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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Messgerät zum Ermitteln einer Kennlinie einer Hochfrequenzeinheit, die ein mit einem Modulationssignal moduliertes Hochfrequenz-Signal ausgibt.
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Ein Verfahren zum Bestimmen von Parametern eines n-Tors, insbesondere von Kennlinien eines Verstärkers, ist beispielsweise aus der
DE 100 22 853 A1 bekannt. Zur Bestimmung der Kennlinie des Verstärkers wird das Eingangssignal und das Ausgangssignal des Verstärkers dem Messgerät zugeführt. Um auf eine phasenkohärente Demodulation und den damit notwendigen Synchrondemodulator verzichten zu können, erfolgt die Zuführung des Eingangs- und des Ausgangsignals an das Messgerät mit einem unbekannten Zeitversatz, wobei die fehlende Zeitinformation durch eine Kreuzkorrelation ermittelt wird. Zur Durchführung einer solchen Kreuzkorrelation ist jedoch die Vorabkenntnis des Eingangssignals notwendig.
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Das Erfordernis des bekannten Eingangssignals hat für die Praxis den Nachteil, dass das dem Verstärker zugeführte Signal abgegriffen und dem Messgerät zugeführt werden muss. Das bedeutet, dass eine Verbindung zwischen dem Messgerät und der Eingangsseite des Verstärkers zum Durchführen der Messung erzeugt werden muss.
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Die
DE 199 49 586 A1 offenbart ein System zum Analysieren einer Offset-QPSK-Modulation. Das System zum Analysieren einer Offset-QPSK-Modulation kann die Anfangsphase eines offset-QPSK-modulierten Signals schätzen. Für jeden von mehreren Kandidatenwerten für die Anfangsphase wird der Korrelationskoeffizient zwischen einem Signal, dessen Taktverzögerung geschätzt und kompensiert worden ist, und einem idealen Signal, das anhand des Signals erzeugt wird, berechnet, wobei der Kandidatenwert mit dem Maximalwert des berechneten Korrelationskoeffizienten als optimale Anfangsphase gesetzt wird.
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Die
EP 0 847 153 A2 zeigt ein Verfahren und Gerät zum Messen der Wellenformqualität von CDMA-Signalen mit erhöhter Genauigkeit. Ein digitales Basisband-Messsignal Z(k) eines Quadraturtransformations-/Komplementärfilters
22 wird an einem Demodulationsabschnitt
25 zugeführt, wo es durch einen PN-Code eines Pilotsignals demoduliert wird, um eine Bitfolge und eine Amplitude a'
i zu erfassen. Ein ideales Signal Ri wird aus der Bitfolge, der Amplitude a'
i und dem PN-Code erzeugt. Gleichzeitig werden Hilfsdaten A, B, C, H und I erzeugt, die verwendet werden, um näherungsweise simultane Gleichungen zur Berechnung von Parametern zu lösen, die das Quadrat einer Differenz zwischen dem idealen Signal Ri und dem Messsignal Z(k) minimieren erzeugt in einem idealen Signal-/Hilfsdaten erzeugenden Abschnitt
26. Die so erhaltenen Hilfsdaten und das Messsignal Z(k) werden verwendet, um die simultanen Gleichungen zu lösen, um die Parameter in einem Parameterermittlungsabschnitt
27 zu ermitteln. Die Parameter werden optimiert, indem das Messsignal Z(k), das ideale Signal Ri und die Hilfsdaten A, B, C, H, I basierend auf den ermittelten Parametern wiederholt korrigiert und die Parameter basierend auf den korrigierten Daten geschätzt werden.
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Wenn die Parameter optimiert sind, wird der Leistungskoeffizient ρi unter Verwendung des optimierten Messsignals Z(k) und des PN-Codes berechnet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Messgerät zum Ermitteln einer Kennlinie einer Hochfrequenzeinheit, die ein mit einem Modulationssignal moduliertes Hochfrequenz-Signal ausgibt, zu schaffen, bei dem während des Betriebs ohne Herstellen einer zusätzlichen Verbindung zwischen dem Eingang der Hochfrequenzeinheit und dem Messgerät zur Übertragung des Informationsinhalts des Hochfrequenz-Signals die Bestimmung der Kennlinie möglich ist.
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Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Verfahrensschritten nach Patentanspruch 1 sowie das Messgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist zum Ermitteln einer Kennlinie einer Hochfrequenzeinheit, insbesondere eines Verstärkers, lediglich das von der Hochfrequenzeinheit gesendete Hochfrequenz-Signal erforderlich. Das von der Hochfrequenzeinheit gesendete Hochfrequenz-Signal wird von einer Empfangseinheit empfangen und daraus ein komplexwertiges, reales Basisbandsignal erzeugt, beispielsweise durch Abtasten der Zwischenfrequenz und anschließend digitaler Mischung und Filterung, oder durch analoges Mischen und anschließendes Abtasten. Durch Demodulation der Abtastwerte wird eine dem realen Basisbandsignal entsprechende Modulationssymbolfolge ermittelt, aus der wiederum ein ideales Basisbandsignal als Referenzsignal nachgebildet wird. Mit Kenntnis dieses nachgebildeten idealen Basisbandsignals wird aus dem realen Basisbandsignal ein korrigiertes, reales Basisbandsignal erzeugt, indem die Abtastwerte des realen Basisbandsignals unter Berücksichtigung ihrer Abweichungen von dem idealen Basisbandsignal korrigiert werden. Durch die Korrektur der Abtastwerte des realen Basisbandsignals werden lineare Fehler aus dem realen Basisbandsignal eliminiert. Die für den Verlauf der Kennlinie des Verstärkers relevanten nichtlinearen Verzerrungen bleiben dagegen erhalten. Aus den Abtastwerten des korrigierten, realen Basisbandsignals und den Abtastwerten des idealen Basisbandsignals lässt sich dann die Kennlinie der zu messenden Hochfrequenzeinheit ermitteln.
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur des realen Basisbandsignals ein Parametersatz (r, phi, f, t) ermittelt wird, für den die Abweichung der Abtastwerte des korrigierten, realen Basisbandsignals von den Abtastwerten des idealen Basisbandsignals minimal wird. Dabei betrifft diese Korrektur lediglich lineare Anteile der Verzerrung, so dass in dem ausgegebenen korrigierten, realen Basisbandsignal nichtlineare Verzerrungen noch enthalten sind.
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Das Ermitteln der Kennlinie der Hochfrequenzeinheit erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. in dem erfindungsgemäßen Messgerät und bei Kenntnis des Modulationsverfahrens (PSK, QAM, Symbolrate, Modulationsparameter, ...) aus der Information, welche dem von der Hochfrequenzeinheit gesendeten Signal zu entnehmen ist. Ein Abgreifen einer Signalfolge am Eingang oder die
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Kenntnis einer bestimmten verwendeten Signalfolge ist damit überflüssig. Die zur Bestimmung einer Kennlinie erforderliche Kenntnis einer Abfolge von Abtastwerten des idealen Basisbandsignals als Referenzsignal wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass aus dem empfangenen Hochfrequenz-Signal das ideale Basisbandsignal nachgebildet wird, welches dem von der Hochfrequenzeinheit gesendeten Signal zu Grunde liegt. Diese Ermittlung des idealen Basisbandsignals als Referenzsignal für die weitere Auswertung ist keiner Beschränkung unterworfen, so dass ein Vermessen z. B. eines Verstärkers mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch während eines regulären Betriebs des Verstärkers möglich ist.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Messgeräts.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Abtastwerte in mehreren Gruppen zusammengefasst werden. Für jede dieser Gruppen wird ein Repräsentanzwertepaar ermittelt, das stellvertretend für die Anzahl in der Gruppe enthaltener Abtastwerte verwendet wird, um den Verlauf einer Kennlinie des Verstärkers an die Repräsentanzwertepaare als Stützstellen der Kennlinie anzunähern.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Abtastwerte so in mehreren Gruppen zusammenzufassen, dass in jeder der gebildeten Gruppen näherungsweise gleich viele Abtastwerte enthalten sind, und dass das gebildete Repräsentanzwertepaar damit auf Basis etwa gleich vieler Abtastwerte gebildet wird. Die Qualität der einzelnen Repräsentanzwerte weicht somit kaum voneinander ab, wodurch das Vertrauen in die ermittelte Kennlinie steigt.
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Besonders vorteilhaft ist es außerdem, dass zum Ermitteln des Repräsentanzwertepaares der jeweiligen Gruppe lediglich Intervallsummen berechnet werden. Eine aufwändige Sortierung, bei der der Rechenaufwand für n-Werte mit n*log(n) steigt, kann damit entfallen. Zur Bildung der Intervallsummen werden zunächst Intervalle gebildet, welche den betrachteten Amplituden- oder Pegelbereich in Abschnitte gleicher Breite unterteilen. Zur Bildung der Intervallsummen werden die jeweiligen Werte der in ein entsprechendes Intervall fallenden Abtastwerten aufsummiert. Bei der Bildung von Gruppen können dann jeweils die so entstandene Intervallsummen zur weiteren Berechnung verwendet werden, wodurch der erforderliche Rechenaufwand deutlich reduziert wird.
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Zum Erhöhen der Genauigkeit der Kennlinie in einem weiten Pegelbereich ist es außerdem vorteilhaft, mehrere Messungen bei verschiedenen Aussteuerungen der Hochfrequenzeinheit durchzuführen, wobei für jede der durchgeführten Messungen Gruppen gebildet werden, für die die zugehörigen Repräsentanzwertepaare ermittelt werden. Zum Ermitteln der Kennlinie über den gesamten Pegel- oder Leistungsbereich werden die Repräsentanzwertepaare aus mehreren bei den verschiedenen Aussteuerungen verwendet, um die Kennlinie zu ermitteln. Die Qualität kann nicht nur durch Erhöhen der Anzahl von Werten in einer Messung verbessert werden, sondern auch dadurch, dass die Ergebnisse aus mehreren Messungen (Bursts) gesammelt werden (Averaging).
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Messgeräts werden anhand der Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1a, b den beispielhaften Verlauf einer AmplitudenKennlinie und Darstellung der Verzerrungen in einem Konstellationsdiagramm,
- 2a, b den beispielhaften Verlauf einer PhasenKennlinie und Darstellung der Verzerrungen in einem Konstellationsdiagramm,
- 3 die Darstellung der Summe der Amplituden- und Phasenverzerrungen in einem Konstellationsdiagramm,
- 4 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts,
- 5a, b eine beispielhafte Darstellung von Abtastwerten eines korrigierten, realen Basisbandsignals in einem Konstellationsdiagramm für Amplitudenverzerrungen bzw. für Phasenverzerrungen,
- 6 eine Darstellung der Summe der Amplituden- und Phasenverzerrungen eines korrigierten, realen Basisbandsignals in einem Konstellationsdiagramm,
- 7 eine schematische Darstellung mehrerer Intervalle eines zu messenden Pegelbereichs,
- 8 eine schematische Darstellung von zu Gruppen zusammengefassten Intervallen der 7,
- 9 eine schematische Darstellung der Ermittlung der Repräsentanzwerte der Gruppen,
- 10a, b den beispielhaften Verlauf einer aus Repräsentanzwertepaaren ermittelten Amplituden- bzw. Phasenkennlinie,
- 11 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts,
- 12 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts,
- 13a, b eine schematische Darstellung zur Durchführung mehrerer Messungen zur Ermittlung einer Kennlinie,
- 14 die Durchführung mehrerer Messungen zur Ermittlung der Leistungs- und Frequenzabhängigkeit von nichtlinearen Verzerrungen, und
- 15 ein Beispiel für eine Ausgabe einer Amplitudenkennlinie eines erfindungsgemäßen Messgeräts.
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In 1a ist beispielhaft ein Verlauf einer Amplitudenkennlinie 1 eines Verstärkers eines Hochfrequenz-Senders zum Senden eines mit einem Modulationssignal modulierten Hochfrequenz-Signals dargestellt. Auf der Abszisse 2 ist dabei in einem logarithmischen Maßstab die Eingangsleistung des Verstärkers aufgetragen. Auf der Ordinate 3 ist ebenfalls in einem logarithmischen Maßstab die Abweichung als Verhältnis der Eingangsleistung zur Ausgangsleistung des Verstärkers von dem idealen Leistungswert angegeben.
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Zur Erläuterung ist 1b am Beispiel einer 64 QAM (Quadrature-Amplitude-Modulation) die veränderte Lage der Entscheidungspunkte auf Grund der Amplitudenkennlinie 1 für den ersten Quadranten 4 eines Konstellationsdiagramms dargestellt. Die möglichen Abtastwerte des idealen Basisbandsignals zu Entscheidungszeitpunkten in einem komplexen Basisband (Konstellationsdiagramm) sind in der 1b als Kreuze dargestellt. Entsprechend dem Verlauf der Amplitudenkennlinie 1 verschieben sich jeweils die Abtastwerte des realen Basisbandsignals zu den Entscheidungszeitpunkten in Richtung des Ursprungs 5 der Koordinatenachsen (Realteil und Imaginärteil) des Diagramms. Das Maß der Verschiebung wird dabei durch die Länge eines Fehlervektors 6 für jeden Abtastwert des Konstellationsdiagramms angegeben, der jeweils einen Abtastwert 7 des idealen Basisbandsignals zu den Entscheidungszeitpunkten mit einem Abtastwert 8 des realen Basisbandsignals verbindet. In der 1b ist dies beispielhaft nur für den am weitesten von dem Ursprung 5 entfernten Wert mit Bezugszeichen dargestellt. Entsprechend dem Kennlinienverlauf aus 1a ergeben sich mit zunehmender Leistung, also zunehmender Entfernung der Abtastwerte von dem Ursprung 5, nicht direkt proportionale Abweichungen von dem entsprechenden idealen Wert. In der 1b ist dies der entsprechend größeren Länge der Fehlervektoren zu entnehmen. Für eine reine Amplitudenverzerrung liegen sämtliche Fehlervektoren auf einer Gerade durch den Ursprung 5.
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Eine analoge Darstellung für eine Phasenkennlinie 9 des Senderverstärkers ist in der 2a gezeigt, wobei die Abszisse 2 wiederum in logarithmischer Darstellung die Eingangsleistung zeigt. Auf einer ebenfalls logarithmischen dargestellten Ordinate 3' ist nun jedoch die Abweichung der Phase von dem idealen Wert dargestellt. Die zugehörige Darstellung in einem Konstellationsdiagramm ist in der 2b gezeigt. Die möglichen Abtastwerte des idealen Basisbandsignals zu den Entscheidungszeitpunkten sind wiederum als Kreuze dargestellt und mit den Abtastwerten des realen Basisbandsignals über jeweils einen Fehlervektor verbunden, wobei wiederum die Länge des Fehlervektors der Größe der Abweichung entspricht. Beispielhaft ist dies für den idealen Wert 10 zu einem Entscheidungszeitpunkt, den entsprechenden realen Wert 11 zu dem Entscheidungszeitpunkt und den Fehlervektor 12 mit Bezugszeichen gezeigt. Eine Abweichung der Phase wird im Konstellationsdiagramm als eine Drehung um den Ursprung 5 dargestellt. Wie sich aus der Phasenkennlinie 9 ergibt, ist dabei der Winkel des jeweiligen Fehlervektors 12 überproportional größer, je weiter der Abtastwert im Konstellationsdiagramm von dem Ursprung 5 entfernt ist.
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Ein realer Verstärker weist im allgemeinen sowohl nichtlineare Verzerrungen der Phase als auch der Leistung bzw. der Amplitude auf. Damit ergibt sich die in 3 gezeigte Darstellung eines Konstellationsdiagramms. Wie in den vorangegangenen Beispielen ist der besseren Übersichtlichkeit wegen die Darstellung auf den ersten Quadranten beschränkt. Die Lage der Abtastwerte 15 des realen Basisbandsignals zu den Entscheidungszeitpunkten ergibt sich nunmehr aus der Lage der Abtastwerte des idealen Basisbandsignals, welche wiederum durch Kreuze in der 3 dargestellt sind, und den addierten Fehlervektoren aus der 1b und 2b, welche sich zu einem Gesamtfehlervektor 14 ergänzen. Die 3 zeigt dies beispielhaft wiederum nur für einen Punkt des Konstellationsdiagramms.
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In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Messgerät dargestellt. In dem Messgerät wird ein von einem Hochfrequenz-Sender gesendetes, mit einem Modulationssignal moduliertes Hochfrequenz-Signal durch eine Empfangseinheit 16 empfangen. Das empfangene Hochfrequenz-Signal wird durch die Empfangseinheit 16 verarbeitet, so dass an einem Ausgang 17 der Empfangseinheit 16 ein aus dem empfangenen Hochfrequenz-Signal nach Heruntermischen abgetastetes, komplexwertiges, reales Basisbandsignal MEAS ausgegeben wird. Dieses reale Basisbandsignal MEAS wird einer Demodulationseinrichtung 18 zugeführt. Die Demodulationseinrichtung 18 erzeugt Abtastwerte durch digitales Abtasten des realen Basisbandsignals MEAS und demoduliert diese Abtastwerte des realen Basisbandsignals MEAS. Die durch die Demodulation der Abtastwerte des realen Basisbandsignals MEAS gewonnenen Symbole werden als Modulationssymbolfolge SYM an einem Ausgang 19 der Demodulationseinrichtung 18 ausgegeben. Zur Demodulation können eventuell bekannte Informationen des Signals, wie beispielsweise Midambles oder pn-Sequenzen (Pseudo-Noise) berücksichtigt werden.
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Die Modulationssymbolfolge SYM ist bis auf geringfügige Störungen, beispielsweise durch Rauschen, identisch mit der Modulationssymbolfolge, auf Grund derer in der Sendeeinrichtung das zu sendende Signal erzeugt wurde. Auf Grund der Generierung der Modulationssymbolfolge SYM aus dem empfangenen Hochfrequenz-Signal ist in dem Messgerät 15 die vollständige Information des ursprünglichen, idealen Signals vorhanden. Die Modulationssymbolfolge SYM wird an ein digitales Filter 20 weitergeleitet. In seiner Funktion entspricht das digitale Filter 20 einem idealen Modulator, an dessen Ausgang 21 ein ideales Basisbandsignal REF ausgegeben wird, welches bei der weiteren Auswertung als Referenzsignal verwendet wird.
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Sowohl das ideale Basisbandsignal REF als auch das reale Basisbandsignal MEAS werden einer Korrektureinrichtung 22 zugeführt. Die Abtastwerte des realen Basisbandsignals MEAS und die entsprechenden Abtastwerte des idealen Basisbandsignals REF, das das Referenzsignal bildet, werden von der Korrektureinrichtung 22 miteinander verglichen und als Ergebnis des Vergleichs wird ein korrigiertes, reales Basisbandsignal MEAS' an einem Ausgang 23 der Korrektureinrichtung 22 ausgegeben. Zum Vergleich des realen Basisbandsignals MEAS mit dem idealen Basisbandsignal REF werden von jeweils sich entsprechenden Abtastwerten des realen Basisbandsignals MEAS und des idealen Basisbandsignals REF die Abweichungen ermittelt. Die Summe der Quadrate dieser Abweichungen wird minimiert, indem für das reale Basisbandsignal MEAS ein Parametersatz (r, phi, f, t,...) ermittelt wird, für den die Summe der quadratischen Abweichungen und damit der Betrag der Fehlervektoren (EVM, Error-Vector-Magnitude) minimal ist.
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Der erste Schritt, in dem der Parametersatz (r, phi, f, t) ermittelt wird, erfolgt in einem Minimierungsglied 24. Der Parametersatz (r, phi, f, t) enthält z. B. Korrekturwerte für die Eingangsleistung r, die Phase phi, die Frequenz f und die Zeit t, so dass lineare Verzerrungen des realen Basisbandsignals MEAS, wie sie beispielsweise durch unterschiedliche Grundfrequenzen des Senders und des Empfängers oder durch eine Zeitverschiebung aufgrund der Verarbeitung der Signale entstehen, minimiert werden. Weitere denkbare Parameter können ebenfalls vorgesehen werden, um z.B. einen Trägerdurchschlag (IQ-Offset), eine ungleiche Verstärkung zwischen dem I- und Q-Kanal im Sender (IQ-Imbalance) oder einen über die Zeit veränderlichen Pegel, beispielsweise auf Grund von Erwärmung der Endstufen (Amplitude Droop) zu berücksichtigen.
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Ist der Parametersatz ermittelt, so wird dieser einem Korrekturglied 25 zugeführt, welches eine entsprechende Korrektur des realen Basisbandsignals MEAS anhand des Parametersatzes (r, phi, f, t) durchführt und ein korrigiertes, reales Basisbandsignal MEAS' an seinem Ausgang 23 ausgibt. Durch die Korrektur in der Korrektureinrichtung 22 wird eine Minimierung der Abweichungen der Abtastwerte des realen Basisbandsignals MEAS von den Abtastwerten des idealen Basisbandsignals REF durchgeführt, wobei diese Korrektur lediglich lineare Anteile der Verzerrung betrifft, so dass in dem ausgegebenen korrigierten, realen Basisbandsignal MEAS' die zur Ermittlung und Darstellung der Kennlinie benötigten nichtlinearen Verzerrungen noch enthalten sind.
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Zur Ermittlung und Ausgabe einer Amplituden- oder Phasenkennlinie wird das korrigierte, reale Basisbandsignal MEAS' sowie das ideale Basisbandsignal REF einer Auswerteeinrichtung 26 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 26 verfügt über eine nicht einzeln dargestellte Anzeigeeinrichtung zum Darstellen der ermittelten Kennlinien. Die Ermittlung des Kennlinienverlaufs selbst wird nachfolgend im Detail erläutert.
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Auf Grund der Minimierung der Abweichungen der Abtastwerte des realen Basisbandsignals MEAS von dem idealen Basisbandsignal REF in dem Minimierungsglied 24 kommt es zu einer Verschiebung der Abtastwerte des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' zu den Entscheidungszeitpunkten in den Konstellationsdiagrammen, wie dies in den 5a, 5b für die Amplitude ( 5a) bzw. die Phase (5b) dargestellt ist. Wie es bei der Beschreibung der 1b bzw. 2b bereits erläutert wurde, sind die Abweichungen für weit vom Ursprung 5 entfernte Abtastwerte überproportional größer als für solche Werte, welche nahe an dem Ursprung 5 liegen. Werden die Abweichungen, wie dies zunächst angenommen wird, bei der Ermittlung des Parametersatzes (r, phi, f, t) durch das Minimierungsglied 24 gleichermaßen berücksichtigt, führt dies zu einer Verringerung des Fehlers für solche Punkte in dem Konstellationsdiagramm, die weit von dem Ursprung 5 entfernt sind, umgekehrt jedoch zu einer Vergrößerung des Fehlers für diejenigen Werte, welche nahe an dem Ursprung 5 liegen und daher vor der Korrektur lediglich eine geringe oder keine Abweichung aufweisen. In den 5a , Fig. b sind die Abtastwerte des idealen Basisbandsignals REF zu Entscheidungszeitpunkten wiederum als Kreuze dargestellt, welche durch Fehlervektoren mit den entsprechenden Abtastwerten des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' verbunden sind. Für die Darstellung der Amplitudenverzerrungen in 5a liegen die Fehlervektoren wiederum auf Geraden, welche durch den Ursprung 5 verlaufen, wohingegen bei der Darstellung der Phasenverzerrung in 5b die Fehlervektoren jeweils zwei Punkte miteinander verbinden, welche auf einer Kreisbahn um den Ursprung 5 angeordnet sind.
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Analog zu den Überlegungen zu 3 ergibt sich für die Summe der Amplitude- und Phasenverzerrungen ein Konstellationsdiagramm für das korrigierte, ideale Basisbandsignal MEAS wie es in 6 dargestellt ist.
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Nachfolgend wird erläutert, wie aus den Abtastwerten des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' sowie des idealen Basisbandsignals REF eine Annäherung des Verlaufs der Amplituden- bzw. Phasenkennlinie erfolgt. In der Auswerteeinrichtung 26 wird hierzu zunächst der zur Bestimmung der Kennlinie zu betrachtende Leistungs- oder Pegelbereich in mehrere Intervalle 27 unterteilt, wobei die Intervalle 27 als Abschnitte gleicher Breite b den betrachteten Pegelbereich aufteilen. Benachbarte Intervalle 27 grenzen also unmittelbar aneinander, wie dies beispielsweise für die n Intervalle 27.1 bis 27.n in der 7 dargestellt ist. Die Intervalle 27 teilen den interessierenden Pegelbereich, der sich von p1 bis p2 erstreckt, gleichmäßig auf.
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Die Abtastwerte des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' werden nun jeweils einem Intervall 27 zugeordnet, wobei zur Zuordnung der Abtastwerte zu einem bestimmten Intervall 27.1 bis 27.n jeweils der Pegel des mit dem Abtastwert des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' korrespondierenden Abtastwerts des idealen t Basisbandsignals REF verwendet wird. Zur weiteren Auswertung wird in der Auswerteeinrichtung 26 ein erstes Feld (Array) angelegt, bei dem jedes Element ein bestimmtes Intervall 27.1 bis 27.n repräsentiert. In diesem ersten Feld (Array) wird die Anzahl der in ein bestimmtes Intervall 27.1. bis 27.n fallenden Abtastwerte ermittelt, indem der betreffende Wert des Feld (Array)-Elements mit jedem Abtastwert, welcher in das Intervall fällt, inkrementiert wird. Ein solchermaßen gebildetes erstes Feld (Array) entspricht einem Histogramm, wie es die 7 zeigt und bei dem die Balkenhöhe die Anzahl der in dem jeweiligen Intervall 27.1 bis 27.n enthaltenen Abtastwerte angibt.
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Die Pegel der in den einzelnen Intervallen 27.1 bis 27.n enthaltenen Abtastwerte des idealen Basisbandsignals REF werden summiert und als erste Intervallsumme jeweils in einem Element eines zweiten Felds (Arrays) abgelegt. Die Beträge der komplexen Abtastwerte des realen Basisbandsignals MEAS, die in ein bestimmtes Intervall 27.1 bis 27.n fallen, werden aufsummiert und die Summe für jedes Intervall jeweils als zweite Intervallsumme in einem Element eines dritten Felds (Arrays) abgelegt. Ebenso werden die Phasenfehler zwischen den Abtastwerten des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' und den Abtastwerten des idealen Basisbandsignals REF aufsummiert und in jeweils einem Element eines vierten Felds (Arrays) abgelegt.
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Der Inhalt eines jeden Intervalls 27.1 bis 27 .n wird damit durch die Anzahl der in die Intervalle 27.1 bis 27.n fallenden Abtastwerte wiedergegeben, die in einem Element in dem ersten Feld (Array) abgelegt ist, die summierten Pegel der Abtastwerte des idealen Basisbandsignals REF der Intervalle 27.1 bis 27 .n eines Elements in dem zweiten Feld (Array) sowie die summierten Pegel der Abtastwerte des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' jedes Intervalls in je einem Element des dritten Felds (Arrays) bzw. die summierten Phasenfehler jedes Intervalls in einem Element des vierten Felds (Arrays).
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Anstelle des parallelen Ablegens der Summen des Pegels bzw. der Phasenfehler in den Elementen des dritten und vierten Felds (Arrays) ist auch die Beschränkung auf ein Feld (Array) denkbar, das in Abhängigkeit von der zu ermittelnden Kennlinie entweder die summierten Pegel oder die summierten Phasenfehler enthält.
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Die einzelnen Intervalle 27 werden nun in Gruppen 28 zusammengefasst, wobei aus jeder Gruppe 28 eine Stützstelle für die später zu ermittelnde Kennlinie gebildet wird. Die Zusammenfassung in Gruppen 28 ist in 8 dargestellt. Hierzu wird vorzugsweise unabhängig von der durchgeführten Messung eine Anzahl von Gruppen vorab bestimmt. Die Gesamtanzahl der aus der Messung verfügbaren Abtastwerte ist bekannt. Daraus wird die Anzahl der Messwerte ermittelt, die einer Gruppe 28 zuzuordnen sind. Die Werte der einzelnen Elemente des ersten Felds (Arrays) die zu benachbarten Intervallen 27 gehören, werden nun so lange aufsummiert, bis die sich daraus ergebende Summe die vorgegebene Anzahl von Abtastwerten in etwa erreicht. Dies kann im einfachsten Fall so erreicht werden, dass die Summierung der Werte der Elemente des ersten Felds (Arrays) abgebrochen wird, wenn ein Grenzwert S, der der Anzahl der Abtastwerte für eine Gruppe, z.B. 28.1, entspricht, überschritten wird. Im Beispiel werden so die Intervalle 27.1 bis 27.3 zu einer ersten Gruppe 28.1 zusammengefasst.
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Beginnend mit dem nächsten Intervall 27.4 bzw. dem zugeordneten Element des ersten Arrays wird die Summierung für die nächste Gruppe, im Beispiel 28.2, begonnen. Durch diese Summation, die für die Werte der entsprechenden Elemente des zweiten, dritten und vierten Felds (Arrays) durchgeführt wird, werden die gesamte Anzahl an Abtastwerten zu näherungsweise gleichen Teilen auf die Gruppen 28.1 bis 28.m verteilt. Ausgehend von der Histogrammdarstellung aus 7 ergeben sich für die Gruppen 28.1 bis 28.m die in 8 dargestellten kumulierten Häufigkeiten.
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Durch die Summation der Werte der einzelnen Elemente der Felder (Arrays) ist für jede der Gruppen 28, die auch als Cluster bezeichnet werden, nur noch je eine Information hinsichtlich der Anzahl der Werte, der Summe der Pegel der Abtastwerte des idealen Basisbandsignals REF, der Summe der Pegel der Abtastwerte des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' sowie der Summe der Phasenfehler vorhanden. Soll die Kennlinie eines Verstärkers ermittelt werden, so werden nun die beiden Summen der Pegel und die Summen der Phasenfehler für jede Gruppe 28.1 bis 28.m durch die Anzahl der Werte dieser Gruppen 28.1 bis 28.m dividiert, um für jede Gruppe jeweils einen Mittelwert für den Pegel des idealen Basisbandsignals REF, den Pegel des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' und den Phasenfehler zu bestimmen. Neben dem einfachsten Fall der arithmetischen Mittelung sind hierzu auch andere Vorgehensweisen denkbar, bei denen eine Gewichtung erfolgt.
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Zur Darstellung einer Amplitudenkennlinie in einem AM/AM-Diagramm wird der Y-Achsenwert für jede Gruppe 28.1 bis 28.m ermittelt, indem der Quotient aus dem Mittelwert der Pegel der Abtastwerte des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS' und dem Mittelwert der Pegel der Abtastwerte des idealen Basisbandsignals REF für jede Gruppe 28.1 bis 28.m gebildet wird und dieser Quotient logarithmiert wird. Der logarithmierte Quotient ergibt für jede Gruppe 28.1 bis 28.m einen Y-Achsenwert in dem AM/AM-Diagramm.
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Bei einer Darstellung einer Phasenkennlinie in einem AM/PM-Diagramm ist der Y-Achsenwert der Mittelwert der Phasenfehler für jede Gruppe 28.1 bis 28.m.
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Zusammen mit dem jeweiligen Mittelwert für den Pegel des idealen Basisbandsignals REF der Gruppen 28.1 bis 28.m ergeben sich Repräsentanzwertepaare, die als Stützstellen 29.1 bis 29.m in 9 dargestellt sind.
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Die in der 9 dargestellte Stützstelle 29.1 beinhaltet die Information über die der Gruppe 28.1 zugeordneten Abtastwerte 40.1 bis 40.4 des korrigierten, realen Basisbandsignals MEAS'. Entsprechend ist die Information der Abtastwerte der einzelnen Gruppen 28.2 bis 28.m in den Stützstellen 29.2 bis 29.m zusammengefasst. Dabei ist zu beachten, das als Wert für die Abszisse der Pegel des Referenzsignals verwendet wird. Dadurch können die ermittelten Stützstellen 29.1 bis 29.m in einfacher Weise zu einer Näherung des Kennlinienverlaufs verwendet werden.
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Zum Ermitteln des Kennlinienverlaufs werden zur Approximierung von Messwerten bekannte Verfahren eingesetzt. Als einfachstes Beispiel ist eine im Bereich der Stützstellen 29.1 bis 29.m abschnittsweise lineare Kennlinie zu nennen. Ebenfalls anwendbar ist die Approximation durch Spline-Interpolation oder ein Polynom n-ter Ordnung. In 10a und 10b sind beispielhaft je eine Amplitudenkennlinie 41 und eine Phasenkennlinie 42 dargestellt.
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Gemäß des in der 11 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts ist eine Korrektureinrichtung 22' vorgesehen, die zusätzlich zu dem Minimierungsglied 24 und dem Korrekturglied 25 eine Bewertungseinrichtung 30 aufweist. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf eine Beschreibung der identischen, aus der 4 bekannten Komponenten verzichtet. Der Bewertungseinrichtung 30 wird eingangsseitig das ideale Basisbandsignal REF zugeführt. Mit Hilfe der Bewertungseinrichtung 30 kann eine Gewichtung der Abtastwerte bei der Berechnung des Parametersatzes (r, phi, f, t) durch das Minimierungsglied 24 erfolgen. So ist es zum Beispiel möglich, diejenigen Abtastwerte mit hohen Pegeln weniger zu berücksichtigen als diejenigen mit niedrigen Pegeln. Mit Hilfe einer solchen Gewichtung wird erreicht, dass eine Vergrößerung des Fehlers der Abtastwerte nahe am Ursprung im Vergleich zu einer gleichmäßigen Berücksichtigung aller verfügbaren Abtastwerte reduziert ist.
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Im einfachsten Fall bleiben durch eine solche Bewertungsfunktion f(r, phi, f, t) der Bewertungseinrichtung 30 z. B. alle diejenigen Abtastwerte, welche eine bestimmte Schwelle des Pegels überschreiten, unberücksichtigt, so dass für das korrigierte, reale Basisbandsignal MEAS' der entstehende Fehler der Abtastwerte nahe des Ursprungs 5 besonders klein ist. Um einen zu großen Einfluss des Rauschens bei sehr niedrigen Pegel zu unterdrücken, können z.B. nur die Werte, die innerhalb eines Pegelintervalls liegen, berücksichtigt werden. Die verwendete Bewertungsfunktion f(r,phi,f,t) ist vorzugsweise dem Verzerrungsmodell angepasst. Besonders vorteilhaft kann es auch sein, mittels der Bewertungsfunktion bestimmte Zeitpunkte oder Zeitintervalle in Datensätzen auszuwählen, beispielsweise die Symbolentscheidungspunkte, um dadurch Störungen, wie sie z.B. in den Symbolübergängen nahe der komplexen „0“ auftreten, zu unterdrücken.
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In 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zusätzlich ein nichtlineares Verzerrungsglied 31 vorgesehen ist. Das nichtlineare Verzerrungsglied 31 ist in dem Signalweg des idealen Basisbandsignals REF zwischen dem digitalen Filter 20 und der Korrektureinrichtung 22' angeordnet. Neben dem an einem Eingang 43 zugeführten idealen Basisbandsignal REF werden zusätzlich Informationen über den bereits ermittelten Verlauf der Kennlinie an einem zweiten Eingang 32 an das nichtlineare Verzerrungsglied 31 übertragen. Dadurch kann mit dem Ergebnis einer ersten Auswertung eine Vorverzerrung des an die Korrektureinrichtung 22' übermittelten idealen Basisbandsignals REF erfolgen, welches dann der Korrektureinrichtung 22' zugeführt wird, so dass die Minimierung der Abweichungen auf Grund des realen Basisbandsignals MEAS und eines vorverzerrten, idealen Basisbandsignals REF' erfolgt. Dieser Vorgang kann in mehreren Schritten wiederholt werden. Für die erste Auswertung gibt das Verzerrungsglied 31 das ideale Basisbandsignal REF unverzerrt an das Minimierungsglied 24 weiter.
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In diesem iterativen Prozess können beispielsweise das reale Basisbandsignal MEAS und das ideale Basisbandsignal REF gespeichert werden, um das Modell für die Verzerrungen zu verbessern. Mit genauer werdender Kenntnis des Modells für die Verzerrungen kann außerdem eine Anpassung der Bewertungsfunktion in der Bewertungseinrichtung 30 erfolgen. Die verbesserte Kenntnis der Kennlinie kann auch zu einer Vorverzerrung eines idealen Basisbandsignals REF verwendet werden, welches aus der Demodulation eines unbekannten, realen Basisbandsignals MEAS generiert wird, beispielsweise also bei einer Messung während des Betriebs des Sendeverstärkers.
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In 13a sind mehrere aufeinander folgende Messungen 33.1 bis 33.n dargestellt. Für jede der einzelnen Messungen 33.1 bis 33.n ist der zu vermessende Verstärker in einem anderen Pegelbereich PI bis PN ausgesteuert. Die Auswertung durch Bilden von Gruppen und jeweils den einzelnen Gruppen zugeordneten Repräsentanzwertepaaren erfolgt analog zu dem bereits beschriebenen Verfahren für jeden der Pegelbereiche PI bis PN. Für jede der einzelnen Messungen 33.1 bis 33.n wird damit ein bestimmter Abschnitt 34.1 bis 34.n einer Kennlinie 34 erzeugt, der dann zusammengesetzt werden kann, wie dies in 13b dargestellt ist.
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In 14 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, durch mehrere aufeinander folgende Messungen zusätzliche Informationen über den Verlauf der Kennlinien zu erhalten. In der oberen Hälfte der 14 sind drei aufeinander folgende Messungen 35.1, 35.2 und 35.3 dargestellt, wobei für jede der Messungen 35.1, 35.2 und 35.3 eine andere, jedoch für die einzelne Messung konstante Frequenz f1, f2 bzw. f3 eingestellt ist. Die Auswertung ergibt für jede der drei Messungen drei Repräsentanzwertepaare 36.1, 37.1, 38.1 bzw. 36.2, 37.2 usw. Das jeweils erste der drei Repräsentanzwertepaare 36.1, 36.2 und 36.3 wird dabei für einen ersten Pegelwert p1 des idealen Basisbandsignals gebildet. Da die drei Messungen jedoch für unterschiedliche Frequenzen f1, f2 bzw. f3 durchgeführt wurden, können diese drei Repräsentanzwertepaare 36.1, 36.2 und 36.3 auch in einem Diagramm aufgetragen werden, welches als Abszisse die Frequenz f zeigt. Damit kann als Kennlinie auch die Pegelabweichung als Funktion der Frequenz dargestellt werden.
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Eine solche Darstellung ist auch für die übrigen Repräsentanzwertepaare 37.i und r möglich, so dass sich im dargestellten Ausführungsbeispiel für drei unterschiedliche, aber konstante Pegel p1, p2 bzw. p3 die mit 39.1, 39.2 bzw. 39.3 bezeichneten Diagramme ergeben. Anstelle der Darstellung in unterschiedlichen Diagrammen, deren x-Achse einmal den Pegel und einmal die Frequenz zeigt, ist auch die Darstellung in einem dreidimensionalen Diagramm denkbar.
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In 15 ist ein Beispiel für einen aus mehreren Gruppen ermittelten Verlauf einer Phasenkennlinie 43 dargestellt. Die Kennlinie ist als abschnittsweise gerade Annäherung an die Stützstellen erzeugt und über einer logarithmischen Abszisse aufgetragen.
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Zusätzlich zu der Phasenkennlinie 43 sind die Abtastwerte dargestellt, die der Ermittlung der Phasenkennlinie zu Grunde liegen. Die Anordnung der Abtastwerte, bei der jeweils mehrere Abtastwerte auf einer vertikalen Linie liegen, ist in der Zuordnung der Abtastwerte zu einem Leistungswert, der durch das ideale Basisbandsignal REF bestimmt wird begründet. Mit den Bezugszeichen 44 und 45 sind solche zu zwei Leistungswerten des idealen Basisbandsignals REF gehörigen Abtastwerte beispielhaft bezeichnet.