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Einführung

Envelope Tracking
Envelope Tracking - eine weitere Ergänzung zum Software Defined Radio

Die Möglichkeiten, die das Konzept Software Defined Radio (SDR) in technischer und operationeller/betrieblicher Sicht bieten sind in den vergangenen 15 Jahren immer deutlicher geworden. Um nur wenige Eigenschaften zu nennen:

1. Digital Signal Processing (DSP) ermöglicht nahezu idealtypische Empfangsfilter, die die Quarztechnologie vollständig abgelöst haben,
2. visuelle Darstellung der Empfangssituation durch Spektrumanalyse,
3. vollständige Kontrolle über die Qualität der Aussendungen sowohl des Empfangsignals
4. als auch der eigenen Aussendungen,
5. binaurale- bzw. Diversity Empfang und
6. Definition beliebiger Modulationsarten.

Nochmals - die Liste ist noch länger. Etliche dieser Eigenschaften werden zunehmend in konventionellen Transceivern übernommen, da sie ebenfalls über eine DSP verfügen. Wie überhaupt gilt, dass die Grenzen zwischen alanogen-, Hybrid- und digitalen Transceivers heute eher fließend sind.

Einen Meilenstein stellte die Entwicklung der adaptiven Vorverzerrung des Sendesignals dar - hier gelingt es, eine bislang mit vertretbarem Aufwand nicht zu erreichende spektrale Reinheit des Sendesignals über die gesamte Leistungskette hinweg zu realsiieren. Intermodulationsabstände 3. Ordnung (IMA3) bei 750 Watt Sendeleistung von besser 60dBc sind mit Adaptiver Predistortion (APD) zu erzielen.

Nun erfolgt der nächste Schritt mit der Einbeziehung der Hüllkurven- (EER) bzw. Envelope-Tracking (ET) Methode in das SDR-Konzept. Die  SDR-Software kann auf elegante Weise ein Pulsbreitensignal zur  Verfügung stellen, das der Hüllkurve des SSB-Signals  (Amplitudeninformation) entspricht. Dieses Pulsbreitensignal  stellt ein  NF-Signal mit einer Bandbreite von ca. 30kHz dar und zeigt auf Grund der  Wiederholfrequenz ein zusätzliches Spektrum bei 240 kHz und deren  Harmonische.
Am  Senderausgang von Hermes gewinnt man das SSB-Signal, das im Normalfall  immer Amplituden- und Phaseninformation (man darf auch ruhig Frequenzinformation sagen) enthält. Die SDR-Software kann übrigens für  den EER-Betrieb einer Endstufe das HF-Signal ohne Amplitudeninformation  ausgeben. Für den ET-Betrieb wird aber das normale HF-Signal genutzt (Phasensignal mit Amplitudeninformation, die als HF-Hüllkurve sichtbar  ist).
Es  geht nun beim ET-Verfahren darum, die NF-Hüllkurve (aufmoduliert zur Betriebsspannung) und die HF-Hüllkurve stets kongruent zu halten. Die Bearbeitungszeiten in der SDR-Software  sowie Gruppenlaufzeiten der analogen Filter stören diese Kongruenz. Mit OpenHPSDRPowerSDR kann nun das Phasensignal (HF-Signal aus HERMES) soweit verzögert werden, dass die zeitliche Übereinstimmung wieder hergestellt wird.  Man kann zwar mit der Power SDR Software auch das Pulsbreitensignal (also die NF) verzögern, was aber in unserem Fall keinen Sinn macht, da die HF aus HERMES wegen der Verarbeitung in der DSP und anderer Softwaremodule immer dem Pulsbreitensignal nacheilt. Die HF wird um den erforderlichen Betrag verzögern, so dass die Kongruenz des Hüllkurvensignal, das auf die Betriebsspannung moduliert wird und der HF-Hüllkurve  hergestellt werden kann.

Es ist OM Rüdiger Möller, DJ1MR, zu verdanken, dass der Ansatz EER bzw. ET wieder aufgenommen und in die "Moderne" d.h. die SDR-Technik übertragen wird. OM Möller hat seine Entwicklungen in zwei Serien (Oktober/November 2014 und Mai/Juni 2017) im FUNKAMATEUR veröffentlicht. Die redationelle Bearbeitung bringt verständlicherweise Kürzungen mit sich. Deshalb werden hier die beiden Originalmanuskripte veröffentlicht, die zusammen mehr als 130 Seiten umfassen. Für alle, die sich mit EER/ET tiefergehend auseinandersetzen wollen, könne die Mansukripte eine große Hilfe sein.

Der erste Ansatz 2014 von OM Möller ging noch von einer autonomen Betriebsweise der EER-PA aus. Der Pulsbreitenmodulator analysierte das HF-Eingangsignal auf Amplitude und Phase selbst und entwickelte daraus die Hüllkurvenmodulation der Betriebsspannung für die ET-Methode. Der zweite aktuelle Ansatz verzichtet auf diese Autonomie und nutzt die Möglichkeiten der SDR-Technik, die wie oben beschrieben das Steuersignal für den Pulsbreitenmodulator zur Verfügung stellen kann. Die ET-Methode verzichtet auf die Steigerung des Wirkungsgrades der Endstufe in den Bereich über 90%, wie dies mit EER möglich wäre. Der Preis für diesen hohen Wirkungsgrad ist der besondere Aufbau der PA mit einem Ausgangsfilter, das nur über einen begrenzten Frequenzbereich zu realisieren ist. Die ET-Technik begrenzt den erzielbaren Wirkungsgrad auf 80% bis 85% -was aber immer noch eine substantielle Verbesserung darstellt und den Einsatz dieser Technik mehr als rechtfertigt. Die Vorteile des ET-Verfahrens sind also:

1. Nutzung nahezu aller Endstufenkonzepte. Röhren und Transistor- bzw. MOSFET/LDMOS-PA sind gleichermaßen geeignet.
2. Keine Veränderung der Ausgangsbeschaltung der PA über den gesamten Freqiuenzbereich,
3. es ist lediglich die Modifikation des Netzteils mit einem Pulsbreitenmodulator notwendig.
4. Einbindung des SDR und Nutzung der APD. Damit Garantie für ein spektral reines Sendesignal mit hohem IMA3

OM Möller hat die EER- bzw. 2017 die ET-Technik für eine MOSFET-PA mit 100 Volt Drainspannung realisiert. Dies gestaltet den Aufbau des PWM einfacher, als dies bei Hochleistungs PA mit z.B. 50 Volt Drainspannung der Fall ist. Der Autor ist derzeit dabei sein ET PWM-Konzept auf 50 Volt bzw. 65 Volt LDMOS Systeme zu übertragen. OM Möller unterstützt hierbei in vorbildlicher Weise. Dafür bereits an dieser Stelle vielen Dank!




 


 
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