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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 Eingangsignals
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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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 Patentanspruchs 22 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 den 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 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 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 keine 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, der 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:
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1a, b den beispielhaften Verlauf einer Amplituden-Kennlinie und Darstellung
der Verzerrungen in einem Konstellationsdiagramm,
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2a, b den beispielhaften Verlauf einer Phasen-Kennlinie und Darstellung
der Verzerrungen in einem Konstellationsdiagramm,
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3 die
Darstellung der Summe der Amplituden- und Phasenverzerrungen in
einem Konstellationsdiagramm,
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4 ein
Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts,
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5a, b eine beispielhafte Darstellung von Abtastwerten
eines korrigierten, realen Basisbandsignals in einem Konstellationsdiagramm
für Amplitudenverzerrungen
bzw. für
Phasenverzerrungen,
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6 eine
Darstellung der Summe der Amplituden- und Phasenverzerrungen eines
korrigierten, realen Basisbandsignals in einem Konstellationsdiagramm,
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7 eine
schematische Darstellung mehrerer Intervalle eines zu messenden
Pegelbereichs,
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8 eine
schematische Darstellung von zu Gruppen zusammengefassten Intervallen
der 7,
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9 eine
schematische Darstellung der Ermittlung der Repräsentanzwerte der Gruppen,
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10a, b den beispielhaften Verlauf einer aus
Repräsentanzwertepaaren
ermittelten Amplituden- bzw. Phasenkennlinie, Fig: 11 ein Blockschaltbild
eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Messgeräts,
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12 ein
Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messgeräts,
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13a, b eine schematische Darstellung zur Durchführung mehrerer
Messungen zur Ermittlung einer Kennlinie,
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14 die
Durchführung
mehrerer Messungen zur Ermittlung der Leistungs- und Frequenzabhängigkeit
von nichtlinearen Verzerrungen, und
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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-&mplitude-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 Konstellationdiagramms 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 Konstellationdiagramms 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 Baisbandsignals 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 Abtastwert 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, b sind die Abtastwerte des idealen Basisbandsignals
REF zu Entscheidungszeitpunkten wiederum als Kreuze dargestellt,
welche durch Fehlervektoren mit den entsprechenden Abtatswerten 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 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 Basibandsignals
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 Informatin 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 30z.
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 Symbolentscheidungspnkte, 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 4 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.