DE2436011C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Messen der Gruppenlaufzeit-Charakteristik einer Ubertragungsstrecke - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 12.

Derartige Messungen der frequenzabbängigen Gruppenlaufzeit - Verze/rungen werden über den interessierenden Übertragungsfrequenzbereich von Nachrichten-Übertragungswegen vorgenommen, um in Multiplexkanälen ein Maß für die Übertragungsqualität zu erhalten und um auf ungewollten Intermodulationen beruhende Störungen, wie Nebensprechen, festzustellen.

Die Gruppenlaufzeit i_Ä ist definiert ais f_Ä = db/dü, wobei b die Phasenverschiebung einer durch einen Übertragungsweg geleiteten Signalkomponente der Frequenz Ω ist Alle bekannten Anordnungen für die Gruppenlaufzeit-Messung gehen im Grunde auf das von H. Nyquist und S. Brand in »Measurements of Phase Distortion«, Bell System Technical Journal, 9 (1930), S. 522, beschriebene Verfahren zurück. Gemäß diesem Verfahren wird die Amplitude eines Signals mit einer Trägerfrequenz Ω durch eine »Spaltfrequenz« ω moduliert, wobei ω wesentlich kleiner als Ω ist, so daß ein Trägersignal mit einer Einhüllenden der Frequenz co erzeugt wird. Dieses zusammengesetzte Signal wird durch einen Übertragungsweg geschickt und wird dann demoduliert, um die genannte Hüllkurve zu gewinnen. Die Phasenverschiebung b dieses Hüllkurver sign als wird mit einer Referenzphase verglichen, die von dem Eingangssignal abgeleitet wird. Die gemessene Phasenverschiebung Ab muß dann auf AiJ bezogen werden, was, wie die Theorie zeigt, ω ist.

Aus der DT-PS 10 25 072 und der DT-PS 10 50 441 ist es bekannt, die Phasenmessung gemäß dem Nyquist-Verfahren derart zu modifizieren, daß das amplitudenmodulierte Meß-Trägersignal und ein Referenz-Trägersignal dem Testobjekt in einer periodisch wechselnden Folge mit einer gegebenen Wechselfrequenz zugeführt werden und daß der Referenzträger während eines Teiles seiner Periode mit einem Identifizierungssignal moduliert wird. Das Meß- und das Referenzsignal werden demoduliert und abwechselnd einem phasenempfindlichen Detektor zugeführt. Der andere Eingang des phasenempfindlichen Detektors ist an einen spannungsgesteuerten Oszillator angeschlossen, der mit dem Detektorausgang über eine Filtereinrichtung in einer phasenstarren Schleife verbunden ist. Die Phasenlage des Oszillators wird so auf die Durchschnitts-Phasenlage der wechselnden Detektor-Eingangssignale geregelt.

Aus der DT-PS 12 94 547 ist es bekannt, alle am Senderende benötigten Frequenzen, nämlich die Spaltfrequenz, die Identifizierungsfrequenz und die Wechselfrequenz, von einem einzigen Oszillator abzuleiten und alle am Empfängerende benötigten Hilfsfrequenzen, nämlich die Identifizierungsfrequenz, die Wechselfrequenz und das Referenzsignal, von dem einzelnen frequenzgeregelten Oszillator in fester Phasenbeziehung zu der empfangenen demodulierten Spaltfrequenz abzuleiten, da dieser Oszillator in einer phasenstarren Schleife mit dem Ausgang des Phasendetektors verbunden ist. Dadurch wird die Genauigkeit der Phasenmessung verbessert.

Es ist weiterhin aus der Bedienungsanleitung 616/615 B »Gruppenlaufzeit- und Dämpfungsmeßplatz LD-3« der Firma Wandel und Goltermann, Reutlingen, bekannt, Gruppenlaufzeit-Unterschiede direkt zu messen. Dies geschieht durch Laden eines Kondensators von einem Punkt während einer Periode der einen Trägerfrequenz bis zu einem Punkt während einer Periode der anderen Trägerfrequenz

und durch Entladen des Kondensators von einem Punkt während einer Periode der anderen Trägerfrequenz bis zu einem Punkt während einer Periode der einen Trägerfrequenz. Die auf dem Kondensator verbleibende Restspannung ist dann ein analoges Maß für die Gruppenlaufzeit-Differenz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren bzw. die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Meßgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messungen verbessert werden. Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 12 gekennzeichnet.

Auf diese Weise macht man sich nicht nur die hohe Genauigkeit einer digitalen Zeitmessung zunutze, sondern es ist auch möglich, das Meßergebnis unmittelbar digital anzuzeigen, ohne daß ein A/D-Wandler benötigt wird.

Zur digitalen Messung wird zweckmäßigerweise ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler benutzt. Dadurch wird nicht nur aus der hohen Auflösung und Genauigkeit der heute verfügbaren Zähler Nuten gezogen, sondern es ist auch leich möglich, wiederholte Messungen vorzunehmen, um einen Durchschnittswert der Meßergebnisse zu bilden. Der Endstand des Zählers zeigt dann automatisch den Mittelwert an.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein den Gegenstand der Erfindung enthaltendes System,

F i g. 2 ein Kurvendiagramm, aus dem die auf der Gruppenlaufzeit-Differenz beruhende Verschiebung der Hüllkurve eines amplitudenmodulierten Signals ersichtlich ist,

F i g. 3 ein Signalfolge-Diagramm zur Erläuterung des Gruppenlaufzeit-Meßverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Meßanordnung,

F i g. 5 ein detailliertes Blockschaltbild eines Teils der Anordnung gemäß F i g. 4,

F i g. 6 ein detailliertes Signalfolge-Diagramm zur Erläuterung der Meßmethode mit der Anordnung gemäß F i g. 4 und 5,

F i g. 7 und 8 Zählerstandsdiagramme zur Erläuterung eines abgewandelten Verfahrens zur Gruppenlaufzeit-Messung.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält das Meßsystem einen Sender 100, der mit dem Eingang einer Übertragungsstrecke 102 verbunden ist, deren Gruppenlaufzeit-Charakteristik gemessen werden soli. Am Ausgang der Übertragungsstrecke 102 ist eine MeB-vorrichiang 104 angeschlossen, die das Testsignal empfängt und die mit ihm die Messungen ausführt. Der Sender 100 erzeugt ein Testsignal, das einen Träger enthält, dessen Frequenz periodisch zwischen einer Referenzfrequenz raid einer Meßfrequenz umgeschaltet wird und der mit einer Spaltfrequenz moduliert ist Der Träger ist zusätzlich während eines TeSs der Referenzfraquenz-Periode mit einer Identifiziernngsfrequenz amplitudenmoduliert. Der Sender kann von konventioneller Art sein, kann aber auch so aufgebaut sein, wie la der gleichzeitig eingerichteten Patentanmeldung »Schaltungsanordnang zum Messen •der feequenzabhäng^en Grappenlaufzeit- und/oder Dämpfungsverzerrungen einer Teilstrecke einer Über tragungsschleife« der gleichen Anmelderin (Akten zeichen P 24 36 070.1-32) beschrieben ist.

In F i g. 2 ist das empfangene Testsignal nach De modulation, gegebenenfalls logarithmischer Umwand lung und Filterung dargestellt. Die relative Gruppen laufzeit-Verzerrung des zu prüfenden Netzwerk kann direkt gemessen werden, indem die relativi Zeitverschiebung des Signals in einer Referenz- ode

ίο Meßträgerperiode gegenüber den beiden benachbar ten Perioden ermittelt wird. Dies wird dadurch er reicht, daß die zeitlichen Positionen T₀, T₁, T₂ usw identischer Punkte festgestellt werden, die wahrem der Referenz- und der Meßperiode auftreten. Durcl Messung des Zeitintervalls i, von einem Punkt T₁ des Signais während der Referenzperiode bis zi einem Punkt T_x während der folgenden Meßperiodi und durch anschließende Messung des Zeitintervall; t₂ vom selben Punkt T₁ während der Meßperiode bi:

zum Punkt T₂ in der folgenden Referenzperiode kam die Gruppenlaufzeit-Verzerrung t_e ermittelt werden indem die Differenz gebildet wird. Es ist

Diese Zeitintervalle können auf digitalem Weg( mit einem Zweirichtungszähler und einem Hochfre quenz-Taktgeber gemessen werden. Während de; Zeitintervalls I₁ zählt der Zweirichtungszähler di< Impulse vom Hochfrequenz-Taktgeber vorwärts, unc während des darauffolgenden Intervalls i₂ zählt dei Zähler die Impulse des gleichen Talrtgebers rück wärts. Der Zählerstand am Ende des Zeitintervalls t, hängt von der Differenz zwischen J₁ und t₂ ab. Aul diese Weise kann eine Messung der relativen Gruppenlaufzeit-Verzerrung t_g erhalten werden. Der für t, erhaltene Wert ist sehr genau und ist von jeder Drifi in der gesendeten Spaltfrequenz über eine relatn lange Periode unabhängig. Um eine hohe Genauigkeit zu erhalten, muß natürlich die Hüllkurvenfrequenz während jeder Meßfolge genau konstant bleiben. Das Merkmal, daß eine Drift der Hüllkurvenfrequenz über relativ lange Perioden keinen EinfluE auf die Genauigkeit der Meßvorrichtuiig hat, ist gegenüber dem Stand der Technik ein Vorteil. In der bekannten Systemen wird die relative Phasenlage dei Hüllkurve während der Meß- und der Referenzperiode in einem Phasendetektor ermittelt und so ge-

eicht, daß sie als Gruppenlaufzeit-Veraerrung ablesbar ist Das Ausgangssignal des Phasendetektors ändert sich jedoch mit jeder Veränderung der Hüllkurvenfrequenz, auch wenn die Grnppenlaufzeit-Verzerrung konstant bleibt Daher SIrt eise Drifi in der Hüllkurvenfrequenz zu Ungeiiauigkeiten ic der Anzeige.

In F i g. 3 stellt die Kurve (0) die demodulierte Hülkurve des Trägers dar, die einerseits die Spaltfrequenz und andererseits am Ende jeder Referenz-

trägerperiode ein Identifizieruiigssignal enthält Wens das Prüfobjekt eine Differenz zwischen der Gruppenlaufzeit bei Meßträgerfrequenz and der Gruppenlaufzeit bei Referenzträgerfrequenz bewirkt, wird die Hüllkurve (Spaltfrequenz) während der Meßperiode

relativ zur Hülkurve in der Referenzperiode phasenverschoben. Ia Kurve (α) ist die nichst verschobene Lage gestrichelt gezeichnet In der Praxis ist die HSQ-kurve nicht nur in der Phase, sondern auch in dei

5b Ul 1

Amplitude verändert. Dies ist für das Meßprinzip jedoch unwesentlich.

Mit (d) sind Impulse dargestellt, die den Nulldurchgängen der Spaltfrequenzkurve (α) entsprechen. Diese Impulse können von der Kurve (α) durch eine beliebige bekannte und zweckmäßige Methode abgeleitet werden.

Um den Empfänger auf den Sender zu synchronisieren, ist es erforderlich, das Auftreten des Identifizierungssignals am Ende jeder Referenzträgerperiode durch eine Einrichtung zu erfassen, die auf die Identifizierangsfrequenz anspricht. Diese Einrichtung gibt Impulse P₁, P₁' usw. (Kurve b) ab, die die erfolgte Erfassung des Identifizierungssignals anzeigen. In einem zeitlichen Abstand Γ nach P₁ wird ein weiterer Impuls P₂ erzeugt (Kurve c). Die Dauer von T ist nicht kritisch und braucht nur ungefähr genau zu sein. Vorzugsweise wird T so gewählt, daß P₂ zu einem Zeitpunkt während der Referenzträgerperiode auftritt, an welchem durch den Wechsel von der Meßträgerperiode zur Referenzträgerperiode verursachte Einschwingvorgänge im wesentlichen abgeklungen sind. Das Zeitintervall von P₁' bis P₂' beträgt ebenfalls T, und das gleiche gilt für die folgenden Impulse. T wird vorzugsweise dadurch erzeugt, daß eine passende Anzahl von Taktimpulsen des obenerwähnten Taktgebers gezählt wird. Das Zeitintervall T kann aber genau so gut auf andere, auch weniger genaue Weise festgelegt werden.

Das Auftreten von P₂ veranlaßt eine Schaltung, den nächstfolgenden Spaltfrequenz-Nulldurchgang (d) zu erfassen. Dieser Nulldurchgang der Spaltfrequenz (dessen Lage nicht genau bekannt zu sein braucht) setzt eine Folge von Zeitgebervorgängen in Gang, deren Periode ungefähr gleich der der ankommenden Wechselfrequenz ist. Diese Periode ist in (e) dargestellt. Zusätzlich zu den in F i g. 3 dargestellten Signalen kann noch eine Anzahl anderer Signale während der Periode (e) erzeugt werden, mit denen andere Betriebsfunktionen des Empfängers gesteuert werden können. Ähnlich wie bei Γ ist die Lage und Dauer dieser Signale unkritisch, zweckmäßigerweise werden ihre Positionen aber durch die Zählung von Taktimpulsen festgelegt, wobei mit der Zählung beim ersten Nulldurchgang nach P₂ begonnen wird.

Nicht alle Nulldurchgänge der Spaltfrequenz ergeben eine genaue Information über die Gruppenlaufzeit, da die Nulldurchgänge kurz nach jedem Wechsel zwischen Meß- und Referenzperiode infolge von nicht abgeklungenen Einschwingvorgängen eine fehlerhafte Lage haben können. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, nur spezielle Nulldurchgänge in den Referenz- und Meßperioden zu benutzen (z. B. A Had S), oin die Gruppenlanfeeit zu ermitteln. Die geeigneten Nulldurchgänge werden durch »Fenster«- Signale (Kurve f) ausgeblendet, welche zu der genannten Zeitgeberfolge gehören. Diese Fenster sind nicat nur von den Wechseln, sondern auch von den Identifizienmgssignalen genügend weit entfernt Nur in diese Fenster fallende Nulldurchgänge werden für die Messung der Gruppenlaufzeit verwendet Vor-ZDgsweise ist die Dauer und zeitliche Lage der Fenster so gewählt, daß sie nur je einen Nulldurchgang der Referenz- bzw. Meflträgerperiode erfassen. Diese Nulldurchgänge sind in Kurve (<d) mit A, B, A' usw. bezeichnet, wobei A, A' usw. den Nulldurchgängen entsprechen, dte annrittelbar auf P₂, P₂' usw. folgen.

Die zeitliche Lage des Nulldurchgangs B in der Meß· trägerperiode entspricht der von A, ist jedoch um die zu messende Gruppenlaufzeit-Differenz verschoben Nachdem die geeigneten Nulldurchgänge der Spaltfrequenz (A, B, A' usw.) ausgewählt worden sind wird die Messung der Gruppenlaufzeit-Differenz fol· gendermaßen ausgeführt: Während des Zeitintervalli A B zählt ein digitaler Zähler frequenzgenaue Taktimpulse »vorwärts« und während BA' »rückwärts«

m Der zum Zeitpunkt A' im Zähler verbleibende »Rest« stellt die zweifache relative Gruppenlaufzeit-Differeni dar. Es sei bemerkt, daß auch andere Zeitmeßverfahren für diesen Zweck benutzt werden können, z. B. die Ladung und Entladung eines Kondensators, jedoch wird eine digitale Zählung wegen ihrer hoher Genauigkeit bevorzugt.

Normalerweise werden Identifizierungssignale je einmal während einer Wechselperiode empfangen. Daher wiederholt sich die oben beschriebene Zeitfolge laufend. Wenn der Wechselfrequenzoszillatoi des Generators und der Taktgeber des Empfängers nicht genau auf ihren Normalfrequenzen arbeiten, kann es sein, daß der auf P₂' folgende Nulldurchgang nicht exakt mit dem Ende der vorherigen Zeitfolge übereinstimmt. In einem solchen Falle beginnt die nächste Zeitfolge beim ersten auf P₂' folgenden Nulldurchgang, auch wenn dies zu einer leichten Verkürzung oder Verlängerung der vorhergehenden Zeitfolge führt. Die Zeitfolge des Empfängers wird auf diese Weise annähernd mit dem empfangener Wechselsignal in Gleichlauf gehalten, und es ist nichl notwendig, eine phasenstarre Beziehung zwischen den Sendefrequenzen und der Taktfrequenz des Empfängers vorzusehen.

In F i g. 4 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugter Ausführungsform einer Meßvorrichtung dargestellt Das in F i g. 3 mit (a) bezeichnete Signal wird einen Eingang eines Spannungskomparators 1 zugeführt dessen unterer Eingang an ein festes Referenzpotential V₁ angeschlossen ist. Dieses Referenzpotential V_] kann das Massenpotential sein. Das Ausgangssigna; des Komnarators 1 ist die Impulsfolge (d) aus F i g. 3 und dieses Signal wird über ein Zeitgatter 2 einei Steuerlogik 3 zugeführt. Das dem Zeitgatter 2 züge-

führte Signal (/) ist das in F i g. 3 mit (/) bezeichnete »Fenstere-Signal. Dieses Signal wird von einer Zeitsteuerung 15 abgegeben.

Die Zeitsteuerung 15 ist in F i g. 5 näher dargestellt Sie enthält einen Detektor 110 für das Identifiziersignal. Der Detektor 110 kann z. B. ein Filtei aufweisen, das so ausgelegt ist, daß es die Identifi· zierfrequenz aussondern kann. Das Identifiziersigna: kann z. B. vier oder fünf Perioden lang sein unc innerhalb einer Periode der Spaltfrequenz liegen Der Detektor erzeugt einen Impuls P₁ (Kurve b) wenn ein Identifiziersignal auftritt. De». Impuls P. wird so erzeugt, daß er zwischen den Nulldurchgängen der Spaltfrequenz-Hüllkurven fiegt Der ImpuL P, wird einem Zeitgeber 112, z, B. einem mono

stabilen Schaltkreis, zugeführt, der am Ende de! Zeitintervalls T des Impuls P₂ der Kurve (c) erzeugt Die Schaltungen 110 and 112 sind so aufgebaut, da£ die zeitliche Lage des Impulses P₁ und die Länge des Intervalls T zu einer zeitlichen Lage des Impulses P₂ zwischen den Nulldurchgängen der Spaltfrequenz-HüIDcurve fähren. Der ImPuIsP₂ wire einem der Eingänge eines Ffipflops 114 zugeführt und zwar so, daß er das Fßpflop 114 setzt Der Im

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pulszug [d) wird dem anderen Eingang des Flipflops 114 zugeführt. Der nächste Impuls des Impulszuges (d), der dem auf P₂ folgenden Nulldurchgang der Spaltfrequenz-Hüllkurve entspricht, stellt daher das Flipflop 114 zurück. Das Ausgangssignal des Flipflops 114 wird einem Zähler 116 zugeführt und bewirkt, daß dieser die vom Taktgeber 5 kommenden Impulse zählt, wenn das Flipflop 114 zurückgestellt ist. Der Zähler 116 ist so eingerichtet, daß er bis zu einer vorbestimmten Zahl vorwärtszählt und dann (durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtung) zurückgestellt wird. Zum Beispiel könnte der Zähler 116 von 1 bis 100 zählen und würde dann zurückgestellt. Ein Dekoder 118 ermittelt den Inhalt des Zählers 116 und erzeugt die »Fenster« (Kurve /) während Perioden, während der der Zähler einen bestimmten Wert hat. Zum Beispiel könnte das Referenzfenster der Kurve (/) erzeugt werden, wenn der Zähler zwischen 5 und 15 steht, und das Meßfenster könnte erzeugt werden, wenn der Zählerstand zwischen 55 und 65 beträgt. Das Zeitgatter 2 wird so während dieser Zeiten geöffnet, so daß die Steuerlogik 3 das Auftreten von Nulldurchgängen während der »Fenster« feststellen kann.

Die Ausgangssignale der Steuerlogik 3 sind ein Vorwärts-Zählbefehl 9, ein Rückwärts-Zählbefehl 10 und ein Zähler-Nullstellbefehl 11, die alle einem binären Vorwärts-Rückwärts-Zähler 4 zugeführt werden. Ein weiteres Ausgangssignal der Steuerlogik 3 ist ein Datenverriegelungssignal 12, das einem Speicher 6 zugeführt wird. Ein stabiler Hochfrequenz-Zeitgeber 5 gibt ein Taktsignal an den Zähler 4, an die Steuerlogik 3 und an die Zeitsteuerung 15 ab. Die Ausgänge des Zählers 4 sind mit dem Speicher 6 verbunden, der wiederum mit einer wahlweise vorsehbaren digitalen Anzeige 16 verbunden ist. Ein Maximum-Minimum-Detektor 7 ist ebenfalls mit dem Zähler 4 verbunden und erfaßt den minimalen Zählerstand (nur Nullen) und den maximalen Zählerstand (nur Einsen). Der Ausgang des Detektors 7 ist mit der Steuerlogik 3 verbunden. Ein weiteres Ausgangssignal 13 der Steuerlogik 3 gibt die Polarität der Messung an. Die digitale Anzeige 16 ist sowohl mit dem Speicher 6 als auch mit dem Ausgang 13 verbunden und zeigt das Meßergebnis an.

Die in F i g. 4 dargestellte Schaltung arbeitet in zwei Betriebsarten. In der ersten Betriebsart kann eine Einzelmessung oder eine kontinuierliche Serie von Messungen ausgeführt werden. Ein Zeitfolgediagramm der beteiligten Signale ist in F i g. 6 dargestellt. Die Signale sind in F i g. 4 und 6 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es sind zwei Meßzyklen dargestellt, von denen der erste zn einer positiven Gruppenlaufzeit-Anzeige und der zweite zn einer negativen Grappenlaufzeit-Anzeige führt. Es sei zunächst der erste Meßzyklus betrachtet Nach der Erfassung eines festen Panktes auf dem Signal (a) während der ersten Referenzträgerperiode wird ein erster Impuls 8 der Steuerlogik 3 zugeführt Eine kurze Zeit Λ t nach der Erfassung des Impulses 8 erzeugt die Steuerlogik 3 einen Voiwärtszähi-Befenl 9. Nach Erfassung des festen Panktes auf dem phasenverschobenen Signal (a) während der folgenden Me6trägerperiode wird ein zweiter Impuls 8 erzeugt der bewirkt, daß die Steuerlogik 3 den bestehenden ZäMbefehl aufhebt und eine kurze Zeit At später einen Zählbefehl abgibt der der vorhergehender ZaMrichtung entgegengesetzt ist Die Erfassimg des festen Punktes auf dem Signal (α) während der darauffolgenden Referenzträgerperiode erzeugt dann wieder einen dritten Impuls 8, der bewirkt, daß die Steuerlogik 3 den bestehenden Zählbefehl 10 aufhebt. In dem darauffolgenden Zeitintervall A t gibt die Steuerlogik 3 einen kurzen Impuls 12 als Datenverriegelungs-Befehl ab, der bewirkt, daß die im Zähler 4 verbliebene Zahl in den Speicher 6 geladen wird. Darauf folgt ein Nullstell-Befehl 11, der den

ίο Zähler 4 auf Null zurückstellt. Am Ende des Intervalls A t gibt die Steuerlogik 3 einen Vorwärtszähl-Befehl 9 ab, und ein neuer Meßzyklus beginnt. Es ist zu beachten, daß jedesmal, wenn der Maximum-Minimum-Detektor 7 anspricht, we:l alle Stellen des Zählers 4 Ei is betragen, die Steuerlogik 3 veranlaßt wird, den anstehenden Vorwärts-Zählbefehl aufzuheben und einen Rückwärts-Zählbefehl abzugeben. Dadurch ist es möglich, einen Zähler 4 zu benutzen, dessen maximale Kapazität nur gleich oder etwas

so größer als die zweifache größte Gruppenlaufzeit-Differenz ist, die gemessen werden soll. Da im ersten Meßzyklus t_t>t₂ ist (s. Fig. 2), ist die Zählrichtung des Zählers 4 unmittelbar vor dem Datenverriegelungs-Befehl 12 »rückwärts«. Dies wird durch die Steuerlogik 3 erkannt, die dementsprechend ein positives Polaritätssignal 13 abgibt und dadurch die Anzeige positiv macht. Die im Zähler 4 verbliebene Zahl am Ende der Rückwärts-Zählperiode ist proportional der doppelten Gruppenlaufzeit-Differenz,

und es ist daher zweckmäßig, sie durch den Faktor 2 zu teilen. Dies wird dadurch erreicht, daß die geringstwertige Stelle im Zähler 4 weggelassen wird und nur die verbleibenden Bits weitergegeben werden, wodurch deren Stellenwert erniedrigt wird.

Es ist :tu beachten, daß die Auflösung der Gruppenlaufzeit-Messung prinzipiell von der Frequenz des Taktgebers 5 abhängt. So kann z. B. eine Auflösung von einer _Ms erreicht werden, indem ein Oszillator mit einer Frequenz von 1 MHz verwendet wird. Die Genauigkeit der Messung hängt zusätzlich prinzipiell

von der Frequenzgenauigkeit des Taktgebers 5 ab.

Dieser kann kristallgesteuert sein und dadurch eine

sehr hohe Genauigkeit und Stabilität erreichen.

Die Messung einer negativen Gruppenlaufzeit-

Differenz ist im zweiten Meßzyklus der Fig. 6 veranschaulicht. Dieser ist ähnlich dem ersten Meßzyklus, mit der Ausnahme, daß der Zähler beim Rückwärts-Zählen die Nullstellung erreicht worauf der Maximum-Minimum-Detektor ein Ausgangs-

signal abgibt und die Steuerlogik 3 veranlaßt den Rückwärts-Zählbefehl 10 aufzuheben und einen Vorwärts-Zählbefehl 9 abzugeben. Da die Zählrichtung am Ende des zweiten Meßzykliis vor dem Datenyerriegelungs-Befehl 12 »vorwärts« ist (da t_t<t_s

ist), erzeugt die Steueriogik 3 ein negatives Polaritätssignal 13.

In der zweiten Betriebsart führt die Schaltung eine Summation und Durchschnittsbildung einer Anzahl aufeinanderfolgender Messungen durch. Dies fet in

Fig 7 und 8 gezeigt Die Arbeiteweise der Stetrertogik 3 ist dabei leicht abgewandelt wie im fönenden beschrieben wird. Beim Beginn einer Summation bewirkt der erste feste Punkt R auf dem Sgnal (ö) während einer Referenzträgerperiode, daß die Steuer-

logik 3 einen Vorwärts-ZlMbefeM ausgaJt Danach wird jedesmal, wenn ein fester Punkt R oder M auftritt, die ZaMrichtung durch die Steuerlogik 3 umgekehrt Zusafaficfa wird die Zählrichtung jedesmal

Wl 1

umgekehrt, wenn der Maximum-Minimum-Detektor 7 anzeigt, daß der Zähler 4 seine Nullstellung oder seinen maximalen Wert erreicht hat. Dies wird bis zum Ende der letzten Messung fortgesetzt, wo beim Auftreten von R die Steuerlogik 3 den Zähler anhält, bevor sie einen Datenverriegelungs-Befehl 12 abgibt. Der Zählerstand ist nun proportional der doppelten Summe der vorgenommenen Messungen. Für N aufeinanderfolgende Messungen beträgt der Zählerstand

η = 1

Dabei ist /_ίη der einzelne Gruppenlaufzeit-Meßwert. Die maximale Zählerkapazität muß in diesem Falle 2 N t_em betragen, wobei t_Km die größte zu messende Gruppenlaufzeit-Differenz ist. F i g. 7 und 8 zeigen den Zählerstand während der Summation von vier positiven bzw. negativen Messungen. Die Zählrichtung wechselt immer dann, wenn einer der Punkte R bzw. M auftritt oder wenn der Zähler seine Nullstellung bzw. Maximalstellung erreicht.

Um den Mittelwert einer Serie von Messungen zu erhalten, muß der Zählerstand durch IN dividiert werden. Wenn N eine Potenz von 2 ist, kann dies leicht dadurch erreicht werden, daß der Speicher 6 durch ein Schieberegister ersetzt wird. Nach Empfang des Datenverriegelungs-Befehls 12 kann dann die Zahl im Zähler 4 parallel in das Schieberegister geladen werden und um eine passende Anzahl von Schlitten in Richtung auf die geringstwertige Stelle verschoben werden, um die Division auszuführen. Wie in der ersten Betriebsart, wird aus der Zählrichtung unmittelbar vor dem Datenverriegelungs-Befehl 12 das Polaritätssignal für die Messung abgeleitet, und zwar ein positives Signal bei Rückwärts-Zählung und ein negatives Signal bei Vorwärts-Zählung.

Obwohl die Erfindung im vorstehenden im Hinblick auf die Messung von Gruppenlaufzeit-Verzerrungen beschrieben worden ist, ist der mögliche Anwendungsbereich wesentlich breiter. Überall wo das Problem auftritt, die relative Zeitverzögerung zwischen zeit- oder phasenverschobenen periodischen Signalen von im wesentlichen gleicher Kurvenform und Frequenz zu messen, die nur in einer periodisch wechselnden Folge fd. h. nicht gleichzeitig) verfügbar sind, kann das erfindungsgemäße Prinzip der Subtraktion aufeinanderfolgender Zeitperioden von Nutzen sein, bei welchem die aus aufeinanderfolgenden Abschnitten der zu vergleichenden Kurven abgeleiteten Phaseninformationen miteinander konreliert

werden. Insbesondere wenn stochastische Signale vorliegen und somit das Problem einer statistischen Signalverarbeitung auftritt, ist der Einsatz eines Vorwärls-Rückwärts-Zählers zur Ausmittelung der über

S mehrere Perioden erhaltenen Signale sehr nützlich.

Die Erfindung ist vielfach abwandelbar, ohne daß

der allgemeine Erfindungsgedanke verlassen wird.

Obwohl z. B. in dem im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiel der

ίο Zähler 4 vom Punkt B an unmittelbar zurückzählt, ist dies nicht unbedingt erforderlich. Es könnte auch ein zeitlicher Abstand zwischen dem Ende des Vorwärts-Zählens und dem Beginn des Rückwärts-Zählens vorgesehen werden, indem die Schaltung entsprechend abgewandelt würde. In diesem Falie würde das zweite Zeitintervall nicht in der gleichen Meßträgerperiode beginnen, in der das erste Zeitintervall endet, sondern in einer späteren Meßträgerperiode. Weiterhin sind in den Zeichnungen Beginn und Ende jedes Zeitintcrvalls so dargestellt, daß sie in unmittelbar benachbarten Referenz- und Meßträgerperioden liegen. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, und die Vorrichtung könnte derart modifiziert werden, daß zwischen dem Anfang und dem Ende jedes gemessenen Intervalls eine oder mehrere Meß- bzw. Referenzträgerperioden liegen. Dies könnte dadurch erreicht werden, daß die Abstände zwischen den Referenz- bzw. Meßfenstern vergrößert wurden.

Weiterhin wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Gruppenlaufzeit-Differenz (,, durch die Messung eines ersten Zeitintervalls zwischen einem spezifizierten Punkt in der Referenzträgerperiode und einem spezifizierten Punkt in der darauffolgenden Meßträgerperiode, durch Messung eines zweiten Zeitintervalls zwischen dieser Meßträgerperiode und der darauffolgenden Referenzträgerperiode und durch Subtraktion beider Messungen ermittelt. Es ist aber auch möglich, t_g auf andere Weise zu ermitteln. Zum Beispiel könnte statt der Ausführung der zwei Messungen und der Subtraktion der Empfänger mit einem Speicher versehen sein, in welchem der Wert der Zeitperiode f_t gespeichert würde, wenn t_g Null ist. Dann könnte der gemessene Wert von J₁ mit dem gespeicherten Wert verglichen werden, um ig zu bestimmen. Zur Vermeidung von Meßungenauigkeiten bei diesem Verfahren sollte allerdings der Sender selbst sehr genau sein, wogegen ein hoher Genauigkeitsgrad in dem in den Zeichnungen veranschaulichten Verfahren nicht erforderlich ist, bei dem sowohl Z₁ und <₂ im Empfänger gemessen werden und voneinander abgezogen werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeit-Charakteristlk einer Übertragungsstrecke, bei dem dem Eingang der Übertragungsstrecke ein Test- S signal zugeführt wird, welches einen Träger enthält, der periodisch zwischen einer Meßfrequenz und eine Referenzfrequenz umgeschaltet wird und der mit einer Spaltlrequenz amplitudenmoduliert ist, bei dem das Testsignal am Ausgang der Übertragungsstrecke empfangen wird, bei dem ein erstes Zeitintervall von einem Punkt während einer Periode der einen Trägerfrequenz und einem Punkt während einer Periode der anderen Trägerfrequenz gemessen wird, bei dem ein zweites Zeitintervall von einem Punkt während einer Periode der anderen Trägerfrequenz imd einem Punkt während der Periode der einen Trägerfrequenz gemessen wird und bei dem die Differenz zwischen den beiden Zeitintervallen ermittelt wird und aus der Differenz die Gruppenlaufzeit-Charakteristik abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im empfangenen Signal spezifizierte Punkte der Spaltfrequenzkurve während der Referenzfrequenzperiode und während der as Meßfrequenzperiode abgetastet werden und daß das erste und das zweite Zeitintervall digital durch einen Impulszähler für Taktimpulse gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 3c kennzeichnet, daß der Impulszähler ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist und daß die Zähleinrichtungen während des ersten und des zweiten Zeitintervalls so gesteuert werden, daß die Taktimpulse während des einen Zeitintervalls von den Taktimpulsen während des anderen Zeitintervalls abgezogen werden, so daß der Zählerstand am Schluß der Zählung der Differenz entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorzeichen der Differenz dadurch bestimmt wird, daß die Zählrichtung unmittelbar vor dem Ende des Zählens ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebenes, einer Gruppenlaufzeit-Differenz Null der Übertragungsstrecke bei Meß- und Referenzfrequenz entsprechendes Zeitintervall gespeichert wird, daß die Differenz zwischen dem gemessenen Zeitintervall und dem gespeicherten Zeitintervall gebildet wird und daß die Gruppenlaufzeit-Charakteristik aus der Differenz abgeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifizierten Punkte in benachbarten Perioden liegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß in den Testsignalen während der Perioden einer der Trägerfrequenzen Identifizierungssignale vorgesehen sind und daß die Identifizierungssignale in dem empfangenen Signal ermittelt werden und die Feststellung der spezifizierten Punkte einleiten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitabschnitte definiert werden, innerhalb welcher die spezifizierten Punkte erfaßt werden können, und daß die spezifizierten Punkte während dieser Zeitabschnitte erfaßt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes ermitteltes Identifizierurigssignal zur Einleitung der Festlegung eines ersten Zeitabschnittes benutzt wird, daß ein zweiter Zeitabschnitt nach einer vorbestimmten Zeit nach dem ersten Zeitabschnitt festgelegt wird und daß ein weiteres ermitteltes Identifizierungssignal zur Festlegung eines dritten Zeitabschnittes benutzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zeitabschnitt während der übernächsten auf die Ermittlung eines Identifizierungssignals folgenden Periode festgelegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren wiederholt durchgeführt wird, wobei jedesmal eine neue Messung erhalten wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mindestens einmal wiederholt wird und daß die gemessenen Zeitintervalle bei jeder Wiederholung zu den zuvor gemessenen Zeitintervallen addiert werden, wobei eine Messung der mittleren Gruppenlaufzeit über die Zeitspanne erhalten wird, während welcher das Verfahren wiederholt wird.

12. Schaltungsanordnung zum Messen der Gruppenlaufzeit-Charakteristik einer Übertragungsstrecke, deren Eingang ein Testsignal zugeführt wird, welches einen Träger enthält, der periodisch zwischen einer Meßfrequenz und einer Referenzfrequenz umgeschaltet wird und der mit einer Spaltfrequenz amplitudenmoduliert ist, mit einem Empfänger für das Testsignal am Ausgang der Übertragungsstrecke, mit einer Einrichtung zum Messen eines ersten Zeitintervalls von einem Punkt während einer Periode einer der Trägerfrequenzen und einem Punkt während einer Periode der anderen Trägerfrequenz und zum Messen eines zweiten Zeitintervalls von einem Punkt während einer Periode der anderen Trägerfrequenz und einem Punkt während einer Periode der einen Trägerfrequenz sowie mit einer Einrichtung zum Ermitteln der Differenz zwischen den Zeitintervallen und zum Ableiten der Gruppenlaufzeit-Charakteristik aus der Differenz, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Abtasten spezifizierter Punkte der Spaltfrequenzkurve während der Referenzfrequenz-Periode und während der Meßfrequenzperiode im empfangenen Signal vorgesehen ist und daß die Meßeinrichtung einen Impulszähler für Taktimpulse enthält.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist und daß die Einrichtung zur Differenzbildung eine Steuereinrichtung aufweist, die die Zählrichtung während des ersten und des zweiten Zeitintervalls derart steuert, daß der Zählerstand bei Beendigung des Zählens der Differenz entspricht.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Ermittlung des Vorzeichens der Differenz aus der Zählrichtung unmittelbar vor Beendigung des Zählens.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12,

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gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines vorgegebenen, einer Gruppenlaufzeit-Differenz Null der Übertragungsstrecke bei Meß- und Referenzfrequenz entsprechenden Zeitintervalls sowie durch eine Einrichtung der Differenz zwischen dem gemessenen Zeitintervall und dem gespeicherten Zeitintervall.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abtasten spezifizierter Punkte in benachbarten Perioden anspricht.

17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erfassen von Identifizierungssignalen im Testsignal während Perioden einer der Trägerfrequenzen, die auf ein erfaßtes Identifizierungssignal hin die Erfassung der spezifizierten Punkte einleitet

18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abtasten der spezifizierten Punkte eine Einrichtung zum Festlegen von Zeitabschnitten, inneihalb deren die spezifizierten Punkte erfaßbar sind, sowie eine Einrichtung zum Erfassen der spezifizierten Punkte aufweist. as

19. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Festlegen der Zeitabschnitte einen ersten Zeitabschnitt auf ein Einleitungssignal hin festlegt, einen zweiten Zeitabschnitt in vorgegebenen Abstand vom ersten Z iitabschnitt festgelegt und einen dritten Zeitabschnitt auf ein weiteres Einleitungssignal hin festlegt.

20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Festlegen der Zeitabschnitte einen Zähler für Taktimpulse sowie einen Decoder enthält, der den Zählerstand feststellt und während Perioden vorbestimmter Werte des Zählerstandes Signale zur Festlegung von Zeitabschnitten erzeugt.

21. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 17, 18 oder einem der Ansprüche 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abtasten der spezifizierten Punkte einen ersten Zeitabschnitt während der übernächsten auf die Erfassung eines Identifizierungssignals folgenden Periode festlegt.

22. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abtasten der spezifizierten Punkte einen Komparator, dem die Spaltfrequenz und eine Referenzspannung zugeführt werden und der immer dann einen Impuls erzeugt, wenn die Spaltfrequenzkurve einen durch die Referenzspannung definierten Wert annimmt, sowie ein Gatter aufweist, dem die Impulse vom Komparator zugeführt werden und das nur während der festgelegten Zeitabschnitte so lange geöffnet ist, daß jeweils ein Impuls vom Kompartor während eines Zeitabschnitts das Gatter passieren kann.