DE102005032532A1

DE102005032532A1 - Echtzeit-Leistungsmaskentrigger

Info

Publication number: DE102005032532A1
Application number: DE102005032532A
Authority: DE
Inventors: Kyle L. Tigard Bernard; Edward C. Portland Gee
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2006-02-09
Also published as: JP4845441B2; US20070174021A1; US7418357B2; CN1725024A; CN103873023A; JP2006030202A; US20060015277A1; US7251577B2

Abstract

Ein Echtzeit-Leistungsmaskentriggergenerator für ein Instrument, das Daten als Reaktion auf ein Triggersignal erfaßt, integriert Leistungsamplituden über eine definierte Bandbreite innerhalb eines Frequenzspektrums für ein Eingangssignal, um eine mittlere Signalleistung zu erzeugen, und vergleicht die mittlere Signalleistung mit einem festgelegten Bezugsleistungspegel für die definierte Bandbreite. Die Verletzung des Bezugsleistungspegels durch die mittlere Signalleistung erzeugt das Triggersignal zum Erfassen von Daten vom Eingangssignal um das Triggerereignis durch das Instrument. Das Frequenzspektrum kann in mehr als eine definierte Frequenzbandbreite unterteilt werden und jede definierte Frequenzbandbreite kann ihren eigenen festgelegten Bezugsleistungspegel aufweisen. Die definierten Frequenzbandbreiten und zugehörigen Bezugsleistungspegel definieren einen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Echtzeit-Spektralanalyse und insbesondere einen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger zum Erfassen von Signaldaten in Echtzeit.

Verschiedene Spektralanalysatoren auf dem Markt weisen derzeit eine Frequenzmasken-Triggerfunktion auf, wobei die Analysatoren die Echtzeit-Spektralanalysatoren der Tektronix-Serien WCA200, WCA300, RSA2200 und RSA3300 umfassen. Diese Analysatoren erfassen und analysieren nahtlose Blöcke von Daten, so daß im Gegensatz zu herkömmlichen Durchlauffrequenzanalysatoren keine Daten übersehen werden oder verloren gehen. Eine Funktion, die in Echtzeit durchgeführt wird, ist eine Frequenzmasken-Triggerfunktion, wie in 1 dargestellt. Im Fall des WCA200 wird dieser Trigger mit einem zweckorientierten FFT-Prozessor implementiert, der das Signalspektrum an den von seinem Empfängersystem gelieferten Echtzeitdaten berechnet. Wenn das berechnete Spektrum eine vom Benutzer definierte Spektral- (Frequenz) Maske verletzt, wird ein vordefinierter Datenblock gespeichert, der eine Information dessen einschließt, was unmittelbar nach (nach dem Trigger) und vor (vor dem Trigger) dem Triggerereignis passierte. Der Frequenzmaskentrigger arbeitet durch Vergleichen der Amplitude von jedem Frequenzintervallbereich im berechneten Signalspektrum mit der vom Benutzer definierten Spektralmaske. In dieser Weise wartet der Analysator, bis ein spezifisches Ereignis stattfindet.

Es gibt jedoch Fälle, in denen Ereignisse auftreten, die im Spektralgrundrauschen des überwachten Signals oder Frequenzbereichs verdeckt sind. In dieser Situation überschreitet die Amplitude irgendeines speziellen Frequenzbereichs die vom Benutzer definierte Frequenzmaske nicht, obwohl ein Ereignis immer noch eine Störung eines speziellen überwachten Signals verursachen kann oder ein rauschartiges, verstecktes Signal anzeigen kann.

Was erwünscht ist, ist ein Verfahren zum Erfassen von Ereignissen im Spektrum eines interessierenden Frequenzbereichs, das im Grundrauschen des Signalspektrums verdeckt ist.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Folglich stellt die vorliegende Erfindung einen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger für ein Instrument bereit, das Daten von einem Eingangssignal als Reaktion auf ein Triggersignal erfaßt. Zeitsegmente des Eingangssignals werden in Frequenzspektren umgewandelt und die Leistungsamplitude über eine definierte Bandbreite innerhalb der Frequenzspektren wird integriert, um eine mittlere Signalleistung für die definierte Bandbreite zu erzeugen. Die mittlere Signalleistung für die definierte Bandbreite wird mit einem festgelegten Bezugsleistungspegel für die definierte Bandbreite verglichen. Eine Verletzung des Bezugsleistungspegels durch die mittlere Signalleistung erzeugt das Triggersignal zum Erfassen von Daten um das Triggerereignis durch das Instrument. Die Frequenzspektren können in mehr als eine definierte Frequenzbandbreite unterteilt werden, und jede definierte Frequenzbandbreite kann ihren eigenen festgelegten Bezugsleistungspegel aufweisen. Die definierten Frequenzbandbreiten und zugehörigen Bezugsleistungspegel definieren den Echtzeit-Leistungsmaskentrigger.

Die Aufgaben, Vorteile und andere neue Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung gelesen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 ist eine graphische Ansicht einer Frequenzmaske, die auf ein Signalspektrum angewendet wird, gemäß dem Stand der Technik.
2 ist eine Blockdiagrammansicht eines Spektralanalysators mit einem erfindungsgemäßen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger.
3 ist eine Blockdiagrammansicht des Triggergenerators zum Erzeugen des erfindungsgemäßen Echtzeit-Leistungsmaskentriggers.
4 ist eine graphische Ansicht eines Signalspektrums mit einem erfindungsgemäßen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Hauptkonzept der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verwendung des berechneten Echtzeitspektrums zu erweitern, um auch die Echtzeitberechnung einer Frequenzband-selektiven Signalleistung aufzunehmen. Diese bandselektive Echtzeit-Signalleistungsberechnung ist zum Erzeugen eines Echtzeit-Leistungsmaskentriggers bei Verletzungen des integrierten Leistungspegels über ein spezifisches Frequenzband und/oder Zeitintervall nützlich. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem Frequenzmaskentrigger, der auf Amplitudenvergleiche von Frequenzintervallbereich zu Frequenzintervallbereich begrenzt ist. Der Echtzeit-Leistungsmaskentrigger ist für Situationen nützlich, in denen das interessierende Phänomen eine Gesamtänderung der in einem Frequenzband enthaltenen Leistung und nicht einfach momentane Amplitudenausschläge ist, wie sie vom Frequenzmaskentrigger erfaßt werden.
Wenn beispielsweise unstetige/stoßartige Signalübertragungen mit sehr niedrigen Pegeln, vielleicht unterhalb des Umgebungsrauschpegels, überwacht werden, kann die Echtzeit-Maskentriggerfähigkeit verwendet werden, um diese versteckten Signale in dem Moment, in dem sie auftreten, zu erkennen und zu erfassen. Für viele Anwendungen ist dies ein signifikanter Vorteil gegenüber anderen existierenden Nicht-Echtzeit-Methoden. Ein solcher Echtzeit-Leistungsmaskentrigger kann durch Hinzufügen einer einfachen Spektralintegrationsfunktion (Amplitudensummierung) und einer Zeitbereichs- Filter/Mittelungs-Funktion zu einem existierenden Echtzeit-Spektralberechnungsprozessor implementiert werden.
Mit Bezug nun auf 2 ist ein Echtzeit-Spektralanalysator 10 mit einem Eingangsprozessor 20 zum Empfangen eines HF-Eingangssignals oder eines anderen interessierenden Signals gezeigt. Der Eingangsprozessor 20 umfaßt typischerweise ein Tiefpaßfilter 22, gefolgt von einem Mischer 24, der das gefilterte Eingangssignal unter Verwendung eines lokalen Oszillators 26 in ein Zwischenfrequenz- (ZF) Signal umwandelt. Das ZF-Signal wird durch ein Bandpaßfilter 28 geleitet und dann in einen Analog-Digital- (A/D) Wandler 30 eingegeben, um ein digitales Signal zur Weiterverarbeitung zu liefern. Das digitale Signal wird in einen Digitalsignalprozessor (DSP) 32 zur Echtzeitverarbeitung zur Anzeige auf einem Monitor 34 wie z.B. in Form eines Spektrogramms eingegeben, wie im US-Patent Nr. 4 870 348 gezeigt, das eine dreidimensionale Anzeige der Frequenz als Funktion der Zeit als Funktion der Amplitude bereitstellt. Das digitale Signal wird auch in einen Erfassungsspeicher 36 und in einen Triggergenerator 40 eingegeben. Wenn der Triggergenerator 40 ein Ereignis erfaßt, wird ein Trigger erzeugt, der bewirkt, daß der Erfassungsspeicher Daten vom digitalen Signal sowohl vor als auch nach dem Triggerereignis zur anschließenden Verarbeitung durch den DSP 32 oder zum Umladen in einen anderen Prozessor (nicht dargestellt) zur Nicht-Echtzeit-Nachverarbeitung erfaßt.
Wie in 3 gezeigt, wird am Eingang in den Triggergenerator 40 das digitale Signal in einen Umlaufpuffer 42 eingegeben, aus dem ein Zeitsegment durch eine Fensterfunktion 44 zur Umwandlung in den Frequenzbereich unter Verwendung einer diskreten Fourier-Transformation (dFT) 46 gelesen wird. Das Ausgangssignal aus der dFT 46 ist ein Frequenzspektrum für das Fensterzeitsegment in Form von Leistungsamplitudenwerten für jeden einer Vielzahl von Frequenzintervallbereichen. Das Frequenzspektrum wird in einen Integrator 48 eingegeben, der die Leistungsamplitudenwerte über festgelegte Frequenzbereiche summiert, die durch ein geeignetes Steuersignal definiert werden, so daß jeder Frequenzbereich innerhalb des Spektrums für das Zeitsegment einen mittleren Leistungspegelwert aufweist. Die Integration kann für jedes Zeitsegment vorkommen oder kann über eine Vielzahl von Zeitsegmenten gemittelt werden, wie durch ein anderes Steuersignal definiert. Der resultierende integrierte Leistungswert wird in einen Vergleicher 50 zum Vergleich mit einem festgelegten Bezugsleistungspegel, der jedem Frequenzbereich zugeordnet ist, eingegeben. Die für jeden Frequenzbereich innerhalb des Signalspektrums festgelegten Leistungspegel definieren einen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger. Wenn der integrierte Leistungspegel für irgendeinen der Frequenzbereiche entweder den zugehörigen Bezugsleistungspegel des Echtzeit-Leistungsmaskentriggers überschreitet oder geringer ist als dieser in Abhängigkeit von einem Benutzer, der den Trigger als "positiven" oder "negativen" Trigger definiert, wird der Trigger erzeugt, um die Erfassung von Signaldaten um das Triggerereignis zu veranlassen.
Die Spektralintegrationsfunktion berechnet die innerhalb des ausgewählten Frequenzbandes enthaltene Leistung durch Summieren des Amplitudenspektrums. Die Filter/Mittelungs-Funktion berechnet die mittlere Leistung über einen beliebigen willkürlichen Zeitraum – ein Zeitsegment oder mehrere Zeitsegmente. Die Filter/Mittelungs-Funktion kann eine einfache Blockmittelungsfunktion oder vielleicht ein komplizierterer Durchlaufmittelwert- oder Mittelungsfilter in Abhängigkeit von Implementierungseinschränkungen sein. Die Anforderung besteht darin, daß die Triggererzeugungsverarbeitung schnell genug ist, um mit dem Signaldatenstrom Schritt zu halten, um Echtzeitergebnisse zu liefern.
Der Echtzeit-Maskentrigger definiert eine Maske über ein oder mehrere Frequenzbänder, wie in 4 gezeigt, mit Leistungspegelspezifikationen für jedes Band. 4 zeigt ein Frequenzspektrum mit verschiedenen Frequenzbereichen oder -bändern, wobei jeder Frequenzbereich einen anderen Leistungspegel aufweist. Der Leistungsmaskentrigger legt die Bandbreiten oder Frequenzbereiche, über die der Echtzeit-Leistungspegel berechnet wird, und die Leistungspegel für jede Bandbreite fest. Der Spektralanalysator 10 triggert zur Erfassung von Daten, wenn die integrierte Leistung über das angegebene Frequenzband den festgelegten Pegel verletzt.
Obwohl die vorliegende Erfindung Anwendung auf Spektralanalysatoren insbesondere hat, kann ein beliebiges Instrument zum Erfassen von Daten von einem Eingangssignal den Echtzeit-Leistungsmaskentrigger verwenden.
Somit stellt die vorliegende Erfindung einen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger bereit, der Bezugsleistungspegel für jedes von einem oder mehreren Frequenzbändern innerhalb eines Signalspektrums festlegt, so daß integrierte Echtzeit-Leistungsdaten für ein Eingangssignal über die Frequenzbänder, das den zugehörigen Bezugsleistungspegel verletzt, bewirken, daß ein Instrument wie z.B. ein Spektralanalysator Daten vom Eingangssignal zur weiteren Analyse erfaßt.

Claims

Echtzeit-Leistungsmaskentrigger mit: einem definierten Frequenzband innerhalb eines Frequenzspektrums für ein Eingangssignal; und einem festgelegten Leistungspegel für das definierte Frequenzband, so daß, wenn eine integrierte Leistung für das Eingangssignal über das Frequenzband den festgelegten Leistungspegel verletzt, ein Triggersignal erzeugt wird, um Daten vom Eingangssignal zu erfassen.
Echtzeit-Leistungsmaskentriggergenerator mit: einer Einrichtung zum Umwandeln eines Segments von Zeitbereichsdaten, die ein Eingangssignal darstellen, in ein Frequenzspektrum mit einer Vielzahl von Frequenzintervallbereichen, wobei jeder Frequenzintervallbereich eine entsprechende Leistungsamplitude aufweist; einer Einrichtung zum Integrieren der Leistungsamplituden über eine definierte Bandbreite der Frequenzintervallbereiche, um eine mittlere Signalleistung für die definierte Bandbreite zu erzeugen; und einer Einrichtung zum Vergleichen der mittleren Signalleistung mit einem festgelegten Leistungspegel für die definierte Bandbreite, um ein Triggersignal zu erzeugen, wenn die mittlere Signalleistung den festgelegten Leistungspegel verletzt.
Generator nach Anspruch 2, wobei die Integrationseinrichtung eine Einrichtung zum Addieren der Leistungsamplituden über die Frequenzintervallbereiche innerhalb der definierten Bandbreite zum Erzeugen der mittleren Signalleistung umfaßt.
Generator nach Anspruch 2, wobei die Integrationseinrichtung eine Einrichtung zum Mitteln der Leistungsamplituden über die Frequenzintervallbereiche innerhalb der definierten Bandbreite zur Erzeugung der mittleren Signalleistung umfaßt.
Generator nach Anspruch 2, wobei die Integrationseinrichtung eine Einrichtung zum Mitteln der Leistungsamplituden über die Frequenzintervallbereiche innerhalb der definierten Bandbreite über eine Vielzahl von Zeitsegmenten des Eingangssignals zum Erzeugen der mittleren Signalleistung umfaßt.
Verfahren zum Erfassen von Daten als Reaktion auf einen Echtzeit-Leistungsmaskentrigger mit den Schritten: Umwandeln eines Segments von Zeitbereichsdaten, die ein Eingangssignal darstellen, in ein Frequenzspektrum mit einer Vielzahl von Frequenzintervallbereichen, wobei jeder Frequenzintervallbereich eine Leistungsamplitude aufweist; Integrieren der Leistungsamplitude über eine definierte Bandbreite der Frequenzintervallbereiche, um eine mittlere Signalleistung für die definierte Bandbreite zu erzeugen; und Vergleichen der mittleren Signalleistung mit einem festgelegten Leistungspegel, um einen Trigger zu erzeugen, wenn die mittlere Signalleistung den festgelegten Leistungspegel verletzt.