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Die
Erfindung betrifft ein Messsystem für Hochfrequenz-Kommunikationssysteme.
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Bei
der Entwicklung und der Produktion von Geräten für Hochfrequenz-Kommunikationssysteme, wie
beispielsweise dem digitalen Mobilfunk oder WLAN (Wireless Local
Area Network), ist es erforderlich, die entsprechenden Geräte oder
Baugruppen hinsichtlich ihres Verhaltens bei der Daten- oder Nachrichtenübertragung
zu überprüfen. Hierzu
werden gewöhnlich
Messgeräte
verwendet, die mittels eines Kabels unmittelbar mit dem Antennenanschluss
des Prüflings
(DUT, Device Under Test) verbunden werden. Falls der Prüfling nur über eine
fest eingebaute interne Antenne verfügt, wird zwischen dem Prüfling und
dem Kabelende ein Antennenkoppler eingefügt, der durch elektromagnetische
Kopplung die Verbindung zur Antenne des Prüflings herstellt.
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Über das
Kabel werden dabei die zu sendenden bzw. die zu empfangenden Hochfrequenzsignale geleitet.
Zum Überprüfen beispielsweise
eines Mobilfunkgeräts
werden von dem Messgerät
Bitsequenzen erzeugt, und nach entsprechender Modulation an das
zu testende Mobilfunkgerät
gesendet, wobei zum Einhalten bestimmter Prüfbedingungen die entsprechende
Sendeeinheit des Messgeräts
verschiedene Parameter, z. B. den Pegel oder die Frequenz, des Sendesignals
einstellt. Ein solches Messgerät emuliert
dabei z. B. eine Basisstation eines realen Mobilfunknetzes, so dass
das Messgerät
neben den eigentlichen, zum Durchführen eines Prüfablaufs
erforderlichen Komponenten als integrale Bestandteile auch Hochfrequenz-Sende-
bzw. Empfangseinrichtungen umfasst.
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An
einem Prüfplatz,
der zum Testen der Geräte
eines Hochfrequenz-Kommunikationssystems verwendet wird, wird das
Messgerät
gewöhnlich
in ein Rack eingebaut, welches üblicherweise
weitere Messgeräte
zur Durchführung
anderer Messaufgaben enthält.
Die von dem Gerät
empfangenen Hochfrequenzsignale werden, ebenso wie die von dem Geräte erzeugten
und gesendeten Hochfrequenzsignale, von bzw. zu dem Prüfling über eine
Kabelverbindung übertragen.
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Die Übertragung
der Hochfrequenzsignale über
Kabel hat prinzipbedingt wesentliche Nachteile. Die Dämpfung des
Kabels ist von der Länge
des Kabels selbst, der Signalfrequenz und dem Kabeltyp abhängig und
beeinflusst sowohl die Genauigkeit mit der Signale dem Prüfling zugeführt werden
als auch die Genauigkeit mit der Aussendungen des Prüflings gemessen
werden können.
Komplexe rechnerische Korrekturverfahren können diese Effekte bei der
Ermittlung der wahren Messwerte zwar reduzieren, aber nicht grundsätzlich vermeiden.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Hochfrequenzeigenschaften eines
Kabels sich mit der Zeit z. B. durch mechanische Beanspruchung ändern können. Die
Dämpfung des
Kabels führt
einerseits dazu, dass das Messgerät einen höheren Pegel generieren muss
als am Prüfling
direkt benötigt
wird, was besonders bei hohen Frequenzen die Messgeräte verteuert.
Schwache, vom Prüfling
ausgesendete Signale können
wegen der Kabeldämpfung
unter die Nachweisgrenze des Messgeräts fallen, so dass unter Umständen teurere, empfindliche
Messgeräte
verwendet werden müssen.
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Mit
zunehmender Länge
der Kabel verstärken
sich nicht nur die vorgenannten Effekte, sondern es steigt auch
das Risiko, dass störende
Signale (z. B. durch Basisstationen, die in der Umgebung des Gebäudes stehen,
in dem sich der Prüfplatz
befindet) durch die endliche Abschirmung des Kabels dringen und
so die Messung verfälschen
können.
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Weiterhin
verschlechtern Kabel in der Regel das Stehwellenverhältnis (VSWR,
Voltage Standing Wave Ratio) von Messgeräten und führen so zusätzlich zu erhöhten Mess- und Stimulusunsicherheiten.
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Zusammenfassend
muss fest gehalten werden, dass die Länge der Kabel zwischen Prüfling und Messgerät aus diesen
Gründen
so kurz wie möglich sein
sollte. Dies steht allerdings im Widerspruch zu der bei Prüfplätzen üblichen
Praxis, die aus Platzgründen
z. B. für
Förderbänder, Handlingsysteme, pneumatisch
gesteuerte Prüfadapter
und Platzbedarf der Messgeräte
selbst eine räumliche
Trennung von Prüfling
und Messgerät
fordert.
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Aufgrund
der sich schnell verändernden Technologie
sollen die Messgeräte
immer universeller und zukunftssicherer werden. Die Geräte müssen um
Funktionen erweiterbar sein, die derzeit noch nicht benötigt werden
oder die beim Erwerb des Geräts
unter Umständen
sogar noch nicht einmal bekannt waren. Beispiele für solche
Erweiterungen können
z. B. Abdeckungen weiterer Frequenz- und Pegelbereiche, neue Mobilfunkstandards,
Anzahl der unabhängig
einsetzbaren Sende- und Empfangsmodule sein, um z. B. mehr als einen
Prüfling
gleichzeitig messen zu können.
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Manchmal
ist es auch sinnvoll aus existierenden Messgerätkonzepten, Geräte mit einem
für Spezialaufgaben
reduzierten Leistungsumfang bei geringeren Kosten abzuleiten. Lösungsmöglichkeiten
dafür liegen
in der Modularität
der Messgeräte,
wie sie z. B. in der
DE
198 57 834 A1 gezeigt wird. Einschubkonzepte haben jedoch
Grenzen, die durch das fest vorgegebene Platzangebot, die im Gerät abführbare Wärme, die
den maximal zulässigen
Leistungsverbrauch der Module bestimmt, sowie die Leistungsfähigkeit
des in aller Regel fest installierten Netzteils festgelegt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zu schaffen,
bei dem die Verschlechterung der Hochfrequenzsignale auf dem Übertragungsweg
zwischen dem Prüfling
und einer Hochfrequenzeinheit reduziert ist und das eine vereinfachte
Kalibrierung ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Messsystem mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Messsystem ist
mit einer Messgeräteinheit
zumindest ein räumlich getrennt
plazierbares Hochfrequenzmodul verbindbar, wobei als Schnittstelle
zwischen dem Hochfrequenzmodul und der Messgeräteinheit eine digitale Schnittstelle
vorgesehen ist. Damit kann das Hochfrequenzmodul, welches nicht
in die in dem Rack eingebaute Messgeräteinheit integriert ist, nahe
an den Prüfling
gebracht werden, wodurch die erforderlichen Übertragungswege für das Hochfrequenzsignal
deutlich reduziert sind. Eine Verschlechterung der Qualität des Hochfrequenzsignals
wird damit vermieden. Zwischen der Messgeräteinheit und dem zumindest einen
Hochfrequenzmodul werden dagegen Daten lediglich digital übertragen,
so dass die Übertragungsstrecke
hier keinen negativen Einfluss auf die Signalqualität hat.
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Da
die Übertragung
der Informationen zwischen der Messgeräteinheit und dem jeweiligen Hochfrequenzmodul
digital erfolgt, kann zudem jedes Hochfrequenzmodul unabhängig von
der Messgeräteinheit,
an die es angeschlossen wird, kalibriert werden. Damit kann beispielsweise
bei einer erforderlichen Neukalibrierung eines Hochfrequenzmoduls
die Messgeräteinheit
in dem Rack eingebaut bleiben und die übrigen Module können weiterhin
genutzt werden, während
lediglich das betroffene Hochfrequenzmodul von der Messgeräteinheit
getrennt wird und z. B. zur Kalibrierung an den Hersteller oder einen
Servicestützpunkt
geschickt wird. In dieser Zeit kann ein anderes, bereits kalibriertes
Hochfrequenzmodul ersatzweise mit der Messgeräteinheit verbunden werden,
wodurch sich ein erheblich reduzierter logistischer Aufwand und
eine starke Reduzierung der Ausfallzeiten ergibt. Zudem ist ein
schneller und einfacher Wechsel der Module möglich, ohne ein gegen Hochfrequenzeinstrahlung
abgeschirmtes Gehäuse öffnen und
anschließend
wieder dicht verschließen
zu müssen.
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Die
in den Unteransprüchen
aufgeführten Maßnahmen
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messsystems.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, an der Messgeräteinheit mehrere Anschlüsse für die zumindest eine
digitale Schnittstelle vorzusehen, so dass gleichzeitig mehrere
Hochfrequenzmodule an die Messgeräteinheit angeschlossen werden
können. Daraus
ergibt sich entweder die Möglichkeit,
mehrere Hochfrequenzmodule mit einem exakt definierten begrenzten
Funktionsumfang zu verwenden, beispielsweise ein Hochfrequenzmodul
als Sendeeinheit und ein zweites Hochfrequenzmodul als Empfangseinheit,
oder aber für
unterschiedliche Messaufgaben jeweils ein Hochfrequenzmodul vorzusehen,
welches nicht erst im Bedarfsfall mit der Messgeräteinheit
verbunden wird. Durch die Möglichkeit
mehrere Hochfrequenzmodule mit der Messgeräteinheit zu verbinden, lassen
sich die einzelnen Hochfrequenzmodule in ihrer Baugröße reduzieren,
so dass wiederum die Handhabung der Hochfrequenzmodule vereinfacht wird,
was sich wiederum vorteilhaft in einer nahen Anordnung zu dem Prüfling auswirkt.
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Gemäß einem
weiteren Unteranspruch kann ein Hochfrequenzmodul mit einer separaten
Stromversorgung ausgerüstet
sein, so dass auch Hochfrequenzmodule verwendet werden können, welche
einen hohen DC-Leistungsbedarf aufweisen, beispielsweise Hochfrequenzmodule
mit einer erheblichen Sendeleistung. Die separate Stromversorgung,
die entweder in dem Gehäuse
des Hochfrequenzmoduls integriert ist oder extern angeordnet ist,
erübrigt
eine Zuführung
der DC-Leistung über die
Messgeräteinheit
und die Verbindungsleitung.
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Eine
optimale Anpassung an die jeweilige Messaufgabe ist überdies
möglich,
indem an der Messgeräteinheit
mehrere digitale Schnittstellen vorgesehen sind, die z.B. sowohl
als serielle als auch parallele Schnittstellen ausgebildet sind,
wobei die Schnittstellen zudem entweder als optische oder als elektrische
Schnittstellen ausgebildet sein können. Die Schnittstelle kann
dabei insbesondere an die jeweilige Messaufgabe angepasst werden,
für die
ein bestimmtes Hochfrequenzmodul verwendet wird. Ergeben sich für eine andere
Messaufgabe durch einen anderen Schnittstellentyp, z.B. optisch
statt elektrisch, verbesserte Voraussetzungen für eine Messung, so kann an
die entsprechende Schnittstelle ein anderes Hochfrequenzmodul angeschlossen
werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Messsystems
wird anhand der Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Messsystems;
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2 ein stark vereinfachtes
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Messsystems;
und
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3 eine weitere schematische
Darstellung mit bevorzugten Ausgestaltungen der digitalen Schnittstelle
und der damit verbundenen Hochfrequenzmodule.
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Das
in 1 dargestellte erfindungsgemäße Messsystem 1 umfasst
eine Messgeräteinheit 2,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
mit lediglich einem Hochfrequenzmodul 3 verbunden ist.
Das Hochfrequenzmodul 3 ist mit der Messgeräteinheit 2 über ein
Verbindungskabel 4 verbunden, wobei das Hochfrequenzmodul 3 mittels
des Verbindungskabels 4 an eine erste Buchse 5.1 angeschlossen
ist. An der Messgeräteinheit 2 sind
eine zweite Buchse 5.2 und eine dritte Buchse 5.3 vorhanden,
welche z. B. in ihrem Aufbau identisch mit der ersten Buchse 5.1 sind.
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Die
Messgeräteinheit 2 weist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
drei weitere Anschlussmöglichkeiten 6.1, 6.2 und 6.3 für Hochfrequenzmodule auf, über die
beispielsweise eine alternative Anschlussmöglichkeit zu den drei Buchsen 5.1, 5.2 und 5.3 vorgesehen
sein kann. So können
beispielsweise die drei Buchsen 5.1, 5.2 und 5.3 einen
Anschluss für eine
serielle, optische Schnittstelle bilden, während über die drei Anschlussmöglichkeiten 6.1 bis 6.3 eine parallele,
elektrische Schnittstelle realisiert ist.
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Die
Messgeräteinheit 2 weist
eine Darstellungseinrichtung 7, z.B. ein Display, auf,
die auf der Frontseite der Messgeräteinheit 2 angeordnet
ist. Ebenfalls an der Frontseite der Messgeräteinheit 2 sind eine
Reihe von Bedientasten 8 vorhanden, über die Parameter und Funktionen
zur Durchführung
einer Messaufgabe eingegeben werden. Hierzu sind weiterhin ein Drehknopf 9 sowie
Pfeiltasten 10 vorgesehen, so dass beispielsweise in einfacher
Weise durch Drehen des Drehknopfs 9 ein Frequenzbereich für ein Sendesignal
durchgestimmt werden kann oder verschiedene auf der Darstellungseinrichtung 7 angezeigte
Menüpunkte
durch die Pfeiltasten 10 ausgewählt werden können.
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Die über die
Bedientasten 8 und den Drehknopf 9 bzw. die Pfeiltasten 10 definierte
Messaufgabe wird so weit in der Messgeräteinheit 2 abgearbeitet,
dass an das Hochfrequenzmodul 3 z.B. über die serielle digitale Schnittstelle
lediglich eine Bitsequenz übertragen
wird, die Informationen z.B. über
den Pegel eines zu sendenden Hochfrequenzsignals sowie die in dem
Signal zu übertragenden
Daten enthält.
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Sämtliche
Eingaben erfolgen, wie ein Bediener dies durch bekannte Messgeräte gewohnt
ist, an der Frontseite der Messgeräteinheit 2, die z.B.
in ein Rack 11 eingebaut und dort zugänglich ist. In dem in der 1 dargestellten Rack 11 sind
zwei weitere Messgeräte 12 und 13 oberhalb
bzw. unterhalb der Messgeräteinheit 2 in
dem Rack 11 angeordnet. Wie es bereits beschrieben wurde,
beschränkt
sich die Bedienung des erfindungsgemäßen Messsystems in bekannter
Weise auf eine Bedienfront der Messgeräteinheit 2. Abhängig von
der Eingabe eines Bedieners überträgt die Messgeräteinheit 2 Daten
in digitaler Form an das Hochfrequenzmodul 3, wobei die
Erzeugung bzw. das Empfangen und Verarbeiten eines Hochfrequenzsignals
innerhalb dieses Hochfrequenzmoduls 3 erfolgt. Die Bearbeitung
von Hochfrequenzsignalen findet damit außerhalb der Messgeräteinheit 2 statt.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist als Prüfling
ein Mobilfunkgerät 19 vorgesehen,
so dass das dargestellte Messsystem 1 beispielsweise ein Systemtester
oder Protokolltester zur Überprüfung von
Mobilfunkgeräten 19 sein
kann. An dem Hochfrequenzmodul 3 sind hierzu eine erste
Anschlussmöglichkeit 16 und
eine zweite Anschlussmöglichkeit 17 vorgesehen,
wobei über
diese erste Anschlussmöglichkeit 16 bzw.
zweite Anschlussmöglichkeit 17 im Gegensatz
zu den drei Buchsen 5.1 bis 5.3 bzw. Anschlussmöglichkeiten 6.1 bis 6.3 das
Hochfrequenzsignal übertragen
wird.
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Die
erste Anschlussmöglichkeit 16 bzw.
die zweite Anschlussmöglichkeit 17 sind
dabei entweder zum Anschließen
einer Antenne oder vorzugsweise zum direkten Verbinden mit dem Prüfling, im
dargestellten Ausführungsbeispiel
also dem Mobilfunkgerät 19, über einen
entsprechenden, nicht dargestellten Leiter vorgesehen.
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Befinden
sich in dem Hochfrequenzmodul 3 Komponenten, welche einen
erheblichen Leistungsbedarf haben, beispielsweise ein Verstärker, so
kann der Leistungsbedarf des Hochfrequenzmoduls 3 über eine
separate, also von der Stromversorgung der Messgeräteinheit 2 unabhängige Stromversorgung 14 gedeckt
werden. Die separate Stromversorgung 14 ist im dargestellten
Ausführungsbeispiel über ein Stromkabel 15 mit
dem Hochfrequenzmodul 3 verbunden und ihrerseits über ein
lediglich angedeutetes Netzkabel mit dem Stromnetz verbunden. Eine solche
separate Stromversorgung 14 kann auch in das Hochfrequenzmodul 3 integriert
sein, so dass dann lediglich ein zusätzliches Netzkabel mit dem Stromnetz
zu verbinden ist.
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Andererseits
ist es auch möglich,
eine separate Stromversorgung 14, die, wie dies in der 1 dargestellt ist, in einem
eigenen Gehäuse
angeordnet ist, für
mehrere Hochfrequenzmodule zu verwenden. Damit wird nicht nur verhindert,
dass die Nähe zwischen
dem Netzteil der separaten Stromversorgung und den Hochfrequenz-Bauteilen der Hochfrequenzmodule
sich negativ auswirkt, sondern auch zusätzliches Potenzial zur Einsparung
von Kosten genutzt.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil ergibt sich aus der Verwendung eines Hochfrequenzmoduls,
welches mit der Messgeräteinheit 2 über eine
digitale Schnittstelle kommuniziert, dadurch, dass eine konkret
auf das jeweilige Hochfrequenzmodul 3 abgestimmte Kühlung eingesetzt
werden kann, wie dies in der 1 bei
dem Hochfrequenzmodul 3 durch die Lüftungsschlitze 18 angedeutet
ist. Die Kühlung
eines Messgeräts
mit darin integrierten Hochfrequenzkomponenten kann dagegen lediglich
einen Kompromiss für
alle beteiligten Bauteile darstellen, wobei die räumliche
Nähe der
wärmeerzeugenden
Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse die Kühlung erschwert.
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In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Messsystem
dargestellt, an das zwei Hochfrequenzmodule angeschlossen sind.
Die Messgeräteinheit 2 umfasst
einen Eingabeblock 20, der stellvertretend für alle an
der Bedienfront der Messgeräteinheit 2 angeordneten
Eingabemittel, wie beispielsweise die Bedientasten 8, den Drehknopf 9 und
die Pfeiltasten 10, steht. Die über den Eingabeblock 20 von
einem Bediener eingegebenen Parameter und aufgerufenen Funktionen
werden an eine Rechen- und Auswerteeinheit 21 übermittelt.
Die Rechen- und Auswerteeinheit 21 ermittelt in Abhängigkeit
von den Eingaben des Bedieners in dem Eingabeblock 20,
welche Bitsequenz beispielsweise an ein zu testendes Mobilfunkgerät gesendet werden
muss. Neben den eigentlich zu übertragenden
Daten, die an das Hochfrequenzmodul 3 von dem Mobilfunkgerät 19 übermittelt
werden, werden dabei auch Steuersignale von der zentralen Rechen- und
Auswerteeinheit 21 ebenfalls in der Bitsequenz generiert
und an das Hochfrequenzmodul zu dessen Steuerung übermittelt.
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In
dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
wird über
die digitale Schnittstelle bereits ein Bitstrom übertragen, der durch das Hochfrequenzmodul 24 nur
doch moduliert und dann gesendet wird. Die erforderliche Bearbeitung
der Signale aus den Eingangsdaten erfolgt dabei noch in der Messgeräteinheit
durch die Zuordnung (Mapping) der Symbole zu Zuständen im
Zustandsdiagramm der I-Q- (Inphase-Quadraturphase) Ebene.
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Neben
der Erzeugung von digitalen Daten, die über die digitale Schnittstelle
an die Hochfrequenzmodule übertragen
werden, kann die Rechen- und Auswerteeinheit 21 auch Bitsequenzen
von einem oder mehreren Hochfrequenzmodulen 3 erhalten
und einer Auswertung unterziehen. Beispielsweise kann von einem
Hochfrequenzmodul 3 mit einer Empfangseinheit ein von einem
zu testenden Mobilfunkgerät 19 gesendetes
Nachrichtensignal durch das Hochfrequenzmodul 3 empfangen
und demoduliert werden und die Nutzdaten, die in dem Signal enthalten
sind, über
die digitale Schnittstelle an die Rechen- und Auswerteeinheit 21 übermittelt
werden. Aus diesen Daten wird dann ohne dass die Messgeräteinheit 2 ein
Hochfrequenzsignal verarbeiten muss, in der Rechen- und Auswerteeinheit 21 z.
B. eine Bitfehlerrate oder Blockfehlerrate ermittelt.
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Zur
Darstellung der Messergebnisse und zur Überprüfung von über den Eingabeblock 20 eingegebenen
Parametern und Funktionen ist die Rechen- und Auswerteeinheit 21 mit
der Darstellungseinrichtung 7 verbunden.
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Zum Übermitteln
der digitalen Daten an ein Hochfrequenzmodul 3 bzw. zum
Empfangen eines Bitstroms von einem Hochfrequenzmodul 3 ist
in der Messgeräteinheit 2 eine
digitale Schnittstelleneinheit 23 vorgesehen. In dem Darstellungsbeispiel
der 2 ist ein erstes
Hochfrequenzmodul 24 und ein zweites Hochfrequenzmodul 25 dargestellt.
Das erste Hochfrequenzmodul 24 und das zweite Hochfrequenzmodul 25 umfassen
jeweils eine Schnittstelleneinheit 26 bzw. 27,
die mit der digitalen Schnittstelleneinheit 23 der Messgeräteinheit 2 verbindbar
ist und damit die digitale Schnittstelle des Messsystems bilden.
Wie es bereits bei den Ausführungen
zu 1 beschrieben wurde,
kann die digitale Schnittstelle sowohl optisch als auch elektrisch
ausgebildet sein. Dementsprechend ist zur Verbindung der Schnittstelleneinheit 26 des
Hochfrequenzmoduls 24 mit der digitalen Schnittstelleneinheit 23 der
Messgeräteinheit 2 bzw.
der Schnittstelleneinheit 27 des Hochfrequenzmoduls 25 eine
entsprechende elektrische oder optische Verbindungsleitung erforderlich.
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Das
erste Hochfrequenzmodul 24 weist eine Sendeeinrichtung 28 und
das zweite Hochfrequenzmodul 25 eine Empfangseinrichtung 29 auf.
Ein von der Sendeeinrichtung 28 des ersten Hochfrequenzmoduls 24 an
einen Prüfling
gesendetes Hochfrequenz-Sendesignal 30 ist in der 2 angedeutet. Ebenso ist
ein bei der Empfangseinrichtung 29 des zweiten Hochfrequenzmoduls 25 ankommendes Hochfrequenzsignal 31 angedeutet.
Das ankommende Hochfrequenzsignal 31 wird mit einem von
einem lokalen Oszillator 32 erzeugten Signal in einem ersten
Mischer 33 gemischt und damit auf eine Zwischenfrequenzebene
gebracht. Dieses Zwischenfrequenzsignal wird in einen Inphase-Zweig
und einen Quadraturphase-Zweig aufgeteilt und in dem Inphase-Zweig mit einem von
einem zweiten lokalen Oszillator 34 erzeugten Signal in
einem zweiten Mischer 36I in das
Basisband gemischt.
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Ein
Phasenschieber 35 ändert
die Phase des Signals des lokalen Oszillators 34 bevor
das Zwischenfrequenzsignal in dem zweiten Mischer 36Q in dem Quadraturphase-Zweig in das
Basisband gemischt wird. Die Basisbandsignale durchlaufen jeweils
einen Tiefpaßfilter 37I , 37Q und
werden im Anschluss daran durch Analog-Digital-Wandler 38I , 38Q digitalisiert.
Im einfachsten Fall, bei der die digitale Schnittstelle auf der
Ebene des Basisbandsignals liegt, werden die nun in digitaler Form
vorliegenden Daten über
die Schnittstelleneinheit 27 des zweiten Hochfrequenzmoduls 25 und
die digitale Schnittstelleneinheit 23 an die Rechen- und
Auswerteeinheit 21 der Messgeräteinheit 2 übertragen.
Dort erfolgt die weitere Bearbeitung der Daten.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist in dem zweiten Hochfrequenzmodul 25 lediglich ein vereinfacht
dargestellter Demodulator enthalten, mit dem die von dem Prüfling gesendeten
Nachrichtensignale demoduliert werden und die digitalen Nutzdaten
an die Messgeräteinheit 2 übermittelt
werden. Für andere
Messaufgaben sind jedoch an die jeweilige Aufgabe angepasste Hochfrequenzmodule
vorzusehen, so dass beispielsweise in einem Hochfrequenzmodul eine
Leistungsmessung des empfangenen Hochfrequenzsignals durchgeführt wird
und die ermittelte Leistung als digitaler Wert über die digitale Schnittstelle
an die Messgeräteinheit 2 übertragen wird.
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Neben
der Demodulation des ankommenden Hochfrequenzsignals 31 und
der Übermittlung
des daraus gewonnenen Bitstroms an die Messgeräteinheit 2 werden
auch, wie es durch den in beide Richtungen verlaufenden Pfeil 45 angedeutet
ist, in umgekehrter Richtung, also von der Messgeräteinheit 2 in Richtung
des zweiten Hochfrequenzmoduls 25 digital Daten übertragen.
Die digitale Schnittstelleneinheit 23 und die korrespondierende
Schnittstelleneinheit 27 des zweiten Hochfrequenzmoduls 25 bilden
eine bidirektionale digitale Schnittstelle.
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Eine
solche bidirektionale Funktion der Schnittstelle ist z.B. erforderlich,
um eine Frequenzsteuerung 46 des zweiten Hochfrequenzmoduls 25 bedienen
zu können,
die ihrerseits die Frequenz des zu empfangenden Hochfrequenzsignals
in der Empfangseinrichtung 29 festgelegt. Zudem können über eine
zweite Steuerung 47 weitere relevante Parameter beim Empfangen
von Hochfrequenzsignalen, z.B. die Empfindlichkeit entsprechend
den Vorgaben eines Bedieners oder des Messprogramms eingestellt werden,
wie es mit dem variablen Dämpfungsglied 54 in 2 angedeutet ist, welches
mit der zweiten Steuerung 47 verbunden ist. Neben der Übermittlung von
Daten von dem zweiten Hochfrequenzmodul 25 an die Messgeräteinheit 2 ist
daher über
die digitale Schnittstelle auch in umgekehrter Richtung eine Übertragung
von Daten möglich.
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Die
Sendeeinrichtung 28 des ersten Hochfrequenzmoduls 24 ist
im wesentlichen analog zu der Empfangseinrichtung 29 des
zweiten Hochfrequenzmoduls 25 aufgebaut. Um Wiederholungen
zu vermeiden sind die entsprechenden Bauteile der Sendeeinrichtung 28 mit
dem gleichen, jedoch apostrophierten Bezugszeichen versehen, wie
die Bauteile der Empfangseinrichtung 29. Die Sendeeinrichtung 28 weist
zusätzlich
einen Verstärker 39 auf,
mit dem das erzeugte Hochfrequenzsignal mit einer durch den Bediener
oder das Messprogramm einstellbaren Leistung abgegeben werden kann.
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Zur
Einstellung einer bestimmten Frequenz ist wiederum eine Frequenzsteuerung 48 vorgesehen,
die ebenfalls mittels eines über
die digitale Schnittstelle übermittelten
digitalen Steuerbefehls angesteuert wird und auf den lokalen Oszillator 32' wirkt. Zusätzlich ist
zum Einstellen einer bestimmten Sendeleistung eine Pegelsteuerung 49 vorgesehen, die
eingangsseitig ebenfalls mit einem digitalen Steuerbefehl angesteuert
wird und die auf die Verstärkung des
Verstärker 39 der
Sendeeinrichtung 28 wirkt.
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Um
eine Energieversorgung unabhängig
von der Verbindung zwischen der Schnittstelleneinheit 26 des
ersten Hochfrequenzmoduls 24 und der digitalen Schnittstelleneinheit 23 der
Messgeräteinheit 2 zu
ermöglichen,
ist in dem ersten Hochfrequenzmodul 24 eine Stromversorgung 40 vorgesehen,
welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der 2 in das erste Hochfrequenzmodul 24 integriert
ist. Module mit geringerem Energiebedarf können dagegen, wie es z.B. für das zweite
Hochfrequenzmodul 25 dargestellt ist, ohne eigene Stromversorgung
direkt über
die Messgeräteinheit 2 versorgt
werden.
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Zwischen
der Rechen- und Auswerteeinheit 21 und der digitalen Schnittstelleneinheit 23 der Messgeräteinheit 2 werden
die digitalen Daten z. B. über
ein Bussystem 50 ausgetauscht. In dem dargestellten Beispiel
wird durch das Messsystem mit der Messgeräteinheit 2, dem ersten
Hochfrequenzmodul 24 und dem zweiten Hochfrequenzmodul 25 eine
Basisstation zum Testen von Mobilfunkgeräten emuliert.
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Die
am Beispiel eines Systemtesters für Mobilfunkgeräte durchgeführten Erläuterungen
sind nicht beschränkend
für die
Anwendungen des erfindungsgemäßen Messsystems.
Das erfindungsgemäße Messsystem,
welches die ortsnahe Anordnung von Hochfrequenzmodulen an einem
Prüfling
und damit eine deutliche Reduzierung der Verluste auf dem Übertragungsweg
der Hochfrequenzsignale erlaubt, wobei die Hochfrequenzmodule über eine
digitale Schnittstelle mit einer Messgeräteinheit 2 verbunden
sind, ist ebenso für
andere Hochfrequenz-Kommunikationssysteme, wie beispielsweise WLAN
einsetzbar.
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Die
Steuerung eines Messeablaufs wird vollständig von der Messgeräteinheit 2 durchgeführt. Über die
digitale Schnittstelle werden in digitaler Form lediglich Informationen übertragen,
die dann z.B. von dem entsprechenden Hochfrequenzmodul in ein Hochfrequenzsignal
umgesetzt werden. In umgekehrter Richtung, in der von dem Hochfrequenzmodul
an die Messgeräteinheit 2 digitale
Informationen übermittelt
werden, wird ebenso ein ankommendes Hochfrequenzsignal in dem Hochfrequenzmodul
verarbeitet und beispielsweise eine Leistung gemessen, wobei die
Informationen über
die Leistung und den Signalinhalt dann von dem Hochfrequenzmodul über die
digitale Schnittstelle und das Bussystem 50 der Messgeräteinheit 2 an
die Rechen- und Auswerteeinheit 21 übermittelt werden.
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Die
Analyse der Daten findet unabhängig von
dem Hochfrequenzmodul in der Messgeräteinheit 2 bzw. der
dort angeordneten Rechen- und Auswerteeinheit 21 aufgrund
der in digitaler Form übermittelten
Informationen statt. Deshalb ist eine von der Messgeräteinheit 2 unabhängige Kalibrierung
der Hochfrequenzmodule möglich.
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Änderungen
an den Einstellungen der Hochfrequenzmodule können über die Rechen- und Auswerteeinheit 21 durchgeführt werden,
indem über den
Eingabeblock 20 entsprechende Korrekturen und Eingaben
durch einen Bediener vorgenommenen werden. Die Korrekturen werden
dann von der Rechen- und Auswerteeinheit 21 in entsprechende digitale
Steuersignale umgesetzt und über
die digitale Schnittstelle 23 dem entsprechenden Hochfrequenzmodul
zugeführt,
das die Steuersignale umsetzt. Da eine Übertragung von digitalen Informationen
mit einer erheblich höheren
Sicherheit durchgeführt
werden kann als die Übertragung
von analogen Größen wird
mit dem erfindungsgemäßen Messsystem
eine beträchtliche
Verbesserung in der Genauigkeit bei der Durchführung von Messungen und Tests an
Hochfrequenz-Kommunikationssystemen erreicht.
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In 3 sind weitere bevorzugte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Messsystems gezeigt.
In jedem Fall werden dabei über
die digitale Schnittstelle sämtliche
Daten in digitaler Form übertragen,
die einerseits zum Einstellen bestimmter Funktionsparameter in dem
jeweiligen Hochfrequenzmodul erforderlich sind, und andererseits
die Signal- oder Messdaten betreffen.
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Bei
dem abgewandelten ersten Hochfrequenzmodul 24' ist deren Sendeeinrichtung 28' gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
der 2 dahingehend erweitert,
dass auf der Eingangsseite der Sendeeinrichtung 28' die zu sendenden
Signale zunächst
einem Kodierer 55 und die dort codierten und blockweise
zusammengestellten Daten im Anschluss eine Mapping-Einheit 56 durchlaufen.
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Damit
sind sämtliche
Bauteile, die erforderlich sind, um Nutzdaten so weiterzuverarbeiten,
wie es für
beispielsweise einen bestimmten Mobilfunkstandard erforderlich ist,
in dem Hochfrequenzmodul lokalisiert. Die in digitaler Form über die
digitale Schnittstelle von der Messgeräteinheit 2 an das
abgewandelte erste Hochfrequenzmodul 24' übertragenen Nutzdaten werden
dabei zunächst
von dem Kodierer 55 in einen Bitstrom umgewandelt, also
beispielsweise in Datenpakete unterteilt und entsprechend dem jeweils
genutzten Kommunikationssystem ergänzt, beispielsweise mit einem
Header versehen oder eine Midample eingefügt.
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Die
einzelnen Bits des so erzeugten Bitstrom werden dann von der Mapping-Einheit 56 im
dargestellten Beispiel den entsprechenden Zuständen in dem I/Q-Zustandsdiagramm
zugeordnet. Damit sind sämtliche,
die Aufbereitung des Hochfrequenzsignals betreffenden Bauteile in
dem abgewandelten ersten Hochfrequenzmodul 24' angeordnet
und die Messgeräteinheit
bearbeitet lediglich Nutzdaten und Steuersignale.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
wird zur Übertragung
der Nutzdaten und der Steuersignale ein erster Abschnitt 57 der
digitalen Schnittstelleneinheit 23' verwendet.
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Dieser
erste Abschnitt 57 der digitalen Schnittstelleneinheit 23' kann damit
völlig
unabhängig
von dem damit zu verbindenden Hochfrequenzmodul standardisiert werden,
d. h. jedes daran angeschlossenen Modul umfasst sämtliche
Komponenten, die der Aufgabe des Moduls entsprechend erforderlich
sind, um beispielsweise ein Signal gemäß einem bestimmten Übertragungsstandard
für das Hochfrequenzsignal
oder entsprechenden Vorgaben beim Test einzelner Baugruppen als
Prüfling
aufzubereiten. Das Hochfrequenzmodul weist dabei Mittel auf, um
die Daten, die über
die standardisierte Schnittstelle unabhängig von Übertragungsstandards für die Hochfrequenzsignale übertragen
werden, so aufzubereiten, dass das gesendete Signal die jeweiligen Übertragungsstandards
erfüllt.
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Das
Hochfrequenzmodul kann dies für
lediglich einen bestimmten Standard (z.B. GSM, EDGE oder W-CDMA)
leisten oder auch für
unterschiedliche Standards, wobei die Auswahl eines bestimmten Standards
dann über
entsprechende Steuersignale erfolgt, die über die digitale, standardisierte
Schnittstelle übertragen
werden. In einem entsprechenden Hochfrequenzmodul zum Empfangen
von Hochfrequenzsignalen sind äquivalente
Mittel vorzusehen, die eine Umsetzung der Informationen des Hochfrequenzsignals
auf das für
die digitale, standardisierte Schnittstelle verwendete Protokoll
ermöglichen.
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Das
ebenfalls abgewandelte zweite Hochfrequenzmodul 25' ist dagegen
mit einem zweiten Abschnitt 58 der digitalen Schnittstelleeinheit 23' verbunden,
wobei dabei im Gegensatz zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel
die Bearbeitung des Bitstroms in der Messgeräteinheit 2 erfolgt.
Das ankommende Hochfrequenzsignal wird der vereinfacht dargestellten
Empfangseinrichtung 29' zugeführt, die wiederum über ein
variables Dämpfungsglied 54 zum Einstellen
der Empfindlichkeit des Hochfrequenzmoduls 25' verfügt. Die
vereinfachte Empfangseinrichtung 29 weist einen ersten
lokalen Oszillator 32 auf, der entsprechend den Vorgaben
der Frequenzsteuerung 46 eingestellt ist, und das ankommende
Hochfrequenzsignal auf eine Zwischenfrequenzebene mischt.
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Dieses
Zwischenfrequenzsignal durchläuft im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Bandpassfilter 59 und wird anschließend einem Analog-Digital-Wandler 60 zugeführt. Die
Verarbeitung des ankommenden Signals ist damit für das abgewandelte zweite Hochfrequenzmodul 25' abgeschlossen,
da dieses digitale Zwischenfrequenzsignal über die Schnittstelleneinheit 27' an den zweiten
Abschnitt 58 der digitalen Schnittstelle 23' weitergeleitet
wird.
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Damit
wird ein Großteil
der Funktionalitäten bei
der Signalverarbeitung, die bisher bereits innerhalb eines Messgeräts durchgeführt wurden,
jetzt in der Messgeräteinheit 2 durchgeführt, und
außerhalb dieser
Messgeräteinheit 2 in
einem Hochfrequenzmodul 25' lediglich
die Verarbeitung bezüglich
des Hochfrequenzabschnitts durchgeführt. Damit lässt sich
eine Positionierung unmittelbar in der Nähe des Prüflings erreichen, so dass die Übertragungsstrecke für das Hochfrequenzsignal
zwischen dem Prüfling und
dem entsprechenden Hochfrequenzmodul besonders kurz ist.
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Die
in den Ausführungsbeispielen
gezeigten unterschiedlichen Schnittstellen können auch innerhalb eines Messsystems
kombiniert werde. Z.B. kann ein Teil der an der Meßgeräteinheit
vorgesehenen Anschlüsse
eine digitale, standardisierte Schnittstelle bilden, während weitere
Anschlüsse
der Messgeräteinheit
eine digitale Schnittstelle aufweisen, über die lediglich digitale
Daten auf der I-Q-Ebene übertragbar
sind.
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Eine
Integration der Funktionalitäten
von mehreren Hochfrequenzmodulen, z.B. eines Sendemoduls und eines
Empfangsmoduls, in einem gemeinsamen Gehäuse, das über nur eine Verbindungsleitung
mit der Messgeräteinheit 2 verbunden ist,
ist ebenfalls möglich.
Dabei wird zwar die Baugröße des Moduls
erhöht,
die Übertragungsweglänge zwischen
dem Prüfling
und dem Modul bleibt aber dennoch gering, da auch ein solchermaßen integriertes
Modul in unmittelbarer Nähe
zu dem Prüfling
positionierbar ist.