CN102331524B - 频域位图中的密度迹线测量和触发 - Google Patents

Abstract

本发明涉及频域位图中的密度迹线测量和触发。通过测量在用户指定的“幅度阈值”之上的频域位图的每一列的密度，形成根据本发明的实施例的“密度迹线”。每一列的密度等于幅度阈值之上的列中的所有像素的密度总和除以列中的所有像素的密度总和。密度迹线提供了一种定义和代表许多列的占用率的方便方式，且还允许把密度数据快速地从一个仪器或计算机传送到另一仪器或计算机。在一些实施例中，密度迹线被结合到测试测量仪器的触发检测器中且用于产生触发信号。触发检测器将密度迹线与用户指定的“密度阈值”进行比较且在密度迹线的任何点的值违反密度阈值时产生触发信号。

Description

频域位图中的密度迹线测量和触发

技术领域

本发明涉及测试测量仪器，且更具体地涉及针对频域位图的密度测量。

背景技术

诸如可从俄勒冈州的比弗顿（Beaverton, Oregon）的Tektronix公司获得的RSA6100和RSA3400系列之类的实时频谱分析仪实时地关于RF信号触发、捕获RF信号和分析RF信号。这些仪器无缝地捕获RF信号，使得不像常规扫描频谱分析仪和矢量信号分析仪，在指定的带宽内没有遗漏数据。

现在参考图1，实时频谱分析仪100接收射频（RF）输入信号且可选地使用混频器105、本地振荡器（LO）110和滤波器115对射频输入信号进行下转换以产生中频（IF）信号。模数转换器（ADC）120数字化IF信号以产生连续数字样本流。数字样本被输入到环形缓冲器125且还被输入到触发检测器130，该触发检测器130实时地处理数字样本且将处理的样本与用户指定的触发阈值进行比较。当处理的数字样本违反了触发阈值时，触发检测器130产生导致采集存储器135存储保留在环形缓冲器125中的数字样本的触发信号。“违反”意味着根据用户指定的参数的“超过”或“小于”。存储的数字样本然后被后分析处理器140分析，且结果可以显示在显示设备145上或存储在存储设备（未示出）中。

Tektronix实时频谱分析仪使用称为“数字荧光（Digital Phosphor）”或备选地称为“DPX^®”的技术。DPX使能的实时频谱分析仪使用连续时间处理器150实时地处理来自ADC 120的连续数字样本流且在显示设备145上显示结果。现在参考图2，连续时间处理器150使用诸如快速傅立叶变换（FFT）、线性调频Z（chirp-Z）变换等之类的频率变换205来每秒将连续数字样本流变换为成千上万频谱210。然后组合频谱210以形成被称为“位图数据库”220的数据结构。在一个实施例中，每个频谱210被光栅化以产生“光栅化频谱”215。光栅化频谱包含以一系列行和列布置的单元阵列，其中每一行幅度比对频率空间特定幅度值而每一列幅度比对频率空间特定频率值。每个单元的值是：“1”，也称为“命中（hit）”，其指示在测量周期期间输入信号存在于幅度比对频率空间中的那个特定位置；或者“0”（在图中描绘为空白单元），其指示输入信号不存在。光栅化频谱215的对应单元的值被一起求和以形成位图数据库220，且然后位图数据库220的每个单元的值除以光栅化频谱215的总数，使得它指示在测量周期期间的命中总数除以光栅化频谱215的总数或者等价地指示在测量周期期间该输入信号占用幅度比对频率空间中的那个特定位置的时间百分比（也称为“DPX密度^®”）。为简单起见，光栅化频谱215和位图数据库220在图中描绘为具有10行和11列，然而将意识到，在实际的实施例中光栅化频谱215和位图数据库220可以具有成百上千列和行。位图数据库220基本上是三维柱状图，其中x轴是频率，y轴是幅度，且z轴是密度。位图数据库220可以在显示设备145上显示为被称为“位图”的图像，其中每个单元的密度由颜色分级（color-graded）像素幅度比对频率空间。备选地，位图数据库220可以存储在存储设备（未示出）中。DPX采集和显示技术揭示了完全被常规频谱分析仪和矢量信号分析仪遗漏的诸如短持续时间或不频繁事件之类的信号细节。关于DPX的更多信息，参见可在http://www.tek.com/获得的日期为2009年8月20日的题目为“DPX^® Acquisition Technology for Spectrum Analyzers Fundamentals”的Tektronix文档号37W-19638。

DPX使能的实时频谱分析仪具有称为“密度测量”或备选地称为“占用率（occupancy）测量”的测量。占用率测量指示在测量周期期间输入信号占用幅度比对频率空间中的特定位置的时间百分比。用户可以测量位图的单个像素的占用率，或者备选地，用户可以测量位图中的包含多个像素的指定矩形区域内的占用率。像素的密度等于该像素内的命中数目除以用于产生它的频谱数目：

。

例如，如果在处理100个频谱之后特定像素包含1个命中，则该像素的密度等于1/100＝1%。

矩形区域内的密度等于该区域内的所有像素的密度总和除以由该区域约束的列的数目：

。

例如，如果区域包含3行和3列总共9个像素，且每个像素的密度是1%，则区域的密度等于(9×1%)/3=3%。图3描绘了具有这种占用率测量的位图300。为了提供实际位图的更真实描绘，位图300在图中被描绘为具有成百上千行和列（其栅格线没有示出），且位图300的颜色分级被描绘为灰度级，其中较暗的灰度阴影指示该信号更经常存在。占用率测量指示在矩形305（收集数据的时间的62.614%）内检测到信号能量。关于占用率测量的更多信息，参见2009年3月13日提交的题目为“Occupancy Measurement and Triggering in Frequency Domain Bitmaps”的共同未决的美国专利申请号 61/160,216。

发明内容

上面描述的常规密度测量对于在幅度比对频率空间的有限数目的区域中量化信号占用率而言是有用的，然而如果用户期望针对位图的每一列做出占用率测量则是不方便的。

常规密度测量的另一缺点在于难以快速地将密度数据从一个仪器或计算机传送到另一仪器或计算机。常规方法是将位图数据库保存成文件且然后传送整个文件。尽管该方法是直截了当的，但是文件不能使用常用传送方法进行实时传送，因为文件大小很大。

需要的是一种方便地定义和代表许多列的占用率的方式。还需要的是一种使用常用传送方法快速地将密度数据从一个仪器或计算机传送到另一仪器或计算机的方式。

因此，通过测量在用户指定的“幅度阈值”之上的频域位图的每一列的密度来形成根据本发明的实施例的“密度迹线（trace）”。每一列的密度等于幅度阈值之上的该列中的所有像素的密度总和除以该列中的所有像素的密度总和。密度迹线提供了一种定义和代表许多列的占用率的方便方式，且还允许把密度数据快速地从一个仪器或计算机传送到另一仪器或计算机。在一些实施例中，密度迹线结合到测试测量仪器的触发检测器中且用于产生触发信号。触发检测器将密度迹线与用户指定的“密度阈值”进行比较且在密度迹线的任何点的值违反密度阈值时产生触发信号。

当结合所附权利要求和附图阅读时，从以下详细描述中显而易见本发明的目的、优点和其他新颖特征。

附图说明

图1描绘常规实时频谱分析仪的高级框图。

图2描绘图1中示出的连续时间处理器的高级功能框图。

图3描绘具有常规占用率测量的位图。

图4描绘根据本发明的实施例的具有幅度阈值的位图。

图5描绘根据本发明的实施例的密度迹线。

图6描绘根据本发明的另一实施例的密度迹线。

图7描绘根据本发明的实施例的触发检测器的高级功能框图。

图8描绘根据本发明的实施例的具有幅度掩模（mask）的位图。

图9描绘根据本发明的实施例的具有密度掩模的密度迹线。

具体实施方式

现在参考图4，通过测量在用户指定的“幅度阈值”420之上的位图400的每一列的密度来形成根据本发明的实施例的“密度迹线”。每一列的密度等于幅度阈值之上的该列中的所有像素的密度总和除以该列中的所有像素的密度总和：

。

例如，如果位图400的特定列具有100个像素，90个像素位于幅度阈值420之上，且列中的每个像素的密度是1%，则列密度等于(90×1%)/(100×1%)＝90%。

因为密度等于命中总数除以频谱总数，所以幅度阈值之上的列密度可以等价地定义为包含在幅度阈值之上的列的所有像素内的命中数目除以用于产生它的频谱数目：

。

例如，如果位图400的特定列具有100个像素，90个像素位于幅度阈值420之上，且在处理100个频谱之后列中的每个像素包含1个命中，则列密度等于90/100＝90%。

针对位图400的每一列实施该密度测量。所得到的密度测量集可以显示为如图5所示的密度比对频率图500。测量的密度在位置505为低，在位置510更高，且在位置515仍更高，因为回头参考图4，在测量周期期间信号在位置405不太经常超过幅度阈值420，在位置410更经常超过幅度阈值420，且在位置415仍更经常超过幅度阈值420。

密度迹线比整个位图数据库需要更少得多的数据，因为它针对每一列仅需要一个值而不是针对每一列的每一行需要一个值。换句话说，密度迹线减小了为存储密度数据所需的维度数目。例如，具有200行和200列的位图数据库需要200×200＝40,000个值，而针对相同位图数据库的密度迹线仅需要200个值或0.5%的数据。因为密度迹线需要更少得多的数据，所以密度迹线可以通过商业上可获得的数据总线而更快得多地传送。

密度迹线的一个实际应用是测量占用通信信道的时间百分比（也称为“信道占用率”）。使用扫描频谱分析仪和矢量信号分析仪来测量信道占用率的常规方法遭受它们的数据采集不是连续的缺点，且因而如果信号事件在扫描或采集之间的时间期间发生则它们可能被遗漏。相比之下，基于来自实时频谱分析仪的密度迹线的信道占用率测量是基于无缝数据捕获，且因而对于满足最小持续时间要求的信号没有遗漏数据。

密度迹线可以报告称为“组（bin）”的多个邻接列的占用率，而不是报告位图的每一列的占用率。当把多个邻接列组合成单组时，报告的复合占用率值可以是所包括的列占用率值的最大值、所包括的列占用率值的平均值或任何其他度量。例如，图6示出密度迹线600，其中图5的所有列由七组代表，其中每组指示所包括的列占用率值的最大值。用户可以以各种方式（例如通过定义每组的列的数目，通过在开始和停止频率方面定义“信道”等）指定列到组的映射。因为在文件或数据流中存在较少的数据点，所以这些种类的密度迹线的传送甚至更快。

将意识到，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对密度迹线做出各种修改。例如：密度迹线可以以诸如如图5所示的线图、如图6所示的柱形图、饼形图等之类的任何图形形式显示。密度迹线组不要求如图6所示的那样彼此直接毗邻，而是在这些组之间可以存在频率间隙或者备选地这些组可以在频率中交叠。密度迹线组不要求均匀地隔开，而是可以不均匀地隔开。密度迹线组不要求具有相等宽度，而是可以具有不同宽度。

将意识到，密度迹线不仅用作测量，而且还可以结合到测试测量仪器的触发检测器中且用于产生触发信号。例如，如图7所示，触发检测器700使用频率变换705来每秒将连续数字样本流从ADC变换为成千上万频谱710。例如通过光栅化每个频谱710以产生光栅化频谱715、对光栅化频谱715的对应单元的值一起求和以形成位图数据库720、且然后除位图数据库720的每个单元的值使得它指示密度，频谱710被组合以形成位图数据库720。幅度阈值725之上的位图720的每一列的密度被测量以产生密度迹线730。密度迹线730与用户指定的“密度阈值”735进行比较。当密度迹线730中的任何点的值违反密度阈值735时，产生导致测试测量仪器把数字样本存储到存储器中的触发信号。

在另一实施例中，触发检测器700包括用于测量密度迹线730违反密度阈值735的时间长度的一个或多个时间限定器（qualifier）（未示出）。如果该时间长度小于、大于或等于用户指定的时间值——这取决于用户指定的参数，则产生触发信号。

如图8所示，用户可以针对每一列指定不同的幅度阈值，而不是如图4所示的那样指定单个幅度阈值要用于位图的每一列。这在本底噪声在某些列中比在其他列中更高的情况下尤其有用。而且，用户可以指定幅度阈值要仅应用于这些列的一个或多个子集，而不是指定幅度阈值要应用于位图的每一列。

类似地，如图9所示，用户可以针对每一点指定不同的密度阈值，而不是如图7所示的那样指定单个密度阈值要用于密度迹线的每一点。而且，用户可以指定密度阈值要仅应用于这些点的一个或多个子集，而不是指定密度阈值要应用于密度迹线的每一点。再者，代替指定密度阈值由单个密度值组成，用户可以指定密度阈值由密度值范围组成，即用户可以指定当测量的密度落在密度值范围内时要产生触发信号。备选地，用户可以指定当测量的密度落在密度值范围之外时要产生触发信号。

尽管上面描述了幅度阈值之上的列的密度的特定定义，但是将意识到，在各种其他实施例中可以使用提供基本类似结果的其他定义。例如，在其他实施例中，幅度阈值之上的列的密度可以定义为幅度阈值之上的列的所有像素的密度值总和、幅度阈值之上的列的所有像素的平均密度值、幅度阈值之上的列的所有像素的最大密度值等。

尽管上面描述的实施例指的是测量位图的像素，但是将理解这可以被认为等价于测量位图数据库的单元，因为位图的每个像素代表位图数据库的单元。

尽管上面描述的很多参数被描述为是“用户指定的”，但是将意识到，在其他实施例中那些参数可以备选地由测试测量仪器自动确定。

在各个实施例中，后分析处理器140和连续时间处理器150可以以硬件、软件或二者的组合来实施，且可以包含通用微处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）等。

尽管上面说明和描述的实施例示出本发明用在实时频谱分析仪中，但是将意识到，本发明还可以有利地用在测量频域信号的任何种类的测试测量仪器（诸如扫描频谱分析仪、信号分析仪、矢量信号分析仪、示波器等）中。

从前面的讨论将意识到，本发明代表针对频域位图的密度测量领域中的显著进步。尽管出于说明目的而说明和描述了本发明的具体实施例，但是将理解，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改。因此，本发明除了由所附权利要求限制之外不受限制。

Claims (13)

1. 一种产生密度迹线的方法，包含以下步骤：

数字化模拟信号以产生多个数字样本；

将该多个数字样本变换成多个频谱；

组合该多个频谱以产生位图数据库，其中该位图数据库包含以行和列的阵列布置的多个单元，且每个单元的值指示密度；以及

计算具有多个点的密度迹线，其中每个点的值指示相关幅度阈值之上的位图数据库的一列或多列的密度。

2. 根据权利要求1所述的产生密度迹线的方法，其中相关幅度阈值之上的位图数据库的一列或多列的密度等于相关幅度阈值之上的位图数据库的一列或多列中的每个单元的密度总和除以该一列或多列中的所有单元的密度总和。

3. 根据权利要求1所述的产生密度迹线的方法，其中该组合步骤包含以下步骤：

光栅化该多个频谱以产生多个光栅化频谱，其中每个光栅化频谱包含以行和列的阵列布置的多个单元；

对每个所述光栅化频谱的对应单元的值进行求和以形成位图数据库；以及

将位图数据库的每个单元的值除以频谱总数，使得它指示密度。

4. 一种采集数字样本的方法，包含以下步骤：

根据权利要求1所述的方法产生密度迹线；

当该密度迹线的任何点违反相关密度阈值时产生触发信号；以及

响应于该触发信号，在存储器中存储多个数字样本。

5. 根据权利要求4所述的采集数字样本的方法，其中该相关密度阈值包含密度值范围。

6. 根据权利要求5所述的采集数字样本的方法，其中该产生步骤包含当该密度迹线的点的值在密度值范围内时产生触发信号的步骤。

7. 根据权利要求5所述的采集数字样本的方法，其中该产生步骤包含当该密度迹线的点的值在密度值范围之外时产生触发信号的步骤。

8. 根据权利要求4所述的采集数字样本的方法，其中产生触发信号的步骤包含以下步骤：

测量密度迹线违反相关密度阈值的时间长度；以及

当该时间长度小于、大于或等于指定的时间值——这取决于指定的参数时，产生触发信号。

9. 一种测试测量仪器，包含：

模数转换器，用于数字化模拟信号以产生连续数字样本流；以及

连续时间处理器，用于处理该连续数字样本流以产生密度迹线；

其中该连续时间处理器包含用于以下操作的装置：

将多个数字样本变换成多个频谱；

组合该多个频谱以产生位图数据库，其中该位图数据库包含以行和列的阵列布置的多个单元，且每个单元的值指示密度；以及

计算具有多个点的密度迹线，其中每个点的值指示相关幅度阈值之上的位图数据库的一列或多列的密度。

10. 根据权利要求9所述的测试测量仪器，还包含用于显示密度迹线的显示设备。

11. 根据权利要求9所述的测试测量仪器，还包含用于存储密度迹线的存储设备。

12. 一种测试测量仪器，包含：

模数转换器，用于数字化模拟信号以产生连续数字样本流；

触发检测器，用于接收该连续数字样本流且产生触发信号；以及

存储器，用于响应于该触发信号而存储多个数字样本；

其中该触发检测器包含用于以下操作的装置：

将多个数字样本变换成多个频谱；

组合该多个频谱以产生位图数据库，其中该位图数据库包含以行和列的阵列布置的多个单元，且每个单元的值指示密度；

计算具有多个点的密度迹线，其中每个点的值指示相关幅度阈值之上的位图数据库的一列或多列的密度；以及

当该密度迹线的任何点违反相关密度阈值时，产生触发信号。

13. 根据权利要求12所述的测试测量仪器，其中该触发检测器还包含用于以下操作的装置：

测量密度迹线违反相关密度阈值的时间长度；以及

当该时间长度小于、大于或等于指定的时间值——这取决于指定的参数时，产生触发信号。