DE10308279A1

DE10308279A1 - Interferenzaufhebung in einem Antennentest

Info

Publication number: DE10308279A1
Application number: DE10308279A
Authority: DE
Inventors: Xiaofen Chen; Soraya J Matos
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: DE10308279B4; CN1282878C; CN1442699A; JP2003344470A; JP3563736B2; US6542112B1

Abstract

Ein Verfahren zur Interferenzaufhebung bei Antennentestmessungen wird durch Erfassen einer Erfassung an einem Testanschluß eines Antennentestinstruments als Reaktion auf eine interne Signalquelle, Aufzeichnen der Datenerfassungszeit und Messen eines Signalvektors, der sowohl eine Reflexionssignalkomponente als auch eine Interferenzsignalkomponente aufweist, erreicht. Eine weitere Erfassung am Testanschluß ohne die interne Signalquelle wird mit begrenzten Datenpunkten erhalten, um festzustellen, ob Interferenzsignale vorliegen. Wenn signifikante Interferenzleistung vorhanden ist, wird eine vollständige Erfassung ohne die interne Signalquelle erhalten, die Datenerfassungszeit wird aufgezeichnet und ein Interferenzvektor, der nur das Interferenzsignal aufweist, wird gemessen. Dann wird die Interferenzfrequenz gemessen, eine Interferenzphasenverschiebung zwischen den zwei Datenerfassungen wird berechnet, ein Interferenzvektor für den kombinierten Reflexion/Interferenz-Vektor wird unter Verwendung des Interferenzvektors und der Phasenverschiebung vorhergesagt, und der vorhergesagte Interferenzvektor wird vom Signalvektor substrahiert, um das tatsächliche Reflexionssignal für die Antenne bei Abwesenheit von Interferenz zu erhalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Netzwerkanalysatoren und insbesondere ein Verfahren zum Aufheben von Interferenzeffekten an Meßergebnissen von Antennensystemen.

Interferenz existiert häufig in Antennensystemen. In einer typischen Kommunikationsumgebung können beispielsweise mehrere Basisstationen innerhalb eines Dienstbereichs vorhanden sein, so daß Energie von einer Basisstation von der Antenne von einer anderen aufgenommen werden kann, was verwirrende Ergebnisse verursacht, wenn Messungen an einer speziellen interessierenden Antenne durchgeführt werden.

Derzeitige Interferenzaufhebungsverfahren umfassen jenes, das im US-Patent Nr. 5 642 039 von Donald A. Bradley et al., herausgegeben am 24. Juni 1997, mit dem Titel "Handheld Vector Network Analyzer" offenbart ist. Dieses Patent offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Vektornetzwerkanalysators in Gegenwart von externen Signalen, d. h. Interferenz, mit verringertem Fehler. Ein Bezugsoszillator wird über einen schmalen Bereich von Frequenzen für jede Messung phasenmoduliert, so daß Interferenz nur über einen kleinen Frequenzbereich auftritt, was die Möglichkeit für einen Fehler wesentlich verringert. Diese Lösung basiert auf Hardware und der Interferenzaufhebungseffekt ist über Meßwerterfassungen nicht konsistent. Tatsächlich kann sie für einige Erfassungen die Interferenz gut aufheben, aber für andere bleiben große Restfehler.

Was erwünscht ist, ist ein Verfahren zur Interferenzaufhebung bei Antennentestmessungen, das nicht von der Hardware abhängt und konsistente und zuverlässige Aufhebungsergebnisse effizient und wirksam bereitstellt.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine Interferenzaufhebung bei Antennentestmessungen durch Erfassen einer Erfassung an einem Reflexionsanschluß eines Antennentestinstruments als Reaktion auf eine interne Signalquelle, Aufzeichnen der Datenerfassungszeit und Messen eines Projektionsvektors, der sowohl eine Reflexionssignalkomponente als auch eine Interferenzsignalkomponente aufweist, bereit. Eine weitere Erfassung am Reflexionsanschluß wird ohne die interne Signalquelle unter Verwendung eines begrenzten Satzes von Daten durchgeführt und ein Projektionsvektor, der nur das Interferenzsignal aufweist, wenn überhaupt, wird untersucht, um festzustellen, ob ein signifikantes Interferenzsignal vorliegt. Wenn signifikante Leistung im Nur- Interferenz-Projektionsvektor vorhanden ist, wird eine vollständige Erfassung des Nur-Interferenz-Signals durchgeführt, die Datenerfassungszeit wird aufgezeichnet, die Interferenzfrequenz wird gemessen, eine Interferenzphasenverschiebung zwischen den zwei Datenerfassungen wird berechnet, ein Interferenzvektor für den kombinierten Reflexion/Interferenz-Vektor wird unter Verwendung des Interferenzvektors und der Phasenverschiebung vorhergesagt, und der vorhergesagte Interferenzvektor wird vom kombinierten Reflexion/Interferenz- Vektor subtrahiert, um das tatsächliche Reflexionssignal für die Antenne bei Abwesenheit von Interferenz zu erhalten.

Die Aufgaben, Vorteile und weitere neue Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Ansprüchen und der angehängten Zeichnung gelesen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Blockdiagrammansicht eines Instrumententestaufbaus für Interferenzaufhebung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine vereinfachte Ablaufdiagrammansicht zur Interferenzaufhebung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Vektordiagrammansicht der gemessenen Signalvektoren, die an der erfindungsgemäßen Interferenzaufhebung beteiligt sind.

Fig. 4 ist eine Vektordiagrammansicht, die die Interferenzaufhebung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein einfaches Antennentestinstrument 10 mit einer internen Signalquelle 12 und einer Richtbrücke 14 dargestellt. Die interne Signalquelle 12 ist durch einen Schalter 16, der entweder "ein" oder "aus" sein soll, auswählbar, und wenn er "ein" ist, kann sie einen Bereich von Frequenzen in diskreten Frequenzschritten durchlaufen, wie auf dem Fachgebiet gut bekannt ist. Eine externe Interferenzquelle 18, wie z. B. eine weitere mobile Basisstation, strahlt auch Energie aus, die von einer Antenne 20 aufgenommen werden kann, die mit einem Testanschluß der Richtbrücke 14 gekoppelt ist. Diese externe Energiequelle ist die Interferenz.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine Signalvektorerfassung V_sigInt, die von der Antenne 20 reflektiert wird, am Testanschluß als Reaktion auf die Energie, die von der internen Signalquelle 12 erzeugt wird, in Schritt 22 erhalten. Das reflektierte Signal wird erfaßt, verarbeitet und in einem Steuerprozessor (nicht dargestellt) als komplexe (I, Q) Komponenten, die das Signal V_sig mit der Interferenz V_Int darstellen, gespeichert. Eine weitere Vektorerfassung wird in Schritt 24, wobei die interne Signalquelle 12 deaktiviert ist, unter Verwendung von nur ein paar Datenpunkten erhalten, um in Schritt 26 festzustellen, ob irgendwelche signifikanten Interferenzsignale in der Umgebung vorliegen. Wenn ein signifikantes Interferenzsignal vorliegt, dann wird in Schritt 28 eine vollständige Erfassung für den Interferenzsignalvektor V_Int2 allein erhalten (wobei die interne Signalquelle 12 deaktiviert ist). Dies erzeugt einen Satz von komplexen Komponenten, die den Interferenzsignalvektor darstellen. Beide Sätze von Signalerfassungen können zeitmarkiert werden. Aus den jeweiligen Vektoren und der Zeitdifferenz zwischen den Erfassungen wird in Schritt 30 eine vorhergesagte Interferenzsignalkomponente V_Int1 des Signals mit Interferenz ermittelt, wie nachstehend beschrieben, und in Schritt 32 subtrahiert, um das Signal ohne Interferenz zu erhalten.

In dem Antennentestinstrument 10 kann das empfangene Reflexionssignal am Testanschluß dargestellt werden als:

x(n) = Asin(2Bf_ifn + 2) + w(n)

wobei f_if eine normierte Zwischenfrequenz ist und w(n) eine Komponente von additivem weißen Gaußrauschen (AWGN) ist. Um die vorliegende Erfindung zu erläutern, setze man f_if = 0,25. Dann gilt

x(0) = Asin2 + w(0)
X(1) = Acos2 + w(1)
X(2) = -Asin2 + w(2)
X(3) = -Acos2 + w(3)
X(4) = Asin2 + w(4)

Ein Signalvektor V_sig kann aus der folgenden Formel ermittelt werden:

Q_sig = Asin2 = (1/(2N))E_n=0→N-1(x(4n) - x(4n + 2))
I_sig = Acos2 = (1/(2N))E_n=0→N-1(x(4n + 1) - x(4n + 3))
V_sig = I_sig + jQ_sig

Wenn eine Dauerstrich-(CW)Interferenz besteht, die im allgemeinen die signifikanteste Interferenzquelle ist, wird das empfangene Reflexionssignal zu:

x₁(n) = Asin(2Bf_ifn + 2) + Bsin(2Bf_ifn + 2B.fn + N₁) + w(n) = x(n) + v₁(n)

Die Interferenzfrequenz ist f_Int = f_if + *f. Der Signalvektor V_sigInt wird zu:

V_sigInt = V_sig + V_Int1

wobei V_Int1 die Interferenz ist, die auf den Signalraum von f_if projiziert wird, wie in Fig. 3 gezeigt.

V_Int1 = I_Int1 + jQ_Int1Q_Int1 = (1/(2N))E_n=0→N-1(v₁(4n) - v₁(4n + 2))
= (1/(2N))E_n=0→N-1(Bsin(2B*4n + N₁) + Bsin(2B*(4n + 2) + N₁))
= (1/N)E_n=0→N-1(Bsin(2B*(4n + 1) + N₁)cos(2B*)
I_Int1 = (1/(2N))E_n=0→N-1(v₁(4n + 1) - v₁(4n + 3))
= (1/(2N))E_n=0→N-1(Bcos(2B*(4n + 1) + N₁) + Bcos(2B*(4n + 3) + N₁))
= (1/N)E_n=0→N-1(Bcos(2B*(4n + 2) + N₁)cos(2B*)

Wenn die interne Signalquelle 12 vom Antennentestinstrument 10 ausgeschaltet wird, ist das empfangene Reflexionssignal nur das Interferenzsignal V_Int2:

v2(n) Bsin(2Bf_ifn + 2B*fn + N₂) + w(n)
= Bsin(2Bf_ifn + 2B*fn + N₁ + N) + w(n)

Hier gilt N = 2B(f_it + *f)(n₂ - n₁), wobei n₁ eine Zeitmarke der Datenerfassung x₁(n) ist und n₂ die Zeitmarke der Datenerfassung v₂(n) ist. Die Projektion von v₂(n) auf den Signalraum von f_it ist gegeben durch

Q_Int2 = (1/2N)E_n=0→N-1(v₂(4n) - v₂(4n + 2))
= (1/N)E_n=0→N-1(Bsin(2B*(4n + 1) + N₁ + N)cos(2B*)
= (Bcos2B*/N)E_n=0→N-1(sin(2B*(4n + 1) + N₁)cosN + cos(2B*(4n + 1) + N₁)sinN
I_Int2 = (1/2N)E_n=0→N-1(v₂(4n + 1) - v₂(4n + 3))
= (1/N)E_n=0→N-1(Bcos(2B*(4n + 2) + N₁ + N)cos(2B*)
= (Bcos2B*/N)E_n=0→N-1cos(2B*(4n + 2) + N₁)cosN - sin(2B*(4n + 2) + N₁)sinN)

Der Vektor V_Int2 = I_Int2 + jQ_Int2 ist direkt meßbar. Da

Q_Int2 = Q_Int1cosN + I_Int1sinN
I_Int2 = I_Int1cosN - Q_Int1sinN

ist die Vorhersage der Interferenzsignalkomponente des Vektors V_sigInt

Q_Int1 = Q_Int2cosN - I_Int2sinN
I_Int1 = I_Int2cosN + Q_Int2sinN
V_Int1 = (I_Int2cosN + Q_Int2sinN) + j(Q_Int2cosN - I_Int2sinN)

d. h. V_Int1 wird durch zeitliche Wiederholung von V_Int2 (Phasenverschiebung) vorhergesagt. Durch Subtrahieren von V_Int1 + I_Int1 + jQ_Int1 von V_sigInt wird eine Interferenzunterdrückung oder -aufhebung erreicht.

Es gibt viele Weisen zum Messen der Interferenzsignalfrequenz. Eine solche Weise ist von B. G. Quinn in "Estimation of Frequency, Amplitude and Phase from the DFT of a Time Series", IEEE Trans. Signal Processing, Band 45, Nr. 3, S. 814-817, März 1997, beschrieben.

- Y(f) = Y_I(f) + jY_Q(f) soll den Wert der diskreten Fouriertransformation (DFT) des Interferenzsignals v₂(n) bezeichnen
- Suchen nach einer Intervallbereichszahl der maximalen Amplitude |Y(f)| über den Suchbereich. Bezeichnen als k = bin_max
- Berechnen
ap = (Y_I(k + 1)Y_I(k) + Y_Q(k + 1)Y_Q(k))/(Y_I(k)² + Y_Q(k)²)
dp = -ap/(1 - ap)
am = (Y_I(k - 1)Y_I(k) + Y_Q(k - 1)Y_Q(k))/(Y_I(k)² + Y_Q(k)²)
dm = am/(1 - am)
d = (dp + dm)/2 + ν(dp²) - ν(dm²)
wobei
ν(x) = (In(3x² + 6x + 1))/4 - (SQRT(6)/24)In((x + 1 - SQRT(2/3))/(x + 1 + SQRT(2/3)))
- Der Endspitzenfrequenzindex ist gleich k + d.

N kann aus direktem Messen von N₁ und N₂ in x₁(n) und v₂(n) nach dem Messen der Frequenz des Interferenzsignals ohne die Notwendigkeit der Zeitmarkierung der Erfassungen abgeleitet werden. Aus der gemessenen Interferenzfrequenz, der bekannten Zwischenfrequenz f_if und den gemessenen Reflexionskoeffizienten können die Werte von N₂ und N₁ beispielsweise aus einer Abschätzung der kleinsten Quadrate ermittelt werden. Als Beispiel für das kombinierte Signal:

x₁(n) = Asin(2Bf_IFn + 2) + Bsin(2Bf_Intn + N₁) + w(n)

in Matrixform: X = DM
wobei X = [x₁(0), x₁(1), . . . x₁(N)]^T und

M = [Acos2, Asin2, BcosN₁, BsinN₁]^T

M = (D^TD)^-1D^TX

N₁ = tg^-1(M(3)/M(2))

Aus N = N₂ - N₁ kann das vorhergesagte Interferenzsignal für die Subtraktion von V_sigInt ermittelt werden, um V_sig zu erhalten, wie in Fig. 4 gezeigt.

Dieses Interferenzaufhebungsverfahren funktioniert nicht nur für CW- Interferenzsignale, sondern auch für modulierte Signale gut. Für mehrere CW- artige Interferenzsignale werden ihre Projektionsvektoren separat berechnet. Dies wird durch Bandpaßfilterung jeder Interferenzkomponente im Signal v₂(n) und Berechnen von jedem Projektionsvektor in x₁(n) unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Formeln, wie in Schritt 34 von Fig. 2 angegeben, erreicht.

Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Interferenzaufhebung beim Antennentesten durch Erfassen eines Signalvektors mit einer Zeitmarke, der sowohl ein Signal als auch eine Interferenz umfaßt, Erfassen eines Interferenzvektors mit einer Zeitmarke in Abwesenheit des Signals, Messen der Interferenzfrequenz, Berechnen einer Interferenzphasenverschiebung zwischen den zwei Erfassungen, Vorhersagen des Interferenzvektors in dem Signalvektor und Subtrahieren des vorhergesagten Interferenzvektors vom Signalvektor, um die Interferenz im Signalvektor aufzuheben oder zu unterdrücken, bereit.

Claims

1. Verfahren zur Interferenzaufhebung beim Antennentesten mit den folgenden Schritten:
Erfassen eines Signalvektors für eine Antenne unter Test, wenn sie durch eine interne Signalquelle angeregt wird, wobei der Signalvektor sowohl Signal- als auch Interferenzkomponenten umfaßt;
Erfassen eines Interferenzvektors für die Antenne unter Test, wenn die interne Signalquelle deaktiviert ist;
Vorhersagen eines vorhergesagten Interferenzvektors für den Signalvektor aus dem Signalvektor und dem Interferenzvektor; und
Subtrahieren des vorhergesagten Interferenzvektors von dem Signalvektor, um die Interferenzkomponente im Signalvektor aufzuheben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorhersageschritt die folgenden Schritte umfaßt:
Messen einer Frequenz für den Interferenzvektor;
auf der Basis einer Zeitdifferenz zwischen den Signal- und Interferenzvektor-Erfassungsschritten und der Frequenz Berechnen einer Interferenzphasenverschiebung zwischen den zwei Erfassungsschritten; und
Vorhersagen des vorhergesagten Interferenzvektors aus dem Interferenzvektor und der Interferenzphasenverschiebung.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorhersageschritt die folgenden Schritte umfaßt:
Messen einer Frequenz für den Interferenzvektor;
auf der Basis der Frequenz Berechnen einer Interferenzphasenverschiebung zwischen dem Interferenzvektor und einem Interferenzteil des Signalvektors; und
Vorhersagen des vorhergesagten Interferenzvektors aus dem Interferenzvektor und der Interferenzphasenverschiebung.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Interferenzvektor-Erfassungsschritt die folgenden Schritte umfaßt:
Erfassen eines anfänglichen Interferenzvektors für die Antenne unter Test, wenn die interne Quelle deaktiviert ist, unter Verwendung eines begrenzten Datensatzes;
Erfassen der Anwesenheit eines signifikanten Interferenzsignals aus dem anfänglichen Interferenzvektor; und
Erfassen des Interferenzvektors für die Antenne unter Test, wenn die interne Quelle deaktiviert ist, unter Verwendung eines vollständigen Datensatzes.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Vorhersageschritt die folgenden Schritte umfaßt:
Messen einer Frequenz für jedes erfaßte signifikante Interferenzsignal;
Bandpaßfiltern von jedem signifikanten Interferenzsignal;
Berechnen des Interferenzvektors für jedes Interferenzsignal; und
Vorhersagen des vorhergesagten Interferenzvektors für jeden Interferenzvektor aus dem entsprechenden Interferenzvektor und der Interferenzphasenverschiebung.