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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Messtechnik für elektronische Komponenten und Geräte. Insbesondere bezieht sie sich auf die Kalibrierungs- und die Synchronisierungs-Techniken zum Gebrauch bei solchen Systemen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In vielen Fällen sind Hochfrequenzkomponenten durch ein Sinuswellensignal gekennzeichnet. Durch das nichtlineare Verhalten von Komponenten enthalten die resultierenden Signale harmonische Oberschwingungen.
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Zum Testen der Komponenten unter wirklichkeits-getreueren Bedingungen wird oft eine modulierte Sinuskurve angewandt. Durch das nichtlineare Verhalten der Test-Komponente enthält das resultierende Signal nun modulierte Oberschwingungen. Die Modulationsbandbreite erhöht sich aufgrund des nichtlinearen Verhaltens und erhöht sich mit der Anzahl der Oberschwingungen. Auch um den Gleichstrom kann eine Modulation auftreten (1).
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Beim Testen von Mischern unter Modulations-Bedingungen kann man erwarten, dass an allen Mischer-Ports Oberschwingungen der Frequenz des lokalen Oszillators (LO) und der modulierten Haupteingangsfrequenz sowie gemischte Produkte von beiden auftreten. Als solche kann man verschiedene Einzeltöne im Frequenzbereich der Mischprodukte der LO-Frequenz fLO und der Haupteingangsfrequenz f1 ausmachen, die auch Träger genannt werden. Diese Töne werden moduliert und möglicherweise in Abhängigkeit von den Mischprodukten ausgeweitet (2a).
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Die betrachteten analogen Signale x(t) enthalten eine Reihe von Einzeltönen (inklusive DC), die moduliert sind. Die Modulation kann möglicherweise aus verschiedenen Quellen stammen, und kann phasenkohärent oder phaseninkohärent sein. Die Modulationssignale selbst können, wie in 2b dargestellt, ein Einzelspektrum oder ein kontinuierliches Spektrum aufweisen.
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Diese Art von Signal x(t) wird mit dem einen oder anderen Empfängertypen gemessen, der das analoge Signal in eine Reihe von Zahlen xREC(k) umwandelt, die das Eingangssignal (3) darstellen. Diese Zahlen können im Zeitbereich oder im Frequenzbereich oder eine Kombination von beiden sein. Der Darstellungsbereich ist nicht von Bedeutung.
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Der Empfänger, der die oben genannte Art von Signalen misst, wird durch die Einschränkung der Spitzen-Signalamplitude in seinem linearen Betriebsbereich gehalten, wodurch die Einbringung irgendeines nichtlinearen Verhaltens auf das gemessene Signal vermieden wird. Nichts desto trotz verzerrt der Empfänger das Signal in Amplitude und Phase in Abhängigkeit von der Frequenz durch seine eigenen linearen Filtermerkmale. Aufgrund dieses linearen Filterverhaltens, das durch eine Übertragungsfunktion dargestellt wird, ist es nicht möglich, das ursprüngliche Signal x(t) direkt aus den Zahlen xREC(k) im Darstellungsbereich zu rekonstruieren.
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Zum korrekten Rekonstruieren/Messen des Hochfrequenzsignals x(t) ist es nötig, das Empfängerübertragungsmerkmal in Amplitude und Phase in Abhängigkeit von der Frequenz zu bestimmen. Zum Bestimmen der Übertragungsfunktion wendet man ein gut bekanntes Eingangssignal x(t) an, das in einer Reihe von Zahlen xREC(k) resultiert, aus denen die verzerrende Übertragungsfunktion genau berechnet werden kann. Dieses Signal, das auch „Referenz-” oder „Kalibriersignal” genannt wird, wird in weiterer Folge als bestens bekannt angenommen.
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Zum Messen/Rekonstruieren eines Signals, das vom Empfänger verzerrt wird, muss die Übertragungsfunktion mit den Frequenzen oder Frequenzbändern in Bezug auf das gemessene Signal bestimmt werden. Als solches muss das „Referenzsignal” eine Leistung in den Frequenzen und/oder Frequenzbändern aufweisen, in denen man die Übertragungsfunktion kennen muss. Zur genauen Bestimmung des Übertragungsmerkmals wird in zahlreichen Fällen eine frequenzselektive Messung durchgeführt, um die Amplitude und die Phasenverzerrung bei bestimmten Frequenztönen zu bestimmen. Dazu wird das „Referenzsignal” erzeugt, um bestimmte Töne zu enthalten, indem man sicherstellt, dass das „Referenzsignal” ein periodisches Signal ist.
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Dazu benötigt man auch eine effiziente Hardware-Implementierung zur Erzeugung eines Referenzsignals mit bestimmten Tönen, das für den Signaltypen aus 2b optimiert wird, sodass die Leistung bei den Frequenzen und Frequenzbändern vorhanden ist, die von Interesse sind.
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Zur Bestimmung der Übertragungsfunktion hinsichtlich der Amplitude sind bereits bekannte Techniken zur Kalibration der Leistung vorhanden. Zur Bestimmung der Übertragungsfunktion hinsichtlich der Phase besteht eine Technik darin, ein in Bezug auf die Phase bekanntes Signal (Kalibration des Referenzsignals) auf den Empfängereingang anzuwenden, und die gemessene Antwort mit dem bekannten Signal zu vergleichen. Möglicherweise muss die Wechselwirkung zwischen dem Empfänger und dem Gerät zur Erzeugung des Kalibriersignals dafür charakterisiert und korrigiert werden. Verschiedene Mittel, wie eine Einstellung des Netzwerkanalysators, können zu diesem Zweck verwendet werden, indem man den Reflexionsfaktor des Geräts misst, welches das Referenzsignal generiert, und indem man einen Flussgrafen als äquivalentes Modell annimmt. Diese Art der Korrektur ist nach dem aktuellen Stand der Technik bekannt.
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Darüber hinaus gibt es auch Techniken zum Erkennen des Phasengehalts der Kalibration oder des Referenzsignals. Das Signal ist typischerweise ein schmaler Impuls mit einem breiten Frequenzgehalt. Die Tatsache, dass das Signal nicht nur in Bezug auf die Phase, sondern auch auf die Stärke bekannt ist, ermöglicht die gleichzeitige Bestimmung von Amplitude und Phase der Empfängerübertragungsfunktion.
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Nur Echtzeit-Empfänger haben die Möglichkeit, ein einziges Breitband-Kalibriersignal zu messen, und selbst mit einem solchen Empfängertyp ist es besser, ein periodisches Signal anzuwenden, um das Signal-Geräusch-Verhältnis durch das Messen längerer Spuren gleich einem Vielfachen von Perioden zu verbessern. Zur Bestimmung der Übertragungsfunktion durch due Verwendung der einen oder anderen Form eines bekannten periodischen Signals muss die Kalibration oder das Referenzsignal zumindest auf jenen Frequenzen Leistung aufweisen, die von Interesse sind.
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Heutzutage erfolgt dies typischerweise durch die Schaffung eines Frequenzgitters mit ausreichender Dichte, indem man einen schmalen Impuls verwendet, der genau gekennzeichnet werden kann, und der mit einer geringen Häufigkeit abgegeben wird. Die Impulsbreite in Verbindung mit der Impulsform bestimmt die höchstmöglichen Frequenzkomponenten und die Abgabehäufigkeit bestimmt die Frequenzgitterdichte (4). Zur Schaffung eines dichten Gitters muss die fundamentale Frequenz der Oberschwingungen niedrig sein. Ein grundlegendes Problem bei dieser Vorgehensweise ist die Tatsache, dass das Leistungsspektrum eine sehr niedrige Leistung aufweist, da die Spitzenamplitude des Impulses einzuschränken ist, um den Empfänger nicht zu übersteuern, um nichtlineare Verzerrungen auf dem zu messenden Signal zu vermeiden. Als solches wird ein breiter Dynamikbereich für den Empfänger benötigt, nur um die Kalibration auszuführen. Dies ist einfach zu verstehen. Man nimmt an, dass man ein RF Signal mit einem 1 Ghz-Träger, drei Oberschwingungen und moduliert mit einem Signal einer 10 kHz Häufigkeit messen möchte. Dies führt zu Einzeltönen von k × 1 GHz + I × 10 kHz, was einem dünn besetzten Frequenzgitter entspricht. Mit der in 4 dargestellten Vorgehensweise betreibt man einen Impulsgenerator mit einer niedrigen Frequenzrate von 10 kHz zur Erstellung eines dichten Rasters an Tönen zum Abdecken des benötigten Frequenzgitters. Zur Abdeckung der höchsten benötigten Oberschwingung von 3 GHz muss der Impuls im Vergleich zur Wiederholrate sehr kurz sein. Dafür steht die Leistung im Verhältnis zur Wiederholrate von 0,1 ms nur für eine sehr kurze Zeit an. Dadurch ergibt sich ein sehr niedriges Leistungsspektrum, da sich die Leistung über alle Spektrenkomponenten mit einer Verteilung von mindestens 10 kHz bis auf 3 GHz (300.000 Spektralkomponenten) erstreckt.
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Es ist bekannt, dass es durch die Anwendung einer Pseudozufalls-Binärsequenz (PRBS) möglich ist, das Leistungsspektrum (5) zu erhöhen. In beiden Fällen ist die Frequenzgitterdichte jedoch abstandsgleich zwischen DC und den Höchstfrequenzkomponenten, was in den meisten Fällen viel mehr Frequenzen abdeckt, als von den gemessenen Signalen benötigt werden. Das Leistungsspektrum ist höher, da die Impulse mit einer höheren Frequenz abgegeben werden und die Periodizität durch das Ausscheiden von Impulsen in einer speziellen Sequenz erzeugt wird, die durch die PRBS Sequenz bestimmt wird.
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Bestimmte Empfänger sind Schmalband-Empfänger und können die Signale, wie sie in 3 dargestellt sind, nicht auf einmal messen. Sie müssen das Messsignal Frequenzband für Frequenzband einzeln scannen und müssen das analoge Originalsignal nach der Umwandlung in Zahlen rekonstruieren. Beim Übergang von einem Frequenzband zum anderen geht die Phasenkohärenz für die meisten Empfänger-Topologien verloren. Um allerdings eine Phasenkohärenz zu erzielen, misst ein zusätzlicher getrennter Empfänger, der parallel und kohärent zum Messempfänger misst, ein Signal mit denselben Eigenschaften, wie sie die oben genannte Kalibration oder das Referenzsignal aufweisen. Diese Kalibration oder dieses Referenzsignal weisen eine bauseitige Phasenkohärenz auf. Der Unterschied liegt darin, dass man für dieses Signal die Phasenwerte der Spektralkomponenten nicht kennen muss. Die einzige Anforderung liegt darin, dass das Signal stabil ist, sodass das gemessene Signal dagegen normalisiert werden kann. Dieses Signal wird als „Synchronisierungssignal” bezeichnet. Als solches ist das „Synchronisierungssignal” dasselbe wie die „Kalibrier- oder die Referenzsignale”, mit der Ausnahme, dass man weder ihre Phasenwerte, noch ihre Amplitudenwerte kennen muss.
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In den früheren technischen Lösungen wird, wie oben erklärt, die Leistung des „Referenz-” oder des „Synchronisierungssignals” über den gesamten Frequenzbereich des Signals mit einer Spektraldichte gleich der Periodizität des Signals verwischt. Als solche ist Leistungssprektraldichte-Funktion sehr niedrig und benötigt bereits einen hohen Dynamikbereich des Empfängers nur zu Kalibrier- oder Synchronisierungszwecken. Daher besteht hier ein Bedarf an einer Lösung, bei der die Frequenztöne (und als solche die verfügbare Leistung des Signals) um eine bestimmte Liste mit Tönen konzentriert sind, typischerweise mit der Grundfrequenz und einigen ihrer Oberschwingungen, oder aber in einer willkürlich gegebenen Einstellung von Frequenzen konzentriert sind, die von den zu charakterisierenden Signalen abhängen. Diese Lösung kann herangezogen werden, um das Phasenmerkmal eines Empfängers mit einem niedrigeren Dynamikbereich für jene Frequenzen zu bestimmen, die von Interesse sind. Die Frequenzen von Interesse werden durch die Art des zu messenden Signals erzwungen. Diese Lösung kann auch dazu herangezogen werden, um den Empfänger mit einem Synchronisierungssignal auf einem niedrigeren Dynamikbereich zu synchronisieren, während man sich von einer Frequenz zur anderen bewegt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zum Kalibrieren und Synchronisieren eines Empfängers vorzusehen, wobei die Anforderungen eines großen Dynamikbereichs für den Empfänger eingeschränkt werden können. Ein weiterer Gegenstand betrifft die Bereitstellung eines Verfahrens zum Kalibrieren und Synchronisieren eines Empfängers, wobei eine gleiche Leistungsverteilung über die volle Frequenzbandbreite vermieden wird.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch die Lösung entsprechend der vorliegenden Erfindung erfüllt.
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In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zum Kalibrieren und Synchronisieren eines Empfängers. Das System ist gestaltet, um in einem ersten und einem zweiten Signalpfad ein Referenztaktsignal zu empfangen und enthält folgendes
- – Generatoren zum Generieren einer ersten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen, die vom besagten Referenztaktsignal hergeleitet werden, in einem ersten Signalpfad, und zum Generieren einer zweiten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen, die vom besagten Referenztaktsignal hergeleitet werden, in einem zweiten Signalpfad, wobei die besagte zweite Vielzahl von phasenkohärenten Tönen niedrigere Frequenzen aufweist, als die besagte erste Vielzahl von phasenkohärenten Tönen, und
- – Torschaltmittel zum Auftasten mittels Torschaltung (Englisch. „gating”) der besagten ersten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen durch die besagte zweite Vielzahl von phasenkohärenten Tönen, sodass die phasenkohärenten Töne des zweiten Signalpfades in einer verzerrten Version um Töne der besagten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen des ersten Signalpfades erscheinen, und zur Ausgabe eines resultierenden durch Torschaltung übertragenen Signals.
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Aufgrund der Tatsache, dass beide Signalpfade ein gleiches Referenztaktsignal empfangen, wird ein synchroner Betrieb in beiden Pfaden gewährleistet. Im ersten Signalpfad wird ein erster Satz an phasenkohärenten Tönen generiert, während im zweiten Signalpfad ein anderer Satz an phasenkohärenten Tönen generiert wird, deren Frequenzen niedriger sind, als jene im ersten Satz. Durch die Bereitstellung von Torschalt- oder Multiplikationsmitteln werden die Generatorimpulse des ersten Signalpfades durch die Generatorimpulse des zweiten Signalpfades mit einer deutlich niedrigeren Frequenzrate aufgetastet, wodurch dichte Spektralkomponenten um die Spektralkomponenten des dünn besetzten Frequenzgitters generiert werden können, die durch den Generator im ersten Signalpfad erstellt werden. Das angebotene System kann sowohl zu Kalibrierzwecken, als auch zum Synchronisieren eines Empfängers verwendet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System Speichermittel zum Speichern von zumindest einem Merkmal des durch Torschaltung übertragenen Signals.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Torschaltmittel mit einer Logikschaltung ausgeführt.
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Vorzugsweise umfasst das System darüber hinaus einen Impulsgenerator, der eingestellt ist, um das durch Torschaltung übertragene Signal zu empfangen, und zum Begrenzen der Impulse im durch Torschaltung übertragenen Signal. Dies ist die bevorzugteste Art zur Umsetzung des Systems in der Praxis.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Generator im ersten Signalpfad und/oder im zweiten Signalpfad einen Teiler zum Reduzieren der Frequenz des Referenztaktsignals.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Generator im ersten Signalpfad und/oder im zweiten Signalpfad einen Bitfolgegenerator zum Anpassen der Periodizität des Bitfolgegenerator-Ausgangssignals durch das Auslassen von Impulsen, sodass man eine Periodizität erhält, die einen dichten Raster mit mehr Leistung liefert, als mit nur einem Teiler. Vorteilshalber ist der Bitfolgegenerator ein Pseudozufall-Bitfolgegenerator. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Bitfolgegenerator ein periodischer Bitfolgegenerator, der eingestellt ist, um künstlich ein bestimmtes Muster von phasenkohärenten Tönen herzustellen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Generator darüber hinaus im ersten Signalpfad und/oder im zweiten Signalpfad einen Bitfolgegenerator und einen Teiler zum Absenken der Frequenz des Referenztaktsignals.
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Vorzugsweise umfasst das System einen Frequenzsynthesizer zum Verändern der Frequenz des Referenztaktsignals.
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In einer Ausführungsform wird zumindest ein Teil des Generators auf einem feldprogrammierbaren Gate-Array ausgeführt.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren und Synchronisieren eines Empfängers. Das Verfahren umfasst
- – den Empfang eines Referenztaktsignals in einem ersten und einem zweiten Signalpfad,
- – das Generieren einer ersten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen, die vom besagten Referenztaktsignal hergeleitet werden, in einem ersten Signalpfad, und das Generieren einer zweiten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen, die vom besagten Referenztaktsignal hergeleitet werden, in einem zweiten Signalpfad, wobei die besagte zweite Vielzahl von phasenkohärenten Tönen niedrigere Frequenzen aufweist, als die erste Vielzahl von phasenkohärenten Tönen,
- – das Auftasten mittels Torschaltung der ersten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen durch die zweite Vielzahl von phasenkohärenten Tönen, sodass die phasenkohärenten Töne des zweiten Signalpfades in einer verzerrten Version um Töne der besagten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen des ersten Signalpfades erscheinen, und die Ausgabe eines resultierenden durch Torschaltung übertragenen Signals.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Generierung der besagten ersten und/oder der besagten zweiten Vielzahl von phasenkohärenten Tönen unter Verwendung eines Bitfolgegenerators ausgeführt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird zur künstlichen Herstellung eines bestimmten Musters von phasenkohärenten Tönen eine periodische Bitfolge angewandt.
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Zur Zusammenfassung der Erfindung und der Vorteile, die gegenüber dem früheren Stand der Technik erzielt werden, wurden zuvor bestimmte Dinge und Vorteile der Erfindung beschrieben. Natürlich muss darauf hingewiesen werden, dass nicht unbedingt alle solchen Dinge oder Vorteile entsprechend mit irgendeiner besonderen Ausführungsform der Erfindung erzielt werden können. Somit werden all jene, die mit der Technik vertraut sind, beispielsweise erkennen, dass die Erfindung in einer Art und Weise verkörpert und ausgeführt werden kann, die einen hier genannten Vorteil oder eine Gruppe von hier genannten Vorteilen erzielt oder diese optimiert, ohne dabei unbedingt andere Dinge oder Vorteile zu erzielen, die hier genannt oder hier empfohlen werden können.
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Die oben genannten und anderen Aspekte der Erfindung werden durch die in weiterer Folge beschriebene(n) Ausführungsform(en) ersichtlich und verdeutlicht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun durch Beispiele und entsprechende Bezugnahmen auf die begleitenden Zeichnungen weiter beschrieben, wobei sich die jeweiligen Bezugsnummern auf die jeweiligen Elemente in den verschiedenen Abbildungen beziehen.
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1 zeigt einige modulierte Oberschwingungen eines verstärkten und verzerrten Testsignals auf.
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2a zeigt die Mischung eines modulierten Signals mit der lokalen Oszillatorfrequenz und dessen Oberschwingungen auf. 2b zeigt eine mathematische Beschreibung des angenommenen Typs der Modulierungssignale mit einem bestimmten oder kontinuierlichen Spektrum um eine bestimmte Reihe an Tönen auf.
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3 zeigt die Umwandlung eines analogen Signals in eine digitale Darstellung auf.
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4 zeigt eine Lösung nach einem früheren Stand der Technik auf, wobei ein dichtes Frequenzgitter durch einen schmalen Impuls gebildet wird, der mit einer geringen Periodizität abgegeben wird.
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5 zeigt eine Lösung nach einem früheren Stand der Technik auf, wobei eine PRBS Sequenz angewandt wird, um das Leistungsspektrum zu erhöhen.
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6 stellt ein Schema mit einer PRBS und einem Impulsgenerator dar, um einen schmalen Impuls zu generieren. Daneben wird die Lage der Töne im Spektrum am Ausgang des Impulsgenerators aufgezeigt.
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7 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung auf.
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8 stellt einen Generator mit einer sogenannten tonselektiven Bitfolge dar.
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9 zeigt eine Ausführungsform mit logischen Torschaltungen und einem Impulsgenerator auf, der von einer UND-Torschaltung als Torschaltkreis angetrieben wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird bezüglich besonderer Ausführungsformen und in Bezug auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, die Erfindung lässt sich jedoch nicht darauf, sondern lediglich durch die entsprechenden Ansprüche beschränken.
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Darüber hinaus werden die Begriffe erster, zweiter und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, um zwischen ähnlichen Elementen zu unterscheiden, und nicht unbedingt für die Beschreibung einer Sequenz, entweder zeitlich, räumlich, in der Reihenfolge, oder in einer anderen Art und Weise. Es ist zu verstehen, dass die derart verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind, und dass sich die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung für den Betrieb in anderen Sequenzen, als jenen eignen, die hier beschrieben oder dargestellt sind.
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Es ist festzuhalten, dass der Begriff „umfassend”, der in den Ansprüchen verwendet wird, für die in weiterer Folge angeführten Mittel nicht als einschränkend auszulegen ist; er schließt andere Elemente oder Schritte nicht aus. Er ist somit als Spezifizierung für die Präsenz von festgelegten Eigenschaften, Ganzzahlen, Schritten oder Komponenten, oder Gruppen davon zu interpretieren. Somit sollte die Bedeutung des Ausdrucks „ein Gerät Mittel A und B umfassend” nicht auf Geräte beschränkt werden, die nicht nur aus Komponenten A und B bestehen. Das bedeutet, dass die einzigen relevanten Komponenten des Gerätes in Bezug auf die vorliegende Erfindung A und B sind.
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Der Bezug durch diese Beschreibung auf „eine Ausführungsform” (engl. one) oder „eine Ausführungsform” (engl. an) bedeutet, dass eine beschriebene Besonderheit, Struktur oder ein beschriebenes Merkmal in Verbindung mit der Ausführungsform in zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit bezieht sich das Auftreten der Sätze „in einer Ausführungsform” (engl. one) oder „in einer Ausführungsform” (engl. an) an verschiedenen Stellen dieser Spezifizierung nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform, können dies jedoch. Darüber hinaus können die Besonderheiten, Strukturen oder Merkmale in angebrachter Art und Weise, die einem Fachmann aus dieser Veröffentlichung als verständlich erscheinen, in einer oder in mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
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In ähnlicher Weise sollte verstanden werden, dass in der Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Abbildung oder Beschreibung davon zusammengefasst sind, um die Darstellung effizienter zu gestalten und um das Verständnis von einem oder mehreren unterschiedlichen Aspekten der Erfindung zu unterstützen. Diese Methode der Darstellung ist jedoch nicht als Wiederspiegelung einer Absicht zu verstehen, dass die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale benötigt, als ausdrücklich in jedem der Ansprüche angeführt sind. Wie in den folgenden Ansprüchen angeführt, liegen die erfindungsgemäßen Aspekte vielmehr in weniger als allen Merkmalen einer einzigen vorangehenden dargestellten Ausführungsform. Somit werden die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung dadurch ausdrücklich in diese detaillierte Beschreibung integriert, mit jedem Anspruch für sich allein, als jeweils getrennte Ausführungsform dieser Erfindung.
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Darüber hinaus, und da bestimmte hier beschriebene Ausführungsformen einige Merkmale, jedoch nicht andere Merkmale umfassen, die in anderen Ausführungsformen enthalten sind, sind Kombinationen von Merkmalen verschiedener Ausführungsformen als in der Tragweite der Erfindung enthalten zu verstehen, und bilden unterschiedliche Ausführungsformen, so wie sie von Fachleuten verstanden werden. In den folgenden Ansprüchen können beispielsweise alle der beanspruchten Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen verwendet werden.
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Es ist festzuhalten, dass die Verwendung besonderer Begriffe bei der Beschreibung bestimmter Merkmale oder Aspekte nicht so verstanden werden, dass es bedeutet, dass die Terminologie hier neu definiert wird, um eingeschränkt zu werden, um bestimmte Eigenschaften der Merkmale und Aspekte der Erfindung zu beinhalten, mit denen diese Terminologie in Verbindung gebracht wird.
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In der hier vorgelegten Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details vorgelegt. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Ausführungsformen der Erfindung ohne diese speziellen Details umgesetzt werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Verfahren, Strukturen und Techniken nicht in detaillierter Form aufgezeigt, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht in irgendeiner Weise zu verschleiern.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Lösung anzubieten, um einen Empfänger gemäß einer Reihe von bestimmten Frequenzen zumindest in Phase zu kalibrieren und/oder zu synchronisieren, die für jene Signaltypen optimal ausgewählt werden, die während des Tests zu verwenden sind, und dabei die Ansprüche an den dynamischen Bereich des Empfängers zu begrenzen.
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Wie bereits erwähnt kann die Modulation im Prinzip phasenkohärent oder phaseninkohärent sein. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch der phasenkohärente Fall angenommen, der jener ist, der sich am schwersten sauber messen lässt. In der Lage zu sein, die phasenkohärente Situation zu behandeln, bietet auch die Lösung für den Fall, dass die Modulationen phaseninkohärent sind.
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Die Impulsgeneratoren, die verwendet werden, um Frequenztöne zu bilden, werden auch als Kammgeneratoren bezeichnet. Impuls- oder Kammgeneratoren zum Kalibrieren und/oder Synchronisieren von Empfängern auf einem dicht besetzten Frequenzgitter sind als solche laut dem Stand der Technik bekannt. Sie verwenden eine niedrige Wiederholungsrate des Impulses, angetrieben durch ein Referenztaktsignal (möglicherweise gefolgt von einem Teiler/N) zum Erstellen eines dicht besetzten äquidistanten Frequenzgitters mit Spektralgehalt bis zur höchsten Spektralkomponente, die durch die Impulsweite und die Impulsform bestimmt wird. Zum Erhöhen der Leistungsstufe des Leistungsspektrums kann eine Pseudozufalls-Bitfolge (PRBS) verwendet werden. Eine ähnliche Spektraldichte wird erreicht, jedoch mit erhöhter Leistungsstufe, da die Periodizität nicht durch die Teilung der Impulsrate erreicht wird, sondern durch die Entfernung von Impulsen. Als solches steht im selben Zeitraum mehr Leistung zur Verfügung.
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Bestehende Kammgeneratoren sind in 6 dargestellt, wo die periodische allgemeine Bitfolge (PGBS) 100 für verschiedene konkrete Umsetzungen steht, die ebenfalls in 6 dargestellt sind: ein Referenztaktsignal, gefolgt von einem Teiler (IN, möglicherweise mit N = 1) oder von einem Pseudozufalls-Bitfolgegenerator (PRBS) oder von einem Teiler gefolgt von einer PRBS. Der PGBS kann ein Impulsgenerator 200 oder ein Impulsformnetzwerk folgen, das einen schmalen Impuls generiert, der von einem PGBS Ausgang angetrieben wird. Dank des Impulses, der viel schmäler ist, als die Impulse, die von der PGBS generiert werden, ist das bestimmte Spektrum in der Frequenz erweitert. 6 zeigt auch die Frequenzlagen eines Leistungsspektrums (1), das man am Impulsgeneratorausgang erhält.
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In einem Aspekt bietet die Erfindung eine Lösung zur Konzentration eines Niederfrequenzspektrums von bestimmten Tönen um die Reihe von gleich verteilten Tönen mit höherer Frequenz an, wo das Leistungsspektrum mit niedrigerer Frequenz für jeden der Töne mit höherer Frequenz aufgrund linearer und nicht linearer Effekte der zusätzlichen angeforderten Schaltung wahrscheinlich unterschiedlich verzerrt wird. Diese Verzerrungen sind nicht von Bedeutung. In den meisten Fällen führt ein Impulsgenerator die endgültige Formgebung am generierten Impuls durch. Die Bedeutung liegt darin, verzerrte oder nicht verzerrte Leistung mit Frequenzen zu generieren, die von Interesse sind, ohne Leistung in sinnlosen Frequenzbereichen zu vergeuden, und als solches die Leistung in den Frequenzen zu erhöhen, die von Interesse sind. Diese Innovation ist besonders vorteilhaft beim Kalibrieren und Synchronisieren von Empfängern für modulierte Signale, wo der Träger und dessen harmonische Oberschwingungen vorhanden sind, wo normalerweise die Modulationsbandbreiten geringer sind, als der Frequenzabstand zwischen dem Träger und dessen Oberschwingungen. Die bestimmten Töne mit höherer Frequenz des oben genannten bestehenden Kammgenerators bilden auf den Oberschwingungen ab und das bestimmte Leistungsspektrum um diese bestimmten Töne mit höherer Frequenz (die von anderen Mitteln erstellt werden) bildet auf der Modulation ab.
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Diese Lösung kann durch das Auftasten der Kammgeneratorimpulse mittels Torschaltung durchgeführt werden, die entweder durch einen Impulsgenerator geformt, oder nicht geformt werden, unter Verwendung eines Torschalt- oder Multiplikationskreises 300, der diese Impulse mit einer viel niedrigeren Frequenzrate (7) auftastet oder multipliziert, als die Impulsrate des Kammgenerators (100) im ersten Signalpfad, mit optional einem Impulsformnetzwerk (200). Die Kammgeneratorimpulse vom ersten Impulsgenerator laufen mit einer höheren Taktfrequenz im Vergleich zur gleichwertigen Taktfrequenz, die benötigt werden würde, um ein dicht besetztes Frequenzgitter zu generieren, um zumindest die Frequenzen von Interesse mit der bestehenden Methode abzudecken. In der Tat generiert der zuerst genannte Kammgenerator das dünn besetzte Frequenzgitter. Durch den sauber ausgewählten Taktprozess, der vom zweiten Kammgenerator 150 ausgewählt wird, werden dichte spektrale Komponenten um die Spektralkomponenten des dünn besetzten Frequenzgitters generiert.
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Der Kammgenerator im ersten Signalpfad (100 und optional 200 – siehe 6) generiert ein dünn besetztes Frequenzgitter mit einem großen Frequenzabstand. Wie bereits erwähnt kann er eine PRBS Methode verwenden, um das Signal wirkungsvoller zu generieren. Der Kammgenerator 150 im zweiten Signalpfad (7) tastet das von 100 und 200 generierte Signal in einer langsameren Geschwindigkeit auf oder multipliziert es. Dies kann durch eine Torschaltung in einem viel niedrigeren Frequenzbereich erfolgen, mit der möglichen Nutzung einer PRBS, die die Leistungsverteilung um die bestimmten Töne optimiert. Als Ergebnis kann eine dichte Reihe von Spektralkomponenten um die Töne des dünn besetzten Frequenzgitters (7) mit einem optimalen Leistungsspektrum generiert werden.
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Beide Kammgeneratoren können vom selben Referenztakt generiert werden, oder können durch einen phasenverbundenen Loop-Mechanismus (7) miteinander verbunden werden. Als solche bleiben die Signale in beiden Pfaden phasenkohärent.
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Oben wurde für beide, für den ersten und den zweiten Pfad eine PGBS verwendet, um eine Reihe von bestimmten Tönen zu generieren. Mit dem Teiler und der PRBS Methode als PGBS werden die Töne gleichermaßen durch den Frequenzbereich mit einer maximalen Frequenz gespreizt, die durch die Impulsbreite und die Impulsform bestimmt werden. Mit der PRBS ist bekannt, einige breitere Töne mit dem Vielfachen der Taktfrequenz zu erhalten. Es kommt nur im Torschalt- und Multiplikationsprozess vor, dass Spektralkomponenten im Frequenzbereich konzentriert werden. Ein Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer speziellen periodischen Bitfolge als PGBS zum Optimieren der Leistungsniveaus an ausgewählten bestimmten Tönen für einen der Pfade oder für beide Pfade (8). Der Generator mit der speziellen periodischen Bitfolge wird als „Tonselektive Bitfolge” (TSBS) bezeichnet.
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Es besteht die Möglichkeit, einen globalen Optimierungsalgorithmus zu verwenden, um eine Bitfolge zu errechnen, die die Leistungsniveaus bei gegebenen bestimmten Spektralkomponenten optimiert, und die Leistung an den anderen Spektraltönen (siehe Resttöne – 8). Diese Bitfolge ist ebenfalls periodisch.
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Zum Bestimmen der periodischen Bitfolge, die eine erhöhte Leistung bei ausgewählten nicht äquidistanten Frequenzen ergibt, während die Leistung bei anderen Frequenzen reduziert wird, kann man verschiedene Methoden verwenden, um einen globalen Optimierungsalgorithmus zu bestimmen. Eine Umsetzung eines solchen Algorithmus umfasst die Generierung eines Basisband-Zeitsignals die gewünschten Töne umfassend, das beispielsweise auf 1 gesetzt ist, mit einer zufälligen Phase zum Minimieren des Scheitelfaktors. Die ungewünschten Töne werden auf Null gesetzt. Das Ziel liegt darin, eine Sequenz von Einsen und Nullen zu erstellen, sodass das resultierende Spektrum so nahe wie möglich am gewünschten liegt. Eine Umsetzung verwendet ganz einfach einen Ausschnitt: ein positiver oder Null-Abtastwert wird auf „1” gesetzt und ein negativer Wert entspricht einer „0”. Diese Bitfolge wird als Ersatz für den oben genannten Teiler oder die PRBS verwendet, was laut Stand der Technik bekannt ist. Diese neue Sequenz konzentriert die Leistung auf den gewünschten Spektraltönen, während die Leistung auf den unerwünschten Tönen gesenkt wird. Zur Erweiterung des Frequenzbereichs können dem TSBS auch ein Impulsgenerator oder ein Impulsformnetzwerk folgen.
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Aufgrund der Art der Signale, inklusive der wiederholten Impulse, verstärkt das Muster der ausgewählten Frequenzen als harmonisch bezeichnete Spektralkomponenten. Zum Generieren von Tönen auf einem willkürlichen Raster, der sich in den Frequenzbereich ausdehnt, der durch den Impulsgenerator oder das Formnetzwerk bestimmt wird, ist es wahrscheinlich notwendig, Töne auf einer niedrigeren Frequenz zu generieren, die sich harmonisch auf die Töne mit der angeforderten höheren Frequenz beziehen.
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In einer ähnlichen Art und Weise wie PRBS kann dem TSBS ein Teiler vorangehen, um die Taktgeschwindigkeit zu senken.
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Auf den Torschalt- oder Multiplikationskreis kann ein Impulsform- oder Impulsgeneratorkreis (7) folgen. Dieser Kreis verwendet die Impulse, die aus dem Torschalt- oder Multiplikationskreis kommen, als Trigger, um normalerweise einen Impuls zu generieren, dessen Band viel schmäler ist. Auf diese Art und Weise wird der Frequenzbereich des Referenz- oder Kalibriersignals in Abhängigkeit von der Impulsbreite und der Impulsform erweitert.
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Die aktuelle Umsetzung der Lösung kann, wie oben erklärt, auf verschiedene Arten erfolgen. Eine Art bezieht die Verwendung von logischen Torschaltungen mit einer UND-Torschaltung als Torschaltkreis ein. Zum Erweitern des Frequenzbereichs kann auf die UND-Torschaltung, wie in 9 dargestellt, ein Impulsgenerator folgen. Eine weitere Ausführungsform liegt darin, die Generierung der Bitfolge und der logischen Schaltungen inklusive der Torschalt- oder Multiplikationsfunktion in eine FPGA oder in eine Variante einer FPGA zu implementieren, möglicherweise gefolgt von einem Impulsgenerator. Zur Verwendung der Lösung als Kalibrier- oder Referenzsignal kann das Gerät mit einem Speicher oder Ablagemitteln versehen sein, sodass die Impulsmerkmale abgelegt, und während des Kalibrierprozesses abgerufen werden können.
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Der Referenzsignalgenerator der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um Sampler-basierte oder Echtzeit-Oszillographen, Netzwerkanalysatoren und Vektorsignalanalysatoren zu kalibrieren, die normalerweise verwendet werden, um die Art des Signals, wie in dieser Erfindung beschrieben, zu messen (1).
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Diese Erfindung kann auch angewandt werden, um ein Synchronisierungssignal für einen mischerbasierten Empfänger zu generieren, um die Töne eines Signals, wie in 1 beschrieben, zu scannen. Das Synchronisierungssignal wird durch einen zusätzlichen Empfänger gemessen, und verwendet, um das gemessene Signal dagegen zu normalisieren. Inzwischen kann der Messkanal selbst durch die Verwendung des Referenzsignalgenerators kalibriert werden.
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Eine weitere Anwendung ist die Kalibration des Niederfrequenz (LF) und Funkfrequenz (RF) Anteils eines Empfängers in einer phasenkohärenten Art und Weise. Das beschriebene Signal enthält einen LF Anteil (um DC) und einen Anteil um die fundamentalen (und höheren Oberschwingungen). Diese Anteile sind durch die Generierung phasenkohärent. Als solches ist es möglich, einen Empfänger (möglicherweise einen LF und RF Anteil umfassend) für seinen LF und RF Anteil in einer phasenkohärenten Art und Weise zu kalibrieren.
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Obwohl die Erfindung im Detail in Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, werden solche Darstellungen und Beschreibungen als veranschaulichend oder beispielhaft, nicht jedoch als einschränkend angesehen. Die vorangehende Beschreibung detailliert bestimmte Ausführungsformen der Erfindung. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass, egal wie detailliert der vorangegangene Text auch sein mag, die Erfindung dennoch auf unterschiedliche Art und Weise umgesetzt werden kann. Die Erfindung lasst sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen einschränken.
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Andere Variationen der dargestellten Ausführungsformen können von Fachleuten für die Umsetzung der beanspruchten Erfindung, vom Studium der Abbildung, der Darstellung und der angehängten Ansprüche, verstanden und umgesetzt werden. In den Ansprüchen schließt das Word „umfassend” andere Elemente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel „ein” oder „eine” schließt auch eine Mehrzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine weitere Einheit kann die Funktionen von verschiedenen Elementen erfüllen, die in den Ansprüchen genannt werden. Der bloße Umstand, dass bestimmte Maßnahmen in verschiedenen voneinander abhängigen Ansprüchen genannt werden, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium gespeichert/ausgegeben werden, wie beispielsweise auf einem optischen Datenspeicher oder einem Festkörpermedium, der gemeinsam mit oder als Teil einer anderen Hardware bereitgestellt wird, es kann jedoch auch in anderen Formen verteilt werden, wie beispielsweise über das Internet oder andere verdrahtete oder drahtlose Telekommunikationssysteme. Irgendwelche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als einschränkend ausgelegt werden.
