Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung und zur Darstellung eines Synchronisations-Zustands

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung und zur Darstellung eines Zustands zumindest einer in einem elektronischen Messgerät oder Telekommunikationsgerät durchgeführten Synchronisation.

Die internationale Anmeldung WO 03/034644 Al beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion der Anzahl der Pilot Symbole eines Multiple Input-Multiple Output (MIMO) OFDM-Kommunikationssystems sowie ein

Verfahren und eine Vorrichtung zur Kanalabschätzung bzw. zur Abschätzung der übertragungsfunktion innerhalb eines solchen Systems. Für jede Sendeantenne in einem OFDM- Funksender sind die Pilot Symbole so codiert, dass sie für die Sendeantenne eineindeutig sind. Die codierten Pilot- Symbole werden dann in einen OFDM-Rahmen eingefügt, wo sie jeweils ein Struktur pro Sendeantenne bilden. Die Strukturen verschiedener Sendeantennen, die auf den gleichen Frequenzen senden, weisen jeweils einen Versatz (Offset) auf, der auf der Zeitachse ein Symbol beträgt. Am OFDM-Empfänger erfolgt jeweils eine Kanalabschätzung für ein bestimmtes Symbol, welches jeweils im Zentrum einer solchen Struktur liegt, wobei ein zwei-dimensionale Interpolation angewendet wird. Die abgeschätzte übertragungs-Synchronisation ist im Frequenzbereich geglättet.

Nachteilig an dem in der WO 03/034644 Al beschriebenen Verfahren bzw. der darin dargestellten Vorrichtung ist,

dass keine überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die jeweils einen Synchronisations-Zustand eines einzelnen Verfahrensschritt analysiert und evaluiert, so dass für die Wartung und Pflege des in der WO 03/034644 Al beschriebenen MIMO-OFDM KoinmunikationsSystems kein

Werkzeug zur Verfügung steht, um eine eventuelle FehlSynchronisation bzw. einen eventuellen Ausfall der Synchronisation eines Zwischenschritts schnell und zuverlässig zu lokalisieren und zu beheben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, womit eine Synchronisations- überwachung an einem Messgerät oder Telekommunikationsgerät ausgeführt werden können.

Bezüglich einer solchen Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß des Anspruchs 1 sind Gegenstand der hierauf rückbezogen Unteransprüche.

Anspruch 1 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung und zur Darstellung eines Zustands zumindest einer in einem elektronischen Messgerät oder Telekommunikationsgerät durchgeführten Synchronisation auf einer

Anzeigeeinrichtung- Die erfindungsgemäße Vorrichtung erstreckt sich auf mehrere innerhalb des elektronischen Messgeräts bzw. Telekommunikationsgerät vorgesehene Synchronisationseinheiten, wobei jeweils eine Synchronisationseinheit bzw. überwachungseinheit verschiedene die jeweilige Funktion bzw. Synchronisation betreffende Kennzahlen ermittelt, deren Werte dem Zustand der in dem elektronischen Messgerät bzw. Telekommunikationsgerät durchgeführten Synchronisation

entspricht und dem Wartungs- bzw. dem Entwicklungspersonal ein geeignetes Evaluierungstool zur Hand gibt, mit welchen es einen eventuellen Fehler bzw. einen eventuellen Ausfall zuverlässig detektieren kann und geeignete Maßnahmen zur Behebung des Fehlers bzw. der Ausfalls ergreifen kann.

Bezüglich eines dazu kompatiblen Verfahrens wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß des Anspruchs 21 sind Gegenstand der hierauf rückbezogen Unteransprüche.

Anspruch 21 beschreibt ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches kompatibel ist zur erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ermittlung und zur Darstellung eines Zustands zumindest einer in einem elektronischen Messgerät bzw. Telekommunikationsgerät durchgeführten Synchronisation auf einer Anzeigeeinrichtung und beinhaltet mehrere von unterschiedlichen Synchronisationseinheiten bzw.

Funktionseinheiten ausgeführte Verfahrensschritte. Jede Synchronisationseinheit bzw. Funktionseinheit ermittelt verschiedene, die jeweilige Synchronisation betreffende Kennzahlen, deren Werte eine Wahrscheinlichkeit für einen bestimmten Synchronisations-Zustand angeben. Dabei wird für den Benutzer visualisiert, ob die in dem elektronischen Messgerät bzw. Telekommunikationsgerät durchgeführte Synchronisation erfolgreich oder erfolglos ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass zur Analyse eines komplexen Gesamtsystems, z. B. eines elektronischen Messgeräts mit mehreren Teilsystemen, welche von einander abhängen, ein

wirksames Werkzeug zur Verfügung gestellt wird. Dabei ist es von Vorteil, dass das Gesamtsystem in seinen Teilsystemen diagnostiziert werden kann, was eine aufwendige Fehlersuche verhindert, da ein Fehler bereits am Ort seines Auftretens erkannt und behoben wird.

Ferner ist es von Vorteil, dass die komplexe Struktur z. B. des elektronischen Messgeräts auf der Anzeigeeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so übersichtlich abgebildet ist, dass der Benutzer sich schnell einen überblick über die ablaufenden bzw. abgelaufenen Prozesse verschaffen kann, wobei eine serielle Anordnung von mehreren Blöcken auf der Anzeigeeinrichtung der zeitlichen Reihenfolge der abzuarbeitenden Aufgaben bzw. Synchronisationen entspricht.

Für die Visualisierung der Chronologie der Prozesse ist es außerdem von Vorteil, dass die einzelnen Blöcke auf der Anzeigeeinrichtung mit Pfeilen verbunden sind.

Zudem ist es vorteilhaft, dass die Blöcke auf der Anzeigeeinrichtung einen ersten Farbzustand oder einen zweiten Farbzustand einnehmen, wobei ein erster Farbzustand dem Benutzer eine erfolgreich durchgeführte Synchronisation signalisiert. Dagegen signalisiert ein zweiter Farbzustand eine erfolglos durchgeführte Synchronisation. Zusätzlich dazu ist vorteilhafterweise noch ein dritter Farbzustand realisierbar, welcher dem Zustand "nicht genau definiert" bzw. dem Zustand "weder erfolgreich noch erfolglos, also ohne eindeutiges Resultat" einer durchgeführten Synchronisation entspricht, welche auch ein zweideutiges Resultat aufweisen kann.

Außerdem nehmen auch die Pfeile, welche die einzelnen Blöcke auf der Anzeigeeinrichtung miteinander verbinden, vorteilhafterweise zwei unterschiedliche Farbzustände ein, wobei ein erster Farbzustand eines Pfeils eine Abfolge der von dem vorausgehenden Funktionseinheiten erfolgreich ausgeführten Synchronisation repräsentiert und ein zweiter Farbzustand eine der von den vorausgehenden Funktionseinheiten bzw. Synchronisationseinheiten erfolglos ausgeführte Synchronisation anzeigt bzw. für den Benutzer visualisiert .

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass innerhalb der Blöcke ein Balkendiagramm vorgesehen ist, das eine Skala mit z. B. zumindest zwei aber insbesondere drei Wertefelder aufweist, wobei ein Wertefeld einem

Farbzustand entspricht. Die drei Wertefelder dieses Balkendiagramms entsprechen drei Konfidenzwert-Bereichen und sind durch zwei Schwellwerte getrennt, wobei ein Konfidenzwert eine Wahrscheinlichkeit für das Eintreten eines Sychronisations-Zustands der zugehörigen

Funktionseinheit bzw. Synchronisationseinheit angibt. Dadurch kann der Entwicklungsingenieur leicht abschätzten, ob und an welcher Stelle der empfängerseitigen Nachrichtenübermittlungsstrecke ein Synchronisationsfehler oder ein ähnlicher Fehler aufgetreten ist.

Ferner ist es für den Entwicklungsingenieur von Vorteil, dass er auf der Anzeigeeinrichtung mit der Mausfunktion bzw. mittels einer vorher festgelegten Tastenkombination einen Block markieren kann und durch einen Doppelklick auf diesen markierten Block weitere Detailinformationen über verschiedene, die Synchronisation des ausgewählten Blocks bzw. der ausgewählten Funktionseinheit betreffende Messwerte bzw. Parameter erhält.

In zweckmäßiger Weiterbildung bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonderer Weise, aber nicht ausschließlich, auf einen OFDM-Empfänger, wobei die empfangenen Signale mehreren Detektionsschritten bzw. Synchronisationsschritten unterworfen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfindungsgemäßen

Vorrichtung und des dazu kompatiblen erfindungsgemäßen Verfahrens wird abschließend beschrieben. Sowohl die logische Struktur als auch die Betriebsweise bzw. die

Anwendung der Erfindung, insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie deren oben aufgeführten

Vorteile, sind jedoch am besten anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen

Zeichnungen verständlich. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die empfängerseitige Verarbeitungskette eines

OFDM-Empfängers und

Fig. 2 die Anzeigeeinrichtung eines

Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt die Funktionseinheiten eines OFDM-Empfängers, an welchen das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwendung kommt.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ermittlung und zur Darstellung eines Zustands zumindest einer in einem elektronischen Messgerät bzw. dem Messempfänger durchgeführten Synchronisation auf einer Anzeigeeinrichtung 1 der dazugehörigen erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren erstreckt sich

auf mehrere, von unterschiedlichen

Synchronisationseinheiten bzw. Funktionseinheiten 2 ausgeführten Verfahrensschritte, wobei jede Funktionseinheit bzw. Synchronisationseinheit 2 zumindest eine Kennzahl ermittelt, deren Wert einer

Wahrscheinlichkeit für einen bestimmten Zustand der in der Funktionseinheit 2 durchgeführten Synchronisation entspricht.

Die folgenden Ausführungen des erfindungsgemäßen

Verfahrens beziehen sich auf einen OFDM-Messempfänger, aus dessen Empfangs-Pufferspeicher 10 im ersten Verfahrensschritt ein Inhalt ausgelesen wird, der einem mit Rauschen behafteten Bandpass-Nutzsignal entspricht.

Im zweiten Verfahrensschritt wird der Inhalt des Empfangsspeichers 10, d. h. das mit Rauschen behaftete Basisband-Nutzsignal einer Signalerkennung in einer ersten Funktionseinheit 20 unterworfen.

Der dritte Verfahrensschritt geht davon aus, dass das Signal bzw. die Signalfolge erkannt wurde. Die erkannte Signalfolge wird dann einer zyklischen Präfix- Synchronisation (CP cyclic prefix-synchronization) bezüglich eines zyklisch sich wiederholenden

Signalabschnitts, hier des Schutzintervalls (guard intervall) , in einer zweiten Funktionseinheit 21 unterworfen.

Im vierten Verfahrensschritt wird das Signal einer schnellen Fouriertransformation (Fast Fourier Transformation FFT) in einer dritten Funktionseinheit 22 unterworfen, woraus sich das fouriertransformierte Signal (FFT-Signal) ergibt.

Im fünften Verfahrensschritt wird das fouriertransformierte Signal einer Rahmensynchronisierung in einer vierten Funktionseinheit 23 unterworfen, woraus sich ein rahmensynchrones FFT Signal ergibt. Die Gestalt des Rahmens ist dabei im OFDM-Empfänger bekannt.

Im sechsten Verfahrensschritt wird mittels des rahmensynchronen FFT-Signals eine Kanalschätzung in einer fünften Funktionseinheit 24 durchgeführt. Dabei wird das verrauschte Pilot-Symbol, welches an einer definierten, dem Empfänger bekannten Stelle in dem im fünften Verfahrensschritt lokalisierten Rahmen vorliegt mit einem fehlerfreien Pilot-Symbol verglichen. Aus diesem Vergleich lassen sich dann Rückschlüsse auf die zur Entzerrung des empfangenen Signals anzuwendende abgeschätzte übertragungsfunktion des Funkkanals ziehen.

Der siebte Verfahrensschritt bezieht sich darauf, dass in einer sechsten Funktionseinheit 25 das rahmensynchrone FFT-Signal, welches mittels der vorher abgeschätzten übertragungsfunktion entzerrt wurde, mit einem im Empfänger festgelegten Demodulationsverfahren demoduliert wird. Ein solches Demodulationsverfahren ist beispielsweise 64-QAM-Modulation mit 6 Bit pro Symbol. Es sind aber auch andere digitale Modulationsverfahren anwendbar .

Im achten Verfahrensschritt erfolgt eine grobe Abschätzung des gesendeten Signals bzw. des gesendeten Datensymbols in einer siebten Funktionseinheit 26.

Das im achten Verfahrensschritt grob abgeschätzte Datensymbol wird dann im folgenden neunten

Verfahrensschritt einem verfeinerten Abschätzverfahren in einer achten Funktionseinheit 27 unterworfen, so dass nach der Durchführung des groben und des verfeinerten Abschätzverfahrens das Datensymbol als in einer neunten Funktionseinheit 28 zurückgewonnen wird, welches im zehnten Verfahrensschritt einer EVM (Error Vector Magnitude) -Berechnung in einer zehnten Funktionseinheit 29 unterworfen wird.

Im elften und letzten Verfahrensschritt wird das ideale, zurückgewonnene Datensymbol nach der Analyse auf der Anzeigeeinrichtung 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung angezeigt .

Fig. 2 zeigt die Anzeigeeinrichtung 1 eines

Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Ermittlung und zur Darstellung eines Zustands zumindest einer in einer elektronischen Messgerät oder Telekommunikationsgerät durchgeführten Synchronisation auf einer

Anzeigeeinrichtung 1. Wie erläutert, weist die Vorrichtung mehrere innerhalb des elektronischen Messgeräts vorgesehene Funktionseinheiten 20 - 29 auf, wobei manche Funktionseinheit 21, 23, 25, 26, 21 zumindest eine

Kennzahl ermittelt, deren Wert den Zustand der in der Funktionseinheit durchgeführten Synchronisation kennzeichnet .

Die einzelnen Funktionseinheiten 20 - 29 der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind innerhalb des elektronischen Messgeräts seriell oder ineinander verschachtelt angeordnet, wobei sie unterschiedliche Aufgaben erfüllen, die - wie vorstehend beschrieben - in

einer definierten zeitlichen Reihenfolge ausgeführt werden.

Alternativ dazu sind in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Funktionseinheiten 2 innerhalb des Mess- oder

Telekommunikationsgeräts in verschiedenen Verzweigungen angeordnet und erfüllen ebenfalls unterschiedliche Aufgaben. Verzweigungen sind dann von Vorteil, wenn bestimmte Signalpfade zu- bzw. abschaltbar sind oder wenn auf die gleichen Daten gleichzeitig zwei unabhängige Analysemethoden angewendet werden.

Jeweils einem Block 3 auf der Anzeigeeinrichtung 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht eine Synchronisationseinheit 2 des elektronischen Messgeräts bzw. des Telekommunikationsgeräts, wobei eine serielle Anordnung von mehreren Blöcken 3 auf der Anzeigeeinrichtung 1 der zeitlichen Reihenfolge der zu erfüllenden Aufgaben bzw. der abzuarbeitenden Prozesse der Funktionseinheiten 20 - 29 entspricht.

Die Funktionseinheiten sind allgemein mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet und zusätzlich mit einem speziellen Bezugszeichen 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 oder 29 entsprechend der oben erläuterten Funktion. Nur einige der Funktionseinheiten führen eine Synchronisation durch. Im in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies die Funktionseinheiten 21 mit der Synchronisation auf das Schutzintervall, die Funktionseinheit 23 mit der Rahmensynchronisation, die Funktionseinheit 24, die für die Abschätzung des Frequenzversatzes, des Zeitversatzes und des Phasenversatzes ebenfalls synchronisiert sein muss, die Funktionseinheit 25 für die Demodulation und die

Funktionseinheit 27 zur Durchführung der Feinschätzung auf der Grundlage von Referenzdaten (Data Aided Estimation) .

Erfindungsgemäß sind auf der Anzeigeeinrichtung 1 diejenigen Funktionseinheiten, die eine Synchronisation durchführen müssen, durch entsprechende Blöcke 3 visualisiert, wobei auch informative Blöcke dargestellt werden, wie beispielsweise die FFT-Operation, die keine Metrik bzw. keinen Status zurückliefert. Diese informativen Blöcke erlauben dem Anwender eine bessere Lokalisierung des Fehlers oder tragen zum besseren Verständnis des gesamten Ablaufs der in einem elektronischen Messgerät bzw. in einem Telekommunikationsgerät durchgeführten Synchronisation bei.

Diese informativen Blöcke bzw. Informationsblöcke auf der Anzeigeeinrichtung stellen beispielsweise eine FFT (Fast Fourrier Transformation) oder eine IFFT (inverse Fast Fourrier Transformation) dar, wobei ein Informationsblock einen vierten Farbzustand einnehmen kann.

Die Blöcke 3 auf der Anzeigeeinrichtung 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mit Pfeilen 4 verbunden, so dass die Chronologie der Synchronisations- Prozesse für den Entwicklungsingenieur gut ersichtlich ist.

Außerdem können die Blöcke 3 auf der Anzeigeeinrichtung 1 einen ersten Farbzustand oder einen zweiten Farbzustand annehmen, wobei der erste Farbzustand eines Blocks 3 ein Resultat der dem Block 3 entsprechenden erfolgreich durchgeführten Synchronisation angezeigt.

Der zweite Farbzustand, beispielsweise rot, eines Blocks 3 zeigt ein Resultat der dem Block 3 entsprechenden erfolglos durchgeführten Synchronisation an.

Die Pfeile 4, die die Blöcke 3 verbinden, nehmen einen ersten Farbzustand 5, einen zweiten Farbzustand 6 oder einen dritten Farbzustand an, wobei der erste Farbzustand 5, beispielsweise grün, eines Pfeils 4 eine erfolgreiche Abfolge der von den Funktionseinheiten 2 der vorausgehenden Blöcken 3 ausgeführten Synchronisationen repräsentiert .

Der zweite Farbzustand 6 eines Pfeils 4 repräsentiert eine erfolglose Synchronisation in der Abfolge der von den vorausgehenden Blöcken 3 repräsentierten Funktionseinheiten 2.

Innerhalb der Blöcke 3 ist jeweils ein Balkendiagramm 7 mit einer Skala 8 vorgesehen, die drei Wertfelder 9a, 9b, 9c aufweist, wobei die drei Wertfelder 9a, 9b, 9c drei verschiedene Konfidenzwert-Bereiche repräsentieren, und ein Konfidenzwert (Confidence Value) eine

Wahrscheinlichkeit für das Eintreten des Synchronisations- Zustands mit diesem Wert angibt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten ersten Block ist der obere Schwellwert überschritten und es liegt somit ein hoher Konfidenzwert (Confidence Value) vor, d. h. der Synchronisation der diesem Block entsprechende Funktionseinheit, beispielsweise der Funktionseinheit 21 zur Synchronisation auf das Schutzintervall, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit vertraut werden. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Skala daher grün eingefärbt werden. In dem in Fig. 2 an mittlerer

Position dargestellten Block 3 scheitert die Synchronisation, d. h. der Konfidenzwert (Confidence Value) ist kleiner als der untere Schwellwert. Neben einer roten Einfärbung des Blocks kann dies zusätzlich noch dadurch verdeutlicht werden, dass die Skala rot eingefärbt wird. In dem in Fig. 2 rechts dargestellten Block ist die Synchronisation befriedigend zuverlässig, was dadurch angezeigt wird, dass der Konfidenzwert (Confidence Value) sich auf der Skala zwischen dem unteren und oberen Schwellwert befindet. Zur weiteren Verdeutlichung kann die Skala in diesem Fall gelb eingefärbt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht im Ausführungsbeispiel vor, dass eine Auswahl eines Blockes 3 und ein nachfolgendes Aktivieren des ausgewählten Blockes 3 auf der Anzeigeeinrichtung 1 eine Detailinformation über den ermittelten Zustand bezüglich der durchgeführten Synchronisation wiedergibt, wobei das Aktivieren des ausgewählten Blockes 3 auf der Anzeigeeinrichtung 1 mittels einer Mausfunktion oder mittels einer vorher programmierten Tastenkombination erfolgt.

Das Aktivieren des ausgewählten Blockes erfolgt in einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels eines Fernsteuerbefehls, wie beispielsweise mittels eines SCPI Kommandos über eine GPIB-Schnittstelle oder über eine LAN-Schnittstelle.

Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf einen OFDM- Empfänger beschränkt, sondern kann auch für künftige Kommunikationssysteme bzw. für Teilsysteme von bestehenden

oder künftigen Kommunikationssystemen verwendet werden. Alle vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar.