METHOD FOR EXAMINING SIGNAL LEVEL-DEPENDENT PROPERTIES OF TRANSMISSION APPARATUSES ESPECIALLY OF SIGNAL LEVEL-DEPENDENT ATTENUATION DISTORSIONS OF CODEC'S FOR PCM CIRCUIS, AND DEVICE FOR THE APPLICATION OF SAID METHOD

Abstract: 1. A method of testing level-dependent characteristics of transmission devices, in particular the level-dependent attenuation distortion of codes for PCM-devices, characterised in that into the test item there is fed a test signal which comprises oscillations of closely adjacent, separable frequencies as signal components or which corresponds to oscillations in the range of which the level-dependent characteristics which are to be tested remain at least approximately constant and whose signal components possess different levels, that moreover the test response is transformed from the time domain into the frequency domain and the result is related to the test signal in the region thereof.

Description: Verfahren zur Prüfung pegel abhängiger Eigenschaften von Ubertragungseinrichtungen, insbesondere der pegelabhängigen Dämpfungsverzerrung von Codecs für PCM-Geräte, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben. Durch die Verfügbarkeit hochentwickelter und preiswerter Digitalbausteine, sowie die Einführung breitbandiger Übertragungskanäle in Lichtwellenleiter-Technologie, können die Vorteile der digitalen Nachrichtenübertragung und -vermittlung, beispielsweise die beliebige Regenerierbarkeit der Signale und die Möglichkeit ihrer Be- und Verarbeitung mit den Mitteln der modernen Computertechnologie, für neue Anwendungsgebiete genutzt werden. Die hohen Qualitätsanforderungen und grossen Stückzahlen der verwendeten Bauteile und Baugruppen rücken das Problem der Funktionsprüfung, beispielsweise zur Fertigungskontrolle, immer mehr in den Vordergrund. Diese hat möglichst rasch über eine Vielzahl von Eigenschaften der Übertragungseinrichtungen Aufschluss zu g#ben. Zu den wichtigsten Bauteilen der digitalen Nachrichten übertragungstechnik gehören Digital-Analog- und /oder Analog-Digital-Wandler bzw. Bauteile, die diese enthalten. Ein Beispiel dafür stellt der PCM-Codec dar. Die Fertigungskontrolle soll nicht nur genauen Aufschluss über die.Qualifikation des jeweils geprüften Exemplares geben, sondern auch Rückschlüsse auf systematische Fertigungsmängel zulassen. Die Prüfung digitaler Wandler bausteine mit Hilfe herkömmlicher übertragungsmessplätze erfordert vergleichsweise lange Mess- und Prüfzeit. Dabei interessiert neben der Quantisierungsverzerrung die Dämpfungsverzerrung. Es sei um Missverständnissen vorzubeugen darauf hingewiesen, dass es sich bei der in der Literatur mit Dämpfungsverzerrung bezeichneten Grösse meist um die sogenannte frequenzabhängige Dämpfungsverzerrung handelt. Daneben ist aber insbesondere auch die pegelab hangige Dämpfungsverzerrung von Interesse. Hierbei handelt es sich um eine amplitudenabhängige, nichtlineare Verzerrung des übertragenen Signals. Einen Überblick über Messgrössen in der Datenübertragungstechnik bringt G. Kafka in "Messtechnik in der Datenkommunikation" der Zeitschrift Elektronik Nr. 8/1982, Seiten 121 - 129. Hier wird, wie auch in den folgenden Publikationen, auf die grosse Zeitersparnis hingewiesen, die durch Einsatz von Prüfverfahren, die sich der sogenannten Fourier-Transformation bedienen, erzielt werden kann. Im Speziellen handelt es sich um diskrete Fourier-Transformation und deren besonderes Rechenverfahren, die Fast Fourier-Transformation (.FFT). Siehe dazu auch A.Wehringer "Grundlagen und Realisierung der FFTU in Elektronikschau, Heft 1, Heft 2 /1980. Gegen die weitverbreitete Anwendung sprechen der relativ hohe Rechenaufwand, sowie die Schwierigkeit, die Messergebnisse exakt zu deuten. Auch in dem Artikel von G. Bläss "Messverfahren zur Bestimmung von Pegel und Gruppenlaufzeit" in NTZ Band 34 (1981), Heft 1 wird auf die Problematik der Anwendung der FFT in der Praxis hingewiesen. Die Firma Fairchild erzeugt einen Testadapter, mit dem es möglich ist, sie bei Prüfverfahren zu nützen. Erst durch einen Array-Processor ist das Testergebnis in relativ kurzer Zeit vom Zeit- in den Frequenzbereich transformierbar. Bei allen im Zusainmen- hang mit FFT beschriebenen Messgrössen handelt es sich aber ausschliesslich um frequenzabhängige. Eine allfällige Pegelabhängigkeit wird bisher lediglich durch eine ent sprechende Anzahl von Einzelmessungen des Prüfsignales mit unterschiedlichen Amplituden festgestellt. Andere Möglichkeiten des Tests vom PCM-Codecs werden von R.G. Rolls in "The Radio and Electronic Engineer", Vol.50, No. 7, July 1980 unter dem Titel "A review of distortion and its measurement in p.c.m. telephony systems beschrieben. Hier werden die Ergebnisse bei unterschiedlichen Prüfsignalen verglichen. Es werden Sinussignale ebenso wie Rauschsignale und Pseudorauschsignale verwendet. Es wird vor allem auf die Quantisierungsverzerrung eingegangen. Weiters ist ein Verfahren bekannt (EP 0069398 Al), das durch quasi stroboskopische Abtastung die Gesamtheit der Antwort des Prüflings auf das Messsignal beliebig genau beschreibt. Aus dieser werden anschliessend durch Vergleich mit dem Ausgangssignal die gewünschten, im speziellen auch pegelabhängigen, Messgrössen ermittelt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verfahren der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art die Messzeit weiter herabzusetzen. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahrensschritte gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäss der Erfindung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird. Das Verfahren gemäss der Erfindung ermöglicht die Prüfun nicht nur von A/D- und/oder D/A-Wandlern, sondern auch von übertragungselementen oder -abschnitten. Das können entweder die mit einem solchen Wandler verbundenen bzw. nicht getrennt zugänglichen Filter sein, oder auch ganze Übertragungsabschnitte und dergleichen. Die Wandler können entweder in Kombination mit derartigen übertragungs abschnitten geprüft werden, so dass sich das Verhalten der aus Wandler und beispielsweise Leitungsabschnitt bestehenden Gesamtanordnung ermitteln lässt, oder aber es können die Eigenschaften von Übertragungsabschnitten oder allgemein von Vierpolen für sich ermittelt werden. Der grundlegende Erfindungsgedanke liegt in der Verwendung eines an sich bekannten mathematischen Verfahrens (der Fast-Fourier-Transformation), das bisher nur zur Bestimmung frequenzabhängier Grössen verwendet wird. Nunmehr ist es möglich, es auch zur Messung amplitudenabhängiger Grössen heranzuziehen. Um dieses Verfahren anwenden zu können, muss das Prüfsignal so schmalbandig gewählt werden, dass in diesem Bereich die Messgrösse nahezu frequenzunabhängig ist. Dies wird anhand der pegelab hängigen Dämpfungsverzerrung vom Codecs zur Pulscodemodulation und folgender Figuren deutlich gemacht. Fig. 1 zeigt ein mögliches Frequenzspektrum für ein Multi frequenz-Testsignal zur Messung der pegelabhängi- gen Dämpfungsverzerrung von PCM-Codecs. Fig 2 zeigt das Messergebnis des in Fig. 1 angegebenen Frequenzspektrums im Toleranzfeld der pegelab hängigen Dämpfungsverzerrung. Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung zur Mes sung eines Prüflings in Analog-Digital-Richtung. Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung zur Mes sung eines Prüflings in Digital-Analog-Richtung. An diesem Beispiel wird der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens gezeigt. Das Übertragungsverhalten bei acht unterschiedlichen Pegeln ist gleichzeitig zu prüfen. Daher wird das Prüfsignal von acht Sinusschwingungen eng benachbarter Frequenzen aufgebaut. Ihre Amplituden werden entsprechend den Pegeln eingestellt. Es ist wichtig, dass die Frequenzen der einzelnen Signalkomponenten so nahe benachbart sind, dass sie insgesamt ein quasi monofrequentes Prüfsignal bilden, d.h. ein Signal, in dessen Frequenzbereich die Frequenzabhängigkeit der zu bestimmenden Grösse praktisch vernachlässigbar ist. Andererseits muss aber auch auf die Notwendigkeit der späteren Separierbarkeit zur Analyse der Komponenten geachtet werden. Vorzugsweise wird eine besonders charakteristische Frequenz des Prüflings mit dem grössten Teilpegel beaufschlagt. Ein Vorschlag zur Gestaltung des Prüfsignals zeigt das in Fig. 1 abgebildete Frequenzspektrum. Die Signalkomponenten gruppieren sich um die für Codecs übliche Prüffrequenz von 1.000 Hz. Die Abstände zwischen ihnen betragen jeweils 10 Hz. Durch die geeignete Wahl von Frequenz und Phasenlage wird berücksichtigt, dass einerseits der Kanal nicht übersteuert wird, andererseits ein Frequenzspektrum mit scharfen Spektrallinien entsteht und es während der Messzeit zu keinen das Ergebnis verfälschenden Schwebungserscheinungen kommt. Das resultierende Antwortsignal wird mittels Fourier-Transformation analysiert und liefert gleichzeitig die Dämpfungsverzerrung jedes eingestellten Pegelpunktes für eine andere der eng benachbarten Frequenzen. Hieraus kann durch eine nachfolgende Rechenoperation die gewünschte Pegelabhängigkeit der Dämpfungsverzerrung gewonnen werden. Der Messfehler, der durch diesen Kunstgriff entsteht, ist im allgemeinen vernachlässigbar klein, da die frequenzabhängige Dämpfungsverzerrung in dem interessierenden Messbereich ausserordentlich flach verläuft. Eventuell nötige Korrekturen als Folge des Frequenzganges sind durch die ohnehin nötige Messung der frequenzabhängigen Dämpfungsverzerrung ohne besonderen zusätzlichen Aufwand möglich. Die Verkürzung der Messzeit gegenüber herkömmlichen Messmethoden entspricht mindestens der Anzahl der gleichzei tig verarbeiteten Pegel. Sie wird in diesem Beispiel auf ein Achtel herabgesetzt. In Fig. 2 ist das Messergebnis im Toleranzfeld der pegelabhängigen Dämpfungsverzerrung dargestellt. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt das in Fig. 3 dargestellte schematische Blockschaltbild. Es wird ein 8-Bit Codec in Analog-Digital-Richtung geprüft. Ein Digitalwortgenerator 1 erzeugt eine, das Prüfsignal beschreibende Wortfolge, die anschliessend einem hochgenauen Digital-Analog-Wandler 2 zugeführt wird, dessen Ausgang mit dem Analog-Eingang des Codecs 3 verbunden ist. Die von diesem gewandelte Prüfantwort muss decodiert werden 4, bevor sie dem Array Processor 5 zur Fast-Fourier-Transformation zugeführt wird. Ein Rechner 6 analysiert das Ergebnis und gibt es beispielsweise über einen Plotter 7 aus. Die überprüfung des Codecs in Digital-Analog-Richtung wird in Fig. 4 dargestellt. Wieder erzeugt ein Digitalwortgenerator 1 eine Beschreibung des Prüfsignals, die gegebenenfalls in einem PCM-Coder 2 umgewandelt und dem Digital-Eingang des Codecs 3 zugeführt wird. Dessen Prüfantwort wird mit Hilfe eines 16-Bit Analog-Digital-Konverters 4 umgewandelt und einem Array-Processor 5 zur Fast-Fourier-Transformation zugeführt. Rechner 6 und Plotter 7 sorgen wieder für die Ausgabe des Prüfergebnisses. Es gibt grundsätzlich zwei Testphilosophien. Die eine gibt analogen Verfahren den Vorzug, während sich die andere auf die Digitaltechnik beschränkt. Obwohl hier ein Digitalverfahren beschrieben wurde, ist es selbstverständlich auch möglich, diesen Test in hochgenauer Analogtechnik durchzuführen. Der Digitaltechnik ist wohl der Vorzug zu geben, da bei dem erfindungsgemässen Verfahren eine rechnergestützte Auswertung des Messergebnisses unerlässlich ist. Ausserdem ist der Aufwand zur Erzielung einer hohen Präzision und genauen Reproduzierbarkeit der Ergebnisse geringer. Beispielsweise gibt es beim Digitalwortgenerator 1 keine Einschwingvorgänge und er liefert auch die Beschreibung des Prüfsignales im PCM-Code, wenn dies erforderlich ist. Es wird aber ausdrücklich auf den Unteranspruch il verwiesen, da es sehr wohl auch möglich ist das Prüfsignal auf analogem Wege zu erzeugen, ohne das Verfahren gemäss der Erfindung grundlegend zu verändern. 12 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Prüfung pegelabhängiger Eigenschaften von Übertragungseinrichtungen, insbesondere der pegelabhängigen Dämpfungsverzerrung von Codecs für PCM-Geräte, dadurch gekennzeichnet, dass in den Prafling ein Prüfsignal eingespeist wird, das aus Schwingungen eng benachbarter, separierbarer Frequenzen besteht, in deren Bereich die zu prüfenden pegelabhängigen Eigenschaften zumindestens annähernd konstant bleiben und dessen Signalkomponenten unterschiedliche Pegel aufweisen, dss ferner die Prüfantwort vom Zeit- in den Frequenzbereich transformiert und das Ergebnis im Bereich des Prüfsignales mit diesem in Beziehung gesetzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsignal um eine charakteristische Frequenz des Prüflings gelegt wird, wobei der grösste Teilpegel auf eben diese Frequenz entfällt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Vergleich der Pegel der Signalkomponenten des Prüfsignals mit den jeweils entsprechenden der Prüfantwort die pegelabhängige Dämpfungsverzerrung bestimmt wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Prüfsignals das Signal-/Verzerrrungsverhältnis (S/D-Verhältnis) bestimmt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein neues Signal, bestehend aus mehreren der im Anspruch 1 charakterisierten Prüfsignale, die über das zu übertragende Frequenzband verteilt sind, in den Prüfling eingespeist wird und dass durch die auf diese Art gewonnene Prüfantwort bei einer einzigen Messung die pegelabhängige und die frequenzabhängige Dämpfungsverzerrung bestimmt werden. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek e n n z e i c h ne t, dass die Anfangsphasen der Signalkomponenten so gelegt werden, dass während der, für eine Messung erforderlichen Zeitspanne, keine störenden Schwebungserscheinungen und/oder Ubersteuerungen auftreten. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Transformation der Prüfantwort vom Zeit- in den Frequenzbereich die Fast-Fourier-Transformation (FFT) zur Anwendung kommt. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gek e n n z e i c h ne t, dass die Periodizitätsbedingung der FFT durch geeignete Festlegung des Anfangs- und Endzeitpunktes der Messaufzeichnung der Prüfantwort erfüllt wird. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Anspruch 1 charakterisierte Prüfsignal durch Sinusschwingungen dargestellt wird. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - einen Digitalwortgenerator zur Erzeugung einer das Prüfsignal beschreibenden digitalen Wortfolge, - einen hochgenauen Digital-Analog-Wandler zur Umsetzung des Prüfsignals, dessen Ausgang mit dem Analog-Eingang des Prüflings verbunden ist und - einen Array-Processor, dessen Eingang mit dem Digital Ausgang des Prüflings verbunden ist, der die Prüfant wort fast-fourier-transformiert, worauf durch Vergleich des Ergebnisses mit dem Prüfsignal die pegelabhängige Dampfungsverzerrung, sowie gegebenenfalls auch die fre quenzabhängige Dämpfungsverzerrung ermittelt wird. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch - einen Funktionsgenerator zur Erzeugung des analogen Prüfsignals, der mit dem Analog-Eingang des Prüflings verbunden ist. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch - einen Digitalwortgenerator zur Erzeugung einer, das Prüfsignal beschreibenden digitalen Wortfolge, dessen Ausgang mit dem Digital-Eingang des Prüflings verbunden ist, - einen hochgenauen Analog-Digital-Wandler, dessen Analog Eingang mit dem Analog-Aisgang des Prüflings verbunden ist und - einen Array-Processor, dessen Eingang mit dem Digital Ausgang des Wandlers verbunden ist, der die Prüfant wort fast-fourier-transformiert, worauf durch Vergleich des Ergebnisses mit dem Prüfsignal die pegel abhängige Dämpfungsverzerrung, sowie gegebenenfalls auch die fre quenzabhängige Dämpfungsverzerrung ermittelt wird.

Inventors: KIMMEL, SIEGFRIED, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: G01R27
IPC codes: G01R27, H04B3, G01R31, G01R19