CN102170267A - 用于数字调制信号分析的触发产生 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于数字调制信号分析的触发产生。检测每个符号数据的调制误差以产生触发信号。本发明关注存在从数字调制信号的一个符号数据到下一个符号数据的有限的偏移模式。锁存符号数据的振幅、相位和/或频率的测量值并且然后使用所述特征从锁存的测量值预测下一个符号定时处的值。在随后的符号定时处比较预测值和测量值。如果该差别(误差)超过可接受范围，则提供触发信号，这允许通过符号数据采集调制误差。

Description

用于数字调制信号分析的触发产生

技术领域

本发明涉及用于信号分析器的数字调制信号分析，特别是涉及用于数字调制信号分析的触发产生。

背景技术

各种无线系统(包括移动电话、无线局域网等)使用由诸如QPSK等的数字调制格式调制的无线信号。由美国俄勒冈州比弗顿市的Tektronix公司(Tektronix，Inc.，Beaverton，OR.，U.S.A.)制造的RSA3408B实时频谱分析器是一种适合于分析这种调制的无线信号的信号分析器。

图1是示例性信号分析器10的功能框图。衰减器(ATT)12接收被测信号以适当地调节电平。模拟下转换器20具有混合器14、本地振荡器(LO)16和带通滤波器(BPF)18以下转换该输入信号。模数转换器22根据来自时钟产生器24的采样时钟将该下转换的信号转换为数字数据。注意：该采样时钟的频率远高于接收到的信号的符号率。数字下转换器(DDC)26通过数字计算来进一步下转换该数字数据并将它们分离为I(同相)和Q(正交)数据。触发检测器30接收时域数据的I和Q数据(符号数据)以检测满足用户关于时域预设的触发条件的I和Q数据从而向存储控制器34提供触发信号。快速傅里叶变换(FFT)电路32将该I和Q数据转换为频域数据以将它们提供至触发检测器30。该触发检测器30检测满足用户关于频域预设的触发条件的频域数据从而向存储控制器34提供触发信号。当存储控制器34接收触发信号时，该存储控制器34控制数据存储器28以保留围绕触发事件之前和之后的I和Q数据，其中触发事件的持续时间由用户设置。这些块可以用诸如FPGA、ASIC等的硬件来实现，以获得实时快速过程。

在数据存储器28中满足时域和/或频域触发条件的IQ数据通过总线52被传输到具有CPU(中央处理单元)36的微处理器系统。微处理器系统可以被称为个人计算机(PC)并且CPU 36根据存储在硬盘驱动器(HDD)42中的程序(软件)来控制信号分析器10。HDD 42可以用来存储大量的可能不经常使用的数据。诸如RAM的存储器40用于CPU 36的工作区以从HDD 42中读取程序。

用户可以经由包括按键、按钮等的操作面板44设置信号分析器10。用于移动电话、无线局域网中的调制格式、符号率等被定义为标准，使得用户根据被测信号创建该设置。这允许相对于“无设置”更平滑地启动信号分析。当通过信号分析来确定更准确的值时，可以替换诸如符号率的参数。

显示设备38提供关于信号分析和用户设置的视觉信息。输入/输出端口46用于将外部键盘48、诸如鼠标等类的指示设备50连接至信号分析器。它们可以被包括作为信号分析器10的用户界面的部分。这些块经由总线52耦合在一起。

CPU 36根据存储在HDD42中的程序执行关于来自数据存储器28的IQ数据的信号分析。图2是由CPU 36用软件过程分析数字调制信号的功能框图，特别是其具有检测IQ数据(符号数据)和产生理想信号以将其与测量信号比较从而确定调制错误的递归过程。载波频率校正块62通过计算来校正由于在DDC 26处由数字下转换产生的载波频率误差引起的IQ数据的频率误差。测量滤波器块67是用于接收器侧的滤波器特性的复制品(replica)并且减少噪声分量和符号间干扰。码解调器65将该IQ数据解调为基带数据，其中该基带数据作为理想数据产生。这个过程使用IQ数据为数字数据，于是如果被测信号没有明显失真，则相对容易假设IQ数据的相位和振幅的理想值。数字调制块66调制该理想基带数据以产生理想数字调制信号的IQ数据。参考滤波器块67是发送器和接收器侧的积分滤波器中的滤波器并且消除到邻近信道的泄漏和符号间干扰。误差检测块64将从测量滤波器63测量的IQ数据与来自参考滤波器块67的理想IQ数据进行比较以检测每个IQ数据的误差。误差检测块64也产生载波频率误差信号并提取符号定时间信号。

CPU 36也执行快速傅里叶变换(FFT)以从IQ数据产生频谱数据从而将其作为频谱波形显示在显示设备38上。虽然FFT电路32也执行FFT，但其通过将FFT电路32实施为硬件而用于频域触发的实时检测。通过CPU 36的FFT计算花费更长时间且没有实现实时过程而是提供高精度FFT结果。因此，在采集数据存储器28中满足触发条件的IQ数据后，由CPU 36的软件过程产生频谱数据。

使用存储在数据存储器28中的IQ数据通过CPU 36的软件过程的信号分析提供更高的调制准确度和符号表格等。然而，由于该过程是在所述采集之后，该信息不能被用来产生触发。例如，如果该调制准确度突然下降，则将希望的是在那时触发以调查原因。然而，目前的系统不允许这样的触发。图2中所示的软件过程是复杂的递归过程，使得难以实时和低成本地使用ASIC或FPGA实现该过程。

Torin的US专利申请公布2009/0094495披露了一种使用参考调制信号和被测调制信号的振幅和/或相位波形之间的相关性来检测触发的触发产生器。然而，调制误差可以在不同的情况下发生，使得难以指定目标情况中的振幅和/或相位波形。然后，也难以通过检测调制准确度的恶化来触发。如所描述的，传统的技术没有有效地通过检测被测数字调制信号的调制准确度的恶化来触发。

发明内容

本发明涉及用于分析数字调制信号的信号分析的触发产生。该数字调制可以具有不同的振幅或相位，但是从一个符号数据到下一个符号数据的偏移模式限于本发明所关注的。利用公知技术测量和获得被测信号的符号数据的值并将其存储在存储器中。基于被测信号的调制格式和符号率，评估符号数据之间的可用偏移。调制格式和符号率典型地首先根据被测信号由用户设置。然而，通过使用分析结果可以在基于初始设置的信号分析之后修改该初始设置。基于被测信号的符号率，产生第一符号定时信号。基于被测信号的符号数据的测量值和符号数据之间的可用偏移，产生符号数据的预测值。比较该测量值和预测值从而如果该比较结果超过可以由用户预设的可接受范围则产生触发。

另外，本发明可以保持用于检测触发的符号定时的准确度以进行稳定的触发检测。首先，从被测信号的符号数据的测量值提取第二符号定时信号。此过程典型地为软件计算使得所提取的第二符号定时信号指示相对于当计算结束时过去的符号定时。然而，所提取的第二符号定时信号预期以恒定的间隔发生并且本发明可以在所提取的第二符号定时信号之后外推第二符号定时信号。然后，产生同步信号，其中使该同步信号与包括所提取的和外推的第二符号定时信号的第二符号定时信号同步。这允许第一符号定时信号保持与被测信号的实际符号定时同步。

通过当结合所附权利要求书和附图阅读时的以下详细说明书，本发明的目的、优点和新颖特征显而易见。

附图说明

图1是传统的信号分析器的示意框图。

图2是传统的信号分析器的软件过程示例的框图。

图3是适合于实施本发明的信号分析器的示意框图。

图4是根据本发明的数字调制分析块和数字调制误差检测电路的框图。

图5是触发检测块的框图。

图6是指示提取的符号定时、误差检测符号定时和符号同步信号之间的关系的图表。

图7是根据本发明的触发检测过程的实施例的流程图。

图8是根据本发明的用于使误差检测符号定时信号同步的过程的实施例的流程图。

具体实施方式

现在，下面描述根据本发明的实施例并且这些实施例的示例被描绘用于解释。然而，本发明的范围不限于这些实施例。

参考图3，适合于应用本发明的信号分析器11相对于图1中所示的传统的信号分析器另外具有数字调制误差检测电路70。其可以实现为比由CPU 36运行的软件过程更快操作的具有FPGA、ASIC等的硬件。在图3中，与图1中的那些块对应的块具有相同的参考编号，而不同于图1的特征下面被具体描述。与上面的类似，假设用户为信号分析器11设置调制格式、符号率等的初始值。此外，用户可以设置下面描述的符号数据的预测测量值之间的差别(误差)的可接受范围。该误差可接受范围是本发明的触发条件。用户也设置符号定时的数量N(N是自然数)以每N个符号定时产生符号同步信号(下面描述)。

数字调制误差检测电路70接收来自DDC 26的I和Q数据以及来自时钟产生器24的采样时钟。图4是数字调制误差检测电路70的框图。数字调制信号分析块60类似于图2中所示的传统的数字调制信号分析块，但是具有不同特征，因为其向数字调制误差检测电路70提供载波频率误差信号和提取的符号定时信号。

载波频率校正块72校正由于用于数字下转换中的载波频率的误差引起的IQ数据的频率误差。然后该校正的IQ数据被提供给振幅检测块74、相位检测块76和频率检测块78从而检测提供给触发检测块90的振幅、相位和频率的测量值。根据用户想要检测什么类型的调制准确度误差来使用每个块。例如，振幅检测块74被用来检测振幅误差而相位检测块76被用来检测相位误差。振幅检测块74和相位检测块76两者都被用来检测EVM(误差向量幅度)。频率检测块78被用来检测频率误差。这些检测根据下面公式通过IQ数据计算来实现，其中X和Y分别为I和Q的分量。

振幅：A＝SQRT(X²+Y²)

相位：P＝TAN^-1(Y/X)

频率：F＝d/dt TAN^-1(Y/X)

采样计数器80接收采样时钟并向同步信号外推块82提供计数值。同步信号外推块82产生如下面描述的符号同步信号并将其提供给符号定时信号产生块84。符号定时信号产生块84首先根据初始设置来产生符号定时信号。然而，当其接收符号同步信号时，其将符号定时信号的相位与符号同步信号的相位同步，这防止符号定时信号与被测信号的实际符号定时具有时间差。符号定时信号确定触发检测块90处的误差检测的定时，使得其在下文中被称作误差检测符号定时信号。

数字调制信号可以具有各种的振幅和相位，但是从一个符号到下一个符号的变化模式受限。例如，QPSK的相位偏移是偏离当前相位的0、+90、-90和180度的4个模式。于是，本发明关注该变化或偏移以评估调制误差。下表1示出代表性调制的符号之间的振幅、相位和频率的偏移。

表1

*频率偏差

图5是触发检测块90的框图。锁存块92根据误差检测符号定时信号来锁存振幅、相位和/或频率的测量值以将它们保存为锁存的测量值。调制格式被先前设置，使得预测值产生块94从锁存的测量值导出在下一个符号定时处可用的预测值并将它们提供给比较块96。该预测值可以是如表1中所示的一个或多个。比较块96根据误差检测符号定时信号将测量值和对应的预测值进行比较，并且如果差别(误差)超过用户先前规定的误差可接受范围则提供触发信号。此过程重复每个符号，使得实时监控在每个符号点的误差。因此，在不错过任何误差信息的情况下产生触发。

重要的是保持不偏离被测数字调制信号的符号定时的、用于触发检测的误差检测符号定时信号的准确度。其下面被描述。参考图6，本发明将通过信号分析过程提取的提取符号定时信号映射到对比符号定时快得多的采样时钟进行计数的采样计数器80的计数值。信号分析器11可选地重复信号采集过程和信号分析过程。由于这些过程的次数，在图6的示例中，未揭示以下情况：过去提取的符号定时信号111和112分别在计数值“0”和“3”处发生直到信号分析过程102在计数值“B”处完成。然而，可以基于符号定时信号111和112外推预期发生在提取的符号定时信号111和112之后的符号定时信号113-115，因为它们预期以恒定的间隔发生。同步信号外推块82将实际提取的符号定时信号和外推的符号定时信号组合为第二符号定时信号，并且每预设数量的第二符号定时信号就产生一次符号同步信号131。于是，如上面所描述的，符号定时信号产生块84将误差检测(第一)符号定时信号与符号同步信号同步。

图7是根据本发明的过程流的示例。在步骤202中，用户典型地提供包括调制格式、符号率、误差可接受范围、为产生符号同步信号所需的符号定时的数量等的初始设置。如果在随后的过程中发现更合适的值，则可以修改这些初始设置。根据初始设置，产生误差检测符号定时信号(步骤204)。在SUT(被测信号)采集(步骤206)和IQ数据生成(步骤208)的步骤之后，执行将误差检测符号定时信号与符号同步信号同步的过程(步骤210)。可选地，从步骤206到步骤210的过程可以被重复以便确实将误差检测符号定时信号与符号同步信号同步。在步骤212中，根据误差检测符号定时信号来锁存符号数据(IQ数据)的振幅、相位和频率的测量值。使用可用的偏移从锁存的测量值评估下一个符号定时处的预测值(步骤214)。比较测量值和预测值(步骤216)以确定它们之间的差别(误差)是否在可接受范围内(步骤218)。如果误差在可接受范围内(在步骤218处“是”)，则重复从步骤212开始的过程。如果误差超出了可接受范围(在步骤218“否”)，则提供触发信号(步骤220)并且结束触发检测过程的一个循环。在触发信号输出之后的过程的示例作为传统的技术被描述。

图8是误差检测符号定时信号的同步过程流的示例。例如其可以被执行为图7中的步骤210。可选地，其可以与步骤212和后面步骤的步骤并行地执行。在图7的步骤206和208之后，通过软件信号分析从IQ数据提取符号定时信号。提取的符号定时信号被映射到来自采样计数器80的计数值(步骤232)。基于该提取的符号定时信号，外推在该提取的符号定时信号之后的符号定时信号，并且然后每预设数量的包括提取的和外推的符号定时信号的第二符号定时信号就产生与外推的符号定时信号同步的符号同步信号(步骤234)。符号定时信号产生块84接收符号同步信号以将输出的误差检测符号定时信号与该符号同步信号同步(步骤236)。

如所述的，本发明关注符号数据和下一个符号数据之间的偏移，使得不必实时执行整个解调。这允许使得实时过程单元紧凑且灵活，因为其可以接受另外的调制格式或容易适应调制格式修改。于是，本发明实现了适应各种数字调制格式和符号率的数字调制误差触发。观察频率误差和符号定时以及连续更新结果数据，这允许长时间等待触发。通过比较图1和图3将理解，根据本发明的触发系统可以容易地与诸如功率触发、频率模板(frequency mask)触发等传统的触发系统组合。

虽然描述了特定的实施例，但是要明白本发明的原理不限于那些实施例。在不偏离如所附权利要求书中阐述的本发明原理的情况下，可以进行变化和修改。

Claims (14)

1.一种用于分析被测数字调制信号的触发产生器，包括：

用于提供所述被测数字调制信号的符号数据的测量值的装置；

用于根据所述被测数字调制信号的调制格式和符号率来评估所述被测数字调制信号的符号数据之间的可用偏移的装置；

用于根据所述被测数字调制信号的符号率来产生第一符号定时信号的装置；

用于使用所述测量值和所述可用偏移来产生所述符号数据的预测值的装置；以及

用于根据所述第一符号定时信号比较所述预测值和对应的测量值并且如果比较结果超出可接受范围则提供触发的装置。

2.根据权利要求1所述的触发产生器，进一步包括：

用于产生从所述被测数字调制信号的符号数据的测量值中提取的第二符号定时信号的装置；

用于产生与所述第二符号定时信号同步的同步信号的装置，其中所述第二符号定时信号包括所述提取的第二符号定时信号和在所述提取的第二符号定时信号之后的外推的第二符号定时信号；以及

用于将所述第一符号定时信号与所述同步信号同步的装置。

3.根据权利要求2所述的触发产生器，其中所述同步信号产生装置包括：

用于对其频率比所述第一符号定时信号的频率更高的时钟进行计数以提供计数值的计数器；

用于分别将所述提取的第二符号定时信号映射到所述计数值的装置；

用于外推所述提取的第二符号定时信号之后的第二符号定时信号的装置；以及

用于每预设数量的包括提取的和外推的第二符号定时信号的第二符号定时信号就产生一次同步信号的装置。

4.根据权利要求1所述的触发产生器，进一步包括：

用于设置所述可接受范围的装置。

5.根据权利要求1所述的触发产生器，进一步包括：

用于设置所述被测数字调制信号的调制格式和符号率的装置。

6.根据权利要求2所述的触发产生器，进一步包括：

用于设置所述第二符号定时信号的数量以产生同步信号的装置。

7.根据权利要求1所述的触发产生器，进一步包括用于锁存所述第一符号定时信号之一处的测量值的装置，其中所述预测值产生装置在锁存后使用锁存的测量值产生所述第一符号定时信号的预测值。

8.一种用于产生用于分析被测数字调制信号的触发的方法，包括以下步骤：

提供所述被测数字调制信号的符号数据的测量值；

根据所述被测数字调制信号的调制和符号率来评估所述被测数字调制信号的符号数据之间的可用偏移；

根据所述被测数字调制信号的符号率来产生第一符号定时信号；

使用所述测量值和所述可用偏移来产生符号数据的预测值；以及

根据所述第一符号定时信号比较所述预测值和对应的测量值并且如果比较结果超出可接受范围则提供触发。

9.根据权利要求8所述的用于产生所述触发的方法，进一步包括以下步骤：

产生从所述被测数字调制信号的符号数据的测量值中提取的第二符号定时信号；

产生与所述第二符号定时信号同步的同步信号，其中所述第二符号定时信号包括提取的第二符号定时信号和提取的第二符号定时信号之后的外推的第二符号定时信号；以及

将所述第一符号定时信号与所述同步信号同步。

10.根据权利要求9所述的用于产生所述触发的方法，其中产生所述同步信号的步骤包括以下步骤：

通过对其频率比所述第一符号定时信号的频率更高的时钟进行计数来提供计数值；

分别将所述提取的第二符号定时信号映射到所述计数值；

外推所述提取的第二符号定时信号之后的第二符号定时信号；以及

每预设数量的包括提取的和外推的第二符号定时信号的第二符号定时信号就产生一次所述同步信号。

11.根据权利要求8所述的用于产生所述触发的方法，进一步包括设置所述可接受范围的步骤。

12.根据权利要求8所述的用于产生所述触发的方法，进一步包括设置所述被测数字调制信号的调制格式和符号率的步骤。

13.根据权利要求8所述的用于产生所述触发的方法，进一步包括设置第二符号定时信号的数量以产生所述同步信号的步骤。

14.根据权利要求8所述的用于产生所述触发的方法，进一步包括锁存所述第一符号定时信号之一处的所述测量值的步骤，其中产生所述预测值的步骤在锁存之后使用锁存的测量值来产生第一符号定时信号的预测值。

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