dem Eingang eines Bandpassfilters 36, das auf der Frequenz F1 + F2 zentriert ist. Es werden also die Komponente zweiter Ordnung mit der Frequenz F1 + F2 und die Komponente dritter Ordnung mit der Frequenz 2 × F1 – F2 gemessen.
Das bekannte nichtlineare Element ist hier ein Grenzwertkomparator, der mit einer logischen "Exklusiv-ODER"-Schaltung verknüpft ist, wobei die Einheit in der Figur durch einen Multiplizierer 37 oder 40 dargestellt ist, wobei das "Exklusiv-ODER" mit eine binären Multiplizierer gleichgesetzt werden kann. Die Ausgänge der Filter 28 und 29 sind mit einem ersten Eingang beziehungsweise einem zweiten Eingang der Schaltung 37 verbunden, die mittels des "Exklusiv-ODER" eine Multiplikation dieser binären Signale durchführt. Den Komparator kann man mit eine Harmonischengenerator gleichsetzen und den Multiplizierer mit einem Generator von Intermodulationsprodukten. Diese zahlreichen Intermodulationsprodukte müssen daher gefiltert werden. Hierzu ist der Ausgang des Multiplizierers mit einem ersten Filter 38, das das Signal mit der Frequenz F1 + F2 selektiert, das dann zu dem Modulationseingang der Schaltung zur synchronen Detektion 27 übertragen wird, sowie einem zweiten Filter 39 verbunden, das das Signal mit der Frequenz F1 – F2 selektiert. Das Analogsignal am Ausgang dieses Filters 39 wird zum Eingang eines zweiten Multiplizierers 90 der gleichen Art wie der vorhergehenden geschickt, wobei der zweite Eingang mit dem Signal am Ausgang des Filters 28 gespeist wird. Unter den erzeugten Intermodulationsprodukten am Ausgang des Multiplizierers 40 findet sich daher das Signal mit der Frequenz 2 × F1 – F2, das durch ein Bandpassfilter selektiert wird, das bei dieser Frequenz zentriert ist. Es wird dann zum Modulationseingang der Schaltung zur synchronen Detektion 35 übertragen.
Die verwendeten Detektoren mit π/2-Phasenverschiebung erzeugen im Allgemeinen Signale, denen Gleichstromkomponenten überlagert sind. Diese letzteren können aber in bestimmten Fällen die Messung verfälschen. Daher wird ein austauschbares Kerbfilter verwendet, das, indem es die Intermodulation eliminiert, es gestattet, die Verschiebungen der Gleichstromkomponenten zu identifizieren. Man kann daher durch Berechnung die (ohne Kerbfilter gemachten) Messungen korrigieren, indem die Werte der Gleichstromkomponenten abgezogen werden, die gemessenen werden, wenn die Kerbfilter selektiert wären.
Die Komponente zweiter Ordnung bei der Frequenz F1 + F2 am Ausgang des Filters 36 durchläuft einen Schalter 42, der es gestattet, ein Sperrfilter 43 der Frequenz F1 + F2 in Reihe dazu zu verbinden oder nicht. Der Ausgang des Schalters ist mit dem Eingang eines Bandpassfilters 44 mit der Mittenfrequenz F1 + F2 verbunden, das so weit wie möglich stromaufwärts platziert ist, um die auf der Leitung eingefangenen Störsignale zu eliminieren. Dieses Filter ist identisch oder sogar mehr selektiv als das Filter 36. Seine Rolle ist es, das Rauschen der Verstärkungskette und der Intermodulationsprodukte, die dieser Innenwohnen, zu filtern, wobei die Kette in 5 nicht dargestellt ist, aber allgemein hinter den Filtern zur Selektion der Intermodulationsprodukte notwendig ist. Der Ausgang des Filters ist mit dem Signaleingang der Schaltung zur synchronen Demodulation 27 verbunden.
Das gleiche gilt für die Komponente dritter Ordnung mit der Frequenz 2 × F1 – F2 am Ausgang des Filters 32, die einen Schalter 45 durchläuft, der es gestattet ein Sperrfilter 46 dieser F2 × F1 – F2 in Reihe zu schalten oder nicht. Am Ausgang des Schalters durchquert das Signal ein Bandpassfilter 47 mit der Mittenfrequenz 2 × F1 – F2, bevor es am Eingang der Schaltung zur synchronen Detektion 35 anliegt. Dieses Filter 47 ist, wie zuvor angegeben, ein Filter zur Begrenzung des Rauschspektrums.
Diese gerade beschriebene erste Variante wird hauptsächlich für niedrige Frequenzen verwendet. Zum Beispiel in der Ausführung:
F2 = 17 MHz
F1 = 25,2 MHz
Die Verwendung von selektiven Standardtiefpassfiltern und logischen Schaltungen als nichtlinearen Elemente führt so zu einer einfach ausführbaren und wenig kostspieligen Vorrichtung.
Die zweite Ausführungsvariante ist in 6 dargestellt. Sie ist mehr an höhere Frequenzen angepasst. Zum Beispiel für unsere Ausführung:
F2 = 438 MHz
F1 = 453 MHz
Sie verwendet eine zusätzliche Frequenztransponierung, die es gestattet, die Betriebsfrequenz der synchronen Demodulationen zu wählen. Man kann so standardmäßige von somit kostengünstige Tiefpassfilter verwenden, die eine hohe Selektivität und einen sehr guten Schutz gegenüber dem Nutzsignal und dem Rauschen bieten. Die Schaltungen zur synchronen Detektion können trotz der häufig durch die nichtlineare Vorrichtung bedingten hohen Frequenzen F1 und F2 bei vergleichsweise niedrigen Frequenzen funktionieren. Die bekannten nichtlinearen Vorrichtungen sind hier keine logischen Schaltungen, sondern analoge Multiplizierer, wobei die Betriebsfrequenzen höher sind.
Im Gegensatz zu vorhergehenden Vorrichtung werden die Komponenten von Intermodulationsprodukten, die von einer bekannten nichtlinearen Vorrichtung kommen, nicht nur ausgewertet, um die Schaltungen zur synchronen Detektion zu modulieren, sondern auch, um die zu messenden Intermodulationsprodukte auf eine einzelne Frequenz F3 zu transponieren, die für den Betrieb der Schaltungen zur synchronen Detektion gewählt wird.
Die Filter 28 und 29 gestatten es, die zwei Pilotfrequenzen F1 und F2 zurückzugewinnen, die dann zu den zwei Eingängen eines analogen Multiplizierers 48 übertragen werden. An seinem Ausgang extrahiert das Bandpassfilter 49 aus den Intermodulationsprodukten, die von dem Multiplizierer geliefert werden, die Signalfrequenz F1 – F2.
Ein Oszillator 50 liefert ein Signal mit einer Frequenz F3, die die gewählte Betriebsfrequenz für die Schaltungen zur synchronen Detektion ist. Ein Multiplizierer 51 gestattet es, die Komponente zweiter Ordnung mit der Frequenz F1 – F2 auf die Frequenz F1 – F2 – F3 zu transponieren. Hierzu ist der Ausgang des Filters 49 mit einem ersten Eingang des Multiplizierers verbunden und der Ausgang des Filters 50 ist mit einem zweiten Eingang verbunden. Das transponierte Signal wird am Ausgang mittels eines bei F1 – F2 – F3 zentrierten Bandpassfilters 52 gefiltert.
Die zu messende Komponente zweiter Ordnung F1 – F2 wird durch das Bandpassfilter 26 gefiltert und durchläuft dann einen Schalter 53, dessen Rolle darin besteht, aus den oben erläuterten Gründen das Zuschalten eines Sperrfilters 54 für die Frequenz F1 – F2 in Reihe zu erlauben. Sie speist dann einen analogen Multiplizierer 55 an einem ersten Eingang, wobei der zweite Eingang das von dem Filter 52 kommende Signal F1 – F2 – F3 empfängt. Ein auf F3 zentriertes Bandpassfilter 56 ist am Ausgang des Multiplizierers angeschlossen und liefert die zu messende, auf die Frequenz F3 transponierte Komponente zweiter Ordnung zu dem Eingang der Schaltung zur synchronen Detektion 27.
Die zu messende Komponente dritter Ordnung 2 × F1 – F2 wird durch das Bandpassfilter 32 gefiltert und durchlüft dann einen Schalter 45, dessen Rolle darin besteht, aus den oben erläuterten Gründen das Zuschalten eines Sperrfilters 46 für die Frequenz 2 × F1 – F2 in Reihe zu erlauben. Sie speist dann einen analogen Multiplizierer 57 an einem ersten Eingang, wobei der zweite Eingang das von dem Filter 28 kommende Signal F1 empfängt. Ein auf F1 – F2 zentriertes Bandpassfilter 58 ist an den Ausgang des Multiplizieres angeschlossen und selektiert die auf die Frequenz F1 – F2 transponierte Komponente 2 × F1 – F2. Der Ausgang des Filters 58 ist an dem ersten Ausgang eines analogen Multiplizierers 59, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des Filters 52 angeschlossen ist. Ein auf F3 zentriertes Bandpassfilter 60 ist am Ausgang des Multiplizierers angeschlossen und liefert die auf die Frequenz F3 transponierte, zu messende Komponente 3 Ordnung zu dem Eingang der Schaltung zur synchronen Detektion 35, die identisch zu der Schaltung 27 ist.
Die verschiedenen Transpositionen erfolgen auf der Basis bekannter nichtlinearer Vorrichtungen, wobei die Beziehungen, die das Signal am Eingang einer bekannten nichtlinearen Vorrichtung mit dem transponierten Signal am Ausgang verbindet, daher bekannt sind. Den Wert des Signals 2 × F1 – F2 zu kennen, läuft daher darauf hinaus, das transponierte Signal F3 zu messen.
Bei den zwei beschriebenen Varianten ist die Dynamik der Vorrichtung mit der Breite des Vorselektionsfilters verbunden, die eine Rauschleistung proportional zu seiner Bandpassbreite passieren lässt. Dieses Rauschen kann eine Leistung aufweisen, die um 30 dB höher als die gesuchte Intermodulationsleistung ist, und die Eingänge der Quadraturdetektoren sättigen. Die sorgfältige Auswahl der Frequenzen der Pilotsignale gestattet die Verwendung von standardmäßigen Quarzfiltern oder Keramikfiltern, wodurch die Herstellungskosten der Vorrichtung reduziert werden. Die in der Vorrichtung der 6 verwendeten Filter F3 sind daher Quarzfilter der Art, die bei Zwischenfrequenzschaltungen von FM-Empfängern verwendet werden, eine Mittenfrequenz von 10,7 MHz und einen Bandpass in der Größenordnung von 5 bis 6 KHz aufweisen.
Die Frequenzen der Intermodulationsprodukte werden so gewählt, dass Schaltungen zur synchronen Detektion verwendet werden, die bei vergleichsweise niedrigen Frequenzen arbeiten, die daher reduzierte Kosten aufweisen und eine besser Empfindlichkeit geben. So wählt man eher eine Frequenzdifferenz (F1 – F2) anstelle einer Summe (F1 + F2), wenn die Werte F1 und F2 hoch sind.
Eine besondere Anwendung der zuvor beschriebenen Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung analoger Signale auf Lichtwellenleitern, zum Beispiel im Rahmen der Übertragung von Fernsehkanälen. Das Schema zur Integration der Detektionsschaltung und der Nichtlinearitätskorrekturschaltung ist in 7 dargestellt.
Sie umfasst einen Sendekopf, der aus einem Laser 61 besteht, der mit einem äußeren optischen Modulator 62 verknüpft ist. Dieser letztere umfasst eine integrierte Linearisierungsvorrichtung, die durch die Steuervorspannungen gesteuert wird. Diese Spannungen werden an den Modulator 62 mittels eine Steuervorrichtung 63 angelegt, die die von der Nichtlinearitätsbewertungsvorrichtung 64 ausgeführten Messungen verwertet. Die Pilotfrequenzen werden durch einen Generator 65 erzeugt, um zu einem ersten Eingang eines Addierers 66 übertragen zu werden. Der zweite Eingang dieses Addierers empfängt das "Nutzmodulationssignal" des optischen Signals. Der Ausgang des Addierers ist mit dem Modulationseingang des optischen Modulators 62 verbunden. Am Ausgang des Modulators ist ein Optokoppler 67 angeschlossen, dessen direkter Ausgang der ausgewertete modulierte Ausgang ist und dessen gekoppelter Ausgang mit einem optischen Empfänger 68 verbunden ist. Dieser Empfänger übersetzt das optische Signal in ein elektrisches Signal, das zu dem Eingang der Messvorrichtung 64 übertragen wird. Diese Messvorrichtung ist zum Beispiel die Vorrichtung 25. Das Eingangssignal ist das in ein elektrisches Signale umgewandelte modulierte optische Signal, das somit die Pilotfrequenzen umfasst. Der Ausgang dieser Schaltung besteht aus zwei Paaren von Signalen I und Q, deren Zahl derjenigen der durch die Vorrichtung 64 gemessenen Komponenten entspricht, die eine Funktion zum Beispiel der an der nichtlinearen Vorrichtung verfügbaren Eingänge ist. Die Einheit aus den optischen Empfängerschaltungen 68, der Messvorrichtung 64, der Steuervorrichtung 63, stellt den Regelkreis dar.

Claims

Verfahren zur Bewertung der Nichtlinearität einer Vorrichtung (11, 23, 62), das darin besteht, ein oder mehrere Pilotsignale (10, 19, 20, 65) stromaufwärts von der Vorrichtung zur Messung von Komponenten ihrer Intermodulationsprodukte am Ausgang dieser Vorrichtung zu erzeugen, wobei – die Pilotsignale durch Filterung (14, 28, 29) des Ausgangssignals der zu messenden Vorrichtung (11, 23) entnommen werden, – die aufgenommenen Pilotsignale zumindest eine bekannte nichtlineare Vorrichtung (15, 30; 37, 40, 48) durchlaufen, die Intermodulationsprodukte mit bekannten Eigenschaften liefert, – zumindest eine der Komponenten der bekannten Intermodulationsprodukte durch zumindest eine Schaltung zur synchronen Detektion (17, 27, 35) ausgewertet wird, um eine Amplituden- und Phasenmessung eines zu messenden Intermodulationsprodukts zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente der bekannten Intermodulationsprodukte (F1 – F2) ausgewertet wird, um zumindest ein zu messenden Intermodulationsprodukt (F1 – F2) auf eine vorbestimmte Frequenz (F3) zu transponieren, die als Modulationsfrequenz des transponierten Signals (F3) gewählt wird, wobei die Modulation durch Schaltungen zur synchronen Detektion (27, 35) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente der bekannten Intermodulationsprodukte (F1 – F2, F1 + F2, 2F1 – F2) ausgewertet wird, um zumindest ein Signal bezüglich des zu messenden Intermodulationsprodukts zu modulieren.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewertete Komponente des bekannten Intermodulationsprodukts (F1 – F2, F1 + F2, 2 × F1 – F2) die gleiche Frequenz aufweist wie das Signal, das die zu messende Komponente aufweist und direkt die Schaltung zur synchronen Detektion (27, 35) moduliert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu messende Komponente diese zu messende Komponente (2 × F1 – F2) ist, die auf die Frequenz einer anderen zu messenden Komponente (F1 – F2) mittels einer zweiten bekannten nichtlinearen Vorrichtung (33) transponiert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung (51) eine Transponierung des Intermodulationsprodukts (F1 – F2) von dem entsprechenden Wert auf die vorbestimmte Frequenz (F3) ist
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungen zur synchronen Detektion (17, 27, 35) Schaltungen mit zwei um π/2 phasenverschobene Strecken sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannte nichtlineare Vorrichtung aus einem Grenzwertkomparator gefolgt von einem binären Multiplizierer (37, 40) besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrfilter (43, 46, 54) bei der Frequenz des durch die Schaltung zur synchronen Detektion (27, 35) zu messenden Signals an den Eingang der Schaltung zur synchronen Detektion (27, 35) angeschlossen ist, um das Gleichstromsignal zu messen, das mit der Intermodulationskomponente verknüpft ist.
Bewertungsvorrichtung für die Nichtlinearität einer zu messenden Vorrichtung (11, 23, 62), mit einem Generator für Pilotsignale (10, 19, 20, 65), wobei die Pilotsignale die zu messende Vorrichtung durchlaufen, mit – Mitteln zum Extrahieren (14, 28, 29), die die Pilotsignale auf der Basis des Ausgangssignals der zu messenden Vorrichtung extrahieren, – eine bekannte nichtlineare Vorrichtung (15, 30; 37, 40, 48), die diese von den Mitteln zum Extrahieren (14, 28, 29) kommenden Pilotsignale empfängt, um bekannte Intermodulationsprodukte zu erzeugen, – eine Schaltung zur synchronen Detektion (17, 27, 35), die mit einem Ausgang der bekannten nichtlinearen Vorrichtung (15, 30, 37, 40, 48) verbunden ist und Signale liefert, die mit der Amplitude und der Phase eines zu messenden Intermodulationsprodukts in Beziehung stehen.
Bewertungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schaltung zur synchronen Detektion (17, 27, 35) bei einer bestimmten Modulationsfrequenz (F3) arbeitet, – die bekannte nichtlineare Vorrichtung (55, 57, 59) eine Komponente der zu messenden Intermodulationsprodukte auf eine Frequenz transponiert, die gleich derjenigen des Modulationssignal (F3) der Schaltung zur synchronen Detektion (17, 27, 35) ist, wobei das transponierte Signal dasjenige ist, das zum Eingang der Schaltung zur synchronen Detektion übertragen wird und das Transpositionssignal in Beziehung zu den Pilotsignalen mit bekannten Eigenschaften ist.
Bewertungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Transponierungssignal auf der Basis einer zweiten bekannten nichtlinearen Schaltung (51) hergestellt wird, die das Modulationssignal (F3) des Synchrondetektors (27, 35) empfängt und eine Komponente eines bekannten Intermodulationsprodukts empfängt, das von einer bekannten nichtlinearen Schaltung (48) kommt, die durch die Pilotsignale gespeist wird.
Bewertungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulationssignal der Schaltung zur synchronen Detektion (17, 27, 35) eine Komponente der bekannten Intermodulationsprodukte ist.