JP4164023B2 - Ａｍ通信機を用いたディジタル送信のための方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、ディジタル化が進むにつれて、アナログ振幅変調（ＡＭ）からディジタル変調に変換する放送送信機の分野に関する。
【０００２】
このような状況において、本目的は、ＲＦ入力（無線周波数）および音声入力を特徴とする、従来型の通常の送信機タイプである、非線型ＡＭ送信機を、継続して使用することである。その理由は、以下の通りである。
【０００３】
すなわち、ＡＭ送信機が内部でスイッチド・モードで動作し、したがって、たとえば、ＤＡＢ（ディジタル音声放送）やＤＶＢ（ディジタル・ビデオ放送）の場合に、ディジタル送信用に、通常、使用される線形送信機の効率と比べると、３倍も向上した効率を有することである。この結果、運転費が削減される。
また、準備段階で多大な投資を必要としなければ、アナログからディジタルへの変換を放送業者に納得させることが容易である。
【０００４】
ＡＭ放送のディジタル化は、これらの周波数範囲やそこで使用される技術を、長期にわたって保持する唯一の機会であると考えられる。その実施を目的として、コンソーシアム「ＤＲＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏ Ｍｏｎｄｉａｌｅ）」が設立された。１９９９年、第４３年度、第１号、ページ２９〜３５、「Ｒｕｎｄｆｕｎｋｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｍｉｔｔｅｉｌｕｎｇｅｎ（放送ニュースレター）」を参照されたい。
【０００５】
ディジタル変調のために非線型ＡＭ送信機を使用するには、送信機に特別なオペレーティング・モードが必要である。被変調ディジタル信号は、互いに直交する、２つの部分信号（ＩおよびＱ）によって生成される。Ｉ信号（「同相」）は、周波数Ｆｔ（搬送周波数）を有する余弦振動に変調される。Ｑ信号（「直角位相」）は、同じ周波数Ｆｔを有する正弦振動に変調される。両方の被変調振動の和から、複雑な被変調データ信号（余弦０〜１８０度、正弦９０〜＋９０度）が作り出される。被変調Ｉ／Ｑ信号は、それが所望の帯域幅を有する規定曲線形状を正確に有するような方式で、フィルタによって形づくられる。
【０００６】
非線形オペレーションについては、ＡＭ送信機の適切な制御に合った、２つの信号、すなわち、振幅信号（Ａ信号）および位相変調搬送波信号（ＲＦ−Ｐ）が、結果として生じるような方式で、被変調Ｉ／Ｑ信号を変換することが必要である。次いで、ＡＭ送信機の出力部で、被変調Ｉ／Ｑ信号が、より高いパワーで再び生成される。
【０００７】
被変調Ｉ／Ｑ信号は、デカルト座標表示に対応する。デカルト座標表示は、振幅および位相を有する極座標表示に変換される。この方式で、振幅信号（Ａ信号）が得られ、音声入力部でＡＭ送信機を制御する。位相変調無線周波数（ＲＦ−Ｐ信号）が、最初に生じた位相信号（Ｐ信号）から生成される。好都合なことに、ＲＦ−Ｐ信号は、Ｐ信号を介して中間ステップなしで直接得ることもできる。この方式で、ＡＭ送信機を制御するために必要な信号、すなわち、振幅信号（Ａ信号）および位相変調ＲＦ信号（ＲＦ−Ｐ信号）が得られる。
【０００８】
Ａ信号は、ＡＭ送信機の変調装置の入力部（音声入力部）に送られ、ＲＦ−Ｐ信号は、送信機のＨＦタイプの制御に使用される。送信機の出力ステージでは、２つの信号ＡおよびＲＦ−Ｐは、乗法的に組み合わされて、高周波ディジタル出力信号を形成する。
【０００９】
必要なコンディショニング・プロセスにより、Ａ信号とＲＦ−Ｐ信号の両方は、ディジタル信号が元々有しており、かつ送信機の出力部で再び有するはずの帯域幅よりはるかに大きい帯域幅を得る。
【００１０】
これより旧式の変調装置は、そのように設計されていないために、（３〜５倍）増加した帯域幅を提供できないことが頻繁に起こる。変調装置セクション内で「旧式の」送信機が使用できる限定帯域幅のみを使用した場合は、その結果として、かなりの帯域外およびスプリアス発射が生じる。これらは、スペクトル内に非常に小さな勾配を有するという特性を有し、したがって、かなりの数の隣接チャネルに干渉を及ぼす。
【００１１】
さらに、スプリアス発射は、一般に、ＩＴＵによって調整された限界より上にあるため、承認が不確かのようである。
【００１２】
マルチキャリア信号、たとえば、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号を、ディジタル変調として送信することが目的の場合は、非線形ひずみが、特に問題となる。
【００１３】
現在、標準化のためにＩＴＵによって勧告されている、ＡＭ帯域内のディジタル送信のためのＤＲＭシステム（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏ Ｍｏｎｄｉａｌｅ）の場合は、約２００の搬送波を使用するＯＦＤＭ技術が、マルチキャリア技術として提案されている。
【００１４】
マルチキャリア変調は、実に、ほぼ方形のスペクトルを有するが、時間領域内で、時間信号のＩ成分とＱ成分の両方に、雑音のようなキャラクタの特徴を有する。これは、プロセス中に起きる、統計的に、事実上独立した多くのサブチャネルの重ね合わせの結果である。「中央極限定理」の規則によれば、このような重ね合わせが、Ｉ成分とＱ成分の両方の、振幅値の分布密度関数を有し、これは、ガウスの釣鐘型曲線の形状にほぼ達する。このような場合、コンポジット信号の振幅値の分布密度関数は、レイリー分布の形状を有する。つまり、中小の振幅値は極めて頻繁に起こり、高い振幅値は非常にまれに起こる。
【００１５】
この非線形モードで操作されているＡＭ送信機の振幅信号が、振幅制限されている場合、一方では、非線形ひずみが起こり、その結果、帯域外およびスプリアス発射が増加し、また他方では、送信機のオペレーティング・モードによる帯域外およびスプリアス発射よりもかなり高い場合のある、帯域内干渉が生じることとなる。既に本質的に雑音のある信号により、受信機で限界しきい値に達するために、無線チャネル内ではより少ない妨害しか許容されないため、帯域内干渉により、獲得可能なカバレージ・エリアが減少する。
【００１６】
本発明は、非線形ひずみによる望ましくない発射を、最大限可能な限りにまで回避する、従来のＡＭ送信機を使用するディジタル送信のための方法および構成について記述する。
【００１７】
送信機のオペレーティング・ポイントをシフトして、オペレーションの線形モードが発生するようにした場合に、非線形ひずみが回避できる。線形オペレーションについては、送信機の出力ステージは、ディジタル・システム、ＤＡＢおよびＤＶＢから周知の、複雑な被変調データ信号（Ｉ／Ｑ信号）によって駆動される。
【００１８】
送信機の線形オペレーションは、スプリアス発射の点で好都合である。これは、送信機の良いアラインメントと組み合わされたＩＴＵスペクトラム・マスクとのコンプライアンスが可能な、上述した非線形モードより、スペクトル的にはるかに大きい勾配を有する。線形オペレーションでは、送信機の効率のみが非常に低く、それにより、電気代がかさむことになる。
【００１９】
このステージの駆動が低い場合でさえも、最大供給電圧が送信機の出力ステージに印加されるため、また送信機の出力ステージの零入力電流によりパワーが熱に変換されるため、ＡＭ送信機の線形オペレーション中の効率は、非常に悪い。供給電圧を、出力ステージの瞬時駆動によって必要とされる量よりもあまり大きくしないことによって、効率の向上を達成することができる。
【００２０】
送信機の出力ステージのための供給電圧を瞬時駆動に応じて修正するために、複雑な被変調データ信号のエンベロープが、振幅検出器（エンベロープ整流装置またはピーク整流装置）によって走査され、出力ステージの供給電圧または陽極電圧が、スイッチング電源ユニットとして動作する、変調装置によって制御される。
【００２１】
修正中に、たとえ短時間でも、オーバードライブが起きないということが、特に重要である。ディジタル信号のエンベロープが、供給電圧の修正によって達成されるものよりも速く増加する場合に、オーバードライブが起きる可能性がある。変調装置が必要な帯域幅を有していないため、原則として、このことを想定すべきである。複雑なディジタル信号が、そのエンベロープを走査した後に、送信機の出力ステージの供給電圧がその間に修正できるような方式で、遅延ステージ中に遅延される場合に、この欠点をなくすことができる。ディジタル・オペレーションに変換する場合には、振幅検出器と遅延ステージを送信機内に組み込まなければならない（図１参照）。
【００２２】
エンベロープ検出器の時定数は、エンベロープの上昇（立ち上がり）に直ちに従うことが可能であり、そのため、その結果生じるゆがみやスプリアス発射を有するオーバードライブが起きることのないようなものでなければならない。しかし、通常でない場合は、たとえば、「ダイナミック振幅変調」で、減衰（立ち下がり）のための時定数が、上昇のための時定数と全く同じ大きさで選択できる。なぜなら、ここでは、「聴覚的な印象」を考慮する必要がないからである。減衰時定数が小さくなるにつれて、さらに送信機の効率が増す。
【００２３】
パルス幅変調（ＰＤＭ）またはパルス・ステップ変調（ＰＳＭ）で動作する送信機が、スイッチング電源ユニットの形式の、このような変調装置を備える。ディジタル信号の走査したエンベロープから得られた電圧が、これらのＰＤＭまたはＰＳＭ変調装置を制御するために使用されて、それにより、ディジタル信号のエンベロープに従って、送信機の出力ステージの供給電圧の修正を正確に達成できる。したがって、線形オペレーションおよび送信機の効率を許容値にまで増加するという、両方の目的が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理に従った放送送信機のブロック図である。
【符号の説明】
１ エンベロープを走査するための振幅検出器
２ 複雑な被変調データ信号のための遅延ステージ
３ 高周波前置増幅器ステージ
４ 送信機の出力ステージ
５ 供給電圧を修正するための変調装置のドライバ・ステージ
６ 供給電圧を修正するための変調装置のパワー・ステージ
７ 変調装置のロー・パスの平滑化
８ ＡＭ送信機の出力フィルタ

Claims (2)

1. ディジタル送信中の非線形動作モードにより非線形ひずみが起き、その結果、帯域内干渉と帯域外放射とスプリアス発射とが生じる、ＡＭ送信機を使用するディジタル送信のための方法であって、
   前記ＡＭ送信機の出力段が、線形モードで動作し、
   前記線形モードが、効率を向上するために、瞬時駆動に応じて、前記送信機の出力段の供給電圧の修正とともに動作し、
   前記ＡＭ送信機の変調装置が、スイッチング電源ユニットとして動作し、前記送信機の出力段のための修正した供給電圧を送り出し、
   複合被変調データ信号のエンベロープがエンベロープ検出器により走査され、この信号が、前記送信機の出力段のための供給電圧の修正を制御し、
   前記エンベロープの走査中における前記エンベロープ検出器の時定数が、前記エンベロープの立ち上がりに直ちに従うことができるように十分小さく選択され、
   前記エンベロープの走査中における前記エンベロープ検出器の時定数が、前記エンベロープの立ち上がりおよび立ち下がりに対して等しく、そして、
   前記エンベロープの走査に引き続き、前記複合被変調データ信号が遅延され、供給電圧の修正が前記遅延の時間内で有効となり、したがって、前記送信機の出力段の、短時間のオーバードライブでさえも防止する方法。
2. スイッチング電源ユニットとして動作する前記変調装置が、パルス幅変調装置またはパルス・ステップ変調装置である、請求項１に記載の方法。

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