DE19963618A1

DE19963618A1 - Signalgenerator und Verfahren zur Erzeugung eines Vielträgersignals

Info

Publication number: DE19963618A1
Application number: DE1999163618
Authority: DE
Inventors: Thomas Tischer; Udo Pursche
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2001-07-12

Abstract

Signalgenerator zur Erzeugung eines Vielträgersignals, bei welchem in einem PRBS-Generator (1) mit Hilfe eines variablen Generatorpolynoms (7) ein pseudo-zufälliger Bitstrom generiert wird, welcher von einem Differenz-Vierphasen-Umsetzer DQPSK (2) umgesetzt wird. Das umgesetzte Signal wird sodann einer Inversen Schnellen Fourier-Transformation IFFT (3) unterzogen, bei welcher Anzahl und Abstand der Trägerfrequenzen variabel vorgebbar sind. Das Ausgangssignal der IFFT wird über einen I/Q-Modulator (4) mit variabler Trägerfequenz und variablen Vorverzerrungsfaktoren einem Träger aufgeprägt und schließlich über den Ausgangsverstärker (5) abgegeben.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Signalgenerator sowie ein Verfahren zur Er zeugung eines Vielträgersignals.

Stand der Technik

Für die Entwicklung und das Austesten elektronischer Schaltungen oder die Bestimmung des Übertragungsverhaltens von Transmissionsstrecken ist es wünschenswert, Testsignale mit definierten Eigenschaften zur Ver fügung zu haben insbesondere gibt es Aufgabengebiete, in welchen Si gnale vorteilhaft sind, welche aus mehreren Frequenzen zusammen gesetzt sind. Um dies zu erreichen, ist es aus dem Stand der Technik be kannt, eine Zweiton-Signalgeneration durch Zusammenschalten zweier Signalquellen verschiedener Frequenzen über Koppler vorzunehmen. Weiterhin ist eine Mehrträger-Signalgeneration bekannt, bei welcher die Steuerung von Arbitrary-Generatoren mit einem nachgeschalteten I/Q-modulierbaren Signalgenerator über Spezialsoftware (DAB = digital audio broadcasting = Digitaler (terrestrischer) Hörfunk, DVB = digital vi deo broadcasting = Digitaler (terrestrischer) Fernsehfunk) erfolgt. Nachtei lig hieran ist, dass diese bekannten Generatoren verhältnismäßig aufwen dig und in ihrer Funktionalität eingeschränkt sind.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Aufgabe der Erfindung war es, eine kompakte Signalquelle für ein Vielträ gersignal zur Verfügung zu stellen, wobei das Vielträgersignal insbeson dere eine begrenzte Bandbreite sowie ein quasi-rauschförmiges Verhalten aufweisen können soll.

Diese Aufgabe wird durch einen Signalgenerator nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der Signalgenerator nach Anspruch 1 enthält im wesentlichen zwei Bau steine, nämlich

a) einen Rauschgenerator zur Erzeugung eines Zufallssignal, und
b) eine Syntheseeinrichtung, deren Eingang mit dem Ausgang des Rauschgenerators verbunden ist und welche eine vorgegebene An zahl von Trägersignalen unter Verwendung von vom Zufallssignal bestimmten Koeffizienten synthetisiert.

Bei dem Signalgenerator wird somit die Art des erhaltenen Ausgangs signals im wesentlichen durch die in der Syntheseeinrichtung eingesetzten Trägersignale festgelegt. Die genaue Form des Ausgangssignals ist je doch zufallsbedingt, da die Koeffizienten, mit denen die einzelnen Träger signale zusammengesetzt (addiert) werden, von dem Zufallssignal des Rauschgenerators bestimmt werden:

Ausgangssignal = Σ Koeffizienten.Trägersignale

Somit erlaubt der Signalgenerator die Erzeugung eines quasi rauschförmigen Vielträgersignals, welches je nach den zur Synthese ein gesetzten Trägersignalen eine vorgebbare Bandbreite aufweist.

Bei dem Rauschgenerator kann es sich nach Anspruch 2 insbesondere um einen PRBS-Generator zur Erzeugung eines pseudo-zufälligen Bitstromes (Pseudo Random Binary Sequence PRBS) handeln. Algorith men und Bausteine zur Erzeugung pseudo-zufälliger Bitströme sind be kannt und erlauben die Erzeugung eines Rauschsignals mit definierten statistischen Eigenschaften.

Ausgangsseitig hinter dem PRBS-Generator kann gemäß Anspruch 3 ein Umtaster, vorzugsweise eine Differenz-Vierphasen-Umtaster angeordnet werden. Bei einem Umtaster handelt es sich um einen Modulator, welcher ein binäres Signal in ein analoges Signal umsetzt. Hierfür sind verschie dene Verfahren bekannt, so zum Beispiel die Amplituden-Umtastung (Am plitude Shift Keying ASK), die Frequenzumtastung (Frequency Shift Key ing FSK) sowie die Phasenumtastung (Phase Shift Keying PSK). Bei der Phasenumtastung wird binäre Information in der Phase eines periodischen Trägersignals codiert. Dabei stehen speziell bei der Vierphasen- Umtastung (Quadrature Phase Shift Keying QPSK) vier verschiedene Phasenverschiebungen (zum Beispiel 45°, 135°, 225° und 315°) zur Ver fügung, welche dazu verwendet werden können, die vier verschiedenen Werte eines aus zwei Bit gebildeten Wortes (00, 01, 10, 11) zu codieren. Die Differenz-Vierphasen-Umsetzung (DQPSK) zeichnet sich schließlich dadurch aus, dass die Phasenverschiebung des Trägersignals nicht in Bezug auf die absolute (unveränderte) Phase des Trägersignals erfolgt, sondern relativ zur Phase des zuletzt vorangegangenen Zustandes.

Weiterhin enthält die Syntheseeinrichtung des Signalgenerators nach An spruch 4 vorzugsweise eine Einrichtung zur Ausführung der Inversen Schnellen Fourier-Transformation (Inverse Fast Fourier-Transformation IFFT), bei welcher der Abstand und die Anzahl der Trägerfrequenzen vor gebbar sind. Die IFFT erfolgt nach der Formel

wobei
s (n) = Signalkomponente zur Grundfrequenz 2πn/N
N = Anzahl der Trägerfrequenzen
2πn/N = Abstand der Trägerfrequenzen
p_k = aus dem Zufallssignal abgetastete Koeffizienten.

Durch die Variation von N und n kann die Einstellung einer variablen Trä geranzahl und eines variablen Trägerabstandes erfolgen.

Ausgangsseitig hinter der Einrichtung zur Inversen Schnellen Fourier- Transformation kann nach Anspruch 5 ein I/Q-Modulator angeordnet sein, bei welchem vorzugsweise die Trägerfrequenz und die Vorverzerrungs koeffizienten einstellbar sind. Über den I/Q-Modulator kann das an einem Eingang des Modulators eingespeiste Signal einer Trägerfrequenz aufge prägt werden. Die Vorverzerrung durch einstellbare Vorverzerrungs koeffizienten ist dabei insbesondere in Verbindung mit dem Austesten von Baugruppen wie zum Beispiel Verstärkern hilfreich. Hier können nichtli neare Verstärkerkennlinien durch Variation der Vorverzerrungs koeffizienten ausgeglichen werden. Dabei erfolgt so lange eine Verände rung der Koeffizienten, bis bei einem vorgegebenen Kriterium (zum Bei spiel K³-Harmonische minimal) optimale Unterdrückung gegeben ist.

Weiterhin wird nach Anspruch 6 der Signalausgang des Signalgenerators vorzugsweise von einem Verstärker gebildet, dessen Ausgangspegel ein stellbar sein kann. Hierdurch kann die Signalstärke des Ausgangssignals in einen gewünschten Größenbereich für die nachgeschalteten Stufen eingestellt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung eines Vielträ gersignals, bei welchem

a) ein Zufallssignal erzeugt wird,
b) das Zufallssignal die Koeffizienten von Trägersignalen bestimmt, aus denen ein Nutzsignal synthetisiert wird,
c) aus dem Nutzsignal das Vielträgersignal gewonnen wird.

Bei dem Verfahren wird somit ein Vielträgersignal mit gewünschten Eigen schaften im wesentlichen dadurch generiert, dass dieses Signal aus in Art und Anzahl vorgebbaren Trägersignalen synthetisiert wird. Dabei werden die Koeffizienten, mit denen die Synthese (Addition) dieser Trägersignale erfolgt, von einem Zufallssignal bestimmt. Hierdurch ist es möglich, ein Signal mit festgelegten Grundeigenschaften (zum Beispiel beteiligte Trä gerfrequenzen) zu erhalten, welches andererseits ein quasi rauschförmiges Verhalten besitzt. Bei der Gewinnung des Vielträger signals aus dem Nutzsignal in Schritt c) können übliche Umformungs schritte wie zum Beispiel eine Verstärkung des Nutzsignals zur Anpassung der Pegel erfolgen. Ebenso kann das Nutzsignal auch direkt als Vielträger signal verwendet werden.

Das Zufallssignal wird nach Anspruch 8 vorzugsweise durch einen pseu dozufälligen Bitstrom (PRBS) erzeugt, welcher ein vorgebbares variables Generatorpolynom besitzt. Ein solches Zufallssignal lässt sich auf einfache Weise und mit bekannten Eigenschaften und Methoden festlegen. Vorteil haft ist ferner, dass über das Generatorpolynom die komplette Information über das Zufallssignal verfügbar und mitteilbar ist.

Der pseudo-zufällige Bitstrom wird gemäß Anspruch 9 einer Umtastung unterzogen, wobei es sich vorzugsweise um eine Differenz-Vierphasen- Umtastung handeln kann. Auf diese Weise wird aus dem binären Signal ein analoges Signal erzeugt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann das Nutzsignal unter Anwendung einer Inversen Schnellen Fourier-Transformation (IFFT) erzeugt werden, deren Koeffizienten von dem Zufallssignal bestimmt wer den und bei welcher Abstand und Anzahl der Trägerfrequenzen vorgebbar sind. Bei der Inversen Schnellen Fourier-Transformation handelt es sich um ein Verfahren, für dessen Ausführung bekannte Algorithmen und Bau steine eingesetzt werden können.

Das Ausgangssignal der Inversen Schnellen Fourier-Transformation IFFT wird nach Anspruch 11 vorzugsweise einer vorgegebenen Trägerfrequenz mit veränderbaren Vorverzerrungskoeffizienten aufgeprägt. Durch die Veränderbarkeit der Vorverzerrungskoeffizienten ist insbesondere eine vorteilhafte Untersuchung von Verstärkerstufen möglich, bei denen Nicht linearitäten durch eine passende Wahl der Vorverzerrungskoeffizienten ausgeglichen werden können.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figur beispielhaft erläutert. Die Figur zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Signalgene rators. Die Erzeugung eines bandbegrenzten, quasi-rauschförmigen Viel trägersignals beginnt bei dem Pseudo-Zufallsgenerator 1. Dieser erzeugt mit Hilfe eines vorgebbaren variablen Generatorpolynoms 7 eine pseudo zufällige Bitsequenz PRBS. Dies geschieht nach bekannten Verfahren, welche zum Beispiel in ([Zielinski] Zielinsiki, R.: Erzeugung von Zufalls zahlen. Leipzig: Fachbuchverlag, 1978) und ([Sedgewick] Sedgewick, R. Algorithmen. Addiso-Wesley, 1991) beschrieben sind.

Das binäre Ausgangssignal des PRBS-Generators 1 wird im nächsten Schritt an einen DQPSK-Umsetzer 2 weitergeleitet, in welchem eine Diffe renz-Vierphasen-Umsetzung stattfindet. Dabei wird aus dem binären Si gnal ein analoges Signal erzeugt. Dieses analoge Signal wird sodann ei nem Modul 3 zugeleitet, welches eine Inverse Schnelle Fourier- Transformation IFFT durchführt. Dies geschieht auf der Grundlage von in Anzahl und Abstand variablen Trägern, welche vorgebbar sind und aus einer Einheit 8 zur Verfügung gestellt werden. Verfahren zur Durchführung der IFFT sind zum Beispiel in [ETS 300 401] European Telecommunicati on Standard ETS 300 401: Digital Audio Broadcasting (DAB) beschrieben.

Das aus der IFFT resultierende Vielträgersignal wird dann in einem I/Q-Modulator 4 auf einen zur Einstellung der Trägerfrequenz variablen Träger aufgeprägt und dabei durch einstellbare Filterkoeffizienten vorver zerrt. Trägerfrequenz und Vorverzerrungskoeffizienten werden wiederum von einer separaten Quelle 9 zugeführt.

Das Ausgangssignal des I/Q-Modulators wird schließlich über einen Aus gangsverstärker 5 zum Ausgang 6 des Signalgenerators geleitet, wobei im Ausgangsverstärker ein variabler Ausgangspegel 10 eingestellt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Signalgenerator handelt es sich um eine kompakte Signalquelle, welche ohne Zusatzaufwand in einem Gerät die Erzeugung eines bandbegrenzten, quasi-rauschförmigen Vielträgersignal erlaubt. Mit einem derartigen Signalgenerator ist zum Beispiel eine neuar tige Charakterisierung von Baugruppen, insbesondere von Verstärkern, unter realen Betriebsbedingungen moderner Vielträger- Übertragungsverfahren möglich (Messung des sogenannten Schulterab standes anstelle von ICP3). Weiterhin kann eine schnelle Ermittlung der Vorverzerr-Koeffizienten zum Ausgleich nicht-linearer Verstärkerkennlinien erfolgen.

Bezugszeichen

1

PRBS-Generator

2

DQPSK Umsetzer

3

IFFT

4

I/Q-Modulator

5

Ausgangsverstärker

6

Ausgangssignal

7

Variables Generatorpolynom

8

Variabler Trägerabstand variables und Trägersignal

9

Variable Trägerfrequenz und variable Vorverzerrungsfaktoren

10

Variabler Ausgangspegel

Claims

1. Signalgenerator, enthaltend

a) einen Rauschgenerator (1, 2, 7) zur Erzeugung eines Zu fallssignals,
b) eine Syntheseeinrichtung (3, 4, 5, 8, 9, 10), deren Eingang mit dem Ausgang des Rauschgenerators verbunden ist und welche eine vorgegebene Anzahl von Trägersignalen mit vom Zufallssignal bestimmten Koeffizienten syntheti siert.

2. Signalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauschgenerator einen PRBS-Generator (1, 7) zur Erzeugung eines pseudo-zufälligen Bitstromes enthält.

3. Signalgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig hinter dem PRBS-Generator (1, 7) ein Umtaster, vorzugsweise ein Differenz- Vierphasen-Umtaster DQPSK (2), angeordnet ist.

4. Signalgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Syntheseeinrichtung eine Ein richtung zur Inversen Schnellen Fourier-Transformation IFFT (3, 8) enthält, bei welcher Abstand und Anzahl der Trägerfrequenzen vorgebbar sind.

5. Signalgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig hinter der Einrich tung zur Inversen Schnellen Fourier-Transformation (3, 8) ein I/Q- Modulator (4, 9) angeordnet ist, bei welchem vorzugsweise die Trägerfrequenz und die Vorverzerrungskoeffizienten einstellbar sind.

6. Signalgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (6) von einem Verstärker (5, 10) erzeugt wird, dessen Ausgangspegel vorzugs weise einstellbar ist.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Vielträgersignals, bei welchem

a) ein Zufallssignal erzeugt wird,
b) das Zufallssignal die Koeffizienten von Trägersignalen be stimmt, aus denen ein Nutzsignal synthetisiert wird,
c) aus dem Nutzsignal das Vielträgersignal gewonnen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zufallssignal durch einen pseudo-zufälligen Bitstrom mit variablem Generatorpolynom er zeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der pseudo-zufällige Bitstrom eine Umtastung, vorzugsweise eine Differenz-Vierphasen-Umtastung, unterzogen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzsignal unter Anwendung einer Inversen Schnellen Fourier-Transformation erzeugt wird, de ren Koeffizienten von dem Zufallssignal bestimmt werden, und bei welcher Abstand und Anzahl der Trägerfrequenzen einstellbar sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Inversen Schnellen Fourier-Transformation einer vorgebbaren Trägerfre quenz mit veränderbaren Vorverzerrungskoeffizienten aufgeprägt wird.