DE10021932A1 - Verfahren zum Betreiben eines Spektrumanalysators zum Anzeigen eines Markierers eines interessierenden Signals - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Spektrumanalysators, um einen Markierer vorzusehen, der eine Spitze von Durchlauf zu Durchlauf in einer Spektrumsanzeige folgt. Das Verfahren wirkt auf ein erstes und ein zweites gemessenes Spektrum. Das erste gemessene Spektrum umfaßt eine graphische Darstellung der Signalamplitude über der Frequenz während eines ersten Zeitintervalls, bei dem der Markierer einer Spitze einer ersten Frequenz und einer ersten Amplitude zugewiesen wurde. Die vorliegende Erfindung weist den Markierer einer Spitze in dem zweiten Spektrum zu, das während eines folgenden Zeitinervalls gemessen wird, in dem der Markierer zugewiesen werden soll. Anfangs ist ein erster Frequenzbereich in dem zweiten gemessenen Spektrum um die erste Frequenz zentriert definiert. Der erste Frequenzbereich wird nach Kandidaten-Spitzen mit Amplituden innerhalb eines ersten Bereichs, der um die erste Amplitude zentriert ist, durchsucht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anzeigesysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum Vorsehen eines Mar­ kierers an einer interessierenden Spitze in einer Signal­ anzeige, wie z. B. dieselbe, die von Spektrumanalysatoren und dergleichen geliefert wird.

Spektrumanalysatoren sehen eine Anzeige vor, die die Ampli­ tude gegen die Frequenz der verschiedenen Frequenzkomponen­ ten eines in denselben eingespeisten Signals verfolgt. Der angezeigte Abschnitt des Signalspektrums umfaßt typischer­ weise eine Anzahl von Spitzen, die unterschiedlichen Signal­ frequenzen entsprechen. Die Spitzen bewegen sich zeitabhän­ gig und ändern die Amplitude. Bei vielen Fällen muß der Be­ nutzer des Spektrumanalysators einer dieser Spitzen folgen, sowie sich dieselbe hin und her auf dem Anzeigeschirm bewegt (d. h. ihre Frequenz ändert), ohne sonst die Anzeige zu ver­ ändern. Bekannte Anzeigesysteme für Spektrumanalysatoren sehen diese Funktionalität nicht vor.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Spektrumanalysators zu schaf­ fen, das eine verbesserte Anzeige auf einem Spektrumanalysa­ tor ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Spektrumanalysators gemäß Anspruch 1 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe ein verbessertes Anzeigesystem für einen Spektrum­ analysator vorsieht.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe einen Markierer vorsieht, der auf dem Anzeigebildschirm bei einer Position einer interessierenden Spitze erscheint und sich mit der Spitze bewegt.

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Spektrumanalysators, um einen Markierer vorzusehen, der einer Spitze von Durchlauf zu Durchlauf in einer Spek­ trumanzeige folgt. Die Spektrumanzeige umfaßt einen Graphen der Amplitude eines Signals, das gegen die Frequenz aufge­ zeichnet wird. Die vorliegende Erfindung wirkt auf ein erstes und ein zweites gemessenes Spektrum. Das erste ge­ messene Spektrum umfaßt eine graphische Darstellung der Si­ gnalamplitude über der Frequenz während eines ersten Zeit­ intervalls, bei dem dem Markierer eine erste Frequenz zuge­ wiesen wurde, und die erste Amplitude der interessierenden Spitze entspricht. Das zweite Spektrum umfaßt eine graphi­ sche Darstellung der Signalamplitude über der Frequenz wäh­ rend eines folgenden Zeitintervalls, bei dem der Markierer einer neuen Frequenz und einer neuen Amplitudenposition zu­ gewiesen werden soll. Die vorliegende Erfindung beginnt, in­ dem ein erster Frequenzbereich in dem zweiten gemessenen Spektrum um die erste Frequenz zentriert definiert wird. Der erste Frequenzbereich wird nach einer Kandidaten-Spitze mit einer Amplitude innerhalb eines ersten Bereichs, der um die erste Amplitude zentriert ist, durchsucht. Wenn eine der­ artige Kandidaten-Spitze gefunden wird, wird die Mar­ kiererposition der Frequenz der Kandidaten-Spitze in dem zweiten Spektrum zugewiesen, und die Amplitude des Mar­ kierers wird der Amplitude der Kandidaten-Spitze in dem zweiten Spektrum zugewiesen. Wenn mehr als eine derartige Kandidaten-Spitze durch die Suche gefunden wird, werden die Frequenz und die Amplitude der Kandidaten-Spitze, die am nächsten zu der ersten Frequenz liegt, als die Markiererpo­ sition zugewiesen. Wenn keine Kandidaten-Spitze gefunden wird, wird ein zweiter Frequenzbereich in dem zweiten gemes­ senen Spektrum zentriert um die erste Frequenz definiert. Der zweite Frequenzbereich wird dann nach einer Kandidaten- Spitze mit einer Amplitude innerhalb eines zweiten Bereichs, der um die erste Amplitude zentriert ist, durchsucht. Wenn eine derartige Kandidaten-Spitze gefunden wird, wird die Markiererposition der Frequenz der Kandidaten-Spitze in dem zweiten Spektrum zugewiesen, und die Amplitude des Markie­ rers wird der Amplitude der Kandidaten-Spitze in dem zweiten Spektrum zugewiesen. Wenn mehr als eine derartige Kandida­ ten-Spitze durch die Suche gefunden wird, werden die Fre­ quenz und die Amplitude der Kandidaten-Spitze, die am wei­ testen von der ersten Frequenz entfernt ist, als die Markie­ rerposition zugewiesen. Wenn keine Kandidaten-Spitze gefun­ den wird, wird ein dritter Frequenzbereich in dem zweiten gemessenen Spektrum definiert, und dieser Frequenzbereich wird nach einer Kandidaten-Spitze durchsucht. Dieser dritte Frequenzbereich umfaßt vorzugsweise den gesamten gemessenen Frequenzbereich. Den gefundenen Kandidaten-Spitzen wird ein Ordnungswert basierend auf den Unterschieden der Frequenz und der Amplitude zwischen jeder Kandidaten-Spitze und der ersten Frequenz bzw. der ersten Amplitude zugewiesen. Die Markiererposition wird der Frequenz und der Amplitude der Kandidaten-Spitze mit dem höchsten Ordnungswert zugewiesen. Der Ordnungswert hängt vorzugsweise von einer gewichteten Summe der Frequenzdifferenz und der Amplitudendifferenz ab.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Anzeigebildschirm für einen Spektrumanalysa­ tor gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Art und Weise, mit der die vorliegende Erfindung die Vorteile derselben erreicht, wird ohne weiteres unter Bezug­ nahme auf Fig. 1 offensichtlich, die einen Anzeigeschirm ei­ nes Spektrumanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Im wesentlichen mißt der Analysator bei jedem Durchlauf die Amplitude als eine Funktion der Zeit eines Eingangssignals über ein kleines Zeitintervall und berechnet den Frequenzinhalt des Signals in der Form einer graphischen Darstellung 12 der Amplitude als eine Funktion der Frequenz. Das Spektrum umfaßt typischerweise eine Anzahl von Spitzen, bei denen man beobachtet, daß sich dieselben zwischen Durch­ läufen bewegen. Beispielsspitzen sind bei 13-16 gezeigt. Zusätzlich umfaßt das Spektrum typischerweise eine große An­ zahl von Rauschspitzen, wie z. B. eine Spitze 16, die sich sehr schnell sowohl bezüglich der Position als auch der Am­ plitude von Durchlauf zu Durchlauf bewegen. Die vorliegende Erfindung sieht einen Markierer vor, der bei 20 gezeigt ist, der einer Spitze folgt, die durch den Benutzer identifiziert wird. Der Benutzer kann die Spitze identifizieren, indem derselbe einen Cursor oder eine Schreibmarke zu der Spitze bewegt. Alternativ kann die Steuerung die Spitze in der Nähe des Cursors unter Verwendung von einem der im folgenden er­ örterten Algorithmen suchen. Sobald der Analysator die interessierende Spitze erfaßt hat, folgt der Analysator au­ tomatisch dieser Spitze und bewegt den Markierer, um bei der Spitzenposition solange zu verbleiben, bis der Benutzer den Anzeigemodus ändert oder die Spitze verloren geht.

Bei vielen interessierenden Signalen sind die Zeitintervalle relativ klein, typischerweise ein paar Millisekunden. Be­ rechnungen müssen in einer Zeit durchgeführt werden, die kürzer als die Durchlaufzeit ist, so daß der Prozessor in dem Analysator mit den ankommenden Daten Schritt halten kann. Dementsprechend muß der folgende Algorithmus berech­ nungsmäßig effizient sein.

Indem der obige Überblick der Funktionalität vorgesehen wur­ de, die durch die vorliegende Erfindung implementiert wird, wird nun die Art und Weise, mit der der Analysator die aktu­ elle Position der Spitze berechnet, detaillierter erörtert. Für Zwecke dieser Erörterung wird angenommen, daß der Be­ nutzer die interessierende Spitze angezeigt hat. Die Fre­ quenz, bei der die Spitze bei dem letzten Durchlauf erschie­ nen ist, wird mit F bezeichnet, und die Amplitude der Spitze in dem letzten Durchlauf wird mit A bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Serie von drei Al­ gorithmen, um der Spitze zu folgen. Der erste Algorithmus ist ein schneller Algorithmus, der schnell die Spitze finden wird, wenn die Spitze sich nicht bezüglich der Frequenz um einen großen Betrag von dem vorhergehenden Durchlauf geän­ dert hat. Wenn dieser Algorithmus die Spitze nicht finden kann, wird ein zweiter Algorithmus, der nach einer Spitze in einem vorbestimmten Bereich um den vorhergehenden Wert sucht, verwendet. Wenn der zweite Algorithmus fehlschlägt, wird eine ausführliche Suche in dem gesamten Frequenzbereich durchgeführt, der derzeit angezeigt wird, und die zu markie­ rende Spitze wird aus den Spitzen, die in diesem Bereich vorgefunden werden, basierend auf einem Fehlerkriterium aus­ gewählt.

Der Analysator definiert eine Folge von drei (Frequenz, Am­ plituden)-Messungen als eine interessierende Spitze bei der Frequenz der zweiten Messung, wenn die Amplitude der zweiten Messung dieselbe der ersten und der dritten Messung um einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Zusätzlich muß die Am­ plitude der zweiten Messung größer als ein vorbestimmter Schwellenwert sein. Die Schwellenwerterfordernis verhindert es, daß Rauschspitzen als interessierende Spitzen identi­ fiziert werden. Ein Satz von drei Meßpunkten auf der Anzeige soll das Spitzenkriterium erfüllen, wenn diese zwei Bedin­ gungen erfüllt werden.

Wie im vorhergehenden erwähnt, versucht die vorliegende Er­ findung zunächst die Spitze in der neuen Abtastung zu fin­ den, indem eine Region um F herum nach einer Spitze, die wahrscheinlich die interessierende Spitze ist, untersucht wird. Es wird angenommen, daß sich die Amplitude der Spitze nicht um mehr als einen vorbestimmten Betrag von derselben geändert hat, die bei dem letzten Durchlauf beobachtet wur­ de. Die (Frequenz, Amplituden)-Daten, die auf dem Bildschirm angezeigt werden, sind digitalisiert. Das heißt, die Anzeige ist ein Satz von Punkten (f_j, A_j) für j = 1 bis N. Der Wert j für die vorhergehende Spitzenposition wird durch J be­ zeichnet. Dieser Algorithmus testet jede Dreiergruppe (f_j-1, A_j-1), (f_j, A_j) und (f_j+1, A_j+1) für j = j-dJ₁ bis j = j+dJ₁, um zu bestimmen, ob die Dreiergruppe die Spitzenbe­ dingung erfüllt. Hier ist dJ₁ eine Ganzzahl, die die Breite des Suchfensters definiert. Die Dreiergruppen werden der Reihe nach basierend auf ihrem Abstand von J getestet. Das heißt, daß die Dreiergruppe, die bei j zentriert ist, ge­ testet wird, dann wird die Dreiergruppe bei J+1, als nächstes die Dreiergruppe bei J-1, als nächstes die Dreier­ gruppe bei J+2 usw. getestet. Wenn eine Spitze gefunden wird, wird die Amplitude mit der vorhergehenden Amplitude für die markierte Spitze verglichen. Wenn A-dA₁ µ A_j µ A+dA₁ wird angenommen, daß die Spitze die Spitze ist, die der markierten Spitze in der vorhergehenden Anzeige entspricht, und das Verfahren wird beendet. Hier ist dA₁ eine vorbe­ stimmte Toleranzkonstante, die die maximal akzeptierbare Rate der Änderung für die Spitzenamplitude zwischen Rahmen definiert. Wenn die Spitzenamplitude außerhalb dieses Be­ reichs liegt, wird die Spitze zurückgewiesen und die Suche fährt fort. Wenn keine Spitze innerhalb des Frequenzbereichs gefunden wird, der durch dJ₁ definiert ist, fährt die Steu­ erung die Suche unter Verwendung des zweiten Suchalgorith­ musses fort.

Der zweite Suchalgorithmus ist gleich dem ersten Suchalgo­ rithmus dahingehend, daß die Steuerung in dem Analysator einen vorbestimmten Bereich um die alte Spitzenposition herum nach einer Spitze mit einer Amplitude durchsucht, die ähnlich zu derselben ist, die der interessierenden Spitze bei dem vorhergehenden Durchlauf zugeordnet ist. Der zweite Algorithmus unterscheidet sich von dem ersten dahingehend, daß der Bereich, über den die Suche durchgeführt wird, größer ist, und daß die Suche von außerhalb der Suchregion nach innen und nicht von der Mitte nach außen durchgeführt wird. Der Zweck dieses Suchalgorithmusses besteht darin, ein Signal zu finden, das sehr schnell driftet, bevor das inte­ ressierende Signal von dem Schirm driftet. Signale, die da­ bei sind, von dem Schirm zu driften, werden durch dieses Verfahren schnell gefangen. Dieser Algorithmus testet jede Dreiergruppe (f_j-1, A_j-1), (f_j, A_j) und (f_j+1, A_j+1) für j = j-DJ₂ bis j = j+DJ₂, um zu bestimmen, ob die Dreiergruppe die Spitzenbedingung erfüllt. Hier ist dJ₂ eine Ganzzahl, die die Breite des Suchfensters definiert. Die Dreiergruppen werden der Reihe nach basierend auf ihrem Abstand von der Kante der Suchregion getestet. Das heißt, daß die Dreier­ gruppe, die bei j zentriert ist, dann die Dreiergruppe bei J+DJ₂-1, als nächstes die Dreiergruppe bei J+DJ₂+1, als nächstes die Dreiergruppe bei J+DJ₂-2 usw. getestet werden. Wenn eine Spitze gefunden wird, wird die Amplitude mit der vorhergehenden Amplitude für die markierte Spitze ver­ glichen. Wenn A-DA₂ ≦ A_j ≦ A+DA₂ wird angenommen, daß die Spitze die Spitze ist, die der markierten Spitze in der vor­ hergehenden Anzeige entspricht, und das Verfahren wird been­ det. Hier ist DA₂ eine vorbestimmte Toleranzkonstante, die die maximal akzeptierbare Änderungsrate für die Spitzenam­ plitude zwischen Rahmen definiert. Allgemein gilt DA₁ ≦ DA₂, wenn die Spitzenamplitude außerhalb dieses Bereichs liegt, wobei die Spitze zurückgewiesen wird und die Suche fort­ fährt. Wenn keine Spitze innerhalb des Frequenzbereichs ge­ funden wird, der durch DJ₂ definiert ist, fährt die Steu­ erung die Suche unter Verwendung des dritten Suchalgorith­ musses fort.

Der dritte Algorithmus führt eine ausführliche Suche nach allen Spitzen in der Region des Spektrums durch, das auf dem Bildschirm angezeigt wird. Der Algorithmus berechnet dann eine Rangfolge für diese Spitzen basierend auf dem Grad, mit dem die Spitzen mit der Position und der Amplitude der in­ teressierenden Spitze in dem vorhergehenden Bildschirm über­ einstimmen. Die Spitze mit der höchsten Position in der Rangfolge wird dann als die Spitze ausgewählt, die den Mar­ kierer bei dem nächsten Rahmen aufnimmt. Die Rangfolgenfunk­ tion, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung verwendet wird, erzeugt einen Rangfol­ genwert. E = |Δf| + |ΔA| w, wobei w ein vorbestimmter Wich­ tungsfaktor und Δf und ΔA die Frequenzdifferenz bzw. die Am­ plitudendifferenz zwischen der Kandidaten-Spitze in dem aktuellen Rahmen und der markierten Spitze in dem vorher­ gehenden Rahmen sind. Die Spitzen werden in einer Reihen­ folge rangfolgenmäßig geordnet, die 1/E entspricht. Der Wert des Wichtungsfaktors w hängt von der erwarteten maximalen Änderungsrate für die Frequenz und die Amplitude ab. Dieser Faktor wird empirisch bestimmt. Bei einem Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung wird w = 6 verwendet.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden ein spezielles Kriterium, um eine Spitze in der graphischen Darstellung der Amplitude über der Fre­ quenz zu identifizieren. Es ist jedoch für Fachleute aus der vorhergehenden Erörterung offensichtlich, daß andere Spit­ zenidentifikationskriterien verwendet werden können. Bei­ spielsweise kann eine Folge von mehr als drei Punkten durch Anpassen der Punkte an ein quadratisches oder höheres Poly­ nom analysiert werden, um zu bestimmen, ob die Punktfolge eine Kurve bildet, die nach unten mit einem Maximum inner­ halb der Folge konkav ist. Während derartige Kriterien ge­ genüber einem Rauschen unanfälliger sind, sind dieselben be­ rechnungsmäßig anspruchsvoller und werden daher nicht bevor­ zugt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben eines Spektrumanalysators, um einen Markierer (20) vorzusehen, der einer Spitze von Durchlauf zu Durchlauf in einer Spektrumsanzeige (12) folgt, bei der die Amplitude eines Signals über der Frequenz aufgezeichnet wird, wobei das Verfahren auf ein erstes gemessenes Spektrum, das eine graphische Darstellung der Signalamplitude über der Frequenz während eines ersten Zeitintervalls aufweist, bei dem dem Markierer (20) eine erste Frequenz und eine erste Amplitude zugewiesen ist, die der Spitze entsprechen, und auf ein zweites Spektrum wirkt, das eine gra­ phische Darstellung der Signalamplitude über der Fre­ quenz während eines folgenden Zeitintervalls aufweist, bei dem der Markierer (20) einer neuen Frequenz- und Amplituden-Position zugewiesen werden soll, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Definieren eines ersten Frequenzbereichs in dem zwei­ ten gemessenen Spektrum, der um die erste Frequenz zentriert ist;
Durchsuchen des ersten Frequenzbereichs nach einer Kandidaten-Spitze mit einer Amplitude innerhalb eines ersten Bereichs, der um die erste Amplitude zentriert ist; und,
wenn eine derartige Kandidaten-Spitze gefunden wird, Zuweisen der Markiererposition zu der Frequenz der Kandidaten-Spitze in dem zweiten Spektrum und der Am­ plitude des Markierers (20) zu der Amplitude der Kan­ didaten-Spitze in dem zweiten Spektrum, wobei, wenn mehr als eine derartige Kandidaten-Spitze durch die Suche gefunden wird, die Frequenz und die Amplitude der Kandidaten-Spitze, die am nächsten zu der ersten Frequenz liegt, als Markiererposition zugewiesen wer­ den.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Durchsuchens des ersten Frequenzbereichs keine Kandi­ daten-Spitze findet, und bei dem das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist:
Definieren eines zweiten Frequenzbereichs in dem zwei­ ten gemessenen Spektrum, der um die erste Frequenz zentriert ist;
Durchsuchen des zweiten Frequenzbereichs nach einer Kandidaten-Spitze mit einer Amplitude innerhalb eines zweiten Bereichs, der um die erste Amplitude zentriert ist, und,
wenn eine derartige Kandidaten-Spitze gefunden wird, Zuweisen der Markiererposition zu der Frequenz der Kandidaten-Spitze in dem zweiten Spektrum und der Am­ plitude des Markierers (20) zu der Amplitude der Kan­ didaten-Spitze in dem zweiten Spektrum, wobei, wenn mehr als eine derartige Kandidaten-Spitze durch die Suche gefunden wird, die Frequenz und die Amplitude der Kandidaten-Spitze, die am meisten von der ersten Frequenz entfernt ist, als die Markiererposition zuge­ wiesen werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der Schritt des Durchsuchens des zweiten Frequenzbereichs keine Kandi­ daten-Spitze findet, und wobei das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist:
Definieren eines dritten Frequenzbereichs in dem zwei­ ten gemessenen Spektrum, der um die erste Frequenz zentriert ist;
Durchsuchen des dritten Frequenzbereichs nach Kandida­ ten-Spitzen;
Zuweisen eines Ordnungswerts zu den Kandidaten-Spitzen basierend auf den Frequenzdifferenzen und Amplituden­ differenzen zwischen jeder Kandidaten-Spitze und je­ weils der ersten Frequenz und der ersten Amplitude; und
Zuweisen der Markiererposition zu der Frequenz und der Amplitude der Kandidaten-Spitze mit dem höchsten Ord­ nungswert.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem der Ordnungswert von einer gewichteten Summe der Frequenzdifferenz und der Amplitudendifferenz abhängt.