CN1390413A - 确定和校正在一个调制器上直流电压偏差方法和测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及确定在一个调制器上直流电压偏差和/或至少一个用于此的校正值的方法,该调制器通过把数字或模拟的输入信号调制到发射载频上产生输出信号,在该输出信号中信息至少处于其瞬间频率中或处于其相位变化中。该方法的特征在于,从输出信号与一个理想信号相比的相位误差的变化中直接数学确定直流电压偏差和/或校正值。
Description
本发明涉及确定在一个调制器上直流电压偏差和/或至少一个用于此的校正值的方法。本发明此外涉及一个根据权利要求21的前叙部分的测试设备，特别是GSM测试设备。
例如MSK(最小偏移键控)和GMSK(高斯最小偏移键控)是这样的方法、在该方法中信息处在调制器的输出信号中。由于调制信号的相位连续处理该方法的特征在于非常好的带宽利用。
已知，按照该方法工作的调制器具有一个所谓的偏移(直流电压偏移)，该偏移以在发送信号中发送载频的不希望的高度部分在具有相干调制形式的系统中、比如在GMS系统中、作为在输出信号中不希望的相位误差是明显的。特别是I/Q(同相/正交)调制器得到应用。一种几乎同样工作的调制器是正交幅度调制器，在该调制器中附加于相位也调制幅度。如此的调制器通常串联D/A转换器。调制器此外包含乘法器、其-象D/A转换器一样-可能具有偏移。
如此方法例如用在数字调制的无线系统中。根据本发明的方法和测试设备也可以应用在如此的无线系统中，在该系统中在调制器上的偏移补偿是必需的。特别涉及具有按照GSM标准工作的调制器的移动无线设备。如此的移动无线系统此外也称为在900MHz内的常规GSM范围的GSM900、在1800MHz的频率范围内的GSM系统的DCS1800、GSM1800或DCS。在北美移动无线系统中使用名称PCS或PCS1900。其次已知另外的名称：E-GSM(扩展的GSM频率范围)，R-GSM(适合于铁路应用的具有低于GSM900系统的频率的GSM系统)和GSM450(用于南美洲的450MHz的频率范围)。
通过在调制器上加上校正偏移的直流电压部分可以使在HF信号中发射载频的残余最小，如此可以遵循相应的预先规定或者规范。例如在GSM系统中规定20°的值作为最大的相位误差。在时间复用方法(TDMA)中在发送脉冲串的过程中，其同样特别出现在GSM系统，然而平均(RMS)的相位误差不允许超高5°。
为了在调制器上可以进行调整，在生产过程中通过实验确定直流电压部分或者直流电压偏差的校正值，并且保存在设备、特别是移动无线设备的非易失的存储器中。以已知的方式由此可以确定补偿偏移的直流电压部分，试样调整到所谓的单边带调制。借助于接收机、电平表或特别是频谱分析仪测量输出信号中的载波残余。
由于GSM设备特别运行于脉冲工作方式(TDMA)，必须考虑频谱分析仪的滤波器的过渡状态持续时间，以便可以在所要求的滤波器带宽的情况下可以测量。此外频谱分析仪考虑载波残余的幅度，为此可是绝对没有输出相位信息。如果应用I/Q(同相/正交)调制器，象在GSM移动无线中一样，因此不存在关于此的信息，即是否或者在那个部分中引起调制器的I或者Q分支的载波残余。
补偿计算机以多个可能不同大小的间距改变直流电压部分或者校正值，并且通过频谱分析仪确定，是否载波残余增加或缩小。通过逐步的试验补偿计算机最后确定直流电压部分的值，在该直流电压的情况下载波残余最小。如果应用I/Q(同相/正交)调制器，则借助于补偿计算机逐步地首先调整I直流电压部分，接下来调整Q直流电压部分，如此发射载波的残余有最小值。为了确定直流电压部分，补偿计算机应用试验算法，该算法虽然加快了补偿过程，可是最后还是不理想。用这个试验算法也仅仅能够通过实验找到直流电压部分，该直流电压部分能够尽可能好地校正直流电压偏移。例如这个试验算法如此工作，在试验过程开始时应用随机确定的直流电压部分，以便可以确定，是否在正的或负的直流电压部分的情况下增大或降低相位误差。如果确定直流电压的“符号”，在该符号的情况下降低相位误差，则通过实验确定负的或者正的直流电压部分，在该直流电压部分情况下相位误差最小。对此可以预先规定不同大小的、适合于直流电压部分的值的间距，以便接近最小的相位误差。在该方法中时间花费是相对大的，以便确定偏移的校正值。
因此本发明的任务是，给出一种确定直流电压偏差和/或至少一个用于此的校正值的方法，该方法不具有这些缺点。
以具有权利要求1的特征的方法解决该任务。该方法用于确定在调制器上直流电压偏差和/或至少一个用于此的校正值，该调制器通过把数字或模拟的输入信号调制到一个载频上产生输出信号，在该输出信号中信息至少处在其瞬间频率中或者处在其相位变化中。也就是说可以确定直流电压偏差，然后从中确定用于补偿的直流电压部分。有选择或附加也可以直接确定校正值(直流电压部分)。根据本发明预先规定，从调制器的输出信号与理想信号相比的相位误差变化中直接数学确定直流电压偏差和/或至少一个校正值。通过直接数学确定直流电压偏差和/或至少一个校正值可以放弃在现技术状况中描述的、用于调整直流电压部分的试验。更确切地说以根据本发明的方法能够在直接确定直流电压偏差和/或至少一个校正值之后调制器直接调整到数学确定的值。由此显著加快补偿过程。因此总共降低了移动无线设备的产品费用。
为了描述相位误差变化，可以应用关于时间的相位误差曲线。有选择地可以通过调制器的输出信号和理想信号的X-Y表示法描述相位误差曲线。通过叠加二个信号曲线产生-类似于Lissajous图形-一个图，该图再现相位误差曲线。然后从该图的形状可以直接数学确定直流电压偏差和/或至少一个校正值。对此有益的是，可以应用差不多任意的适当位串。
特别优选一个实施例，在该实施例中通过输出信号的译码，也就是从输出信号中恢复输入信号的位串，确定与输入信号一致的理想相位曲线。为此假设一个理想的调制器。输出信号与理想调制器的理想相位曲线的比较因此提供关于时间的相位误差曲线。
如果-象在GSM移动无线中一样-输入信号具备一个训练序列，该训练序列在TDMA信号中主要处于发送脉冲串的中间，则也可以从这个也称作中间部分的训练序列中确定参考相位曲线。对此这可能是必要的，输出信号的接收机、例如GSM测试仪已知中间部分的位模式。代替TDMA信号对于测试目的调制器可以特别运行于所谓连续波或准连续波工作状态。这当例如在GSM测试仪上频谱分析仪的滤波器的过渡状态持续时间不起作用或仅仅起非常低的作用时是有益的。最后调制器的工作方式对于确定直流电压偏差的校正值不是十分重要的。更确切地说全部的运行方式都可能，也就是连续或准连续。
按照本方法的一个改进预先规定，相位误差变化作为时间上的相位误差曲线描绘，也就是图解描述。相应的相位误差适合于相位误差曲线，通过输出信号和理想信号的X-Y表示获得该相位误差曲线。对此可以预先规定，在发送脉冲串期间或者描绘全部相位误差曲线或仅仅描绘其中一小部分，其中从描绘的相位误差曲线中借助于数学方法直接确定直流电压偏差和/或至少一个校正值。
特别优选一个实施例，在该实施例中从相位误差变化中确定至少一个频谱分量，借助于该频谱分量确定直流电压偏差和/或至少一个校正值。指出，主要由于调制器的直流电压偏差引起相位误差曲线的至少一个频谱分量。如果确定该频谱分量，则从中可以直接数学确定对于补偿必需的直流电压偏差和/或至少一个校正值。
特别优选地在用作I/Q相位调制器的调制器中应用本方法，该相位调制器例如在GSM移动无线中用在移动无线设备中。在这种I/Q相位调制器中然后不仅对于I而且对于Q值确定直流电压偏差，以便调制器可以调整到各自预先确定的公差值。
在一个实施例中预先规定，借助于一个适当的数学方法、主要是(快速)傅立叶变换确定至少一个频谱分量。也就是说，从相位误差曲线中借助于傅立叶变换确定、由于直流电压偏差出现的频谱分量。当然，如果仅仅应当确定一个频谱分量或选择相位误差曲变化的X-Y表示，代替傅立叶变换或傅立叶分析当然也可以应用另外适当的数学方法。
按照本发明一个改进预先规定，按照所应用的数学方法、特别是傅立叶变换复数地、也就是按照实数部分和虚数部分、描述该频谱分量。因此能够从实数部分和虚数部分中直接计算出I/Q调制器的I和Q支路的校正值作为校正值对。发现，特别是在单变带调制的情况下以相位误差的时间变化的频谱分量说明在调制器的二个支路中的直流电压偏差。该频谱分量按照相位和幅度直接依赖于在调制器的I和Q支路的直流电压偏差。如果按照相位和幅度从相位误差曲线中推断出该频谱分量，则从中可以直接数学确定对于偏移补偿必需的校正值对，因为在调制器的输出信号中包含“理想”输出信号和载波残余，二者矢量相加。
特别优选一个实施形式，在该实施形式中一个在输出信号中包含的中间部分或者训练序列用于确定参考相位，以便译码在输出信号中包含的位流。优选应用这样的位串，其作为输出信号产生单边带信号。如果输出信号作为TDMA发送脉冲串传递，则在发送脉冲串的中间存在训练序列。在单边带调制的情况下具有较低费用的偏移补偿是可能。当然也可以考虑，代替单边带信号应用另外特殊的、适合于应用情况的位串。由此，与训练序列共同传输，可以在输出信号和理想相位之间、特别是在单边带信号情况下、非常准确地确定并描述相位误差曲线。在通常情况下以伪随机位串可以实现最大相位误差和平均(RMS)相位误差的确定。中间部分或者训练序列可以包含在一个包含如此随机位串的发送脉冲串中。也可以考虑，以这些包含中间部分的伪随机位串不仅确定RMS相位误差和最大相位误差而且也确定相位误差曲线，从中当然直接数学确定直流电压偏差的校正值。当然接收机，也就是测试仪，在没有中间部分的情况下也识别各个位，因为通过状态从“0”到“1”的变换或者反变换得出在频率或者相位曲线之间的定义的过渡。与此相反在没有中间部分的情况下单边带信号绝对不包含变换或过渡。因此丢失相位的每个时间关系。这种在单边带信号中错误的时间关系对此在发送脉冲串中提供中间部分的位置。为了确定在输出信号和参考相位或者理想相位之间的固定时间范围，也可以借助于触发信号同步测试仪和发射机。当然可以放弃中间部分。
如果在GSM系统中使用根据本发明的方法，按照本发明的改进预先规定，确定频谱分量，其拥有一个与边带同载频信号的频率间隔一致的频率，其中该频率间隔依赖于在发送信号中传输的位速率(传输速度)。边带频率为四分之一位速率。这在于，通过调制器相位每位转动90°。如果例如调制“1”，则相位旋转90°。如果调制“0”，则与此相反相位逆转90°。由此明确，边带频率的位置(边带间隔)依赖于此，相位每调制的位旋转多少。当然也可以考虑另外的相位旋转。如果例如相位每位旋转120°，边带频率不再处于四分之一位速率，而是处于三分之一位速率。如果实现另外的相位旋转，当然再度改变边带频率的位置并且边带频率与所应用的相位旋转一致。检索的频谱分量也始终处在同载波的可确定的频率间隔并且具有依赖于相位旋转得出的频率。在通常的GMSK调制的情况下在GSM移动无线中这个同载波的频率间隔为四分之一位速率。在GSM900移动无线(D网)中以赫兹明确得出大约67.7kHz(每秒270,833kbit/4＝67.7kHz)的频率间隔。在GSM移动无线的现行情况中检索的频谱分量处于同边带预先确定的大约67.7kHz的频率间隔。对于可用于所应用情况的特殊(随机)位串根据选择的位串和每位的相位旋转确定频谱分量的频率。
代替单边带调制-正如前面提到的-当然也可以应用另外的位模式，其或者适合于产生相位误差曲线的频谱，该频谱以任何方式提供检索的信息(直流电压偏差或者校正值)，或者以另外的方式相位误差曲线的变化依赖偏移，正如前面提到的与X-Y表示的关系。以相应的数学费用因此可以想象，从发送信号或者输出信号中在任意的位串的情况下计算出直流电压偏移。可是优选单边带调制，因为对此最简单地确定偏移或者校正值。
在一个优选实施例中由此确定I和Q的直流电压偏差和/或校正值，即按照傅立叶变换以实数部分和虚数部分描述频谱分量，以便以适当的校正系数可以计算I或者Q的值。在该前提条件下，即载频信号的残余针对边带信号是相对小的，断定相位误差-一般主要由载频残余引起-以较好的近似值正比于载频残余。调制器的I和Q的直流电压偏差按照实数部分和虚数部分再度线性影响载频残余。因此通过直流电压偏差(偏移)的适当校正实现载频残余的最小化。根据在载频残余和相位误差变化的检索的频谱分量之间近似线性关系I和Q的校正值可以直接作为这个频谱分量的实数和虚数部分的线性组合计算出。如果以FSSB((t))表示在边带频率中复数频谱分量并且以Re(FSSB((t))或者Im FSSB((t))表示其实数或者虚数部分，则得出：
I(Korr)＝a11·Re(FSSB((t)))+a12·Im(FSSB((t)))
Q(Korr)＝a21·Re(FSSB((t)))+a22·Im(FSSB((t)))
按对此是否应当确定I和Q的直流电压偏差或者校正值，可以以适当的方式确定系数a11、a12、a21和a22。此外系数可能依赖于测试环境并且最后甚至依赖于试样或者依赖于调制器以硬件或软件的实现形式。因此可以对于每个测试环境和对于不同的试样类型、甚至对于不同的频带分别确定系数。当然在同类型的所有设备在同样的频带中补偿之前提供使用该系数。
为了获得直流电压偏差或者至少一个校正值的准确确定，预先规定，在描绘相位误差的时间变换中或之后去掉在中间部分(训练序列)的时间窗中的相位误差曲线。也就是考虑相位误差变化的部分曲线，其在发送的数据流中处在中间部分的时间窗之前和/或之后，由此可以改善地描述在检索的频谱分量和另外干扰的信号分量之间的计算比例。
当然这也是可能的，确定时间上的相位误差变化的多个频谱分量，以便获得关于多路单边带的另外信息和另外的干扰频率。由此这是可能的，在产品或者生产中没有额外费用地断定在移动无线设备中不希望振荡的部件、特别是线性调整器。附加在描绘多个频谱分量的情况下也可以断定另外的调制问题，其在不同频谱频率情况下产生幅度。由此例如也可以推断出有错误或没配备的部件，也就是提示在产品中的错误。
在根据本发明的方法中一个所谓的GSM测试设备优选用作接收机，其具有在现技术状况中已知的功能。也可以应用已知的测试仪，在该测试仪中当然以软件和/或以硬件方式实现对于根据本发明的方法所必须的功能。
也以一个测试设备、特别是GSM测试设备解决该任务，该设备具有权利要求21的特征。该设备确定在发送的和理想信号或参考相位之间的相位差，也就是相位误差，其中根据本发明预先规定，从相位误差的时间变化中直接数学确定在一个调制器上的直流电压偏差和/或用于此的至少一个校正值。通过把数字或模拟的输入信号调制到发射载频上如此的调制器产生输出信号，在该输出信号中信息至少处在其瞬间频率中或者处在其相位变化中。该测试设备特别用于实施前面描述的根据本发明的方法。以该测试设备也能够没有试验费用地获得用于在调制器中补偿直流电压偏差的检索值。
下面按照实施例详细阐述根据本发明的方法。
在下面例如仅仅以此为出发点，即在必需校验的调制器中涉及I/Q相位调制器，其主要发送方地用在GSM移动无线中。
为了可以直接计算调制器的I和Q偏移的补偿值、也就是校正值，按照幅度和相位确定相位误差的由于载波残余引起的频谱分量。移动电话产生一个所谓的单边带信号用于其测量，也就是通常具有零脉冲串的位模式或另外适当的位模式，其主要按照差分编码供给I/Q调制器。如此的位模式例如可以保存在特别的、可以插入移动电话中的SIM卡上。因为在GMSK方法中发送信号的瞬间频率提高或降低Δf，按是否传输“1”或“0”脉冲串，所以在理想情况下在发送该位模式时在调制频谱中按在抑制的发送载波上面或下面应用的位串得出频谱分量。频率变化Δf的频谱分量通常称作边带。在通常的GMSK调制的情况下在GSM移动无线中该频谱分量同发射载波的频率间隔为四分之一位速率。由于在GSM移动无线中以主要每秒270,833Kbit的位速率发送，因此得出大约67.7kHz的频率间隔Δf(边带间隔)，表明同理想抑制的载频的频谱分量。
如果存在没有足够抑制的发射载频，也就是I/Q调制器具有DC偏移，则产生发送信号的依赖时间的相位误差，也就是说，产生的边带信号的相位具有与边带信号的理想相位或者参考相位相比时间上并且周期性的变化。商业上通用的GSM测试仪可以测量这些变化并且关于时间显示。也指出，在下面也以(t)表示该相位误差，拥有具有频率的频谱分量，其与边带间隔Δf相同。归因于由于偏移引起的相位误差的检索频谱分量也具有大约67.7kHz的频率。
发现，在该前提条件下，-即与有用信号相比载波残余是相对小的-，一般由于在波残余引起的相位误差以较好的近似值正比于载波残余。另一方面由I/Q调制器的DC偏移线性按照实数部分和虚数部分影响数学复数描述的载波残余。因此可以通过适当校正该偏移实现载波残余的最小化。根据在载波残余和提到的频谱分量(t)之间的近似线性的关系I和Q校正值直接作为该频谱分量的实数和虚数部分的线性组合计算。如果以FSSB((t))表示在边带频率(FSSB)(67.7kHz)中的复数频谱分量并且以Re(FSSB((t)))或者Im(FSSB((t)))表示其实数或者虚数部分，则如下确定I和Q的校正值：
I(Korr)＝a11·Re(FSSB((t)))+a12·Im(FSSB((t)))
Q(Korr)＝a21·Re(FSSB((t)))+a22·Im(FSSB((t)))
系数a11、a12、a21和a22是必须确定的校正矩阵的值。例如可以通过I和Q的偏移的针对性变化并附属频谱分量在边带中的接下来的确定计算这些系数。也就是说为了一次确定校正矩阵以不同的DC偏移驱动I/Q调制器并且从对相位误差的合成作用中计算出系数。主要一次地每频率边带和测试设备或者补偿设备实现校正矩阵的计算。之后在参考该校正矩阵的情况下可以补偿同类型的所有设备(试样)。
为了获得检索的频谱分量，首先描述或者描绘相位误差的时间变化、也就是(t)，接下来主要变换为频率频谱并且然后按照频谱分量、特别是按照在Δf的情况下检索的频谱分量分解。这例如可以借助于傅立叶变换实现。在傅立叶变换之后按照实数部分和虚数部分存在检索的、用于偏移补偿的频谱分量。以校正矩阵可以简单地确定主要引起相位误差的DC偏移或附属的校正值。
为了获得要求的参考相位，具有特殊用于测试仪同步的位串(中间部分或者训练序列)的单边带信号用作发送信号，并且GSM测试仪、也就是接收机同步于这个中间部分。发送的输出信号的相位与单边带信号的理想相位的比较提供相位误差曲线，从相位误差曲线中确定检索的频谱分量。
为了改善在检索的频谱分量和干扰信号之间比例，在描绘相位误差曲线之后、也就是频谱分解之前、以适当的方式从时间信号中去掉在中间部分的时间窗中的一部分相位曲线，如此仅仅处于中间部分之前和/或之后的一部分相位误差曲线用于确定校正值。此外扩展时间信号是可能的，例如在频谱分解时周期连续地应用或仅仅应用其中一部分，以便可以快速并且以高的信噪比确定检索的频谱分量。接下来按照前面指出的方程组借助于校正矩阵计算I和Q的补偿值，该校正矩阵包含系数a11、a12、a21和a22。
Claims (21)
1.确定在调制器上直流电压偏差和/或至少一个用于此的校正值的方法，该调制器通过把数字和模拟的输入信号调制到发射载频上产生输出信号，在输出信号中信息至少处于其瞬间频率中或者处于其相位变化中，其特征在于，从输出信号与理想信号相比的相位误差变化中直接数学确定直流电压偏差和/或校正值。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，关于时间确定相位误差((t))。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，以X-Y表示再现输出信号和理想信号，并且从由二个信号的叠加产生的图中、该图与相位误差曲线变化一致、确定直流电压偏差和/或至少一个校正值。
4.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，一个从输出信号中可以确定的参考相位用作理想信号。
5.按照权利要求1至3之一的方法，其特征在于，通过译码输出信号确定与输入信号一致的理想相位变化，其用作理想信号。
6.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，输出信号配备一个训练序列，借助于该训练序列通过译码输出信号确定参考相位。
7.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，相位误差的时间变化描绘为相位误差曲线((t))。
8.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，从相位误差的时间变化中确定至少一个频谱分量，借助于该频谱分量确定直流电压偏差和/或至少一个校正值。
9.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，借助于数学方法、特别是傅立叶分析或傅立叶变换确定至少一个频谱分量。
10.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，存在根据实数部分和虚数部分的按照数学确定的频谱分量。
11.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，调制器用作I/Q相位调制器或用作正交幅度调制器。
12.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，从频谱分量的实数和虚数部分中确定直流电压偏差或至少一个校正值。
13.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，具有单边带频率(FSSB)的单边带信号作为发送信号传递，其中在输出信号中训练序列的位置用于在发射机(调制器)和接收机(测试仪)之间的同步，该训练序列存在于TDMA发送脉冲串中。
14.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，在发射机(调制器)和接收机之间的触发信号用于确定在输出信号和理想信号之间的固定时间范围。
15.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，确定相位误差变化的频谱分量，其具有等于边带同载频的频率有间隔的频率。
16.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，对此从
I(Korr)＝a11·Re(FSSB((t)))+a12·Im(FSSB((t)))
Q(Korr)＝a21·Re(FSSB((t)))+a22·Im(FSSB((t)))
中确定I直流电压偏差和Q直流电压偏差和/或校正值，其中系数a11、a12、a21和a22形成校正系数矩阵。
17.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，在描绘相位误差((t))的时间变化中或之后去掉在中间部分的时间窗中的相位误差曲线。
18.按照权利要求16的方法，其特征在于，一部分相位误差曲线考虑用于确定至少一个校正值或直流电压偏差，该部分相位误差曲线处在中间部分的时间窗之前和/或之后。
19.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，确定时间相位误差变化((t)的多个频谱分量。
20.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，GSM测试设备用作接收机。
21.测试设备，特别是GSM测试设备，特别用于实施按照权利要求1至17中的至少一个权利要求的方法，该测试设备确定在发送信号和理想信号或参考相位之间的相位差变化，其特征在于，从相位误差((t)的变化中直接确定在调制器上的直流电压偏差和/或至少一个用于此的校正值，该调制器通过把数字或模拟的输入信号调制到发射载频上产生必需发送的输出信号，在该输出信号中信息至少处于其瞬间频率中或者处于其相位变化中。
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