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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum automatischen grafischen Darstellen von I/Q-Werten eines Basisbandsignals mittels eines Konstellationsdiagramms.
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Ein Konstellationsdiagramm dient der grafischen Darstellung von empfangenen Symbolen eines digital modulierten Signals. Typischerweise werden dazu die in einem Empfänger ankommenden Signale anhand von Präambelinformationen des Signals ausgewertet, wobei in der Präambel des Signals die jeweilige Modulationsart, die Bittiefe pro Symbol, die Signalquelle und weitere Informationen enthalten sein können. Alternativ werden diese Informationen aus speziell reservierten Subträgern erhalten, wie beispielsweise das Transmission Parameter Signalling, kurz TPS, im digitalen Videoübertragungsstandart DVB-T. Alternativ werden die Informationen einfach per Standard fest vorgegeben, sodass ein Empfänger die empfangenen digitalen Signale nach dieser festen Vorgabe behandelt.
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Die somit erhaltenen zugeordneten Symbole aus dem empfangenen Signal repräsentieren dabei komplexe Zahlen. Ein Symbol kann somit als ein Punkt in der komplexen I/Q-Ebene - dem Konstellationsdiagramm - dargestellt werden. Der Realteil des Symbols wird als In-Phase-Komponente, kurz I, bezeichnet. Der Imaginärteil des Symbols wird als Quadratur-Phase-Komponente, kurz Q, bezeichnet.
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Aus der
DE 101 61 602 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zum grafischen Darstellen von I- und/oder Q-Komponenten von digital modellierten Hochfrequenz-Signalen bekannt. Dabei werden die zeitlich nacheinander gemessenen I- oder Q-Komponenten nebeneinander grafisch auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt.
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Aus dem Vortragsmanuskript der KWS-Electronic GmbH, Großkarolinenfeld - High frequency fest equipment: Kriebel-Tour 2010 - Fit für Digital, Fit für HDTV, Referent Hans-Peter Schenk, 2010 - Firmenschrift. URL: http//www.kriebelsat.de/pdf_neu/messtechnik%202010_kws_Schenk.pdf, geht die detaillierte Handhabung eines Signal-Analysators für den Satelliten-Empfang von digitalen Fernsehsignalen hervor.
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Aus der Firmenschrift der Agilent Technologies, Inc.: Successful Modulation Analysis in 3 Steps - 89600B Vector Signal Analysis Software, Application Note 5990-6997EN, 2010, S. 1 - 20, ist eine dreistufige Modulationsanalyse mittels einer Vektoranalyse-Software bekannt.
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Aus keiner der genannten Druckschriften ist es jedoch bekannt, dass eine nicht ausgewählte Untermenge von I/Q-Werten verschieden zu den I/Q-Werten einer ausgewählten Untermenge der I/Q-Werte dargestellt wird.
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Zur Übertragung von Informationen werden digitale Signale auf einen Hochfrequenzträger übertragen, indem der Betrag und die Phase des Trägers so variiert werden, dass der Träger bei jedem Taktübergang einen von mehreren spezifischen Konstellationspunkten in dem Konstellationsdiagramm einnimmt. Jeder Konstellationspunkt codiert ein bestimmtes Symbol, das aus einem oder mehreren Datenbits besteht. Ein Konstellationsdiagramm zeigt dabei die gültigen Konstellationen für alle zulässigen Symbole. Um das jeweilige Symbol zu erhalten, sind der genaue Betrag und die genaue Phase des empfangenen Signals für jeden Taktübergang zu bestimmen.
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Je nach verwendetem Modulationsverfahren gibt es in einem Konstellationsdiagramm eine verschiedene Anzahl von Entscheidungsfeldern. Mit Entscheidungsfeld ist eine Fläche im Konstellationsdiagramm gemeint, in der sich jeweils ein Konstellationspunkt befindet. Die Entscheidungsfelder werden oft als Gitter im Diagramm eingezeichnet, um eine visuelle Abgrenzung der einzelnen Konstellationspunkte voneinander zu erhalten.
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Eine Signalübertragung kann dabei unterschiedlichen Störungen unterliegen. Beispielhaft sei hier die Fehlervektormessung, der I/Q-Phasenfehler über die Zeit, die I/Q-Amplitudenungleichheiten, die Trägerunterdrückung, der Phasenjitter, die sinusförmige Interferenz und die Verschlechterung der Signal-Rausch-Abstände erwähnt, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
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Wenn Störungen in der Übertragungsstrecke auftreten, weichen die tatsächlichen Konstellationspunkte eines Symbols in Abhängigkeit von der Größe der Störung auf dem Signal von dem dazugehörigen idealen Konstellationspunkt des Symbols innerhalb eines Entscheidungsfelds ab. Es entsteht eine sogenannte Signalwolke um den jeweiligen idealen Konstellationspunkt. Je kleiner die Signalwolke eines Konstellationspunktes ist, desto weniger ist das empfangene Signal gestört. Je größer die Signalwolke eines Konstellationspunktes ist, desto mehr Störungen unterlag das empfangene Signal. Um bei Untersuchungen des Signalpfads diese Störungen im Übertragungspfad finden und beseitigen zu können, sind übersichtliche Konstellationsdiagramme notwendig.
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In der
DE 195 47 896 A1 wird eine Anordnung beschrieben, mit der für eine vorbestimmte Erfassungszeit ein I/Q-Wert als Bildpunkt auf einem Anzeigeelement dargestellt wird. Zu jedem I/Q-Wert wird ein Häufigkeitsauftritt ermittelt, um Fehlerberechnungen durchführen zu können.
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Problematisch bei einem derartigen Ansatz ist, dass bei höheren Modulationsordnungen sehr unübersichtliche Diagramme entstehen. Bei größeren Störungen entstehen dann Signalwolken, die in die Entscheidungsfelder anderer Konstellationspunkte hineinragen. Durch das Hineinragen werden verschiedene Konstellationspunkte miteinander vermischt, eine Fehleranalyse somit enorm erschwert, da die Zuordnung eines I/Q-Wertes zum jeweiligen Konstellationspunkt nicht mehr möglich ist.
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Problematisch ist weiterhin, dass bei heutigen Übertragungsverfahren, beispielsweise beim Digital Video Broadcast, insbesondere bei den neueren Standards DVB-C2 oder DVB-T2, die Konstellationspunkte aller Subträger mehrerer zeitlich aufeinanderfolgender Symbole, auch als Cells bezeichnet, im Konstellationsdiagramm überlagert werden. Diese verschiedenen Subträger können bei Signalen großer Bandbreite verschieden gestört sein, da der Übertragungskanal über diesen großen Frequenzbereich hinweg variiert. Darüber hinaus kann im Prinzip jedes der Symbole unterschiedlich moduliert sein, wodurch eine Unterscheidung der Symbole im Konstellationsdiagramm unmöglich wird.
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Außerdem gehören unterschiedliche Symbole typischerweise zu unterschiedlichen Datenströmen, wobei für eine Untersuchung des Signals gegebenenfalls nur ein Datenstrom interessiert ist.
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Außerdem dienen verschiedene Symbole, insbesondere OFDM-Symbole, innerhalb eines Übertragungsrahmens, auch als Frame bezeichnet, zu unterschiedlichen Zwecken. So kann ein Symbol ein Präambelrahmen, ein Datenrahmen oder ein Endrahmen sein.
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Um eine exakte Fehleranalyse zur Bestimmung des größten Störeinflusses durchführen zu können ist eine verbesserte Darstellung nötig.
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Es ist daher Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung von Konstellationsdiagrammen bereitzustellen, bei welchem die Übersichtlichkeit erhöht wird. Dabei sollte ein erhöhter Rechenaufwand vermieden und eine Fehleranalyse verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Aufgabe wird insbesondere durch ein Verfahren zum automatischen grafischen Darstellen von I/Q-Werten eines Basisbandsignals mittels eines Konstellationsdiagramms gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Auswählen einer Untermenge von I/Q-Werten aus allen I/Q-Werten des Basisbandsignals; Berechnen eines Häufigkeitsauftritts jedes I/Q-Wertes der ausgewählten Untermenge; Zuweisen einer Darstellungsinformation zu jedem I/Q-Wert der ausgewählten Untermenge entsprechend des Häufigkeitsauftritts und Darstellen aller I/Q-Werte des Basisbandsignals unter Berücksichtigen der Darstellungsinformation, wobei die nicht ausgewählte Untermenge der I/Q-Werte verschieden zu den I/Q-Werten der ausgewählten Menge der I/Q-Werte dargestellt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Auswählen einer Untergruppe von I/Q-Werten aus allen I/Q-Werten des Basisbandsignals erfolgt eine Reduzierng von N Wertegruppen auf nur noch zwei Wertegruppen, nämlich ausgewählte Untergruppe und nicht ausgewählte Untergruppe. Durch diese eindeutige Zuordnung ist eine übersichtlichere Darstellung möglich. Die erfindungsgemäße Darstellung ist somit unter allen Umständen und in allen Konfigurationen eindeutig, wenn zugelassen wird, dass die I/Q-Werte der ausgewählten Untergruppe stets die I/Q-Werte der nicht ausgewählten I/Q-Werte überdecken. Keiner der I/Q-Werte der ausgewählten Untergruppe wird bei diesem Darstellungsverfahren versteckt oder überdeckt.
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Bevorzugt wird die nicht ausgewählte Untermenge der I/Q-Werte unabhängig von deren Häufigkeitsverteilung und/oder mit einer geringeren Auflösung dargestellt. Die nichtgewählte Untergruppe ist von untergeordnetem Interesse, eine detaillierte Darstellung kann somit entfallen, wodurch der Rechenaufwand stark verringert wird. Das Verfahren hat dann den Vorteil, dass nur die ausgewählte Untermenge von I/Q-Werten hinsichtlich der Berechnung von Häufigkeitsauftritten zu berücksichtigen ist. Damit wird die Rechenintensität verringert, wobei eine Intensitätsdarstellung der ausgewählten I/Q-Werte in Abhängigkeit derer Häufigkeitsauftritte vollständig erhalten bleibt. Speziell bei der Belegung unterschiedlicher Symbole, beispielsweise von verschiedenen Modulationen oder Signalquellen, auf demselben Konstellationspunkt kann durch Vorauswahl selektiert werden, sodass anhand der Darstellungsinformation sofort erkennbar ist, welches der unterschiedlichen Symbole eine größere Störung aufweist.
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Dieses Verfahren ist insbesondere mit den bisherigen Darstellungsvarianten kompatibel. Es ist bei sämtlichen Standards einsetzbar und ist keine speziell angepasste Lösung. Dabei können sehr komplexe Übertragungsverfahren durch entsprechende Auswahl sehr gut analysiert werden, insbesondere das kodierte orthogonale Frequenzmultiplexverfahren, kurz Coded-OFDM, welches als Basis für eine Reihe von Übertragungsstandards, beispielsweise Audiostandards, z. B. DAB, Videostandards, beispielsweise DVB-T2 oder DVB-C2, den Mobilfunkstandard LTE, oder Kommunikationsstandards wie WLAN oder Bluetooth® 3.0 verwendet wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Darstellungsinformation ein Farbwert, ein Kontrastwert und/oder ein Helligkeitswert. Die einzelnen I/Q-Werte werden dabei beispielsweise je nach Häufigkeit farblich verschieden oder mit unterschiedlichen Kontrasten dargestellt. Durch diese Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass sehr übersichtliche Konstellationsdiagramme entstehen, mit denen aufgrund der visuellen Unterscheidbarkeit größtmögliche Auswertungen im Konstellationsdiagramm erzielt werden können.
Vorteilhaft ist eine mehrstufige Unterteilung anhand von Schwellwerten für den jeweiligen Häufigkeitsauftritt des I/Q-Wertes. Farbliche Abstufungen in verschiedenen Farben, beispielsweise grün für seltene Häufigkeitsauftritte, gelb für mittlere Häufigkeitsauftritte und rot für große Häufigkeitsauftritte eignen sich sehr gut, um eine hohe visuelle Unterscheidbarkeit der einzelnen I/Q-Symbole zu erwirken.
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Der Schritt des Berechnens der Häufigkeitsauftritte erfolgt bevorzugt mittels eines Zählers. Dabei wird in einem Datenspeicher erfasst, wie oft ein spezifischer I/Q-Wert - der bevorzugt einen Bildpunkt in einer Anzeige darstellt - empfangen worden ist. Der Zählerstand wird anschließend mit dem für den jeweiligen Häufigkeitsauftritt zu verwendenden Schwellwert verglichen, um bei Überschreiten eines Schwellwertes eine entsprechende Darstellungsinformation zuzuweisen.
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Die Anzahl der Schwellwerte ist dabei erfindungsgemäß einstellbar, sodass ein Benutzer festlegen kann, in welchen Häufigkeitsabstufungen der I/Q-Wert pro Konstellationspunkt dargestellt werden soll.
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Die einzelnen Schwellwerte der Häufigkeitswerte sind dabei vom Benutzer in vorteilhafter Weise einstellbar, wodurch der Benutzer die Schwellwerte an das jeweilige zu untersuchende Basisbandsignal und insbesondere deren Datenvolumen anpassen kann.
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Bevorzugt überdecken die I/Q-Werte der ausgewählten Untergruppe stets I/Q-Werte der nichtausgewählten Untergruppe. Somit ist sichergestellt, dass die ausgewählten I/Q-Werte jedenfalls dargestellt werden und nicht von einem nicht-ausgewählten I/Q-Wert verdeckt und/oder überdeckt werden.
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Bevorzugt ist die Darstellungsinformation der I/Q-Werte der nicht ausgewählten Menge aller I/Q-Werte identisch. Dies hat den Vorteil, dass alle nicht ausgewählten I/Q-Werte in identischer Weise dargestellt werden. Somit wird für den Benutzer intuitiv visualisiert, welche I/Q-Werte im Konstellationsdiagramm nicht ausgewählt worden sind.
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Der Schritt des Auswählens erfolgt in vorteilhafter Weise benutzerseitig. Dazu wird der Benutzer zu einer Benutzereingabe aufgefordert. Für das Auswählen wird insbesondere während des Demodulierens eines empfangenen Signals eine Präambelinformation ausgewertet, wodurch für das erfindungsgemäße Verfahren Informationen darüber bereitgestellt werden, welche I/Q-Werte prinzipiell im Basisbandsignal verfügbar sind. Insbesondere kann durch die Präambelinformation zwischen Pilotsymbolen, Headersymbolen und Datensymbolen ausgewählt werden. Die Präambel kann auch Informationen zu verschiedenen parallel übertragenen Datenströmen enthalten. Das Auswählen muss dabei nicht zwingend auf Basis von Präambelinformationen basieren. Werden beispielsweise reservierte Subträger zum Übertragen der Auswahlkriterien verwendet, sollte die Auswahl anhand der Subträgerinformationen, insbesondere des „Transmission Parameter Signalling“ erfolgen. Alternativ ist die Information gemäß einem Standard vordefiniert und kann zur Auswahl direkt verwendet werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Häufigkeitsauftritt für jeden ausgewählten I/Q-Wert mit dem jeweiligen I/Q-Wert selbst abgespeichert. Somit entsteht ein einheitlicher Datensatz, der sowohl den I/Q-Wert als auch die Darstellungsinformation und die Häufigkeitsauftritte repräsentiert. Dies ermöglicht ein einfaches Speichermanagement.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt der Schritt des Auswählens anhand einer zur Übertragung der I/Q-Werte verwendeten spezifischen Modulation. Dazu werden im Konstellationsdiagramm verschiedene Modulationsarten abgebildet. Die daraus resultierenden Entscheidungsfelder sind aufgrund der Vielzahl von Konstellationspunkten durch Modulationen höherer Ordnung oder Verwendung unterschiedlicher Modulationen entsprechend klein, sodass Störungen im Signalpfad und eine daraus resultierende vergrößerte Signalwolke eines Konstellationspunktes entsteht. Um die Signalwolke eines Konstellationspunktes einer Modulation von einer Signalwolke eines weiteren Konstellationspunktes unterscheiden zu können, wird erfindungsgemäß nur eine Untermenge von I/Q-Werten einer spezifischen Modulation ausgewählt, um eine eindeutige Zuordnung der I/Q-Werte durchführen zu können. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass in einem Konstellationspunkt zwei unterschiedliche Modulationsarten abgebildet sind. Um nun analysieren zu können, welche Modulationsart den größeren Störeinfluss aufweist, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine einfache Visualisierung möglich.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Auswählen anhand eines spezifischen Symbols des Basisbandsignals.
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Damit sind beispielsweise spezifische Gruppen und/oder Klassen von OFDM-Symbolen gemeint. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn mehrere spezifische Symbole den gleichen Konstellationspunkt im Konstellationsdiagramm belegen. Durch Auswählen eines spezifischen Symbols werden I/Q-Werte nur dieses Symbols dargestellt, wodurch sich die Fehleranalyse vereinfacht.
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Bevorzugt erfolgt das Auswählen anhand einer spezifischen Signalquelle des Basisbandsignals. In vorteilhafter Weise wird bei heutigen Standards eine Signalübertragung gleichzeitig für verschiedene Signalquellen verwendet. Um Aussagen über die Störung einer spezifischen Signalquelle treffen zu können, wird erfindungsgemäß eine spezifische Signalquelle im Konstellationsdiagramm ausgewählt.
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Bevorzugt erfolgt das Auswählen anhand spezifischer Subträger und/oder Abschnitte eines Signals, beispielsweise eines OFDM-Signals. Bei breitbandigen Signalen können somit frequenzabhängige Störungen des Übertragungskanals ermittelt werden.
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Bevorzugt erfolgt das Auswählen anhand spezifischer Symbole eines Übertragungsrahmens, beispielsweise nur der Präambeln, nur des Übertragungsrahmen-Headers oder nur des Übertragungsrahmenendes. Bei großen Übertragungsrahmen eines Signals können somit rahmenabhängige Störungen des Übertragungskanals ermittelt werden.
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Im Grundgedanken der Erfindung ist ebenfalls eine Vorrichtung zum grafischen Darstellen von I/Q-Werten eines Basisbandsignals enthalten. Die Vorrichtung weist eine Auswahleinheit zum Auswählen einer Untermenge von I/Q-Werten aus allen I/Q-Werten des Basisbandsignals auf.
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Weiterhin weist die Vorrichtung eine Berechnungseinheit zum Berechnen eines Häufigkeitsauftritts der ausgewählten Untermenge der I/Q-Werte auf. Weiterhin ist eine Zuweisungseinheit zum Zuweisen einer Darstellungsinformation zu jedem I/Q-Wert der ausgewählten Untermenge entsprechend des Häufigkeitsauftritts vorgesehen. Weiterhin ist ein Datenspeicher zum Ablegen aller I/Q-Werte mit der jeweils zugewiesenen Darstellungsinformation vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Anzeigeeinheit zum Darstellen aller I/Q-Werte entsprechend ihrer Darstellungsinformation, wobei alle I/Q-Werte der nicht ausgewählten Menge verschieden zu den I/Q-Werten der ausgewählten Menge dargestellt werden.
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Speziell durch das Auswählen einer Untermenge an I/Q-Werten wird der Berechnungsaufwand wesentlich minimiert und die Übersichtlichkeit bei der Darstellung verbessert.
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Bevorzugt weisen die I/Q-Werte der nicht ausgewählten Menge eine identische Darstellungsinformation auf.
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Bevorzugt weist die Darstellungsinformation einen Untermengenindikator auf. Dies ist beispielsweise eine 1 Bit-Information, die anzeigt, ob ein I/Q-Wert Teil der ausgewählten Untermenge ist oder nicht. Mit diesem geringen technischen Aufwand pro I/Q-Wert kann somit leicht zwischen einem ausgewählten und einem nicht ausgewählten I/Q-Wert unterschieden werden. Insbesondere die Berechnungseinheit und die Zuweisungseinheit können auf diese Weise einfach gesteuert werden.
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Bevorzugt ist die Darstellungsinformation eine Farbinformation des den I/Q-Wert repräsentierenden Bildpunkts der Anzeigeeinheit.
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Alternativ oder zusätzlich ist die Darstellungsinformation eine Kontrastinformation des den I/Q-Wert repräsentierenden Bildpunkts der Anzeigeeinheit.
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Insbesondere ist die Darstellungsinformation der ausgewählten Untermenge unterschiedlich zur Darstellungsinformation der nicht ausgewählten Menge an I/Q-Werten. Insbesondere sind alle I/Q-Werte der nicht ausgewählten Menge mit einer identischen Darstellungsinformation versehen.
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Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die auf einem gleichen Konstellationspunkt aufgeschalteten Symbole durch Auswahl voneinander zu trennen, um eine Aussage über die Fehleranfälligkeit dieses Konstellationspunktes in Bezug auf diesen speziellen Symbolen durchführen zu können. Das Verfahren erspart durch die Auswahl der Untermenge Berechnungszeit und erhöht die Übersichtlichkeit.
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Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung bzw. weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, es können einzelne Elemente der Figuren übertrieben groß bzw. übertrieben vereinfacht dargestellt sein. Es zeigen:
- 1 ein Verfahrensablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 ein Konstellationsdiagramm mit Konstellationspunkten verschiedener Modulationsarten,
- 3 eine Vergrößerung eines spezifischen Konstellationspunkts des in 2 dargestellten Konstellationsdiagramms
- 4 ein erfindungsgemäßes Konstellationsdiagramm mit einer ausgewählten Untermenge an I/Q-Werten,
- 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Darstellen von I/Q-Werten eines Basisbandsignals und
- 6 eine zu 5 alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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In 1 ist ein Verfahrensablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In einem Auswählschritt 1 wird eine Untermenge an I/Q-Werten eines Basisbandsignals ausgewählt. Gemäß einem Berechnungsschritt 2 erfolgt anhand der ausgewählten Untermenge dieser I/Q-Werte eine Berechnung des Häufigkeitsauftritts 10, 11, 12 des jeweiligen I/Q-Wertes. In einem Zuweisungsschritt 3 wird jedem ausgewählten I/Q-Wert auf Basis des Häufigkeitsauftritts 10, 11, 12 eine Darstellungsinformation zugewiesen. Im abschließenden Darstellungsschritt 4 wird der ausgewählte I/Q-Wert mit den Darstellungsinformationen auf einem Anzeigeelement in einem Konstellationsdiagramm 5 dargestellt.
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Durch das Berechnen des Häufigkeitsauftritts lediglich für die ausgewählte Untermenge an I/Q-Werten kann ein erheblicher Teil der Rechenleistung eingespart werden. Die Anzeige wird somit schneller erhalten und eine Echtzeitauswertung ist ermöglicht. Durch das Auswählen einer Untermenge an I/Q-Werten ist die Übersichtlichkeit im Konstellationsdiagramm 5 wesentlich erhöht und eine verbesserte Fehleranalyse bei Störungen im Übertragungspfad eines Nachrichtensignals ermöglicht.
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In 2 ist ein beispielhaftes Konstellationsdiagramm 5 dargestellt. Das Konstellationsdiagramm 5 stellt eine komplexe I/Q-Ebene dar, wobei der Realteil eines im Basisband vorhandenen komplexen Symbols auf der I-Achse und der Imaginärteil des komplexen Symbols auf der Q-Achse dargestellt ist. Die komplexen Symbole sind entsprechend ihrer Modulation in dem jeweiligen Konstellationspunkt 6 des Konstellationsdiagramms 5 eingetragen.
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Das Konstellationsdiagramm 5 gemäß 2 umfasst dabei ein Basisbandsignal mit komplexen Symbolen für drei verschiedene Modulationsarten. Dabei ist eine erste Modulation 7 beispielsweise eine 2-BPSK-Modulation. Die Konstellationspunkte dieser ersten Modulation 7 befinden sich auf der Achse des Konstellationsdiagramms 5 und werden insbesondere für das Übertragen von Pilotsymbolen verwendet, da lediglich die Phase der komplexen Symbole um +/- 180° variiert und eine hohe Erkennungswahrscheinlichkeit sowie Robustheit dieser Konstellationspunkte vorliegt.
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In dem Konstellationsdiagramm 5 gemäß 2 ist weiterhin eine 4-QPSK als zweite Modulation 8 gezeigt, wobei QPSK eine Abkürzung für Quadratur-Phasen-Shift-Keying ist. Dabei ist in jedem Quadranten des Konstellationsdiagramms 5 lediglich ein Konstellationspunkt 6 der zweiten Modulation 8 angeordnet, was ebenfalls zu einer einfachen Detektierbarkeit des Konstellationspunkts und zu einer entsprechenden Robustheit in einem störanfälligen Signalpfad führt. Die QPSK weist sich dadurch aus, dass die Amplituden der einzelnen Konstellationspunkte keine Information tragen, da alle Symbole den gleichen Abstand zum Nullpunkt aufweisen.
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Das Konstellationsdiagramm 5 weist darüber hinaus eine dritte Modulation 9 auf, beispielsweise eine 16-fache Quadraturamplitudenmodulation, kurz 16-QAM. Dabei sind in jedem Quadranten des Konstellationsdiagramms 5 vier Symbole vorgesehen, wodurch diese dritte Modulation störanfälliger ist. Bei der dritten Modulation können Entscheidungsfehler aufgrund Störungen im Signalpfad zu falschen Zuordnungen im Konstellationsdiagramm 5 führen.
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Problematisch ist bei einem derartigen Konstellationsdiagramm 5 gemäß 2, wenn die Störungen im Signalpfad des Signalpfades dazu führen, dass die Signalwolken eines Konstellationspunktes 6 in die Entscheidungsfelder eines anderen Konstellationspunktes fallen und die Signalwolken sich vermischen, beispielsweise bei einem Phasenjitter, der Verringerung des Signal-Rausch-Abstands oder anderen Störeinflüssen. Eine Trennung der einzelnen I/Q-Werte bezüglich des jeweiligen Konstellationspunkts 6 ist dann nicht mehr möglich. Eine Fehleranalyse ist dann nicht mehr möglich.
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Ebenfalls könnte eine 4-QAM als vierte Modulation im Konstellationsdiagramm 5 untergebracht sein. Die Konstellationspunkte der 4-QAM wären dann identisch zu den Konstellationspunkten der Modulation 8, nämlich der 4-QPSK. Um die einzelnen Symbole der 4-QAM von den Signalen der 4-QPSK unterscheiden zu können, ist erfindungsgemäß eine Auswahlmöglichkeit geschaffen.
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Ebenfalls könnten erste Symbole mit der 16-QAM als dritte Modulation 9 im Konstellationsdiagramm 5 neben zweiten Symbolen der 16-QAM als dritte Modulation 9 im Konstellationsdiagramm 5 untergebracht sein. Um die ersten Symbole von den zweiten Symbolen der 16-QAM unterscheiden zu können, ist erfindungsgemäß eine Auswahlmöglichkeit geschaffen.
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In 3 ist ein beispielhafter Konstellationspunkt 6 dargestellt. Hierbei wurde der Signalzustand 00 der 4-QPSK Modulation 8 gemäß 2 vergrößert dargestellt. Um eine Aussage über das Auftreten von Häufigkeiten eines I/Q-Wertes machen zu können, weist dieser Konstellationspunkt 6 drei verschiedene Häufigkeitsschwellen auf. Dabei ist mit Bezugszeichen 10 ein erster Häufigkeitsauftritt des I/Q-Wertes dargestellt. Mit Bezugszeichen 11 ist ein zweiter Häufigkeitsauftritt des I/Q-Werts dargestellt und mit Bezugszeichen 12 ein dritter Häufigkeitsauftritt eines I/Q-Werts dargestellt.
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Die einzelnen I/Q-Werte werden als Bildpunkte in einem Anzeigeelement 17 dargestellt. Eine Berechnungseinheit 15 berechnet die Häufigkeit, mit der ein I/Q-Wert auftritt. Dazu wird beispielsweise ein Zähler eingesetzt, der die Anzahl des auftretenden I/Q-Wertes ermittelt und einen Zählerwert inkrementiert, wenn der I/Q-Wert ein weiteres Mal erkannt wurde. Anhand von einstellbaren Schwellwerten wird jeder Häufigkeit eines I/Q-Wert eine Darstellungsinformation zugewiesen.
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Als besonders gute visuelle Wahrnehmung hat sich eine dreistufige Darstellungsinformation herausgestellt. Ab einem bestimmten Schwellwert wird dem I/Q-Wert eine entsprechende Darstellungsinformation zugewiesen. Dabei kann die Darstellungsinformation eine Farbinformation, ein Kontrastwert und/oder ein Helligkeitswert sein. Die Darstellungsinformation kann auch eine Texturinformation, eine Musterinformation und/oder eine Schraffurinformation sein.
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Dabei werden I/Q-Werte mit einem hohen Häufigkeitsauftritt 12 beispielsweise als rote Bildpunkte dargestellt. I/Q-Werte mit einem mittleren Häufigkeitsauftritt 11 werden beispielsweise als gelbe Bildpunkte dargestellt. I/Q-Werte mit einem niedrigen Häufigkeitsauftritt 10 werden beispielsweise als grüne Bildpunkte dargestellt. Insbesondere wird eine dreistufiges Schwellwertskale für den Häufigkeitsauftritt gewählt, um mit Hilfe einer lediglich 2 Bit großen Darstellungsinformation eine größtmögliche visuelle Aussagekraft zu erwirken.
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Dabei wird die relative Häufigkeit des jeweiligen I/Q-Werts errechnet, also die Häufigkeit des jeweiligen I/Q-Wertes bezogen auf eine Gesamtanzahl von I/Q-Werten dieses Konstellationspunktes im Konstellationsdiagramm 5.
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Erfindungsgemäß ist die Anzahl der Häufigkeitsschwellen nicht beschränkend. Beispielsweise wird nur eine Schwelle vorgesehen, um die I/Q-Werte der ausgewählten Untergruppe von den I/Q-Werten der nichtausgewählten Untergruppe zu trennen. Alternativ wird die Häufigkeit vielstufig dargestellt, beispielsweise 10- oder 15-stufig.
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Alternativ wird die Häufigkeit mittels einer kontinuierlicher Farbverlaufsskala dargestellt. Dabei könnte der Wert des Häufigkeitszählers direkt verwendet werden.
In 4 ist ein erfindungsgemäßes Konstellationsdiagramm 5 mit einer ausgewählten Untermenge 13 an I/Q-Werten dargestellt. Gemäß 4 wurde die zweite Modulation 8 als ausgewählte Untermenge 13 aller I/Q-Werte mit einer Häufigkeitsauftrittsverteilung dargestellt. Die übrigen Konstellationspunkte 6 des Konstellationsdiagramms 5 werden in einer einheitlichen Darstellung präsentiert, wobei beispielsweise ein einheitlicher Grauton oder eine einheitliche Kontrasteinstellung zu wählen ist. Somit wird dem Benutzer des Konstellationsdiagramms 5 eine einfache Möglichkeit geboten, sich ausgehend von einer Fülle von I/Q-Werten nur diejenigen I/Q-Werte farblich anzeigen zu lassen, die für eine Fehleranalyse relevant sind.
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In 4 ist mit gestrichelten Linien dargestellt, dass die ausgewählten Konstellationspunkte 6 der Untermenge 13 auch nichtausgewählte I/Q-Werte umfassen können, insbesondere bei Verwendung verschiedener Symbole auf dem gleichen Konstellationspunkt 6 und Auswahl von lediglich einem der verschiedenen Symbole. Alternativ könnte auch eine 4-QAM mit einer 4-QPSK zusammen in einem Konstellationsdiagramm 5 dargestellt sein, wobei durch geeignete Auswahl die I/Q-Werte der 4-QAM oder der 4-QPSK voneinander getrennt dargestellt werden können.
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In 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Darstellen eines auf I/Q-Werten basierenden Basisbandsignals dargestellt. Eine Demodulationseinheit 14 weist einen für I/Q-basierte Basisbandsignale typischen Quadraturmodulator auf, wobei eine Zwischenfrequenz ZF mithilfe zweier um 90° verschobener Trägerwellen multipliziert wird. Dabei wird beispielsweise eine cos(ωt)-Trägerfrequenz zur Gewinnung der IN-Phase-Komponente des I/Q-Wertes 6 verwendet. Andererseits wird beispielsweise eine -sin (ωt) Trägerfrequenz zur Gewinnung der QUADRATUR-Phase-Komponente des I/Q-Wertes 6 verwendet.
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Die daraus resultierenden Inphase- und Quadraturphase-Komponenten eines Konstellationspunktes 6 werden nun entsprechend ihrer Modulation 7, 8, 9 an eine Berechnungseinheit 15 bereitgestellt. Der Berechnungseinheit 15 wird dabei angezeigt, welche I/Q-Werte mit einem Häufigkeitsauftritt 10, 11, 12 dargestellt sein sollen. Dazu ist eine Auswahleinheit 16 vorgesehen. Die Berechnungseinheit 15 stellt einer Anzeige 17 die ausgewählten und die nicht ausgewählten I/Q-Werte bereit, wobei die ausgewählten I/Q-Werte mit einer Darstellungsinformation ungleich der Darstellungsinformation der nicht ausgewählten I/Q-Werte der Anzeige 17 dargestellt werden.
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Alternativ und in 5 nicht dargestellt, erfolgt die Auswahl anhand eines Übertragungsrahmens des Signals, sodass beispielsweise zwischen dem Präambelrahmen, dem Datenrahmen, dem Rahmenende oder dem Rahmenheader ausgewählt wird, um Aussagen über die Störanfälligkeit bei der Übertragung unterschiedlicher Rahmen treffen zu können.
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Alternativ erfolgt die Auswahl auf Basis von spezifischen Subträgern, um insbesondere die Frequenzabhängigkeit breitbandiger Signale untersuchen zu können.
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In 6 ist eine zu 5 alternative Ausgestaltung der Vorrichtung gezeigt. Beispielhaft ist hierbei nicht die Modulation 7, 8, 9 als Auswahlkriterium verwendet, sondern eine der drei verschiedenen Signalquellen. Eine Auswahleinheit 16, die beispielsweise benutzerseitig gesteuert ist, wählt im vorliegenden Beispiel gemäß 6 die Signalquelle 2 als die Signalquelle aus, deren I/Q-Werte mit einem Häufigkeitsauftritt 10, 11, 12 dargestellt werden sollen. Die gemäß Signalquelle 2 zugehörigen I/Q-Werte werden mittels einer Zuweisungseinheit 18 entsprechend ihrer Häufigkeitsauftritte 10, 11, 12 berechnet. Entsprechend der Häufigkeitsauftritte 10, 11, 12 werden in der Zuweisungseinheit 18 Darstellungsinformationen, insbesondere ein Farbton oder ein Kontrastwert, dem jeweiligen I/Q-Wert zugewiesen. Die zugewiesene Darstellungsinformation basiert dabei auf einem zuvor berechneten Häufigkeitsauftritt 10, 11, 12. Der I/Q-Wert wird mit der Darstellungsinformation in einem Datenspeicher 19 abgelegt. In dem Datenspeicher 19 ist somit der I/Q-Wert selbst mit der jeweiligen Darstellungsinformation abgelegt. Um nun ein Konstellationsdiagramm 5 darstellen zu können, werden mittels eines Multiplexers 20 die I/Q-Werte der Signalquellen 1 und 3 mit den gemäß Signalquelle 2 versehenen Darstellungsinformationen an die Anzeigeeinheit (Display) 17 weitergeleitet.
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Die Anzeigeeinheit 17 zeigt einen Bildpunkt entsprechend der I/Q-Werte, die im Speicher 19 abgelegt sind mit der dazu verknüpften Darstellungsinformation. Dabei wird für einen Bildpunkt der Anzeigeeinheit 17 eine zugehörige Adresse im Speicher 19 ausgelesen. Die Adresse im Speicher 19 umfasst dann den I/Q-Wert und die dazugehörigen Darstellungsinformation. Die Darstellung kann zeitlich begrenzt werden, wobei innerhalb einer vorbestimmte Zeitspanne ein, zur Bildpunkt-Adresse gehöriger Zählerstand inkrementiert wird, wenn über die Berechnungseinheit 15 jeweils ein weiterer I/Q-Wert für diese Adresse und damit ein jeweiliger Bildpunkt auf dem Anzeigeelement 17 ermittelt wurde. Auf diese Weise wird unter jeder Adresse des Datenspeichers 19 die Häufigkeit abgespeichert, mit der diese Adresse und die dazugehörigen Bildpunkte auftreten. Der Häufigkeit wird mittels einer Zuweisungseinheit 18 die Darstellungsinformation zugeordnet.
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Für die Übertragung der Farbverteilung werden pro Bildpunkt 3 Bit eingesetzt. Dabei ist ein erstes Bit als Untermengen-Indikator verwendet, um anzuzeigen, dass der I/Q-Wert zu einer ausgewählten Untermenge 13 gehört. Die zwei weiteren Bits beinhalten die Darstellungsinformation, insbesondere einen auf einem dreistufigen Schwellwert beruhenden Farbton. Der I/Q-Wert wird anhand von drei Farben dargestellt. Die Farben sind für den Benutzer einstellbar. Die Grundeinstellung der Farben ist so gewählt, dass seltene Werte visuell hervortreten, das heißt, dass ein starker Kontrast für diese I/Q-Werte gegeben ist.
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Die jeweiligen Konstellationspunkte 6 können auch eingefroren werden, wobei ab dem Zeitpunkt der sogenannten Freeze-Einstellung keine Aktualisierung des Konstellationsdiagramms 5 erfolgt. Im Hintergrund wird die Berechnung der I/Q-Werte trotzdem weitergeführt. Dieses Einfrieren ist über einen Bedienknopf der Vorrichtung einstellbar.
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Alternativ oder zusätzlich wird ein Halten ermöglicht, wobei damit eine unendliche Datenaufsammlung aktiviert ist.
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Da in manchen Broadcaststandards (Rundfunkstandards) sehr hohe Modulationsordnungen, mehrfach verwendete Konstellationspunkte 6 sowie verschiedene Signalquellen als Basis eines I/Q-Wertes dienen können, wird erfindungsgemäß eine Auswahl getroffen, um eine Fehleranalyse zu ermöglichen. Dies führt dazu, dass nur ausgewählte Subträger oder Symboltypen in der Farbgebung des Häufigkeitsauftritts erscheinen, während alle nicht ausgewählten I/Q-Werte ohne Intensitätsverteilung dargestellt werden.
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Vorzugsweise wird immer nur ein Symboltyp farbig dargestellt werden kann. Ein Wechsel zwischen den einzelnen Untermengen der I/Q-Werte des Basisbandsignals ist ebenfalls vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale beliebig miteinander kombiniert werden.
