DE69111615T2 - Begrenzungssteuerung in einen mikrowellenleistungssender. - Google Patents

Description

Technisches Gebiet und gewerbliche Anwendbarkeit
• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Begrenzung in einem Leistungsverstärker eines Funk-Kommunikationssystems, wie es beispielsweise bei einem Sender eines Mikrowellen-Funkkommunikationsystems verwendet wird, sowie auf einen Sender für ein derartiges System.
Stand der Technik
• Bei einem Mikrowellen-Funkkommunikationssystem, das beispielsweise QAM (Quadraturamplitudenmodulation) verwendet, ist es gut bekannt, ein Zwischenfrequenzsignal mit einem Überlagerungsoszillator-Signal mit einer Mikrowellen-Trägerfrequenz zu mischen, um ein Mochfrequenzsignal zu erzeugen, das in einem Leistungsverstärker verstärkt und übertragen wird. Wie dies weiterhin gut bekannt ist, weist ein derartiger Leistungsverstärker im allgemeinen eine Übertragungscharakteristik auf, die mit zunehmenden Leistungspegeln zunehmend nichtlinear ist, wobei schließlich ein Begrenzungspegel erreicht wird, bei dem die Ausgangsamplitude nicht mehr mit zunehmender Eingangsamplitude ansteigt, das heißt, das Ausgangssignal ist begrenzt. Es ist bekannt, das einem Leistungsverstärker zugeführte Eingangssignal vorzuverzerren, und die Eingangssignalamplitude zu begrenzen oder in ihrer Leistung zu reduzieren, um sicherzustellen, daß der Begrenzungspegel des Leistungsverstärkers nicht erreicht wird.
• Ein Problem bei der letzteren Technik besteht darin, daß das erforderliche Ausmaß der Leistungsreduzierung schwierig zu bestimmen ist und auch nur schwierig mit einer gewissen Genauigkeit zu realisieren ist. Aufgrund der begrenzten Bandbreite des Funkkommunikationssignals ergibt sich ein Signalüberschwingen in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion des Signals, das in dem Leistungsverstärker berücksichtigt werden muß. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Spitzenleistung des Signals um einen gewissen Betrag, der als Leistungsdreduzierung bezeichnet wird, unter den Begrenzungspegel des Leistungsverstärkers verringert werden muß. Die erforderliche Leistungsreduzierung wird weiterhin durch die speziellen Eigenschaften des Leistungsverstärkers beeinflußt, wie zum Beispiel dessen Temperatur und die Kennlinie der Ausgangstransistoren. Zusätzlich kann die Überwachung der tatsächlichen Ausgangsleistung des Verstärkers aufgrund von Toleranzen der Leistungsüberwachungseinrichtung und deren Kopplung mit dem Verstärkerausgang ungenau sein.
• Aus diesen Gründen und aufgrund der Tatsache, daß eine Begrenzung aufgrund einer unzureichenden Leistungsreduzierung zu Übertragungsfehlern führt, besteht die Neigung, bei bekannten Mikrowellen-Funkkommunikationssystemen eine Leistungsreduzierung zu verwenden, die eher einen Fehler dahingehend aufweist, daß sie zu groß ist, anstatt daß sie zu klein ist. Beispielsweise kann ein 64-QAM-Sysem, bei dem eine Begrenzung um 2dB Zeichenfehler hervorruft, und das einen Verstärker mit einer Sättigungsleistung von 10 Watt aufweist, typischerweise mit einer Leistungsreduzierung von 10 dB betrieben werden, so daß sich lediglich eine maximale Ausgangsleistung von 1 Watt ergibt.
• Weil Mikrowellen-Funkkommunikationssysteme zunehmend mehr QAM- Zustände verwenden und einen vergrößerten dynamischen Bereich erfordern, besteht eine zunehmende Notwendigkeit der Verbesserung des Signal-/Störverhältnisses und damit der maximalen Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers. Entsprechend ist es wünschenswert, die Leistungsreduzierung auf den geringstmöglichen Wert zu verringern. Bei derartigen Systemen, die mehr QAM-Zustände verwenden, verstärkt sich jedoch die Erzeugung von Fehlern aufgrund irgendeiner auftretenden Begrenzung. Wenn beispielsweise ein 512-QAM-System mit einer 36 MHz-Zeichenrate in einem 40 MHz-Kanal verwendet wird, so ruft eine Begrenzung von Signalüberschwingern um lediglich 0,5 dB Zeichenfehler hervor.
• Ein Sender in einem Mikrowellen-Funkkommunikationssystem kann entweder mit einer festen oder einer veränderlichen Ausgangsleistung betrieben werden. Bei einer festen Ausgangsleistung wird der Sender dauernd bei einer vollen Ausgangsleistung mit einer Leistungsreduzierung betrieben, die ausreicht, um eine Sende-Fehlerrate sicherzustellen, die gleich oder besser als die Rest-Zeichenfehlerrate ist, die in einem schwundfreien Betrieb des Systems erwünscht ist. Bei einer veränderlichen Ausgangsleistung ist ein Signalisierungs-Steuer-Rückkanal von dem Empfänger zurück zum Sender vorgesehen, um die Ausgangsleistung des Senders zu steuern. In diesem Fall wird die volle Sender-Ausgangsleistung nur dann verwendet, wenn dies aufgrund von Schwund- oder Übertragungswegverlust-Bedingungen erforderlich ist. Die Sende-Fehlerrate bei voller Leistung muß dann lediglich besser als die empfängerseitige Schwund-Fehlerrate sein, was einige Größenordnungen größer als die schwundfreie Rest-Zeichenfehlerrate ist, die vorstehend genannt wurde. Entsprechend erfordert ein Betrieb mit veränderlicher Ausgangsleistung eine geringere Leistungsreduzierung beim Betrieb des Senders mit voller Leistung.
• Selbst bei einem Betrieb mit veränderlicher Ausgangsleistung ist es jedoch immer noch erforderlich, eine Leistungsreduzierung vorzusehen, die ausreichend ist, um Fehler zu einem Minimum zu machen, die jedoch möglichst nicht größer als diese sein sollte.
• Entsprechend besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein Verfahren zur Steuerung der Begrenzung in einem Mikrowellen-Leistungsverstärker in einer derartigen Weise zu schaffen, daß die Leistungsreduzierung gerade ausreichend ist, um eine gewünschte niedrige Fehlerrate zu erzielen.
Beschreibung der Erfindung
• Gemäß dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Begrenzung in einem Leistungsverstärker eines Funk-Kommunikationssystems geschaffen, bei dem ein Zwischenfrequenz-Eingangssignal mit einem Überlagerungsoszillatorsignal gemischt wird, um ein Hochfrequenzsignal für die Übertragung zu erzeugen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Ableiten eines das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers darstellenden Zwischenfrequenz-Ausgangssignals aus dem Überlagerungsoszillatorsignal und dem Hochfrequenzsignal; Überwachen der Signalkompression zwischen einem Eingang für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und einem Ausgang für das Hochfrequenzsignal durch Vergleichen des Zwischenfrequenz-Ausgangssignals mit dem Zwischenfrequenz- Eingangssignal, wobei die überwachte Signalkompression einem Vergleich der Spitzenwert-zu-Effektivwert-Pegel der Zwischenfrequenz-Eingangs- und Zwischenfrequenz-Ausgangssignale entspricht; und Steuern der Signalverstärkung zwischen dem Eingang für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und dem Ausgang für das Hochfrequenzsignal in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression, um auf diese Weise die Begrenzung in dem Leistungsverstärker zu steuern.
• Vorzugsweise wird das Zwischenfrequenz-Eingangssignal mit dem Überlagerungsoszillatorsignal in einem gesättigten Mischer gemischt, um ein Hochfrequenzsignal mit einem Pegel zu erzeugen, das durch einen Pegel des Zwischenfrequenz-Eingangssignals an dem Mischer bestimmt ist, und der Schritt der Steuerung der Signalverstärkung zwischen dem Eingang für das Zwischenfrequenz- Eingangssignal und dem Ausgang des Hochfrequenz-Signals in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression umfaßt die Steuerung der Verstärkung eines Zwischenfrequenz-Eingangssignalverstärkers zwischen dem Eingang für das Zwischenfrequenz- Eingangssignal und dem Mischer.
• Um die nichtlineare Verstärkungscharakteristik des Leistungsverstärkers zu kompensieren, schließt das Verfahren in vorteilhafter Weise weiterhin die Schritte der Vorverzerrung und Verstärkung des Zwischenfrequenzsignals nach der Verstärkung des Zwischenfreqzenz-Eingangssignals in dem Verstärker ein, dessen Verstärkung in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression gesteuert wird.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt der Schritt der Überwachung der Signalkompression die Schritte der Quadrierung sowohl des Zwischenfrequenz- Ausgangs- als auch des Zwischenfrequenz-Eingangssignals zur Erzeugung demodulierter Signale, die Integration einer Differenz zwischen jedem demodulierten Signal und einem jeweiligen adaptiven Pegel, der in Abhängigkeit von der Integration erzeugt wird, und der Erzeugung eines Verstärkungssteuersignals in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen den integrierten Signalen.
• Die Erfindung ergibt weiterhin einen Sender für ein Funk- Kommunikationssystem, der folgende Teile umfaßt: Einrichtungen zur Verstärkung eines Zwischenfrequenz-Eingangssignals; einen Mischer zum Mischen eines Überlagerungsoszillatorsignals mit dem verstärkten Zwischenfrequenzsignal zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals; einen Leistungsverstärker zur Verstärkung des Hochfrequenzsignals zur Übertragung; Einrichtungen zur Erzeugung eines den Ausgang des Leistungsverstärkers darstellenden Zwischenfrequenz-Ausgangssignals aus dem verstärkten Hochfrequenzsignal; auf das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal ansprechende Einrichtungen zur Überwachung der Signalkompression zwischen einem Eingang des Zwischenfrequenz-Eingangssignals und einem Ausgang des Leistungsverstärkers; wobei die überwachte Signalkompression einem Vergleich der Spitzen-zu-Effektivwert-Pegel des Einganges für das Zwischenfrequenzsignal und des Ausgangssignal des Leistungsverstärkers entspricht; und Einrichtungen zur Steuerung der Signalverstärkung zwischen dem Eingang für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und dem Ausgang des Leistungsverstärkers in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression, um auf diese Weise die Begrenzung in dem Leistungsverstärker zu steuern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter verständlich, in denen gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren zur Bezeichnung gleicher Bauteile verwendet werden, und in denen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das Teile eines Senders eines Mikrowellen-Funk-Kommunikationssystems gemäß dieser Erfindung zeigt,
• Fig. 2 eine graphische Darstellung ist, die eine Signal- Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion zeigt, anhand der die Betriebsweise eines Spitzenwert-Begrenzungsdetektors des Senders nach Fig. 1 erläutert wird,
• Fig. 3 ein Blockschaltbild ist, das mit größeren Einzelheiten Teile des Senders nach Fig. 1 zeigt, und
• Fig. 4 den Spitzenwert-Begrenzungsdetektor des Senders nach Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
• In Fig. 1 sind Teile eines Senders eine 512-QAM-Mikrowellen- Funk-Kommunikationssystems gezeigt. Ein Zwischenfrequenz-Eingangssignal IF IN (beispielsweise 140 MHz), das Phasenquadratur- Signalkomponenten einschießt, wird über eine Leitung 10 einem ersten Zwischenfrequenzverstärker 12 mit automatischer Verstärkungsregelung zugeführt, dessen Ausgang über eine Vorverzerrungseinrichtung 14 einem zweiten Zwischenfrequenzverstärker 16 mit automatischer Verstärkungsregelung zugeführt wird. Ein Überlagerungsoszillator 18 schließt einen Mikrowellenfrequenz- Generator ein, der ein Trägersignal bei einer Mikrowellenfrequenz, beispielsweise 4 GHz erzeugt, mit dem der Ausgang des Verstärkers 16 in einem gesättigten Spiegelfrequenzunterdrückungs-Mischer 20 gemischt wird. Der Mischer 20 kann so betrieben und gesteuert werden, wie dies in dem US-Patent 5 033 110 mit dem Anmeldetag vom 16. Juli 1991 auf den Namen von S.G. Harman unter dem Titel 'Frequency Converter for a Radio Communication System' beschrieben und beansprucht ist.
• Das Ausgangssignal des Mischers 20 ist ein Einseitenbandsignal, das in einem Halbleiter-Mikrowellen-Hochfreqenzleistungsverstärker 22 verstärkt und als Hochfrequenz-Ausgangssignal RF OUT über eine Leitung 24 übertragen wird, wobei ein kleiner Teil des Hochfrequenzssignals über einen Koppler 26 abgezweigt wird. Eine Mischer- und Tiefpaßfilterschaltung 30 mischt diesen abgezweigten Teil des Hochfrequenzsignals mit einer Trägersignalkomponente, die von dem Oszillator 18 über eine Leitung 31 geliefert wird, um ein kohärentes Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen, und um dieses einer Tiefpaßfilterwirkung zu unterwerfen, um ein Zwischenfrequenzsignal an einer Leitung 32 zu erzeugen. Dieses Zwischenfrequenzsignal an der Leitung 32 stellt eine Wiedergabe des Mochfrequenz-Ausgangssignals dar und wird entsprechend als Zwischenfrequenz-Ausgangssignal bezeichnet. Dieses Zwischenfrequenz-Ausgangssignal wird an eine Konstantverstärkungs- Steuerschaltung 34 zurückgeführt, die die Verstärkung des zweiten Zwischenfrequenz-Verstärkers 16 mit automatischer Verstärkungsregelung steuert, um eine konstante Signalverstärkung von dem Ausgang des Vorverzerrers 14 bis zur Hochfrequenz- Ausgangsleitung 24 zu liefern, wobei diese konstante Signalverstärkung die Konstruktion und gerätemäßige Ausführung des Vorverzerrers 14 erleichtert. In der Praxis kann der Leistungsverstärker 22 geschaltet werden, um verschiedene Verstärkungspegel für unterschiedliche Mikrowellen-Schwundbedingungen zu erzielen, wobei die Konstantverstärkungs-Steuerschaltung 34 und der Vorverzerrer 14 entsprechend geschaltet werden. Dieses Umschalten ist jedoch für die Erfindung nicht wesentlich und wird entsprechend hier nicht weiter beschrieben.
• Bei Fehlen eines zusätzlich eingreifenden Steuersignals von einem Spitzenwert-Begrenzungsdetektor 38, der weiter unten beschrieben wird, dient eine Pegelsteuerschaltung 36 zur Steuerung der Verstärkung des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 12 mit automatischer Verstärkungsregelung in Abhängigkeit von einem Sendepegel-Steuersignal (Tx. LEVEL), das über eine Leitung 40 geliefert wird. Dieses Sendepegel-Steuersignal wird in bekannter Weise über einen Rückkanal von einem entfernt angeordneten Empfänger geliefert, zu dem das Hochfrequenz-Ausgangssignal an der Leitung 24 übertragen wird. Wenn im Betrieb der von dem Empfänger empfangene Signalpegel absinkt, so wird die Pegelsteuerschaltung 36 über den Rückkanal und das Sendepegel- Steuersignal an der Leitung 40 so gesteuert, daß die Verstärkung des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 12 mit automatisch geregelter Verstärkung vergrößert wird, wodurch die Amplitude des an den Vorverzerrer 14 gelieferten Zwischenfrequenzsignals vergrößert wird. Im HInblick auf die Konstantverstärkungssteuerung, die für den zweiten Zwischenfrequenzverstärker 16 in der vorstehend beschriebenen Weise vorgesehen ist, und im Hinblick auf die Tatsache, daß der Mischer 20 ein gesättigter Mischer ist (d.h. daß das dem Mischer zugeführte Überlagerungsoszillatorsignal eine wesentlich größere Amplitude als das Zwischenfrequenzsignal aufweist), wird der Hochfrequenz-Ausgangssignalpegel daher vergrößert, um den verringerten Empfangssignalpegel zu kompensieren.
• Die Zwischenfrequenzsignale an den Leitungen 10 und 32 werden durch Verstärker 40 bzw. 42 mit automatischer Verstärkungsregelung auf ähnliche Pegel verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 42, das gemäß Fig. 1 einer Phasenauf lösung bzw. -transformation in einer Phasenresolverschaltung unterworfen wird, und der Ausgang des Verstärkers 40 werden einer Zerhacker- und Mischerschaltung 46 zugeführt, in der sie zerhackt und abwechselnd einer Quadrier- und Tiefpaßfilterschaltung 48 zugeführt werden. Der Ausgang der Schaltung 48 wird dem Spitzenwertbegrenzungsdetektor 38 zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Steuersignal für die Pegelsteuerschaltung 36 bildet, wie dies weiter ober erwähnt wurde.
• Das zerhackte abwechselnde Ausgangssignal der Schaltung 48 wird außerdem einem Spitzenwert-Verstärkungsregelungsdetektor 50, der die Verstärkung des Verstärkers 30 steuert, sowie einer Effektivwert-Verstärkungsregelungssteuerschaltung 52 zugeführt, die die Verstärkung des Verstärkers 42 steuert.
• Die Betriebsweise der Anordnung nach Fig. 1 wird weiter unten unter zusätzlicher Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, die eine graphische Darstellung ist, die eine Signal-Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion für die Hochfrequenz-Hüllkurve eines 512- QAM-Systems zeigt. Die horizontale Achse in Fig. 2 zeigt die Spitzensignalleistung in Dezibel (dB) gegenüber der Effektivwert-Signalleistung, die durch den 0 dB-Leistungspegel dargestellt ist. Die vertikale Achse in Fig. 2 stellt bei dem speziellen verwendeten Modulationsschema (512-QAM) die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Signals dar, das bei diesem oder einem höheren Spitzenleistungspegel auftritt. Eine Kurve 62 stellt die Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktion für das unverzerrte Zwischenfrequenz-Eingangssignal an der Leitung 10 dar, und eine Kurve 63 stellt die Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktion für das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal an der Leitung 32 dar. Die Differenz zwischen diesen beiden Kurven stellt die Signalkompression oder Spitzenwert-Begrenzungs-Amplitudenverzerrung dar, die (nach der durch den Vorverzerrer 14 erzielten Kompensation) aufgrund der nichtlinearen Verstärkungs- und Spitzenwert- Begrenzereigenschaften des Leistungsverstärkers 22 verbleibt.
• Daher stellt bei irgendeiner Signal-Wahrscheinlichkeitsdichte, beispielsweise 10-6, wie dies durch eine gestrichelte Linie 64 in Fig. 2 dargestellt ist, die Differenz X zwischen den Kurven 63 und 62 die Amplitudenverzerrung oder Signalkompression dar, die aufgrund der Spitzenwert-Begrenzung durch den Leistungsverstärker 22 erzeugt wird. Der Spitzenwert-Begrenzungsdetektor 38 dient zur Überwachung dieses Unterschiedes X bei einer vorgegebenen Signal-Wahrscheinlichkeitsdichte, die so ausgewählt ist, daß ein optimales Detektoransprechverhalten erzielt wird. In dem Fall, daß diese Differenz X einen Schwellenwertpegel überschreitet, der einem maximal zulässigen Ausmaß einer Spitzenwertbegrenzung entspricht, oberhalb dessen Zeichenfehler auftreten können, wird die Pegelsteuerung, die durch die Schaltung 36 über die Leitung 40 ausgebildet wird, übersteuert, und die Verstärkung des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 12 mit automatischer Verstärkungsreglung und damit die Amplitude des Hochfrequenz-Ausgangssignals wird durch das Ausgangssignal des Spitzenwert-Begrenzungsdetektors 38 begrenzt.
• Daher wird in einem Fall mit starkem Schwund die Verstärkung des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 12 und damit die Amplitude des Hochfrequenz-Ausgangssignals durch die Rückkanal- Steuerung über die Leitung 40 vergrößert, bis der Detektor 38 diese Steuerung übersteuert, um die Spitzenwertbegrenzung in dem Verstärker 22 zu begrenzen, wodurch Zeichenfehler aufgrund der Spitzenwertbegrenzung in dem Verstärker 22 vermieden werden. Weil der Verstärker 22 im Inneren der Regelschleife liegt, kann daher irgendein individueller Leistungsverstärker 22 mit seinem jeweiligen maximalen Leistungsausgangspegel arbeiten, bevor eine übermäßige Spitzenwertbegrenzung auftritt. Weiterhin berücksichtigt die Regelschleife sich mit der Zeit ändernde Eigenschaften des Leistungsverstärkers 22. Als Ergebnis dieser Faktoren kann der konstruktiv festgelegte Pegel der Leistungsreduzierung für den Leistungsverstärker 22 auf einen niedrigeren Wert als bei dem Stand der Technik verringert werden, und jeder Leistungsverstärker 22 ist in der Lage, bei seinem speziellen maximalen Ausgangsleistungspegel zu arbeiten.
• Um eine geeignete Auswertung der Differenz X in Fig. 2 durch den Spitzenwert-Begrenzungsdetektor 38 zu erzielen, wird eine Gleichheit der Effektivwertpegel der Zwischenfrequenz-Eingangs - und Ausgangssignale an den Leitungen 10 und 32 mit Hilfe eines zerhackerstabilisierten Vergleichs ausgebildet, der über die Bauteile 46, 48, 52 und 42 in Fig. 1 erzielt wird. Hierdurch wird die kostspieligere Aufgabe (insbesondere im Hinblick auf den großen Spitzenwert-zu-Effektivwert-Faktor für das Zwischengrequenz-Eingangssignal) der Ausbildung eines absoluten Effektivwertpegels für Vergleichszwecke vermieden. Der Spitzenwert- Begrenzungsdetektor 38 ist ebenfalls zerhackerstabilisiert, um die Zwischenfrequenz-Eingangs- und Ausgangssignal-Spitzenwerte bei einer gemeinsamen Wahrscheinlichkeitsdichte zu vergleichen (beispielsweise bei 10-6, wie dies durch die gestrichelte Linie 64 in Fig. 2 gezeigt ist), wobei diese Wahrscheinlichkeitsdichte im Hinblick auf die Zerhackerstabilisation durch die Widerstands-Kondensator-Zeitkonstanten in dem Spitzenwert-Begrenzungsdetektor eingestellt werden kann.
• Fig. 3 zeigt die Teile 40 bis 52 nach Fig. 1 in ausführlicherer Weise. Wie dies bereits erwähnt wurde, ist die Phasenresolverschaltung 40 wahlweise verwendbar, doch ist sie hier gezeigt, weil sie für andere Zwecke vorgesehen sein kann, die keinen Teil dieser Erfindung bilden. Entsprechend kann die Phasenresolverschaltung 44 fortgelassen werden und der Ausgang des Verstärkers 42 ist dann direkt mit der Zerhacker- und Mischerschaltung 46 verbunden.
• Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt die Phasenresolverschaltung 44 eine Phasensteuerschaltung 442, eine Kompensations- Verzögerungsleitung 444, eine sin/cos-Quelle 446 und eine Phasendrehschaltung, die einen Signalkoppler 448 mit Phasenquadratur-Ausgängen, Multiplizierer 450 und 452 sowie einen Addierer 454 umfaßt. Die Phasensteuerschaltung 442 umfaßt einen Effektivwert- (RMS-) Phasendetektor und ein nachfolgendes Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 54MHz. Das hinsichtlich der Verstärkung eingestellte Zwischenfrequenz-Eingangssignal von dem Verstärker 40 wird einem Eingang der Phasensteuerschaltung 442 über die Verzögerungsleitung 444 zugeführt, und dem anderen Eingang der Phasensteuerschaltung 442 wird das hinsichtlich der Verstärkung eingestellte und hinsichtlich der Phase aufgelöste Zwischenfrequenz-Ausgangssignal zugeführt. Der Ausgang der Phasensteuerschaltung 442 steuert die sin/cos-Quelle 446 an, deren Ausgänge mit den Phasenquadraturkomponenten des Zwischenfrequenz-Ausgangssignals multipliziert werden, das von dem Koppler 448 aus dem Ausgang des Verstärkers 42 erzeugt wird. Die Multiplikationsprodukte werden in dem Addierer 454 addiert, um das Ausgangssignal der Phasenresolverschaltung 44 zu bilden. Obwohl dies in Fig. 3 aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt ist, ist die Phasenresolverschaltung 44 in bekannter Weise zerhackerstabilisiert, beispielsweise unter Verwendung eines 5 kHz-Rechteckschwingungs-Zerhackersteuersignals CC, das weiter unten erläutert wird.
• Das hinsichtlich seiner Verstärkung eingestellte Zwischenfrequenz-Eingangssignal von dem Verstärker 40 und das hinsichtlich seiner Verstärkung eingestellte und phasenaufgelöste Zwischenfrequenz-Ausgangssignal von der Phasenresolverschaltung 44 werden außerdem der Zerhacker- und Mischerschaltung 46 zugeführt, die in Fig. 3 durch einen Wählschalter dargestellt ist, der durch das Zerhacker-Steuersignal CC gesteuert wird. Daher werden am Ausgang der Schaltung 46 die beiden Zwischenfrequenzsignale in einer zerhackten und abwechselnden Weise mit der Zerhackerrate von 5 kHz erzeugt. Das zerhackte abwechselnde Signal wird in einer Schaltung 482 quadriert, die eine cos²- Charakteristik aufweist, um die Basisband-Amplitudeninformation zurückzugewinnen, und das resultierende Signal wird einer Tiefpaßfilterung in einem 54 MHz-Tiefpaßfilter 484 unterworfen, wobei diese Schaltungen 482 und 484 zusammen die Quadrier- und Tiefpaßfilterschaltung 48 bilden. Die eine cos²-Charakteristik aufweisende Schaltung 482 ergibt eine einfache Demodulation der Zwischenfrequenzsignale, die hinsichtlich der Phase und der Amplitude mit den Modulations-Seitenbändern der Zwischenfrequenzsignale kohärent sind. Dies ist wesentlich weniger kostspielig als wenn ein Demodulator vom Trägerrückgewinnungstyp vorgesehen würde, und aufgrund der Nichtlinearität ergibt sich eine Erweiterung der Signalspitzen, so daß diese leichter zu detektieren sind. Das Ausgangssigal des Tiefpaßfilters 484 wird dem Spitzenwert-Verstärkungsregelungsdetektor 50 und der Effektivwert-Verstärkungsregelungs-Steuerschaltung 52 zugeführt, die in Fig. 3 gezeigt sind, sowie dem Spitzenwertbegrenzer- Detektor 38.
• Der Spitzenwert-Verstärkungsregelungsdetektor 50 besteht aus einem Spitzenwertpegel-Vergleicher 502 und einem Integrator 504. Der Vergleicher 502 wird durch das Zerhacker-Steuersignal CC gesteuert, um das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 484 zu Zerhackerzeiten, zu denen die Schaltung 46 an den Ausgang des Verstärkers 40 geschaltet ist, mit einem Schwellenwertpegel zu vergleichen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das von den Spitzenwertpegeln des Zwischenfrequenz-Eingangssignals abhängt, und dieses Ausgangssignal wird in dem Integrator 504 integriert, um ein Verstärkungsregelungssignal für den Verstärker 40 zu liefern. Die Effektivwert-Verstärkungsregelungssteuerschaltung 52 umfaßt eine Abtast- und Halteschaltung 522 und einen Integrator 524. Die Abtast- und Halteschaltung 522 wird durch das Zerhacker-Steuersignal CC gesteuert, um das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 484 zu Zerhackerzeiten abzutasten, wenn die Schaltung 46 abwechselnd auf ihre beiden Eingänge geschaltet wird, und ihr Ausgangssignal, das irgendeine Differenz zwischen den Effektivwertpegeln der der Schaltung 46 zugeführten Zwischenfrequenz-Eingangs- und Ausgangs-Signale darstellt, wird in dem Integrator 524 integriert und zur Steuerung der Verstärkung des Verstärkers 42 verwendet, so daß irgendeine Effektivwert-Pegeldifferenz beseitigt wird.
• Gemäß Fig. 4 umfaßt der Spitzenwert-Begrenzungsdetektor 38 einen Differenzverstärker 381 mit einem nichtinvertierenden (+) Eingang, dem der Ausgang des Tiefpaßfilters 484 zugeführt wird, und mit einem Ausgang, der über einen Schalter 382 abwechselnd mit den Eingängen von zwei Integrationsschaltungen 383 und 384 verbunden wird. Die Ausgangssignale der Integrationsschaltungen werden abwechselnd über einen Schalter 385 und einem Gegenkopplungswiderstand 386 einem invertierenden Eingang (-) des Verstärkers 381 zugeführt, und sie werden über Widerstände 387 bzw. 388 den Differenzeingängen eines Differenzverstärkers 389 zugeführt. Eine Abtast- und Halteschaltung 390 tastet das Ausgangssignal des Verstärkers 399 ab, um ein Ausgangssignal des Spitzenwert-begrenzungsdetektors zu erzeugen, das der Pegelsteuerschaltung 36 zugeführt wird. Wie dies bereits erwähnt wurde, übersteuert dieses Ausgangssignal bei Überschreiten des Schwellenwertpegels, der dem maximal zulässigen Ausmaß der Spitzenwertbegrenzung entspricht, die Verstärkungssteuerung des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 12 durch das Rückkanal-Signal an der Leitung 40 und verringert direkt die Verstärkung des Verstärkers 12, um die Spitzenwertbegrenzung auf einem niedrigen Pegel zu halten, bei dem Zeichenfehler vermieden werden.
• Wie dies durch eine gestrichelte Linie 391 gezeigt ist, werden die Schalter 382 und 383 synchron in Abhängigkeit von dem Zerhackersteuersignal CC gesteuert. Damit werden die Integrationsschaltungen 383 und 384 abwechselnd für ein Zusammenwirken mit dem Verstärker 381 während jeweiliger Halbperioden des Signals CC verbunden. Weil der Ausgang des Tiefpaßfilters 484 Signalkomponenten enthält, die aufgrund der Betriebsweise der Zerhackerund Mischerschaltung 46 abwechselnd mit der Zerhackerfrequenz von den Zwischenffrequenz-Ausgangs- und Eingangs-Signalen abgeleitet werden, bewirkt die Integrationsschaltung 383 eine Integration einer Differenz, die von dem Verstärker 381 zwischen seinem Ausgang und einer von dem Zwischenfrequenz-Ausgangssignal abgeleiteten Signalkomponente gebildet wird, und die Integrationsschaltung 384 bewirkt eine Integration einer Differenz, die von dem Verstärker 381 zwischen seinem Ausgang und einer von dem Zwischenfrequenz-Eingangssignal abgeleiteten Signalkomponente gebildet ist. Als Ergebnis folgen die Ausgänge der Integrationsschaltungen 383 und 384 der mittleren Leistung des Zwischenfrequenz-Ausgangs- bzw. Zwischenfrequenz-Eingangssignals
• Die Parameter des Spitzenwert-Begrenzerdetektors 38, d.h. die Größen der Widerstände und die Integrationszeitkonstanten sind so ausgewählt, daß die Integrationsschaltungen bei einer vorgegebenen Signal-Wahrscheinlichkeitsdichte arbeiten, beispielsweise bei 10&supmin;&sup6;, wie dies durch die Linie 64 in Fig. 5 gezeigt ist, wobei dies durch die adaptive Rückführung eines Pegels über den Widerstand 386 zum Verstärker 381 bestimmt wird, der zur Verstärkung der Differenz zwischen dem Eingang von dem Tiefpaßfilter 484 und diesem adaptiven Pegel (für jeden Zustand der Schalter 382 und 385) wirkt. Die Ausgänge der Integrationsschaltungen 383 und 384 entsprechen daher den Schnittpunkten der Kurven 63 bzw. 62 mit der Linie 64. Weil der Verstärker 389 die Differenz zwischen den Ausgängen dieser Integrationsschaltungen bildet und abgetastet und festgehalten wird, um einen Spitzenwert-Begrenzerdetektorausgang zu erzeugen, stellt dieser Ausgang das Ausmaß der Signalkompression X gemäß Fig. 2 dar, die zwischen der Zwischenfrequenz-Eingangsleitung 10 und der Zwischenfrequenz-Ausgangsleitung 24 auftritt.
• Wie dies leicht zu erkennen ist, steigt diese Signalkompression an, wenn die Begrenzung des Signals durch den Leistungsverstärker 22 auftritt und zunimmt. Damit liefert das Detektorausgangssignal eine eindeutige Anzeige dafür, wie nahe die Eingangssignalamplitude an den Leistungsverstärker 22 an Begrenzungspegeln innerhalb des Verstärkers liegt. Wenn die Begrenzung eintritt, so sind die Kompression X und damit der Ausgang des Kompressionsdetektors 50 groß, während, wenn keine Begrenzung vorliegt, die Kompression X und damit der Ausgang des Kompressionsdetektors 50 niedrig ist.
• Wie dies bereits beschrieben wurde, wird das Ausgangssignal des Spitzenwert-Begrenzungsdetektors 38 bei Überschreiten eines in der Pegelsteuerschaltung 36 eingestellten Schwellenwertpegels dazu verwendet, die Verstärkungssteuerung über die Leitung 40 zu übersteuern und direkt die Verstärkung des ersten verstärkungsgeregelten Zwischenfrequenzverstärkers 12 zu veringern, wodurch die Amplitude des Zwischenfrequenzsignals am Ausgang des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 12 verringert wird. Weil diese Amplitude weiterhin die Amplitude des dem Leistungsverstärker 22 zugeführten Hochfrequenzsignals bestimmt, weil der Mischer 20 ein gesättigter Mischer ist, wird auch der Eingangssignalpegel des Leistungsverstärkers verringert, um die Spitzenwertbegrenzung oder die Signalkompression zu verringern.
• Auf diese Weise wird eine Regelschleife gebildet, die die von dem Verstärker hervorgerufene maximale Signalkompression auf einem gewünschten niedrigen Pegel hält. Auf diese Weise kann der Leistungsverstärker 22 bei dem höchsten Signalpegel und damit dem höchsten Signal-/Störverhältnis betrieben werden, der bzw. das ohne übermäßige Signalverzerrung möglich ist, die Fehler hervorruft.
• Weiterhin sieht diese Anordnung vor, daß, wenn das Leistungsverhalten des Leistungsverstärkers beispielsweise sich über die Zeit oder mit sich ändernden Temperaturen ändert, die Signalverzerrung nicht vergrößert wird, sondern dadurch konstant gehalten wird, daß die Eingangssignalamplitude an den Leistungsverstärker verringert wird. Im Gegensatz hierzu führt bei bekannten Mikrowellen-Funk-Kommunikationssystemen eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Leistungsverstärkers dazu, daß dem Leistungsverstärker ein erhöhter Signalpegel zugeführt wird, wobei versucht wird, einen konstanten Ausgangsleistungspegel aufrechtzuerhalten, was zu einer vergrößerten Signalverzerrung und damit zu vergrößerten Fehlerraten führt.
• Obwohl vorstehend eine spezielle bevorzugte Ausführungsform eines Spitzenwert-Begrenzungsdetektors beschrieben wurde, ist es verständlich, daß andere Formen von Detektoren vorgesehen werden könnten. Beispielsweise könnten die Zwischenfrequenz- Eingangs- und -Ausgangssignale statt dessen hinsichtlich ihrer Phase ausgerichtet und normalisiert werden, und ihre Differenz (die den komprimierten oder begrenzten Teil des Signals darstellt) könnte mit dem Auftreten von Amplitudenspitzen in dem Zwischenfrequenzsignal korreliert werden, um ein Signal zu erzeugen, daß das Ausmaß der Kompression oder Begrenzung anzeigt, wobei dieses Signal in der gleichen Weise verwendet werden könnte, wie dies vorstehend beschrieben wurde, um die Verstärkung des ersten verstärkungsgeregelten Zwischenfrequenzverstärkers in adaptiver Weise zu steuern.
• Weiterhin könnte, obwohl vorstehend beschrieben wurde, daß die Verstärkung des ersten verstärkungsgeregelten Zwischenfrequenzverstärkers 12 gesteuert wird und ein gesättigter Mischer 20 verwendet wird, so daß der Zwischenfrequenz-Signalpegel direkt den dem Leistungsverstärker 22 zugeführten Hochfrequenzsignalpegel bestimmt, stattdessen die Verstärkung des zweiten verstärkungsgerelgelten Zwischenfrequenzverstärkers, die Verstärkung des Leistungsverstärkers 22 oder die Dämpfung des Signalabschwächers in dem Signalpfad (beispielsweise am Eingang des Leistungsverstärkers) gesteuert werden, um ein entsprechendes Ergebnis zu erzielen. Diese letztgenannten Anordnungen sind jedoch nicht bevorzugt, weil sie die erforderliche Steuerung des Vorverzerrers 14 schwieriger machen würden, und weil es wesentlich einfacher ist, die Verstärkung des ersten verstärkungsgeregelten Zwischenfrequenzverstärkers zu steuern, als die Verstärkung des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers 22 zu steuern.
• Es ist weiterhin zu erkennen, daß obwohl in den vorstehend beschriebenen Anordnungen eine synchrone Abwärtswandlung in dem Mischer und Tiefpaßfilter 32 verwendet wird, um das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal zu erzeugen, dies für die Erfindung nicht wesentlich ist, weil der Spitzenwert-Begrenzungsdetektor 38 lediglich auf Signalamplituden anspricht. Daher könnte bei der vorstehenden Anordnung und insbesondere bei einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem, wie es beispielsweise für Zellular- Funkkommunikationen verwendet wird, eine asynchrone Abwärtsumwandlung des abgezweigten Teils des Hochfrequenz-Ausgangssignals verwendet werden, um das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal zu erzeugen. In diesem Fall würde die Phasenresolverschaltung 44 in der vorstehend beschriebenen Weise fortgelassen werden, weil ihre Bandbreite zu schmal sein würde, damit sie in einer asynchronen Anordnung arbeiten kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung der Begrenzung in einem Leistungsverstärker eines Funk-Kommunikationssysteins, bei dem ein Zwischenfrequenz-Eingangssignal mit einem Überlagerungsoszillatorsignal gemischt wird, um ein Hochfrequenzsignal für die Über-10 tragung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Ableiten eines Zwischenfrequenz-Ausgangssignals (32), das den Ausgang des Leistungsverstärkers (22) darstellt, aus dem Überlagerungsoszillatorsignal (31) und dem Hochfrequenzsignal (24),

Überwachen der Signalkompression zwischen einem Eingang (19) für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und einem Ausgang für das Hochfrequenzsignal durch Vergleichen (38) des Zwischenfrequenz-Ausgangssignals mit dem Zwischenfrequenz-Eingangssignal, wobei die überwachte Signalkompression einem Vergleich der Spitzenwert-zu-Effektivwert-Pegel der Zwischenfrequenz-Eingangsund Zwischenfrequenz-Ausgangssignale entspricht, und

Steuern (36) der Signalverstärkung zwischen dem Eingang für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und dem Ausgang für das Hochfrequenzsignal in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression, um auf diese Weise die Begrenzung in dem Leistungsverstärker zu steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenfrequenz- Eingangssignal mit dem Überlagerungsoszillatorsignal in einem gesättigten Mischer (20) gemischt wird, um das Hochfrequenzsignal mit einem durch den Pegel des Zwischenfrequenz-Eingangssignals an dem Mischer bestimmten Pegel zu erzeugen, und daß der Schritt der Steuerung der Signalverstärkung zwischen dem Eingang (10) für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und dem Ausgang für das Hochfrequenzsignal (24) in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression die Steuerung eines Zwischenfrequenz-Eingangssignalverstärkers (12) zwischen dem Eingang für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und dem Mischer umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2 unter Einschluß der Schritte der Vorverzerrung (14) und Verstärkung (16) des Zwischenfrequenzsignals nach der Verstärkung des Zwischenfrequenz-Eingangssignals in dem Verstärker (12), dessen Verstärkung in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression gesteuert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Schritt der Überwachung der Signalkompression die Schritte der Quadrierung (48) jedes der Zwischenfrequenz-Ausgangs- und Zwischenfrequenz-Eingangssignale zur Erzeugung demodulierter Signale, die Integration (383, 384) einer Differenz zwischen jedem demodulierten Signal und einem jeweiligen adaptiven Pegel, der in Abhängigkeit von der Integration erzeugt wird, und der Erzeugung eines Verstärkungssteuersignals in Abhängkeit von einer Differenz (389) zwischen den integrierten Signalen umfaßt.

5. Sender für ein Hochfrequenz-Kommunikationssystem mit Einrichtungen (12) zur Verstärkung eines Zwischenfrequenz-Eingangssignals, mit einem Mischer (20) zum Mischen eines Überlagerungsoszillatorsignals mit dem verstärkten Zwischenfrequenzsignals zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals, und mit einem Leistungsverstärker (22) zur Verstärkung des Hochfrequenzsignals für eine Übertragung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender weiterhin folgende Teile umfaßt:

Einrichtungen (30) zur Erzeugung eines Zwischenfrequenz- Ausgangssignals, das den Ausgang des Leistungsverstärkers darstellt, aus dem verstärkten Hochfrequenzsignal,

Einrichtungen (34, 48) die auf das Zwischenfrequenz- Eingangssignal und das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal ansprechen, um die Signalkompression zwischen einem Eingang für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und einem Ausgang des Leistungsverstärkers zu überwachen, wobei die überwachte Signalkompression einem Vergleich der Spitzenwert-zu-Effektivwert- Pegel des Eingangs für das Zwischenfrequenz-Eingangssignal und des Ausgangs des Leistungsverstärkers entspricht, und

Einrichtungen zur Steuerung der Signalverstärkung zwischen dem Eingang des Zwischenfrequenz-Eingangssignals und dem Ausgang des Leistungsverstärkers in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression, um auf diese Weise die Begrenzung in dem Leistungsverstärker zu steuern.

6. Sender nach Anspruch 5, bei dem der Mischer ein gesättigter Mischer (20) zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals mit einem Pegel ist, der durch die Amplitude des verstärkten Zwischenfrequenz-Eingangssignal bestimmt ist, und bei dem die Einrichtung (36) zur Steuerung der Signalverstärkung in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression Einrichtungen zur Steuerung der Verstärkung der Einrichtungen (12) zur Verstärkung des Zwischenfrequenz-Eingangsignals umfaßt.

7. Sender nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtung zur Verstärkung des Zwischenfrequenz-Eingangssignals einen ersten Zwischenfrequenzverstärker (12), dem das Zwischenfrequenz- Eingangssignal zugeführt wird, einen zweiten Zwischenfrequenzverstärker (16) und einen Vorverzerrer (14) umfaßt, der einen Ausgang des ersten Zwischenfrequenzverstärkers mit einem Eingang des zweiten Zwischenfrequenzverstärkers koppelt und bei dem die Einrichtungen (36) zur Steuerung der Signaverstärkung in Abhängigkeit von der überwachten Signalkompression Einrichtungen zur Steuerung der Verstärkung des ersten Zwischenfrequenzverstärkers (12) umfaßt.

8. Sender nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem die Einrichtung (38, 48) zur Überwachung der Signalkompression Einrichtungen (48) zur Quadrierung jedes der Zwischenfrequenz-Ausgangs- und Zwischenfrequenz-Eingangssignale zur Erzeugung demodulierter Signale, Einrichtungen (383, 384) zur Integration einer Differenz zwischen jedem demodulierten Signal und einem jeweiligen adaptiven Pegel, der in Abhängigkeit von der Integration erzeugt wird, und Einrichtungen (389) zur Erzeugung eines Verstärkungssteuersignals in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen den integrierten Signalen umfaßt.