CN1959420B - 时间任意的信号功率统计的测量装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量仪器，具有提供频域输出的FFT模块；以及连接到该频域输出的功率计算器，用于测量任意长度的测试信号的功率统计。在一些实施方式中，提供频谱积分模块，用于计算包含在频带内的功率。在一个实施方式中，提供滤波/求平均值模块，用于计算任意时间周期上的信号功率统计。可以提供累加器，用于存储与最大功率、最小功率、平均功率或峰值平均功率比有关的数据。在一些实施方式中，可以提供CCDF模块，用于计算与CCDF有关的测量。还提供进行功率统计测量的方法。

Description

时间任意的信号功率统计的测量装置和方法
技术领域
本发明一般地涉及测量仪器，更特别地涉及实时频谱分析仪。
背景技术
测量仪器如频谱分析仪和示波器具有实时获取和分析数据的能力。能够进行实时测量的频谱分析仪的例子包括由Tektronix，Inc.of Beaverton，Oregon制造的Tektronix
Figure G200610160579301D00011
WCA200、WCA300、RSA2200和RSA3300系列频谱分析仪。这些频谱分析仪捕获和分析无缝的数据块。
实时数字测量仪器使用采集存储器存储实时捕获的信号。触发，如频率掩模触发允许事件在将该触发捕获和显示，或为进一步的处理而保存之前、期间以及之后出现。除了提供触发识别信号方面，它对于进行其它覆盖整个信号的测量也是有用的，即使当总信号超出了采集存储器的容量时。
发明内容
因此，提供一种测量仪器，其包括提供频域输出的FFT模块；以及连接到该频域输出的功率计算器，用于测量任意长度的测试信号的功率统计。一些实施方式可以包括计算包含在频带内的功率的频谱积分模块，或者计算平均值的滤波/求平均值模块。测量仪器的不同实施方式包括用于存储功率测量数据，如最大功率、平均功率、最小功率以及峰值平均功率比的累加器。可以在一些实施方式中提供CCDF模块，用于跟踪功率倾向。
该测量仪器提供在任意长度的信号上进行功率测量的能力。该方法的实施方式包括将信号转换到频域，然后在频域中计算功率统计。计算的功率统计可以包括最大功率、最小功率、平均功率、峰值平均功率比或CCDF测量。
当连同附加的权利要求和附图一起阅读时，通过下面详细的描述，本发明不同方面的实施方式将变得显而易见。
附图说明
附图1图示了具有频谱计算引擎的实时频谱分析仪。
附图2图示了频谱计算引擎的实施方式。
具体实施方式
现在参照附图1，所示的实时频谱分析仪10具有用于接收输入RF信号或其它感兴趣的信号的输入处理器20。输入处理器20典型地包括低跟在混频器24后面的通滤波器22，该混频器24使用本机振荡器26将滤波后的输入信号转换成中频(IF)信号。该IF信号穿过带通滤波器28，然后输入到模拟到数字(A/D)转换器30，以便为进一步的处理提供数字信号。将数字信号输入到数字IF正交处理器31，以便从该数字信号导出同相(I)和正交相位(Q)信号。将I和Q信号输入到用于实时处理的数字信号处理器(DSP)32以便在监视器34上显示，该监视器提供频率vs.时间vs.振幅的三维表示，也称作频谱图。还将I和Q信号输入到采集存储器36和触发脉冲发生器40。当触发脉冲发生器40检测事件时，生成触发，以使得采集存储器36在随后处理的触发事件之前和/或之后保存数据。可以通过DSP32或另一处理器(未示出)执行随后的处理。可以将随后的处理用于实时分析或非实时分析。将频谱计算引擎50连接到数字IF正交处理器31，以便测量信号功率统计。可以在任意持续时间上测量信号功率统计，同时该仪器连续实时地捕获和分析信号扰动。可以在任意持续时间上累积和更新信号功率统计，即使当该持续时间超出了该采集存储器的存储容量时。
附图2提供了频谱计算引擎50的其他细节。频谱计算引擎50的实施方式包括连接到I和Q输入的环形缓冲器52。将环形缓冲器的输出连接到快速傅立叶变换(FFT)模块54。在可替换的实施方式中，不提供环形缓冲器。FFT模块54基于由数字IF正交处理器31提供的实时数据计算信号频谱。将功率计算模块55连接到FFT模块54，以便测量和计算与包含在一个或多个频带内的功率有关的值。这些频带可以由用户指定，或者作为在仪器内的默认值提供。在频谱计算引擎的实施方式中，将频谱积分模块56连接到FFT模块54，作为功率计算模块55的一部分。在可替换的实施方式中，将频谱积分模块作为单独的电路块连接到FFT模块54。频谱积分模块通过求和以及换算振幅谱而计算包含在特定频带内的功率。在一个可替换的实施方式中，将频带作为固定的默认值提供。在可替换的实施方式中，可以由用户选择频带。
在频谱计算引擎50的实施方式中，将滤波/求平均值模块58连接到FFT模块54。滤波/求平均值模块58在任意时间周期上计算信号功率统计。该任意时间周期可以由用户选择，或者通过触发标准确定。可以将该滤波/求平均值模块实施为简单的求平均值功能块、滚动平均值或平均值滤波器。如附图2中所示，可以将滤波/求平均值模块58实施为功率计算器55的一部分。在可替换的实施方式中，可以将滤波/求平均值模块58实施为单独的电路块。
在频谱计算引擎50的实施方式中，可以提供累加器，以便存储特定的测量值。例如，最大功率累加器62存储频带内的最大测量功率。可替换地，可以为多个频带提供多个最大功率累加器。类似地，提供最小功率累加器64，以便存储有关最小测量功率的信息，并且提供平均功率累加器66，以便存储有关平均测量频率的信息。在另一个实施方式中，提供峰均比累加器68。累加器在某些情况下可以保存单个值，而在其它情况下，可以将累加器实施为较长的寄存器，该寄存器可以随时间存储多个值。
在频谱计算引擎的一些实施方式中，提供互补累积分布函数(CCDF)模块72。该CCDF模块计算CCDF，收集与峰值有关的信息，并且存储与最大值有关的倾向信息。CCDF表示测量信号的平均功率上的峰值功率超出阈值的概率。在CCDF模块72中，与平均功率一起累积信号振幅的分布。对于从1到0变化的概率，连续计算平均值上的峰值超出阈值的概率。
如附图2中所示，将环形缓冲器52和FFT模块54作为专用于频谱计算引擎50的组件提供。在可替换的实施方式中，例如在连同实时触发系统提供FFT模块的情况下，可以将触发脉冲发生器中的FFT模块的输出连接到触发电路和功率计算器55。这可以使触发脉冲发生器内现有的性能帮助进行额外的有用测量。
在一些实施方式中，使用FPGA或ASIC实施频谱计算引擎50。在一些实施方式中，可以在相同的FPGA或ASIC上实施频谱计算引擎50以及触发脉冲发生器的一些部分。在其它的实施方式中，可以使用在CPU或其它通用处理器上运行的软件，或者通过数字信号处理器(DSP)实现构成频谱计算引擎50的一些或全部模块。
在一些应用中，一些采样损耗是可以接受的。虽然通常不希望具有采样损耗，但是使用通常在此提供的频谱计算引擎仍然可以用于这些应用。
可以使用由频谱计算引擎50提供的测量信号功率统计进行各种测量。例如，可以是各种各样信号条件下的信号行为的综合系统特征。对伪随机位序列(PRBS)驱动的测试情况来说，可以将通过该频谱计算引擎而变得可能的连续功率测量用于评估整个测试序列上的信号扰动。这在PRBS测试序列的持续时间或速度超出现有技术的仪器的信号捕获能力，或者超出采集存储器的容量的情况下提供了超过传统的方法的好处。使用连续时间方法，即使当捕获并包括所有的测试信号条件时，也支持对任意长时间周期上功率统计的测量。在一些实施方式中，该连续时间方法的测量还可以在允许盲点的系统中提供效用，在该盲点期间实际上不能测量信号，尽管这会影响测量精度。
在包括CCDF模块72的频谱计算引擎50的实施方式中，可以计算和记录CCDF，以便提供用于评估功率放大器中非线性的倾向信息。
频谱计算引擎50还提供用于测量各种信号功率统计，如峰值平均值比、峰值功率、平均功率，最小功率的方法。例如，可以在正在进行的基础上将平均功率作为移动平均测量。也可以在运行基础上保持其它的测量，并且当测量新的最大值或最小值时更新该值。
可以通过测量当前功率并且将当前功率与存储的最大功率值比较以确定最大功率值，并且当该当前功率超出存储的最大功率值时更新该存储的最大功率值。类似地，可以通过测量当前功率并且将当前功率与存储的最小功率值比较以确定最小功率，并且当该当前功率小于该存储的最小功率值时更新该存储的最小功率值。可以通过将当前峰值与运行平均值功率比较而提供峰值平均功率比测量。
频谱计算引擎50还允许一种连同SEM或ALCR/ACPR测量来测量频带选择功率的方法。可以将包含在一系列频带内的平均功率的测量用于确定SEM或ACLR/ACPR频率区域功率电平。可以在测量仪器内预设该频带，或者可替换地，用户可以指定感兴趣的频带。对于SEM或ACLR/ACPR测量来说，计算包含在一系列频率区域内的每个频率区域中的功率电平。在一些实施方式中，可以将计算的功率电平与限制规格比较。该限制规格可以在仪器中预设，或者由用户提供。使用连续时间频带选择功率计算方法，在连续时间内计算每个频率区域的功率，而没有丢失信号扰动。这种方法通过在测试信号的时间长度上运行连续时间功率计算，而允许在测试信号的整个长度上计算这些频率区域的功率。例如可以通过PRBS驱动的测试情况来提供测试信号。
对本领域技术人员来说是显而易见的，可以对本发明的上述实施方式的细节进行许多的改变，而不脱离其根本原理。因此，本发明的范围应当由下面的权利要求确定。

Claims (19)

1.一种提供功率统计的测量仪器，包括：
模拟到数字转换器，该模拟到数字转换器接收任意长度的测试信号并产生数字信号；
快速傅立叶变换模块，该快速傅立叶变换模块接收所述数字信号并且产生频域输出，由该快速傅立叶变换模块接收的数字信号不存储在采集存储器中；和
功率计算器，该功率计算器测量所述频域输出的功率统计以提供给用户。
2.根据权利要求1所述的测量仪器，其中该快速傅立叶变换模块是触发脉冲发生器的一部分。
3.根据权利要求1所述的测量仪器，进一步包括频谱积分模块，用于计算包含在频带内的功率。
4.根据权利要求1所述的测量仪器，进一步包括滤波/求平均值模块，用于计算任意时间周期上的信号功率统计。
5.根据权利要求4所述的测量仪器，其中将该滤波/求平均值模块作为简单的求平均值功能块实施。
6.根据权利要求4所述的测量仪器，其中将该滤波/求平均值模块作为求平均值滤波器实施。
7.根据权利要求1所述的测量仪器，进一步包括累加器，用于存储功率测量值。
8.根据权利要求7所述的测量仪器，其中该功率测量值是最小功率、最大功率、平均功率、或者峰值平均功率比。
9.根据权利要求1所述的测量仪器，进一步包括互补累积分布函数模块，用于计算和存储互补累积分布函数倾向数据。
10.一种提供时间任意的功率统计的方法，包括：
将测试信号转换成数字信号；
将所述数字信号从时域转换到频域，所述数字信号不存储在采集存储器中；以及
在任意时间周期上实时计算该频域内的功率统计以提供给用户。
11.根据权利要求10所述的方法，其中转换信号是通过计算该信号的快速傅立叶变换来实现的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中计算功率统计包括计算频带内的功率。
13.根据权利要求10所述的方法，其中计算功率统计包括计算平均功率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中使用简单的求平均值功能块计算所述平均功率。
15.根据权利要求13所述的方法，其中使用求平均值滤波器计算所述平均功率。
16.根据权利要求10所述的方法，其中计算功率统计包括通过测量当前功率并且将所述当前功率与存储的最大功率值比较来确定最大功率，并且当所述当前功率超出所述存储的最大功率值时更新所述存储的最大功率值。
17.根据权利要求10所述的方法，其中计算功率统计包括通过测量当前功率并且将所述当前功率与存储的最小功率值比较来确定最小功率，并且当所述当前功率小于所述存储的最小功率值时更新所述存储的最小功率值。
18.根据权利要求10所述的方法，其中计算功率统计包括将当前峰值与运行的平均功率比较，以便提供峰值平均功率比。
19.根据权利要求10所述的方法，进一步包括计算互补累积分布函数。
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