(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Átírás

1 !HU T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E (22) A bejelentés napja: (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 13 A (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 13 B (1) Int. Cl.: H03F 1/32 (06.01) H03F 3/66 (06.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO PCT/US 03/00 () Elsõbbségi adatok: US (72) Feltaláló: BALLANTYNE, Gary, John, Christchurch 8008 (NZ) (73) Jogosult: Qualcomm, Incorporated, San Diego, CA (US) (74) Képviselõ: dr. Antalffy-Zsiros András, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Vak linearizálás keresztmoduláció alkalmazásával HU T2 A leírás terjedelme 18 oldal (ezen belül lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.

2 Háttér Terület Jelen találmány általánosságban egy nemlineáris áramkört (azaz egy olyan áramkört, amely a bemenõjel amplitúdójának függvényében alkalmaz egy adott függvényt) arra kényszerítõ eljárásra vonatkozik, hogy a függvényt egy amplitúdómodulált forrásjellel kapcsolatosan ilyen nemlinearitás nélkül alkalmazza. Anélkül, hogy magának az áramkörnek a jellemzõit módosítanánk, ez úgy történik, hogy az amplitúdómodulált forrásjelet egy vagy több áljellel kombináljuk (egy áljellel dominánsan harmadrendû nemlinearitások esetén, két áljellel dominánsan ötödrendû nemlinearitások esetén stb.), hogy egy lineárisan feldolgozandó kombinált jelet állítsunk elõ. Az egy vagy több áljelet, és a többi jelet, amelyek az áljel bevezetése révén keletkeztek, azután kiszûrjük az áramkör kimenetén Háttér Egy áramkör akkor lineáris, ha az általa megvalósított függvényt minden bemenõjelen egyformán, a bemenõjel karakterisztikájától függetlenül alkalmazza. Például egy áramkört amplitúdófüggõ nemlinearitástól mentesnek mondunk, ha ugyanazt a függvényt alkalmazza minden bemenõjelre, függetlenül attól, hogy a bemenõjel kisebb amplitúdójú vagy nagyobb amplitúdójú. Ennek ellentéteként, egy áramkör amplitúdófüggõ nemlinearitást mutat, ha függvénye a bemenõjel amplitúdójának megfelelõen változik. Ilyen amplitúdófüggõ nem linearitású áramkörre példa egy olyan erõsítõ, amely a kis amplitúdójú bemenõjeleket tízszeresen erõsíti, de a növekvõ amplitúdójú bemenõjeleket egyre kisebb mértékben, például 9,8, 9,7, 9,6, 9,-szörösen, és így tovább, erõsíti. Az erõsítõ viselkedése ilyen formán bemenõjelének nagyságától függ. A nemlinearitás számos áramkör, valamint számos áramköri elem belsõ sajátossága, mint amilyenek a tranzisztorok, és ez különbözõ körülmények között akár szükséges is lehet. Az kommunikációs jelek feldolgozása során a nemlineáris áramköri elemek azonban általában nemkívánatosak. Az amplitúdómodulált jelek, definíció szerint, azáltal jelentenek információt, hogy miképpen változik a jel burkológörbéjének az amplitúdója. Ennek az amplitúdóalapú változásnak a következtében egy nemlineáris áramkör egy amplitúdómodulált bemenõjelet nem egyforma módon fog feldolgozni, vagyis ugyanazt a függvény nem egyformán alkalmazza. Ennek egyik hatása az, hogy a bemenõjel frekvencia sávszélessége kiszélesedik. Például egy olyan bemenõjel, amely az elején csupán egy keskeny frekvencia-sávszélességet foglal el, szélesebb frekvenciatartományt elfoglalva fejezõdik be. Így az amplitúdófüggõ nem linearitású áramkörök gyakran megnövelik az amplitúdómodulált bemenõjelek sávszélességét. Ez a frekvencia szétterülési gondokat okozhat. Például egy kommunikációs készülék kimenõjele, amelyet ez a fent leírt nemlineáris hatás szétterített, beleérhet egy ugyanolyan típusú másik készülék által használt frekvenciacsatornába. Konkrétabb példaként, egy vezeték nélküli telefon jele részben átfedheti egy másik vezeték nélküli telefon által használt frekvenciacsatorna egy részét. Ezt interferenciának hívjuk, és jelentõsen leronthatja a másik készülék mûködését. Ezen túlmenõen, ha a szóban forgó készülék az ilyen készülékek számára kijelölt és allokált frekvenciasáv szélén található csatornát használ, a készülék kimenõjele nem idetartozó készülékek számára kijelölt frekvenciasávba is belóghat. Így egy vezeték nélküli telefon interferenciát okozhat egy olyan másik készüléknél, amely nem is biztos, hogy vezeték nélküli telefon. Jelenleg a szakemberek általában a jelátviteli eszközökben lévõ nemlinearitást megpróbálják teljesen megszüntetni, vagy kompenzálni, olyan technikákkal, mint például annak a bemenõjeltartománynak a korlátozása, amelyhez a nemlineáris áramkört használják, és a nemlineáris áramkör kimenõjelének szûrése a nem kívánt frekvenciájú jelek eltávolítására. Más technikákat is ismerünk, például az elõtorzításos linearizálást, pozitív visszacsatolású linearizálást, és a modulációs visszacsatolást. Az US,7,21 számú szabadalmi leírás olyan rendszert ismertet, amely egy bemenõjelhez egy sávon kívüli jelet ad hozzá, hogy olyan kombinált jelet állítson elõ, amelynek teljesítménye lényegében megegyezik egy nemlineáris készülékhez való névleges mûködési ponthoz tartozó teljesítménnyel. Ezek a technikák azonban továbbra sem adnak megfelelõ megoldást minden esetben. Például továbbra is problémák állnak fenn, mert az elõtorzítás a nemlinearitás pontos modelljét igényli, a pozitív visszacsatoláshoz a rádiófrekvenciás körtök pontos és adaptív illesztése szükséges, és a modulációs visszacsatolás hajlamos az instabilitásra. Összefoglalás A tökéletlen linearizálás problémáját jelen találmány független szabadalmi igénypontjainak jellemzõi révén oldottuk meg. Egy olyan, amplitúdófüggõ nemlinearitást felmutató áramkör ( nemlineáris áramkör ) linearizálására vonatkozó eljárást mutatunk be, amely lehetõvé teszi, hogy az áramkör az általa végrehajtandó függvényt belsõ nemlinearitása nélkül alkalmazza, és anélkül, hogy az áramkör mûködési jellemzõit ehhez módosítanunk kellene. Ezt úgy valósítottuk meg, hogy az amplitúdómodulált forrásjelet több áljellel kombináltuk, hogy egy olyan kombinált jelet kapjunk, amelyet a nemlineáris áramkör lineárisan képes feldolgozni. Az áljeleket és az áljelek bevezetése révén keletkezõ egyéb jeleket azután az áramkör kimenõjelébõl kiszûrtük. A találmány egy részletesebb aspektusa értelmében az alábbi mûveleteket hajtjuk végre. A kiindulás során egy olyan amplitúdómodulált forrásjelet veszünk, amelynek egy forrás frekvencia-sávszélessége és egy forrás burkológörbéje van. Kiszámítunk több ál¹burkológörbét, amelyek konstans értéket eredményeznének, ha a forrásjelet és az ál¹burkológörbéket elõre meghatározott módon kombinálnánk. Több amplitúdómodulált áljelet állítunk elõ, ahol ezek az áljelek a kiszámított ál¹burkológörbékkel rendelkeznek, minden egyes áljel 2

3 egy elõírt álfrekvencia-sávszélességû, amely eltér a forrásjel frekvencia-sávszélességétõl, valamint egymás frekvencia-sávszélességétõl is eltér. A forrásjelet és az áljeleket összegezzük, hogy olyan kombinált jelet alakítsunk ki, amely egy nemlineáris áramkör egy bemenetére kerül. Az álfrekvencia sávszélességû jeleket és az áljelek bevezetése révén létrejövõ egyéb jeleket a kimenõjelbõl kiszûrjük, ily módon kizárólagosan a forrásjelnek tulajdonítható linearizált kimenõjelet állítva elõ. Az ábrák rövid leírása Az 1A. ábra egy példakénti linearizáló áramkör hardverösszetevõinek és azok kapcsolatának tömbvázlata. Az 1B. ábra több áljel generátort tartalmazó linearizáló áramkör hardverösszetevõnek és összeköttetéseinek tömbvázlata. A 2. ábra egy példakénti digitális adatfeldolgozó gép. A 3. ábra egy példakénti jelhordozó közeg. A 4. ábra egy példakénti vak linearizáló mûveletsorozatot bemutató folyamatábra. Az A. és B. ábrák olyan grafikonok, amelyek egyrészt a forrásjelet mutatják a forrás burkológörbével, másrészt pedig egy áljelet mutatnak egy ál¹burkológörbével. Részletes leírás A találmány természete, célja, elõnyei szakember számára jobban megismerhetõk a soron következõ részletes leírásból, a csatolt rajzok alapján. Hardverösszetevõk és ¹összeköttetések Bevezetés A találmány egyik aspektusa egy olyan linearizálóberendezésre vonatkozik, amely különbözõ hardverösszetevõkkel és ¹összekapcsolással megvalósítható, ezek közül egy példát az 1A. ábra 1 linearizáló áramköre segítségével mutatunk be. A linearizáló áramkört egy példakénti alkalmazási 0 környezet kontextusában mutatjuk be, amely magában foglal egy 114 nemlineáris áramkört. A 0 környezetben különbözõ, például 2, 113, 114a, 114b, 118 stb. bemeneteket és kimeneteket írunk le. A mindenkori szövegkörnyezettõl függõen ezeket a hivatkozási számokat arra használjuk, hogy hardver bemeneti/kimeneti vonalakra ( bemenetek és kimenetek ), valamint az ilyen bemeneti/kimeneti vonalakon megjelenõ bemenõjelekre és kimenõjelekre hivatkozzunk. És, jóllehet az áramkör kifejezést használjuk a könnyebb érthetõség érdekében, az itt bemutatott áramkörök egyaránt elõnyösen megvalósíthatók diszkrét elektronikai alkatrészekkel, nyomtatott áramköri kapcsolásokkal, integrált áramkörökkel, firmware-rel, szoftveresen, hardveresen, vagy az elõzõek bármely kombinációja révén. A továbbiakban néhány példakénti alegység elõállítását mutatjuk be egy példakénti digitális adatfeldolgozóberendezésre, logikai áramkörre és jelhordozó közegre hivatkozva Hagyományosan a bemenõjeleket (mint amilyen a 2) közvetlenül egy nemlineáris áramkörbe (mint amilyen a 114) visszük be, és a nemlineáris áramkör egyszerûen feldolgozza a bemenõjelet és abból létrehozza kimenõjelét (114b-nél). Ehelyett az ismert módszer helyett, ahol a 2 bemenõjelet közvetlenül a 114 nemlineáris áramkörbe vezetjük, a találmány egyik aspektusa értelmében a 2 bemenõjelet egy 1 linearizáló áramkörbe irányítjuk át, amely olyan kondicionált 113 jelet állít elõ, amelyet a 2 bemenõjel helyett adunk a 114 nemlineáris áramkör bemenetére. És ahelyett, hogy a 114 nemlineáris áramkör 114b kimenõjelét végleges kimenõjelként tekintenénk, a 1 linearizáló áramkör járulékos komponenseit felhasználjuk arra, hogy ezt a 114b kimenõjelet tovább feldolgozzuk, hogy egy végleges, linearizált 118 kimenõjelet kapjunk. A 118 linearizált kimenõjel mentes a 114 áramkör azon nemlineáris hatásaitól, amelyek jelen lennének a 114b kimenõjelben, ha a 2 bemeneti jelet közvetlenül a 114 áramkörbe vezettük volna. Nemlineáris áramkör A 114 nemlineáris áramkör 114a bemenetére vezetett jeleken egy adott függvényt hajt végre, és ennek eredményeként állítja elõ a 114b kimenõjelet. A 114 áramkör nemlineáris, mivel a szóban forgó függvény a 114a bemenetére érkezõ jel amplitúdójától függõen változik. Egy egyszerû példaként, a 114 áramkör meg is kétszerezheti 114a bemenõjelének amplitúdóját. Ilyen esetben, ha a bemenõjel 2 mv, a 114 áramkör egy 4 mv nagyságú kimenõjelet állít elõ. Ha azonban ezt a példát folytatjuk, a 114 áramkör teljesítménye nagyobb amplitúdójú bemenõjelek esetén csökkenni kezd. Így ahelyett, hogy a bemenõjelek értékét megkétszerezné, a 114 áramkör a bemenõjeleket elkezdi elõbb 1,9-szorosára növelni, majd 1,9-szeresére, ha a bemenõjelek amplitúdója nõ, majd 1,8-szorosára, és 1,80-szorosára, és így tovább. A 114 áramkör így amplitúdófüggõ nem linearitású, mert az általa alkalmazott függvény a bemenõjel amplitúdója függvényében változik. A jelen találmány elõnyös módon úgy alkalmazható, hogy nem szükséges ismernünk a 114 áramkör nemlinearitásának mértékét, viselkedését vagy egyéb specifikus jellemzõjét. Ebben az értelemben a találmány egyik aspektusa egy vak linearizálás. Csupán a 114 áramkör nemlinearitási osztályáról szükséges ismerettel bírnunk, és különösen arról, hogy az áramkör amplitúdófüggõ nem linearitású. Így a 114 áramkör AM¹AM és AM¹PM torzítást kelt, ami azt jelenti, hogy a bemenõjel amplitúdómodulációja (AM) a kimenõjel nemlineáris amplitúdómodulációját okozza, és/vagy a bemenõjel amplitúdómodulációja a kimenõjel nemlineáris fázis modulációját (PM) okozza. Bármilyen szándékos korlátozás nélkül néhány példa a nemlineáris 114 áramköre: erõsítõ, szûrõ, szigetelõ, RF (rádiófrekvenciás) elem, keverõ stb. Linearizáló áramkör A 1 linearizáló áramkört a 114 nemlineáris áramkörrel együtt használjuk, hogy a 114 áramkörre egy li- 3

4 neáris kimenõjel elõállítását kényszerítsük rá. Ahelyett, hogy egy 2 forrásjelet közvetlenül a 114 nemlineáris áramkörbe vezetnénk, a 1 linearizáló áramkör elõfeldolgozza a 2 bemenõjelet és a kondicionált 113 bemenõjelet vezeti a 114 nemlineáris áramkör bemenetére; a 1 linearizáló áramkör a nemlineáris áramkör 114b kimenõjelét utólagosan is feldolgozza, végsõ soron 118 lineáris kimenõjelet létrehozva. Ennek megfelelõen a 1 linearizáló áramkör tartalmaz néhány elõfeldolgozó 4, 112 összetevõt, amelyek a 114 nemlineáris áramkör és a 2 bemenet között helyezkednek el, és néhány utófeldolgozó 116 áramkört, amelyek a 114 nemlineáris áramkör és a végsõ 118 kimenet között helyezkednek el. Mint fent említettük, a 2 bemenet és a 114 nemlineáris áramkör között különbözõ elõfeldolgozó összetevõ található. Ezek közé tartozik egy 4 komplemens generátor és egy 112 összegzõ. A 4 komplemens generátornak 6 burkológörbe detektora, 8 burkológörbe komplemens kalkulátora és 1 áljelgenerátora van. A 6 burkológörbe detektor a 2 bemenetre érkezõ jel burkológörbéjét méri fel, becsli, számítja vagy határozza meg más módon. Ezt forrás-burkológörbének nevezzük. A 6 burkológörbe detektort bármely széles körben ismert burkológörbe detektorral megvalósíthatjuk, mint például egy vagy több dióda, kondenzátor, ellenállás stb. áramköri elrendezésével. Alternatív megoldásként egy olyan alkalmazás létezhet, ahol a burkológörbe információt már ismerjük, és a forrás-burkológörbe leírás valamilyen (nem látható) más forrásból, például digitális alapon érkezik a 4 komplemens generátorbemenetére. A 8 burkológörbe komplemens kalkulátor egy olyan ál burkológörbét számít ki, amely a forrás-burkológörbe komplementere. Széles értelemben az ál¹burkológörbét úgy számítjuk ki, hogy ha a forrás burkológörbéhez hozzáadnánk, a kapott eredmény egy állandó, azaz konstans lenne. Így, az egyik alapvetõ megvalósítás értelmében az ál¹burkológörbe értékét bármely idõpontban úgy számíthatjuk ki, hogy a forrásburkológörbe értékét egy konstansból kivonjuk. Az ál¹burkológörbe kiszámítását az alábbiakban részletesebben is leírjuk. Az egyik példában a 8 komplemens kalkulátor diszkrét áramkörként, például tranzisztorokkal valósítható meg. Ennek alternatívájaként a 8 komplemens kalkulátor megvalósítható szoftveresen, különösen abban az esetben, ha a 6 burkológörbe detektort elhagyjuk, és a forrás-burkológörbe leírás digitális alakban érkezik. A 1 áljelgenerátor egy vivõjel amplitúdóját modulálja, hogy olyan áljelet állítson elõ, amelyet az ál¹burkológörbe jellemez. Reprezentatív példaként, bármely szándékos korlátozás nélkül, a 1 áljelgenerátor tartalmazhat egy oszcillátort és egy szorzó áramkört, ahol a szorzó áramkör a vivõjel és a 8 kalkulátorral kiszámított ál¹burkológörbe szorzatát számítja ki. Ezt például poláris moduláció segítségével kaphatjuk meg. Egy másik példában a 1 áljelgenerátor kvadratúramodulátort tartalmazhat, beleértve az I és Q komponensek kiszámított ál¹burkológörbe alapján történõ kiszámításához szükséges áramkört, és egy olyan szorzó áramkört, amely az ilyen I és Q komponensek szorzatát számítja ki. A modulációs sémától függetlenül a áljel egy vagy több frekvencián (frekvencia sávszélességgel ) jelenik meg, amely szándékosan különbözik a forrásjel frekvencia-sávszélességétõl, hogy elõsegítse az áljelek eltávolítását a végleges 118 kimenõjelbõl, mint azt részletesebben a késõbbiekben bemutatjuk. A 4 komplemens kalkulátor kimenõjele így olyan áljelet is tartalmaz, amelynek burkológörbéjét az ál¹burkológörbe írja le. Ez a jel a 1 áljelgenerátor által meghatározott frekvencia-sávszélességû. Egy 112 összegzõ fokozat a áljelet az eredeti 2 forrásjellel kombinálja. Mint fent említettük, ezt követõen a 4, 112 összetevõk olyan elõfeldolgozási összetevõként jelentkeznek, amelyek a 2 forrásjelet dolgozzák fel, mielõtt az a 114 nemlineáris áramkörbe jut. Az elõfeldolgozó összetevõk kimenõjele egy 113 feldolgozott kimeneti jel. A jelet a 114 nemlineáris áramkörbe tápláljuk, amely feldolgozza a 114a bemenõjelet és 114b kimenõjelet hoz létre. Mint fent említettük, a 1 linearizáló áramkörnek a 114 nemlineáris áramkör és a végsõ 118 kimenet között különbözõ utófeldolgozó összetevõi is vannak. Nevezetesen, egy 116 szûrõ szolgál azon intermodulációs termékeknek az eltávolítására, amelyek az álfrekvencia-sávszélességû jeleket, valamint a bemenõjel és a nemlineáris áljel együttes kölcsönhatása révén létrejött jeleket jelentik. Így a végleges 118 kimenõjel kizárólag a 2 forrásjelre jellemzõ jeleket tartalmaz. A 116 szûrõ például egy vagy több sáváteresztõ szûrõt tartalmazhat. Az eddigiek a találmány olyan aspektusait írták le, amelyek egészében több áljelet tartalmaznak, az alábbiak szerint. Többkomplemens generátor A találmány értelmében egy eltérõ szerkezetû 1a linearizáló áramkör arra szolgál, hogy több 1a, 1b áljelgenerátort valósítson meg, mint az az 1B. ábrán látható. Amennyiben a 1a áramkör alkatrészei eltérnek a 1 áramkör alkotórészeitõl (1A. ábra), úgy azoknak eltérõ hivatkozási számot adtunk, és az alábbiakban vázoljuk. A 6 burkológörbe detektor ugyanazt a feladatot látja el az 1A. és 1B. ábra esetében. Nevezetesen, a 6 burkológörbe detektor a forrás-burkológörbét méri fel, becsüli meg, számítja ki, vagy határozza meg más módon. Jóllehet a 8a burkológörbe komplemens kalkulátor általánosságban hasonló módon mûködik, mint az 1A. ábra 8 kalkulátora, a 8 kalkulátornak néhány járulékos feladata is van. Nevezetesen, a 8a burkológörbe komponens kalkulátor két ál¹burkológörbét számít ki (nem pedig egyet), ahol ezek az ál¹burkológörbék komplementer módon a forrás-burkológörbével vannak kombinálva. Több ál¹burkológörbe létrehozására egy példakénti megoldást részletesebben az alábbiakban mutatunk be. Az 1B. ábrán több 1a, 1b áljelgenerátor látható. Minden egyes 1a, 1b áljelgenerátor egy-egy el- 4

5 térõ vivõjelet modulál, hogy egy olyan áljelet állítson elõ, amely a kiszámított ál¹burkológörbék (A de1 és A de2 ) közül egyet-egyet tartalmazó áljelet állítson elõ. Hasonlóképpen az egyetlen 1 áljelgenerátorhoz, mindegyik 1a, 1b áljelgenerátor az 1B. ábrán bemutatott kiviteli alakban alkalmazhat például poláris vagy kvadratúramodulációt. A 1, 1b áljelgenerátorok kimenõjelét, amely a a, b vonalakon áljeleket tartalmaz, a 112 összegzõbe vezetjük. A 112 összegzõ a a, b áljeleket a 2 forrásjellel kombinálja. Ennek megfelelõen a 112 összegzõ olyan kondicionált 113 kimenõjelet állít elõ, amely konstans vagy közel konstans burkológörbéjû. Ezt a 113 jelet a 114 nemlineáris áramkör 114a bemenetére vezetjük. A 114 áramkör a 114a bemenõjelet feldolgozva 114b kimenõjelet állít elõ. Hasonlóképpen az 1A. ábrán látható 116 szûrõhöz, a 116a szûrõ a nemlineáris áramkör 114b kimenõjelébõl eltávolítja az áljeleket (valamint a bemenõjel és az áljelek együttes együttmûködése révén létrejött jeleket). Mivel azonban a 1a linearizáló áramkör több a, b áljelet használ, a 116a szûrõ úgy van konfigurálva, hogy minden egyes ál frekvencia sávszélességû jelet eltávolítson, valamint éppúgy az ilyen jelek bármely intermodulációs termékét is. Példakénti digitális adatfeldolgozóberendezés Mint fent említettük, az adatfeldolgozó egységek, mint a burkológörbe detektorok, burkológörbe komplemens kalkulátorok, áljelgenerátorok, összegzõk, szûrõk vagy ezek egy vagy több alkomponensei, különbözõ formákban valósíthatók meg. Egy példa erre egy olyan digitális adatfeldolgozóberendezés, amelyet a 2. ábra digitális adatfeldolgozó 0 berendezésének hardver összetevõi és azok egymás közötti kapcsolatai mutatnak be példaképpen. A 0 berendezésnek 2 processzora van, például mikroprocesszora, személyi számítógépe, munkaállomása, kontrollere, mikrokontrollere, állapotgépe vagy más feldolgozóberendezése, amely 4 tárolóhoz csatlakozik. A bemutatott példában a 4 tárolónak egy gyors hozzáférésû 6 tára, valamint nemfelejtõ 8 tára van. A gyors hozzáférésû 6 tároló véletlen hozzáférésû memóriát ( RAM ) tartalmazhat, és arra használható, hogy a 2 processzor által végrehajtott programozói utasításokat tárolja. A nemfelejtõ 8 tár például elemmel biztosított RAM¹ot vagy EEP- ROM¹ot vagy flash PROM¹ot tartalmazhat, vagy egy vagy több mágneses adattároló lemezt, mint amilyen egy merevlemez, szalagos egységet, vagy bármilyen más alkalmas tárolóeszközt. A 0 berendezésnek 2 bemenete/kimenete is van, például vezetéke, busza, kábele, elektromágneses kapcsolata vagy bármilyen más eszköze, amelynek révén a 2 processzor adatot cserélhet a 0 berendezésen kívüli más hardvereszközzel. Az elõzõ célzott leírás ellenére a szakterületen jártas szakember számára (ezen kitanítás ismeretében) felismerhetõ, hogy a fent vázolt berendezés eltérõ konstrukciójú berendezéssel is megvalósítható, anélkül, hogy a találmány oltalmi körétõl eltérne. Egy erre vonatkozó példaként a 6, 8 összetevõk egyike elhagyható; továbbá, a 4, 6 és/vagy 8 tároló a 2 processzorban is kiképezhetõ, vagy akár a 0 berendezésen kívül is létrehozható. Logikai áramkör Az itt tárgyalt digitális adatfeldolgozóberendezéssel szemben a találmány egy eltérõ kiviteli alakja logikai áramkört használ számítógéppel végrehajtott utasítások helyett arra, hogy megvalósítsa azokat a különbözõ feldolgozó egységet, amelyeket fent vázoltunk. Az alkalmazás sebesség, költség, megvalósítási költség és hasonló vonatkozású egyedi követelményektõl függõen ez a logika megvalósítható kis integrált tranzisztorok ezreit tartalmazó alkalmazásspecifikus integrált áramkör (ASIC) létrehozásával. Egy ilyen ASIC megvalósítható CMOS, TTL, VLSI vagy más megfelelõ konstrukció útján. További alternatívák digitális jelfeldolgozó csipet (DSP), diszkrét áramköröket (mint amilyenek az ellenállások, kondenzátorok, diódák, tekercsek és tranzisztorok), térprogramozható kapuáramköröket (FPGA), programozható logikai tömböket (PLA), programozható logikai készülékeket (PLD) s hasonlókat tartalmaznak. Mûködés A jelen találmány szerkezeti sajátosságainak bemutatását követõen a továbbiakban a találmány mûködési szempontjait ismertetjük. Mint fent említettük, a találmány mûködési aspektusai általánosságban egy olyan eljárást foglalnak magukban, amelynek segítségével egy nemlineáris áramkört ara kényszerítünk, hogy függvényét egy amplitúdómodulált forrásjelen lineáris módon hajtsa végre. Anélkül, hogy magának az áramkörnek a jellemzõit módosítanánk, ezt úgy hajtjuk végre, hogy az amplitúdómodulált forrásjelet egy áljellel kombináljuk, hogy egy olyan kombinált jelet kapjunk, amely azután lineárisan feldolgozható. Az áljelet és bármely intermodulációs terméket azután kiszûrünk az áramkör kimenõjelébõl. Ezeket a mûveleteket a továbbiakban részletesebben is vázoljuk. Jelhordozó közeg Bár a találmány bármely feladata megvalósítható egy vagy több géppel végrehajtható programsorozat használatával, ezeket a szekvenciákat különbözõ jelhordozó közegekbe is beépíthetjük. A 2. ábra szövegkörnyezetében egy ilyen jelhordozó közeg tartalmazhatja például a 4 tárolóegységet vagy valamilyen más jelhordozó közeget, mint például egy 0 mágneses adattároló lemezt (3. ábra), amely közvetlenül vagy közvetett úton hozzáférhetõ a 2 processzor számára. Az utasítások, függetlenül attól, hogy a 6 tárolóegységben, a 0 lemezen vagy máshol tároljuk, különbözõ géppel olvasható adattároló közegeken tárolhatók. Néhány példa erre a közvetlen hozzáférésû tárolóban történõ tárolás, például egy hagyományos merevlemez, olcsó lemezekbõl álló redundáns tömb

6 ( RAID ), vagy valamilyen más közvetlen hozzáférésû tárolóeszköz ( DASD ), soros hozzáférésû tár, például mágneses vagy optikai szalag, elektronikus nemfelejtõ memória (például ROM, EPROM, flash-prom, vagy EEPROM), elemmel biztosított RAM, optikai tárolóelemek (például CD¹ROM, WORM, DVD, digitális optikai szalag), papírból készült lyukkártyák, vagy más alkalmas jelhordozó közeg, ideértve analóg vagy digitális átviteli közeget és analóg és kommunikációs kapcsolatokat és vezeték nélküli kommunikációkat. A találmány egy bemutató jellegû kiviteli alakjában a géppel olvasható utasítások tartalmazhatnak szoftver objektumkódot, amelyet valamilyen nyelvrõl, például asszemblerrõl, C¹rõl stb. kompiláltak. Logikai áramkör A fent vázolt jelhordozó közeghez képest a találmány néhány vagy összes funkciója megvalósítható logikai áramkörök alkalmazásával, ahelyett, hogy egy processzort használnánk az utasítások végrehajtására. Az ilyen logikai áramkörök úgy vannak konfigurálva, hogy végrehajtsák a megfelelõ mûveleteket a találmány szerinti eljárásaspektus megvalósítására. A logikai áramkörök számos különbözõ áramköri típus használatával megvalósíthatók, mint azt fent taglaltuk. Általános mûködési sorrend A 4. ábra egy 0 szekvenciát mutat a jelen találmány egy mûködési aspektusának bemutatására. A magyarázat megkönnyítése céljából, mindennemû korlátozás nélkül, a 4. ábra szerinti példát az 1A. ábra 0 környezetének szövegkörnyezetében mutatjuk be. A 2 lépésben a 1 linearizáló áramkör veszi a 2 bemenetén a forrásjelet. A forrásjel a 112 összegzõbe is eljut. A forrásjel nem kerül a 114 nemlineáris áramkörhöz, mert a 1 linearizáló áramkör úgy van megtervezve, hogy bizonyos elõfeldolgozó feladatokat hajtson végre, hogy segítséget nyújtson a 114 nemlineáris áramkörnek abban, hogy a forrásjelet lineáris módon dolgozza fel. Az. ábra egy reprezentatív 02 forrásjelet mutat be. Az 02 forrásjel egyetlen frekvenciás amplitúdómodulált jelet tartalmaz, jóllehet a jelen kitanítás technikái olyan forrásjelek esetében is alkalmazhatók, amelyek több frekvenciájúak vagy több fázis modulációjúak. A forrásjelre azt mondjuk, hogy olyan forrásfrekvenciasávszélességû, amely egyetlen frekvenciát vagy több frekvenciát foglal magában. A 3 lépésben a 6 burkológörbe detektor kiszámítja a 2 forrásjel forrás-burkológörbéjét. Az A. ábra az 02 forrásjel burkológörbéjét ábrázolja az 04 pontban. A 6 burkológörbe detektor úgy mûködik, hogy a 2 bemenetre érkezõ jel burkológörbéjét méri, felméri, becsüli, kiszámítja vagy valamilyen más módon meghatározza. A 6 detektor kimenõjelét forrás burkológörbének hívjuk, és feladata, hogy az 04 burkológörbét egy vagy több analóg hullámalakkal, digitális információval, vagy bármilyen más adattal leírja, attól függõen, hogy a 6 detektor és/vagy a 8 komplemens kalkulátor miképpen van megvalósítva A 3 lépés csupán opcionális, mivel a 6 burkológörbe detektor elhagyható abban az esetben, ha a burkológörbe információt már ismerjük. Például alkalmazástól függõen a burkológörbét leíró adatok és/vagy jelek már rendelkezésre állhatnak egy számítógépbõl, analóg áramkörbõl, vagy valamilyen más, a 1 linearizáló áramkörtõl különálló forrásból. A jelen esetben a 2 bemenetet nem kell a 4 komplemens generátorhoz kapcsolni, mivel a forrás-burkológörbe leírás közvetlenül külön forrásból érkezik a 8 komplemens kalkulátorba. A 4 lépésben a 6 burkológörbe detektor egy ál¹burkológörbét számít ki annak az 04 forrás-burkológörbének az alapján, amelyet a 6 burkológörbe számított ki (3 lépés), vagy amelyet valamilyen más forrásból kaptunk. Általánosságban, az ál¹burkológörbét azért számítjuk ki, hogy egy elõre meghatározott konstans értéket kapjunk, ha az 04 forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket bármely idõpillanatban valamilyen meghatározott módon kombinálnánk. Az B. ábra olyan példakénti 08 ál¹burkológörbét mutat, amelyet az 04 forrás-burkológörbe alapján számítottunk ki. Mint egy még részletesebb példa, az áljel burkológörbét úgy számítjuk ki, hogy egy elõre meghatározott konstans értéket kapunk mindig, ha a forrás burkológörbét és az ál¹burkológörbét elõre meghatározott képletekkel (lent leírva) feldolgozzuk, és a feldolgozott jeleket összegezzük. Egy ilyen elõre meghatározott képlet egy kiviteli alakját az alábbi 1. és 2. képletek fejezik ki. 1. képlet K=A se 2 +2* A de 2 ahol: K=egy állandó. A se =a forrás-burkológörbe amplitúdója. A de =az ál¹burkológörbe amplitúdója. Más szavakkal, a 8 burkológörbe komplemens kalkulátor ebben a kiviteli alakban az ál¹burkológörbe amplitúdóját számítja ki úgy, hogy eleget tegyen az alábbi 2. képletnek. 2. képlet 2 Ade [ 0, *( K Ase )] A 6 lépésben a 1 áljelgenerátor egy idõjelet modulál, hogy a kiszámított ál¹burkológörbéjû áljelet állítson elõ. Az itt bemutatott kiviteli alak esetében az B. ábra az áljelet 06 jelként mutatja. A 1 generátor a vivõjelet például egy oszcillátor segítségével állíthatja elõ, vagy a vivõjelet valahonnan máshonnan kaphatja. A vivõjel frekvencia sávszélessége (annak egyedi frekvenciáját értve, vagy frekvenciatartományát, ha valamilyen frekvencia/fázis modulációt használunk) más, mint a 2 forrásjel frekvencia-sávszélessége. A vivõjel frekvencia-sávszélességét álfrekvenciának nevezzük. Ezen túlmenõen a (késõbb tárgyalandó) rákövetkezõ szûrõk mûködését egyszerûsíthetjük, ha a vivõjel frekvencia-sávszélességét kellõ hozzáértéssel úgy választjuk meg, hogy az utólagos nemlineáris áramköri termékek könnyen megkülönböztethetõk (és eltávolíthatók) legyenek a 2 forrásjelbõl. A 114 nemlineáris áramkör 114b kimenõjelébõl az áljelmaradványok utólagos eltávolítási mûveletének további egyszerûsítése 6

7 érdekében az egyik lehetõség, hogy elkerüljük a vivõjel bármilyen frekvencia/fázis modulációját. A 6 lépés vivõjel modulációja történhet kvadratúramodulálással, poláris modulálással, vagy a vonatkozó szakterület szakemberei vagy mûvelõi számára ismert számos ismert technika bármelyikével. A 8 lépésben a 112 összegzõ a (a 2 bemeneten jelen lévõ) 02 forrásjelet és a (a 1 áljelgenerátor kimenetén jelen lévõ) 06 áljelet összegzi. A 112 összegzõ kimenõjelét mint egy kondicionált 113 jelet is említhetjük, vagy nevezhetjük kombinált jelnek is. Mivel a jel amplitúdója immár szabályozott, a 113 jel alkalmas arra, hogy a 114 nemlineáris áramkör feldolgozza. Ennek megfelelõen a 4 lépésben a 112 összegzõ a feldolgozott kimenõjelet a 114 nemlineáris áramkörhöz küldi. A 411 lépésben a 114 nemlineáris áramkör függvényét alkalmazza 114a bemenõjelén, vagyis a kondicionált 113 jelen. Például, ha a 114 áramkör egy erõsítõ, akkor erõsíti a 114a bemenõjelet. Ha a 114 áramkör egy szûrõ, akkor szûri a 114a bemenõjelet. Mivel azonban az 02 forrásjelet az 06 áljel hozzáadása révén kondicionáltuk, a 114 áramkör mentesül attól, hogy bármilyen amplitúdófüggõ változtatást ( nemlinearitást ) idézzen elõ. Ily módon a 114 áramkör 114b kimenõjelét linearizáltuk. A 114b kimenõjel azonban továbbra is tartalmazza az 06 áljel artefaktumait. Így a 412 lépésben a 116 szûrõ eltávolítja a 114b kimenõjelben lévõ jeleket, a 1 generátor vivõjelének megfelelõen, nevezetesen az 06 áljelnek megfelelõen. A szûrõ eltávolítja továbbá azokat az intermodulációs terméket is, vagyis azokat a jeleket, amelyek a bemenõjel és a nemlineáris áljel közös együtthatása révén keletkeztek. Így, a szûrést követõen a 118 kimenõjelben maradó jelek kizárólag a 2 forrásjelnek tulajdonítható jelek lesznek. Azonban, mivel a 2 forrásjelet (amelyet az áljellel kombináltunk) a 114 áramkör lineárisan dolgozta fel, a 118 kimenõjel is linearizált lesz. A 116 szûrõ 118 kimenõjele a 1 linearizáló áramkör végsõ, linearizált kimenõjele lesz. Többszörös áljeles kiviteli alak Az elõzõ technikát, ahol egyetlen áljelet adtunk hozzá, túlnyomóan harmadrendû nemlinearitások esetén célozzuk meg. A páros rendû nemlinearitások (például második, negyedik, hatodik stb.) nem okoznak gondot. Ötödrendû nemlinearitások esetében azonban a 1a linearizáló áramkört használjuk, mert az két áljelgenerátort tartalmaz. Nagyobb nemlinearitási rendek, például hetedrend, kilencedrend stb. esetén nagyobb számú áljelgenerátor is használható. A 1a linearizáló áramkör mûködése érdekében a 0 mûveletek közül számosat úgy hajtunk végre, mint azt fent leírtuk. Az eltéréseket, azok fellépése és magyarázata mértékéig az alábbiakban mutatjuk be. Elõször, jóllehet a 8a burkológörbe komplemens kalkulátor a 4 lépést lényegében hasonló módon hajtja végre, mint az 1A. ábra 8 kalkulátora, a 8 kalkulátor járulékos feladatokat is ellát. Nevezetesen, a 8a burkológörbe komplemens kalkulátor a 4 lépésben két ál¹burkológörbét számít ki (nem pedig egyet), ahol ezek az ál¹burkológörbék kombinálva az 04 forrásburkológörbe komplementerei. Ezt a koncepciót kiterjeszthetjük három, négy vagy bármennyi ál¹burkológörbére, amelyek (kombinálva) komplementerei a 2 forrásjelnek. A többszörös ál¹burkológörbe kiszámítást részletesebben a leíráshoz tartozó függelékben mutatjuk be, ahol két ál¹burkológörbére vonatkozó példát mutatunk be. A többszörös áljeles kiviteli alak másik eltérése a 6 lépésben található. Nevezetesen a 1a, 1b generátorok mindegyike (1B. ábra) eltérõ vivõjelet modulál, hogy egy, a számított ál¹burkológörbéjû (A de1 és A de2 ) áljelet hozzon létre. A 1a, 1b generátorok vivõjelei egymástól eltérõ frekvencia sávszélességûek, mert közös frekvenciákon burkológörbéik összeadódnak, míg az alkalmazás két különálló jelet vár (elõírt burkológörbékkel), amelyek összeadódnak. Minden egyes vivõjel frekvenciája (vagy frekvenciái, ha valamekkora mértékû fázismodulációt alkalmazunk) más, mint a 2 forrásjel frekvencia sávszélessége, hogy ezzel is egyszerûsítsük a megfelelõ áljel azt követõ eltávolítását. Az áljelek artefaktumainak a 114 nemlineáris áramkör 114b kimenõjelébõl való eltávolítási mûveletének további egyszerûsítése érdekében minden egyes vivõjel egy-egy frekvencián, azaz bármilyen fázismoduláció nélkül jelentkezhet. Hasonlóképpen az egyszeres áljelû kiviteli alakhoz minden egyes 1a, 1b áljelgenerátor alkalmazhat modulációt, például poláris vagy kvadratúramodulációt. A többszörös áljelû kiviteli alak egy másik eltérése a 8 lépésben jelentkezik. Itt a 112 összegzõ kombinálja a különbözõ 1a, 1b áljelgenerátorok a, kimenõjelét a 2 forrásjellel. Másik különbségként a 116a szûrõnek a 412 lépésben az összes áljelet, nevezetesen, a 1a, 1b generátorból származó minden egyes áljelfrekvenciát ki kell szûrnie. Itt is, mint az egyszeres áljelû kiviteli alaknál, bármilyen fellépõ intermodulációs terméket is kiszûrünk. Egyéb kiviteli alakok Szakember számára nyilvánvaló, hogy az információt és a jeleket bármilyen különbözõ technológia és technika felhasználásával meg lehet jeleníteni. Például azokat az adatokat, utasításokat, parancsokat, információkat, jeleket, biteket, szimbólumokat és csipeket, amelyekre a fenti leírásban bárhol hivatkoztunk, megvalósíthatjuk feszültséggel, árammal, elektromágneses hullámokkal, mágneses terekkel vagy részecskékkel, optikai mezõkkel vagy részecskékkel, vagy ezek bármilyen kombinációjával. Szakember számára nyilvánvaló továbbá, hogy az itt bemutatott kiviteli alakokkal kapcsolatosan leírt különbözõ példakénti logikai blokkokat, modulokat, áramköröket és algoritmuslépéseket megvalósíthatjuk elektronikus hardverként, számítógépszoftverként, vagy a kettõ kombinációjaként. A hardver és szoftver egymással való felcserélhetõségének tiszta bemutatása céljából különbözõ példakénti összetevõket, blokkokat, mo- 7

8 dulokat, áramköröket és lépéseket az elõzõekben általánosságban funkciójuk kapcsán mutattuk be. Az, hogy ezeket a funkciókat hardveresen vagy szoftveresen valósítjuk meg, a mindenkori alkalmazástól, valamint a teljes rendszerre érvényes tervezési szempontoktól függ. Szakember a leírt funkciókat minden egyes kiválasztott alkalmazás vonatkozásában különbözõ módokon meg tudja valósítani, de az ilyen megvalósítási döntéseket nem lehet úgy értelmezni, mint amelyek eltérést jelentenének a találmány oltalmi körétõl. A különbözõ példaként szolgáló logikai blokkokat, modulokat és áramköröket, amelyeket a bejelentésben bemutatott kiviteli alakokkal kapcsolatosan írtunk le, egy általános célú processzorral, digitális jelfeldolgozó processzorral (DSP), alkalmazásspecifikus integrált áramkörrel (ASIC), térprogramozható kapuáramkörökkel (FPGA), vagy egyéb programozható logikai eszközzel, diszkrét kapu- vagy tranzisztorlogikával, diszkrét hardverkomponensekkel, vagy ezek bármilyen kombinációjával meg lehet valósítani vagy végre lehet hajtani, melyek úgy vannak megtervezve, hogy az itt leírt funkciókat végre tudják hajtani. Egy általános célú processzor lehet mikroprocesszor, de annak alternatívájaként a processzor lehet bármilyen hagyományos processzor, vezérlõ, mikrovezérlõ vagy állapotgép. Egy processzor megvalósítható mint számítógépek kombinációja, például egy DSP és egy mikroprocesszor kombinációja, vagy több mikroprocesszor kombinációja, egy vagy több mikroprocesszorként egy DSP-maggal együttesen, vagy bármilyen más konfigurációban. A leírásban szereplõ kiviteli alakokkal kapcsolatosan leírt eljárás vagy algoritmus lépéseit megvalósíthatjuk közvetlenül hardveresen, egy processzor által végrehajtott szoftvermodullal, vagy a kettõ kombinációjaként. Egy szoftvermodul eltárolható RAM-memóriában, flash-memóriában, ROM-memóriában, EPROMmemóriában, EEPROM-memóriában, Regiszterekben, merevlemezen, cserélhetõ lemezen, CD¹ROM¹on vagy a szakterületen ismert bármilyen más tárolóközegen. Egy példakénti tárolóközeg a processzorral áll kapcsolatban úgy, hogy a processzor információt tud olvasni belõle és információt tud írni rá. Egy másik megoldásnál a tárolóközeg a processzorral egybeépített lehet. A processzor és a tárolóközeg egy ASIC-ban is megvalósítható CD¹ROM A bemutatott kiviteli alakok elõzõ leírásai arra szolgálnak, hogy bármely szakember számára lehetõvé tegyék a jelen találmány megvalósítását vagy használatát. Ezeknek a kiviteli alakoknak különbözõ módosításai szakember számára nyilvánvalók, anélkül, hogy az igénypontokban megfogalmazott találmány körétõl eltérnénk. Ily módon a találmány nem korlátozódik a bemutatott kiviteli alakokra, hanem a legszélesebb oltalmi kört biztosítja az itt feltárt elvekkel és új tulajdonságokkal összhangban. A példakénti szót leírásunkban kizárólag úgy használjuk, mint példaként, esetként vagy bemutatásként szolgáló. A leírásunkban szereplõ bármely példakénti kiviteli alak nem jelent feltétlenül kitüntetett vagy elõnyös kiviteli alakot Függelék 1. Végrehajtási összefoglaló Egy áramkör megnöveli egy jel sávszélességét, ha erõsítése a jel amplitúdójától függ. Egy összefüggõ amplitúdójú, de össze nem függõ fázisú linearizáló jel bemenõjelhez való hozzáadása ezt a függést csökkentheti. Mivel a fázis nem összefüggõ, a linearizáló jel bármilyen megfelelõ frekvenciájú lehet. A linearizáló jel intermodulációs termékeket gerjeszt, de ezek kiszûrhetõk, ha a jel frekvenciáit jól választjuk meg. Az eljárás vak abban az értelemben, hogy eltekintve a szokásos AM AM és AM PM 1 feltételezéstõl, a nemlinearitásra vonatkozóan nem tételezünk fel semmilyen elõzetes ismeretet. A beszámoló a lényeges elveket vizsgálja. Bár megfontolások révén bizonyos gyakorlati szempontokat is megadunk, részletes megvalósítási kérdésekre nem térünk ki. 1 AM AM=amplitúdómoduláció amplitúdómodulációhoz. AM PM=amplitúdómoduláció a fázismodulációhoz. 2. Bevezetés Egy nemlineáris áramkör (egy adófokozati erõsítõ, például) bemenõjeleként induljunk ki az alábbi összefüggésbõl: x=a(t)cos( (t)+ 0 t). (1) Itt, A(t) az amplitúdómoduláció, (t) a fázismoduláció és 0 a középfrekvencia, a komplex aluláteresztõ képlet használatával azt kapjuk, hogy ~x=a(t)expi (t). (2) A kimenõjel y=g(a)a(t)cos( (t)+ 0 t+ (A)) (3) Itt G(A) az (AM AM) amplitúdó függvényt jelenti és (A) az (AM PM) fázis függvényt jelenti. Komplex aluláteresztõ alakban a kimenet a következõ ~y=g(a)exp(i (A)) x ~ (4) ahol a komplex erõsítés CG=G(A)expi (A). () A komplex erõsítést úgy fejezhetjük ki, mint egy szimpla polinomot N 1 CG k k x ~ k x ~ K k x ~. (6) Az alapfüggvényeket célszerû a bemenõjel figyelembevételével megválasztani [Blachman79]. Itt k 1,k 3 és k a G erõsítésre (db) vonatkozik és harmadrendû és ötödrendû metszéspontokat ad ki (dbw, x számára, V¹okban kifejezve), az alábbiak szerint k 1 = G/, (7) 2 3G/ IP3/ k3, (8) 3R0 2 G/ 4 IP/ k, (9) R0 ahol R 0 a bemeneti/kimeneti ellenállás [Ha81]. Hasonló vonatkozások is levezethetõk magasabb rendû metszéspontokkal. Ez a modell feltételezi, hogy az erõsítés és a nemlinearitás nem függ a frekvenciától ez egy N 8

9 elfogadható feltételezés, amíg a szóban forgó vagy idetartozó frekvenciák nem túlságosan kiterjedtek. 3. Linearizálás keresztmodulációval Ebben a szakaszban megmagyarázzuk, miképpen linearizálható a kívánt jel, például T(t) erõsítése, a nemlinearitási bemeneten egy vagy több linearizáló jel hozzáadásával. A linearizáló jelek amplitúdóban összefüggnek a T(t) jellel, de fázisukban nem. Továbbá feltételezzük, hogy a hozzáadott jel vagy jelek frekvenciájukban úgy pozicionáltak, hogy a különbözõ intermodulációs termékek kiszûrhetõk érintetlenül hagyva T(t) jelet. A legtöbb itt figyelembe vett általános esetben három jelbõl álló kompozit képezi a nemlineáris egység bemenõjelét. Elõször, T(t)=A ~ T (t)expi T (t) az a jel, amelyet lineárisan kívánunk erõsíteni. Másodszor, ~ L(t)=A L (t)expi L (t), az a jel, amely linearizálja az erõsítést elvileg csökkentve a harmadrendû nemlinearitást. Végül, M(t)=A M (t)expi M (t) adható hozzá, hogy ~ csökkentsük a harmadrendû és ötödrendû nemlinearitást. így, ~x=a T (t)expi T (t)+a L (t)expi L (t)+a M (t)expi M (t). () A (6) képlet használatával a harmadrendû kimeneti kifejezés (figyelmen kívül hagyva a k 3 együtthatót) a következõ: x ~ 2 x~ 2A 2 TA L expi(2 T L )+ 2A 2 TA M expi(2 T M )+ 2A 2 LA M expi(2 L M )+ 2A 2 LA T expi(2 L T )+ 2A 2 MA T expi(2 M T )+ 2A 2 MA T expi(2 M L )+ A T A L A M expi( T + L + M )+ A T A L A M expi( T L + M )+ A T A L A M expi( T + L M )+ 2A 2 LA T expi T + 2A 2 MA T expi T + 2A 2 MA L expi L + 2A 2 TA L expi L + 2A 2 TA M expi M + 2A 2 LA M expi M + A 3 Texpi T + A 3 Lexpi L + A 3 Mexpi M harmadrendû ültetés intermoduláció keresztmoduláció önmoduláció (11) A T(t) jel erõsítését befolyásoló kifejezések exp(i T ) együtthatói exp(i L ) vagy exp(i M ) nélkül. Az adott idõpillanatra A M =0 értéket állítunk be úgy, hogy T(t) komplex erõsítése a következõ lesz CG T =k 1 +k 3 (A 2 T+2A L 2 ). (12) A L (t) hozzájárulása keresztmoduláció révén következik be. T(t) erõsítés linearizáláshoz beállítjuk, hogy A 2 T+2A 2 L=K 1 =constant. (13) Ez a folyamat vak abban az értelemben, hogy nincs szükség a harmadrendû k 3, nemlinearitási együttható ismeretére Míg a (13) képlet eltávolítja k 3 hatását a harmadrendû nemlinearitási kimenõjelre, szétteríti, megnöveli a többi együttható befolyását is úgy, hogy T(t) új komplex erõsítése (például N=7 esetére) a következõ lesz CG T =k 1 +k 3 A 2 T+k 3 A 4 T+k 7 A 6 7, (14) ahol k 1 =k 1 +K 1 k K 1 2 k K 1 3 k 7, (1) k 3 = 3 2 K 1k +3K 2 1 k 7, (16) k = 4 k 3 2 K 1k 7, (17) k 7 = k 7, (18) Az új k 1 lineáris erõsítést a (1) képletben, az összes k 1,k 3,k,k 7 eredeti együttható befolyásolja. Az új harmadrendû k 3 együtthatót nem befolyásolja az eredeti harmadrendû k 3 együttható hanem a k és k 7 együttható befolyásolja. Hasonlóképpen a k együtthatóra hatással van a k 7 együttható. Az új hetedrendû k 7 együtthatót nem befolyásolja semmi, eltekintve az indexelésétõl. A linearitás javítására vonatkozó eljáráshoz, a magasabb rendû együtthatók megnövekedett befolyása ellenére, K 1 -nek olyan kicsinek kell lennie, amennyire csak lehetséges, és a nemlinearitásnak domináns módon harmadrendûnek kell lennie. Példaként tekintsük az alábbi gyakran idézett nemlinearitást [Saleh81], 2 k A T 1 CG exp j A 2 r A. (19) T CG erõsítése és fázisa az 1(a) és 2(a) ábrákon látható. Ha egy Taylor sorozatban A T =0 körül kifejtjük, 1 db¹es lineáris erõsítéssel, akkor azt kapjuk, hogy k 1 =,623 k 3 =,623+j,888 k =2, j11,777 () k 7 =3,627+j16,89 Itt feltételeztük, hogy K 1 =0,2, amely A T =0,447 V legnagyobb amplitúdó csúcsértéknek felel meg. 1. ábra: komplex erõsítés nagysága: (a) (19) egyenlet, (b) ötödrendû nemlinearitás 9

10 A (1) (18) képletekbõl azt kapjuk, hogy a nemlinearitás módosított együtthatói a következõk lesznek k 1 =4,89+j0,891 k 3 =1,197 j1,42 k = 4,263+j9,744 k 7 = 3,627 j16,89 (21) Erõsítési tömörítésû nemlinearitások esetén a hozzáadott linearizáló jel teljesítménye csökkenti a teljes erõsítést. Így k 1 kismértékben kisebb, mint k 1. Célszerû, hogy a harmadrendû metszéspontban a javulást úgy számítsuk ki, hogy az 6,2 db legyen. Ennek biztosítására, a harmadrendû nemlinearitás javítása során a többi kifejezést szándékosan nem súlyoztuk. A (19) képlet nemlinearitását egy IS 9 CDMA hullámformával szimuláljuk. 1 A nemlinearitásnak mind a linearizált, mind a nem linearizált kimenõjelét feltüntettük. A kimeneti teljesítmény mindkét esetben 11 dbm. A bemeneti teljesítményt a linearizált esetben 1 db¹lel megnöveltük, mivel a linearizáló jel csökkenti a nemlineáris áramkör erõsítését. A linearizáló jel kimeneti teljesítménye 1,2 dbm. A teljesítmény az elsõ szomszédos csatornában 1 db¹lel javult, míg a második szomszédos csatornában 4¹ db¹lel csökkent. A gyakorlatban az, hogy ez elõnyös¹e, a nemlineáris áramkörtõl és a szomszédos csatornák követelményeitõl függ. A 4. ábra a spektrális teljesítmény sûrûség ez kiterjesztett nézetét mutatja. A ( L ) linearizáló jelet viszonylag közel helyeztük el a kívánt jelhez ( T ), hogy minimalizáljuk a szimuláció mintavételezési igényeit, a gyakorlatban a linearizáló jel frekvenciáját úgy kell megválasztani, hogy könnyítse a szûrési követelményeket ábra: komplex erõsítés fáziseltolás: (a) (19) egyenlet (b) lineáris fázis Egy tipikus digitális vezeték nélküli architektúrát veszünk alapul. Véletlen bináris adatokat szimbólumokká képezünk le, szûrünk, majd analóg jellé konvertálunk. Jóllehet az adó jelként OQPSK¹t használunk, a technikát bármilyen jelformátum esetében alkalmazhatjuk. Független m -szekvenciák hosszal szolgáltatják a nyers fázisbeli és kvadratúra bináris adatokat. Az adatokat az OQPSK konstellációnak megfelelõen leképezzük, majd a bemeneti sebesség négyszeresével interpoláljuk az impulzusalakító szûrõvel 3. Egy zéró sorrendû tartás (ZOH) következik, tartásonként 128 mintával az analóg hullámforma megjelenítéséhez. A ZOH kimenetét a rekonstrukciós szárõhöz 4 továbbítjuk. A rekonstrukciós szûrõ kimenete hajtja meg a (19) képlet komplex erõsítését. 3 Az egyszerûség kedvéért levezetve a TIA/EIA IS 9, Mobile Station Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread-Spectrum Cellular Systems, Telecommunications Industry Association. July, Csebisev, II. típusú, ötödrendû, sávszél 80 db¹re a mintavételezési frekvencia 3/26-odánál. A 3 ábra a kimeneti spektrális teljesítmény sûrûséget (PSD) mutatja. A PSD¹t a Welch-módszer használatával becsüljük meg, 2 1 hosszúságú mintával (Hanning) ablakos periodogramokkal [Oppenheim89]. Egy CDMA rendszerû alkalmazást feltételezve a frekvenciát szórási vagy csip frekvenciaegységekben f CHIP. adjuk meg ábra: a nemlineáris áramkör kimenõjelének spektrális teljesítmény sûrûsége, hozzáadott linearizáló jellel és anélkül 4. ábra: a nemlineáris áramkör kimenõjelének spektrális teljesítmény sûrûsége: a kívánt jelet (T) és a linearizáló jelet (L) mutató széles nézet Egy második linearizáló jel, M(t)=A M (t)expi M (t) segítségével lehetõség van a linearitás további javítására. Éppúgy, mint az elsõ hozzáadott jel, ez is eltávolítja a harmadrendû együttható ráhatását, és egy második hozzáadott jelet adhatunk hozzá, hogy eltávolítsuk az ötödrendû együttható hatását. A (13) egyenlet korlátozza mind A L, mind A M értéket A 2 T+2(A 2 L+A 2 M)=K 1. (22) Az ötödrendû k együttható hatásának eltüntetéséhez szükséges, hogy A 4 T+6A 2 T(A 2 L+A 2 M)+3(A 2 L+A 2 M) 2 +6A 2 LA 2 M=K 2. (23)

11 A (22) és (23) képleteknek egyidejûleg kel teljesülniük. Ebbõl a célból célszerû, ha definiáljuk P 1 =A 2 L+A 2 M= 1 2 (K 1 A 2 T), (24) P 2 =A 2 LA 2 M= 1 6 ( A4 T 6A 2 TP 1 3P 2 1+K 2 ), (2) amelyekbõl megkapjuk a két linearizáló jelre A 2 L= P P P2, (26) 2 4 A 2 M=P 1 A 2 L. (27) Mivel A L -nek és A M -nek egyaránt minden idõpontban nagyobb egyenlõnek kell lennie nullánál, szükséges, hogy 2 P1 P2 4 (28) és P 2 >0 (29) amelybõl levezethetõ, hogy és A 4 T 6 7 K 1A 2 T 9 7 K K 2<0 () A 4 T 6 K 1A 2 T 3 K K 2>0 (31) amelynek A T. minden értékére érvényesnek kell lennie. Egy olyan megoldás K 1 és K 2 értékére, amelyek eleget tesznek a () és (31) képleteknek, az, hogy K 1 max( A 2 1 ), (32) 3 21 K 2 = 63 6 K 1 2 (33) Ez a megközelítés így tehát alkalmazható mind erõsítést megnövelõ, mind erõsítést csökkentõ nemlineáris áramkörök esetében, az L(t) és M(t) teljesítmény, (amelyet K 1 és K 2 határoz meg) csökkenti a teljes erõsítést és csökkenti a kimeneti teljesítményt. Ha a bemeneti teljesítményt megnöveljük, hogy a csökkenést kompenzáljuk, akkor az erõsítést tovább csökkenhet.. ábra: a nemlineáris áramkör kimenetének spektrális teljesítmény sûrûsége két hozzáadott linearizáló jellel: a kívánt jelhez közel Az. ábra a spektrális teljesítmény sûrûséget mutatja a nemlineáris áramkör kimenetén, ha mind L(t), mind M(t) jelet hozzáadtuk a bemenõjelhez. A kívánt jel teljesítménye 12 dbm. Az L(t) és M(t) linearizáló jeleket nem tüntettük fel, de azok kimeneti teljesítménye 16,6 dbm, illetve,6 dbm. Ebben az esetben az [1(b) ábrán és 2(b) ábrán látható] nemlineáris áramkörnek kizárólag elsõ, harmad- és ötödrendû kifejezõdései vannak így a linearizált spektrum közel ideális. A (19) képlet komplex erõsítését nem használtuk, mivel egy magasabb rendû nemlinearitás és három eltérõ frekvenciájú bemenõjel esetén az intermodulációs termékek bonyolult módon és nehezen kezelhetõk a korlátozott szimulációs sávszélességen belül. Ezért az. ábra optimista abban a tekintetben, hogy nem tartalmazza a hetedrendû és magasabb rendû kifejezések befolyását. Elvileg több jelet is hozzáadhatunk, hogy magasabb rendû kompenzációt érjünk el. Ez az elõny azonban gyorsan eltûnhet, mivel a linearizáló jelhez szükséges teljesítmény megnõ. 4. Végkövetkeztetés Egy áramkör egy vagy több jel hozzáadásával történõ linearizálására vonatkozó technikát mutattunk be. Az eljárás nem igényli a nemlinearitás erõsségének ismeretét. Azonban a nemlinearitásra vonatkozó bizonyos enyhe korlátokra (például, hogy az elsõsorban harmadrendû) szükség van a gyakorlatban.. Hivatkozások [Blachman79] Blachman, N. M., The Output Signals and Noise from a Nonlinearity with Amplitude-Dependent Phase Shift, IEEE Transactions on Information Theory, Vol. IT 2, No. I, January 1979, [Ha81] Ha, T. T., Solid State Microwave Amplifier Design, John Wiley and Sons, [Oppenheim89], Oppenheim, A. V. and Schafer, R. W., Discrete-Time Signal processing, Prentice-Hall, [Saleh81] Saleh, A. A. M, Frequency Independent and frequency-dependent models of TWT amplifiers, IEEE SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Linearizálási eljárás (800), amely az alábbi mûveleteket tartalmazza: egy forrásfrekvencia-sávszélességû és egy forrásburkológörbéjû amplitúdómodulált forrásjel (2) vételét (2), több ál¹burkológörbe kiszámítását (4), amelyek egy elõre meghatározott állandót eredményeznének, ha a forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket kombinálnánk egymással; több amplitúdómodulált áljel (, a, b) létrehozását (6), amelyek az ál¹burkológörbéknek megfelelõ burkológörbéjûek és mindegyik amplitúdómodulált áljel (, a, b) olyan frekvencia sáv- 11

12 szélességû, amely különbözik a forrásfrekvencia-sávszélességtõl és a többi amplitúdómodulált áljel (, a, b) frekvencia-sávszélességétõl; a forrásjel (2) és a több áljel (, a, b) összegzését egy kombinált jel (113) létrehozásához; a kombinált jel (113) amplitúdófüggõ nemlinearitással rendelkezõ feldolgozómodul (114) egy bemenetére irányítását (4); és a forrásjelet (2) és az áljeleket (, a, b) magában foglaló kimenet (114b) szûrését (412), linearizált kimenet (118) létrehozásához. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás (0), ahol a kiszámítási mûvelet (4) magában foglalja olyan több ál¹burkológörbe kiszámítását, amelyek egy elõre meghatározott állandót eredményeznének, ha a forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket összegeznénk. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás (0), ahol a számítási mûvelet (4) magában foglalja olyan több ál¹burkológörbe kiszámítását, amelyek egy elõre meghatározott állandót eredményeznének, ha a forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket elõre meghatározott képletekkel dolgoznánk fel és a feldolgozott burkológörbéket összegeznénk. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás (0), ahol az elõre meghatározott képletek tartalmazzák: a forrásjel (2) burkológörbéjének négyzetre emelését; az áljel burkológörbék négyzetre emelését, majd a négyzetre emelt áljel-burkológörbék megkétszerezését.. Berendezés (0) amplitúdófüggõ nemlinearitású feldolgozómodul kimenetének linearizálására vonatkozó mûveletek végrehajtására, a berendezés (0) tartalmaz: egy forrásfrekvencia-sávszélességû és egy forrásburkológörbéjû amplitúdómodulált forrásjelet (2) vevõ eszközt; több ál¹burkológörbét kiszámító eszközt, amelyek egy elõre meghatározott állandót eredményeznének, ha a forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket kombinálnánk; több amplitúdómodulált áljelet (, a, b) létrehozó eszközt, az áljelek a több ál¹burkológörbéknek megfelelõ burkológörbéjûek és mindegyik amplitúdómodulált áljel (, a, b) olyan álfrekvenciasávszélességû, amely eltér a forrásfrekvencia-sávszélességtõl és a többi amplitúdómodulált áljel (, a, b) frekvencia-sávszélességétõl; a forrásjelet (2) és a több áljelet () egy kombinált jel (113) létrehozásához összegzõeszközt; a kombinált jelet (113) amplitúdófüggõ nemlinearitású feldolgozómodul (114) egy bemenetére irányító eszközt; és a feldolgozómodulnak a forrásjelet (2) és az áljeleket (, a, b) magában foglaló kimenetét (114b) egy linearizált kimenet (118) létrehozásához szûrõ eszközt. 6. Az. igénypont szerinti berendezés (0), ahol a kiszámítóeszköz több olyan ál¹burkológörbét kiszámító eszköz, amelyek egy elõre meghatározott állandót eredményeznének, ha a forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket összegeznénk. 7. Az. igénypont szerinti berendezés (0), ahol a kiszámítóeszköz olyan több ál¹burkológörbét kiszámító eszköz, amelyek egy elõre meghatározott állandót eredményeznének, ha a forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket elõre meghatározott képletekkel feldolgoznánk, és a feldolgozott burkológörbéket összegeznénk. 8. A 7. igénypont szerinti berendezés (0), ahol az elõre meghatározott képletek magukban foglalják: a forrásjel (2) burkológörbe négyzetre emelését; az áljel-burkológörbék négyzetre emelését, majd a négyzetre emelt áljel-burkológörbék megkétszerezését. 9. Az 8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés (0), ahol a kiszámítóeszközt egy olyan burkológörbe számítógép (8) valósítja meg, amely a forrásjelet (2) használja fel több olyan ál¹burkológörbe kiszámításához, amelyek egy elõre meghatározott állandót eredményeznének, ha a forrás-burkológörbét és az ál¹burkológörbéket összegeznénk; a létrehozó eszköz egy áljelgenerátor (1) valósítja meg, amely több amplitúdómodulált áljelet (, a, b) ad, amelyek a kiszámított ál¹burkológörbéjûek, ahol az áljelek (, a, b) egy vagy több elõre meghatározott álfrekvenciájúak, és az elõre meghatározott álfrekvenciák különböznek a forrásfrekvencia-sávszélességtõl és egymástól; az összegzõeszközt egy összegzõ (112) valósítja meg, amely a forrásjelhez (2) és az áljelgenerátorhoz (1) kapcsolódik, hogy a forrásjelet (2) és az áljeleket (, a, b) összegezze, hogy a feldolgozómodul (114) általi feldolgozásra rendelkezésre álló kombinált jelet állítson elõ; és a szûrõeszközt legalább egy szûrõ (117) valósítja meg, hogy a feldolgozómodul (114) forrásjelet (2) és áljeleket (, a, b) magában foglaló kimenetét (114b) egy linearizált kimenet (118) létrehozásához szûrje.. A 9. igénypont szerinti berendezés (0), ahol a berendezés (0) tartalmaz továbbá: amplitúdófüggõ nemlinearitású feldolgozómodult (114); ahol a feldolgozómodul (114) az összegzõhöz (112) van csatlakoztatva, hogy bemenetként (114a) a kombinált jelet (113) fogadja és a legalább egy szûrõ (116) számára egy kimenetet (114b) állítson elõ. 12

13 HU T2 Int. Cl.: H03F 1/32 13

14 HU T2 Int. Cl.: H03F 1/32 14

15 HU T2 Int. Cl.: H03F 1/32 1

16 HU T2 Int. Cl.: H03F 1/32 16

17 HU T2 Int. Cl.: H03F 1/32 17

18 Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest