SE503070C2 - Förfarande för bestämning av tidsfel i samband med analog- digitalomvandling av kvadraturdetekterade signaler - Google Patents

Description

(V1 (_ D 10 15 20 25 30 OJ (D *J CD bland annat på A/D-omvandlarna. Utöver höga krav på de ingående komponenterna är det många gånger nödvändigt att dessutom på lämpligt sätt. bestämma skillnaderna. mellan signalvägarna och exempelvis i den efterföljande signalbe- handlingen korrigera för dessa.

Som ett exempel på detta hänvisas till den europeiska patentskriften EP 0 490 275. I denna beskrivs ett Doppler- radarsystem där man med utnyttjande av FFT (Fast Fourier Transform) detekterar förstärknings- och fasfel i signal- vägarna, beräknar felens storlek och gör korrigeringar.

Emellertid kan även tidsfel uppstå i signalvägarna så att I-och Q-signalerna A/D-omvandlas vid olika tidpunkter.

Denna typ av fel behandlas dock inte i den tidigare nämnda, kända anordningen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett syfte med föreliggande uppfinning är att ange ett förfarande genom vilket tidsfel i samband med A/D-om- vandling av kvadraturdetekterade signaler kan bestämmas så att felen kan korrigeras eller att hänsyn till felen kan tas i den efterföljande signalbehandlingen.

Ovannämnda syfte uppnås genom ett förfarande enligt vilka en periodisk testsignal tillförs anordningen. Efter kvadra- turdetektering samplas testsignalen och de vid detektering- en bildade kvadraturkomponenterna analog-digitalomvandlas.

Samplingen sker därvid för varje period av testsignalen vid Sampel från ett antal minst två bestämda tidpunkter. perioder sammanlagras och Fouriertransformeras för att bilda uttryck som beskriver såväl testsignalens grundton som dess spegelton. Av dessa uttryck bildas en relation vars värden för minst två bestämda samplingstidpunkter används för att beräkna tidsfelet. lO 15 20 25 Den nämnda relationen kan exempelvis utgöras av kvoten mellan uttrycken som beskriver testsignalens spegelton respektive grundton.

FIGURBESKRIVNING visar ett blockschema över en anordning vars tidsfel skall bestämmas Figur 1 Figur 2 visar i ett tidsdiagram testsignalens förhållan- de till bland annat A/D-omvandlarnas samplings- pulser.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM Uppfinningen kommer nu att närmare beskrivas i anslutning till figur 1 som visar en anordning vars tidsfel skall bestämmas.

Förfarandet enligt uppfinningen innebär att en särskild, periodisk signal - testsignal - tillförs den anordning vars tidsfel skall bestämmas. Testsignalen kan exempelvis utgörs av ett periodiskt frekvenssvep. Efter kvadraturdetektering samplas testsignalens I- och Q-komponenter och samplen A/D- omvandlas. För varje period (frekvenssvep) samplas testsig- nalen vid minst två bestämda tidpunkter och samhörande sampel från ett antal perioder (frekvenssvep) Fouriertrans- formeras för att bilda spektra i vilka ingår uttryck som dels beskriver testsignalens grundton, dels dess spegelton till amplitud och fas. Därefter skapas av uttrycken en relation mellan testsignalens spegelton och grundton, exempelvis kvoten mellan dessa. Relationen beräknas för minst två olika samplingstidpunkter och ur dessa beräknas tidsfelet. 10 15 20 25 30 I avsikt att klarare exemplifiera uppfinningen skall den i figur 1 visade anordningen nu närmare beskrivas. Anord- ningen omfattar två blandare 1 och 2. Blandarnas utgångar är vardera anslutna till två A/D-omvandlare 5 och 6.

Blandarnas signalingångar är sammankopplade och tillförs normalt en informationsbärande, bärfrekvent signal IF via anslutningen 3 och omkopplaren 4. Omkopplaren 4 befinner sig då i det läge som i figur 1 angetts med en streckad linje.

I blandarna 1 och 2 sker en blandning med signalerna cos(unt) respektive sin(unt), vilket innebär att fasskillna- den mellan resultatet från blandare 1 och 2 är 90° och resultatet blir en kvadratur vars komponenter i figur 1 har betecknats med i respektive q. På grund av ofullkomligheter i A/D-omvandlarna 5 och 6 uppstår ett tidsfel mellan i och q. Tidsfelet symboliseras i figur 1 med ett första tids- fördröjande organ '7 med fördröjning Atl som 'verkar på signalen i och den tidsfördröjda signalen i betecknas ifl I samband med omvandlingen av signalerna i' och q från till Samplingen görs i A/D-omvandlarna 5 och 6. analoga digitala signaler, samplas signalerna.

Styrning av samplingen sker med hjälp av ett tidstyrande organ 8 som styr tidsläget för samplingarna. Styrningen består av en ändlig sekvens av pulser som upprepas i en takt som anges av ett pulsgenererande organ 9. Det pulsgenererande organet 9 styr således det tidstyrande organet 8. ideal utan är behäftad med ett tidsfel symboliserad i ett andra tidsfördröjande organ 10 ett totalt Tidstyrningen är inte med fördröjning At? Sammantaget erhålles tidsfel mellan de på A/D-omvandlarnas utgångar erhållna I- och Q-signalerna på At1+ At2= At. 10 15 20 25 30 L» i CU '\1 CD För uppmätning av tidsfelet At kopplas i stället för signalen IF en speciell testsignal till blandarna 1 och 2.

Detta görs genom att omkopplaren 3 intar det i figur 1 visade läget varvid en testsignalgivare 11 ansluts till blandarnas signalingångar. Testsignalgivare avger en testsignal som utgörs av ett frekvenssvep med lutningen p (rad/sz). Testsignalen är synkroniserad med styrningen av samplingen i A/D-omvandlarna 5 och 6 genom att den styrs från det gemensamma pulsgenererande organet 9.

Ett exempel på en tidssekvens visas i tidsdiagrammet i figur 2. Diagrammets X-axel anger tiden t och den översta sekvensen visar tidsläget för de pulser som utgör ut- signalen 12 från det pulsgenererande organet 9. Den mellersta sekvensen visar på motsvarande sätt de pulser som utgör utsignalen 13 från det tidstyrande organet 8. I detta exempel samplas således i' och g två gånger för varje puls från det pulsalstrande organet 9. Samplingarna görs vid tidpunkterna tg respektive tl där n anger ordningstalet för den frekvenssvepta testsignalen. För tidpunkterna tg och tß gäller att de för varje frekvenssvep var för sig inträffar på samma tidsavstånd från svepets början.

Diagrammets nedersta del, vars Y-axel anger frekvens, visar testsignalen 14. Såsom tidigare nämnts utgörs denna av ett frekvenssvep. I det visade exemplet sveps frekvensen mellan frekvensvärdena fl och fz och frekvenssvepets start är synkroniserat med pulserna på signalen 12.

Testsignalen 14 innehåller ett linjärt positivt frekvens- svep vilket innebär att insignalen kan skrivas: - l 3 (mztçyïptz) där oz är bärfrekvens hos testsignalen; lO 15 20 (_11 CD ._| CD Mk] CD G\ t är tiden mellan pulserna från det pulsgenererande orga- net (=tiden mellan två samhörande sampel (t.ex. tß-t])); t är tiden mellan sampel och pulsen från det pulsgenere- rande organet (= frekvenssvepets start); p är frekvenssvepets lutning (2fl(f¿-Q)/tQ.

Blandning med w, i blandarna 1 och 2 innebär att den nedblandade insignalen kan skrivas som: - _ _1 z ejeeejw tf” z'“) där w = m2 - 01,. w är således testsignalens "grundvinkelfre- kvens".

Med utnyttjande av Eulers identitet och med hänsyn tagen till tidsfelet At i I-kanalen kan signalerna I och Q efter A/D-omvandlingen därför tecknas på följande sätt: jwc +Ac-w+-1~u(c-At)2) -jwn +Ac-w~-1--v(c+Ac>2) ° 2 ° 2 I=l(e +e }“ 2 och j(wt +-lp~t2) -jhot +lp~tzl e ° 2 -e ° 2 } - -i 39-2! Om uttrycken C* och C införes såsom 4 c-=_(e -1} och jcif-uw-p-Avip (Anm C*=åš{1+e 2 } kan den komplexa signalen I+jQ skrivas som lO 15 20 AJ 05": CD (N (_ w LD _ ju.>-c,+_š-p-:=> I+]Q=e C C* och C' är oberoende av tp, vilket innebär att om ett antal I- och Q-sampel insamlas för tidpunkterna t§, t§,...t; och för tídpunkterna tfl, t§,...tl och en Fourier- transformering utförs, erhålles spektra där C* och C' definierar grundtonens respektive spegeltonens amplitud och fas. Sätter man ö=A@w+vpAt+å¶(AnV kan man bilda kvoten C'__eÜÖ-1 C* l+ej5 Kvoten är således ett uttryck som beskriver relationen mellan spegelton och grundton. Om tidsfelet At är litet kan man approximera eß till 1+j6, det vill säga k 2 -O,5j-6.

Eftersom At är litet kan termen 0,5p(At)2 i uttrycket för 6 försummas varvid erhålles :e-jå (At-ww-.l-At) Genom att beräkna de k-värden (k' och kfi som motsvarar samplingstidpunkterna t}...t; respektive tfl...t§ erhålles _ - /_ H At: z3 ßfs där tsär tiden mellan samplingarna under varje period av testsignalen (t.ex t]-t}). çfl CT: (»' Q c: Tidsfelet At kan således uppskattas med hjälp av imaginär- delarna av k' och k" och testsignalens frekvensändring mellan samplingstidpunkterna.

Det på så sätt uppmätta/beräknade tidsfelet kan exempelvis återmatas till A/D-omvandlaren för att styra en fördröj- ningsfunktion för eliminering av tidsfelet.

I den nu beskrivna utföringsformen av uppfinningen har en testsignal med linjärt ökande frekvens utnyttjats. För- farandet kan användas även för andra former på testsigna- len. Denna kan exempelvis vara en linjärt avtagande frekvens eller en mellan ett antal kända frekvenser stegvis ändrad frekvens varvid samplingen skall ske vid olika frekvenser.

Genom att sampla vid mer än två tidpunkter per testsignal- period kan ett mera noggrant mätresultat erhållas genom medelvärdesbildning av erhållna tidsfel.

Tidsavståndet mellan samplingstillfällena bör dels vara anpassat till den efterföljande A/D-omvandlarens bandbredd, dels väljas så att testsignalens frekvensändring mellan samplingarna blir så stor som möjligt, varigenom ett bättre signal/brusförhållande uppnås.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan nämnda utförings- formerna utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (9)

10 15 20 25 PATENTKRAV .D ru: CD UJ *ID \J ID

1. Förfarande för bestämning av tidsfel i samband med analog-digitalomvandling av kvadraturdetekterade signaler kännetecknat därav, att en särskild, periodiskt upprepad signal, vars frekvens under varje period ändras, tillförs den anordning vars tidsfel skall bestämmas; den särskilda signalen kvadraturdetekteras var- vid två kvadraturkomponenter (I och Q) bildas; kvadraturkomponenterna samplas och samplen omvandlas till digital form, varvid kvadratur- komponenterna för varje period av den särskilda signalen vardera samplas vid minst två bestämda tidpunkter; de från de bestämda tidpunkterna samhörande samplen från ett antal perioder av den särskilda signalen Fouriertransformeras för att bilda spektra i vilka ingår uttryck som dels beskriver den särskilda signalens grundton och dels dess spegelton; av nämnda uttryck bildas en relation mellan nämnda grundton och nämnda spegelton; tidsfelet beräknas ur relationens värde för minst två bestämda samplingstidpunkter.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att den särskilda, periodiskt upprepade signalen utgörs av ett linjärt frekvenssvep. 10 15 20 25 IO E05 G70

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att det linjära frekvenssvepet går från en lägre frekvens mot en högre frekvens.

4. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att det linjära frekvenssvepet går från en högre frekvens mot en lägre frekvens.

5. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att det den särskilda, periodiskt upprepade signalens frekvens under varje period stegvis ändras mellan ett antal kända frekvenser.

6. Förfarande enligt något av patentkrav 1-5, kännetecknat därav, att de genom Fouriertransformering bildade uttrycken beskriver den särskilda signalens grundton och spegelton till såväl amplitud som fas.

7. Förfarande enligt något av patentkrav 1-6, kännetecknat därav, att de genom Fouriertransformering bildade uttrycken som beskriver den särskilda signalens grundton respektive spegelton är j(Arw+rpAc+%1nAtV> 1 q(A:w~vun:+å1uA:V> -%{l+e ) och -Ele ¿ -1} där At är tidsfelet, w är den särskilda signalens vinkel- frekvens, t är tidsavståndet mellan den särskilda signalens starttidpunkt och samplingstidpunkten och p är den särskil- da signalens vinkelfrekvensändring per tidsenhet.

8. Förfarande enligt något av patentkrav 1-7, kännetecknat därav, att nämnda relation utgörs av kvoten mellan ut- trycken som beskriver den särskilda signalens spegelton respektive grundton. H 'fi ID ud <1) \l (I)

9. Förfarande enligt patentkrav 8, kännetecknat därav, att tidsfelet At beräknas ur uttrycket = -zj (kf-M) u-ts At där k'och k"är relationens värde för samplingstidpunkterna tf...t; respektive tf...tJ, p är det den särskilda signa- lens vinkelfrekvensändring per tidsenhet och tsär tidsav- ståndet mellan samplingarna under varje period av den särskilda signalen.