CN100338901C - 确定数字调制信号的相位噪声谱和/或振幅噪声谱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定数字调制输入信号(S)的相位噪声谱和/或振幅噪声谱的方法。所述方法包括以下步骤：通过对基带中的所述输入信号(S)的相位分量(I)和相位正交分量(Q)进行数字采样，产生实际复数采样(A_real[n])(S100)；根据产生的实际采样(A_real[n])确定理想复数采样(A_ideal[n])(S101)；根据实际复数采样(A_real[n])和理想复数采样(A_ideal[n])形成复数商(ΔA₁[n]＝A_real[n]/A_ideal[n])；通过对所述复数商指定值1，产生经修正复数商(B[n])(S106)；以及对经修正复数商(B[n])进行傅立叶变换(S107)。本发明还涉及一种类似的用于确定所述数字调制输入信号的振幅噪声谱的方法。

Description

确定数字调制信号的相位噪声谱和/或振幅噪声谱的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定数字调制信号的相位噪声谱和/或振幅噪声谱的方法。

背景技术

对于数字调制信号的分析和技术测量评估，信号处理中涉及的振荡器的相位噪声谱和振幅噪声谱的图形表示是重要的测量量。在对例如为QAM(正交振幅调制)调制或mVSB(残留边带)调制的电视信号进行数字传输的情况下，这种测量尤其重要。

通常以没有残留载波或只有小残留载波的方式来处理数字调制信号。调制信号的有效频谱分布在相对大的带宽上。然而，要测量的相位噪声或者要测量的振幅噪声的频谱也位于调制信号的该有效频谱内。为了测量相位噪声或振幅噪声的频谱，迄今通常切断调制并传送连续的CW(连续波)信号。然后可以用频谱分析仪来测试该CW信号，并可对相位噪声谱或振幅噪声谱进行检测，这种将相位噪声与振幅噪声分离的方法仍然存在困难。在这种用于测量相位或振幅噪声的操作状态中，不可能同时传送数据。这非常不利，因为为了进行测量必须中断正常的操作，这在操作传输模式中的业务测量过程中是不可能的。

US 6,366,621 B1提出了用于确定8VSB或16VSB信号的基准相位的方法。该文献中提出了用计算机重建导频信号(pilot signal)。使用这种方法，对短期相位波动(相位抖动)的测量、特别是对分布于有效数据频谱上的频谱的测量是不可能的。

发明内容

本发明的主要目的是使得可以在正常调制操作过程中不需切断调制就可以确定数字调制信号的相位噪声谱和/或振幅噪声谱。

关于对相位噪声谱的确定，通过发明1的特征来实现所述目的；关于对振幅噪声谱的确定，通过发明2的特征来实现所述目的。

发明1是一种用于确定数字调制输入信号S的相位噪声谱的方法，具有以下方法步骤：

通过对基带中的输入信号S的同相分量I和正交相位分量Q进行数字采样，生成实际复数采样A_real[n](S100)，

根据实际复数采样A_real[n]确定理想复数采样A_ideal[n](S101)，

根据实际复数采样A_real[n]和理想复数采样A_ideal[n]，形成复数商ΔA₁[n]＝A_real[n]/A_ideal[n](S102)，

当相关联的实际复数采样的值|A_real[n]|小于第一阈值Minvalue时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]，

通过将复数商的值设为1，产生经修正复数商B[n](S106)，以及

对经修正复数商B[n]进行傅立叶变换(S107)。

发明2是一种用于确定数字调制输入信号S的振幅噪声谱的方法，具有以下步骤：

通过对基带中的输入信号S的同相分量I和正交相位分量Q进行数字采样，生成实际复数采样A_real[n](S100)，

根据实际复数采样A_real[n]确定理想复数采样A_ideal[n](S101)，

根据实际复数采样A_real[n]和理想复数采样A_ideal[n]，形成复数商ΔA₁[n]＝A_real[n]/A_ideal[n](S102)，

当相关联的实际复数采样的值|A_real[n]|小于第一阈值Minvalue时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]，

通过将复数商的相位设为0，产生经修正复数商B[n](S108)，以及

对经修正复数商B[n]进行傅立叶变换(S107)。

本发明的主要原理是，由于测量到的实际复数采样(分别具有同相分量(I)和正交相位分量(Q))与理想复数采样相关联，所以可以对叠加在要测量的相位噪声或振幅噪声的频谱上的有效数据的频谱进行计算。在测量到的实际复数采样与由于调制而产生的理想复数采样之间因此出现的相位差或由此出现的振幅比，是仍然存在的经修正调制的相位波动或振幅波动，它们形成经修正调制的测量量。

因为给定理想基带信号的情况下相位波动或者振幅波动与受控调制相关联，所以由此检测到的相位波动或振幅波动完全独立于刚才传送的调制信号。因此无须中断此操作。例如，无需中断电视发射机传送的节目就可以测量该电视发射机上的相位噪声谱或振幅噪声谱。

可以通过根据测量到的实际复数采样和从其提取的理想复数采样来形成商而以简单的方式产生理想基带信号的基准。通过形成所述商，一方面产生了实际复数采样与理想复数采样之间的相位差，另一方面，产生了实际复数采样的值与理想复数采样的值的振幅比。在对相位噪声谱进行确定的情况下，应该将商的值设置为1。在对振幅噪声谱进行确定的情况下，应该将系数的相位设置为0。在进行傅立叶变换后，可以得到对应的频谱。

发明3至6包括本发明的有利发展。

发明3的特征在于，

输入信号S是根据mVSB方法进行了数字调制的。

发明4的特征在于，

仅理想复数采样A_ideal[n]的同相分量I是根据实际复数采样A_real[n]的同相分量I确定的，并且

理想复数采样A_ideal[n]的正交相位分量Q是通过对理想复数采样A_ideal[n]的同相分量I进行希尔伯特变换而产生的。

发明5的特征在于，

当相关联的实际复数采样的虚部Im{A_real[n]}大于第二阈值A_max时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]。

发明6的特征在于，

当相关联的实际复数采样的虚部Im{A_real[n]}小于第三阈值A_min时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]。

如果待测试信号是mVSB信号，则根据实际采样(实际上根据其同相分量)只确定理想采样的同相分量是有效的。理想采样的正交相位分量是根据理想采样的同相分量、然后通过对这种单边带调制类型常用的希尔伯特变换而产生的。

特别地，当评估mVSB信号时，如果脱离了容许值域，特别是当实际采样的值低于第一阈值或者实际采样的虚部大于第二阈值或小于第三阈值时，用插值来代替实际采样与理想采样的复数商是有利的。

附图说明

接下来参照附图进一步详细说明本发明的实施例。在附图中示出：

图1是用于说明根据本发明的用于确定相位噪声谱的方法的流程图；

图2是用于说明根据本发明的用于确定振幅噪声谱的方法的流程图；

图3是受相位抖动干扰的8VSB信号的实际星座图(constellationdiagram)；

图4是与图3相关联的理想星座图；

图5A是作为采样指标(sample index)n的函数的相位误差Δ；

图5B是实际采样和理想采样的复数系数值(已设置了值＝1)的I/Q图；

图5C是由根据本发明的方法确定的相位噪声谱；

图6A是图5A的放大部分；

图6B是与图6A相关联的I/Q图；

图6C是与图6A相关联的相位噪声谱，表示图5C的放大部分；以及

图7是用于说明实现根据本发明的方法的装置的框图。

具体实施方式

接下来参照图1和图7，对用于确定数字调制信号的相位噪声谱的根据本发明的方法、或用于实现根据本发明的方法的装置进行说明。

在图7所示的根据本发明的装置1的情况下，待分析的数字调制高频信号S首先被提供给高频单元2。以普通的方式，该信号通过第一混频器3(其与本机振荡器或可变振荡器4相连)被下混频至中频，并在中频单元5中受到进一步处理。所述中频信号由第二混频器6和第三混频器7变换到基带。为此，第一混频器6直接与第二本机振荡器8相连，第三混频器7通过90°移相器9与本机振荡器8相连。因此，提供给混频器6或7的振荡器信号相对于彼此相移90°。在第二混频器6的输出中，出现基带信号的同相分量I，所述分量通过第一低通滤波器10提供给第一模/数转换器11。在第三混频器7的输出中，可以得到基带信号的正交相位分量Q，所述分量通过第二低通滤波器12提供给第二模/数转换器13。因此，在模/数转换器11和13的输出中，可以得到复数采样A_real[n]，其表示输入信号S的复数基带信号。n是采样指标。第一模/数转换器11的输出中的同相分量I表示这些复数采样A_real[n]的实部，而第二模/数转换器13的输出中的正交相位分量Q表示这些复数采样A_real[n]的虚部。

还应该注意，一个前提是基带信号相对于频率和时间同步地出现。

上述的产生实际复数采样A_real[n]对应于图1的流程图中的步骤S100。在方法步骤S101中，根据实际复数采样A_real[n]产生理想复数采样A_ideal[n]。为此，在星座图中建立入口区(entry region)，其将一个特定的实际I/Q值精确地指定给一个理想I/Q值。参照图3和4，通过8VSB调制的示例对此进行说明，所述8VSB调制例如用于传送数字电视的视频信号。

图3表示实际复数采样A_real[n]的星座图。根本上，该处理可以在将实际复数采样A_real[n]指定给理想复数采样A_ideal[n]的过程中按如下方式发生：即，在该指定过程中对I值和Q值都加以考虑，从而使每个理想采样在实际采样上都具有平坦的入口区。这种操作模式例如适合于QAM调制的情况。在图3中出现mVSB调制的情况下，不同的操作模式是有效的：只对实际采样A_real[n]的实部(即，同相分量I)进行评估，并对实际采样A_real[n]的每个同相分量I分别指定理想采样A_ideal[n]的一个同相分量I。在图3中，间隔15至22表示实际复数采样A_real[n]的同相分量I的入口区，所述入口区分别精确地指向理想采样A_ideal[n]的一个同相分量。

因为在mVSB调制的情况下的每个正交相位分量Q都可以根据同相分量I的时间连续序列通过希尔伯特变换来计算出，所以对应于根据本发明的进展，提出了不根据实际采样A_real[n]的正交相位分量Q来获得理想采样A_ideal[n]的正交相位分量Q，而通过对理想采样A_ideal[n]的同相分量序列进行希尔伯特变换的计算来获得理想采样A_ideal[n]的正交相位分量Q。

由此获得的理想采样A_ideal[n]示于图4中。因此很明显，图4中不再存在图3中存在的以标号14表示的值域极限。这里，如果有必要，则仍然必需实行对应的插值措施。这将进一步说明。

上述的根据实际复数采样A_real[n]来产生理想复数采样A_ideal[n]是在图7所示的指定装置23中实现的。在商形成装置24中，商

ΔA₁[n]＝A_real[n]/A_ideal[n]                   (1)

即，复数商ΔA₁[n]是根据实际复数采样A_real[n]和理想复数采样A_ideal[n]来计算的。这在图1的流程图中由步骤S102示出。

如果复数商超过特定值范围而不可靠，则可以在插值器25中实现的可选方法步骤S103中可选地进行对复数商的插值。例如，如果实际采样A_real[n]的虚部Im{A_real[n]}大于预定最大值(即大于阈值A_max)、或者小于预定最小值(即小于预定阈值A_min)，那么商ΔA₁[n]就不能再由数字格式进行数字表示，并且绝不能考虑这些受限值。应该根据前面和/或后继的值以插值代替这些值。

用于确定商ΔA₁[n]的I/Q值的分辨率是由A_real[n]的量化步骤的数量确定的。因此，ΔA₁[n]的相对误差越大，A_real[n]的值就越小。为了最小化这类随机误差的效应，优选地，如果ΔA₁[n]的值相对小，则同样应该舍弃ΔA₁[n]的值并以插值代替，整个结果不会由此受到篡改。因此，优选地，当实际复数采样A_real[n]的值小于阈值Minvalue时也应该进行插值。

在方法步骤S104中实现上述的插值标准的确定，受到插值作用的采样以标记(标志)U[n]标记。可以在方法步骤S103中针对所有商值ΔA₁[n]计算插值ΔA₂[n]，只有当设置了插值标记U[n]时才在方法步骤S105中接收所述商值。插值后(如果有必要进行插值)产生的复数商ΔA₃[n]可以写为如下的极坐标形式：

根据本发明，通过在图1中的步骤S106中或在图7中的修正装置26中将复数商ΔA₃[n]的值|ΔA₃[n]|设为1，产生了经修正的复数系数B[n]以表示相位噪声谱：

当确定相位噪声谱时，不考虑振幅波动而只考虑相位波动的频谱。相位波动由相位差Δ₃[n]确定，因为通过在步骤S102中形成商从而出现了相位差Δ₁[n]＝_real-_ideal(即，实际采样A_real[n]的相位_real与理想采样A_ideal[n]的相位_ideal之间的差)。Δ₃[n]与Δ₁[n]的不同仅在于必要时实施了插值。根据本发明的本质发明点在于：如果对应于根据本发明的方法，通过对理想采样的重构来对受控调制的瞬时相位进行重构，并从测量的实际相位_real[n]提出由此重构的基准相位_ideal[n]，那么就可以独立于调制所指定的瞬时相位来评估相位波动。

在方法步骤S107或在傅立叶变换单元27中进行傅立叶变换之后，得到相位噪声谱，并可用显示装置28(例如显示器)显示该相位噪声谱。

为了说明本发明，图5A示出了作为采样指标n的函数的相位波动Δ[n]的示例。在图5B中，示出了经修正的复数系数B[n]的关联I/Q图。检测到值B[n]在具有单位半径的圆上移动。在图5C中，示出了由根据本发明的方法确定的关联相位噪声谱。图6A示出了图5A的放大部分，图6B示出与这部分相关联的对应I/Q图。图6C示出对应地更精确分辨的相位噪声谱。

也可以以类似的方式来估计振幅噪声谱。为此所需的方法步骤示于图2所示的流程图。方法步骤S100到S105与已经参照图1进行了说明的步骤S100到S105相同。在图2中的方法步骤S108中，与图1中的方法步骤S106不同，通过将复数商ΔA₃[n]的相位Δ₃[n]设为0从而产生经修正的复数商B[n]。

B[n]＝|ΔA₃[n]|·e^j·0    (4)

这样，相位波动不影响通过步骤S107中的傅立叶变换而生成的频谱。相反地，频谱的特征在于(必要时经插值的)商ΔA₃[n]的值|ΔA₃[n]|的波动。在图7中的修正装置29中产生用于振幅噪声谱的经修正的复数商B[n]。可以通过切换装置30对用于傅立叶变换装置27的输入信号在修正装置26和29之间进行切换。

有利地，可以将每滤波器带宽功率密度计算为另一单位，例如dBc/Hz(也就是功率密度＝每1Hz带宽的功率)，所述滤波器带宽是所使用的FFT(快速傅立叶变换)的设置基数，并且取决于原始I/Q值的时间间隔。这在对噪声干扰的评估中特别有用。在对窄带干扰(CW干扰)进行估计的情况下，明智的做法是保持水平轴(level axis)的单位不变。如果有必要，可以用切换器来选择希望的单位或标度。

本发明不限于所述实施例。相反，在本发明范围内可以进行许多修改和改进。例如，当根据实际采样A_real[n]产生理想采样A_ideal[n]时，也可以对通常存在的纠错编码进行估计，结果，因为对错误理想采样A_ideal[n]的缺陷分配而造成的不稳定相位和/或振幅波动实际上不存在，所以进一步提高了精确度。

Claims (6)

1、用于确定数字调制输入信号S的相位噪声谱的方法，具有以下方法步骤：

通过对基带中的输入信号S的同相分量I和正交相位分量Q进行数字采样，生成实际复数采样A_real[n](S100)，

根据实际复数采样A_real[n]确定理想复数采样A_ideal[n](S101)，

根据实际复数采样A_real[n]和理想复数采样A_ideal[n]，形成复数商ΔA₁[n]＝A_real[n]/A_ideal[n](S102)，

当相关联的实际复数采样的值|A_real[n]|小于第一阈值Minvalue时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]，

通过将复数商的值设为1，产生经修正复数商B[n](S106)，以及

对经修正复数商B[n]进行傅立叶变换(S107)。

2、用于确定数字调制输入信号S的振幅噪声谱的方法，具有以下步骤：

通过对基带中的输入信号S的同相分量I和正交相位分量Q进行数字采样，生成实际复数采样A_real[n](S100)，

根据实际复数采样A_real[n]确定理想复数采样A_ideal[n](S101)，

根据实际复数采样A_real[n]和理想复数采样A_ideal[n]，形成复数商ΔA₁[n]＝A_real[n]/A_ideal[n](S102)，

当相关联的实际复数采样的值|A_real[n]|小于第一阈值Minvalue时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]，

通过将复数商的相位设为0，产生经修正复数商B[n](S108)，以及

对经修正复数商B[n]进行傅立叶变换(S107)。

3、根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

输入信号S是根据mVSB方法进行了数字调制的。

4、根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

仅理想复数采样A_ideal[n]的同相分量I是根据实际复数采样A_real[n]的同相分量I确定的，并且

理想复数采样A_ideal[n]的正交相位分量Q是通过对理想复数采样A_ideal[n]的同相分量I进行希尔伯特变换而产生的。

5、根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

当相关联的实际复数采样的虚部Im{A_real[n]}大于第二阈值A_max时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]。

6、根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

当相关联的实际复数采样的虚部Im{A_real[n]}小于第三阈值A_min时，以插值ΔA₂[n]代替复数商ΔA₁[n]。

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