Vorrichtung und Verfahren zur Analyse eines über ein MehrkanalSystem übertragenen Messsignals

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, insbesondere ein Mehrkanal-Oszilloskop, und auf ein Verfahren zur Analyse eines über ein Mehrkanalsystem übertragenen Messsignals.

In der Nachrichtentechnik wird ein Mehrkanalsystem zur übertragung von Signalen eingesetzt, um die Datenrate pro genutzter Bandbreite zu erhöhen und die Bitfehlerrate zu reduzieren. Ein Mehrkanalsystem ist beispielsweise in einem drahtlosen Kommunikationssystem einsetzbar, welches über eine Sendeantenne und mehrere Empfangsantennen, ein sogenanntes Single-Input Multiple-Output (SIMO) System, oder über mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen, ein sogenanntes Multiple-Input Multiple- Output (MIMO) System, verfügt. In der DE 101 14 052 Cl ist ein Funkübertragungsverfahren mit multiplen, gleichzeitig im selben Frequenzband arbeitenden Sende- und Empfangsantennen offenbart.

Als Voraussetzung für eine besonders hochwertige und genaue Analyse und/oder Aufzeichnung des über das Mehrkanalsystem übertragenen Messsignals ist das

Messsignal an Ausgängen des Mehrkanalsystems gleichzeitig auszukoppeln und gleichzeitig zu verarbeiten. Dabei ist es an einem Sendeantennen und Empfangsantennen umfassenden Mehrkanalsystem bisher meistens der Fall, dass ein an der einen Empfangsantenne ausgekoppeltes Messsignal zeitversetzt zu dem an der anderen Empfangsantenne ausgekoppelten Messsignal verarbeitet wird, also beispielsweise zeitlich aufeinander folgend einer Abtasteinrichtung zugeführt und zeitversetzt zueinander

abgetastet wird. Eine zeitversetzte Verarbeitung des an mehreren Empfangsantennen ausgekoppelten Messsignals schränkt die Messgeschwindigkeit ein und führt zu einer Beeinträchtigung des Analyseergebnisses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse eines über ein Mehrkanalsystem übertragenen Messsignals anzugeben, womit das Messsignal zur Durchführung der Analyse mit besonders geringem technischen Aufwand und mit besonders hoher Geschwindigkeit aufbereitet wird.

Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.

Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.

So umfasst die Vorrichtung, welche bevorzugt als Mehrkanal-Oszilloskop ausgeführt ist, mehrere Messkanäle, welche jeweils eine Abtasteinrichtung, jeweils eine Basisbandmischereinrichtung und jeweils eine Filtereinrichtung aufweisen. Dabei sind die jeweilige Filtereinrichtung der jeweiligen Basisbandmischereinrichtung und diese der jeweiligen Abtasteinrichtung nachgeschaltet. Die Vorrichtung umfasst weiter eine mit der Filtereinrichtung verbundene Analyseeinrichtung zur Messsignalanalyse, beispielsweise Modulationsanalyse .

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Messsignal den Messkanälen und den in diesen angeordneten Abtasteinrichtungen gleichzeitig zugeführt und an diesen auf allen Messkanälen gleichzeitig abgetastet. Ein von den Abtasteinrichtungen zur Verfügung gestelltes, abgetastetes Messsignal wird den Basisbandmischereinrichtungen zugeführt und synchron in ein Basisband herabgemischt. Das abgetastete Messsignal wird zur Dezimierung der Abtastwerte den Filtereinrichtungen und zur Analyse der den Filtereinrichtungen nachgeschalteten Analyseeinrichtung zugeführt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Messsignal- und/oder Modulationsanalyse mittels der erfindungsgemäßen

Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens schneller durchführbar ist, da das abgetastete Messsignal an allen Messkanälen endseitig zur gleichen Zeit zur Verfügung gestellt wird. Des Weiteren ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielbar. Ferner wird eine am Messgerät, insbesondere einem Mehrkanal-Oszilloskop, vorhandene Bandbreite und Aufzeichnungslänge wirkungsvoll ausgenutzt. Zudem ist zusätzlich zum Messgerät keine Hardware erforderlich, da die Ausgänge des insbesondere als MIMO-System ausgeführten Mehrkanalsystems direkt mit den Messkanälen des Messgeräts koppelbar sind. Darüber hinaus sind die Anschaffungskosten für ein mehrere Messkanäle umfassendes Messgerät im Vergleich zu Anschaffungskosten für lediglich jeweils einen Messkanal umfassende, kaskadierte Messgeräte besonders gering.

Die Anzahl des Messkanäle entspricht vorzugsweise der Anzahl von Ausgängen des Mehrkanalsystems, insbesondere

der Anzahl der an dem Mehrkanalsystem als Ausgänge ausgebildeten Empfangsantennen, woran das Messsignal auskoppelbar ist.

Zur synchronen Herabmischung des abgetasteten Messsignals auf den Messkanälen arbeiten die Basisbandmischereinrichtungen vorzugsweise phasengleich.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung weisen die Messkanäle jeweils eine weitere Basisbandmischereinrichtung und jeweils eine weitere Filtereinrichtung auf. Der jeweiligen Filtereinrichtung ist die jeweilige weitere Basisbandmischereinrichtung nachgeschaltet, welcher vorzugsweise die jeweilige weitere Filtereinrichtung nachgeschaltet ist. In zweckmäßiger Weiterbildung dient die jeweilige erste Basisbandmischereinrichtung zur Grobmischung des abgetasteten Signals, wohingegen die jeweilige weitere Basisbandmischereinrichtung zur Feinmischung des abgetasteten Signals ausgebildet ist.

Gemäß vorteilhafter Weiterbildung ist den auf den Messkanälen vorgesehenen Filtereinrichtungen eine Speichereinrichtung zur Aufzeichnung des abgetasteten, für die Analyse bestimmten Signals nachgeschaltet.

Um eine ausreichende Kohärenz der Messkanäle zu erreichen und eine gemeinsame Phasenbeziehung zwischen den Messkanälen herzustellen, sind die ersten und/oder die weiteren Basisbandmischereinrichtungen sowie die ersten und/oder die weiteren Filtereinrichtungen zweckmäßigerweise laufzeitkalibrierbar ausgebildet. Dazu ist an die ersten und/oder die weiteren

Basisbandmischereinrichtungen sowie an die ersten und/oder die weiteren Filtereinrichtungen zweckmäßigerweise jeweils

ein Zeitverzögerungsglied angeschlossen, welches vorzugsweise von einem gemeinsamen Taktgeber angesteuert wird.

Dabei kann an den mit den Basisbandmischereinrichtungen und an den mit den Filtereinrichtungen sowie an den mit den weiteren Basisbandmischereinrichtungen und an den mit den weiteren Filtereinrichtungen verbundenen Zeitverzögerungsgliedern vorzugsweise jeweils ein gemeinsamer Taktgeber angeschlossen sein.

In zweckmäßiger Weiterbildung werden an den Basisbandmischereinrichtungen aus dem abgetastetem Messsignal der Realteil des Basisbandsignals und der Imaginärteil des Basisbandsignals gewonnen.

Um das abgetastete Messsignal in das Basisband herabzumischen, weisen die Basisbandmischereinrichtungen vorzugsweise jeweils einen eine zweckmäßigerweise für das Mehrkanalsystem vorgegebene Trägerfrequenz erzeugenden digitalen Oszillator zur Herabmischung des abgetasteten Messsignals auf.

Nachfolgend wird ein Ausfϋhrungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Analyse eines über ein MIMO-System übertragenen Messsignals und

Fig. 2 ein detaillierteres Prinzipschaltbild der Basisbandmischung und Filterung in Fig. 1.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer als Oszilloskop 2 ausgeführten Vorrichtung, welches an ein Mehrkanalsystem 4 angeschlossen ist. Das Mehrkanalsystem 4 ist im Ausführungsbeispiel ein MIMO-System (Multiple-Input Multiple-Output System) und umfasst beispielhaft vier an einem Messobjekt 5 angeordnete Sendeantennen 6,8,10,12 und vier Empfangsantennen 14,16,18,20, worüber ein analoges, hochfrequentes Messsignal 22 drahtlos von den Sendeantennen 6,8,10,12 zu den Empfangsantennen 14,16,18,20 übertragen wird.

Das Oszilloskop 2 umfasst eingangsseitig vier Messkanäle 24,26,28,30, deren Anzahl mit der Anzahl der Empfangsantennen 14,16,18,20 des Mehrkanalsystems 4 übereinstimmt. Des Weiteren umfasst das Oszilloskops 2 für jeden Messkanal 24,26,28,30 jeweils eine Abtasteinrichtung 32,34,36,38, welcher das über die Messkanäle 24,26,28,30 dem Oszilloskops 2 zur Verfügung gestellte analoge, hochfrequente Messsignal 22a zur Abtastung zugeführt wird, wobei die Abtastung in allen Messkanälen 24,26,28,30 zur gleichen Zeit statt findet. Die jeweilige Abtasteinrichtung 32,34,36,38 stellt das abgetastete

Messsignal 22b als ein digitales Hochfrequenzsignal einer der jeweiligen Abtasteinrichtung 32,34,36,38 im Messkanal nachgeschalteten Basisbandmischereinrichtung 40,42,44,46 zur Verfügung, welche in einem in Fig. 2 im Detail beschriebenen Funktionsanalysator 47 des Oszilloskops 2 angeordnet ist.

Die Basisbandmischereinrichtung 40,42,44,46 mischt das abgetastete Messsignal 22b in das Basisband herab und

stellt das abgetastete Messsignal 22b als digitales Signal in Basisbandlage einer der Basisbandmischereinrichtung 40,42,44,46 nachgeschalteten Filtereinrichtung 48,50,52,54 zur Verfügung. Die Filtereinrichtung 48,50,52,54 führt eine Dezimation, d. h. Reduzierung der Abtastwerte des abgetasteten Messsignals 22b und eine Anti-Aliasing- Filterung zur Bandbreitenreduzierung, durch. Bei einer vergleichsweise hohen Abtastrate von beispielsweise 10GHz dezimiert die jeweilige Filtereinrichtung 48,50,52,54 die Anzahl der Abtastwerte und dezimiert beispielsweise 999 von 1000 Abtastwerten bei gleichzeitiger Anti-Aliasing- Filterung. Danach wird das Messsignal 22 einer der Filtereinrichtung 48,50,52,54 nachgeschalteten, im Funktionsanalysator 47 angeordneten Speichereinrichtung 56 zur Speicherung von das Messsignal 22 umfassenden Messdaten zugeführt.

Zur Analyse wird das digitale Mehrkanal-Messsignal der Speichereinrichtung 56 wieder entnommen und einer im Oszilloskop 2 z. B. softwareimplementierten

Analyseeinrichtung 58 zugeführt. Die Analyseeinrichtung 58 führt beispielsweise eine Modulationsanalyse durch, welche beispielsweise die EVM (Error Vector Magnitude) und/oder das SNR (Signal Noise Ratio) und/oder die Modulationstiefe und/oder die I/Q-Fehler, wie I/Q-Offset oder I/Q-

Imbalance, untersucht. Das Messergebnis wird über eine Signalleitung 60 einer in Fig. 1 nicht gezeigten Auswerte- und/oder Anzeigeeinrichtung zugeführt.

Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Prinzipschaltbild eines Funktionsanalysators 62 zur Verarbeitung eines über das MIMO-System übertragenen Messsignals 22. Der Funktionsanalysator 62 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich vom Funktionsanalysators 47 gemäß Fig. 1 in der Anzahl der an

diesem vorgesehenen Messkanäle sowie in der Anzahl der an diesem vorgesehenen Basisbandmischereinrichtungen und Filtereinrichtungen.

Der Funktionsanalysator 62 weist im dargestellten Beispiel drei Messkanäle 24,26,28 mit Signalleitungen 64,66,68 auf, worüber das in den in Fig. 2 nicht gezeigten Abtasteinrichtungen abgetastete Messsignal 22b, welches in Fig. 2 mit einem Pfeil gekennzeichnet ist, der jeweiligen Basisbandmischereinrichtung 40,42,44 zugeführt wird. In der Basisbandmischereinrichtung 40,42,44 wird das Messsignal 22 über zwei mit der Signalleitung 64,66,68 verbundene Signalleitungen 70,72,74 und 76,78,80 jeweils zwei Mischern 82,84,86 und 88,90,82 zugeführt. Zur Herabmischung des Messsignals 22 von der

Zwischenfrequenzebene in das Basisband wird den jeweils zwei Mischern bzw. digitalen Multiplikatoren 82,84,86 und 88,90,82 eine von einem digitalen Oszillator 94,96,98, welcher im Ausführungsbeispiel als numerisch kontrollierter Oszillator (numerically controlled

Oszillator NCO) ausgeführt ist, erzeugte Trägerfrequenz als Mischfrequenz über Signalleitungen 100,102,104 und 106,108,110 zugeführt.

Dabei wird in der ersten Basisbandmischereinrichtung 40,42,44 der Basisband-Realteil und der Basisband- Imaginärteil erzeugt. Dazu wird vom Oszillator 94,96,98 eine Sinusschwingung erzeugt und über die Signalleitung 100,102,104 dem Mischer 82,8,86 zur Erzeugung des Messsignalrealteils zugeführt. Zur Erzeugung des

Messsignalimaginärteils gibt der Oszillator 94,96,98 über die Signalleitung 106,108,110 eine zur Sinusschwingung für den Mischer 82,84,86 90°-phasenverschobene Cosinusschwingung an den Mischer 88,90,92 ab.

Der Realteil bzw. der Imaginärteil des Messsignals 22 in Basisbandlage werden über eine Signalleitung 112,114,116 bzw. über eine Signalleitung 118,120,122 an der Basisbandmischereinrichtung 40,42,44 ausgangsseitig zur Verfügung gestellt. Das Messsignal 22 wird nunmehr als komplexes Basisband-Signal weiterverarbeitet und über die Signalleitungen 112,114,116 und 180,120,122 der Filtereinrichtung 48,50,52 und zur Bandbreitenreduzierung zur Dezimierung der Anzahl der Abtastwerte des Messsignals 22 zwecks Vermeidung von Aliasing zugeführt.

Jeder Filtereinrichtung 48,50,52 ist ausgangsseitig eine weitere, zweite Basisbandmischereinrichtung 124,126,128 nachgeschaltet, welche im Ausführungsbeispiel vom Aufbau mit der ersten Basisbandmischereinrichtung 40,42,44 übereinstimmt, aber im Gegensatz zur ersten Basisbandmischereinrichtung 40,42,44, die der Grobmischung dient, der Feinmischung des Messsignals 22 dient. Der weiteren Basisbandmischereinrichtung 124,126,128 ist ausgangsseitig wiederum eine weitere, zweite Filtereinrichtung 130,132,134 zur weiteren Dezimation der Abtastwerte und zur weiteren Bandbreitenreduzierung des Messsignals 22 nachgeschaltet. Die weitere Filtereinrichtung 130,132,134 ist ausgangsseitig über Signalleitungen 136,138,140 und 142,144,146 mit der Speichereinrichtung 56 zur Aufzeichnung des Messsignals 22 verbunden. Eine Signalleitung 148 verbindet die Speichereinrichtung 56 mit der in Fig. 1 gezeigten Analyseeinrichtung 58.

Die Laufzeitkalibrierung mit den Zeitverzögerungsgliedern und den Taktgebern hat den Sinn, die Lautzeitunterschiede in den unterschiedlichen Messkanälen auszugleichen. Die

erfindungsgemäße Vorrichtung wird bei einer Abtastrate von beispielsweise 10 GHz eingesetzt, d. h. es werden auf der Zwischenfrequenzebene Messsignale mit bis zu 5 GHz abgetastet. Bei diesen sehr hohen Frequenzen bedingen bereits geringe geometrische Unterschiede der

Signalleitungen in den einzelnen Messkanälen relativ große Phasenunterschiede. Es ist daher davon auszugehen, dass die Abtastung in den einzelnen Abtasteinrichtungen (Analog/Digital-Wandlern) 32 bis 38 in den einzelnen Messkanälen nicht in der exakt gleichen Phasenlage des Messsignals erfolgt. Dies muss bei der nachfolgenden digitalen Verarbeitung ausgeglichen werden, indem die Phasenlage der digitalen Oszillatoren 94,96,98 bzw. 204,206 und 208 bezüglich der Phaselage der von diesem generierten digitalen Sinus- bzw. Cosinussignale entsprechend justiert wird. Entsprechend muss der die Filter 48,50,52 bzw. 130,132,134 steuernde Takt entsprechend vorgehalten bzw. nachgehalten werden, so dass der Zeitpunkt der dortigen Verarbeitung der in diesem Messkanal entsprechend vorlaufenden bzw. nachlaufenden Abtastung exakt entspricht.

Um das in den Abtasteinrichtungen gleichzeitig abgetastete Messsignal 22 auf den Messkanälen 24,26,28 kohärent zu verarbeiten, werden die Basisbandmischereinrichtung

40,42,44, die Filtereinrichtung 48,50,52 sowie die weitere Basisbandmischereinrichtung 124,126,128 und die weitere Filtereinrichtung 130,132,134 im schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel von jeweils einem Zeitverzögerungsglied 150,152,154,156 zur

Laufzeitenkalibrierung der Messkanäle 24,26,28 eingestellt. Den Zeitverzögerungsgliedern 150,152,154,156 sind Taktgeber 158,160,162,164 derart vorgeschaltet, dass im Funktionsanalysator 62 im Beispiel jeweils ein

Taktgeber 158,160,162,164 zur Taktvorgabe für diejenigen Zeitverzögerungsglieder 150,152,154,156 vorgesehen ist, welche an den ersten Basisbandmischereinrichtungen 40,42,44, an den ersten Filtereinrichtungen 48,50,52, an den weiteren Basisbandmischereinrichtungen 124,126,128, oder an den weiteren Filtereinrichtungen 130,132,134 angeschlossen sind. Entsprechend sind bei den zweiten Basisbandmischereinrichtungen 124,126,128 entsprechende Mischer bzw. digitale Multiplikatoren 201,202,203,205,207,208 und entsprechende digitale Oszillatoren 204,206,208 vorhanden.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, insbesondere nicht auf ein drei oder vier Messkanäle umfassendes Oszilloskop, beschränkt. Natürlich kann alternativ auch nur ein einziger Taktgenerator vorhanden sein. Dies ist auch vorteilhaft, weil die einzelnen Taktgeneratoren dann nicht aufeinander synchronisiert werden müssen. Alle vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar.