專利名稱：用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的方法和設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的方法和設備，特別涉及在欠載下(under load)的通信衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器。
在高頻通信信道中，非線性高功率放大器必須經(jīng)常在其飽和點被驅(qū)動，以便獲得最大可能輸出。例如，在衛(wèi)星中(但本發(fā)明并不限于這個應用)，由天線接收來自地面的上行鏈路站的信號，在輸入多路復用器中進行頻率變換和濾波，并由驅(qū)動器限幅放大器和高功率放大器放大，然后在輸出多路復用器中濾波，并轉(zhuǎn)播到地面。為了在衛(wèi)星覆蓋區(qū)處處都能提供足夠的信號，高功率放大器必須在其飽和點、即表示輸出功率比輸入功率的非線性轉(zhuǎn)移曲線中的最大值點被驅(qū)動，如圖6a的例子所示。
驅(qū)動器限幅放大器(DLA)是一個前置放大器，可以被設置為在兩個模式中的一個中運行。在線性模式中，它用作為簡單的線性放大器。在限幅模式中，它提供自動電平控制(ALC)的功能。DLA通常工作在限幅模式中，以便補償由于天氣影響而引起的短期電平變化。在限幅模式中，DLA總是向高功率放大器(HPA)提供相同的輸出功率，以使得HPA一直工作在飽和狀態(tài)。即使如果從上行鏈路地面站接收的功率低于規(guī)格，DLA也能夠?qū)PA保持在飽和狀態(tài)，但將上行鏈路地面站功率保持在高電平也是非常重要的，因為如果DLA不得不補償上行鏈路功率，則整個信噪比(SNR)會降低，其中整個信噪比在這種情況下是由作為上行鏈路路徑的信號路徑的較早級中的SNR所驅(qū)動的。
從衛(wèi)星操作者的角度看，知道HPA總是工作在飽和狀態(tài)并且來自上行鏈路站的信號功率足夠高到處于衛(wèi)星的級別是非常重要的。因此，衛(wèi)星操作者必須定期地監(jiān)視在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器輸入端所接收的功率通量密度。目標是來自上行鏈路站的視頻信號足夠強到使得在晴天條件下衛(wèi)星上攜帶的HPA由線性模式下的DLA驅(qū)動在飽和狀態(tài)。如果HPA轉(zhuǎn)移曲線由于老化已經(jīng)改變，也必須滿足這個標準。
由于并不精確地知道上行鏈路功率(例如，如果上行鏈路不是從屬于衛(wèi)星操作者本身的位置完成的)，則只從監(jiān)視下行鏈路功率并不能確定高功率放大器的工作點。一方面這是由于在飽和附近輸入功率可能變化幾個dB，而輸出功率最多只會變化十分之幾dB。另一方面，如果測量出下行鏈路功率的一特定值，并不能確定HPA是在低于還是高于飽和狀態(tài)下工作，因為轉(zhuǎn)移曲線在輸出功率中是不明確的。
為了能夠監(jiān)視在HPA輸入端的全部接收信號功率，許多衛(wèi)星裝備有一個功率監(jiān)視系統(tǒng)。可以將這個數(shù)據(jù)與遙測數(shù)據(jù)一起發(fā)送給衛(wèi)星操作者。且不說不是所有的衛(wèi)星都必然地裝備有功率監(jiān)視系統(tǒng)，這個方法的缺陷是如果在衛(wèi)星中存在有這樣一個系統(tǒng)，則相關數(shù)據(jù)會消耗特定量的從衛(wèi)星到操作者的地面站的遙測數(shù)據(jù)流，而這本可以用于其他極為重要的數(shù)據(jù)。此外，遙測數(shù)據(jù)流的比特率可以包含最大為幾千比特/秒。因此，出于很多原因(即，故障、衛(wèi)星重量等)，即使衛(wèi)星裝備有功率監(jiān)視系統(tǒng)，也最好是從地面站而不是在衛(wèi)星上執(zhí)行測量。
除了測量在衛(wèi)星上的接收功率之外，衛(wèi)星操作者還定期執(zhí)行“在軌測試”(IOT)以測量驅(qū)動飽和狀態(tài)的HPA所需的功率通量密度。
如同衛(wèi)星通信國際雜志的通信衛(wèi)星的在軌測試特刊，Volume 13，Number 5，Wiley 1995或在DE-C-33 33 418中所述的，已知的第一個常規(guī)方法是AM趨零，根據(jù)該方法，在上行鏈路中使用調(diào)幅(AM)信號在功率上掃描，直到振幅調(diào)制完全消失。這點剛好在飽和點。確定HPA的轉(zhuǎn)移曲線的第二個常規(guī)方法包括測量原始載波的發(fā)射和接收功率，其中，必須抵償所有路徑衰減。這兩個IOT測量方法都要求測試中的轉(zhuǎn)發(fā)器不工作。換句話說，在測試期間有效載荷信號必須被切斷。
在在軌測試期間切斷有效載荷信號的必要性不僅表示對轉(zhuǎn)發(fā)器用戶來說由于通信被中斷所導致的相當大的缺陷，還表示對于衛(wèi)星操作者來說由于測試必須以加速方式執(zhí)行以使得中斷盡可能短所導致的相當大的缺陷。在一些情況下，不可能中斷通過通信信道進行的通信，因此常規(guī)方法在衛(wèi)星進入操作之后不能用于測試HPA。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的方法和設備。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種避免中斷通過通信信道的業(yè)務的方法和設備。
這些目的和其他目的都通過一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的方法來實現(xiàn)，其中，將第一信號通過所述通信信道與第二信號同時發(fā)射，在所述通信信道的對應于所述第二信號的輸出信號的基礎上確定所述非線性放大器的所述工作點，所述第一信號的輸入功率為使得所述非線性放大器工作在非線性模式，所述第二信號的輸入功率低于所述第一信號的輸入功率。
所述第二信號的電平最好為低于所述第一信號電平大約20dB或更多。
在一個最佳實施例中，所述第二信號是一個偽噪聲調(diào)制原始載波信號，所述通信信道(1)的對應于所述第二信號的所述輸出信號是一個恢復載波信號。
在另一個最佳實施例中，所述第二信號是一個原始載波信號，其中，所述通信信道的對應于所述第二信號的所述輸出信號是一個窄帶濾波載波信號。
有利地，將基準值與所述通信信道的對應于所述第二信號的所述輸出信號一起用來確定所述非線性放大器的工作點。
這些基準值可以是為所述非線性放大器預先記錄的，對應于所述非線性放大器的轉(zhuǎn)移曲線。
上述目的和其他目的還通過一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的設備來實現(xiàn)，所述設備包括將第二信號通過所述通信信道與通過所述通信信道發(fā)射的第一信號同時發(fā)射的裝置，以及在所述通信信道的對應于所述第二信號的輸出信號的基礎上確定所述非線性放大器的所述工作點的裝置，所述第一信號的輸入功率為使得所述非線性放大器工作在非線性模式，所述第二信號的輸入功率低于所述第一信號的輸入功率。
在一個最佳實施例中，所述在所述通信信道的對應于所述第二信號的輸出信號的基礎上確定所述非線性放大器的所述工作點的裝置包括用于存儲與所述通信信道的對應于所述第二信號的所述輸出信號一起用來確定所述非線性放大器的工作點的基準值的裝置。
總之，為了確定通信信道的非線性放大器、例如通信衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器的工作點，將第一輸入信號通過通信信道以將非線性放大器驅(qū)動到非線性工作模式的功率電平發(fā)射。另外，將第二輸入信號通過通信信道與第一輸入信號同時發(fā)射。將第二輸入信號以低于第一輸入信號電平的電平發(fā)射。如果第二輸入信號對于非線性放大器的全部輸入的貢獻很小，則幾乎只由第一輸入信號就可以確定非線性放大器的工作點。因此，由第一信號的輸入功率就完全可以確定對應于第二信號的輸出功率。所述非線性放大器的工作點是在所述通信信道的對應于所述第二信號的輸出信號的基礎上確定的。
為了實現(xiàn)上述目的和其他目的，本發(fā)明還提供一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的方法，其中通過所述通信信道以一預定電平發(fā)射一個有效載荷信號，所述方法包括產(chǎn)生第一偽噪聲信號PN(t)；用所述第一偽噪聲信號PN(t)調(diào)制原始載波信號f(t)，以產(chǎn)生一個PN調(diào)制原始載波信號s(t)；將所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)通過所述通信信道以低于所述有效載荷信號電平的電平與所述有效載荷信號同時發(fā)射；接收對應于已經(jīng)通過所述通信信道傳播之后的所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的接收信號s’(t)；將所述接收信號s’(t)與所述第一偽噪聲信號PN(t)進行相關，以產(chǎn)生一個恢復載波信號f’(t)；以及，在所述原始載波信號f(t)與所述恢復載波信號f’(t)的基礎上確定通信信道的所述非線性放大器的工作點。
有利地，所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的電平為低于所述有效載荷信號電平大約20dB或甚至大約30dB或更多。
依據(jù)本發(fā)明，所述第一偽噪聲信號PN(t)是一個二進制偽噪聲序列，所述二進制偽噪聲序列是由存儲偽噪聲信號值序列的反饋移位寄存器或存儲設備產(chǎn)生的。
所述接收信號s’(t)與所述第一偽噪聲信號PN(t)的所述相關可以通過延遲所述第一偽噪聲信號PN(t)并將延遲的第一偽噪聲信號PN(t)和所述接收信號s’(t)相乘來實現(xiàn)。
在一個最佳實施例中，增益是在所述原始載波信號f(t)和所述恢復載波信號f’(t)的基礎上確定的，所述增益用于確定所述有效載荷信號的輸入功率?；鶞手涤糜趶乃鲈鲆鎸С鏊鲇行лd荷信號的輸入功率，所述基準值是已經(jīng)為所述非線性放大器預先記錄的，表示所述非線性放大器在所述有效載荷信號的輸入功率上的增益曲線或轉(zhuǎn)移曲線。
依據(jù)本發(fā)明的方法可以有利地應用于所述通信信道是通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器的情況。
為了實現(xiàn)上述目的和其他目的，本發(fā)明還提供了一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的設備，其中通過所述通信信道以一預定電平發(fā)射一個有效載荷信號，所述設備包括第一偽噪聲信號發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個偽噪聲信號PN(t)；第一調(diào)制裝置，用于用所述第一偽噪聲信號PN(t)調(diào)制原始載波信號f(t)，以產(chǎn)生一個PN調(diào)制原始載波信號s(t)；發(fā)射裝置，用于將所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)通過所述通信信道以低于所述有效載荷信號電平的電平與所述有效載荷信號同時發(fā)射；接收裝置，用于接收對應于已經(jīng)通過所述通信信道傳播之后的所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的接收信號s’(t)；以及，第一相關裝置，用于將所述接收信號s’(t)與所述偽噪聲信號PN(t)進行相關，以產(chǎn)生一個恢復載波信號f’(t)。
有利地，所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的電平為低于所述有效載荷信號電平至少20dB或甚至至少30dB或更多。
依據(jù)本發(fā)明，所述第一偽噪聲信號發(fā)生裝置(9)是一個存儲偽噪聲信號值序列的反饋移位寄存器或存儲設備。
總之，為了確定通信信道的非線性放大器、例如通信衛(wèi)星中轉(zhuǎn)發(fā)器的工作點，將原始載波信號f(t)用偽噪聲信號PN(t)調(diào)制，并通過通信信道以低于有效載荷信號的電平的電平發(fā)射，其中有效載荷信號通過通信信道同時發(fā)射。將接收信號s’(t)與同一偽噪聲信號PN(t)進行相關，以獲得一個恢復載波信號f’(t)。將原始載波信號f(t)和恢復載波信號f’(t)的功率用來確定信號增益，并在基準值(校準曲線)的基礎上確定有效載荷信號的輸入功率。由于PN調(diào)制原始載波信號s(t)是以低電平發(fā)射的，所以可以在不切斷有效載荷信號的情況下執(zhí)行測量，有效載荷信號的輸入功率限定了非線性放大器的工作點。
依據(jù)本發(fā)明的方法和設備的一個重要的優(yōu)點當然是不必切斷有效載荷信號來執(zhí)行測量。這相當大地限制了維護和驗證通信信道所需的停機時間，從而增大了服務的可用性。
下面將參考附圖更加詳細地說明本發(fā)明的一個實施例。


圖1顯示了包括非線性放大器的通信信道的原理圖；圖2顯示了非線性放大器的轉(zhuǎn)移曲線；圖3顯示了在非線性放大器的輸入功率上的增益差的示意圖；圖4顯示了通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器的原理圖；圖5顯示了依據(jù)本發(fā)明的設備的一個實施例的原理圖；圖6a和6b顯示了用于大信號和小信號的非線性放大器的轉(zhuǎn)移曲線和增益曲線。
為了描述在更普遍的應用中的本發(fā)明，圖1顯示了通信信道1，通信信道1包括用于放大通過通信信道發(fā)射的信號的非線性放大器2。如果將總輸入信號I送到通信信道1的輸入端3，則信號穿過通信信道1，由非線性放大器2放大，并作為總輸出信號0在通信信道1的輸出端4輸出。
圖2顯示了一個作為非線性放大器的例子的行波管放大器(TWTA)的轉(zhuǎn)移曲線A，如圖2所示，如果總輸入信號I的輸入功率P1足夠高到使得非線性放大器在其轉(zhuǎn)移曲線的非線性區(qū)域(a)工作，則實現(xiàn)操作的非線性模式。在一些應用中，目標是將非線性放大器驅(qū)動到其飽和點，如圖2中的S所示，以獲得最大輸出功率。與在轉(zhuǎn)移曲線的線性區(qū)域(b)一樣，非線性區(qū)域(a)中的非線性放大器的每個工作點由通信信道的輸入信號I的特定輸入功率P1和輸出信號O的相應輸出功率P0限定。在飽和狀態(tài)，輸入信號提供一個對應于輸出功率POS的輸入功率PIS。
依據(jù)本發(fā)明，將第一輸入信號I1通過通信信道1以一個將非線性放大器2驅(qū)動在非線性工作模式的功率電平PI1發(fā)射。另外，將第二輸入信號i2通過通信信道1與第一輸入信號I1同時發(fā)射。將第二輸入信號i2以低于第一輸入信號I1的電平的電平發(fā)射。換句話說，第二信號i2的輸入功率PI2低于第一信號I1的輸入功率PI1。如果第二輸入信號i2對非線性放大器的總輸入的貢獻很小，則非線性放大器的工作點幾乎只由第一輸入信號確定。因此，對應于第二信號i2的輸出功率P02幾乎全由第一信號I1的輸入功率PI1確定。因此，第一信號的輸入功率中的任何變化都引起第二信號的輸出功率中的變化。為了實現(xiàn)這個效果，第二輸入信號應該是低于第一輸入信號大約15到30dB或更多，這取決于應用。這由顯示了一個轉(zhuǎn)移曲線B的圖2中的線性區(qū)域(b)所示，轉(zhuǎn)移曲線B表示相對于大輸入信號的輸入功率繪出的小輸入信號的輸出功率。
如圖2所示，在非線性區(qū)域(a)中，第二輸入信號的轉(zhuǎn)移曲線B降得比第一輸入信號的轉(zhuǎn)移曲線要快得多，從而，只要對應于第二輸入信號i2的輸出信號0的一部分o2可以與對應于第一輸入信號I1的輸出信號O的部分O1分離，如圖1所示，則由第一輸入信號的輸入功率的變化所引起的第二輸入信號的輸出功率的任何變化都能被非常容易地測量。
第一和第二輸入信號I1和i2分別在輸出信號O中的貢獻O1和o2的分離可以通過幾個不同的方式來實現(xiàn)。例如，如果第一輸入信號I1是一個FM或QPSK信號，第二輸入信號i2可以是一個偽噪聲調(diào)制原始載波信號，這將在后面進一步詳細說明。通過將輸出信號與用于產(chǎn)生第二輸入信號i2的偽噪聲信號進行相關，可以恢復載波信號?；謴偷妮d波信號代表對應于第二輸入信號i2的輸出信號o2。或者，第二輸入信號可以是一個原始載波信號，其頻率為避免由第一輸入信號所引起的第二輸入信號的惡化，例如其頻率在第一輸入信號的頻帶之外。通過在第二輸入信號頻率上對輸出信號O進行窄帶濾波，可以確定總輸出信號O中的第二輸入信號i2的部分o2。
依據(jù)本發(fā)明，非線性放大器的工作點可以以不同方式確定。如果第一和第二輸入信號的輸入功率是已知的，可以測量對應于這些信號的輸出功率，并且可以獲得一個轉(zhuǎn)移曲線或增益曲線，如圖6b的例子所示。如果轉(zhuǎn)移曲線或增益曲線是已知的，則通過經(jīng)通信信道發(fā)射已知輸入功率的第二輸入信號并測量對應于第二輸入信號的輸出功率可以確定將非線性放大器驅(qū)動至非線性工作模式的第一輸入信號的輸入功率。
應該注意的是，在非線性模式中，如果不是不可能的，則從第一輸入信號的輸出功率確定第一信號的輸入功率也是非常困難的，特別是如果非線性放大器要工作在飽和狀態(tài)的話，因為輸入功率中即使相對大的變化也只導致第一信號的輸出功率中的輕微變化。此外，從圖2可以看出，在飽和點S周圍的非線性區(qū)域中存在著模糊點，因此，如果將特定電平的輸出功率測量為與其對應的輸入功率的兩個電平，則不能明確地確定輸入功率。
然而，依據(jù)本發(fā)明，如上所述，如果第二輸入信號與第一輸入信號相比是小信號，則在第二輸入信號的輸入功率和轉(zhuǎn)移曲線或增益曲線(或大小輸入信號之間的上述關系的任何其他表示)的基礎上可以確定第一信號的輸入功率，因此確定非線性放大器的工作點。例如，如圖2所示，如果第二信號的輸出功率測量為Po2a，則第二信號i2的轉(zhuǎn)移曲線B允許在完全不測量第一信號的輸出功率的情況下將第一信號I1的輸入功率確定為PI1a。
在一個很長的時期中，非線性放大器的轉(zhuǎn)移曲線和增益曲線由于老化可能會改變。依據(jù)本發(fā)明，可以通過在已知其各個輸入功率PI1和PI2的第一和第二輸入信號I1和i2的的基礎上確定非線性放大器的工作點來檢測轉(zhuǎn)移曲線的改變。通過測量對應于第一和第二輸入信號I1和i2的各個輸出功率P01和P02可以確定工作點并將該工作點與在轉(zhuǎn)移曲線(或其任何其他表示)的基礎上導出的工作點進行比較。
為了更加詳細的解釋本發(fā)明的這個方面，圖3顯示了一個在第一信號的輸入功率上繪出的表示在第一信號和第二信號之間的增益差、即增益小-增益大的示意圖。如果確定的工作點(Pia，Poa)不在預先記錄的曲線C上，則非線性放大器的老化已經(jīng)引起曲線的位移，如曲線C’所示。雖然在圖2中未顯示，在非線性放大器的轉(zhuǎn)移曲線中也可以看到類似的位移。
為了描述本發(fā)明的一個更具體的實施例，圖4顯示了作為通信信道的一個例子的通信衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器的部件，但并不是將本發(fā)明限制于這個應用。
通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器包括一個用于接收從上行鏈路地面站(未顯示)發(fā)送的上行鏈路信號(=第一輸入信號)的接收天線11。將所述接收天線11的輸出信號在頻率變換器12中進行頻率變換之后饋送給一個輸入多路分解器(IMUX)13。所述輸入多路分解器13包括幾個第一濾波器14-1至14-n，用于分離來自天線的信號中的單個信號。一般為每個要從通過所述接收天線11接收的其他信號中分離出來的信號提供一個濾波器，該濾波器對應于一個通信信道。將所述輸入多路分解器13的n個輸出信號饋送到相應數(shù)目的驅(qū)動器限幅放大器15a-1至15a-n和高功率放大器15b-1至15b-n。在每個高功率放大器中，采用行波管(TWT)來放大所述輸入多路分解器13的輸出信號。高功率放大器15b-1至15b-n是分別具有如6a和6b中曲線A所示的轉(zhuǎn)移曲線和增益曲線的非線性放大器。如果未被設置到線性模式，則驅(qū)動器限幅放大器15a-1至15a-n或者限幅或者放大從輸入多路分解器13接收的輸入信號，然后將其送到相應的高功率放大器。放大器輸出信號通過第二濾波器16-1至16-n，其中第二濾波器16-1至16-n是合并n個放大器輸出信號的輸出多路復用器(OMUX)17的一部分。所述輸出多路復用器17的輸出信號被饋送至一個發(fā)射天線18，由此發(fā)送到地面上的所需區(qū)域。
每個所述驅(qū)動器限幅放大器15a-1至15a-n的工作點取決于來自上行鏈路地面站的有效載荷信號(第一輸入信號)，該信號使得放大器被驅(qū)動至保護狀態(tài)，以實現(xiàn)最大輸出功率。在預定限制內(nèi)，可以將驅(qū)動器限幅放大器15a-1至15a-n設置為使得每個所述高功率放大器工作在其飽和點。為了進行下述的測量，將驅(qū)動器限幅放大器設置為線性操作。
依據(jù)本發(fā)明，在如圖5所示的地面站(10)中，偽噪聲信號PN(t)由偽噪聲信號發(fā)生器19、例如存儲偽噪聲信號值序列的反饋移位寄存器或存儲設備產(chǎn)生。偽噪聲信號PN(t)在零時延具有非常尖銳的自相關函數(shù)。這使得能夠確定在本地產(chǎn)生的偽噪聲信號PN(t)與由于傳播時間而延遲的接收信號之間的時延。原始載波信號f(t)由第一乘法器20以所述偽噪聲信號PN(t)調(diào)制，以形成一個PN調(diào)制原始載波信號s(t)=PN(t)×f(t)。將PN調(diào)制原始載波信號s(t)送到上變頻器21，并通過高功率放大器22送到天線23，天線23將該PN調(diào)制原始載波信號s(t)(=第二輸入信號)發(fā)送給測試中的通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器。然而，從將一個有效載荷信號發(fā)射給衛(wèi)星的用戶的角度看，轉(zhuǎn)發(fā)器在測試期間仍保持可用，并且可以被連續(xù)地提供有效載荷信號。
依據(jù)本發(fā)明，所發(fā)射的PN調(diào)制原始載波信號s(t)的電平足夠低于有效載荷信號的電平，例如大約低20至30dB或更多，以使得有效載荷信號不被明顯地惡化。出于這個原因，PN調(diào)制原始載波信號s(t)可以在通信信道在使用時被發(fā)射，即與從同一個或另一個地面站發(fā)射給衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的有效載荷信號同時發(fā)射。
在該實施例中，天線23還用于接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)播的信號，換句話說，接收已經(jīng)通過通信信道傳播的信號。將天線23的輸出信號傳送通過下變頻器24，以獲得一個接收信號s’(t)，接收信號s’(t)被送到第二乘法器25，第二乘法器25接收相同的但被延遲的偽噪聲信號PN(t)。延遲是由延遲裝置26產(chǎn)生的，將延遲裝置26設置為使得第二乘法器25的輸出變得最大。從而，接收信號s’(t)被倍乘，換句話說就是與非常相同的已經(jīng)用于產(chǎn)生PN調(diào)制原始載波信號s(t)的偽噪聲信號PN(t)進行相關，獲得一個恢復載波信號f’(t)，f’(t)與原始載波信號f(t)相比僅僅是被延遲和衰減了。路徑衰減是恒定的，因為自由空間損耗實際上并不隨衛(wèi)星和地面站之間的距離而變化。由于大氣衰減可以用輻射計測量，所以可以同地面站天線在相應頻率的增益一樣被考慮。因此，可以測量原始載波信號f(t)的輸入功率和恢復載波信號f’(t)的輸出功率，以確定這個信號的增益。在所述增益和基準值或校準曲線的基礎上確定有效載荷信號的輸入功率，如圖6a和6b所示，這將在下面進一步詳細說明。
如果例如如圖6b所示，測得小信號的增益為-4dB，大信號的輸入功率為-1dB。在這里，應該注意到，這個測量與測量輸出功率相比是多么有力對于輸入功率從0dBW變化到-1dB，大信號的輸出功率的變化小于0.05dB，而小信號的增益變化幾乎為2dB。
在圖6a中，顯示了在行波管放大器(TWTA)上的一個大信號(A)和三個小信號(B1，B2，B3)的轉(zhuǎn)移曲線。為了簡化，給出了相對于放大器的飽和點的值。這表明在圖6a中0dB輸入功率對應于0dB輸出功率。三個小信號(B1，B2，B3)分別是低于大信號20dB、30dB和40dB。在圖6b中，顯示了一個大信號(A)和三個小信號(B1，B2，B3)的增益曲線。仍然給出了相對于放大器的飽和點的值，從而在圖6b中0dB輸入功率對應于0dB增益。由于小信號的增益不取決于相對于大信號的輸入功率差，而是只取決于大信號的輸入功率，因此三個小信號的增益曲線完全重疊。獲得如圖6a和6b所示的上述轉(zhuǎn)移曲線和增益曲線，作為衛(wèi)星中每個放大器的校準曲線，以便稍后確定單個放大器的工作點。有利地，以基準值的形式記錄校準曲線，將其存儲在適當?shù)拇鎯ρb置中，以便用于確定非線性放大器的工作點。
為了測量校準曲線，產(chǎn)生大信號和小信號，其中小信號例如低于大信號20dB、30dB或40dB。大信號和小信號可以是原始載波，或者大信號是FM或OPSK調(diào)制信號，以便盡可能地接近真實工作條件，小信號可以是偽噪聲調(diào)制原始載波信號。將兩個信號、即大信號和小信號進行合并，并發(fā)射到轉(zhuǎn)發(fā)器。將由天線11接收的總輸入信號送到高功率放大器(TWTA)的輸入端。在功率上掃描合并的信號，從而在輸入端的大信號和小信號之間的電平差總是保持相同。然而，或者，可以將小信號的功率保持恒定，因為它基本上不影響非線性放大器的工作點。將高功率放大器(TWTA)的輸出信號通過輸出多路分解器17送到天線18，并單獨測量對應于兩個輸入信號的輸出電平。
在圖6a所示的校準曲線中，大信號的輸出功率(其幾乎等于總輸出功率，因為小信號具有可忽略的貢獻)是作為大信號的輸入功率的函數(shù)給出的。小信號的輸出功率也是作為大信號的輸入功率的函數(shù)給出的。在圖6b中，大信號的增益和小信號的增益是作為大信號的輸入功率的函數(shù)給出的。
在圖5所示的地面站中，提供了用于在所述原始載波信號f(t)和所述恢復載波信號f’(t)的基礎上確定增益的裝置27，既接收原始載波信號f(t)又接收恢復載波信號f’(t)。此外，提供了用于從基準值和從所述增益導出所述有效載荷信號的輸入功率的裝置28。將所述用于確定增益的裝置27的輸出提供給所述用于導出所述有效載荷信號的輸入功率的裝置28。將基準值存儲在用于存儲所述基準值的裝置29中并從其提供。所述基準值已經(jīng)為所述非線性放大器預先記錄，并且，如前面結(jié)合圖6a和6b所述，表示所述非線性放大器在所述有效載荷信號的輸入功率上的增益曲線或轉(zhuǎn)移曲線。
因為偽噪聲信號可以相對容易地產(chǎn)生，因此上面只討論了這些信號。然而，真噪聲信號也可以用在依據(jù)本發(fā)明的方法和設備中。真噪聲信號和偽噪聲信號的特性都是本領域普通技術(shù)人員所公知的，并且，例如在1988年的Prentice Hall的Bernard Sklar的“數(shù)字通信基礎和應用”中進行了說明。
權(quán)利要求
1．一種用于確定通信信道(1)的非線性放大器(2)的工作點的方法，其中，將第一信號(I1)通過所述通信信道(1)與第二信號(i2)同時發(fā)射，在所述通信信道(1)的對應于所述第二信號(i2)的一個輸出信號(o2)的基礎上確定所述非線性放大器(2)的所述工作點(P1，P0)，所述第一信號(I1)的輸入功率(P11)使得所述非線性放大器(2)工作在非線性模式，所述第二信號(i2)的輸入功率(P02)低于所述第一信號(I1)的輸入功率(P01)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二信號(i2)的電平為低于所述第一信號(I1)電平大約20dB或更多。
3．如權(quán)利要求1或2中任何一個所述的方法，其中，所述第二信號(i2)是一個偽噪聲調(diào)制原始載波信號(s(t)=PN(t)×f(t))，且其中所述通信信道(1)的對應于所述第二信號(i2)的所述輸出信號(o2)是一個恢復載波信號(f’(t))。
4．如權(quán)利要求1或2中任何一個所述的方法，其中，所述第二信號(i2)是一個原始載波信號(f(t))，并且，其中，所述通信信道(1)的對應于所述第二信號(i2)的所述輸出信號(o2)是一個窄帶濾波載波信號(f’(t))。
5．如權(quán)利要求1或4中任何一個所述的方法，其中，將基準值與所述通信信道(1)的對應于所述第二信號(i2)的所述輸出信號(o2)一起用來確定所述非線性放大器的工作點。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述基準值是為所述非線性放大器預先記錄的，并對應于所述非線性放大器的轉(zhuǎn)移曲線。
7．一種用于確定通信信道(1)的非線性放大器(2)的工作點的設備，包括將第二信號(i2)通過所述通信信道(1)與通過所述通信信道(1)發(fā)射的第一信號(I1)同時發(fā)射的裝置(19至23)，以及在所述通信信道(1)的對應于所述第二信號(i2)的輸出信號(o2)的基礎上確定所述非線性放大器(2)的所述工作點(P1，P0)的裝置，所述第一信號(I1)的輸入功率(P11)為使得所述非線性放大器(2)工作在非線性模式，所述第二信號(i2)的輸入功率(P02)低于所述第一信號(I1)的輸入功率(P01)。
8．如權(quán)利要求7所述的設備，其中，所述在所述通信信道(1)的對應于所述第二信號(i2)的輸出信號(o2)的基礎上確定所述非線性放大器(2)的所述工作點(P1，P0)的裝置(19至23)包括用于存儲與所述通信信道(1)的對應于所述第二信號(i2)的所述輸出信號(o2)一起用來確定所述非線性放大器的工作點的基準值的裝置(29)。
9．一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的方法，其中通過所述通信信道以一預定電平發(fā)射一個有效載荷信號，所述方法包括-產(chǎn)生第一偽噪聲信號PN(t)；-用所述第一偽噪聲信號PN(t)調(diào)制原始載波信號f(t)，以產(chǎn)生一個PN調(diào)制原始載波信號s(t)；-將所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)通過所述通信信道以低于所述有效載荷信號電平的電平與所述有效載荷信號同時發(fā)射；-接收對應于已經(jīng)通過所述通信信道傳播之后的所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的接收信號s’(t)；-將所述接收信號s’(t)與所述第一偽噪聲信號PN(t)進行相關，以產(chǎn)生一個恢復載波信號f’(t)；以及-在所述原始載波信號f(t)與所述恢復載波信號f’(t)的基礎上確定通信信道的所述非線性放大器的工作點。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的電平為低于所述有效載荷信號電平大約20dB或更多。
11．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的電平為低于所述有效載荷信號電平大約30dB或更多。
12．如權(quán)利要求9至11中任何一個所述的方法，其中，所述第一偽噪聲信號PN(t)是一個二進制偽噪聲序列。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述二進制偽噪聲序列是由存儲偽噪聲信號值序列的反饋移位寄存器或存儲設備產(chǎn)生的。
14．如權(quán)利要求9至13中任何一個所述的方法，其中，所述接收信號s’(t)與所述第一偽噪聲信號PN(t)的所述相關通過延遲所述第一偽噪聲信號PN(t)并將延遲的第一偽噪聲信號PN(t)和所述接收信號s’(t)相乘來實現(xiàn)。
15．如權(quán)利要求9至14中任何一個所述的方法，其中，增益是在所述原始載波信號f(t)和所述恢復載波信號f’(t)的基礎上確定的，所述增益用于確定所述有效載荷信號的輸入功率。
16．如權(quán)利要求15所述的方法，其中，基準值用于從所述增益導出所述有效載荷信號的輸入功率。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述基準值是已經(jīng)為所述非線性放大器預先記錄的，表示所述非線性放大器在所述有效載荷信號的輸入功率上的增益曲線或轉(zhuǎn)移曲線。
18．如權(quán)利要求9至17中任何一個所述的方法，其中，所述通信信道是通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器。
19．一種用于確定通信信道的非線性放大器的工作點的設備，其中通過所述通信信道以一預定電平發(fā)射一個有效載荷信號，所述設備包括-第一偽噪聲信號發(fā)生裝置(9)，用于產(chǎn)生一個偽噪聲信號PN(t)；-第一調(diào)制裝置(10)，用于用所述第一偽噪聲信號PN(t)調(diào)制一個原始載波信號f(t)，以產(chǎn)生一個PN調(diào)制原始載波信號s(t)；-發(fā)射裝置(11，12，13)，用于將所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)通過所述通信信道以低于所述有效載荷信號電平的電平與所述有效載荷信號同時發(fā)射；-接收裝置(13，14)，用于接收對應于已經(jīng)通過所述通信信道傳播之后的所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的接收信號s’(t)；以及-第一相關裝置(14)，用于將所述接收信號s’(t)與所述偽噪聲信號PN(t)進行相關，以產(chǎn)生一個恢復的載波信號f’(t)。
20．如權(quán)利要求19所述的設備，其中，所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的電平為低于所述有效載荷信號電平大約20dB或更多。
21．如權(quán)利要求20所述的設備，其中，所述PN調(diào)制原始載波信號s(t)的電平為低于所述有效載荷信號電平大約30dB或更多。
22．如權(quán)利要求19至21中任何一個所述的設備，其中，所述第一偽噪聲信號發(fā)生裝置(9)是一個存儲偽噪聲信號值序列的反饋移位寄存器或存儲設備。
23．如權(quán)利要求19至22中任何一個所述的設備，還包括用于延遲所述第一偽噪聲信號PN(t)的第一延遲裝置(16)。
24．如權(quán)利要求19至23中任何一個所述的設備，還包括用于在所述原始載波信號f(t)和所述恢復載波信號f’(t)的基礎上確定增益的裝置(17)。
25．如權(quán)利要求24所述的設備，還包括用于從基準值和從所述增益導出所述有效載荷信號的輸入功率的裝置(18)。
26．如權(quán)利要求25所述的設備，包括用于存儲已經(jīng)為所述非線性放大器預先記錄的、表示所述非線性放大器在所述有效載荷信號的輸入功率上的增益曲線或轉(zhuǎn)移曲線的所述基準值的裝置(19)。
全文摘要
為了確定通信信道(1)的非線性放大器(2)(例如通信衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器)的工作點,將第一輸入信號(I
文檔編號H04B7/15GK1285984SQ98813035
公開日2001年2月28日 申請日期1998年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月18日
發(fā)明者格哈德·貝特沙伊德, 居伊·阿勒 申請人:歐洲衛(wèi)星股份有限公司