DE102005033256B4

DE102005033256B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Spektrogramm-Maskentriggers sowie Spektrogramm-Maske

Info

Publication number: DE102005033256B4
Application number: DE102005033256.0A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey D. Earls
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2021-07-08
Anticipated expiration: 2025-07-16
Also published as: US20060025947A1; JP4684785B2; DE102005033256A1; CN100489544C; US7873486B2; CN1727907A; JP2006038866A

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines Spektrogramm-Maskentriggers, umfassend:eine Einrichtung zum Erzeugen eines Spektrogramms eines Eingangssignals mit einer Vielzahl von Spektren; gekennzeichnet durch:eine Einrichtung zum Vergleichen des Spektrogramms mit einer Spektrogrammaske mit einer Folge von Frequenzmasken über einen festgelegten Zeitraum, um den Spektrogramm-Maskentrigger zu erzeugen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Spektralanalysatoren und insbesondere Spektralanalysatoren mit der Fähigkeit, eine Spektralinformation über die Zeit anzuzeigen.
Eine Anzeige einer Spektralinformation über die Zeit wird häufig als „Spektrogramm“ bezeichnet. In einem Spektrogramm liegt die Frequenz entlang einer Achse und die Zeit liegt entlang einer anderen. Die Spektralamplitude wird häufig mit Farbe oder mit Helligkeitsabstufungen (Graustufe) gekennzeichnet. Verschiedene derzeitige Spektralanalysatoren auf dem Markt weisen eine Spektrogramm-Anzeigefunktion auf, einschließlich der Echtzeit-Spektralanalysatoren der Tektronix-Reihe WCA200, WCA300, RSA2200 und RSA3300. Ein solches Spektrogramm ist auch in 2 des US-Patents Nr. 4 870 348 dargestellt. Die vorstehend angeführten Echtzeit-Spektralanalysatoren erfassen nahtlose Blöcke von Daten zur späteren Analyse. Im Gegensatz zu herkömmlichen Durchlauf-Spektralanalysatoren werden keine Daten innerhalb der Blöcke übersehen oder gehen verloren. Eine Funktion, die an diesen Daten durchgeführt werden kann, ist eine Funktion, die Frequenzmaskentrigger genannt wird. Im Fall des WCA200 wird dieser Trigger mit einem zweckorientierten Prozessor für eine schnelle Fouriertransformation (FFT) implementiert, der die Echtzeitdaten verarbeitet, die durch sein Empfängersystem geliefert werden. Wenn die vom Benutzer definierte Frequenzmaske verletzt wird, wird ein vordefinierter Datenblock gespeichert, der eine Information über das enthält, was um das Ereignis geschehen ist, das die Frequenzmaske verletzte - wobei Daten vor dem Ereignis als Vortriggerdaten bezeichnet werden und Daten nach dem Ereignis als Nachtriggerdaten bezeichnet werden. Der Frequenzmaskentrigger arbeitet durch Vergleichen jedes Spektrums, das der FFT-Prozessor berechnet, mit einer vordefinierten Maske. In dieser Weise wartet der Spektralanalysator darauf, daß ein spezielles einzelnes Ereignis eintritt.
In diesem Zusammenhang ist aus der US 5 103 402 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Analysieren von Frequenzspektren bekannt, die kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit erzeugt werden, die für eine Echtzeitanzeige zu schnell ist. Diese Spektren, die eine kontinuierliche Überwachung des zu analysierenden Signals darstellen, werden in einem Speicher über ein Intervall von Interesse gespeichert, bis ein Block dieser Frequenzspektren gespeichert worden ist. Sie werden dann aus dem Speicher zurückgelesen und auf einem Gerät angezeigt, das die Anzeige mehrerer Frequenzspektren entlang einer Zeitachse erlaubt. Markierungen werden für Delta-Zeit-Messungen zwischen verschiedenen Spektren im Display bereitgestellt. Die kontinuierliche Speicherung in einen Ringspeicher kann durch die Erkennung eines vordefinierten spektralen Ereignisses gestoppt werden, wodurch eine Analyse aller Spektren ermöglicht wird, die als Gruppe kontinuierlich die Frequenzbereichsaktivität eines zeitvariablen elektronischen Signals über ein bestimmtes Intervall von Interesse beschreiben.
Es gibt Signale, die auftreten, wenn ein Träger einer erwarteten Bahn folgen könnte oder eine spezielle Folge von Frequenzänderungen aufweisen könnte, wie es z.B. durch ein springendes Signal angezeigt wird. Beispielsweise ist ein Bluetooth-Funkgerät mit einer Frequenzsprung-Spektrumsspreizung (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) für die drahtlose Datenübertragung in [Agilent Technologies: Performing Bluetooth™ RF Measurements Today, Application Note 1333, Dok.-Id. 5968-7746E. Druckdatum 9. März 2001, Santa Clara Kalifornien, USA - Firmenschrift] gezeigt. Eine Frequenzmaske eines einzelnen Ereignisses kann keinen Trigger bereitstellen, der eine Funktion von solchen komplexen Ereignissen ist, sondern würde vielmehr ungeeignete Trigger bereitstellen, wenn der Träger oder springende Trigger die Frequenzen ändern würde.
Was erwünscht ist, ist ein Frequenzmaskentrigger, der ermöglicht, daß ein Spektralanalysator bei mehreren oder komplexen Ereignissen triggert.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich stellt die vorliegende Erfindung einen Spektrogramm-Maskentrigger als Reaktion auf mehrere oder komplexe Frequenzereignisse innerhalb eines überwachten Signals bereit. Eine Folge von Frequenzmasken über einen Zeitraum werden gemäß einer Frequenzbahn, Frequenzsprüngen oder anderen komplexen Frequenzereignissen erzeugt, die im Signal erwartet werden, um eine Spektrogrammaske zu bilden. Die Spektrogrammaske wird dann auf mehrere Spektren des Signals angewendet, um festzustellen, ob ein anomales Frequenzereignis innerhalb des Zeitraums aufgetreten ist, oder um ein spezielles Frequenzmuster innerhalb des Signals zu identifizieren. In Abhängigkeit von den Ergebnissen der Spektrogrammasken-Anwendung wird der Spektrogramm-Maskentrigger zum Speichern eines Blocks von Daten vom Signal, die das Triggerereignis umgeben, zur weiteren Analyse erzeugt.
Die Aufgaben, Vorteile und weitere neuen 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.
Figurenliste

1 ist eine graphische Ansicht einer Frequenzmaske zum Erzeugen eines Triggersignals gemäß dem Stand der Technik.
2 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines Echtzeit-Spektralanalysators gemäß dem Stand der Technik.
3 ist eine graphische Ansicht von vervielfältigten Frequenzmasken zum Erzeugen eines erfindungsgemäßen Spektrogramm-Maskentriggers.
4 ist eine graphische Ansicht der vervielfältigten Frequenzmasken, die in eine erfindungsgemäße Spektrogrammaske umgesetzt sind.
5 ist eine graphische Ansicht einer Spektrogrammaske zum Erzeugen eines Spektrogramm-Maskentriggers an einer speziellen Folge von Sprüngen in einem Frequenzsprungsignal gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein teilweises grundlegendes Blockdiagramm eines Echtzeit-Spektralanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist ein Beispiel einer Frequenzmaske, die auf das Spektrum eines Eingangssignals angewendet wird. Wie gezeigt, definiert die Frequenzmaske einen Bereich im Frequenzbereich, dessen Amplituden- und Frequenzgrenzen entweder einen gültigen Signalbereich oder einen ungültigen Signalbereich definieren. In diesem Beispiel liegt die Frequenzmaske, wie durch die schattierten Flächen angegeben, in Form von zwei Rechtecken mit einem Raum zwischen ihnen vor, der ungültige Signalbereiche im Frequenzbereich definiert. Wenn die Trägerfrequenz des Signals in einer Richtung oder der anderen zu weit abweicht, oder wenn störende Seitenbänder oder Intermodulationssignale um die Trägerfrequenz auftreten, weist das resultierende Spektrum Frequenzkomponenten auf, die die Frequenzmaskenbereiche schneiden, so daß ein Frequenzmasken-Triggersignal erzeugt wird.
Wie in 2 gezeigt, wird ein interessierendes Signal in ein Erfassungssystem 12 eingegeben, das vorzugsweise eine große Bandbreite abdeckt. Das Erfassungssystem 12 erzeugt eine Zeitbereichsdarstellung des Signals in Form eines Stroms von digitalisierten Daten. Die digitalisierten Daten werden durch ein Modul 14 für eine schnelle Fouriertransformation (FFT) verarbeitet, um eine Frequenzbereichsdarstellung des Signals in Form eines Spektrums für ein festgelegtes Zeitintervall zu erzeugen. Spektren des Signals über mehrere Zeitintervalle werden von einem Anzeigeprozessor 16 zur Darstellung auf einer geeigneten Anzeigevorrichtung 18 in Form eines Spektrogramms verarbeitet, wie in dem vorstehend erwähnten US-Patent Nr. 4 870 348 beschrieben. Jedes Spektrum wird auch in einen Triggergenerator 20 zum Vergleich mit einer Frequenzmaske FM eingegeben. In Abhängigkeit von den Ergebnissen des Vergleichs wird ein Frequenzmaskentrigger erzeugt, der bewirkt, daß das Erfassungssystem 12 einen Block von digitalen Daten vom digitalen Datenstrom, die das Triggerereignis umgeben, in einer geeigneten Speichervorrichtung 22 wie z.B. einem Direktzugriffsspeicher (RAM) speichert. Die gespeicherten Daten können dann von einem Digitalsignalprozessor (DSP) 24 verarbeitet werden, dessen Ergebnisse zur Darstellung auf der Anzeigevorrichtung 18 zum Anzeigeprozessor 16 geliefert werden.
3 zeigt, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine Frequenzmaske über einen Zeitraum vervielfältigt werden kann, so daß ein komplexeres Frequenzereignis definiert werden kann. In diesem Fall besteht die Anforderung darin, daß der Träger für das interessierende Signal innerhalb der Grenzen des festgelegten Frequenzbereichs für mehrere Zeitintervalle bleibt. Irgendeine Veränderung des Trägersignals außerhalb dieser Grenzen innerhalb des durch die Frequenzmasken festgelegten Zeitraums oder irgendwelche anderen Störfrequenzsignale innerhalb dieses Zeitraums können die Frequenzmasken verletzen, so daß ein Triggersignal erzeugt wird. Alternativ kann eine solche vervielfältigte Frequenzmaske verwendet werden, um ein Signal zu identifizieren, das im speziellen Frequenzbereich für den festgelegten Zeitraum auftritt, um ein Triggersignal zu erzeugen, da sich das Signal in der Frequenz nicht ändert.
Das Hauptkonzept der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Triggerfunktion eines Spektralanalysators zu verbessern, um bei einer vom Benutzer definierten Maske auf einer Spektrogrammanzeige zu triggern. Ein solcher Trigger ist entweder „positiv“ (Analysatorabtastwerte bis zu den Frequenzänderungen entsprechen exakt einer vorgegebenen „Bahn“ für die Maske) oder „negativ“ (Frequenzänderungen verletzen die vorliegende Bahn). Daher kann der Analysator bei Ereignissen triggern, bei denen ein Träger einer erwarteten Bahn folgen kann, aber unbeabsichtigte Intermodulations- oder Störreaktionen während des Betriebs eine Maskenverletzung verursachen können. Eine solche Maske, wie hierin beschrieben, kann verwendet werden, um bei einem vordefinierten seriellen Ereignismuster wie einer speziellen Folge von Frequenzänderungen, die durch ein „springendes“ Signal angezeigt werden, zu triggern.
Die Implementierung eines Spektrogramm-Frequenzmaskentriggers erfordert die Definition von Maskenamplitudenwerten genau wie bei den aktuellen Frequenzmaskentrigger-Anwendungen. Eine solche Maske wird jedoch dann „auf die Kante“ gedreht und mit den gewünschten Frequenzversätzen in der Zeit vervielfältigt, wie in 4 gezeigt, um den Spektrogramm-Maskentrigger zu erzeugen. Ferner kann irgendeine oder eine Anzahl von einzelnen Frequenzmasken innerhalb der Folge, die den Spektrogramm-Maskentrigger bildet, geändert werden, um spezielle Ereignisse mit dem Maskenintervall zu erfassen oder torzusteuern. Ein Beispiel dessen ist das erwartete spektrale „Spritzen“ am Beginn und am Ende eines Impulses, das durch Einschalt- und Ausschalt-Übergänge in einem Verstärker verursacht wird. In diesem Fall können die Frequenzmasken am Beginn und am Ende des Spektrogrammasken-Zeitraums geändert werden, um diese Auslenkungen zu ermöglichen, aber während des Körpers des Impulses, wo erwartet wird, daß das Spektrum sauberer ist, enger gehalten werden. 5 stellt einen Spektrogramm-Maskentrigger zum Triggern bei einer speziellen Folge von Sprüngen in einem Frequenzsprungsignal dar.
Der in 2 gezeigte Spektralanalysator kann modifiziert werden, wie in 6 gezeigt, indem ein Spektrogrammspeicher 26 mit dem Ausgang des Anzeigeprozessors 16 gekoppelt wird, um mehrere Spektren vom Eingangssignal zu speichern. Ein Triggergenerator 28 empfängt die mehreren Spektren vom Spektrogrammspeicher 26 und führt einen Vergleich mit der Spektrogrammaske SM durch. Ein solcher Vergleich könnte durch Vergleichen jedes Spektrums der Reihe nach mit einer entsprechenden Frequenzmaske innerhalb der Spektrogrammaske und Kombinieren der Ergebnisse durchgeführt werden. Ein Spektrogramm-Maskentrigger wird vom Triggergenerator 28 erzeugt, wenn entweder jeder Vergleich keine Verletzung anzeigt oder wenn einer der Vergleiche eine Verletzung erzeugt, in Abhängigkeit von dem speziellen Frequenzmuster, für das die Spektrogrammaske ausgelegt ist. Der Spektrogrammspeicher 26 wird natürlich mit jedem neuen Signalspektrum aktualisiert - das älteste Spektrum wird entfernt und das neue Spektrum wird hinzugefügt. Der Vergleich mit der Spektrogrammaske geschieht nach jeder Aktualisierung.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung einen Spektrogramm-Maskentrigger bereit durch Definieren einer Vielzahl von Frequenzmasken über einen festgelegten Zeitraum als Spektrogrammaske, so daß mehrere Spektren eines Eingangssignals auf Übereinstimmung mit oder Abweichung von der Spektrogrammaske untersucht werden, um den Spektrogramm-Maskentrigger zum Erfassen von Daten zur Speicherung und Weiterverarbeitung zu erzeugen.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines Spektrogramm-Maskentriggers, umfassend: eine Einrichtung zum Erzeugen eines Spektrogramms eines Eingangssignals mit einer Vielzahl von Spektren; gekennzeichnet durch: eine Einrichtung zum Vergleichen des Spektrogramms mit einer Spektrogrammaske mit einer Folge von Frequenzmasken über einen festgelegten Zeitraum, um den Spektrogramm-Maskentrigger zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Einrichtung zum Aktualisieren des Spektrogramms, wenn ein neues Spektrum für das Eingangssignal empfangen wird, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spektrogramm-Maskentrigger erzeugt wird, wenn das Spektrogramm die Spektrogrammaske in der Vergleichseinrichtung verletzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spektrogramm-Maskentrigger erzeugt wird, wenn das Spektrogramm der Spektrogrammaske in der Vergleichseinrichtung genügt.
Verfahren zum Erzeugen eines Spektrogramm-Maskentriggers mit den Schritten: Aufbauen eines Spektrogramms mit mehreren Spektren für ein Eingangssignal; gekennzeichnet durch: Vergleichen des Spektrogramms mit einer Spektrogrammaske mit einer Folge von Frequenzmasken über einen festgelegten Zeitraum, um den Spektrogramm-Maskentrigger zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Aufbauschritt den Schritt des Aktualisierens des Spektrogramms, wenn ein neues Spektrum für das Eingangssignal empfangen wird, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Spektrogramm-Maskentrigger im Vergleichsschritt erzeugt wird, wenn das Spektrogramm die Spektrogrammaske verletzt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Spektrogramm-Maskentrigger im Vergleichsschritt erzeugt wird, wenn das Spektrogramm die Spektrogrammaske erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Spektrogrammaske eine Folge von Frequenzmasken umfaßt, die eine spezielle Folge von Frequenzsprüngen in einem Frequenzsprungsignal definieren.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Spektrogrammaske eine Folge von Frequenzmasken umfaßt, die ein erwartetes Spektralspritzen am Beginn und am Ende eines Impulssignals vorsehen, das durch Einschalt- und Ausschaltübergänge in einem Verstärker verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Spektrogrammaske eine Folge von Frequenzmasken umfaßt, die eine erwartete Frequenzbahn eines Trägers im Eingangssignal definieren.
Spektrogrammaske zur Verwendung in einem Spektrogramm-Maskentriggergenerator gekennzeichnet durch eine Folge von Frequenzmasken, die Amplituden- und Frequenzgrenzen zum Vergleichen mit einer spektralen Darstellung eines Eingangssignals über einen Zeitraum definieren.