CN101558318A

CN101558318A - 信号分析器和频域数据产生方法

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Publication number: CN101558318A
Application number: CNA2007800428703A
Authority: CN
Inventors: 山垣宏之; 三宅健一; 堀邦晴
Original assignee: Tektronix International Sales GmbH
Current assignee: Tektronix International Sales GmbH
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: WO2008072091A2; US20080144856A1; EP2069806A2; WO2008072091A3; US7945407B2; JP2008076112A; CN101558318B; JP4675300B2

Abstract

获取周期的输入信号Fs的Fd－1至Fd－n的相应频带的时域数据集合。从所获取频带中的频带Fd－1和Fd－2的时域数据集合提取公共频带的时域数据集合。确定公共频带的时域数据集合之间的相关性，同时使集合之间的时间关系相互移动，以便标识具有对应关系的时域数据集合。分别将在相应频带Fd－1和Fd－2的时域数据中具有对应关系的时域数据集合转换成频域数据集合，以及组合频域数据集合，以便产生一个组合频域数据集合。

Description

信号分析器和频域数据产生方法

技术领域

[0001]本发明的实施例涉及信号分析器和频域数据产生方法，更具体来说，涉及用于通过获取周期输入信号的频带的时域数据并且使用相邻频带之间的公共频带的相关性来组合频带以测量宽带输入信号的信号分析器和频域数据产生方法。

背景技术

[0002]近来，因特网、移动电话等的主流是具有高容量和快速数据通信的宽带通信。过渡到宽带通信要求用于测量数据的信号质量的信号分析器也应具有宽带。本文所使用的“信号分析器”是产生被测信号(SUT)的时域和频域数据并且能使用该数据从各个角度分析被测信号的装置。

[0003]美国专利(公布号2005/0021261)公开了一种信号分析器作为实现宽带测量的技术，它具有多个变频路径，以便使宽带信号测量成为可能。具体来说，该信号分析器具有获取连续的不同频带的时域数据集合的第一、第二和第三变频路径。它通过按照由组合连续的不同频带所得出的组合频带的带宽内插时域数据来增加数据的数量，然后采用FFT计算来产生频域数据集合，以便能够在某个时间测量宽带信号。

[0004]上述信号分析器具有以下问题。

(1)由于上述信号分析器需要多个变频路径来分析宽带信号，所以信号分析器变得比采用单个变频路径来分析信号的情况更为昂贵。

(2)即使多个变频路径用于分析宽带信号，由于硬件处理速度的限制而对于能够在某个时间获取频率带宽也存在限制。

[0005]为了处理以上问题，需要允许测量被测信号的宽带频域数据的信号分析器和频域数据产生方法。

发明内容

[0006]为了解决以上问题，根据本发明的一个实施例的信号分析器具有：接收具有周期性的输入数据的数据获取部件，用于在不同时间获取输入信号的相应频带的时域数据集合，其中频带在相邻部分具有公共频带；以及计算部件，用于提取频带的所获取时域数据中的相邻频带的公共频带的时域数据集合，使用公共频带的所提取的时域数据集合来标识相邻频带的对应的时域数据集合，并且将对应的时域数据集合转换成相应的频域数据集合，以便将它们组合。

[0007]其中，如果相邻频带的对应的时域数据集合的数量小于预定数量，则数据获取部件可再次获取相邻频带的一个或两个时域数据集合。

[0008]根据本发明的一个实施例的频域数据产生方法包括以下步骤：获取具有周期性的输入信号的相应频带的时域数据集合，其中频带在相邻部分具有公共频带；从频带的所获取时域数据提取相邻频带的公共频带的时域数据集合；使用公共频带的所提取的时域数据集合来标识相邻频带的对应的时域数据集合；以及将对应的时域数据集合转换成相应的频域数据集合，以便将它们组合。

[0009]根据本发明的实施例，输入信号的带宽不受模数转换器的取样频率限制，并且它能产生输入信号的宽带频域数据。本发明的实施例能测量具有宽带的输入信号，而无需使用多个变频路径，使得它与使用多个变频路径相比产生低成本。本发明的实施例还能采用使用多个变频路径的信号分析器来实现。在这种情况下，在某个时间产生的频域数据的频率带宽更宽，使得将更快地产生宽带频域数据。

[0010]通过结合所附权利要求及附图来阅读以下详细描述，本发明的目的、优点及其它新颖特征将会非常明显。

附图说明

[0011]图1是根据本发明的一个实施例的信号分析器的框图

[0012]图2是示出被测信号的测量原理的图

[0013]图3是示出信号分析器的操作的流程图

[0014]图4是示出不同频带的时域数据获取时序的图

具体实施方式

[0015]下面参照附图来描述本发明的实施例。

[0016]首先描述用于测量被测信号(SUT)D1的信号分析器10的配置。图1是信号分析器10的框图。根据本发明的一个实施例信号分析器10接收周期被测信号，并且使用周期性来组合从单独获取的时域数据集合所得出的频域数据集合，以便产生宽带组合频域数据。

[0017]如图1所示，信号分析器10具有放大器12、数据获取块(数据获取部件)30、存储器22、DSP(数字信号处理器或计算部件)24、显示器26和控制器(控制部件)28。数据获取块30具有A/D转换器20和具有本地振荡器14、混频器16和BPF(带通滤波器)18的模拟下变频器。

[0018]数据获取块30产生被测信号的相应频带(图2中示为Fd-1至Fd-6)的时域数据集合。注意，Fd-1至Fd-6的频带的相邻部分具有重叠的公共频带，如图2中的Fc12至Fc56所示。

[0019]放大器12放大来自输入端子的被测信号D1(输入信号)，以便将它提供给混频器16。

[0020]本地振荡器14生成用于对被测信号D1进行变频的本地振荡信号D2，并将它提供给混频器16。本地振荡器14按照来自控制器28的控制信号D5来改变本地振荡信号D2的频率，下面进行描述。

[0021]混频器16将输入本地振荡信号D2与被测信号D1相乘，以便产生IF(中频)信号D3，从而将它提供给BPF 18。

[0022]BPF 18滤出从混频器16所提供的已变频I F信号D3除了预定频带之外的频率分量，以便将它提供给A/D转换器20。

[0023]A/D转换器20把从BPF 18所提供的IF信号D3的预定频带转换成时域数据。

[0024]存储器22通过改变本地振荡信号D2的频率来存储已变频被测信号D1的从Fd-1至Fd-6的相应频带的时域数据集合，其中时域数据集合与相应频带标识符n一起存储(n是自然数)。通过参照频带标识符n，这允许认识到存储器22中存储的时域数据集合的每个对应于被测信号D1的哪一个频带。

[0025]DSP 24采用数字滤波计算来提取相邻频带的相应公共频带的时域数据集合。数字滤波计算实现其通带是公共频带的带通滤波器。然后确定所提取公共频带的时域数据集合之间的相关性。用户可设置预定相关系数(例如0.9)，并且相关性可使用设置的相关系数作为基准来确定。其中，DSP 24通过使相邻频带其中两个的公共频带的时域数据集合沿时间轴相对彼此移动，来计算相关系数。在不同时间获取时域数据集合，但是，如果它们之间的时间关系移动，则具有设置的相关系数的或以上的部分出现在时域数据中，因为被测信号具有周期性，并且它们仅具有采用数字滤波计算的公共频带的频率分量。具有通过预定相关系数或以上所表示的相关性的相邻频带的时域数据集合的部分被标识为相互具有对应关系的时域数据集合。换言之，具有对应关系的时域数据集合是它们在沿时间轴绘制时具有极相似波形的部分。如果具有预定相关系数或以上的部分的时域数据的数量不满足用户设置的数量，则可再次获取时域数据集合(下面进行描述)。

[0026]如果确定相邻频带的相应公共频带的时域数据集合之间的对应关系，则使得能够确定包括公共频带以及其它频率分量的两个相邻频带的一个时域数据集合中的哪些数据对应于另一个时域数据集合中的数据。然后，DSP 24采用FFT计算将两个相邻频带的对应的时域数据集合转换成频域数据集合，并且组合相邻频带的频域数据集合。当已经组合相邻频带的频域数据集合时，DSP 24向控制器28提供数据获取信号D4，并且还向显示器26提供相邻频带的组合频域数据。DSP 24还作为数字下变频器进行工作，使得除了通过模拟下变频器的变频之外，它还可按照用户设定等采用数字计算对所获取时域数据进行变频。

[0027]控制器28从存储器22读出频带标识符n，并且当DSP 24提供数据获取信号D4时使它递增。然后，控制器28根据频带标识符n来产生与各频带对应的控制信号D5，以便将它提供给本地振荡器14。存储器22存储递增的频带标识符n。

[0028]显示器26根据来自DSP 24的频域数据产生图像信号，以便根据图像信号进行显示操作，从而在屏幕上将被测信号D1显示为频域数据。

[0029]接下来描述被测信号D1的频域数据产生的原理。图2描述被测信号D1的频域数据产生的原理。在图2中，图的水平轴为频率，以及垂直轴为幅度。

[0030]在这个实施例中，包括与被测信号D1对应的并占用某些更低或更高频带的频带Fs的频带，被作为Fd-1至Fd-6的相应频带的时域数据集合顺序地获取。各频带的带宽可以是对它使用的信号分析器在某个时间能获取的最大带宽。其中，相邻频带的相邻部分具有重叠的公共频带Fc(Fc12至Fc56)。

[0031]如上所述，本发明的一个实施例适用于具有周期性的或者在时域周期呈现几乎相同波形的被测信号D1。因此，在本发明的一个实施例的情况下，但当时域数据集合中存在具有高相关系数的数据集合时，在不同时间获取Fd-1至Fd-6的不同频带的时域数据集合(下面进行描述)。

[0032]BPF 18的频率通带宽F_BPF可设置成与各频带的带宽相同。当获取Fd-1至Fd-6的频带的时域数据集合时，在对应于相应频带Fd-1至Fd-6的混频器16的输出的频带的每个处于频率通带宽F_BPF之内时，控制器28控制来自本地振荡器14的本地振荡信号D2的本地频率。图2将本地振荡信号D2的本地频率表示为当获取频带Fd-n(n为自然数)的时域数据集合时使用的Fon(n为自然数)。存储器22存储与各频带对应的时域数据集合，同时各集合与频带标识符n相关。DSP 24确定相应相邻频带的公共频带Fc的时域数据集合之间的相关性，并且将具有预定值(例如相关系数为0.9)或以上的相关性的时域数据集合标识为具有对应关系的数据集合。将包括公共频带Fc和其它频率分量的相邻频带的时域数据集合转换成频域数据集合，使用对应关系将频域数据集合组合成一个频域数据集合。如所述，该实施例产生被测信号D1的宽带频域数据。

[0033]下面参照图1至图4来描述基于上述测量原理的信号分析器10的操作。图3是示出信号分析器10的操作的流程图。图4是示出相应频带的时域数据的获取时序的示例的图，其中水平轴为频率，以及垂直轴为时间。

[0034]首先，如图3所示，在步骤S10，本地振荡信号D2的频率设置成第n个本地频率，以便获取频带Fd-n的时域数据。在一个具体示例中，当测量已经开始时，控制器28将存储器22中的频带标识符n设置为“1”，并且产生与频带Fd-1对应的控制信号D5，以便将它提供给本地振荡器14。本地振荡器14将本地振荡信号D2的频率改变为第一本地频率Fo1(比较图2)，并且将改变的本地振荡信号D2提供给混频器16。混频器16通过将被测信号D1与本地振荡信号D2相乘来产生IF信号D3，并且将它提供给BPF 18。BPF 18仅使对应于下变频IF信号D3中的频带Fd-1的信号通过，并且将它提供给A/D转换器20。

[0035]在步骤S20，A/D转换器20将对应于频带Fd-1的已通过信号转换成时域数据或者数字信号。在步骤30，存储器22存储转换成数字信号的频带Fd-1的时域数据，同时将它与频带标识符“1”的区域相关。因此，在图4所示的时间T1中获取频带Fd-1的时域数据。

[0036]在步骤S35，控制器28使存储器22中的频带标识符n(n＝1)递增，以便将频带标识符n更新为“2”。

[0037]在步骤S40，本地振荡信号D2的频率设置成第n个本地频率，以便获取频带Fd-n的时域数据。在一个具体示例中，当DSP24向控制器28提供数据获取信号D4(或者已经完成频带Fd-1的时域数据的获取)时，控制器28从存储器22读出频带标识符“2”，并且向本地振荡器14提供与频带标识符“2”对应的频带Fd-2的控制信号D5。本地振荡器14将本地振荡信号D2的频率从第一本地频率Fo1改变成第二本地频率Fo2(比较图2)，并且将改变的本地振荡信号D2提供给混频器16。混频器16通过将被测信号D1与本地振荡信号D2一起相乘来产生IF信号D3，并且将它提供给BPF 18。BPF 18仅使对应于下变频IF信号D3中的频带Fd-2的信号通过，并且将它提供给A/D转换器20。

[0038]在步骤S50，A/D转换器20产生频带Fd-n的时域数据。在一个具体示例中，A/D转换器20将通过BPF 18并且与频带Fd-2对应的信号转换成数字信号的时域数据。

[0039]在步骤S60，存储器22存储频带Fd-2的时域数据，同时将它与频带标识符n相关。在一个具体示例中，存储器22存储转换成数字信号的频带Fd-2的时域数据，同时将它与频带标识符“2”的区域相关。因此，在图4所示的时间T2中获取与频带Fd-1相邻的频带Fd-2的时域数据。

[0040]在步骤S70，采用数字滤波计算从相邻频带的相应的时域数据集合提取与公共频带Fc12有关的时域数据集合。数字滤波计算是一种数字计算，它提供信号通过其带宽与公共频带Fc12相同的带通滤波器的等效结果。

[0041]在步骤S80，DSP 24确定是否评估相邻频带的时域数据集合之间的对应关系。在一个具体示例中，如果滤波计算提供频带Fd-1和Fd-2的公共频带Fc12的时域数据集合，则计算它们之间的相关系数，同时使它们之间的时间关系移动，以便将其间的相关系数呈现预定值(例如0.9)或以上的时域数据集合标识为具有对应关系的时域数据集合。如果相邻频带的已标识的时域数据集合确定为具有对应关系，则进入步骤90。

[0042]另一方面，如果滤波计算没有提供公共频带Fc12的时域数据集合，或者仅存在其间的相关系数小于0.9的时域数据集合，则确定不存在相关性，并且返回到步骤S40。在这种情况的步骤S40，为了获取呈现高相关性的时域数据，可改变频带Fd-2的测量时间、测量周期等，再次测量频带Fd-2(图4中的虚线框)，并且在时间T2′(比较图4)中再次获取时域数据。

[0043]在步骤S90，DSP 24确定被确定为在相应频带Fd-1和Fd-2的时域数据集合之间具有对应关系(例如相关系数为0.9或以上)的时域数据的数据数量是否为预定数量或以上。如果确定数据数量为预定数量或以上，则进入步骤S100。另一方面，如果确定数据数量小于预定数量，则返回到步骤S40。在这种情况的步骤S40中，为了获取呈现高相关性、其数据数量为预定数量或以上的时域数据，改变频带Fd-2的测量时间、测量周期等，并且再次测量频带Fd-2。重复进行步骤S40至S90，直到呈现高相关性的数据的数量变成预定数量或以上。

[0044]注意，例如，在上述步骤80和90中存在用于通过改进相邻频带的相关性来减少测量的一些方法，下面进行描述。

(1)改变或延长各频带的测量时间

这使公共频带Fc12的时域数据的数量更大，这引起呈现高相关系数的更多时域数据。

(2)调整测量开始的时序，以便将它与被测信号的周期的时序对齐

例如，在被测信号D1的周期的重复开始部分提供触发，并且按照触发来获取时域数据。用户预先设置定义哪些部分当作开始部分的触发条件。触发条件可以是使用时域数据、频域数据或者它们的组合的设定。

[0045]在步骤S100，使用与公共频带有关的时域数据集合来使用相邻频带的时域数据的对应关系，DSP 24采用FFT计算将在包括公共频带和其它频率分量的相邻频带的时域数据中具有对应关系的时域数据集合转换成频域数据。具体来说，DSP 24采用FFT计算分别将在频带Fd-1和Fd-2的时域数据中相互具有对应关系的时域数据集合转换成频域数据集合。

[0046]在步骤S110，组合相邻频带的频域数据集合。在一个具体示例中，DSP 24组合相应频带Fd-1和Fd-2的频域数据集合，以便产生一个组合频域数据集合。注意，产生与公共频带Fc12有关的两个频域数据集合；一个从频域Fd-1的时域数据得出，而另一个来自频域Fd-2的时域数据。然后，一个频域数据集合可用于产生组合频域数据，或者公共频带的上半部分和下半部分可通过分别采用频带Fd-1和Fd-2的时域数据集合来产生。其它频带是相似的。

[0047]在步骤S120，DSP 24根据频带标识符n来确定是否已经获取所有频带(Fd-1至Fd-6)的时域数据集合。如果已经获取所有频带的时域数据集合(频带标识符n＝6)，则进入步骤130。如果尚未测量所有频带的时域数据集合(频带标识符n不是6)，则进入步骤S35。在这个实施例中，频带标识符n目前在存储器22中为“2”，进入步骤S35。

[0048]在图4所示的时间T2与T3之间的时间T23中进行步骤S35和S40中的本地振荡器14的本地频率的改变，下面进行描述。在S70至S120的所述步骤中的相邻频带的公共频带的时域数据集合的相关系数的计算以及FFT计算基本上与数据获取并行进行，但是可在时间T23中进行。

[0049]在步骤S35，使存储器22中的频带标识符n递增，并且进入步骤S40。在这个实施例中，频带标识符n目前为“2”，使它更新为“3”。

[0050]在步骤S40，控制器28向本地振荡器14提供与频带标识符“3”对应的频带Fd-3有关的控制信号D5。本地振荡器14将本地振荡信号D2的频率从第二本地频率Fo2改变成第三本地频率Fo3，并且将改变的本地振荡信号D2提供给混频器16。A/D转换器20将通过BPF 18并且与频带Fd-3对应的信号转换成时域数据(步骤50)。存储器22存储在图4所示的时间T3期间的频带Fd-3的时域数据，同时将它与频带标识符“3”的区域相关(步骤60)。然后，DSP 24从存储器22读出频带Fd-2和Fd-3的时域数据集合，提取频带Fd-2和Fd-3的公共频带Fc23的集合(步骤70)，并且确定使相互的时间关系移动的相关性以标识具有对应关系的时域数据集合(步骤S80和S90)。如果具有对应关系的时域数据的数量是预定数量或以上，则采用FFT计算将在相应相邻频带Fd-2和Fd-3的时域数据集合中具有对应关系的时域数据集合转换成频域数据集合(步骤S100)，以及将相应频带Fd-2和Fd-3的频域数据集合组合成一个频域数据集合(步骤S110)。

[0051]在这个实施例中，这些过程重复进行，直到频带标识符n变成“6”，即，直至获取频带Fd-6的频域数据。它将Fd-1至Fd-6的相应频带的频域数据集合组合成一个频域数据集合，以便产生包括被测信号D1占用的频带Fs的组合频域数据。

[0052]在步骤S130，如果DSP 24已经完成组合所有频带的频域数据集合，则它向显示器26提供组合频域数据。显示器26的屏幕显示被测信号D1的一个组合频域数据集合，如图2所示。注意，显示器26可在完成组合被测信号D1的所有频带之后对它进行显示，如这个实施例那样。但是，它可在每当组合相邻频带的频域数据集合之后对它进行显示。

[0053]这个实施例没有用A/D转换器20的取样频率来限制被测信号D1的带宽，并且能产生被测信号D1的宽带频域数据。这个实施例仅需要一个BPF 18将频带(Fd-1至Fd-6)的信号下变频到BPF 18的频带F_BPF，以便获取频带的时域数据集合，这使信号分析器10紧凑并且成本低。但是，本发明能采用使用多个变频路径的信号分析器来实现。也就是说，相应频带(Fd-1至Fd-6)的时域数据集合可采用专利文献1所公开的多个变频路径来产生。在这种情况下，在某个时间产生的频域数据的频率带宽更宽，使得更快地产生宽带频域数据。

[0054]本发明的范围并不局限于所述实施例，在不背离本发明范围的情况下，可进行修改和改进。例如，所述实施例示出根据从6个频带所获取的时域数据来得出被测信号D1的频域数据的示例，但它并不局限于此，而且本发明能够使用两个或更多频带来实现。在该实施例中频带具有相同带宽，但是频带可分别具有不同带宽。在这种情况下，BPF 18的频带可根据各频带来改变。

Claims

1.一种信号分析器，包括：

数据获取部件，接收具有周期性的输入信号，用于获取所述输入信号的相应频带的时域数据集合，其中所述频带在相邻部分具有公共频带；以及

计算部件，提取所述频带的所获取时域数据中的相邻频带的公共频带的时域数据集合，使用所述公共频带的所提取的时域数据集合来标识所述相邻频带的对应的时域数据集合，以及将所述对应的时域数据集合转换成相应的频域数据集合，以便将它们组合。

2.如权利要求1所述的信号分析器，其中，如果所述相邻频带的对应的时域数据集合的数量小于预定数量，则所述数据获取部件再次获取所述相邻频带的一个或两个时域数据集合。

3.一种频域数据产生方法，包括以下步骤：

获取具有周期性的输入信号的相应频带的时域数据集合，其中所述频带在相邻部分具有公共频带；

从所述频带的所获取时域数据提取所述相邻频带的公共频带的时域数据集合；

使用所述公共频带的所提取的时域数据集合来标识所述相邻频带的对应的时域数据集合；以及

将所述对应的时域数据集合转换成相应的频域数据集合，以便将它们组合。

4.如权利要求3所述的频域数据产生方法，还包括以下步骤：如果所述相邻频带的对应的时域数据集合的数量小于预定数量，则再次获取所述相邻频带的一个或两个时域数据集合。