DE3439918C2 - Verfahren zur Messung des Frequenzgangs eines digitalen Übertragungssystems - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messung des Frequenzgangs eines digitalen Übertragungssystems, bei welchem ein digitales Eingangssignal dem Übertragungssystem zugeführt und ein Ausgangssignal des Übertragungssystems ausgewertet wird.

Zur Messung des Frequenzgangs von Übertragungssystemen für digitale Signale sind bereits Verfahren bekannt, bei welchen ein Testsignal dadurch erzeugt wird, daß die Ausgangssignale eines Wobbelgenerators dem zu testenden Übertragungssystem über einen Analog/Digital-Wandler zugeführt werden, nach dem Übertragungssystem digital-analog-gewandelt werden und schließlich mit Hilfe eines Spektralanalysators sichtbar gemacht werden. Ferner ist es bekannt, zur Prüfung von Übertragungskanälen, insbesondere des Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabekanals, Signale mit vorgegebener Impulsform aufzuzeichnen und diese nach Durchlaufen des Übertragungskanals bzw. nach der Wiedergabe vom Magnetband oszillographisch darzustellen. Bei der Anwendung dieses bekannten Verfahrens ergibt sich der Nachteil, daß die wiedergegebenen Signale oszillographisch häufig schwierig zu beurteilen sind und somit beispielsweise ein Abgleich eines Aufzeichnungs/Wiedergabekanals schwierig durchzuführen ist und große Erfahrung erfordert.

Weiterhin ist aus der DE 27 05 786 B2 eine Einrichtung zur Durchführung von Kontrollmessungen in einem Nachrichten- Übertragungssystem bekannt, das zwei Endstellen und eine dazwischenliegende Übertragungsstrecke aufweist und in welchem analoge Eingangssignale in digitaler Form übertragen werden und in analoge Ausgangssignale rückverwandelt werden, mit einem Signalgenerator und einem Meßgerät für Analogsignale. Zur Messung des Übertragungssystems werden hierbei wahlweise analoge oder digitale Signale verwendet, welche über Umschalter und Digital/Analog-Wandler an das Übertragungssystem gelegt bzw. von dem Übertragungssystem abgenommen werden. Diese bekannte Meßeinrichtung ist zum einen sehr aufwendig und zum anderen nicht geeignet, den Frequenzgang eines breitbandigen Übertragungssystems zu bestimmen.

Außerdem ist aus der DE-Zeitschrift: Fernmeldetechnische Zeitschrift, 1951, Band 4, April, Heft 4, S. 174-182, ein Verfahren zur Messung der Frequenzcharakteristik linearer Systeme durch einmalige oder wiederholte Schaltvorgänge bekannt. Als lineare Systeme werden Verstärker für Tonsignale betrachtet, denen eine nichtstationäre Erregung, wie ein einmaliger Stoß (Impuls), eine periodische Impulsfolge, ein einmaliger Sprung oder eine periodische Wiederholung von Sprüngen gegengesetzten Vorzeichens (Rechteckschwingung), zugeführt ist. Der zeitliche Abstand dieser Impulsfolgen ist so groß zu wählen, daß die Apparatefunktion zwischen den einzelnen Impulsen vollständig abgeklungen ist, so daß diese Impulsfolgen nicht von einem digitalen Übertragungssystem übertragen werden können, weil zum einen die zeitliche Verkopplung zu einem Taktsignal des digitalen Übertragungssystems fehlt und zum anderen aufgrund des zeitlich großen Abstands zwischen den Impuls folgen eine zugehöriges Taktsignal nicht regeneriert werden kann.

Schließlich ist aus der DE 26 08 249 B2 ein Verfahren zum Messen der Übertragungsfunktion eines physikalischen Systems bekannt, bei welchem dem System periodisch ein Zufallssignal endlicher Länge zugeführt wird, das Frequenzspektrum des zugeführten Signalzuges während einer Periode gemessen wird, in der die Einschwingvorgänge soweit abgeklungen sind, daß die gewünschte Meßgenauigkeit erreicht wird, das Frequenzspektrum der Systemantwort während einer Periode gemessen wird, in der die Einschwingvorgänge soweit abgeklungen sind, daß die gewünschte Meßgenauigkeit erreicht wird und aus den beiden Messungen die Übertragungsfunktion berechnet wird. Die Messung wird mit anderen Zufallssignalzügen wiederholt, die mit den jeweils vorhergehenden nicht korreliert sind. Die aus jedem neuen Zufallssignal gewonnene Übertragungsfunktion wird mit dem Mittelwert aus den vorhergehenden Resultaten gemittelt. Der Vorgang wird solange wiederholt, bis die so gewonnene Übertragungsfunktion eine vorgegebene Genauigkeit erreicht hat. Dieses bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, daß mit den analogen Zufallssignalen keine digitalen Übertragungssysteme gemessen werden können. Derartige digitale Systeme enthalten nicht-lineare Schaltelemente, wie logische Gatter, Flip-Flops, Register usw., die in Abhängigkeit von einem Taktsignal ein zu übertragendes Datensignal nach einer bestimmten logischen Gleichung verarbeiten und weiterleiten. Das zugehörige Taktsignal kann dabei parallel mit dem Datensignal übertragen werden oder empfangsseitig aus dem übertragenen Datensignal durch Taktregenerierung zurückgewonnen werden. Dem bekannten analogen Zufallssignal fehlen die zur digitalen Übertragung erforderlichen logischen Pegel sowie eine zeitliche Rasterung, die auf ein zugehöriges Taktsignal abgestimmt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung des Frequenzgangs eines digitalen Übertragungssystems anzugeben, welches wenig Aufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als digitales Eingangssignal eine Rechteckschwingung benutzt wird, in der jeder N-te Impuls unterdrückt ist, wobei N wesentlich größer 1 ist und bei der die Bitperiodendauer der Periode des Taktsignals zum normalen Betrieb des untersuchten Übertragungssystems entspricht.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Vorteile, daß das digitale Eingangssignal (Testsignal) mit einfachen digitalen Schaltungsmitteln erzeugbar ist und daß der Frequenzgang direkt angezeigt wird. Besonders vorteilhaft ist, bei der Prüfung des Aufnahme-/Wiedergabekanals von digitalen Filtern in Magnetaufzeichnungseinrichtungen, wenn das erfindungsgemäße Testsignal in die aufzuzeichnenden Signale während Zeitabschnitten, in denen keine Information aufgezeichnet wird, eingetastet wird. Damit wird eine Überprüfung des Aufzeichnungs-/Wiedergabekanals während des Betriebes ermöglicht.

Durch die in dem Unteranspruch aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Spannungs-Zeitdigramm des erfindungsgemäßen Prüfsignals,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 die Spektraldichte des erfindungsgemäßen Prüfsignals und

Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Diagramm nach Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäß verwendbares Prüfsignal, bei welchem eine mäanderförmige Schwingung mit halber Bitfrequenz durch Unterdrückung jeweils eines Impulses im Abstand von N × T verändert ist. Ein solches Prüfsignal kommt beispielsweise durch logische Verknüpfung eines Signals, das aus einer Folge von 1-Bit-breiten (T) Impulsen im Abstand von N × T besteht, mit einer mäanderförmigen Schwingung halber Bitfrequenz zustande. Das Prüfsignal weist zwei Pegel auf. Die Periodendauer des Prüfsignals beträgt N × T, wobei N wesentlich größer als 1 ist. Das Frequenzspektrum eines solchen Prüfsignals besteht aus Linien, welche im Abstand von 1/(N × T) wiederkehren. Es ergibt sich das in Fig. 3 dargestellte Spektrum, bei welchem eine starke Spektrallinie bei der halben Bitfrequenz vorhanden ist (in Fig. 3 gestrichelt gezeichnet). Ein Signal nach Fig. 1 eignet sich insbesondere zur Überprüfung von Über­ tragungskanälen, welche keine Übertragung von Gleichspannungen zulassen, da der Gleichspannungs­ anteil bezogen auf den Wechselspannungsanteil die­ ses Signals relativ klein ist.

Bei der Bemessung von N ist einerseits zu berück­ sichtigen, daß bei kleineren Werten für N sich weniger Spektrallinien innerhalb des für die Aus­ wertung brauchbaren Frequenzbereichs bis zur ersten Nullstelle (bei 1/T in Fig. 3) ergeben. Andererseits sinkt mit größer werdendem N der Energieinhalt des vom Spektralanalysator auszuwertenden Prüfsignals, so daß sich dadurch Grenzen ergeben, daß das Prüf­ signal sich nicht mehr genügend stark vom Rauschen abhebt. In der Praxis haben sich bei der Prüfung von Übertragungskanälen für Signale mit 50 MHz Bitfrequenz Werte für N zwischen 64 und 256 als vorteilhaft erwie­ sen.

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Der Testgenerator 1 erzeugt ein Signal gem. Fig. 1, welches dem zu überprüfenden Übertragungssy­ stem 2 zugeführt wird. Über einen Umschalter 3 ge­ langen die das Übertragungssystem durchlaufenden Prüfsignale einem Digital/Analog-Wandler 4. Die Ana­ logsignale werden dann mit Hilfe des Spektralanaly­ sators 5, einem handelsüblichen Gerät, als Spektrum dargestellt.

Im Zusammenhang mit dem Digital/Analog-Wandler 4 wird noch auf folgende Zusammenhänge hingewiesen:
Bei der Übertragung von digitalen Signalen ist es wichtig, daß der Übertragungskanal für diese Si­ gnale über eine ausreichende Bandbreite verfügt. Ist die Bandbreite zu klein, werden die digitalen Signale derart verformt, daß eine störungsfreie Regenerierung und Umwandlung der übertragenen Signale nicht mehr möglich ist. Zur Prüfung eines solchen Kanals mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens werden die übertragenen Signale direkt - ohne Umwandlung in Analogsignale - einem Spektral­ analysator zugeführt. Für diese Anwendung ist nämlich die Auswirkung des Frequenzganges des Übertragungska­ nals auf die digitalen Signale von Bedeutung. Es gibt jedoch auch Übertragungskanäle (im weiteren Sinne), bei welchen der Frequenzgang der durch die digitalen Signale repräsentierten Analogsignale beeinflußt wird. Hierbei handelt es sich in erster Linie um digitale Filter. Zur Messung solcher Frequenzgänge ist es erforderlich, wie in Fig. 2 dargestellt, vor dem Spektralanalysator 5 einen Digital/Analog-Wandler 4 vorzusehen. Bei dem System nach Fig. 2 ist im übri­ gen vorgesehen, die digitalen Signale in Parallel­ darstellung, also beispielsweise mit 8 parallelen Leitungen, zu übertragen. Um eine Vergleichsmessung durchführen zu können, kann mit Hilfe des Schalters 3 der Digital/Analog-Wandler 4 direkt mit dem Test­ generator verbunden werden.

In Fig. 4 sind Spektren mit einem gegenüber Fig. 3 geänderten Frequenzmaßstab dargestellt. Die mit a bezeichnete Kurve entspricht dem Spektrum des Prüf­ signals. Die Kurve b stellt das Spektrum des Aus­ gangssignals eines digitalen Tiefpasses nach Digital/Analog-Wandlung dar.

Claims (2)

1. Verfahren zur Messung des Frequenzgangs eines digitalen Übertragungssystems, bei welchem ein digitales Eingangssignal dem Übertragungssystem zugeführt und ein Ausgangssignal des Übertragungssystems ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als digitales Eingangssignal eine Rechteckschwingung benutzt wird, in der jeder N-te Impuls unterdrückt ist, wobei N wesentlich größer 1 ist und bei der die Bitperiodendauer der Periode des Taktsignals zum normalen Betrieb des untersuchten Übertragungssystems entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Übertragungssystems D/A-gewandelt und anschließend spektral analysiert wird.