PL190186B1 - Sposób i urządzenie do wyznaczania punktu pracy nieliniowego wzmacniacza kanału telekomunikacyjnego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wyznaczania punktu pracy nieli- niowego wzmacniacza kanalu telekomunikacyjne- go, przez który transmituje sie sygnal uzytkowy o zadanym poziomie, znam ienny tym, ze generuje sie pierwszy sygnal pseudoszumu PN (t), moduluje sie pierwszym sygnalem pseudoszumu PN (t) czy- sty sygnal nosny f (t) dla generowania czystego sygnalu nosnego s (t) modulowanego sygnalem PN, transmituje sie czysty sygnal nosny s (t) modu- lowany sygnalem PN, jednoczesnie z sygnalem uzytkowym, przez kanal telekomunikacyjny, na poziomie ponizej poziomu sygnalu uzytkowego, odbiera sie sygnal odbiorczy s' (t) odpowiadajacy czystemu sygnalowi nosnemu s (t) modulowanemu sygnalem PN, po przejsciu przez kanal telekomu- nikacyjny, koreluje sie sygnal odbiorczy s' (t) i pierwszy sygnal pseudoszumu PN (t) dla genero- wania odtworzonego sygnalu nosnego F (t) i wy- znacza sie punkt pracy wzmacniacza nieliniowego dla kanalu telekomunikacyjnego na podstawie czystego sygnalu nosnego f (t) 1 odtworzonego sy- gnalu nosnego f ' (t) Fig. 5 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wyznaczania punktu pracy nieliniowego wzmacniacza kanału telekomunikacyjnego, zwłaszcza transponder w satelicie komunikacyjnym przy obciążeniu.

W znanych kanałach telekomunikacyjnych wielkiej częstotliwości nieliniowy wzmacniacz dużej mocy wymaga często wysterowania do stanu nasycenia w celu osiągnięcia maksymalnej mocy wyjściowej. Na przykład przy zastosowaniu satelity, sygnał ze stacji naziemnej jest odbierany przez antenę, przetwarzany częstotliwościowe, filtrowany w multiplekserze wejściowym oraz wzmacniany przez wzmacniacz wzbudzająco-ograniczający i wzmacniacz dużej mocy przed filtrowaniem w multiplekserze wyjściowym i jest retransmitowany na Ziemię. W celu zapewnienia dostatecznego sygnału w każdym miejscu obszaru pokrycia przez satelitę, wzmacniacz dużej mocy musi być wysterowany do stanu nasycenia, to znaczy do maksymalnego punktu nieliniowej charakterystyki przenoszenia, reprezentującej moc wyjściową w funkcji mocy wejściowej.

Wzmacniacz wzbudzająco-ograniczający jest wzmacniaczem wstępnym i pracuje w jednym z dwóch trybów, w trybie liniowym lub w trybie ograniczania. W trybie liniowym wzmacniacz działa jak prosty wzmacniacz liniowy. W trybie ograniczania wzmacniacz realizuje funkcję automatycznej regulacji poziomu. Wzmacniacz ten pracuje zwykle w trybie ograniczania dla kompensacji krótkich zmian poziomu w związku z warunkami atmosferycznymi. W trybie ograniczania wzmacniacz powinien zawsze dostarczać tę samą moc wyjściową do wzmacniacza dużej mocy, żeby wzmacniacz dużej mocy stale pracował w stanie nasycenia. Nawet jeżeli wzmacniacz wzbudzająco-ograniczający jest w stanie utrzymywać wzmacniacz dużej mocy w stanie nasycenia, gdy moc odbierana ze stacji naziemnej jest poniżej wymagań technicznych, to bardzo ważne jest, ze stacja naziemna jest utrzymywana na wysokim poziomie, ponieważ jeżeli wzmacniacz wzbudzająco-ograniczający ma kompensować moc nadawaną do satelity, to stosunek całkowitego sygnału do szumu maleje, ponieważ jest

190 186 on głównie uwarunkowany stosunkiem sygnału do szumu w pierwszym stopniu toru sygnału, stanowiącego w tym przypadku tor z Ziemi do satelity.

Z punktu widzenia operatora satelity, ważna jest wiedza o tym, że wzmacniacz dużej mocy pracuje zawsze w stanie nasycenia i moc sygnału ze stacji naziemnej do satelity ma dostatecznie wysoki poziom na satelicie. Zatem operator satelity jest zmuszony do regularnego monitorowania gęstości strumienia mocy odbieranego na wejściu transpondera satelity. Celem jest, żeby sygnał wizyjny ze stacji naziemnej był dostatecznie silny dla umożliwienia, przy pomyślnych warunkach atmosferycznych, wysterowania wzmacniacza dużej mocy na pokładzie satelity do stanu nasycenia za pomocą wzmacniacza wzbudząjaco-ograniczajacego, pracującego w trybie liniowym. To kryterium musi być również spełnione przy zmianach charakterystyki przenoszenia wzmacniacza dużej mocy, związanych ze starzeniem.

Ze względu na to, ze moc nadawana z Ziemi do satelity nie jest dokładnie znana, na przykład jeżeli łączność z Ziemi do satelity nie odbywa się z miejsca należącego do operatora satelity, to punktu pracy wzmacniacza dużej mocy nie można określić jedynie na podstawie monitorowania mocy z satelity do Ziemi. Z jednej strony występuje to ze względu na fakt, że w pobliżu nasycenia moc wejściowa może zmieniać się o kilka dB, natomiast moc wyjściowa będzie zmieniać się najwyżej o kilka dziesiątych dB. Z drugiej strony, jeżeli mierzy się pewną wartość mocy z satelity do Ziemi, to nie można stwierdzić, czy wzmacniacz dużej mocy pracuje poniżej czy powyżej stanu nasycenia, ponieważ charakterystyka przenoszenia jest niejednoznaczna dla mocy wyjściowej.

Dla umożliwienia monitorowania całkowitej mocy odbieranego sygnału na wejściu wzmacniacza dużej mocy, wiele satelitów jest wyposażonych w system monitorowania mocy. Dane mogą być przesyłane wraz z danymi telemetrycznymi do operatora satelity. Poza tym, że nie wszystkie satelity są wyposażone w system monitorowania mocy, wadą tego sposobu jest to, że jeżeli w satelicie występuje taki system, to związane z tym dane zajmują pewną część strumienia danych telemetrycznych z satelity do stacji naziemnej operatora, którą to część można by wykorzystać dla innych ważnych danych. Ponadto szybkość transmisji danych telemetrycznych może wynosić maksymalnie kilka kilobitów na sekundę. Zatem, nawet jeżeli satelita jest wyposażony w system monitorowania mocy, to korzystne jest również wykonywanie pomiarów ze stacji naziemnej zamiast z pokładu satelity, z wielu powodów, jak na przykład uszkodzenie, ciężar satelity itd.

Poza pomiarem odbieranej mocy w satelicie, operator satelity wykonuje regularnie test na orbicie w celu pomiaru gęstości strumienia mocy wymaganej do wysterowania wzmacniacza dużej mocy w stan nasycenia.

Znany jest pierwszy standardowy sposób, opisany w International Journal of Satellite Communications, wydanie specjalne na temat testowania satelitów telekomunikacyjnych na orbicie, tom 13, nr 5, Wiley 1995 lub w normie DE-C-33 33 418, nazywany metodą zerowania AM, w którym stosuje się sygnał z modulacją amplitudy AM przy transmisji z Ziemi do satelity, który jest regulowany w odniesieniu do mocy, aż do całkowitego zaniku modulacji amplitudy. Ten stan odpowiada dokładnie nasyceniu. Drugi standardowy sposób wyznaczenia charakterystyki przenoszenia wzmacniacza dużej mocy polega na pomiarze mocy nadawania i odbioru czystej nośnej, przy czym wszystkie tłumienia w torach powinny być wyeliminowane. Obie metody pomiarowe wymagają, aby badany transponder nie działał. Innymi słowy, sygnał użyteczny musi być wyłączony podczas badań.

Konieczność wyłączania sygnału użytecznego podczas testów na orbicie stanowi uciążliwość nie tylko dla użytkownika transpondera, ponieważ następuje przerwa w komunikacji, lecz również operatora satelity, ponieważ testy muszą być wykonywane w sposób szybki i sprawny dla możliwego skrócenia przerwy. W pewnych przypadkach jest niemożliwe przerwanie łączności przez kanał telekomunikacyjny, tak że nie można zastosować standardowych metod testowania wzmacniacza dużej mocy po wejściu satelity w stan pracy.

Sposób według wynalazku polega na tym, że generuje się pierwszy sygnał pseudoszumu PN (t), moduluje się pierwszym sygnałem pseudoszumu PN (t) czysty sygnał nośny f (t) dla generowania czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN, transmituje się czysty sygnał nośny s (t) modulowany sygnałem PN, jednocześnie z sygnałem użytkowym, przez kanał telekomunikacyjny, na poziomie poniżej poziomu sygnału użytkowego, odbiera

190 186 się sygnał odbiorczy s' (t) odpowiadający czystemu sygnałowi nośnemu s (t) modulowanemu sygnałem PN, po przejściu przez kanał telekomunikacyjny, koreluje się sygnał odbiorczy s' (t) i pierwszy sygnał pseudoszumu PN (t) dla generowania odtworzonego sygnału nośnego f (t) i wyznacza się punkt pracy wzmacniacza nieliniowego dla kanału telekomunikacyjnego na podstawie czystego sygnału nośnego f (t) i odtworzonego sygnału nośnego f (t).

Korzystnie stosuje się poziom czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN o 20 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.

Korzystnie stosuje się poziom czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN o 30 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.

Korzystnie jako pierwszy sygnał pseudoszumu PN (t) stosuje się binarną sekwencję pseudoszumu.

Korzystnie binarną sekwencję pseudoszumu generuje się za pomocą rejestru przesuwającego ze sprzężeniem zwrotnym lub urządzenia pamięciowego, w którym przechowuje się sekwencję wartości sygnału pseudoszumu.

Korzystnie korelację sygnału odbiorczego s' (t) i pierwszego sygnału pseudoszumu PN (t) osiąga się przez opóźnianie pierwszego sygnału pseudoszumu PN (t) i mnożenie opóźnionego pierwszego sygnału pseudoszumu PN (t) przez sygnał odbiorczy s' (t).

Korzystnie na podstawie czystego sygnału nośnego f (t) i odtworzonego sygnału nośnego f (t) określa się wzmocnienie, a wzmocnienie stosuje się do wyznaczenia mocy wejściowej sygnału użytkowego.

Korzystnie ze wzmocnienia uzyskuje się moc wejściową sygnału użytkowego za pomocą wartości odniesienia.

Korzystnie wartości odniesienia zapisuje się wstępnie dla wzmacniacza nieliniowego i za pomocą wartości odniesienia reprezentuje się charakterystykę wzmocnienia lub charakterystykę przenoszenia wzmacniacza nieliniowego dla mocy wejściowej sygnału użytkowego.

Korzystnie jako kanał telekomunikacyjny stosuje się transponder satelity telekomunikacyjnego.

Urządzenie według wynalazku zawiera generator pierwszego sygnału pseudoszumu PN (t), do którego jest dołączony pierwszy układ mnożący do modulowania czystego sygnału nośnego f (t) pierwszym sygnałem pseudoszumu PN (t) dla generowania czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN, do którego jest dołączony układ transmisyjny do transmisji czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN, jednocześnie z sygnałem użytkowym, przez kanał telekomunikacyjny, na poziomie poniżej poziomu sygnału użytkowego, do układu transmisyjnego jest dołączony układ odbiorczy do odbioru sygnału odbiorczego s' (t) odpowiadającego czystemu sygnałowi nośnemu s (t) modulowanemu sygnałem PN, po przejściu przez kanał telekomunikacyjny, do którego jest dołączony układ korelacji do korelacji sygnału odbiorczego s' (t) i pierwszego sygnału pseudoszumu PN (t) dla generowania odtworzonego sygnału nośnego f (t).

Korzystnie poziom czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN jest o 20 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.

Korzystnie poziom czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN jest o 30 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.

Korzystnie generator pierwszego sygnału pseudoszumu zawiera rejestr przesuwający ze sprzężeniem zwrotnym lub urządzenie pamięciowe, w którym jest przechowywana sekwencja wartości sygnału pseudoszumu.

Korzystnie do generatora pierwszego sygnału pseudoszumu PN(t) jest dołączony pierwszy element opóźniający.

Korzystnie do układu odbiorczego jest dołączony element do wyznaczania wzmocnienia na podstawie czystego sygnału nośnego f (t) i odtworzonego sygnału nośnego f (t).

Korzystnie do elementu do wyznaczania wzmocnienia jest dołączony element do wyznaczania mocy wejściowej sygnału użytkowego na podstawie wartości odniesienia i wzmocnienia.

Korzystnie do elementu do wyznaczania mocy wejściowej jest dołączony element do przechowywania wartości odniesienia zapisanych wstępnie dla danego wzmacniacza nieliniowego i reprezentujących charakterystykę wzmocnienia lub charakterystykę przenoszenia wzmacniacza nieliniowego w funkcji mocy wejściowej sygnału użytkowego.

190 186

Zaletą wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do poprawy wyznaczania punktu pracy nieliniowego wzmacniacza kanału telekomunikacyjnego, unikając konieczności przerwania ruchu w kanale telekomunikacyjnym. Sygnał użytkowy w celu wykonania pomiarów nie musi być wyłączany, co ogranicza znacznie czas przestoju potrzebny do konserwacji i weryfikacji kanału telekomunikacyjnego, a zatem zwiększa dostępność usług.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w postaci schematu kanał telekomunikacyjny zawierający wzmacniacz nieliniowy, fig. 2 - charakterystyki przenoszenia wzmacniacza nieliniowego, fig. 3 - wykres różnicy wzmocnień w funkcji mocy wejściowej wzmacniacza nieliniowego, fig. 4 - w postaci schematu transponder satelity telekomunikacyjnego, fig. 5 - w postaci schematu urządzenie według wynalazku oraz fig. 6a i 6b - charakterystyki przenoszenia i charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza nieliniowego dla sygnałów dużych i małych.

Figura 1 przedstawia kanał telekomunikacyjny 1 zawierający wzmacniacz nieliniowy 2 do wzmacniania sygnałów transmitowanych przez kanał telekomunikacyjny 1. Przy podawaniu całkowitego sygnału wejściowego I na wejście 3 kanału telekomunikacyjnego 1, sygnał przechodzi przez kanał telekomunikacyjny 1, jest wzmacniany przez wzmacniacz nieliniowy 2 i jest wyprowadzany jako całkowity sygnał wyjściowy O na wyjściu 4 kanału telekomunikacyjnego.

Figura 2 przedstawia charakterystykę przenoszenia A wzmacniacza z lampą o fali bieżącej, jako przykładu wzmacniacza nieliniowego, w którym tryb nieliniowy pracy występuje, gdy moc wejściowa Pi całkowitego sygnału wejściowego I jest dostateczna do pracy wzmacniacza nieliniowego w obszarze nieliniowym a charakterystyki przenoszenia. W niektórych zastosowaniach celem jest wzbudzenie wzmacniacza nieliniowego 2 do punktu nasycenia S na fig. 2, dla otrzymania maksymalnej mocy wyjściowej. Podobnie, jak w obszarze liniowym b charakterystyki przenoszenia, każdy punkt pracy wzmacniacza nieliniowego w obszarze nieliniowym a jest określony przez moc wejściową Pi sygnału wejściowego I i moc wyjściową Po sygnału wyjściowego O kanału telekomunikacyjnego. W stanie nasycenia sygnał wejściowy dostarcza moc Pis odpowiadającą mocy wyjściowej Pos.

Pierwszy sygnał wejściowy I1 jest transmitowany przez kanał telekomunikacyjny 1 na poziomie mocy P11, który wysterowuje wzmacniacz nieliniowy 2 do trybu nieliniowego. Ponadto, jednocześnie z pierwszym sygnałem wejściowym I1, przez kanał telekomunikacyjny 1 jest transmitowany drugi sygnał wejściowy Drugi sygnał wejściowy i₂ jest transmitowany na poziomie niższym od poziomu pierwszego sygnału wejściowego I1. Innymi słowy, moc wejściowa Pi₂ drugiego sygnału i₂ jest mniejsza niż moc wejściowa Pu pierwszego sygnału I1. Jeżeli udział drugiego sygnału wejściowego i₂ w całkowitym sygnale wejściowym wzmacniacza nieliniowego 2 jest mały, to punkt pracy wzmacniacza nieliniowego 2 jest wyznaczany prawie wyłącznie przez pierwszy sygnał wejściowy Ij. Zatem moc wyjściowa Po₂, odpowiadająca drugiemu sygnałowi i₂, jest określana przez moc wejściową Pm pierwszego sygnału I1. W wyniku tego każda zmiana mocy wejściowej pierwszego sygnału powoduje zmianę mocy wyjściowej drugiego sygnału. Dla osiągnięcia tego efektu drugi sygnał wejściowy powinien być około 15 do 30 dB lub więcej, zależnie od zastosowania, poniżej pierwszego sygnału wejściowego. Zaznaczono to w obszarze liniowym b na fig. 2, która przedstawia charakterystykę przenoszenia B reprezentującą moc wyjściową małego sygnału wejściowego, wykreśloną w funkcji mocy wejściowej dużego sygnału wejściowego.

Na fig. 2 przedstawiono, że w obszarze nieliniowym a charakterystyka przenoszenia B drugiego sygnału wejściowego opada znacznie szybciej niż charakterystyka przenoszenia pierwszego sygnału wejściowego, tak ze każdą zmianę mocy wyjściowej drugiego sygnału wejściowego, powodowaną przez zmianę mocy wejściowej pierwszego sygnału wejściowego, można zmierzyć znacznie łatwiej, o ile cześć o₂ sygnału wyjściowego O, odpowiadająca drugiemu sygnałowi i2, może być oddzielona od części O1 sygnału wyjściowego O, odpowiadającej pierwszemu sygnałowi wejściowemu I1, jak to pokazano na fig. 1.

Rozdzielenie części O1 i o2, pierwszego i drugiego sygnałów wejściowych I1 i i2 w sygnale wejściowym O można osiągnąć kilkoma różnymi metodami. Na przykład, jeżeli pierwszy sygnał wejściowy Itjest sygnałem FM lub QPSK, to drugi sygnał wejściowy 12 może być czystym sygnałem nośnym modulowanym sygnałem pseudoszumu, co zostanie objaśnione

190 186 poniżej bardziej szczegółowo. Przez korelację sygnału wyjściowego z sygnałem pseudoszumu stosowanym do generowania drugiego sygnału wyjściowego 12 można odzyskiwać sygnał nośny. Odzyskany sygnał nośny reprezentuje sygnał wyjściowy 02 odpowiadający drugiemu sygnałowi wyjściowemu 12. Alternatywnie drugi sygnał wejściowy mógłby być czystym sygnałem nośnym o częstotliwości zapobiegającej pogorszeniu drugiego sygnału wejściowego przez pierwszy sygnał wejściowy, na przykład o częstotliwości poza pasmem częstotliwości pierwszego sygnału wejściowego. Podczas filtracji wąskopasmowej sygnału wyjściowego O, przy częstotliwości drugiego sygnału wejściowego można określić część 02 drugiego sygnału wejściowego 12 w całkowitym sygnale wyjściowym O.

Punkt pracy wzmacniacza nieliniowego można wyznaczyć kilkoma metodami. Jeżeli moc wejściowa pierwszego i drugiego sygnałów wejściowych jest znana, to można zmierzyć moc wyjściową odpowiadającą tym sygnałom i otrzymać charakterystykę przenoszenia lub charakterystykę wzmocnienia, której przykład jest przedstawiony na fig. 6b. Jeżeli charakterystyka przenoszenia lub charakterystyka wzmocnienia jest znana, to moc wejściową pierwszego sygnału wejściowego, sterującego wzmacniaczem nieliniowym w trybie nieliniowym pracy, można wyznaczyć przez przesłanie drugiego sygnału wejściowego o znanej mocy wejściowej przez kanał telekomunikacyjny i pomiar mocy wyjściowej, odpowiadającej drugiemu sygnałowi wejściowemu.

W trybie nieliniowym jest trudne, jeśli nie niemożliwe, wyznaczenie mocy wejściowej pierwszego sygnału na podstawie mocy wyjściowej pierwszego sygnału wejściowego, zwłaszcza jeżeli wzmacniacz nieliniowy ma działać w stanie nasycenia, ponieważ nawet stosunkowo duże zmiany mocy wejściowej powodują odpowiednio tylko niewielkie zmiany mocy wyjściowej pierwszego sygnału. Ponadto występuje niejednoznaczność w obszarze nieliniowym wokół punktu nasycenia S, jak widać na fig. 2, tak że nie można jednoznacznie określić mocy wejściowej na podstawie danego wyniku pomiaru mocy wyjściowej, bo odpowiadają mu dwa poziomy mocy wejściowej.

Jednak według wynalazku moc wejściową pierwszego sygnału, a zatem punkt pracy wzmacniacza nieliniowego, można określić na podstawie mocy wejściowej drugiego sygnału wejściowego i charakterystyki przenoszenia lub charakterystyki wzmocnienia lub dowolnej innej reprezentacji opisanego powyżej związku między dużym i małym sygnałem wejściowym, jeżeli drugi sygnał wejściowy jest sygnałem małym w porównaniu z pierwszym sygnałem wejściowym, jak to objaśniono powyżej. Na przykład, jak na fig. 2, jeżeli zmierzona moc wyjściowa drugiego sygnału wynosi P o2a, to charakterystyka przenoszenia B drugiego sygnału I2 umożliwia wyznaczenie mocy wejściowej pierwszego sygnału Ii jako Pna bez pomiaru mocy wyjściowej pierwszego sygnału.

W ciągu długiego okresu charakterystyka przenoszenia i charakterystyka wzmocnienia wzmacniacza nieliniowego mogą zmieniać się w wyniku starzenia. Według wynalazku taka zmiana charakterystyki przenoszenia może być wykrywana przez wyznaczenie punktu pracy wzmacniacza nieliniowego, na podstawie pierwszego i drugiego sygnału wejściowego Ii i i₂, którym odpowiadają poszczególne moce wejściowe Pu i P12. Przez pomiar poszczególnych mocy wyjściowych Poi i P02, odpowiadających pierwszemu i drugiemu sygnałowi wejściowemu Ii i i2, można określić punkt pracy i porównać go z punktem pracy wyznaczonym na podstawie charakterystyki przenoszenia lub jej dowolnej reprezentacji.

Figura 3 przedstawia, dla dokładniejszego objaśnienia wynalazku, wykres różnicy wzmocnień między pierwszym sygnałem i drugim sygnałem, to znaczy wzm.maie - wzm.uże, naniesiony w fńnkcji mocy wejściowej pierwszego sygnału. Jeżeli punkt pracy (Pia, Poa) jest wyznaczony, jak to opisano powyżej, a nie znajduje się na wstępnie zapisanej charakterystyce C, to starzenie wzmacniacza nieliniowego spowoduje przesunięcie charakterystyki pokazane na charakterystyce C'. Chociaż nie pokazano tego na fig. 2, to podobne przesunięcie występuje na charakterystyce przenoszenia wzmacniacza nieliniowego.

Figura 4 przedstawia elementy transpondera w satelicie telekomunikacyjnym jako przykład kanału telekomunikacyjnego. Transponder satelity telekomunikacyjnego zawiera antenę odbiorcza 11 do odbioru sygnału z Ziemi do satelity (= pierwszego sygnału wejściowego) nadawanego ze stacji naziemnej (niepokazanej). Sygnał wyjściowy anteny odbiorczej 11 jest podawany do demultipleksera wejściowego 13 po przemianie częstotliwości w przetworniku

190 186 częstotliwości 12. Demultiplekser wejściowy 13 zawiera kilka pierwszych filtrów 14-1 do 14-n do rozdzielania poszczególnych sygnałów w sygnale z anteny. Zwykle stosuje się po jednym filtrze dla każdego sygnału do oddzielenia go od innych sygnałów odebranych za pośrednictwem anteny odbiorczej 1, który to filtr odpowiada kanałowi telekomunikacyjnemu. Tych n sygnałów wyjściowych demultipleksera wejściowego 13 jest podawanych do odpowiedniej liczby wzmacniaczy wzbudzajaco-ograniczających 15a- do 15a-n i wzmacniaczy dużej mocy 15b-l do 15b-n. W każdym ze wzmacniaczy dużej mocy wykorzystuje się lampę o fali bieżącej (TWT) do wzmacniania sygnałów wyjściowych demultipleksera wejściowego 13. Wzmacniacze dużej mocy 15b-l do 15b-n są wzmacniaczami nieliniowymi o charakterystyce przenoszenia i charakterystyce wzmocnienia, jak odpowiednie charakterystyki A na fig. 6a i 6b. Jeżeli nie są nastawione na tryb liniowy, wzmacniacze wzbudzająco-ograniczające 15a-l do 15a-n albo ograniczają albo wzmacniają sygnał wejściowy otrzymany z demultipleksera wejściowego 13 przed podaniem do odpowiedniego wzmacniacza dużej mocy. Sygnały wyjściowe wzmacniaczy są przepuszczane przez drugie filtry 16-1 do 16-n, które są częścią multipleksera wyjściowego 17 łączącego n sygnałów wyjściowych wzmacniaczy. Sygnał wyjściowy multipleksera wyjściowego 17 jest podawany do anteny nadawczej 18 dla nadania w kierunku określonego obszaru na Ziemi.

Punkt pracy każdego ze wzmacniaczy dużej mocy 15b-l do 15b-n zależy od sygnału użytkowego czyli pierwszego sygnału wejściowego ze stacji naziemnej, który to sygnał powinien być odpowiedni do wysterowania wzmacniacza do stanu nasycenia w celu osiągnięcia maksymalnej mocy wyjściowej. W określonych z góry granicach wzmacniacze wzbudzaj ąco-ograniczające 15a-l do 15a-n mogą być nastawione tak, że każdy ze wzmacniaczy dużej mocy pracuje w stanie nasycenia. W przypadku pomiaru opisanego poniżej wzmacniacze wzbudzaj ąco-ograniczające są nastawione do pracy liniowej.

Na fig. 5 w stacji naziemnej sygnał pseudoszumu PN(t) jest generowany za pomocą generatora 19 sygnału pseudoszumu, na przykład rejestru przesuwającego ze sprzężeniem zwrotnym lub urządzenia pamięciowego, w którym jest przechowywana sekwencja wartości sygnału pseudoszumu. Sygnał pseudoszumu PN (t) ma bardzo ostrą funkcję autokorelacji przy opóźnieniu zerowym. Umożliwia to określenie opóźnienia między generowanym lokalnie sygnałem pseudoszumu PN (t) i odbieranym sygnałem, który jest opóźniony o czas propagacji. Czysty sygnał nośny f (t) jest modulowany sygnałem pseudoszumu PN (t) za pomocą pierwszego układu mnożącego dla utworzenia czystego sygnału nośnego s (t) = PN (t) x f (t) modulowanego sygnałem PN. Czysty sygnał nośny s (t) modulowany sygnałem PN jest podawany na przemiennik częstotliwości 21 sygnałów w górę i poprzez wzmacniacz dużej mocy 22 do anteny 23, która nadaje czysty sygnał nośny s (t) modulowany sygnałem PN (= drugi sygnał wejściowy) do transpondera badanego satelity telekomunikacyjnego. Jednak z punktu widzenia użytkownika nadającego sygnał użytkowy do satelity, transponder pozostaje użyteczny podczas badania i sygnał użyteczny można do niego podawać w sposób ciągły.

Poziom nadawanego czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN jest dostatecznie poniżej poziomu sygnału użytkowego, na przykład o około 20 do 30 dB lub więcej, tak że sygnał użytkowy nie pogarsza się w sposób zauważalny. Z tego powodu czysty sygnał nośny s (t) modulowany sygnałem PN może być transmitowany podczas eksploatacji kanału telekomunikacyjnego, to znaczy jednocześnie z sygnałem użytkowym transmitowanym do transpondera satelity z tej samej lub innej stacji naziemnej.

W tym wykonaniu antena 23 służy do odbioru sygnału retransmitowanego przez transponder satelity, innymi słowy sygnału, który przebył kanał telekomunikacyjny. Sygnał wyjściowy anteny 23 jest przepuszczany przez przemiennik częstotliwości 24 sygnałów w dół dla odbioru sygnału s' (t), który jest podawany do drugiego układu mnożącego 25 odbierającego ten sam, lecz opóźniony sygnał pseudoszumu PN (t). Opóźnienie jest wytwarzane przez element opóźniający 26, któryjest nastawione tak, że sygnał wyjściowy drugiego układu mnożącego 25 staje się maksymalny. Skutkiem tego odbierany sygnał s' (t) jest mnożony, inaczej mówiąc korelowany z dokładnie tym samym sygnałem pseudoszumu PN (t), który został zastosowany do generowania czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN i otrzymuje się odtworzony sygnał nośny f¹ (t), który jest tylko opóźniony i stłumiony w porównaniu z czystym sygnałem nośnym f (t). Tłumienie toru jest stałe, ponieważ straty w swo190 186 bodnej przestrzeni praktycznie nie zmieniają się wraz z odległością między satelitą i stacją naziemną. Ze względu na to, że tłumienie atmosferyczne można mierzyć za pomocą radiometrów, to możliwe jest jego uwzględnienie, podobnie jak wzmocnienia anteny stacji naziemnej przy odpowiednich częstotliwościach. Zatem w celu określenia wzmocnienia tego sygnału można mierzyć moc wejściową czystego sygnału nośnego f (t) i moc wyjściową odtworzonego sygnału nośnego f (t). Na podstawie tego wzmocnienia i wartości odniesienia krzywych wzorcowania przedstawionych na fig. 6a i 6b i objaśnionych bardziej szczegółowo poniżej, wyznacza się moc wejściową sygnału użytkowego.

Jeżeli w przykładzie przedstawionym na fig. 6b zmierzone wzmocnienie małego sygnału wynosi -4 dB, to moc wejściowa dużego sygnału wynosi -1 dB. Ten pomiar zapewnia duze możliwości w porównaniu z pomiarem mocy wyjściowej, mianowicie podczas gdy moc wyjściowa dużego sygnału zmienia się o mniej niż 0,05 dB w przypadku zmiany mocy wejściowej z wartości 0 dB do -1 dB, to wzmocnienie małego sygnału zmienia się prawie o 2 dB.

Na fig. 6a są przedstawione charakterystyki przenoszenia dla dużego sygnału A i trzech małych sygnałów Bj, B2, B3 we wzmacniaczu z lampą o fali bieżącej (TWTA). Dla uproszczenia podano wartości względem punktu nasycenia wzmacniacza. Oznacza to, że na fig. 6a moc wejściowa 0 dB odpowiada mocy wyjściowej 0 dB. Trzy małe sygnały Bj, B2, B₃ mają poziom niższy od poziomu dużego sygnału o 20 dB, 30 dB i 40 dB.

Na fig. 6b są przedstawione charakterystyki wzmocnienia dla dużego sygnału A i trzech małych sygnałów Bi, B2, B₃. Również i w tym przypadku podano wartości względem punktu nasycenia wzmacniacza, tak na fig. 6b moc wejściowa 0 dB odpowiada wzmocnieniu 0 dB. Ponieważ wzmocnienie małych sygnałów nie zależy od różnicy mocy wejściowej względem dużego sygnału, lecz tylko od mocy wejściowej dużego sygnału, to charakterystyki wzmocnienia dla trzech małych sygnałów pokryją się całkowicie. Opisane powyżej charakterystyki przenoszenia i charakterystyki wzmocnienia, przedstawione na fig. 6a i 6b, otrzymano jako krzywe wzorcowania dla każdego wzmacniacza w satelicie w celu późniejszego określenia punktu pracy danego wzmacniacza. Korzystnie krzywe wzorcowania są zapisywane w postaci wartości odniesienia, które są przechowywane w elementach pamięciowych stosowanych przy wyznaczaniu punktu pracy wzmacniacza nieliniowego.

W przypadku pomiaru krzywych wzorcowania generuje się duży sygnał i mały sygnał, przy czym mały sygnał ma poziom na przykład 20 dB, 30 dB lub 40 dB poniżej poziomu dużego sygnału. Sygnały duży i mały mogą być czystymi sygnałami nośnymi lub też duży sygnał może być sygnałem FM lub QPSK dla możliwie dokładnego odtworzenia rzeczywistych warunków pracy, a mały sygnał może być czystym sygnałem nośnym modulowanym sygnałem pseudoszumu. Oba sygnały, to znaczy duży sygnał i mały sygnał są łączone i transmitowane do transpondera. Całkowity sygnał wejściowy odbierany przez antenę 11 jest doprowadzany do wejścia wzmacniacza dużej mocy (TWTA). Przy zmianach mocy całkowitego sygnału, różnica poziomów między dużym sygnałem a małym sygnałem na wejściu będzie pozostawała zawsze taka sama. Jednak w odróżnieniu od tego, moc małego sygnału można utrzymywać stałą, ponieważ nie ma ona istotnego wpływu na punkt pracy wzmacniacza nieliniowego. Sygnał wyjściowy wzmacniacza dużej mocy (TWTA) jest podawany do anteny 18 przez demultiplekser wyjściowy 17, a poziomy wyjściowe odpowiadające obu sygnałom wejściowym mierzy się oddzielnie.

Na krzywej wzorcowania z fig. 6a jest przedstawiona moc wyjściowa dużego sygnału, która jest prawie równa całkowitej mocy wyjściowej, ponieważ udział małego sygnału jest pomijalny, naniesiona w funkcji mocy wejściowej dużego sygnału. Przedstawiono również moc wyjściową małego sygnału funkcji mocy wejściowej dużego sygnału.

Na fig. 6b wzmocnienie dużego sygnału i wzmocnienie małych sygnałów są podane w funkcji mocy wejściowej dużego sygnału.

W przedstawionej na fig. 5 stacji naziemnej stosuje się element 27 do wyznaczania wzmocnienia na podstawie czystego sygnału nośnego f (t) i odtworzonego sygnału nośnego f (t), odbierając zarówno czysty sygnał nośny f (t), jak i odtworzony sygnał nośny f (t). Ponadto stosuje się element 28 do wyznaczania mocy wejściowej sygnału użytkowego z wartości odniesienia i wzmocnienia. Sygnały wyjściowe elementu 27 do wyznaczania wzmocnienia są podawane do elementu 28 do wyznaczania mocy wejściowej sygnału użytkowego. Wartości od10

190 186 niesienia są zapamiętywane i podawane z elementu 29 do przechowywania wartości odniesienia. Te wartości odniesienia zostały zapisane wstępnie dla danego wzmacniacza nieliniowego i reprezentują charakterystykę wzmocnienia lub charakterystykę przenoszenia tego wzmacniacza nieliniowego w funkcji mocy wejściowej sygnału użytkowego, co opisano w odniesieniu do fig. 6a i 6b.

Powyżej omówiono tylko sygnały pseudoszumu, ponieważ te sygnały można generować stosunkowo łatwo. Jednak w sposobie i urządzeniu według wynalazku można wykorzystywać również rzeczywiste sygnały szumu.

Fig. 3 wzm „j.-wzm j „

Fig 4

190 186 z satelity

190 186

Fig. 1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wyznaczania punktu pracy nieliniowego wzmacniacza kanału telekomunikacyjnego, przez który transmituje się sygnał użytkowy o zadanym poziomie, znamienny tym, że generuje się pierwszy sygnał pseudoszumu PN (t), moduluje się pierwszym sygnałem pseudoszumu PN (t) czysty sygnał nośny f (t) dla generowania czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN, transmituje się czysty sygnał nośny s (t) modulowany sygnałem PN, jednocześnie z sygnałem użytkowym, przez kanał telekomunikacyjny, na poziomie poniżej poziomu sygnału użytkowego, odbiera się sygnał odbiorczy s' (t) odpowiadający czystemu sygnałowi nośnemu s (t) modulowanemu sygnałem PN, po przejściu przez kanał telekomunikacyjny, koreluje się sygnał odbiorczy s' (t) i pierwszy sygnał pseudoszumu PN (t) dla generowania odtworzonego sygnału nośnego f (t) i wyznacza się punkt pracy wzmacniacza nieliniowego dla kanału telekomunikacyjnego na podstawie czystego sygnału nośnego f (t) i odtworzonego sygnału nośnego f (t).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się poziom czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN o 20 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się poziom czystego sygnału nośnego s (t) modulowanego sygnałem PN o 30 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że jako pierwszy sygnał pseudoszumu PN (t) stosuje się binarną sekwencję pseudoszumu.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że binarną sekwencję pseudoszumu generuje się za pomocą rejestru przesuwającego ze sprzężeniem zwrotnym lub urządzenia pamięciowego, w którym przechowuje się sekwencję wartości sygnału pseudoszumu.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że korelację sygnału odbiorczego s' (t) i pierwszego sygnału pseudoszumu PN (t) osiąga się przez opóźnianie pierwszego sygnału pseudo szumu PN (t) i mnożenie opóźnionego pierwszego sygnału pseudo szumu PN (t) przez sygnał odbiorczy s' (t).
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że na podstawie czystego sygnału nośnego f (t) i odtworzonego sygnału nośnego f (t) określa się wzmocnienie, a wzmocnienie stosuje się do wyznaczenia mocy wejściowej sygnału użytkowego.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że ze wzmocnienia uzyskuje się moc wejściową sygnału użytkowego za pomocą wartości odniesienia.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wartości odniesienia zapisuje się wstępnie dla wzmacniacza nieliniowego i za pomocą wartości odniesienia reprezentuje się charakterystykę wzmocnienia lub charakterystykę przenoszenia wzmacniacza nieliniowego dla mocy wejściowej sygnału użytkowego.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jako kanał telekomunikacyjny stosuje się transponder satelity telekomunikacyjnego.
11. 11. Urządzenie do wyznaczania punktu pracy nieliniowego wzmacniacza kanału telekomunikacyjnego do transmisji sygnału użytkowego o zadanym poziomie, znamienne tym, ze zawiera generator (19) pierwszego sygnału pseudoszumu (PN (t)), do którego jest dołączony pierwszy układ mnożący (20) do modulowania czystego sygnału nośnego (f (t)) pierwszym sygnałem pseudoszumu (PN (t)) dla generowania czystego sygnału nośnego (s (t)) modulowanego sygnałem PN, do którego jest dołączony układ transmisyjny (21, 22, 23) do transmisji czystego sygnału nośnego (s (t)) modulowanego sygnałem PN, jednocześnie z sygnałem użytkowym, przez kanał telekomunikacyjny, na poziomie poniżej poziomu sygnału użytkowego, do układu transmisyjnego (21, 22, 23) jest dołączony układ odbiorczy (23, 24) do odbioru sygnału odbiorczego (s'(t)) odpowiadającego czystemu sygnałowi nośnemu (s(t)) modułowa190 186 nemu sygnałem PN, po przejściu przez kanał telekomunikacyjny, do którego jest dołączony układ korelacji (25, 26) do korelacji sygnału odbiorczego (s' (t)) i pierwszego sygnału pseudoszumu (PN (t)) dla generowania odtworzonego sygnału nośnego (f (t)).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że poziom czystego sygnału nośnego (s (t)) modulowanego sygnałem PN jest o 20 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że poziom czystego sygnału nośnego (s (t)) modulowanego sygnałem PN jest o 30 dB lub więcej poniżej poziomu sygnału użytkowego.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 11 albo 12, albo 13, znamienne tym, ze generator (19) pierwszego sygnału pseudoszumu zawiera rejestr przesuwający ze sprzężeniem zwrotnym lub urządzenie pamięciowe, w którym jest przechowywana sekwencja wartości sygnału pseudoszumu.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że do generatora (19) pierwszego sygnału pseudoszumu (PN (t)) jest dołączony pierwszy element opóźniający (26).
16. 16. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że do układu odbiorczego (23, 24) jest dołączony element (27) do wyznaczania wzmocnienia na podstawie czystego sygnału nośnego (f (t)) i odtworzonego sygnału nośnego (f (t)).
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że do elementu (27) do wyznaczania wzmocnienia jest dołączony element (28) do wyznaczania mocy wejściowej sygnału użytkowego na podstawie wartości odniesienia i wzmocnienia.
18. 18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że do elementu (28) do wyznaczania mocy wejściowej jest dołączony element (29) do przechowywania wartości odniesienia zapisanych wstępnie dla danego wzmacniacza nieliniowego i reprezentujących charakterystykę wzmocnienia lub charakterystykę przenoszenia wzmacniacza nieliniowego w funkcji mocy wejściowej sygnału użytkowego.