CN101583881B - 信号分析器及其数据生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的信号分析器在两个信号通路并行地生成与不同分析范围相关的数据。用户通过分析范围设定部件的操作，在信号分析器设定第一频率分析范围及比第一频率分析范围窄的第二频率分析范围。第一信号通路根据第一数据生成速率及第一数据取得时间，生成频率转换的被测定信号的第一时间区域数据，其中该第一数据生成速率是按照第一频率分析范围设定的。第二信号通路根据比第一数据生成速率低的第二数据生成速率生成频率转换的被测定信号的第二时间区域数据，其中该第二数据生成速率是按照第二频率分析范围设定的。运算部件并行地接受第一和第二时间区域数据，通过诸如高速傅里叶转换的运算来生成第一和第二频率区域数据。

Description

信号分析器及其数据生成方法
技术领域
本发明涉及信号分析器，尤其涉及这样的信号分析器，即，相对于与被测定信号的频率区域或时间区域相关的第一分析范围，其它途径并行取得用于显示放大所希望部分的第二分析范围的数据，并进行同时更新第一和第二分析范围并加以显示的数据生成的信号分析器。
背景技术
作为可由频率区域及时间区域的观点分析诸如便携电话的无线通信信号等信号(被测定信号)的装置，众所周知信号分析器。例如，美国TEKTRONIX公司制RSA3408A型实时频谱分析器，可实时地生成被测定信号的时间区域数据及频率区域数据，并加以分析。
图1是现在众所周知的信号分析器的硬件主要部的方框图。该信号分析器由信号分析块10和个人计算机块30构成。个人计算机块30等同于通用的个人计算机，采用实现基于多画面显示技术(multiwindow)的多任务(multitask)的OS。
输入信号(被测定信号)调整为适合输入衰减电路12的电平，供给至模拟降频转换器14，模拟地频率转换(降频转换)，转换至中间频率(IF)信号。模拟/数字转换电路(ADC)16将模拟的IF信号转换为时间区域的数字数据。数字降频转换器18例如用FPGA来实现，通过数字运算，对与用户设定的中心频率对应的本机振荡(LO)频率的正弦波及余弦波数据和时间区域数据进行乘法运算，进行IQ分离的同时对频率进行降频转换。抽选滤波器20按照用户设定的频率跨度(span)，将数字降频转换的IF数据抽选适当的数据数，将数据供给数据存储器22。触发检测电路24从来自ADC16的时间区域数据检测出满足与时间区域相关地设定的触发条件的触发点。存储器控制电路26以检测出的触发点为基准，控制残留在数据存储器22中的数据。还有，关于下面描述的频率区域数据设定触发条件，根据该触发条件也控制残留在数据存储器22的数据。局域控制电路29经由局域总线28、总线电桥(bus bridge)38及总线40接受CPU32的控制，控制信号分析块10的各块的动作。数据存储器22保存的数据经由局域总线28供给个人计算机块30。
在个人计算机块30中，在存储器(RAM)42暂时保存来自数据存储器22的时间区域数据，CPU32进行高速傅里叶转换(FFT)运算，生成频率区域数据。根据用户的设定，在显示装置36上以波形或数值等方式显示时间区域数据或频率区域数据。用户通过操作面板34，对信号分析器进行中心频率、频率跨度等的所希望的设定。此时，可以使用经由输入输出(I/O)端口46连接的鼠标48或键盘49。所生成的数据记录到硬盘驱动器(HDD)44中，可以读出过去的数据并加以显示。HDD44存储个人计算机中一般的多画面显示型基本软件(OS)以外，还存储信号分析所需的应用软件。这些块经由总线40相互连接。
图2是已有的信号分析器的显示例。第一显示区域50是时间对功率的概略波形图，第二显示区域52是时间对电压的波形图，第三显示区域54是频谱波形图。第一显示区域50的第一范围条58表示与显示在第二显示区域52的波形对应的分析范围，第二范围条60表示与显示在第三显示区域54的频率区域数据对应的范围。此外，“T”的文字62表示触发点。在第二显示区域52下部的“开始：-32.3ms”的显示是表示从离触发点-32.3m秒的位置开始显示波形。在第三显示区域54中，与数值一起显示中心频率800MHz及频率跨度100kHz的频率分析范围。频率分析范围的设定除了指定中心频率及频率跨度以外，也可以指定分析范围的最初和最后的频率(开始频率及终止(stop)频率)，如果指定这4个项目内的2个，其它的就会被连动地设定。
还有，显示区域的位置、大小、显示内容可作各种变更。除了图2所示的以外，显示内容还有时间对I/Q电压、频谱图、星座图(constellation)、各种数值的表等。
可是，用户观察显示在最初设定的分析范围(以下，称为第一分析范围)的频率区域数据时，若发现值得注目的部分，则往往想放大该部分(以下，称为第二分析范围)进行更详细的观察。因此，已有的信号分析器备有图像放大(zoom)功能。例如，美国专利公开第2005/0261847号说明书(对应于日本特开2005-331300号)公开了实现频率区域及时间区域这双方的多次元的图像放大功能的发明。这对频率跳跃(hopping)的分析有效果。此外，日本特许第3377391号说明书公开了通过反馈蓄积在存储器内的时间区域数据并供给抽选滤波器，以不同抽选率进行抽选后进行FFT运算，来借助硬件运算再描绘不同频率分辨率的频谱显示的发明。
在美国特许公开第2005/0261847号说明书和日本特许第3377391号说明书所记载的发明中，放大显示的第二频率分析范围的数据都是通过在后处理从暂且存储的数据生成的数据。因而，当输入的被测定信号时刻变化时，不能与第一和第二分析范围的数据并行地更新并加以观察。此外，第二分析范围的数据是暂且存储的数据，因此频率分辨率只能提高至取得数据时的与数据取得时间长度对应的分辨率。
发明内容
因此，希望有设定当初设定的第一分析范围和放大该第一分析范围的一部分的图像放大范围(第二分析范围)，响应被测定信号的输入，并行地更新与它们相关的数据并且可以观察数据的信号分析器。
本发明的信号分析器在两个信号通路并行地生成与不同分析范围相关的数据。用户通过分析范围设定部件的操作，在信号分析器设定第一频率分析范围及比第一频率分析范围窄的第二频率分析范围。第一信号通路根据第一数据生成速率(late)及第一数据取得时间，生成频率转换的被测定信号的第一时间区域数据，其中该第一数据生成速率是按照第一频率分析范围设定的。第二信号通路根据比第一数据生成速率低的第二数据生成速率生成频率转换的被测定信号的第二时间区域数据，其中该第二数据生成速率是按照第二频率分析范围设定的。运算部件并行地接受第一和第二时间区域数据，通过诸如高速傅里叶转换的运算来生成第一和第二频率区域数据。此时，第一和第二频率分析范围的中心频率不同的场合，根据其差值对第一和第二信号通路上的频率转换的频率偏移量设定差值。由于设定了较低的第二数据生成速率，第二信号通路上可设定比第一数据取得时间长的第二数据取得时间，从而，可令第二频率分析范围的频率分辨率高于第一频率分析范围的频率分辨率。在第一信号通路上可以设置延迟部件，用于补偿因第一和第二数据生成速率之差而产生的第一和第二时间区域数据的数据生成速度之差。在变更各通路的数据生成速率时，例如使用抽选滤波器。
还有，本发明的信号分析器能够提供即使在时间区域的分析中关于不同分析范围也并行地更新并生成数据的功能。该场合，用分析范围指定部件设定第一时间分析范围及比第一时间分析范围窄的第二时间分析范围。第一信号通路根据第一数据生成速率生成被测定信号的第一时间区域数据，其中该第一数据生成速率是按照设定的第一时间分析范围来设定的。第二信号通路根据比第一数据生成速率高的第二数据生成速率生成被测定信号的第二时间区域数据，其中第二数据生成速率是按照第二时间分析范围来设定的。此时，第二信号通路上设有延迟部件，用于补偿因第一和第二数据生成速率之差而产生的第一和第二时间区域数据的数据生成速度之差。
从其它方面观察本发明，则可以是一种信号分析器的数据生成方法，其特征在于包括：按照设定的第一频率分析范围，设定第一数据生成速率及第一数据取得时间，并生成频率转换的被测定信号的第一时间区域数据，并由第一时间区域数据生成第一频率区域数据的步骤；以及若设定比第一频率分析范围窄的第二频率分析范围，则设定比第一数据生成速率低的第二数据生成速率，并生成频率转换的被测定信号的第二时间区域数据，并由第二时间区域数据生成第二频率区域数据的步骤，响应被测定信号的输入，并行地更新第一和第二频率区域数据。此外，当设定了比第一频率分析范围窄的第二频率分析范围时，设定比第一数据取得时间长的第二数据取得时间，并使第二频率区域数据的频率分辨率高于第一频率区域数据的频率分辨率也可。
此外，本发明的信号分析器的数据生成方法，其特征在于包括：根据设定的第一时间分析范围，设定第一数据生成速率，并由被测定信号生成第一时间区域数据的步骤；以及若设定了比第一时间分析范围窄的第二时间分析范围，则设定比第一数据生成速率高的第二数据生成速率，并由被测定信号生成第二时间区域数据的步骤，响应被测定信号的输入，并行地更新第一和第二时间区域数据。
附图说明
图1是传统信号分析器的硬件方框图。
图2是采用时间区域数据及频率区域数据的显示例。
图3是本发明的信号分析器的功能方框图。
图4是表示第一和第二频率分析范围的关系的波形图。
图5是表示第一和第二时间分析范围的关系的波形图。
图6是表示本发明的频率分析范围的放大显示处理流程的流程图。
图7是表示本发明的时间分析范围的放大显示处理流程的流程图。
具体实施方式
图3是本发明的信号分析器的功能方框图。对于在功能上与图1对应的块添加相同的符号并进行说明。但是，由于采用功能方框图，所以硬件的构成要素未必一致。例如，CPU32提供的运算功能描述为运算块33。以下，输入衰减电路12、模拟降频转换器14、ADC16及个人计算机块30与图1中说明的同样，因此省略其说明。此外，所准备的关于触发检测相关的功能也与以往相同。
图4是在显示装置36的画面上以频谱波形的方式显示频率区域数据的例子。对于用第一开始频率及第一终止频率确定的第一频率分析范围的第一频谱波形，用户可以通过例如使用操作面板34或鼠标48移动游标(cursor)70及72，指定第二开始频率及第二终止频率，来设定想要放大(图像放大)显示的部分(第二频率分析范围)。设定方法并不限定于此，开始频率、终止频率、中心频率及频率跨度是连动的，因此如果指定它们中的2个，其它2个就会被自动设定。如后面所述那样生成的第二频率分析范围的第二频谱波形(未图示)，在与第一频谱波形分开的显示区域以更高的频率分辨率显示。响应被测定信号的输入，并行地更新第一和第二频谱波形。
参照图3，本发明的信号分析器的优选实施例中，设有第一和第二信号通路171及172，各自生成用于第一和第二频率分析范围的第一和第二时间区域数据。通过数字运算，第一信号通路171的第一数字降频转换器(DDC)181对来自ADC16的时间区域数据进行IQ分离及降频转换。在该数字运算中，对根据用户设定的第一频率分析范围的第一中心频率fC1确定的第一本机振荡(LO)频率fLO1的正弦波及余弦波数据和时间区域数据进行乘法运算，并抽出必要的频率成分。同样地，第二信号通路172的第二DDC182也利用根据第二频率分析范围的第二中心频率fC2确定的第二本机振荡(LO)频率fLO2的正弦波及余弦波数据，进行对来自ADC16的时间区域数据的IQ分离及降频转换。此时，第一和第二LO频率fLO1及fLO2的频率差是第一中心频率fC1及第二中心频率fC2的频率差。即，在第一和第二信号通路间，对频率转换的频率偏移量设置差值。
第一和第二抽选滤波器201及202分别根据抽选率KDF1及KDF2，对来自第一和第二DDC181及182的频率转换的时间区域数据进行抽选处理。这些抽选率之间存在如下关系。
KDF2＝KDF1*FS1/FS2
第二频率跨度FS2比第一频率跨度FS1窄，因此第二信号通路的数据生成速率与第一信号通路相比低。即，第二信号通路的抽选率KDF2高于第一信号通路的KDF1。此时，一般抽选率越高，抽选滤波器中的抽选处理就越花时间，因此第二抽选滤波器202输出的数据相对于时间上对应的第一抽选滤波器201的输出数据延迟。因此，在第一信号通路上设有第一FIFO211，它补偿第一和第二抽选滤波器间的抽选处理时间之差，第一和第二信号通路之间的时间上对应的数据并行地分别传送至第一和第二数据存储器221及222。此外，第二信号通路可取得对应于数据生成速率降低量的长时间的数据，结果，可提高频率分辨率。此外，优选的实施例中，如下所述，在第二信号通路上也设有第二FIFO212。
暂且保存在第一和第二数据存储器221及222的数据供给个人计算机块30，与以往同样地由CPU32进行高速傅里叶转换(FFT)运算，分别生成与第一和第二频率分析范围相关的第一和第二频率区域数据。利用第一和第二频率区域数据，在显示装置36上显示分别与第一和第二频率分析范围相关的频谱波形。第一和第二频率区域数据响应被测定信号的输入并行地生成数据并加以更新。因而，用户能够以不同的频率跨度及不同的频率分辨率同时观察到实刻变化的被测定信号。
作为本发明的信号分析器的应用，硬件结构其本身不仅可放大显示所希望的频率区域的部分，而且对于时间区域数据的显示也可进行所希望部分的放大显示。图5是说明关于用户设定的第一时间分析范围以波形(以下，称为时间波形)方式显示时间区域数据，并由此设定放大(图像放大)范围(第二时间分析范围)的方法的图。第一和第二时间分析范围由各开始时刻及终止时刻来确定。这些时刻以触发点为0，指定为从触发点起的时间差(偏移量)。用户对操作面板34或游标74及76进行鼠标操作，设定这些时间分析范围。时间波形包含从时间区域数据生成的时间对功率波形、时间对I/Q电压波形等。在第一和第二DDC181及182中设定的第一和第二LO频率fLO1及fLO2设定为相同。在第二抽选滤波器202中设定的抽选率KDF2与上述的频率分析相反，设定为低于KDF1，因而第二信号通路的数据生成速率高于第一信号通路。这由以下的关系表示。
KDF2＝KDF1*TS2/TS1
在这里，TS1及TS2分别是第一和第二时间分析范围的第一和第二时间跨度。
此外，结果上，第二抽选滤波器202的抽选处理所需的时间快于第一抽选滤波器201，因此设置第二FIFO212，根据需要延迟数据，使第一和第二信号通路间时间上对应的数据并行地生成。但是，需要延迟第一信号通路的数据，且延迟量相当于第一和第二开始时刻间的时间偏移量TD，考虑这一点，调整第一和第二FIFO211及212的延迟时间。
图6是表示根据本发明的数据生成方法显示频谱波形的处理流程的流程图。对于用户设定的第一频率分析范围，如上所述，利用来自第一信号通路171的频率转换的时间区域数据，个人计算机块30生成频率区域数据，并显示第一频谱波形(步骤82)。用户诸如用鼠标48对操作面板34或显示画面上的游标70及72进行操作，设定图像放大范围(第二频率分析范围)(步骤84)。在第二DDC182设定与第一DDC181中设定的第一LO频率fLO1不同频率的第二LO频率fLO2，该频率的差异相当于第一和第二中心频率fC1及fC2之差(步骤86)。根据第一和第二频率跨度之比设定抽选率(步骤88)，根据伴随抽选处理的第一和第二信号通路间的延迟差设定第一FIFO211的延迟量(步骤90)。在各信号通路上生成的频率转换的时间区域数据暂时保存在数据存储器中，然后个人计算机块30进行FFT运算(步骤92)，在显示装置36中分别不同的显示区域显示第一和第二频谱波形(步骤94)。
图7是表示根据本发明的数据生成方法显示时间波形的处理流程的流程图。对于用户设定的第一时间分析范围，如上所述，利用来自第一信号通路171的频率转换的时间区域数据，个人计算机块30进行必要的处理，显示时间对功率波形、时间对I/Q电压波形等第一时间波形(步骤102)。用户诸如用鼠标48对操作面板34或显示画面上的游标74及76进行操作，设定图像放大范围(第二时间分析范围)(步骤104)。第一和第二DDC181及182中设定的第一和第二LO频率fLO1及第二LO频率fLO2设定为相同(步骤106)。根据第一和第二时间跨度TS1及TS2之比设定抽选率(步骤108)，根据伴随抽选处理的第一和第二信号通路间的延迟差及时间偏移量TD设定第一和第二FIFO211及212的延迟量(步骤110)。在各信号通路上生成的频率转换的时间区域数据暂时保存在数据存储器中，然后个人计算机块30进行必要的处理，在分别不同的显示区域显示时间对功率波形等第一和第二时间波形(步骤114)。
如上所述，本发明的信号分析器中，由被测定信号同时生成与当初设定的第一分析范围相关的数据和与放大其一部分的第二分析范围相关的数据，并可并行地更新。因而，关于不同的分析范围，可实时地测定或观察时刻变化的被测定信号。此外，借助优选实施例说明了本发明，但可作各种变更。例如，可在第一信号通路及第二信号通路上分别设置ADC，将其中一个设为低位(bit)数且高速的ADC，另一个设为高位数且低速的ADC。

Claims (5)

1.一种信号分析器，其中具备：
分析范围设定部件，用于设定第一频率分析范围及比该第一频率分析范围窄的第二频率分析范围；
用于将被测定信号进行频率转换为模拟中间频率信号的部件；
用于将所述模拟中间频率信号进行数字化以提供数字化的中间频率信号的部件；
设定了第一数据生成速率及第一数据取得时间的第一信号通路，用于通过根据所述第一频率分析范围，数字化地对所述数字化的中间频率信号进行频率转化，生成第一时间区域数据；
设定了比上述第一数据生成速率低的第二数据生成速率的第二信号通路，用于通过根据所述第二频率分析范围，数字化地对所述数字化的中间频率信号进行频率转化，生成第二时间区域数据；
延迟部件，用于补偿取决于在所述第一和第二数据生成速率之间的差异的所述第一和第二时间区域数据的数据生成速度之间的差异，从而并行地产生所述第一和第二时间区域数据；以及
运算部件，接受上述第一和第二时间区域数据，通过运算生成第一和第二频率区域数据。
2.如权利要求1所述的信号分析器，其特征在于：根据上述第一和第二频率分析范围的中心频率之差，上述第一和第二信号通路上的频率转换的频率偏移量是不同的。
3.如权利要求1或2所述的信号分析器，其特征在于：在上述第二信号通路上，设定了比上述第一数据取得时间长的第二数据取得时间，使得所述第二频率区域数据的频率分辨率比所述第一频率区域数据的频率分辨率高。
4.一种信号分析器的数据生成方法，其特征在于包括以下步骤：
根据设定的第一频率分析范围设定第一数据生成速率及第一数据取得时间；
在设定了比上述第一频率分析范围窄的第二频率分析范围时，设定比上述第一数据生成速率低的第二数据生成速率；
将被测定信号进行频率转换为模拟中间频率信号；
将所述模拟中间频率信号进行数字化以提供数字化的中间频率信号；
通过数字化地对所述数字化的中间频率信号进行频率转化生成第一时间区域数据，并由该第一时间区域数据生成第一频率区域数据；以及
通过数字化地对数字化的中间频率信号进行频率转化而生成第二时间区域数据，并由该第二时间区域数据生成第二频率区域数据，其中通过补偿取决于在所述第一和第二数据生成速率之间的差异的所述第一和第二时间区域数据的数据生成速度之间的差异，按照上述被测定信号的输入，并行地更新上述第一和第二频率区域数据。
5.如权利要求4所述的信号分析器的数据生成方法，其特征在于：若设定比上述第一频率分析范围窄的上述第二频率分析范围，则设定比上述第一数据取得时间长的第二数据取得时间，使上述第二频率区域数据的频率分辨率高于上述第一频率区域数据的频率分辨率。
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