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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Signalanalyse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere eine Vorrichtung zur Signalanalyse, bei welcher eine vorher bestimmte Anzahl der oberen Amplitudenwerte eines nachrichtentechnischen Signals, insbesondere eines Funksignals, angezeigt werden kann und ein zugehöriges Verfahren.
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In der Funktechnik besteht ein zu charakterisierendes Signal häufig in einem Rauschen oder einer Interferenz, wie zum Beispiel nicht-gaussches Rauschen, welches durch Blitze oder unbeabsichtigte Emissionen elektrischer oder elektronischer Geräte produziert wird. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die durchschnittliche Rauschleistung nicht allein die Leistung von Empfängern vorhersagen kann, welche unter nicht-gausschem Rauschen arbeiten. Zur Bestimmung statistischer Eigenschaften des Signals, beispielsweise, wie häufig das Rauschen oder die Störung einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wird daher die sag. Amplitudenverteilungsfunktion (APD) verwendet. Statistiken, d. h. etwa Perzentile, Dezile und der Median können direkt von der Amplitudenverteilung abgelesen werden. Andere Statistiken, wie etwa die Durchschnittsleistung, können mit Hilfe der Amplitudenverteilung berechnet werden.
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Die Amplitudenverteilungsfunktion wird mathematisch als das wahrscheinlichkeitstheoretische Komplement der kumulativen Verteilungsfunktion der abgetasteten Amplitudenwerte gebildet und daher in der Fachsprache auch mit CCDF (Complementary Cumulative Distribution Function) bezeichnet. 1 zeigt beispielhaft eine Anzeige einer Amplitudenverteilungsfunktion oder CCDF für ein gegebenes Signal in der bislang üblichen Form.
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Zur praktischen Berechnung der Amplitudenverteilungsfunktion wird für eine bestimmte Menge von abgetasteten Amplitudenwerten des zu untersuchenden Signals ein Histogramm der abgetasteten Amplitudenwerte erstellt, welches die diskrete Verteilungsfunktion (PDF) der Amplitudenwerte approximiert. Hierzu werden Klassen gebildet, deren Anzahl erheblich geringer ist, als die Anzahl der abgetasteten Amplitudenwerte. In der Regel sind diese Klassen gleich breit, müssen es jedoch nicht sein, z. B. bei einer logarithmischen Darstellung der Amplitudenwerte. Jeder Klasse wird die Häufigkeit der Amplitudenwerte zugeordnet, welche in diese Klasse fallen, d. h. die Häufigkeit der Werte, die innerhalb der jeweiligen Klassengrenzen liegen.
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Ein Verfahren zur Darstellung der Amplitudenverzerrung eines Übertragungskanals ist z. B. aus der
EP 1 249 089 B1 bekannt.
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Die Druckschrift ”Potter C: „COM Simplifies Automated Prototype Testing for RF Designers”, 59th ARFTG Conference Digest, 7. Juni 2002, Seiten 85–91” offenbart die Ermittlung und Darstellung der komplementären kumulierten Verteilungsfunktion (englisch: Complementary Cumulative Distribution Function (CCDF)). In die Darstellung der CCDF-Funktion eines Messsignals gehen in dieser Druckschrift alle innerhalb eines Messintervalls erfassten Abtastwerte des Messsignals ein.
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Die Druckschrift ”Agilent Technologies: „Characterizing Digitally Modulated Signals with CCDF Curves”, Application Note, 2000” offenbart ebenfalls die Ermittlung und Darstellung einer CCDF-Funktion eines Messsignals. Jedoch geht auch aus dieser Druckschrift keine entscheidungsabhängige Anzeige der Abtastwerte eines Messsignals hervor. Insbesondere geht aus dieser Druckschrift nicht hervor, dass nur diejenigen abgetasteten Amplitudenwerte angezeigt werden, die jeweils größer als ein Schwellwert sind, oberhalb dessen der Erfassungspuffer eine der Größe des Anzeigepuffers entsprechende Anzahl von Abtastwerten enthält.
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Durch die Klassenbildung wird die Auflösung der abgetasteten Amplitudenwerte vergröbert. Mit anderen Worten verliert die Darstellung der Amplitudenverteilung durch die Klassenbildung an Genauigkeit. Ein derartiger Verlust ist bei der Signalanalyse nicht immer erwünscht. Im Gegenteil besteht ein Bedürfnis, die Verteilung der Amplitudenwerte mit beliebiger Genauigkeit darstellen zu können. Eine Darstellung mit größerer Genauigkeit erfordert jedoch auch stets eine größere oder feiner auflösende Darstellungsfläche, wie einen Bildschirm, und ist damit entweder teurer oder benötigt mehr Platz.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Signalanalyse bereitzustellen, welches die Darstellung zumindest eines Teilbereichs der Amplitudenverteilung mit beliebiger Auflösung ermöglicht. Der Teilbereich soll insbesondere eine bestimmte Anzahl der jeweils größten Amplitudenwerte eines bereits bestehenden Erfassungspuffers für Amplitudenwerte sein. Ein weiteres Ziel ist, bekannte Vorrichtungen zur Signalanalyse in entsprechender Weise fortzubilden.
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Diese Ziele werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalanalyse gemäß der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Ein Verfahren zur Anzeige von abgetasteten Amplitudenwerten eines Signals umfasst das Bereitstellen eines Anzeigepuffers, der die abgetasteten Amplitudenwerte beinhaltet und das Anzeigen der im Anzeigepuffer enthaltenen abgetasteten Amplitudenwerte auf einer Anzeigeeinheit. Das Bereitstellen des Anzeigepuffers kann das Auslesen eines abgetasteten Amplitudenwerts aus einem Erfassungspuffer und das Entscheiden, ob der aus dem Erfassungspuffer ausgelesene abgetastete Amplitudenwert angezeigt werden soll, umfassen, wobei der abgetastete Amplitudenwert nur angezeigt wird, wenn die Entscheidung positiv ist. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Anzeige unter Verwendung eines bereits vorhandenen Erfassungspuffers für Abtastwerte realisiert werden.
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Erfindungsgemäß werden die abgetasteten Amplitudenwerte der Größe nach geordnet angezeigt. Die punktgenaue und geordnete Anzeige der Amplitudenwerte selbst entspricht einer Darstellung zumindest eines Teils der Amplitudenverteilungsfunktion mit größtmöglicher Auflösung. Ein Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht daher ferner in einer präziseren Anzeige und damit Analysierbarkeit des zu charakterisierenden Signals.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die abgetasteten Amplitudenwerte im Anzeigepuffer der Größe nach geordnet sein. Hierdurch kann die Anzeige der Amplitudenwerte selbst stets in linearer Zeit verwirklicht werden.
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Diese und weitere Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher bei Lektüre der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung hervortreten, in welcher
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1 eine Anzeige einer Amplitudenverteilungsfunktion oder CCDF für ein gegebenes Signal zeigt;
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2 eine Anzeige der oberen Amplitudenwerte in geordneter Reihenfolge gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Anzeige der oberen Werte der Amplitudenverteilung eines Signals gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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4 den Anzeigepuffer, eine Klasseneinteilung der Amplitudenwerte des Erfassungspuffers und einen möglichen Verlauf einer Suche nach dem in dem Verfahren gemäß 4 verwendeten Schwellwert zeigt;
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5 eine schematische Darstellung der Vereinigung des bisherigen Anzeigepuffers mit einem Hilfspuffer ist, um einen neuen Anzeigepuffer zu erhalten und
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6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 zeigt eine Anzeige der oberen Amplitudenwerte in geordneter Reihenfolge gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Auf der X-Achse ist der Größenrang des Amplitudenwerts bzw. die Position des Amplitudenwerts im Anzeigepuffers aufgetragen, auf der Y-Achse die Amplitude. Von besonderer Wichtigkeit ist hierbei, dass die Striche des Diagramms keine interpolierten Größen, sondern eine wählbare Anzahl tatsächlich abgetasteter Amplitudenwerte darstellen, die der Größe nach geordnet sind.
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Die eingezeichneten Kurven sind komplementierte kumulative Rayleigh-Verteilungsfunktionen mit verschiedenen Parametern σ, mit welchen die Rangfolge der Amplitudenwerte verglichen werden kann.
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Anzeige der oberen Werte der Amplitudenverteilung eines Signals gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Im Folgenden wird angenommen, dass die Anzahl der Abtastwerte vorgegeben ist. Der Puffer zur Speicherung der oberen Werte der Amplitudenverteilung ist ein sortiertes Array, der mit dem niedrigstmöglichen Wert für den variablen Typ des Array initialisiert ist.
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In Schritt 310 wird zunächst der Erfassungspuffer für die Abtastwerte mit der vorher bestimmten Anzahl von Abtastwerten gefüllt.
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In Schritt 320 wird für den Erfassungspuffer die Amplitudenverteilungsfunktion der Abtastwerte mit einer wählbaren Klasseneinteilung berechnet sowie der maximale Abtastwert des Erfassungspuffers bestimmt.
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In Schritt 330 wird geprüft, ob der maximale Abtastwert des Erfassungspuffers kleiner als der kleinste Wert des Anzeigepuffers ist. Falls ja, beginnt das erfindungsgemäße Verfahren wieder von vorne, denn dies bedeutet, dass im Erfassungspuffer keine Werte existieren, die in den Anzeigepuffer aufgenommen werden müssen.
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Falls nein, wird in Schritt 340 ein Schwellwert bestimmt, ab welchem Abtastwerte in den Anzeigepuffer aufgenommen werden müssen. Der Schwellwert kann anhand der zuvor bestimmten Amplitudenverteilungsfunktion des Erfassungspuffers bestimmt werden. Die Bestimmung des Schwellwerts kann insbesondere mittels einer Suche nach der Klassengrenze des der Amplitudenverteilungsfunktion zugrunde liegenden Histogramms erfolgen, oberhalb welcher eine der Größe des Anzeigepuffers entsprechende Anzahl von abgetasteten Amplitudenwerten des Erfassungspuffers liegt.
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In Schritt 350 werden die abgetasteten Amplitudenwerte des Erfassungspuffers, die oberhalb des ermittelten Schwellwerts liegen, aus dem Erfassungspuffer ausgelesen und in den Anzeigepuffer derart eingefügt, dass die größenmäßige Sortierung des Anzeigepuffers erhalten bleibt. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Anzeigepuffer mittels balancierter Bäume implementiert werden.
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4 stellt genauer dar, wie die der Amplitudenverteilungsfunktion zugrunde liegende Datenstruktur (,Standard APD Buffer') zur Bestimmung des oben genannten Schwellwerts benutzt werden kann. Der Standard APD Buffer speichert Histogrammdaten eines gegebenen Erfassungspuffers. D. h. für eine bestimmte Einteilung von Klassen, die in der Abbildung in 4 eine Breite von 0,1 dBm besitzen, wird gespeichert, wie viele Werte des Erfassungspuffers zwischen den jeweiligen Klassengrenzen liegen. Beispielsweise liegen 22 abgetastete Amplitudenwerte zwischen 11.4 dBm und 11.5 dBm.
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Wenn, wie in 4 dargestellt, der Anzeigepuffer (,MPEAK') 1000 Werte fassen kann, dann kann der oben genannte Schwellwert, durch eine schrittweise Suche bestimmt werden, wie im rechten Teil der 4 gezeigt. Beginnend mit der größten Klasse werden absteigend die Häufigkeiten der einzelnen Klassen aufsummiert, bis die kumulierte Summe der Häufigkeiten größer oder gleich der Größe des Anzeigepuffers (vorliegend: 1000) ist. Zusätzlich kann bestimmt werden, ob die untere Grenze der im jeweiligen Schritt betrachteten Klasse kleiner ist als der kleinste im Anzeigepuffer enthaltene Wert ist. Letzteres ist in 4 der Fall, weshalb die Suche abbricht, bevor die kumulierten Häufigkeit größer als 1000 ist.
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5 zeigt, wie in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die durch den Schwellwert charakterisierten abgetasteten Amplitudenwerte aus dem Erfassungspuffer ausgelesen und ein neuer Anzeigepuffer bereit gestellt werden kann, der die jeweils größten abgetasteten Amplitudenwerte des Signals enthält.
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Hierzu werden die ausgelesenen Amplitudenwerte zunächst in ein Hilfspuffer (MPEAK_NEW) geschrieben. Der Hilfspuffer kann der Größe nach sortiert sein. Der Hilfspuffer wird dann mit dem alten Anzeigepuffer vereinigt, um einen neuen Anzeigepuffer zu erhalten, der die gleiche Größe wie der alten Anzeigepuffer besitzt.
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6 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 600 zur Analyse eines Funksignals gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst Mittel 610 zum Abtasten der Amplitude eines Funksignals. Die abgetasteten Werte werden in einen Erfassungspuffer 620 zur Erfassung der abgetasteten Amplitudenwerte geschrieben. Ferner umfasst die Vorrichtung 600 Mittel 630 zum Auslesen eines abgetasteten Amplitudenwerts aus dem Erfassungspuffer sowie Mittel 640 zum Entscheiden, ob der aus dem Erfassungspuffer ausgelesene abgetastete Amplitudenwert angezeigt werden soll. Des Weiteren ist ein Anzeigepuffer 650 vorgesehen, in welchen die aufgrund der Entscheidung ermittelten Amplitudenwerte geschrieben werden können. Eine Anzeigeeinheit 660 ist zum Anzeigen der im Anzeigepuffer enthaltenen abgetasteten Amplitudenwerte vorgesehen, wobei die Anzeigeeinheit 660 die im Anzeigepuffer 650 enthaltenen abgetasteten Amplitudenwerte der Größe nach geordnet anzeigt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.
