CN104219187A - 用于非相干调制的信号的等时采样技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于非相干调制的信号的等时采样技术。本发明的方面包括等时采样示波器，其接收载波信号、在已被用重复数据模式加以调制之后的载波信号、以及与数据模式同步的模式触发信号。载波信号和调制是异步的，即，它们未被以任何方式相位锁定。示波器相对于模式触发信号以多个时基延迟且在每个时基延迟处多次对已调制载波信号和未调制载波信号的正交相位同时采样。在收集该信息之后，示波器使用正交采样来计算未调制载波信号的对应于已调制载波信号的采样的相位。示波器然后通过选择已调制载波信号的对应于载波信号相位进展的采样来计算已调制载波信号的固定表示，如果未调制载波信号已与模式触发信号同步，则将已观察到所述载波信号相位进展。

Description

用于非相干调制的信号的等时采样技术

相关申请数据

本申请要求2013年6月4日递交的、序列号为61/830,952的美国临时专利申请的权益，特此通过引用并入该临时专利申请以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及信号分析，并且更具体地，涉及用于测量非相干调制的信号的新方式。

背景技术

许多调制标准使用被称为“非相干调制”的内容。如图1中所示，通过用由符号生成器120产生的调制信号115调制载波信号110来形成非相干调制的信号105。符号生成器120从符号时钟125生成调制信号115。符号时钟125和载波信号110是异步的，即，它们未被以任何方式相位锁定。调制器130可以根据所使用的具体调制标准来调制载波信号110的幅度、相位或二者。

非相干调制的信号典型地是使用实时示波器或实时频谱分析器来测量的。然而，在一些情况中，这些信号的带宽超过可从可商售的仪器得到的带宽。例如，卫星通信中使用的一些信号具有60GHz的载波频率以及数GHz的带宽。此类信号对于可商售的实时示波器而言频率太高，且对于可商售的实时频谱分析器而言过于宽带。等时采样示波器具有足够的带宽来测量此类信号，但遗憾的是，采样范围要求被测试的信号是重复的，以产生固定单值波形，而非相干调制的信号是非重复的。即，即使调制信号是重复的，已调制载波也将不是重复的，因为符号时钟和载波信号是异步的。

仍然存在对用于解决与现有技术相关联的这些和其他问题的方式的需要。

发明内容

本发明的方面包括等时采样示波器，其接收载波信号、在已被用重复数据模式加以调制之后的载波信号、以及与数据模式同步的模式触发信号。载波信号和调制是异步的，即，它们未被以任何方式相位锁定。示波器相对于模式触发信号以多个时基延迟且在每个时基延迟处多次对已调制载波信号和未调制载波信号的正交相位同时采样。在收集该信息之后，示波器使用正交采样来计算未调制载波信号的对应于已调制载波信号的采样的相位。示波器然后通过选择已调制载波信号的对应于载波信号相位进展的采样来计算已调制载波信号的固定表示，如果未调制载波信号已与模式触发信号同步，则将已观察到所述载波信号相位进展。

附图说明

图1示出了现有技术中已调制载波信号的生成。

图2示出了根据本发明的实施例的接收已调制载波信号、未调制载波信号和模式触发信号以进行分析的设备。

图3示出了图2的设备的细节。

图4示出了图3的正交采样器的细节。

图5示出了如可用于计算图2的设备中的已调制载波信号的固定表示的已调制载波信号的采样的集合。

图6示出了使用图2的设备产生的已调制载波信号的固定表示。

图7A-7B示出了根据本发明的实施例的使用图2的设备的过程的流程图。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的实施例的测量非相干调制的信号105的诸如等时采样示波器之类的设备205。符号生成器120接收符号时钟125并从其生成调制信号115和模式触发信号210，调制信号115是重复的，模式触发信号210与调制信号115同步。例如，如果调制信号115是重复数据模式，则模式触发信号210与该重复数据模式同步。调制器130根据调制信号115调制载波信号110以产生非相干调制的载波信号105。设备205还接收未调制载波信号110。载波信号和调制信号是异步的，即，它们未被以任何方式相位锁定。注意，尽管调制信号115是重复的，但是调制信号115与载波信号异步。因此，产生的已调制载波信号105与模式触发信号210不相干。因此，仅仅对已调制载波信号105进行采样不会产生固定波形。尽管将设备205描述为等时采样示波器，但是应当意识到，其可以是任何种类的测试仪器，诸如实时示波器、频谱分析器、逻辑分析器、计算机或执行期望分析的任何其他设备。图2中未示出的是设备205的内部部件：处理器、存储器等。

在本发明的一个实施例中，符号生成器120不提供模式触发信号210。在该情况中，设备205可以通过接收符号时钟并将其向下划分来生成其自身的模式触发信号。本领域普通技术人员将认识到可以生成模式触发信号210的其他方式。

图3示出了图2的设备的细节。在图3中，示出了输入305、310和315，其向设备205的其他部件提供信号210、105和110。将模式触发信号210提供给时基电路320，时基电路320响应于模式触发信号210的边沿来在可编程时间延迟之后产生采样器选通信号325。采样器选通信号325使采样电路330和正交采样器335同时对已调制载波信号105和未调制载波信号110的正交相位分别采样。这些采样然后被用于产生已调制载波信号的波形的固定表示，如将在下文中详细解释的那样。

图4示出了正交采样器335的细节。未调制载波信号110被分割成两个相位，一个相位被移相器405移位π/2弧度（90度），并且然后，这两个相位被采样电路410、415采样以产生两个正交采样340、345。尽管图4示出了由移相器405生成正交相位，但是将意识到，可以用各种其他方式来生成正交关系。例如，取而代之，移相器405可以是将一个相位延迟等效于π/2弧度的时间的时间延迟。可替代地，可以通过用时间延迟（未示出）将至一个采样器的采样选通信号325进行延迟来创建正交关系。注意，尽管前面的描述涉及π/2弧度，但是也可以使用其他相移值，只要（下面描述的）相位计算将该不同的相位值考虑在内即可。

返回到图3，在操作中，设备205通过以下方式来收集关于信号的信息：（1）相对于模式触发信号210以多个时基延迟并且（2）在每个时基延迟处多次，对已调制载波信号105和未调制载波信号110的正交相位同时采样。例如，仪器可能以下述方式对已调制载波信号105进行采样：（1）以100个时间步长，每个间隔100ps，覆盖模式触发信号210之后的10ns；以及（2）在每个时间步长处10000次。马上将解释10000个采样的原因。对于现在，只要说明下述内容就足够了：因为已调制载波信号105与模式触发信号210异步，所以在每个时间步长处重复地采样意味着仪器在重复数据模式上在相同的时间位置处对已调制载波信号105重复地采样，但是已调制载波信号105具有随机波动的相位，因此，这等效于在载波信号相位空间中随机采样。

将正交采样340和345提供给相位计算电路350，相位计算电路350使用反正切函数或类似的数学函数、利用正交采样340和345来计算未调制载波信号110的相位。因为仪器同时对正交相位和已调制载波信号进行了采样，所以产生的所计算的相位表示未调制载波信号110在已调制载波信号105被采样时的相同时刻处的相位。

接着，波形重构电路355通过选择已调制载波信号的对应于载波信号相位进展的那些采样来构建已调制载波信号105的固定表示，如果未调制载波信号已与模式触发信号同步，则将已观察到所述载波信号相位进展。图5图示了一种用于可视化该选择过程的方式。图5中的图表505描绘了二维图表上的已调制载波信号的采样的集合，其中y轴与载波信号相位相关联，x轴是时间步长，并且z轴是采样的电压值。假设例如载波信号周期和时间步长是这样的：对于时基来说，前进通过载波信号的一个周期要耗费10个时间步长。例如，时间步长可以是10ps，并且载波信号可以具有100ps的周期，从而在10个时间步长之后，时基已经前进通过载波信号的一个周期。因此，波形重构电路可以通过从以下容器（bin）中选择已调制载波信号的采样来构建已调制载波信号的固定表示：（1）时间步长=0，相位=0×2π/10弧度，（2）时间步长=1，载波相位=1×2π/10弧度，（3）时间步长=2，相位=2×2π/10弧度，等等，被指示为点510，这用对角线填充图案加以描绘。当在如图6上所示的电压相对于时间的图表上显示时，产生的对采样的选择是固定波形的描绘，如果未调制载波信号已与数据模式同步并且初始载波相位已为零弧度，则将已观察到该固定波形。注意，零弧度起始相位的选择是任意的。波形重构电路可能已经以0到2π弧度的任何一个其他初始相位值起始，以产生各种其他波形，每个波形是已调制载波信号的固定表示，如果未调制载波信号已与模式触发信号同步，则将已观察到所述固定表示，仅有的差异在于载波信号在第一时间步长处的相位。使用横条纹和角交叉影线填充模式表示的点515和520分别描绘了对点的两个其他这种选择。在一些实施例中，将这些不同波形都提供给用户以进一步分析。

返回到10000个采样的原因，前文提到，因为载波信号与模式触发信号异步，所以那么当取得已调制载波信号的任何采样时，该采样将具有随机载波信号相位。然而，该载波信号相位可能不是构建用户所请求的波形所需的载波信号相位。因此，为了确保对于波形重构过程有足够相位可用，仪器在每个时间步长处取得大量采样，诸如10000个。这样做提供了要从中选择的采样的（在相位空间中）均匀分布的选择。然而，这也意味着对于给定相位往往将存在多于一个的采样。注意，“有多少采样具有相同相位”的问题也取决于对载波信号相位进行量化有多粗。即，例如，有可能1ps相位分辨率针对重构过程提供足够的波形保真度。在该情况中，具有从例如0.0ps至1.0ps的相位值的每个采样可能进入一个容器中。在另一种情况中，有可能0.1ps相位分辨率是必要的。在该情况中，具有从例如0.0ps至0.1ps的相位值的每个采样可能进入一个容器中。为了处理这些多个采样，在本发明的一个实施例中，通过随机选择一个这样的采样来协调具有相同相位值的多个采样。在本发明的另一实施例中，通过对所有这样的采样求平均来协调具有相同相位值的多个采样。本领域技术人员将认识到可以在构建波形时使用多个采样的其他方式。还将意识到，获取少于10000个采样（诸如，1000个）可能是足够的，或者获取甚至更多采样（诸如，100000个）可能是必要的，这取决于载波信号与模式触发信号的异步程度（即，是否存在任何拍频（beat frequency）等）并且取决于波形重构过程所必需的相位分辨率。在一些实施例中，设备即时地计算被采样的相位，并当对于波形重构过程有足够相位可用时停止获取采样。

返回到图3，一旦波形重构电路355完成其操作，就存在若干可能性。在一个实施例中，将波形显示在作为设备205的一部分的监视器（图3中未示出）上。在第二实施例中，将波形存储在处于设备205中某处的存储设备（在图3中同样未示出）中。在第三实施例中，将波形从设备205输出到另一机器以供显示、存储或进一步处理。如果是这样，则经由输出端口360来输出波形。本领域技术人员将认识到可以使用波形的其他方式。

图7A-7B示出了根据本发明的实施例的使用图2的设备的过程的流程图。在图7A中，在框705处，设备接收已调制载波信号。在框710处，设备接收未调制载波信号。尽管图7A建议框705和710是顺序的，但是本领域普通技术人员将认识到，可以同时或者按任一次序接收信号。在框715处，设备以多个时间步长对已调制载波信号进行采样，并对于每个时间步长，对已调制载波信号采样多次。在框720处，设备以多个时间步长对来自未调制载波信号的正交相位进行采样，并对于每个时间步长，对正交相位采样多次。如虚线箭头725和730所示，同时执行框715和720。

在框735（图7B）处，设备基于经采样的正交相位来计算未调制载波信号的相位。在框740处，设备选择对应于载波信号相位进展的已调制载波信号采样。在框745处，设备从所选已调制载波信号采样构建固定波形。

在以上描述中有一点值得详细说明。该描述指示已调制载波信号和未调制载波信号的正交相位被“同时”采样。这并不意味着精确地同时对信号进行采样，因为该精度级别难以实现且确实不是本发明所需要的。例如，可能的情况是，与采样器选通信号到达采样器330相比，其多耗费100ps来到达正交采样器335，这意味着正交采样器始终在信号采样器之后100ps进行采样。这对于本发明的实施例来说是完美可接受的。实际上，“同步”的意思是每次相对于相同的延迟来同步地取得采样。倘若两个信号的采样之间的延迟基本上一致，那么可以认为采样是“同时的”。

上面描述的流程图表示本发明的各种可能的实施例。本发明的实施例不限于流程图中示出的那些实施例。可以省略各个框，并且可以重新布置框的次序，而对本发明的实施例来说不失一般性。

下面的讨论意图提供其中可以实现本发明的某些方面的合适机器的简要一般描述。典型地，该机器包括处理器、存储器、存储设备、视频接口和输入/输出接口端口所附着到的系统总线，所述存储器例如是随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）或其他状态保持介质。该机器可以至少部分通过以下各项加以控制：来自诸如键盘、鼠标等的常规输入设备的输入以及从另一机器接收的指示、与虚拟现实（VR）环境的交互、生物计量反馈或其他输入信号。如本文所使用的，术语“机器”意图广泛地涵盖单个机器或者一起操作的通信耦合的机器或设备的系统。示例性机器包括诸如个人计算机、工作站、服务器、便携式计算机、手持设备、电话、平板计算机等的计算设备，以及诸如专用或公共交通（例如汽车、火车、出租车等）之类的交通设备。

该机器可以包括嵌入式控制器，诸如可编程或不可编程逻辑器件或阵列、专用集成电路、嵌入式计算机、智能卡等。该机器可以利用与一个或多个远程机器的一个或多个连接，诸如通过网络接口、调制解调器或其他通信耦合。可以通过诸如内联网、互联网、局域网、广域网等的物理和/或逻辑网络的方式互连机器。本领域技术人员将意识到，网络通信可以利用各种有线和/或无线短距离或长距离载波和协议，包括射频（RF）、卫星、微波、电气和电子工程师学会（IEEE）810.11、蓝牙、光学、红外、电缆、激光等。

本发明可以通过引用或结合关联的数据加以描述，所述关联的数据包括函数、过程、数据结构、应用程序等，所述关联的数据在被机器访问时使得该机器执行任务或者定义抽象数据类型或低级硬件上下文。例如，关联的数据可以例如存储在例如RAM、ROM等的易失性和/或非易失性存储器中，或其他存储设备及其关联的存储介质中，包括硬盘驱动器、软盘、光学存储设备、磁带、闪存、存储棒、数字视频盘、生物存储设备等。关联的数据可以通过包括物理和/或逻辑网络的传输环境、以分组、串行数据、并行数据、传播信号等的形式而递送，且可以以压缩或加密格式而使用。关联的数据可以用在分布式环境中，且本地和/或远程地存储以用于机器访问。

已经参照所说明的实施例描述和说明了本发明的原理，将认识到，可以在不偏离这样的原理的情况下在布置和细节上修改所说明的实施例。并且，尽管前面的讨论已关注于特定实施例，但是可以设想其他配置。具体而言，尽管本文使用了诸如“在一个实施例中”等的表达，但是这些短语意欲一般地涉及实施例可能性，而不意图将本发明限制于特定的实施例配置。如本文所使用的，这些术语可以参考可被组合到其他实施例中的相同或不同实施例。

结果，考虑到对于本文描述的实施例的各种各样的排列，该详细描述和所附材料意图仅仅是说明性的，而不应视为限制本发明的范围。因此，本发明所要求保护的内容是可落入所附权利要求及其等同物的范围和精神内的所有这样的修改。

Claims (7)

1.一种设备，包括：

第一输入（215），用于接收未调制载波信号（110）；

第二输入（220），用于接收已调制载波信号（105），已调制载波信号（105）是未调制载波信号（110）的已经被调制信号（115）调制的版本，调制信号（115）是重复的，并且调制信号（115）与未调制载波信号（110）异步；

时基电路（320），用于使得三个采样电路（330、410、415）相对于模式触发信号（210）以多个时间步长且在每个时间步长处多次对已调制载波信号（105）和未调制载波信号（110）的正交相位同时采样，模式触发信号（210）与调制信号（115）同步；

相位计算电路（350），用于根据经采样的正交相位计算未调制载波信号（110）的相位；以及

波形重构电路（355），用于通过选择已调制载波信号（105）的对应于载波信号相位进展的采样来构建已调制载波信号（105）的固定表示，如果未调制载波信号（110）已与模式触发信号（210）同步，则将已观察到所述载波信号相位进展。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备是等时采样示波器（205）。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，模式触发信号（210）是从符号时钟（125）得到的。

4.一种方法，包括：

接收（705、710）已调制载波信号（105）、未调制载波信号（110）和模式触发信号（210），模式触发信号（210）与调制信号（115）同步，已调制载波信号（105）是未调制载波信号（110）的已经被调制信号（115）调制的版本，调制信号（115）是重复的，并且调制信号（115）与未调制载波信号（110）异步；

相对于模式触发信号（210）以多个时间步长且在每个时间步长处多次对已调制载波信号（105）和未调制载波信号（110）的正交相位同时采样（715、720）；

根据经采样的正交相位计算（735）未调制载波信号（110）的相位；以及

通过选择（740）已调制载波信号（105）的对应于载波信号相位进展的采样来构建（745）已调制载波信号（105）的固定表示，如果未调制载波信号（110）已与模式触发信号同步，则将已观察到所述载波信号相位进展。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，接收（705、710）已调制载波信号（105）、未调制载波信号（110）和模式触发信号（210）包括从符号时钟（135）得到模式触发信号（210）。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，相对于模式触发信号（210）以多个时间步长且在每个时间步长处多次对已调制载波信号（105）和未调制载波信号（110）的正交相位同时采样（715、720）包括使用时基电路（320）来使得三个采样电路（330、410、415）对已调制载波信号（105）和未调制载波信号（110）的正交相位进行采样。

7.一种制品，包括非瞬变存储介质，所述非瞬变存储介质在其上存储有指令，所述指令在被机器执行时使得：

接收（705、710）已调制载波信号（105）、未调制载波信号（110）和模式触发信号（210），模式触发信号（210）与调制信号（115）同步，已调制载波信号（105）是未调制载波信号（110）的已经被调制信号（115）调制的版本，调制信号（115）是重复的，并且调制信号（115）与未调制载波信号（110）异步；

相对于模式触发信号（210）以多个时间步长且在每个时间步长处多次对已调制载波信号（105）和未调制载波信号（110）的正交相位同时采样（715、720）；

根据经采样的正交相位计算（735）未调制载波信号（110）的相位；以及

通过选择（740）已调制载波信号（105）的对应于载波信号相位进展的采样来构建（745）已调制载波信号（105）的固定表示，如果未调制载波信号（110）已与模式触发信号同步，则将已观察到所述载波信号相位进展。