DD272514A1

DD272514A1 - Verfahren zum messen der gruppenlaufzeitcharakteristik analoge oder digitale signale uebertragender baugruppen

Info

Publication number: DD272514A1
Application number: DD31627788A
Authority: DD
Inventors: Erich Schubert
Original assignee: Koepenick Funkwerk Veb
Priority date: 1988-06-01
Filing date: 1988-06-01
Publication date: 1989-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik analoge oder digitale Signale uebertragender Baugruppen, vorzugsweise von Nachrichtenuebertragungsanlagen mit Pulscodemodulation. Erfindungsgemaess wird als Sendesignal ein aus mehreren harmonischen Doppel-Sinusschwingungen zusammengesetztes Doppelsinus-Mischsignal mit uebereinstimmenden Amplituden, stochatisch nach einer Gleichverteilung gesetzten Phasenwerten und einer Stuetzstellenzahl, die der Anzahl von Frequenzen der zu messenden Gruppenlaufzeitcharakteristik entspricht, verwendet. Das Sendesignal wird mit einer Baugruppe zur inversen Fouriertransformation vom Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert dem Messobjekt zugefuehrt und mit einem von einer Baugruppe zur schnellen Fouriertransformation in seine spektralen Komponenten zerlegten Empfangssignal verglichen. Der Quotient aus den Differenzen der Phasendifferenzen aequivalenter Doppel-Sinusschwingungen am Eingang und Ausgang des Messobjektes und dem Kreisfrequenzabstand zweier Frequenzen einer Doppel-Sinusschwingung ist dann die Gruppenlaufzeitcharakteristik. Fig. 6

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik von analoge oder digitale Signale übertragenden Baugruppen, vo^ugsweise von Nachrichtenübertragungsanlagen mit Pulscodemodulation. Da das Verfahren universell zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik verwendet werden kann, erstreckt sich das Anwendungsgebiet auf den gesamten Komplex der Übertragur.gsmeßtechnik, wie beispielsweise dem Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik digitaler Tonstudiokanäle oder von Meßcomputern.

Das Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik wird in einem Meßvorgang mit einer spektralen Auflösung ermöglicht, die über die mit analoger Selektion und Wobbelung technisch erreichbaren Ergebnisse hinausgeht. Darüber hinaus ist das Verfahren geeignet, um auch die Dämpfungscharakteristik mit erhöhter Auflösung zu messen, so daß das Verfahren insbesondere dann vorteilhaft anzuwenden ist, wenn in kurzer Zeit Meßergebnisse mit hoher Genauigkeit und Auflösung bereitzustellen sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus dem Gebiet der Analogmeßtechnik ist ein Verfahren zum Massen der Gruppenlaufzeit mit Hilfe von Schwebungen bekannt, vgl. Schröder, Rommel; Elektrische Nachrichtentechnik, Band 1 b, Richard Pflaum Verlag KG, München, 1980, S. 171 ff. Dabei wird ein linearer Vierpol mit einem Schwebungssignal beaufschlagt. Die Gruppenlaufzeit für eine untersuchte Frequenz ist dann die Zeit, die beispielsweise das Schwebungsmaximum benötigt, um vom Eingang zum Ausgang des linearen Vierpols zu gelangen. Aus der Abhängigkeit von unterschiedlichen Frequenzen ergäbt sich die Gruppenlaufzeitcharakteristik. Sie ist als [iifferentialquotient der Phasencharakteristik, das heißt, der Änderung des Phasenganges des linearen Vierpols nach dor Kreisfrequenz definiert. Das Verfahren zum Ermitteln der Gruppenlaufzeit analoger Signale auf der Grillage von Messungen im Zeitbereich ist a. s O. beschrieben. Das Ermitteln der Gruppenlaufzeitcharakteristik wird in der Analogmeßtechnik auf Zeitmessungen bei einzelnen Frequenzen zurückgeführt. Die Gruppenlaufzeit wird punktuell, das heißt, «on Frequenz zu Frequenz nacheinander bestimmt, wobei leistungsfähige analoge Verfahren das Prinzip der Wobbelung anwenden, um zu effektiven Meßzeiten für eine Vielzahl von zu untersuchenden Frequenzen zu gelangen. Nachteilig ist, daß nacheinander mehrere Meßvorgänge durchzuführen sind und mit einem analoge Signale verarbeitenden Meßverfahren eine nur relativ geringe spektrale Auflösung erreicht werden kann.

Das Messen der Gruppeniaufzeitcharakteristik in nur einem Meßvorgang ermöglicht ein digitales Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeit, vgl. DE-OS 2724991, G01 R 27/28. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß dem zu messenden linearen Vierpol ein Testpuls, der auch als Sinusmischsignal bezeichnet werden kann, zugeführt wird. Der Testpuls besteht aus der Überlagerung mehrerer harmonischer Schwingungen von jeweils einem Vielfachen einer Grundfrequenz sowie vorgegebenen Amplitudenwerten und Anfangsphasen. Der Testpuls durchläuft den linearen Vierpol, wobai seine durch den Vierpol verursachte Verformung im Frequenzbereich ausgewertet wird. Dazu wird die am Ausgang des linearen Vierpols beziehungsweise Meßobjektes entstehende Pulsantwort mittels Fourieranalyse in ihre einzelnen Frequenzkomponenten zerlegt. Die Phasenbeziehungen ailer Frequenzkomponenten zwischen Testpuls und Pulsantwort geben dann Auskunft über die Phasencharakteristik des Meßobjektes.

Die als analoge Übertragungsgröße definierte Gruppenlaufzeitcharakteristik ist mit diesem Verfahren jedoch nicht exakt meßbar, da der Differentialquotient der Phasencharakteristik nach der Kreisfrequenz nur näherungsweise berechnet we> den kann, Dpraus folgt, daß dieses Verfahren den Nachteil aufweist, daß die Gruppenluüfzeitcharakteristik nur näherungsweise ermittelt werden kann. Wird die Zahl der harmonischen Schwingungen im Testpuit erhöht, so wächst auch der aus der notwendigen Fourieranalyse resultierende Fehler, so daß eine möglichst geringe Anzahl von harmonischen Schwingungen verwendet werden sollte. Diese Forderung steht jedoch mit dem Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik mit hoher Auflösung beziehungsweise Genauigkeit im Widerspruch.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik, das gegenüber bekannten Verfahren aus der Analogmeßtechnik einen geringeren Meßaufwand erfordert, gegenübet bekannten Verfahren aus der Digitalmeßtechnik zu einer höheren Auflösung und Genauigkeit der Meßergebnisse führt und zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik von analoge oder digitale Signale übertragenden Baugruppen geeignet ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen der frequenzabhängigen Gruppenlaufzeitcharakteristü. von Meßobjekten zur analogen oder digitalen Signalübertragung zu schaffen, das es mit nur einem Meßvorgang ermöglicht, die Gruppenlaufzeitcharakteristik mit hoher spektraler Auflösung und Genauigkeit zu messen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Vergleich eines am Eingang eines Meßobjektes generierten Sendesignals mit einem entsprechenden Empfangssignal am Ausgang des Meßobjektes ein aus mehreren harmonischen Doppel-Sinusschwingungen zusammengesetztes Doppelsinus-Mischsignal als Senriusignal verwendet wird. Dabei weisen die einzelnen Schwingungen des Doppelsinus-Mischsignals übereinstimmende Amplituden, stochastisch nach einer Gleichverteilung gesetzte Phasenwerte und eine Stüüstellenzahl, die der Anzahl von Frequenzen der zu messenden Gruppenlaufzeitcharakteristik entspricht, auf. Als an einer Doppel-Sinusschwingung beteiligte Frequenzen werden vorzugsweise zwei so eng benachbarte Frequenzen verwendet, die durch die spektrale Auflösung des Meßsystems noch exakt voneinander unterschieden werden können. Ein derartiges Sendesignal wird mit einer Baugruppe zur inversen Fouriertransformation vom Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert dem Meßobjekt zugeführt und mit einem von einer Baugruppe zur schnellen Fouriertransformation in seine spektralen Komponenten zerlegten Empfangssignai verglichen. Der Quotient aus den Differenzen der Phasendifferenzen äquivalenter Dopnel-Sinusschwingungen am Eingang und Ausgang des Meßobjektes und dem Kreisfrequen.'abstand zweier an einer Doppel-Linusschwingung beteiliqter Frequenzen ist dann die Gruppenlaufzeitcharakteristik des MeSobjektes.

Zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik analoge Signale übeltragender Baugruppen wird das als Sendesignal aus mehreren harmonischen Doppel-Sinusschwingungen zusammengesetzte Doppelsinus-Mischsignal Hern Eingang des Meßobjektes über einen Digital-Analog-Wandler zugeführt und zwischen dem Ausgang des Meßobjektes und der Baugruppe zur schnellen Fouriertransformation ein Analog-Digital-Wandler eingefügt.

Von besonderem Vorteil ist es, daß die Genauigkeit der Meßergebnisse der Gruppenlaufzeitcharakteristik nicht mehr nachteilig vom Maximalwert der Anzahl der harmonischen Schwingungen und von einem durch die Fourieranalyse bedingten Fehler beeinflußt wird. Sie wird nur noch ausschließlich von der spektralen Auflösung des Meßsysterns bestimmt. Die Messung erfolgt in ehern Meßvorgang, so daß Vorteile sowohl bezüglich Meßzeit als auch Meßauflösung mit geringem Aufwand erreicht werden. Auf Grund der erhöhten Auflösung ist es darüber hinaus möglich, auch die Dämpfungscharakteristik durch Vergleich der Amplitudendifferenzvjn des gesendeten und ompfpngenen Spektrums mit der mit bekannten Verfahren erreichbaren Genauigkeit aber erhöhter spektraler Auflösung zu messen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eiiien Durchlaßbereich im Frequenzfenster eines Fernsprechkanals mit Pulscodemodulation,

Fig. 2: eine dem Durchlaßbeieich entsprechende Schwinyungsordnung beziehungsweise eine Anzahl i von Spektrallinien,

Fig.3: ein normiert dargestelltes Amplitudenspektr-jrn eines Sendesignals us!t),

Fig.4: ein stochastisches Phasenspektrum des Sendesignals us(t).

Fig* 5: ein normiert dargestelltes Amplitudenspektrum eines fcmpfangssignals ue(t),

Fig.6: ein Phasenspektrum des Empfangssignals ue{t).

In Fig. 1 ist ein Durchlaßbereich im Frequenzfenster eines Fernsprechkanals mit Pulscodemodulation von einer Frequenz f = 300Hz bis zu einer Frequenz f = 3400Hz angegeben, der eine frequenzabhängige Gruppenlaufzeitcharakteristik Tgr(fi) besitzt, die es zu messen gilt.

Bei einer Abtastfrequei iZ fT von beispielsweise 8 kHz und der Anwendung der schnellen Fourierformation mit einer Stützstellenzahl N = 1024 für die Synthese eines Sendesignals us(t) und die Analyse eines Empfangssignals ue(t) ergibt sich Fig. 2 entsprechend eine theoretische Anzahl i von 435 Sepektrallinien beziehungsweise eine spektrale Auflösung fsm von 8 Hz für das Meßsystem. Ausgehend von dieser spektralen Auflösung fsm werden als jeweils an einer Doppel-Sinusschwingung beteiligte Frequenzen fi und fi⁺ verwendet, deren Abstand der spektralen Auflösung Afsm beziehungsweise einer ersten Gleichung

fi⁺ = fi + Afsm (1)

entspricht.

Als Sendesignal us(t) wird ein von einer Zeit t abhängiges und einer zweiten GU ichung entsprechendes Doppelsinus-Mischsignal verwendet.

^M r * ι

Asi|cos(2art fi-Bs(fi))+cos(2flttfi -Bs(fi*))J (2)

Es besteht dieser zweiten Gleichung folgend aus mehreren harmonischen Doppel-Sinusschwingungen, die eine übereinstimmende Amplitude Asi und nach einer Gleichverteilung gewählte stochastische Phasenwerte Bs(H) und Bs(fi⁺) im Bereich von —π bis +n aufweisen. Ein Maximalwert M gibt dabei die höchste Schwingungsordnung beziehungsweise eine maximale Anzahl i von Spektrallinien an.

Hierzu sind in Fig. 3 ein normiertes Amplitudenspektrum und in Fig.4 ein Phasenspektrum dargestellt.

Die Augenblickswerte des Sendesignals us(t) im Zeitbereich besitzen dabei der Wahl der Phasenwerte bs(fi) und Bs'fi⁺) entsprechend Gauß-Verteilung und ein Spitzenwert-Effektivwertverhältnis, welches im Rahmen derCCITT-Empfehlungen zulässig ist.

Das mit einer Baugruppe zur inversen Fouriertransformation vom Frequenzbereich in den Zeitbereich transformierte Sendesignal us(t) wird dem Meßobjekt zugeführt. Zur Anpassung an den analoge Signale führenden Eingang und Ausgang des Fernsprechkanals werden ein'Digital-Analog-Wandler und ein Analog-Digital-Wandler verwendet.

Die zeitdiskrete Wertefolge des Sendesignals us(t) stellt nach der Digital-Analog-Wandlung ein pseudostochastisches Rauschsignal dar, das den Fernsprechkanal beziehungsweise das Meßobjekt durchläuft. Beim Durchlaufen wird das pseudostochastische Rauschsignal in seiner Gesamtheit der Dämpfungs- und Gruppenlaufzeitcharakteristik des Meßobjektes entsprechend verformt und tritt am Ausgang des Fernsprechkanals als ein pseudostochastisches Empfangssägnal ue(t) einer dritten Gleichung entsprechend auf.

ue(t) = jT Aei|oos(23rtf i-Be(fi) )-i-cos(2 JT tf i*-Be( f i* ) )| (3)

£«4 ^L J

Nach Analog-Digital-Wandlung wird mittels einer Baugruppe zur schnellen Fouriertransformation aus dem ein pseudostochastisches Enpfangszeitsignal darstellenden Empfangssignal ue(t) das empfangene Spektrum ermittelt. Beispielhaft sind dazu in Fig. 5 ein normiertes Amplitudenspektrum und in Fig.6 ein Phasenspektrum angegeben. Der Dämpfungscharakteristik des Meßobjektes entsprechend können dabei empfangsseitig vorteilhaft Amplituden Aei beziehungsweise Aeffi) und A(H⁺) im Abstand der spektralen Auflösung Afsm ausgewertet werden.

Zi m Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik Tgr(fi) sind unter Berücksichtigung des Kreisfrequenzabstandes zweier an einer Dcppel-Sinusschwingung beteiligter Frequenzen fi und fi⁺ jeweils die sendeseitigen Phasenwerte Bs(fi) und Bs(fi⁺) mit ihren äquivalonten ompfangsseitigen Phasenwerten Be(fi) und Be(fT) zu vergleichen. Gemäß einer vierten Gleichung ist die Gruppenlaufzeitcharakteristik Tgr(fi) dann der Quotient aus den Dnrerenzen der Phasendifferenzen äquivalenter Doppel-Sinusschwingungen am Eingang und Ausgang des Meßobjektes und dem Kre^!sfreqi*enzabstand zweier an einer Doppol-Sinusschwingung beteiligter Frequenzen fi und fi⁺.

iBe( f i*) --Bs ( f i* ) -Be( f i ) +Bs ( f i )\

Dadurch wird die Genauigkeit der Gruppenlaufzeitcharakteristik Tgr(fi) nicht mehr nachteilig vom Maximalwert M der Anzahl i der harmonischen Schwingungen und von einem durch die Fourieranalyse bedingten Fehler beeinflußt. Sie wird nur noch ausschließlich von der spektralen Auflösung Afsrn dus Meßsystems bestimmt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen somit darin, daß das Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik Tgr(fi) in einem einzigen Meßvorgang erfolgt und eine spektrale Auflösung Afsm von wenigen Hertz erreicht wird, die durch Selektion analoger Signale und Wobbelung technisch nicht erreicht werden kann. Es ergeben sich deshalb Vorteile sowohl bezüglich der Mößzeit als auch der Meßauflösung.

Claims

1. Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik analoge oder digitale Signale übertragender Baugruppen, vorzugsweise von Nachrichtenübertragungsanlagen mit Pulscodemodulation, durch Vergleich eines am Eingang eines Meßobjektes generierten Sendesignals mit einem entsprechenden Empfangssignal am Ausgang des Meßobjektes, dadurch gekennzeichnet, daß als Sendesignal (usit]) ein aus mehreren harmonischen Doppel-Sinusschwingungen zusammengesetztes Doppelsinus-Mischsignal mit übereinstimmenden Amplituden (Asi), stochastisch nach einer Gleichverteilung gesetzten Phasenwerten (Bs[f.j; Bs[fi⁺]) und einer Stützstellenzahl (N) der zu messenden Gruppenlaufzeitcharakteristik (Tgr[fi]) entsprechenden Anzahl (i) von Frequenzen (fi; fi⁺) verwendet wird, welches mit einer Baugruppe zur inversen Fouriertransformation vom Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert dem Meßobjekt zugeführt wird, und mit einem von einer Baugruppe zur schnellen Fouriertransformation in seine spektralen Komponenten zerlegten Empfangssignal (ue[t]) derart verglichen wird, daß mit einem Quotienten aus den Differenzen der Phasendifferenzen äquivalenter Doppel-Sinusschwingungen am Eingang und Ausgang des Meßobjektes und dem Kroisfrequenzabstand zweier an einer Doppel-Sinusschwingung beteiligter Frequenzen (fi; fi⁺j die Gruppenlaufzeitcharakteristik (Tgrffi]) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als an einer Doppel-Sinusschwingung beteiligte Frequenzen (fi; fi⁺) zwei so eng'benachbarte Frequenzen (fi; fi⁺) verwendet werden, daß sie durch die spektrale Auflösung (Afsm) des Meßsystems noch voneinander unterschieden werden können.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Gruppenlaufzeitcharakteristik (Tgr[fij) von analoge Signale übertragenden Baugruppen das als Sendesignal (us[t]) aus mehreren harmonischen Doppel-Signalschwingungen zusammengesetzte Doppelsinus-Mischsignal über einen Digiial-Analog-Wandlerdem Eingang des Meßobjektes und am Ausgang des Meßobjektes über einen Analog-Digital-Wandler der Baugruppe zur schnellen Fouriertransformation zugeführt wird.