CN113866502A - 频谱分析仪及其数据扫描和处理方法 - Google Patents

Abstract

一种频谱分析仪及其数据扫描和处理方法，包括扫描上报状态机、数据处理状态机和数据存储区域，扫描上报状态机用于循环扫描，并以帧为单位将扫描过程得到的频谱数据存储至数据存储区域中并更新帧描述符；数据存储区域用于保存多个数据帧和对应的帧描述符；数据处理状态机用于查询数据存储区域中的帧描述符，获取所更新帧描述符对应的数据帧并对数据帧进行数据处理；综上，本发明提供的频谱分析仪中的扫描上报状态机和数据处理状态机是各自独立工作的，扫描上报状态机在开始测量后一直循环扫描和存储数据至数据存储区域，数据处理状态机一直循环查询数据存储区域以及获取数据帧进行后续数据处理，大大减小了频谱分析仪扫描过程中的死区时间。

Description

频谱分析仪及其数据扫描和处理方法

技术领域

本发明涉及频谱分析仪技术领域，具体涉及一种频谱分析仪及其数据扫描和处理方法。

背景技术

现代社会，无线通信已经与人们的生活息息相关，各种射频产品层出不穷。不论是开发产品还是探测信号，频谱分析仪作为频域分析的利器都变得越来越不可或缺。

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。

频谱分析仪对于频域的分析，尤其是很大动态范围的频域分析，扫描都是一个必须的过程，也是现代频谱分析仪进行测量时，内部必须要做的事情。目前，频谱分析仪扫描和数据处理的方式包括以下两种：

（1）请参考图1，扫描和数据处理为串行逻辑，扫描具有较大的死区时间，该死区时间由数据处理的时间和重启扫描之前数据处理状态机调度的时间组成，该时间长且不可控。

（2）请参考图2，在每一次扫描过程中，采取了扫描与数据处理并行的模式，提高了系统效率，然而依然存在少量的数据处理导致的死区时间和数据处理状态机调度导致的死区时间。

在扫描时间很小的时候（例如微秒级别），数据量也随之很小，数据处理不再是扫描效率的瓶颈，瓶颈变成了数据处理状态机的调度时间（一般毫秒级）。此时死区时间内完全可以完成几个甚至几十个完整的扫描，死区时间的存在，是频谱分析仪对于偶现的信号的捕捉能力的巨大制约。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何减小频谱分析仪在扫描数据时的死区时间。

根据第一方面，一种实施例中提供一种频谱分析仪，包括：扫描上报状态机、数据处理状态机和数据存储区域；

所述扫描上报状态机用于循环扫描，并以帧为单位依次将扫描过程得到的数据帧存储至数据存储区域中并更新该数据帧的帧描述符；所述帧描述符用于定义数据帧的信息；

所述数据存储区域用于保存多个数据帧和每个数据帧对应的帧描述符；

所述数据处理状态机用于循环查询数据存储区域中的帧描述符，在查询到帧描述符有更新时，从数据存储区域中获取所更新帧描述符对应的数据帧，并对所获取的数据帧进行数据处理。

在一实施例中，所述数据存储区域包括第一存储区和第二存储区，所述第一存储区包括多个存储空间，所述第二存储区包括多个存储空间，所述第一存储区中的存储空间与第二存储区中的存储空间一一对应；所述第一存储区用于保存帧描述符，第一存储区中的每个存储空间用于保存存储在第二存储区的各个数据帧对应的帧描述符；所述第二存储区用于保存多个数据帧，第二存储区中的每个存储空间用于保存一个数据帧。

在一实施例中，所述帧描述符包括：数据帧的帧号字段、数据帧的长度字段、数据帧的有效数据长度字段、数据帧的校验码字段、数据帧的时间戳字段和预留字段。

在一实施例中，所述数据处理状态机查询到帧描述符有更新包括：

所述数据处理状态机在查询到所述数据帧的帧号字段大于上一个数据帧的帧号字段时，则帧描述符有更新；

或者，所述数据处理状态机在查询到所述数据帧的时间戳字段大于上一个数据帧的时间戳字段时，则帧描述符有更新。

在一实施例中，所述数据处理状态机从数据存储区中获取所更新帧描述符对应的数据帧，包括：

查询所述数据帧的有效长度，根据所述数据帧的有效长度，获取对应的数据帧。

在一实施例中，在频谱分析仪开始测量之前，对数据存储区域中的帧描述符进行复位操作。

在一实施例中，所述第一存储区和第二存储区均为先入先出的存储区。

在一实施例中，对所获取的数据帧进行数据处理之前，所述数据处理状态机还用于：

判断数据存储区域中是否存在数据溢出或者数据溢出风险；

若存在数据溢出或者数据溢出风险，将依据配置的丢弃逻辑对所获取的数据帧进行丢弃，并记录所丢弃数据帧的信息至异常日志。

在一实施例中，依据配置的丢弃逻辑对所获取的数据帧进行丢弃，包括：

每间隔预设数量的数据帧对所获取的数据帧进行丢弃；其中，预设数量为大于等于1的整数。

根据第二方面，一种实施例中提供一种频谱分析仪的数据扫描和处理方法，包括：

扫描上报状态机循环扫描，并以帧为单位依次将扫描到的数据帧存储至数据存储区域中并更新该数据帧的帧描述符；所述帧描述符用于定义数据帧的信息；其中，数据存储区域用于保存多个数据帧和每个数据帧对应的帧描述符；

数据处理状态机循环查询数据存储区域中的帧描述符，在查询到帧描述符有更新时，从数据存储区域中获取所更新帧描述符对应的数据帧，并对所获取的数据帧进行数据处理。

依据上述实施例的频谱分析仪，包括扫描上报状态机、数据处理状态机和数据存储区域，扫描上报状态机用于循环扫描，并以帧为单位将扫描到的数据帧存储至数据存储区域中并更新该数据帧的帧描述符；数据存储区域用于保存多个数据帧和每个数据帧对应的帧描述符；数据处理状态机用于循环查询数据存储区域中的帧描述符，在查询到帧描述符有更新时，从数据存储区域中获取所更新帧描述符对应的数据帧，并对所获取的数据帧进行数据处理；综上，本发明实施例提供的频谱分析仪中的扫描上报状态机和数据处理状态机是各自独立工作的，扫描上报状态机在开始测量后一直循环扫描和上报数据至数据存储区域，数据处理状态机一直循环查询数据存储区域以及获取数据帧进行后续数据处理，使得频谱分析仪在扫描各个数据帧时是连续的，大大减小了频谱分析仪扫描过程中的死区时间。

附图说明

图1为一种现有频谱分析仪的数据扫描和处理方法的流程图；

图2为另一种现有频谱分析仪的数据扫描和处理方法的流程图；

图3为一种实施例的频谱分析仪的结构示意图；

图4为一种帧描述符的结构示意图；

图5为一种数据存储区域的结构示意图；

图6为一种实施例的频谱分析仪的数据扫描和处理方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

频谱分析仪的测量包括信号扫描和数据处理，其中从开始频率（startfrequency）到截止频率（stop frequency）为一次扫描，其扫描得到的数据为一帧扫描数据，即一个数据帧。扫描的死区时间为相邻两次扫描之间的时间。频谱分析仪在对数据帧进行处理时，需要保证每次扫描的数据帧的完整性。

在本发明实施例中，频谱分析仪在开始测量之后，扫描上报状态机和数据处理状态机各自独立循环工作，两者之间不再发生同步逻辑。相对于现有的频谱分析仪扫描和数据处理方式，本发明实施例中的扫描上报状态机在一次扫描结束后，立马触发下一次扫描，使得两次扫描之间没有时间间隔（在不考虑重配硬件的情况下），最大限度地发挥了频谱分析仪中的扫描硬件的性能。此外，消除了频谱分析仪扫描过程中的死区时间（或者最大限度减小了死区时间）。同理，数据处理状态机同样减小了同步需求，可以更专注地将运算能力用于数据帧的处理，提高了频谱分析仪的测量效率。

请参考图3，图3为一种实施例的频谱分析仪的结构示意图，频谱分析仪包括扫描上报状态机101、数据处理状态机102和数据存储区域103。

扫描上报状态机101用于在频谱分析仪发起测量之后，循环扫描，并以帧为单位上报扫描数据，也就是以帧为单位将扫描过程得到的数据帧存储至数据存储区域中并更新该数据帧的帧描述符。

在本发明实施例中，为了实现频谱分析仪的扫描和数据处理逻辑的同步和确保一个数据帧的完整性，本实施例定义了帧描述符，其中帧描述符用于定义数据帧的信息，帧描述符与数据帧一一对应，也就是，一个数据帧对应一个帧描述符。帧描述符中定义了对应的数据帧的各种信息，例如数据帧的总长度、数据帧的有效长度、数据帧的帧号、存储数据帧的时间等等。这样，扫描上报状态机101在存储扫描的数据帧至数据存储区域时，同时对该数据帧对应的帧描述符进行更新，以使帧描述符能够准确表征存储数据帧的信息。

本实施例中的帧描述符包括：数据帧的帧号字段、数据帧的长度字段、数据帧的有效数据长度字段、数据帧的校验码字段、数据帧的时间戳字段和预留字段。请参考图4，图4为一种帧描述符的结构示意图。

数据存储区域103用于保存扫描上报状态机101存储的多个数据帧和每个数据帧对应的帧描述符。

基于上述描述可知，数据存储区域103需要保存数据帧和对应的帧描述符，请参考图5，因此数据存储区域103被划分为第一存储区和第二存储区，第一存储区包括多个存储空间，第二存储区包括多个存储空间，第一存储区中的存储空间与第二存储区中的存储空间一一对应；第一存储区用于保存帧描述符，第一存储区中的每个存储空间用于保存第二存储区的各个数据帧对应的帧描述符；第二存储区用于保存扫描上报状态机101存储的多个数据帧，第二存储区中的每个存储空间用于保存一个数据帧。数据存储区域的这种保存方式，实现了多个数据帧与多个帧描述符一一对应。

需要说明的是，在频谱分析仪每次发起测量之前，需要对数据存储区域103中保存的帧描述符进行复位操作，复位操作可以为清0，也就是，将帧描述符中的数据帧的帧号字段、数据帧的长度字段、数据帧的有效数据长度字段、数据帧的校验码字段、数据帧的时间戳字段和预留字段均设置为0。由于帧描述符的长度比较短，复位数据存储区域103中的第一存储区所需时间极少。

数据处理状态机102用于循环查询数据存储区域103中的帧描述符，在查询到帧描述符有更新时，从数据存储区域103中获取所更新帧描述符对应的数据帧，并对所获取的数据帧进行数据处理。

在一实施例中，扫描上报状态机101存储数据帧至数据存储区域103的方式可以有多种，例如：可以选择将一个数据帧分段写入数据存储区域103，并在每次写入一段数据之后，更新对应帧描述符中的有效数据长度字段和校验码字段，最终在一个数据帧完全写入之后，更新帧描述符中的时间戳字段。其中，有效数据的长度，可以使得数据处理状态机101分段地从数据存储区域103中获取数据，实现扫描与数据处理的并行逻辑。在本实施例中，扫描上报状态机101单次写入的数据的最小长度支持用户配置，此外系统可根据自身处理能力进行匹配和自适应，以达到效率最佳。

需要说明的是，用户可自由选择校验算法，或者根据系统稳定性和效率考虑，选择不使用校验步骤。

在本实施例中，扫描上报状态机101扫描得到的一个数据帧如果完全写入至数据存储区域，该数据帧的时间戳字段必定会大于前一个数据帧的时间戳字段。同理，该数据帧的帧号字段和有效数据长度字段用于确认是否已经被写入有效数据。若判断数据帧的帧号字段大于上一个数字帧的帧号字段，则确认该数据帧已经完全被写入，同时通过有效数据长度判断写入数据的长度。

在一实施例中，数据处理状态机102循环查询数据存储区域103中各个帧描述符中的帧号字段、时间戳字段、有效数据长度字段，并根据帧描述符中的信息对所获取的数据帧进行处理。数据处理状态机102每处理一个数据帧，均记录该数据帧的帧号字段和时间戳字段，便于在高速的数据流中，区分历史数据和刷新数据。

由于扫描上报状态机101和数据处理状态机102是各自独立工作的，甚至是分控制器或者分机器实现，受限于实际方案，各个模块或实现端性能差异，极有可能出现数据处理状态机102处理能力跟不上源源不断的扫描上报数据，即出现数据溢出的情况。由于数据存储区域为一个先入先出的FIFO，所以严格意义上的数据溢出指的是未被处理的数据超过了FIFO的最大存储能力，即被赶超了一圈。

基于上述问题，本实施例中的数据处理状态机102在开始处理一帧数据之前，首先检查是否有数据溢出或者数据溢出风险，其中，检查数据是否溢出可以通过检测当前处理的数据帧的前一个数据帧的时间戳是否被刷新来判断，若时间戳被刷新，则存在数据溢出；若没有刷新，则不存在数据溢出。检查数据是否有数据溢出风险，则是判断当前处理的数据帧之后是否积累了多个数据帧未被处理，若积累了多个数据帧未被处理，则说明数据处理状态机的数据处理能力跟不上扫描上报状态机的数据上报的速度，此时存在数据溢出风险。

若判断存在数据溢出或者数据溢出风险，依据配置的丢弃逻辑将所获取的数据帧进行丢弃，也即是将数据以帧为单位进行丢弃，并记录所丢弃数据帧的信息至异常日志，并且可自行确定是否对用户展示异常日志。实际应用中，连续的扫描更能保证对偶现信号的捕获能力，丢弃数据帧时，可以一次性将整个FIFO丢掉，等于重新回到空FIFO的状态，这样的好处是死区时间最大化集中，即单次无死区扫描时间最大。也可以每间隔预设数量的数据帧对所获取的数据帧进行丢弃，其中，预设数量为大于等于1的整数。例如，可以将当前处理的数据帧的下一个数据帧丢弃，之后直接处理当前处理的数据帧的下下一个数据帧，依此丢弃逻辑，每间隔一个数据帧丢弃一次。任何一个数据帧的丢弃，都等同于有意识地添加了一个扫描的死区时间，与现有频谱分析仪扫描的死区时间不同，此处的死区时间可控可预测，反过来确保了无死区时间的扫描过程持续更长时间。

在本发明实施例中，只需独立升级频谱分析仪的数据处理能力，在不改变其他方案的基础上，必然可以达到无死区时间的理想状态。综上，本发明实施例提供的频谱分析仪在硬件性能或者处理能力有限的情况下，可以实现最长无死区时间的扫描；在硬件性能或者处理能力足够的情况下，可以实现无死区时间扫描，最大限度地发挥频谱分析仪的硬件性能。

请参考图6，图6为一种实施例的频谱分析仪的数据扫描和处理方法流程图，以下简称方法，该方法适用于扫描上报状态机和数据处理状态机，下面对扫描上报状态机的数据扫描方法进行说明。

步骤201-202：频谱分析仪开始测量并复位帧描述符。

步骤203：扫描上报状态机进行硬件配置。

步骤204：扫描上报状态机开始扫描。

步骤205：扫描上报状态机将扫描得到的数据帧存储至数据存储区域并更新对应的帧描述符。

步骤206：本次扫描完成，返回步骤203。

下面对数据处理状态机的数据处理方法进行说明。

步骤201-202：频谱分析仪开始测量并复位帧描述符。

步骤207：数据处理状态机在查询到数据存储区域中的帧描述符更新后，从数据存储区域中获取更新帧描述符对应的数据帧。

步骤208：数据处理状态机对获取的数据帧进行数据处理。

步骤209：数据帧处理完成，返回步骤207。

需要说明的是，本实施例提供的方法步骤与上述实施例提供的频谱分析仪相对应，其具体实施方式在上述实施例中已详细说明，此处不再赘述。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种频谱分析仪, 其特征在于，包括：扫描上报状态机、数据处理状态机和数据存储区域；

所述扫描上报状态机用于循环扫描，并以帧为单位依次将扫描过程得到的数据帧存储至数据存储区域中并更新该数据帧的帧描述符；所述帧描述符用于定义数据帧的信息；

所述数据存储区域用于保存多个数据帧和每个数据帧对应的帧描述符；

所述数据处理状态机用于循环查询数据存储区域中的帧描述符，在查询到帧描述符有更新时，从数据存储区域中获取所更新帧描述符对应的数据帧，并对所获取的数据帧进行数据处理。

2.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，所述数据存储区域包括第一存储区和第二存储区，所述第一存储区包括多个存储空间，所述第二存储区包括多个存储空间，所述第一存储区中的存储空间与第二存储区中的存储空间一一对应；所述第一存储区用于保存帧描述符，第一存储区中的每个存储空间用于保存存储在第二存储区的各个数据帧对应的帧描述符；所述第二存储区用于保存多个数据帧，第二存储区中的每个存储空间用于保存一个数据帧。

3.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，所述帧描述符包括：数据帧的帧号字段、数据帧的长度字段、数据帧的有效数据长度字段、数据帧的校验码字段、数据帧的时间戳字段和预留字段。

4.如权利要求3所述的频谱分析仪，其特征在于，所述数据处理状态机查询到帧描述符有更新包括：

所述数据处理状态机在查询到所述数据帧的帧号字段大于上一个数据帧的帧号字段时，则帧描述符有更新；

或者，所述数据处理状态机在查询到所述数据帧的时间戳字段大于上一个数据帧的时间戳字段时，则帧描述符有更新。

5.如权利要求4所述的频谱分析仪，其特征在于，所述数据处理状态机从数据存储区中获取所更新帧描述符对应的数据帧，包括：

查询所述数据帧的有效长度，根据所述数据帧的有效长度，获取对应的数据帧。

6.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，在频谱分析仪开始测量之前，对数据存储区域中的帧描述符进行复位操作。

7.如权利要求2所述的频谱分析仪，其特征在于，所述第一存储区和第二存储区均为先入先出的存储区。

8.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，对所获取的数据帧进行数据处理之前，所述数据处理状态机还用于：

判断数据存储区域中是否存在数据溢出或者数据溢出风险；

若存在数据溢出或者数据溢出风险，将依据配置的丢弃逻辑对所获取的数据帧进行丢弃，并记录所丢弃数据帧的信息至异常日志。

9.如权利要求8所述的频谱分析仪，其特征在于，依据配置的丢弃逻辑对所获取的数据帧进行丢弃，包括：

每间隔预设数量的数据帧对所获取的数据帧进行丢弃；其中，预设数量为大于等于1的整数。

10.一种频谱分析仪的数据扫描和处理方法，其特征在于，包括：

扫描上报状态机循环扫描，并以帧为单位依次将扫描过程得到的数据帧存储至数据存储区域中并更新该数据帧的帧描述符；所述帧描述符用于定义数据帧的信息；其中，数据存储区域用于保存多个数据帧和每个数据帧对应的帧描述符；

数据处理状态机循环查询数据存储区域中的帧描述符，在查询到帧描述符有更新时，从数据存储区域中获取所更新帧描述符对应的数据帧，并对所获取的数据帧进行数据处理。

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