Способ и устройство для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи

Номер патента: 2214

Опубликовано: 28.02.2002

Авторы: Арле Ги, Бетшайдер Герхард

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, через который передается сигнал полезной нагрузки с предварительно определенным уровнем, содержащим следующие этапы:

генерацию первого псевдошумового сигнала PN(t),

модуляцию сигнала чистой несущей f(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t), для генерирования сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t),

передачу упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) одновременно с упомянутым сигналом полезной нагрузки через упомянутый канал связи с уровнем ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки,

прием сигнала приема s'(t), соответствующего упомянутому модулированному ПШ сигналу чистой несущей s(t) после прохождения через упомянутый канал связи,

корреляцию упомянутого сигнала приема s'(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t) для генерирования сигнала восстановленной несущей f'(t) и

определение рабочей точки упомянутого нелинейного усилителя канала связи на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущей f" (t).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 20 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 30 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки.

4. Способ по любому из пп. от 1 до 3, отличающийся тем, что упомянутый псевдошумовой сигнал PN(t) является двоичной псевдошумовой последовательностью.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что упомянутая двоичная псевдошумовая последовательность генерируется посредством регистра сдвига с обратной связью или устройства памяти, в котором хранится последовательность величин псевдошумового сигнала.

6. Способ по любому из пп. от 1 до 5, отличающийся тем, что упомянутая корреляция упомянутого сигнала приема s'(t) и упомянутого первого псевдошумового сигнала PN(t) достигается задержкой упомянутого первого псевдошумового сигнала PN(t) и умножением задержанного первого псевдошумового сигнала PN(t) сигнала и упомянутого сигнала приема s'(t).

7. Способ по любому из пп. от 1 до 6, отличающийся тем, что коэффициент усиления определяется на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущей f'(t), и упомянутый коэффициент усиления используется для определения входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что эталонные величины используются, для получения из упомянутого коэффициента усиления входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что упомянутые эталонные величины были предварительно записаны для упомянутого нелинейного усилителя и представляют собой кривую коэффициента усиления или кривую передачи упомянутого нелинейного усилителя относительно входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки.

10. Способ по любому из пп. от 1 до 9, отличающийся тем, что упомянутый канал связи является ретранслятором спутника связи.

11. Устройство для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, через который передается сигнал полезной нагрузки с предварительно определенным уровнем, содержащее

средство генерации первого псевдошумового сигнала (19) для генерации псевдошумового сигнала PN(t),

первое средство (20) модуляции для модуляции сигнала чистой несущей f(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t) для генерирования сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t),

средства (21, 22, 23) передачи для передачи упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) одновременно с упомянутым сигналом полезной нагрузки через упомянутый канал связи с уровнем ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки,

средства (23, 24) приема для приема сигнала приема s'(t), соответствующего упомянутому сигналу модулированной ПШ чистой несущей s(t) после прохождения через упомянутый канал связи, и

первые средства (25, 26) корреляции для корреляции упомянутого сигнала приема s'(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t) для генерирования сигнала восстановленной несущей f ч (t).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 20 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 30 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки.

14. Устройство по любому из пп. от 11 до 13, отличающееся тем, что упомянутое средство генерации первого псевдошумового сигнала (19) является регистром сдвига с обратной связью или устройством памяти, в котором хранится последовательность величин псевдошумового сигнала.

15. Устройство по любому из пп. от 11 до 14, отличающееся тем, что дополнительно содержит первое средство (26) задержки для задержки упомянутого первого псевдошумового сигнала PN(t).

16. Устройство по любому из пп. от 11 до 15, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство (27) для определения коэффициента усиления на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущей f'(t).

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство (28) для получения из эталонных величин и из упомянутого коэффициента усиления входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что содержит средство (29) для хранения упомянутых эталонных величин, предварительно записанных для упомянутого нелинейного усилителя и представляющих собой кривую коэффициента усиления или кривую передачи упомянутого нелинейного усилителя относительно входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки.

Рисунок 1

 

 

Текст

Смотреть все

1 Это изобретение относится к способу и аппаратуре для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, в частности,ретранслятора в спутнике связи, находящегося под нагрузкой. В высокочастотных каналах связи нелинейный усилитель большой мощности чаще всего должен возбуждаться в точке его насыщения, для получения максимально возможной выходной мощности. Например, в спутнике, но без ограничения изобретения этим применением, сигнал от наземной станции, находящейся на земле, принимается антенной, преобразуется по частоте, отфильтровывается во входном мультиплексоре и усиливается предусилителемограничителем мощности и усилителем большой мощности с последующей фильтрацией в выходном мультиплексоре и ретрансляцией к земле. Для обеспечения достаточного сигнала везде в области покрытия спутника, усилитель высокой мощности должен возбуждаться в его точке насыщения, т.е. точке максимума в нелинейной кривой передачи, представляющей зависимость выходной мощности от входной мощности, показанной в качестве примера на фиг. 6 а. Предусилитель-ограничитель мощности(ПОМ) является предварительным усилителем и может быть запущен в одном из двух режимов. В линейном режиме он функционирует как простой линейный усилитель . В ограничивающем режиме он обеспечивает функцию автоматического управления уровнем (АУУ). ПОМ нормально работает в ограничивающем режиме для компенсирования краткосрочного изменения уровня, вызванного влиянием погоды. В ограничивающем режиме ПОМ должен всегда обеспечивать одну и ту же выходную мощность усилителю большой мощности (УБМ), так что УБМ постоянно работает в режиме насыщения. Даже если ПОМ способен поддерживать УБМ в режиме насыщения, если мощность, принятая от наземной станции, ниже технических требований, очень важно, чтобы мощность передающей наземной станции сохранялась на высоком уровне, поскольку, если ПОМ должен компенсировать мощность в канале от наземной станции к спутнику, общее отношение сигнал - шум(ОСШ) уменьшается, как это главным образом происходит в более ранней стадии тракта сигнала, который в этом случае является обратным трактом от наземной станции к спутнику. С точки зрения оператора спутника важно знать, что УБМ всегда работает в режиме насыщения, и что мощность сигнала от наземной станции имеет достаточно высокий уровень в спутнике. Таким образом, оператор спутника вынужден регулярно контролировать плотность потока мощности на входе ретранслятора спутника. Цель состоит в том, чтобы видеосигнал от наземной станции был достаточно силен, так чтобы в условиях ясной погоды УБМ на борту спутника возбуждался в режиме насыщения при 2 ПОМ, работающем в линейном режиме. Этот критерий должен также удовлетворяться, если кривая передачи УБМ изменяется со временем. Поскольку мощность в канале земля спутник точно не известна (например, если канал земля - спутник не работает из места, принадлежащего самому оператору спутника), рабочая точка усилителя большой мощности не может быть определена только из контроля мощности в канале спутник - земля. С одной стороны, это происходит благодаря тому факту,что вблизи насыщения входная мощность может изменяться на несколько децибел, в то время как выходная мощность будет изменяться только максимум на несколько десятых децибела. С другой стороны, если определенное значение мощности в канале спутник - земля измерено, не может быть определено, работает ли УБМ ниже или выше точки насыщения, поскольку кривая передачи неоднозначна относительно выходной мощности. Для возможности контроля общей мощности принятого сигнала на входе УБМ многие спутники оборудованы системой контроля (мониторинга) мощности. Эти данные могут быть посланы вместе с данными телеметрии к оператору спутника. Кроме того, не все спутники обязательно оборудованы системой контроля мощности, недостаток этого способа состоит в том, что если такая система имеется в спутнике,относящиеся к ней данные используют определенную часть потока данных телеметрии от спутника к наземной станции оператора, которая могла бы быть использована для других важных данных. Кроме того, скорость передачи бит потока данных телеметрии может составлять максимально несколько кбит/с. Поэтому,даже если спутник оборудован системой контроля мощности, предпочтительно также выполнять измерения с наземной станции вместо измерения на борту спутника, по многим причинам (т.е. сбой, вес спутника и т.п.). В дополнение к измерению принимаемой мощности в спутнике, оператор спутника регулярно выполняет "Орбитальные тесты" (ОТ),для измерения плотности потока мощности,необходимой для возбуждения УБМ в режиме насыщения. Первый традиционный способ, как описано в Международном журнале спутниковой связи, специальный выпуск по орбитальному тестированию спутников связи, том 13, номер 5,Вилей 1995 или в DE-C-33 33 418, (Internationalon Inorbit Testing of Communications Satellites,Volume 13, Number 5, Wiley 1995 or in DE-C-33 33 418) известен как обнуление AM, согласно которому используется амплитудно модулированный сигнал в канале земля - спутник, который постепенно изменяется по мощности, пока амплитудная модуляция не исчезнет полностью. Эта точка точно находится в насыщении. Вто 3 рой обычный способ определения кривой передачи УБМ состоит в измерении мощности передачи и приема чистой несущей частоты, где затухания всех трактов должны быть исключены. Оба способа измерения ОТ требуют, чтобы проверяемый ретранслятор не работал. Другими словами, сигнал полезной нагрузки должен быть выключен во время тестов. Необходимость выключения сигнала полезной нагрузки во время орбитальных тестов представляет собой существенный недостаток не только для пользователя ретранслятора, поскольку связь прерывается, но также для оператора спутника, поскольку тесты должны выполняться ускоренным способом, чтобы прерывание было как можно более коротким. В некоторых случаях невозможно прервать связь через канал связи, так что обычные способы не могут быть использованы для тестирования УБМ после того, как спутник был введен в эксплуатацию. Целью настоящего изобретения является разработка способа и аппаратуры для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи. Дополнительной целью этого изобретения является разработка такого способа и такой аппаратуры, которая исключает необходимость прерывания графика через канал связи. Эти цели и другие цели достигаются способом определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, в котором первый сигнал передается одновременно со вторым сигналом через упомянутый канал связи, и упомянутая рабочая точка упомянутого нелинейного усилителя определяется на основании выходного сигнала упомянутого канала связи, соответствующего упомянутому второму сигналу, причем входная мощность упомянутого первого сигнала такова, что упомянутый нелинейный усилитель работает в нелинейном режиме, и входная мощность упомянутого второго сигнала меньше входной мощности упомянутого первого сигнала. Предпочтительно, уровень упомянутого второго сигнала примерно на 20 дБ или более ниже уровня упомянутого первого сигнала. В предпочтительном варианте реализации упомянутый второй сигнал является сигналом чистой несущей, модулированной псевдошумом, а упомянутый выходной сигнал упомянутого канала связи (1), соответствующий упомянутому второму сигналу, является сигналом восстановленной несущей частоты. В другом предпочтительном варианте реализации упомянутый второй сигнал является сигналом чистой несущей, и упомянутый выходной сигнал упомянутого канала связи, соответствующий упомянутому второму сигналу,является узкополосным отфильтрованным сигналом несущей. 4 Преимуществом является то, что эталонные величины используются вместе с упомянутым выходным сигналом упомянутого канала связи, соответствующим упомянутому второму сигналу, для определения рабочей точки упомянутого нелинейного усилителя. Эти эталонные величины могут быть предварительно записаны для упомянутого нелинейного усилителя, и они соответствуют кривой передачи упомянутого нелинейного усилителя. Вышеупомянутые цели и другие цели также достигаются аппаратурой для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, содержащей средство для передачи второго сигнала через упомянутый канал связи одновременно с первым сигналом, передаваемым через упомянутый канал связи, и средство для определения упомянутой рабочей точки упомянутого нелинейного усилителя на основании выходного сигнала упомянутого канала связи,соответствующего упомянутому второму сигналу, причем входная мощность упомянутого первого сигнала такова, что упомянутый нелинейный усилитель работает в нелинейном режиме,а входная мощность упомянутого второго сигнала ниже входной мощности упомянутого первого сигнала. В предпочтительном варианте реализации упомянутое средство для определения упомянутой рабочей точки упомянутого нелинейного усилителя на основании выходного сигнала упомянутого канала связи, соответствующего упомянутому второму сигналу, содержит средство для хранения эталонных величин, которые должны быть использованы вместе с упомянутым выходным сигналом упомянутого канала связи, соответствующим упомянутому второму сигналу, для определения рабочей точки упомянутого нелинейного усилителя. Таким образом, для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, например, ретранслятора в спутнике связи, первый входной сигнал передается через канал связи с уровнем мощности, который возбуждает нелинейный усилитель в нелинейном режиме работы. Кроме того, второй входной сигнал передается через канал связи одновременно с первым входным сигналом. Второй входной сигнал передается с уровнем, ниже уровня первого входного сигнала. Если доля второго входного сигнала в общем входном сигнале нелинейного усилителя мала, рабочая точка нелинейного усилителя определяется почти исключительно первым входным сигналом. Поэтому, выходная мощность, соответствующая второму сигналу,определяется наиболее точно входной мощностью первого сигнала. Рабочая точка упомянутого нелинейного усилителя определяется на основании выходного сигнала упомянутого канала связи, соответствующего упомянутому второму сигналу. 5 Для достижения вышеупомянутых целей и других целей, изобретение дополнительно обеспечивает способ определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, через который передается полезная нагрузка с предварительно определенным уровнем, содержащий следующие операции: генерацию первого псевдошумового сигнала PN(t); модуляцию сигнала чистой несущей частоты f(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t), для генерирования сигнала модулированной чистой несущей s(t); передачу упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) одновременно с упомянутым полезным сигналом через упомянутый канал связи с уровнем, ниже уровня упомянутого полезного сигнала нагрузки; прием принимаемого сигнала s'(t), соответствующего упомянутому сигналу модулированной ПШ чистой несущей s(t) после прохождения через упомянутый канал связи; корреляцию упомянутого принимаемого сигнала s'(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t),для генерирования сигнала восстановленного несущей частоты f(t); и определение рабочей точки упомянутого нелинейного усилителя канала связи на основании сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущей f(t). Преимущественно, чтобы уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) был бы примерно на 20 дБ, или даже на 30 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки. В соответствии с изобретением, упомянутый первый псевдошумовой сигнал является двоичной псевдошумовой последовательностью, причем упомянутая двоичная псевдошумовая последовательность генерируется посредством регистра сдвига с обратной связью или устройства памяти, в котором хранится последовательность величин псевдошумового сигнала. Упомянутая корреляция упомянутого принимаемого сигнала s'(t) и упомянутого первого псевдошумового сигнала PN(t) может быть достигнута путем задержки упомянутого первого псевдошумового сигнала PN(t) и умножения задержанного первого псевдошумового сигналаPN(t) и упомянутого принимаемого сигнала s'(t). В предпочтительном варианте реализации коэффициент усиления определяется на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущейf(t), и упомянутый коэффициент усиления используется, для определения входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. Эталонные величины используются для получения из упомянутого коэффициента усиления входную мощность упомянутого сигнала полезной нагрузки, причем упомянутые эталонные величины были предварительно записаны для упомянутого нелинейного усилителя и представля 002214 6 ют собой кривую коэффициента усиления или кривую передачи упомянутого нелинейного усилителя относительно входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. Способ в соответствии с изобретением преимущественно применим, если упомянутый канал связи является ретранслятором спутника связи. Для достижения вышеупомянутых целей и других целей, изобретение дополнительно обеспечивает аппаратуру для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, через который передается полезная нагрузка с предварительно определенным уровнем, содержащую средство генерации первого псевдошумового сигнала для генерации псевдошумового сигнала PN(t); первое средство модуляции для модуляции чистого сигнала несущей частотыf(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t) для генерирования сигнала модулированной псевдошумом чистой несущей s(t); средство передачи для передачи упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) одновременно с упомянутым полезным сигналом через упомянутый канал связи с уровнем,ниже уровня упомянутого полезного сигнала нагрузки; средство приема для приема принимаемого сигнала s'(t), соответствующего упомянутому сигналу модулированной ПШ чистой несущей s(t) после прохождения через упомянутый канал связи; и первое средство корреляции для корреляции упомянутого принимаемого сигнала s'(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t), для генерирования сигнала восстановленной несущей частоты f(t). Преимущественно, чтобы уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) был бы примерно на 20 дБ, или даже на 30 дБ ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки. В соответствии с этим изобретением, упомянутое средство генерации первого псевдошумового сигнала (9) является регистром сдвига с обратной связью или устройством памяти, в котором хранится последовательность величин псевдошумового сигнала. В качестве заключения, для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, например, ретранслятора в спутнике связи, сигнал чистой несущей частоты f(t) модулируется псевдошумовым сигналом PN(t) и передается через канал связи с уровнем, ниже уровня сигнала полезной нагрузки, который одновременно передается через канал связи. Принятый сигнал s'(t) коррелируется тем же псевдошумовым сигналом PN(t) для получения сигнала восстановленной несущей f(t). Мощность сигнала чистой несущей f(t) и сигнала восстановленной несущей f(t) используются для определения коэффициента усиления сигнала, и на основании эталонных величин (калибрационных кривых) - входной мощности сигнала полезной 7 нагрузки. Поскольку сигнал модулированной ПШ чистой несущей s(t) передается с низким уровнем, возможно выполнить измерения без выключения сигнала полезной нагрузки, входная мощность которого определяет рабочую точку нелинейного усилителя. Важным преимуществом способа и аппаратуры в соответствии с изобретением является то, что сигнал полезной нагрузки не требуется выключать для выполнения измерений. Это значительно ограничивает время простоя, требуемое для обслуживания и проверки канала связи, и таким образом увеличивает коэффициент готовности служб. В последующем варианте реализации это изобретение будет описано более подробно и со ссылкой к чертежам. Фиг. 1 показывает схематическое изображение канала связи, содержащего нелинейный усилитель; фиг. 2 показывает кривые передачи нелинейного усилителя; фиг. 3 показывает график зависимости разности коэффициента усиления от входной мощности нелинейного усилителя; фиг. 4 показывает схематическое изображение ретранслятора спутника связи; фиг. 5 показывает схематическое изображение варианта реализации аппаратуры в соответствии с изобретением; и фиг. 6 а и 6b показывают кривые передачи и кривые коэффициента усиления нелинейного усилителя для сильного и слабого сигналов. Для описания изобретения в более общем применении, фиг. 1 показывает канал 1 связи,содержащий нелинейный усилитель 2 для усиления сигналов, передаваемых через канал связи. Если общий входной сигнал I подается к входу 3 канала 1 связи, сигнал проходит через канал 1 связи, усиливается нелинейным усилителем 2 и выдается как общий выходной сигнал О на выходе 4 канала 1 связи. Как можно видеть на фиг. 2, которая показывает кривую передачи А усилителя на лампе бегущей волны (ЛБВ), как пример нелинейного усилителя, нелинейный режим работы приводится в действие, если входная мощность PI общего входного сигнала I достаточно высока,чтобы вывести нелинейный усилитель в нелинейную область (а) его кривой передачи. В некоторых применениях целью является возбуждение нелинейного усилителя 2 в его точке насыщения, как показано с помощью S на фиг. 2,для получения максимальной выходной мощности. Как и в линейной области (b) кривой передачи, каждая рабочая точка нелинейного усилителя в нелинейной области (а) определяется конкретной входной мощностью PI входного сигнала I и соответствующей выходной мощностью РО выходного сигнала О канала связи. При насыщении входной сигнал обеспечивает вход 002214 8 ную мощность PIS, соответствующую выходной мощности РOS. В соответствии с изобретением, первый входной сигнал I1 передается через канал 1 связи с уровнем мощности РI1, который возбуждает нелинейный усилитель 2 в нелинейном режиме работы. Кроме того, второй входной сигнал i2 передается через каналы 1 связи одновременно с первым входным сигналом I1. Второй входной сигнал i2 передается с уровнем ниже уровня первого входного сигнала I1. Другими словами,входная мощность РI2 второго сигнала i2 ниже,чем входная мощность РI1 первого сигнала I1. Если доля второго входного сигнала i2 в общем входном сигнале нелинейного усилителя мала,рабочая точка нелинейного усилителя определяется почти только первым входным сигналом. Поэтому, выходная мощность РO2, соответствующая второму сигналу i2, определяется наиболее определенно входной мощностью РI1 первого сигнала I1. Таким образом, любые изменения во входной мощности первого сигнала вызывают изменения в выходной мощности второго сигнала. Для достижения этого эффекта, второй входной сигнал должен быть на 15 - 30 дБ, в зависимости от применения, ниже первого входного сигнала. Это показано в линейной области (b) на фиг. 2, которая показывает кривую передачи В, представляющую выходную мощность слабого входного сигнала, построенную относительно входной мощности сильного входного сигнала. Как также показано на фиг. 2, в нелинейной области (а) кривая передачи В второго входного сигнала спадает значительно быстрее,чем кривая передачи первого входного сигнала,так что любые изменения выходной мощности второго входного сигнала, вызванные изменением входной мощности первого входного сигнала, могут быть измерены значительно легче,пока часть O2 выходного сигнала О, соответствующая второму входному сигналу i2, может быть отделена от части O1 выходного сигнала О,соответствующего первому входному сигналуI1, как показано на фиг. 1. Разделение частей O1 и O2, первого и второго входных сигналов I1 и i2, соответственно, в выходном сигнале О может быть достигнуто несколькими разными способами. Например,если первый входной сигнал I1 является сигналом ЧМ или квадратурно-фазовой манипуляции(QPSK) , второй входной сигнал i2 может быть сигналом модулированной псевдошумом чистой несущей, как будет дополнительно объяснено более подробно далее. Путем корреляции выходного сигнала псевдошумовым сигналом, использованным для генерации второго входного сигнала i2, сигнал несущей может быть восстановлен. Сигнал восстановленной несущей представляет выходной сигнал O2, соответствующий второму входному сигналу i2. В качестве альтернативы, второй входной сигнал может быть 9 сигналом чистой несущей, имеющим частоту,которая не дает искажения второго входного сигнала первым входным сигналом, например,имеющим частоту вне полосы частот первого входного сигнала. Путем узкополосной фильтрации выходного сигнала О на частоте второго входного сигнала может быть определена частьO2 второго входного сигнала i2 в общем выходном сигнале О. В соответствии с изобретением, рабочая точка нелинейного усилителя может быть определена разными путями. Если входная мощность первого и второго входных сигналов известна, выходная мощность, соответствующая этим сигналам, может быть измерена, и может быть получена кривая передачи или кривая коэффициента усиления, пример которой показан на фиг. 6b. Если кривая передачи или кривая коэффициента усиления известна, входная мощность первого входного сигнала, возбуждающего нелинейный усилитель в нелинейном режиме работы, может быть определена путем передачи второго входного сигнала с известной входной мощностью через канал связи и измерения выходной мощности, соответствующей второму входному сигналу. Следует заметить, что в нелинейном режиме трудно, если не невозможно, определить входную мощность первого сигнала из выходной мощности первого входного сигнала, особенно, если нелинейный усилитель должен работать в режиме насыщения, поскольку даже сравнительно большие изменения во входной мощности приводят лишь к слабым изменениям в выходной мощности первого входного сигнала, соответственно. Кроме того, существует неоднозначность в нелинейной области вокруг точки насыщения S, как можно видеть на фиг. 2,так что входная мощность не может быть однозначно определена, если определенный уровень выходной мощности измерен, поскольку ему соответствуют два уровня входной мощности. Однако в соответствии с этим изобретением входная мощность первого сигнала, и поэтому рабочая точка нелинейного усилителя, может быть определена на основании входной мощности второго входного сигнала и кривой передачи или кривой коэффициента усиления (или любого другого представления вышеописанного отношения между сильным и слабым входным сигналом), если второй входной сигнал является слабым сигналом по сравнению с первым входным сигналом, как объяснялось выше. Например, как показано на фиг. 2, если выходная мощность второго сигнала измерена как РO2a,кривая передачи В второго сигнала i2 позволяет определить входную мощность первого сигналаI1, как РI1a, без измерения выходной мощности первого сигнала вообще. В течение длительного периода кривая передачи и кривая коэффициента усиления нелинейного усилителя может изменяться из-за ста 002214 10 рения. В соответствии с изобретением, такое изменение кривой передачи может быть детектировано путем определения рабочей точки нелинейного усилителя на основании первого и второго входных сигналов I1 и i2, отдельные входные мощности РI1 и РI2 которых известны. Путем измерения отдельных выходных мощностей PO1 и РO2, соответствующих первому и второму входному сигналу I1 и i2, рабочая точка может быть определена и сравнена с рабочей точкой, полученной на основании кривой передачи (или любого другого ее представления). Для пояснения этого аспекта изобретения с некоторыми дополнительными подробностями на фиг. 3 показан график, представляющий разность коэффициентов усиления между первым сигналом и вторым сигналом, т.е. коэф. усиления (слабый) - коэф. усиления (сильный), построенный относительно входной мощности первого сигнала. Если рабочая точка (PIa, Poa) определяется, как описано выше, и находится не на предварительно записанной кривой С, старение нелинейного усилителя вызывает сдвиг кривой, показанный кривой С'. Хотя это не показано на фиг. 2, подобный сдвиг может быть также виден на кривой передачи нелинейного усилителя. Для цели описания более специфического варианта реализации этого изобретения, но без ограничения изобретения этим применением,фиг. 4 показывает компоненты ретранслятора в спутнике связи в качестве примера для канала связи. Ретранслятор спутника связи содержит приемную антенну 11 для приема сигнала от наземной станции (= первый входной сигнал),посланного от наземной станции (не показана). Выходной сигнал упомянутой приемной антенны 11 подается к входному демультиплексору(IMUX) 13 после преобразования частоты в преобразователе 12 частоты. Упомянутый входной демультиплексор 13 содержит несколько первых фильтров от 14-1 до 14-n для разделения отдельных сигналов в сигнале от антенны. Обычно, один фильтр предназначен для каждого сигнала, отделенного от других сигналов,принятых через приемную антенну 1, и соответствует каналу связи, n выходных сигналов упомянутого входного демультиплексора 13 подаются к соответствующему количеству усилителей-ограничителей возбудителя от 15 а-1 до 15 аn и усилителей большой мощности от 15b-1 до 15b-n. В каждом из усилителей большой мощности используется лампа бегущей волны (ЛБВ) для усиления выходных сигналов упомянутого входного демультиплексора 13. Усилители большой мощности от 15b-1 до 15b-n являются нелинейными усилителями, имеющими кривую передачи и кривую коэффициента усиления, как показано кривыми А на фиг. 6 а и 6b, соответственно. Если они не установлены в линейный режим, усилители-ограничители мощности от 11 15 а-1 до 15 а-n являются либо ограничивающими, либо усиливающими входной сигнал, принятый от входного демультиплексора 13 до подачи к соответствующему усилителю большой мощности. Выходные сигналы усилителя пропускаются через вторые фильтры от 16-1 до 16n, которые являются частью выходного мультиплексора (OMUX) 17, объединяющего n выходных сигналов усилителей. Выходной сигнал упомянутого выходного мультиплексора 17 подается к передающей антенне 18 для передачи к желаемой области на землю. Рабочая точка каждого из упомянутых усилителей большой мощности от 15b-1 до 15bn зависит от сигнала полезной нагрузки (первого входного сигнала) от наземной станции, который должен быть таким, чтобы усилитель возбуждался в режиме насыщения, для достижения максимальной выходной мощности. В пределах предварительных определенных ограничений, усилители-ограничители мощности от 15 а-1 до 15 а-n могут быть установлены так, что каждый из упомянутых усилителей большой мощности работает в его точке насыщения. Для измерения, описанного ниже, усилителиограничители мощности устанавливаются в линейный режим работы. Согласно этому изобретению в наземной станции (10), как показано на фиг. 5, псевдошумовой сигнал PN(t) генерируется посредством генератора псевдошумового сигнала 19, например, регистра сдвига с обратной связью или устройства памяти, в котором хранится последовательность значений псевдошумового сигнала. Псевдошумовой сигнал PN(t) имеет очень крутую функцию автокорреляции при нулевой задержке. Это позволяет определять задержку по времени между локально генерированным псевдошумовым сигналом PN(t) и принятым сигналом, который задерживается благодаря времени распространения. Сигнал чистой несущей f(t) модулируется упомянутым псевдошумовым сигналом PN(t) посредством первого умножителя 20 для формирования сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) = PN(t) хf(t). Сигнал модулированной ПШ чистой несущей s(t) подается к преобразователю 21 с повышением частоты, и через усилитель 22 большой мощности к антенне 25, которая передает сигнал модулированной ПШ чистой несущей s(t) (= второму входному сигналу) к проверяемому ретранслятору спутника связи. Однако с точки зрения пользователя, передающего сигнал полезной нагрузки к спутнику, ретранслятор остается доступным во время теста, и может постоянно обеспечиваться сигналом полезной нагрузки. В соответствии с этим изобретением, уровень передаваемого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) значительно ниже уровня сигнала полезной нагрузки, например,примерно на 20 до 30 дБ или более, так что сиг 002214 12 нал полезной нагрузки заметно не искажается. По этой причине, сигнал модулированной ПШ чистой несущей s(t) может передаваться в то время, пока канал связи находится в использовании, т.е. одновременно с сигналом полезной нагрузки, передаваемым к ретранслятору от той же или другой наземной станции. В варианте реализации изобретения антенна 23 используется также для приема сигнала,ретранслированного ретранслятором спутника,другими словами, сигнал, который проходит через канал связи. Выходной сигнал антенны 23 пропускается через преобразователь 24 с понижением частоты для получения сигнала приемаs'(t), который подается ко второму умножителю 25, принимающему также тот же самый, но задержанный псевдошумовой сигнал PN(t). Задержка генерируется с помощью средств 26 задержки, которые устанавливаются так, что выходной сигнал второго умножителя 25 становится максимальным. Таким образом, приемный сигнал s'(t) умножается, другими словами, коррелируется точно тем же псевдошумовым сигналом PN(t), который был использован для генерации сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t), и получается сигнал восстановленной несущей f(t), который только задерживается и ослабляется по сравнению с сигналом чистой несущей f(t). Затухание тракта является постоянным, поскольку затухание свободного пространства практически не изменяется с расстоянием между спутником и наземной станцией. Поскольку атмосферное затухание может быть измерено радиометрами, оно может быть учтено так же как коэффициент усиления антенны наземной станции на соответствующих частотах. Таким образом, входная мощность сигнала чистой несущей f(t) и выходная мощность сигнала восстановленной несущей f(t) могут быть измерены, для определения усиления этого сигнала. Входная мощность сигнала полезной нагрузки определяется на основании упомянутого коэффициента усиления и эталонных величин или калибрационных кривых, которые показаны на фиг. 6 а и 6b, и которые будут объяснены более подробно ниже. Если, например, как показано на фиг. 6b,коэффициент усиления слабого сигнала измерен равным -4 дБ, входная мощность сильного сигнала равна -1 дБ. Здесь следует отметить, насколько эффективно это измерение по сравнению с измерением выходной мощности, в то время как выходная мощность сильного сигнала изменяется меньше, чем на 0,05 дБ при входной мощности, изменяющейся от 0 до - 1 дБ, коэффициент усиления слабого сигнала изменяется почти на 2 дБ. На фиг. 6 а показаны кривые передачи для сильного сигнала (А) и трех слабых сигналов(B1, B2, В 3) в усилителе на лампе бегущей волны (УЛБВ). Для упрощения, значения даны относительно точки насыщения усилителя. Это 13 означает, что на фиг. 6 а входная мощность 0 дБ соответствует выходной мощности 0 дБ. Три слабых сигнала (B1, B2, В 3) на 20, 30 и 40 дБ ниже сильного сигнала, соответственно. На фиг. 6b показаны кривые коэффициента усиления для сильного сигнала (А) и трех слабых сигналов (B1, B2, В 3). Значения также даны относительно точки насыщения усилителя, так что на фиг. 6b входная мощность 0 дБ соответствует коэффициенту усиления 0 дБ. Поскольку коэффициент усиления слабых сигналов не зависит от разности входной мощности относительно сильного сигнала, а только от входной мощности сильного сигнала, кривые коэффициента усиления для трех слабых сигналов полностью перекрываются. Вышеописанные кривые передачи и кривые коэффициента усиления, показанные на фиг. 6 а и 6b, получены как калибровочные кривые для каждого усилителя в спутнике, для определения рабочей точки отдельного усилителя позднее. Преимущественно, чтобы калибровочные кривые были записаны в форме эталонных величин, которые записаны в соответствующем средстве памяти, для использования при определении рабочей точки нелинейного усилителя. Для измерения калибровочных кривых генерируются сильный сигнал и слабый сигнал,где слабый сигнал, например, на 20, 30 или 40 дБ ниже сильного сигнала. Сильный и слабый сигнал могут быть чистой несущей, или сильный сигнал может быть сигналом ЧМ или QPSK модулированным сигналом, для приближения к,как можно ближе, реальным условиям работы, а слабый сигнал может быть сигналом модулированной псевдошумом чистой несущей. Оба сигнала, т.е. сильный сигнал и слабый сигнал, объединяются и передаются к ретранслятору. Суммарный входной сигнал, принятый антенной 11,подается к входу усилителя большой мощности(УБМ). Объединенный сигнал постепенно изменяется по мощности, таким образом разность уровней между сильным сигналом и слабый сигналом на входе всегда будет оставаться одинаковой. Однако в качестве альтернативы, мощность слабого сигнала может поддерживаться постоянной, поскольку она не влияет существенно на рабочую точку нелинейного усилителя. Выходной сигнал усилителя большой мощности (УБМ) подается к антенне 18 через выходной демультиплексор 17, и выходные уровни, соответствующие обоим входным сигналам,измеряются отдельно. На калибровочной кривой, как показано на фиг. 6 а, выходная мощность сильного сигнала(которая почти равна суммарной выходной мощности, поскольку слабый сигнал вносит незначительный вклад) дана как функция входной мощности сильного сигнала. Выходная мощность слабого сигнала также дана как функция входной мощности сильного сигнала. На фиг. 6b коэффициент усиления сильного 14 сигнала и коэффициент усиления слабого сигнала даны как функции входной мощности сильного сигнала. В наземной станции, показанной на фиг. 5,обеспечены средства 27 для определения коэффициента усиления на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущей f(t), принимающие как сигнал чистой несущей f(t), так и сигнал восстановленной несущей f(t). Кроме того, обеспечено средство 28 для получения входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки из эталонных величин и упомянутого коэффициента усиления. Выход упомянутого средства 27 для определения коэффициента усиления подается к упомянутому средству 28 для получения входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. Эталонные величины хранятся в средстве 29 для хранения упомянутых эталонных величин и подаются из него. Упомянутые эталонные величины были предварительно записаны для упомянутого нелинейного усилителя, и представляют собой кривую коэффициента усиления или кривую передачи упомянутого нелинейного усилителя относительно входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки, как описано по отношению к фиг. 6 а и 6b. Выше рассматривались только псевдошумовые сигналы, потому что эти сигналы могут быть генерированы сравнительно легко. Однако в способе и аппаратуре согласно этому изобретению могут быть использованы сигналы действительного шума. Свойства сигналов истинного и псевдошума хорошо известны специалистам и описаны, например, у Бернарда Скляра, "Цифровая связь - Фундаментальные исследования и применения", Прентис Холл, 1988 г (Bernardand Applications", Prentice Hall, 1988). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, через который передается сигнал полезной нагрузки с предварительно определенным уровнем, содержащим следующие этапы: генерацию первого псевдошумового сигнала PN(t),модуляцию сигнала чистой несущей f(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналомPN(t), для генерирования сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t),передачу упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) одновременно с упомянутым сигналом полезной нагрузки через упомянутый канал связи с уровнем ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки,прием сигнала приема s'(t), соответствующего упомянутому модулированному ПШ сиг 15 налу чистой несущей s(t) после прохождения через упомянутый канал связи,корреляцию упомянутого сигнала приемаs'(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t) для генерирования сигнала восстановленной несущей f(t) и определение рабочей точки упомянутого нелинейного усилителя канала связи на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущейf(t). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 20 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 30 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что упомянутый псевдошумовой сигнал PN(t) является двоичной псевдошумовой последовательностью. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что упомянутая двоичная псевдошумовая последовательность генерируется посредством регистра сдвига с обратной связью или устройства памяти, в котором хранится последовательность величин псевдошумового сигнала. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что упомянутая корреляция упомянутого сигнала приема s'(t) и упомянутого первого псевдошумового сигнала PN(t) достигается задержкой упомянутого первого псевдошумового сигнала PN(t) и умножением задержанного первого псевдошумового сигнала PN(t) сигнала и упомянутого сигнала приема s'(t). 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что коэффициент усиления определяется на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущей f(t), и упомянутый коэффициент усиления используется для определения входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что эталонные величины используются для получения из упомянутого коэффициента усиления входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что упомянутые эталонные величины были предварительно записаны для упомянутого нелинейного усилителя и представляют собой кривую коэффициента усиления или кривую передачи упомянутого нелинейного усилителя относительно входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. 16 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что упомянутый канал связи является ретранслятором спутника связи. 11. Устройство для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи, через который передается сигнал полезной нагрузки с предварительно определенным уровнем, содержащее средство генерации первого псевдошумового сигнала (19) для генерации псевдошумового сигнала PN(t),первое средство (20) модуляции для модуляции сигнала чистой несущей f(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналом PN(t) для генерирования сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t),средства (21, 22, 23) передачи для передачи упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) одновременно с упомянутым сигналом полезной нагрузки через упомянутый канал связи с уровнем ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки,средства (23, 24) приема для приема сигнала приема s'(t), соответствующего упомянутому сигналу модулированной ПШ чистой несущейs(t) после прохождения через упомянутый канал связи, и первые средства (25, 26) корреляции для корреляции упомянутого сигнала приема s'(t) упомянутым первым псевдошумовым сигналомPN(t) для генерирования сигнала восстановленной несущей f(t). 12. Устройство по п.11, отличающееся тем,что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 20 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем,что уровень упомянутого сигнала модулированной ПШ чистой несущей s(t) примерно на 30 дБ или более ниже уровня упомянутого сигнала полезной нагрузки. 14. Устройство по любому из пп.11-13, отличающееся тем, что упомянутое средство генерации первого псевдошумового сигнала (19) является регистром сдвига с обратной связью или устройством памяти, в котором хранится последовательность величин псевдошумового сигнала. 15. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что дополнительно содержит первое средство (26) задержки для задержки упомянутого первого псевдошумового сигналаPN(t). 16. Устройство по любому из пп.11-15, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство (27) для определения коэффициента усиления на основании упомянутого сигнала чистой несущей f(t) и упомянутого сигнала восстановленной несущей f(t). 17. Устройство по п.16, отличающееся тем,что дополнительно содержит средство (28) для получения из эталонных величин и из упомянутого коэффициента усиления входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем,что содержит средство (29) для хранения упомянутых эталонных величин, предварительно записанных для упомянутого нелинейного усилителя и представляющих собой кривую коэф 18 фициента усиления или кривую передачи упомянутого нелинейного усилителя относительно входной мощности упомянутого сигнала полезной нагрузки. Фиг. 3 Коэф. усиления слабого сигнала - Коэф. усиления сильного сигнала

МПК / Метки

МПК: H04B 17/00

Метки: усилителя, устройство, нелинейного, определения, способ, связи, канала, рабочей, точки

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/10-2214-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-opredeleniya-rabochejj-tochki-nelinejjnogo-usilitelya-kanala-svyazi.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для определения рабочей точки нелинейного усилителя канала связи</a>

Похожие патенты