DE102020007046B3

DE102020007046B3 - Spektrumanalysator, System und Verfahren zum Ausleiten von Daten aus einem Spektrumanalysator

Info

Publication number: DE102020007046B3
Application number: DE102020007046.9A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Chmielus
Original assignee: Aaronia AG
Current assignee: Aaronia AG
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-04-07
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: US20240003946A1; EP4248224A1; WO2022106330A1

Abstract

Ein Spektrumanalysator (10) weist einen Signaleingang oder Empfänger (11) zum Empfangen eines Signals, einen A/D-Wandler (12), der eingerichtet ist, um das empfangene Signal abzutasten und einen Datenstrom von IQ-Daten zu erzeugen, eine digitale Verarbeitungsschaltung (13) zum Erzeugen komprimierter Daten aus dem Datenstrom von IQ-Daten und eine Datenschnittstelle (19) zum Ausleiten der komprimierten Daten aus dem Spektrumanalysator (10) auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Spektrumanalysatoren und elektronische Recheneinrichtungen, die zur Kommunikation mit einem Spektrumanalysator ausgestaltet sind. Die Erfindung betrifft insbesondere Spektrumanalysatoren mit einer Datenschnittstelle zum Ausleiten von Daten zur Speicherung und/oder weiteren Verarbeitung durch einen Computer oder Server.
HINTERGRUND
Spektrumanalysatoren liefern eine hohe Menge an Daten. Die Daten weisen typischerweise Amplituden- und Phaseninformation auf und liegen häufig als IQ-Daten mit einer In-Phase (1)- und Quadratur(Q)-Komponente vor.
Die WO 2017/ 121 634 A1 beschreibt einen Spektrumanalysator mit erhöhter Echtzeit-Bandbreite. Die US 2008 / 0 270 440 A1 beschreibt eine Datenkompressionsmethode zur Erzeugung von Spektralspuren. Weitere Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur Signalverarbeitung und Spektrumanalyse werden beispielsweise in der DE 103 29 396 Al, der US 10 499 353 B2 und der EP 2 720 429 A1 offenbart.
Es ist wünschenswert, Daten aus dem Spektrumanalysator zur Speicherung und/oder weiteren Verarbeitung an einen angeschlossenen Computer oder Server ausleiten zu können. Die kontinuierliche Ausleitung von IQ-Daten stößt aufgrund der vom Spektrumanalysator erzeugten hohen Datenmenge und der typischerweise verfügbaren Datenrate der Verbindung zwischen Spektrumanalysator und Computer rasch an ihre Grenzen. Dies führt zu einer Begrenzung der Echtzeitbandbreite der IQ-Daten, die aus dem Spektrumanalysator kontinuierlich ausgeleitet werden können. Die Verwendung einer USB 3.0-Verbindung mit einer Datenrate von 5Gbit/s führt beispielsweise zu einer Beschränkung der Echtzeitbandbreite von 40MHz der ausgeleiteten Daten.
Für zahlreiche Anwendungen ist es wünschenswert, eine Ausleitung von Daten mit größeren Echtzeitbandbreiten aus dem Spektrumanalysator zu ermöglichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Spektrumanalysatoren bereitzustellen. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Spektrumanalysator und ein Verfahren bereitzustellen, der bzw. das die Ausleitung von Daten mit höherer Echtzeitbandbreite über eine Datenschnittstelle ermöglicht.
Erfindungsgemäß werden ein Spektrumanalysator und ein Verfahren bereitgestellt, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsbeispiele.
Ein erfindungsgemäßer Spektrumanalysator weist auf: einen Signaleingang oder Empfänger zum Empfangen eines Signals, einen A/D-Wandler, der eingerichtet sein kann, um das empfangene Signal abzutasten und einen Datenstrom von IQ-Daten zu erzeugen, eine digitale Verarbeitungsschaltung zum Erzeugen komprimierter Daten aus dem Datenstrom von IQ-Daten und eine Datenschnittstelle zum Ausleiten der komprimierten Daten aus dem Spektrumanalysator.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, zum Erzeugen der komprimierten Daten eine Echtzeitkomprimierung der IQ-Daten auszuführen.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, zum Erzeugen der komprimierten Daten die IQ-Daten oder daraus abgeleitete Daten im Spektralraum (z.B. ein Amplituden- oder Leistungsspektrum) mit wenigstens einem Schwellenwert zu vergleichen. Unterhalb des Schwellenwerts liegende Werte können durch einen Konstantwert, beispielsweise den Schwellenwert oder 0, ersetzt werden.
Auf das durch Ersetzen von unterhalb des Schwellenwerts liegenden Werten durch den Konstantwert können die Daten effizient ausgeleitet werden. Beispielsweise können Informationen über die Frequenzbereiche, in denen der Konstantwert vorliegt, ausgeleitet werden. Im Vergleich zur Ausleitung der ursprünglichen IQ-Daten oder des Amplituden- oder Leistungsspektrums ergibt sich eine signifikante Datenreduktion, da unterhalb des Schwellenwerts liegende Werte der IQ-Daten oder des Amplituden- oder Leistungsspektrums nicht separat für jede der Frequenzen ausgegeben werden müssen.
Der Schwellenwert kann fix oder benutzerdefiniert konfigurierbar sein.
Die elektronische Verarbeitungsschaltung kann ausgestaltet sein, den Schwellenwert automatisch zu ermitteln, beispielsweise abhängig von einem mittleren Rauschpegel.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein zum Ermitteln eines Amplituden- oder Leistungsspektrums der IQ-Daten, insbesondere durch eine schnelle Fouriertransformation (FFT), und zum Erzeugen wenigstens eines Teils der komprimierten Daten aus dem Amplituden- oder Leistungsspektrum.
Ein Teil des Amplituden- oder Leistungsspektrums kann als komprimierte Daten ausgeleitet werden. Da das Amplituden- oder Leistungsspektrum keine (für den Nutzer häufig irrelevante) Phaseninformation enthält, kann die Echtzeitbandbreite der ausgeleiteten Daten erhöht werden.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein zur Datenreduktion eines Rauschens des Amplituden- oder Leistungsspektrums und/oder der IQ-Daten, um die komprimierten Daten zu erzeugen.
Die Datenreduktion des Rauschens kann ein wenigstens abschnittsweises Glätten des Rauschens des Amplituden- oder Leistungsspektrums und/oder der IQ-Daten aufweisen.
Die Datenreduktion kann eine Glättung von Grundrauschen aufweisen. Dazu können Teile des Spektrums, in denen nur Grundrauschen vorhanden ist, durch einen Konstantwert oder den Mittelwert des Amplituden- oder Leistungsspektrums und/oder der IQ-Daten im entsprechenden Frequenzbereich ersetzt werden. Anstelle des verrauschten Amplituden- oder Leistungsspektrums muss für den entsprechenden Frequenzbereich nur eine Angabe von Start- und Stoppfrequenz (oder eine andere Angabe über die Lage des Frequenzbereichs, wie Mittelfrequenz und Breite) sowie der gemittelte Pegel in dem entsprechenden Frequenzbereich in den komprimierten Daten über die Datenschnittstelle ausgeleitet werden.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein zur Datenreduktion wenigstens eines Peaks des Amplituden- oder Leistungsspektrums und/oder der IQ-Daten, um die komprimierten Daten zu erzeugen.
Die Datenreduktion des wenigstens einen Peaks kann eine Glättung des wenigstens einen Peaks aufweisen.
Die Datenreduktion des wenigstens einen Peaks kann eine Approximation des Peaks durch einen vordefinierten Trägertypen aufweisen.
Die vordefinierten Trägertypen können Spektralmasken eines oder mehrerer Kommunikationsstandards aufweisen.
Die Spektralmasken können beispielsweise Spektralmasken nach IEEE 802.11 oder zellulären Kommunikationsstandards wie LTE (4G) oder LTE-A (5G) aufweisen.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, um einen eindeutigen Identifikator des identifizierten Trägertyps über die Datenschnittstelle auszuleiten.
Der Trägertyp kann parametrisierbar sein. Typische Parameter können beispielsweise einen Pegel, eine Breite (im Frequenzraum) und/oder abschnittsweise Steigungen im Trägertyp (als Funktion der Frequenz) beinhalten.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein zum Bestimmen mehrerer Parameter des vordefinierten Trägertyps und zum Ausleiten der mehreren Parameter als Teil der komprimierten Daten.
Die mehreren Parameter können einen Signalpegel des Trägertyps und/oder eine Breite des Trägertyps aufweisen, wobei der Signalpegel und/oder die Breite automatisch so bestimmt werden, dass mit dieser Parametrisierung der Trägertyp den tatsächlichen Peak in den IQ-Daten und/oder dem Amplituden- oder Leistungsspektrum approximiert.
Der Spektrumanalysator kann eingerichtet sein, sowohl aus den IQ-Daten abgeleitete komprimierte Daten als auch vom Amplituden- oder Leistungsspektrum abhängige komprimierte Daten über die Datenschnittstelle auszuleiten.
Vor dem Ausleiten kann eine Echtzeitkomprimierung der IQ-Daten durchgeführt werden kann.
Bei der Echtzeitkomprimierung der IQ-Daten können Werte in den I-Daten und den Q-Daten, die kleiner als ein Schwellenwert sind, durch einen Konstantwert (der beispielsweise gleich dem Schwellenwert oder gleich 0 sein kann) ersetzt werden.
Dies erlaubt es, die für eine Spektrumanzeige relevanten Daten (beispielsweise Information über Kanalauslastung, Sendedauer, Signalstärke, Nebensignale, Störsignale etc.) mit einer größeren Echtzeitbandbreite zu übertragen, während die Übertragung der IQ-Daten (d.h. der Daten mit Amplituden- und Phaseninformation) auf eine kleinere Echtzeitbandbreite begrenzt werden kann. Beispielsweise können IQ-Daten (d.h. Daten mit Amplitudeninformation) selektiv nur für einen oder mehrere Frequenzbereiche ausgeleitet werden, der bzw. die für den Nutzer besonders relevant ist bzw. sind.
Die ausgeleiteten IQ-Daten können einem ersten Frequenzbereich zugeordnet sein, und die aus dem Amplituden- oder Leistungsspektrum erzeugten komprimierten Daten ohne Phaseninformation können einem zweiten Frequenzbereich zugeordnet sein.
Der zweite Frequenzbereich kann größer sein als der erste Frequenzbereich.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, um zum Erzeugen der komprimierten Daten für jeden von mehreren Frequenzbereichen jeweils einen Trägertyp zu ermitteln, der einen Peak (in den IQ-Daten oder im Amplituden- oder Leistungsspektrum) im entsprechenden Frequenzbereich approximiert und um einen eindeutigen Identifikator für den Trägertyp auszuleiten. Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, um zum Erzeugen der komprimierten Daten für jeden von mehreren Frequenzbereichen jeweils einen Pegel des Trägertyps im Frequenzbereich zu ermitteln und über die Datenschnittstelle als Teil der komprimierten Daten auszuleiten. Information über den Frequenzbereich (z.B. Start- und Stoppfrequenz oder Mittelfrequenz und Breite) und/oder über den Trägertyp (z.B. eindeutige Identifizierung des Trägertyps durch einen Identifikator) kann ebenfalls als Teil der komprimierten Daten ausgeleitet werden.
Der Spektrumanalysator kann ferner einen mit der digitalen Verarbeitungsschaltung gekoppelten Speicher zum Speichern mehrerer vordefinierten Trägertypen und/oder mehrerer vordefinierter Frequenzbereiche (Kanäle) aufwiesen.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein zum Abrufen von Information über mehrere vordefinierte Trägertypen und/oder mehrere vordefinierte Frequenzbereiche (Kanäle) über die Datenschnittstelle oder eine von der Datenschnittstelle separate Schnittstelle des Spektrumanalysators.
Unabhängig davon, ob eine Datenbank von vordefinierten Trägertypen nicht-flüchtig lokal in dem Spektrumanalysator vorgehalten oder vom Spektrumanalysator von einem externen Gerät abgerufen wird, können die mehreren vordefinierten Trägertypen Spektralmasken wenigstens eines Kommunikationsstandards, insbesondere eine Funkstandards (z.B. IEEE 802.11 oder zellulären Kommunikationsstandards wie LTE (4G) oder LTE-A (5G)), aufweisen. Die mehreren vordefinierten Frequenzbereiche können Kanäle wenigstens einen Kommunikationsstandards, insbesondere eines Funkstandards (z.B. IEEE 802.11 oder zellulären Kommunikationsstandards wie LTE (4G) oder LTE-A (5G)), aufweisen
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, um für mehrere Zeitintervalle jeweils komprimierte Daten zu erzeugen und auszuleiten.
Die Ausleitung der komprimierten Daten kann in Echtzeit erfolgen.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, um für jedes der Zeitintervalle jeweils eine der hier beschriebenen Kompressionstechniken einzusetzen, um die komprimierten Daten zu erzeugen.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, um für jedes der Zeitintervalle jeweils für jeden von mehreren Frequenzbereichen einen Trägertyp und einen Pegel des Trägertyps im Frequenzbereich zu ermitteln und über die Datenschnittstelle als Teil der komprimierten Daten auszuleiten. Information über den Frequenzbereich (z.B. Start- und Stoppfrequenz oder Mittelfrequenz und Breite) und/oder über den Trägertyp (z.B. eindeutige Identifizierung des Trägertyps durch einen Identifikator) kann ebenfalls als Teil der komprimierten Daten für das entsprechende Zeitintervall ausgeleitet werden.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann eingerichtet sein, um eine Anzahl von identischen zeitlichen Wiederholungen eines Signals zu ermitteln und als Teil der komprimierten Daten auszugeben.
Die Datenschnittstelle kann wenigstens eine der folgenden Schnittstellen sein oder aufweisen: eine USB-Schnittstelle, eine Ethernet-Schnittstelle, eine Drahtlosschnittstelle, insbesondere eine WLAN-Schnittstelle oder Mobilfunkschnittstelle.
Die digitale Verarbeitungsschaltung kann wenigstens ein feldprogrammierbares Gate-Array, FPGA, aufweisen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Recheneinheit angegeben, die konfiguriert ist, von dem Spektrumanalysator ausgeleitete komprimierte Daten zu speichern und/oder zu verarbeiten.
Die elektronische Recheneinheit kann wenigstens eine integrierte Halbleiterschaltung, insbesondere wenigstens einen Prozessor aufweisen, der ausgestaltet ist, um aus den komprimierten Daten eine verlustbehaftete Darstellung der IQ-Daten und/oder des Amplituden- oder Leistungsspektrums im Frequenzraum und/oder Frequenz-Zeit-Raum zu erzeugen.
Die elektronische Recheneinheit kann konfiguriert sein, um abhängig von in den komprimierten Daten enthaltenen Identifikatoren für Trägertypen auf eine Datenbank zuzugreifen, die den Trägertypen entsprechende Signalformen zuordnet. Die Datenbank kann nicht-flüchtig lokal in der elektronischen Recheneinheit gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die elektronische Recheneinheit ausgestaltet sein, die Datenbank von Signalformen aus dem Spektrumanalysator abzurufen.
Die elektronische Recheneinheit kann konfiguriert sein, zur Rekonstruktion der verlustbehafteten Darstellung der IQ-Daten und/oder des Amplituden- oder Leistungsspektrums eine Extrapolation zwischen einer Signalform, die einem durch die komprimierten Daten definierten Trägertyp zugeordnet ist und einen durch die komprimierten Daten definierten Pegel (und optional eine durch die komprimierten Daten definierte Breite) aufweist, und umgebenden Frequenzbereichen auszuführen.
Ein System weist einen erfindungsgemäßen Spektrumanalysator und eine mit der Datenschnittstelle gekoppelte elektronische Recheneinheit, insbesondere einen Computer oder Server, zum Verarbeiten und/oder Speichern der komprimierten Daten auf.
Ein Verfahren zum Ausleiten von Daten aus einem Spektrumanalysator, insbesondere zum kontinuierlichen Ausleiten von Daten aus einem Echtzeit-Spektrumanalysator, weist die folgenden Schritte auf: A/D-Wandeln erfasster Signale, um einen Datenstrom von IQ-Daten zu erzeugen, Erzeugen komprimierter Daten aus dem Datenstrom von IQ-Daten und Ausleiten der komprimierten Daten aus dem Spektrumanalysator über eine Datenschnittstelle.
Das Verfahren kann mit dem Spektrumanalysator oder System nach einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.
Weitere Merkmale des Verfahrens und die damit erreichten Wirkungen entsprechen den unter Bezugnahme auf den Spektrumanalysator beschriebenen Merkmalen und Wirkungen.
Der erfindungsgemäße Spektrumanalysator und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben das Ausleiten von Daten mit größerer Echtzeitbandbreite als herkömmliche Verfahren.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

1 ist eine Blockdarstellung eines Spektrumanalysators.
2 ist ein beispielhaftes Amplitudenspektrum.
3 veranschaulicht eine durch Kompression erzeugte datenreduzierte Darstellung des Amplitudenspektrums von 2.
4 zeigt beispielhafte I-Daten.
5 zeigt beispielhafte Q-Daten.
6 veranschaulicht eine durch Kompression erzeugte datenreduzierte Darstellung der I-Daten von 4.
7 veranschaulicht eine durch Kompression erzeugte datenreduzierte Darstellung der Q-Daten von 4.
8 veranschaulicht eine durch Kompression erzeugte datenreduzierte Darstellung des Amplitudenspektrums von 2.
9 veranschaulicht eine durch Kompression erzeugte datenreduzierte Darstellung des Amplitudenspektrums von 2.
10 ist eine Blockdarstellung eines Spektrumanalysators.
11 ist eine schematische Darstellung einer Datenbank von Trägertypen, die im Spektrumanalysator gespeichert oder durch den Spektrumanalysator abrufbar ist.
12 ist eine schematische Darstellung eines Frequenz-Zeit-Raums zur Erläuterung der Funktionsweise des Spektrumanalysators.
13 ist eine Blockdarstellung eines Spektrumanalysators.
14 veranschaulicht eine durch Kompression erzeugte datenreduzierte Darstellung der IQ-Daten von 4 und 5.
15 ist eine Blockdarstellung eines Systems mit einem Spektrumanalysator und einer elektronischen Recheneinheit nach einem Ausführungsbeispiel.
16 ist eine Darstellung eines durch eine elektronische Recheneinheit aus komprimierten Daten rekonstruierten Amplitudenspektrums.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen korrespondierende oder ähnliche Einheiten mit korrespondierenden oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern dies in der folgenden Beschreibung nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
1 ist eine Blockdarstellung eines Spektrumanalysators 10 nach einem Ausführungsbeispiel. Der Spektrumanalysator 10 kann ein Echtzeit-Spektrumanalysator sein. Der Spektrumanalysator 10 kann zur Ausführung von Frequenzsweeps eingerichtet sein, um zeitabhängig jeweils Information über Frequenz und Phasenlage von an einem Empfänger 11 oder einer Eingangsschnittstelle empfangenen analogen Signalen zu ermitteln. Der Spektrumanalysator 10 kann als Handgerät oder portables Gerät ausgestaltet sein.
Der Spektrumanalysator 10 weist einen A/D-Wandler 12 auf. Der A/D-Wandler kann eine A/D-Vorstufe aufweisen und ist zum Abtasten des analogen Signals ausgestaltet.
Der Spektrumanalysator 10 weist eine digitale Verarbeitungsschaltung 13 auf. Die digitale Verarbeitungsschaltung 13 kann ein oder mehrere integrierte Schaltungen aufweisen. Die digitale Verarbeitungsschaltung 13 kann ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) aufweisen. Die digitale Verarbeitungsschaltung 13 kann alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere von einem Prozessor, einem Controller, einer anwendungsspezifischen Spezialschaltung (ASIC) oder andere integrierte Halbleiterschaltungen aufweisen.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eine hardware- oder programmiertechnisch eingerichtete Schaltung zur Durchführung einer Kompression 15 aufweisen. Durch die Kompression werden aus den IQ-Daten komprimierte Daten erzeugt, die über eine Datenschnittstelle 19 aus dem Spektrumanalysator 10 ausgeleitet werden.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eine hardware- oder programmiertechnisch eingerichtete Schaltung zur Durchführung einer schnelle Fouriertransformation (FFT) aufweisen, um die IQ-Daten zu erzeugen.
Der Begriff „komprimierte Daten“, wie er hier verwendet wird, bezeichnet Daten, die im Vergleich zu den vom A/D-Wandler 12 bereitgestellten IQ-Daten eine reduzierte Datenmenge aufweisen.
Die Datenschnittstelle 19 kann eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle zur Datenkommunikation sein. Im Betrieb des Spektrumanalysators 10 kann die Datenschnittstelle 19 mit einer elektronischen Recheneinheit, beispielsweise einem Computer oder Server, gekoppelt werden, um die komprimierten Daten auszuleiten. Die Datenschnittstelle 19 kann eine USB-Schnittstelle, eine Ethernet-Schnittstelle oder eine Drahtlosschnittstelle, insbesondere eine WLAN-Schnittstelle oder Mobilfunkschnittstelle, sein.
Die Erzeugung der komprimierten Daten kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eingerichtet sein, eine Echtzeitkomprimierung auf die IQ-Daten (d.h. Daten mit Amplituden- und Phaseninformation) anzuwenden. Die durch Echtzeitkomprimierung erzeugten komprimierten IQ-Daten können über die Datenschnittstelle 19 als komprimierte Daten ausgeleitet werden.
Die Echtzeitkomprimierung der IQ-Daten kann, wie unter Bezugnahme auf 4 bis 7 ausführlicher erläutert wird, eine wenigstens abschnittsweise Glättung der IQ-Daten (z.B. durch Ersetzen des Grundrauschens durch einen Konstantwert) aufweisen. Die wenigstens abschnittsweise Glättung erleichtert die Kompression. Beispielsweise muss anstelle von IQ-Daten, die nur Grundrauschen repräsentieren, nur noch eine Angabe der Start- und Stoppfrequenz der Frequenzbereichs übermittelt werden, in dem die IQ-Daten durch den Konstantwert ersetzt wurde.
Häufig ist die Phaseninformation für eine weitere Verarbeitung und/oder Speicherung in einer mit dem Spektrumanalysator 10 gekoppelten Computer oder Server nicht oder nur wenig relevant. Beispielsweise sind für viele Nutzer die Leistung, die in verschiedenen Frequenzbereichen empfangen wird (z.B. aufgrund von Kanalbelegung oder Nebensignalen) relevant, nicht aber die Phasenlage der jeweiligen Signale. Informationen für eine so genannte Spektrumanzeige (wie Kanalauslastung, Sendedauer, Signalstärke, Nebensignale, und/oder Störsignale) können durch Übertragung des Amplitudenspektrums, also einer Spektraldarstellung ohne Phaseninformation, übermittelt werden.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eingerichtet sein, die komprimierten Daten aus einer Spektraldarstellung, insbesondere einem Amplitudenspektrum oder einem Leistungsspektrum, zu erzeugen und über die Datenschnittstelle 19 auszuleiten. Das Amplitudenspektrum kann von der Verarbeitungsschaltung 13 beispielsweise gemäß $x (f) = \sqrt{I (f) 2 + Q {(f)}^{2}}$
rechnerisch ermittelt werden. Ein Teil des Amplitudenspektrums oder das gesamte Amplitudenspektrum kann über die Datenschnittstelle 19 ausgegeben werden. Alternativ kann ein Leistungsspektrum von der Verarbeitungsschaltung 13 beispielsweise gemäß P(f) = I(f)¹ + Q(f)² rechnerisch ermittelt werden. Ein Teil des Leistungsspektrums oder das gesamte Leistungsspektrum kann über die Datenschnittstelle 19 ausgegeben werden. Nachfolgend wird nur noch der Begriff Amplitudenspektrum verwendet. Es versteht sich, dass die nachfolgend beschriebenen Techniken auch angewandt werden können, wenn das Leistungsspektrum (oder eine andere die Amplitude oder Leistung quantifizierende Spektraldarstellung des analogen Signals) ermittelt und weiter komprimiert wird.
Die Berechnung und Ausgabe eines Teils des Amplitudenspektrums kann wiederholt werden (beispielsweise jeweils nach Abschluss eines Frequenzsweeps), um die für eine Spektrumanzeige relevanten Informationen zeitabhängig auszuleiten.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eingerichtet sein, das Amplitudenspektrum und/oder die komplexwertige Spektraldarstellung, die durch die I- und Q-Daten repräsentiert wird, ein oder mehreren weiteren Verarbeitungsschritten zur Datenreduktion zu unterziehen, bevor die komprimierten Daten ausgegeben werden. Einige mögliche Verarbeitungsschritte zur weiteren Datenreduktion werden unter Bezugnahme auf 2 bis 14 veranschaulicht.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eingerichtet sein, das Amplitudenspektrum zu glätten. Die Glättung kann wenigstens abschnittsweise erfolgen. Die Glättung kann abhängig davon erfolgen, ob nur Rauschen im Frequenzraum oder ein Peak des Amplitudenspektrums (d.h. ein Träger) vorliegt. Die Glättung kann abhängig von ein oder mehreren vordefinierten Frequenzbereichen (beispielsweise den mehreren Kanälen einer Datenkommunikationstechnik zugeordneten Frequenzbereichen, z.B. Kanälen gemäß IEEE 802.11, LTE (4G) oder LTE-A (5G)) erfolgen.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eingerichtet sein, ein Grundrauschen im Spektrum zu identifizieren und zu glätten. Die Identifizierung des Grundrauschens kann einen Schwellenwertvergleich mit einem Schwellenwert 39 beinhalten. Werte, die unterhalb des Schwellenwerts liegen, können durch einen Konstantwert ersetzt werden. Der Konstantwert kann gleich 0 oder gleich dem Schwellenwert sein. Das Glätten des Grundrauschen kann somit einem „Abschneiden“ von unterhalb des Schwellenwerts liegenden Signalwerten entsprechen. Der Konstantwert, durch den das Grundrauschen ersetzt wird, kann abhängig vom Grundrauschen ermittelt werden, beispielsweise durch Mittelung des Grundrauschens im entsprechenden Frequenzbereich. Die Glättung kann eine Mittelung des Grundrauschens aufweisen. Die Mittelung kann über einen zusammenhängenden Frequenzbereich erfolgen, in dem nur Grundrauschen vorliegt.
In den komprimierten Daten muss für einen Frequenzbereich, in dem nur Grundrauschen vorliegt, nicht die Spektraldarstellung übertragen werden. Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung 13 die komprimierten Daten so erzeugen, dass die komprimierten Daten anstelle des Grundrauschens eine Angabe des Frequenzbereichs (z.B. eine Angabe von Start- und Stoppfrequenz oder eine andere Angabe wie Mittelfrequenz und Breite) und (sofern der Rauschpegel von Interesse ist) eine Angabe des geglätteten Rauschpegels des Grundrauschens aufweisen. Der geglättete Rauschpegel kann durch Mittelung des Grundrauschens im entsprechenden Frequenzbereich ermittelt werden.
2 und 3 veranschaulichen diese Komprimierungstechnik. 2 zeigt ein beispielhaftes Amplitudenspektrum 30 mit mehreren Peaks 31, 32. In den Frequenzbereichen von f₁ bis f₂, f₃ bis f₄ und f₅ bis f₆ weist das Amplitudenspektrum nur Grundrauschen, aber keinen Träger auf.
Die komprimierten Daten können so erzeugt und ausgeleitet werden, dass sie die entsprechenden Frequenzbereiche f₁ bis f₂, f₃ bis f₄ und f₅ bis f₆, in denen nur Grundrauschen vorliegt, sowie einen Pegel des Grundrauschens in den jeweiligen Frequenzbereichen (der beispielsweise durch Mittelung des Amplitudenspektrums im entsprechenden Frequenzbereich ermittelt werden kann) angeben.
Die komprimierten Daten können so erzeugt und ausgeleitet werden, dass sie für die Frequenzbereiche, in denen Peaks 31, 32 vorhanden sind (oder allgemeiner in relevanten Frequenzbereichen, die beispielsweise durch die Kanäle eines Datenkommunikationsstandards bestimmt sein können), wenigstens die Amplitudeninformation enthalten. Beispielsweise kann in den Frequenzbereichen von f₂ bis f₃ und von f₄ bis f₅ das vollständige Amplitudenspektrum in den komprimierten Daten enthalten sein. Durch die Glättung des Grundrauschens wird eine signifikante Kompression erzielt, die die Ausleitung von Daten mit höherer Echtzeitbandbreite erlaubt.
Eine Kompression, die eine Glättung von Grundrauschen mit nachfolgender Ausleitung nur der Grenzfrequenzen des Frequenzbereichs, in dem nur Grundrauschen vorliegt, und optionaler Ausleitung des Konstantwerts, durch den das Grundrauschen im entsprechenden Frequenzbereich ersetzt wird, kann nicht nur auf ein Amplituden- oder Leistungsspektrum, sondern auch auf die IQ-Daten angewandt werden. Dies wird anhand von 4 bis 7 erläutert.
4 und 5 zeigen beispielhaft I-Daten 40 und Q-Daten 50 im Frequenzraum. Die I-Daten 40 weisen einen oder mehrere Peaks 41, 42 auf. Die Q-Daten 50 weisen einen oder mehrere weitere Peaks 51 auf.
Die Auswerteschaltung 13 kann die I-Daten 40 und Q-Daten im Zeit- oder Frequenzraum einen Schwellenwertvergleich mit einem Schwellenwert 49 (der für die I- und Q-Daten gleich oder unterschiedlich gewählt sein kann) unterziehen. Die Auswerteschaltung 13 kann Grundrauschen glätten, indem alle unter den Schwellenwert 49 fallenden Daten auf einen Konstantwert gesetzt werden. Der Konstantwert kann beispielsweise, wie oben beschrieben, gleich dem Schwellenwert, gleich 0, oder gleich einem Mittelwert des Grundrauschens sein.
Für die Frequenzbereiche von f₁ bis f₂, f₃ bis f₄ und f₅ bis f₆, in denen in den I-Daten nur Grundrauschen vorliegt, werden die geglätteten I-Daten I_c im Frequenzraum (6) komprimiert dadurch übertragen, dass nur eine Angabe der Frequenzbereiche (z.B. durch Angabe der Grenzfrequenzen f₁ bis f₂, f₃ bis f₄ und f₅ bis f₆) und optional eine Instanz des Konstantwerts ausgeleitet wird. Die Peaks 41, 42 können ohne zusätzliche Kompression oder, wie nachfolgend näher beschrieben, ebenfalls weiter komprimiert ausgegeben werden. Eine ähnliche Technik kann auch im Zeitraum angewandt werden.
Für die Frequenzbereiche von f₁ bis f₂ und f₃ bis f₆, in denen in den Q-Daten nur Grundrauschen vorliegt, werden die geglätteten Q-Daten Q_c im Frequenzraum (7) komprimiert dadurch übertragen, dass nur eine Angabe der Frequenzbereiche (z.B. durch Angabe der Grenzfrequenzen f₁ bis f₂ und f₃ bis f₆) und optional eine Instanz des Konstantwerts ausgeleitet wird. Der Peak 51 kann ohne zusätzliche Kompression oder, wie nachfolgend näher beschrieben, ebenfalls weiter komprimiert ausgegeben werden. Eine ähnliche Technik kann auch im Zeitraum angewandt werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung können auch die Signalanteile oder Träger, die den Peaks 31, 32, 41, 42, 51 im Spektrum entsprechen, in ihrer Komplexität vereinfacht werden, um die Datenmenge zu reduzieren. Beispielsweise kann eine Glättungsoperation auf die Peaks 31, 32, 41, 42, 51 angewandt werden. Die verrauschten Peaks 31, 32, 41, 42, 51 können als geglätteter und somit datenreduzierter Träger in die komprimierten Daten aufgenommen werden. Durch die Glättung können die Peaks 31, 32, 41, 42, 51 beispielsweise mit einer Frequenzauflösung Δf in den Frequenzbereichen von f₂ bis f₃ und von f₄ bis f₅ ausgeleitet werden, die gröber ist als die Frequenzauflösung der IQ-Daten.
Die datenreduzierte Ausleitung der Peaks 31, 32, 41, 42, 51 in den komprimierten Daten kann alternativ oder zusätzlich dadurch mit höherer Kompression erfolgen, dass Signale/Trägertypen und deren Signalform vordefinierten Trägertypen zugeordnet sind, die in einer Datenbank lokal im Speicher des Spektrumanalysators 10 gespeichert oder vom Spektrumanalysators 10 von einem separaten Gerät abrufbar sind. Die Verarbeitungsschaltung 13 kann eingerichtet sein, um nur den Trägertyp und dessen Signalstärke und Position im Spektrum in die komprimierten Daten aufzunehmen und aus dem Spektrumanalysator auszuleiten. Dies kann auch auf das Grundrauschen angewandt werden.
Beispielsweise kann ein Spektrum mit einem einzelnen Träger 31, 32, 41, 42, 51 im Spektrum sowie mit den Träger umgebendem Grundrauschen dann wie folgt übermittelt werden können: Rauschen mit Pegel „x₁“ an Startfrequenz „f₁“ und Stopfrequenz „f₂“, Signal von Typ „A“ mit Pegel ,,x₂" an Startfrequenz „f₁“ und Stopfrequenz „f₃“, Rauschen mit Pegel „x₃“ an Startfrequenz „f₃“ und Stopfrequenz „f₄“ etc.. Für jeden von mehreren Frequenzbereichen kann somit die Verarbeitungsschaltung 13 die komprimierten Daten so erzeugen, dass sie beispielsweise

- einen eindeutigen Identifikator für einen von mehreren vordefinierten Trägertypen (z.B. unterschiedliche Signalformen im Frequenzraum) oder Rauschen,
- einen Signalpegel und
- eine Angabe des Frequenzbereichs (z.B. eine Angabe von Start- und Stoppfrequenz oder eine Mittelfrequenz und Breite)

Der Spektrumanalysator 10 kann so ausgestaltet sein, dass er eine Liste von Datenbankbasierenden Trägertypen mit Frequenz und Pegel in den komprimierten Daten ausgibt. Dies ist beispielhaft in 8 veranschaulicht. Das Spektrum 30 von 2 kann so verarbeitet werden, dass anstelle der der Peaks 31, 32 jeweils ein Identifikator für einen Trägertyp (z.B. für einen Peak in Form einer Gaußkurve, einer Lorenzkurve etc.), den Signalpegel (der die Höhe der Amplitude des Peaks angibt) und des Frequenzbereichs (der die Breite des Peaks angibt) in den komprimierten Daten ausgeleitet werden. Die Peaks 31, 32 werden somit effektiv durch datenreduzierte Peaks 37, 38 ersetzt, die auf Basis in einer Datenbank definierter Trägertypen festgelegt sind.
Die verschiedenen Techniken der Komprimierung zur Datenreduktion können kombiniert werden. So kann ein bestimmter Träger als IQ-Daten (insbesondere inklusive Phaseninformation, optional inklusive Rauschen), das Grundrauschen geglättet und alle anderen Träger unter Referenzierung auf eine Datenbank von Trägertypen übertragen werden. Unter Bezugnahme auf 2 und 9 kann die Verarbeitungsschaltung 13 so eingerichtet sein, dass der Peak 31 als Amplituden- oder Leistungsdaten (d.h. ohne Phaseninformation) oder als IQ-Daten (einschließlich in 9 nicht dargestellter Phaseninformation), das Grundrauschen in den Frequenzbereichen von f₁ bis f₂, f₃ bis f₄ und f₅ bis f₆ geglättet und der Peak 32 unter Bezugnahme auf einen Trägertyp in einer Datenbank (und somit als datenreduzierter Peak 38) übertragen wird.
10 ist eine Blockdarstellung eines Spektrumanalysators 10. Der Spektrumanalysator weist einen Speicher 18 auf, in dem vordefinierte Trägertypen und/oder vordefinierte Frequenzbereiche (z.B. Trägerfrequenzen eines Datenkommunikationsstandards) hinterlegt sind. Die Verarbeitungsschaltung 13 ist eingerichtet, um Träger (also Peaks in der Spektraldarstellung) mit den Trägertypen im Speicher abzugleichen und/oder um Information über diejenigen Frequenzbereiche, in denen Grundrauschen durch geglättete, konstante Rauschpegel ersetzt werden kann, abzurufen. Diese Information kann zur Erzeugung der komprimierten Daten zur Ausleitung verwendet werden.
Die im Speicher 18 gespeicherten Trägertypen und/oder vordefinierten Frequenzbereiche können benutzerdefiniert konfigurierbar sein, beispielsweise abhängig von der beabsichtigten Verwendung des Spektrumanalysators.
Die im Speicher 18 gespeicherten Trägertypen können Spektralmasken wenigstens eines Kommunikationsstandards, insbesondere eines Funkstandards (z.B. IEEE 802.11, LTE (4G) oder LTE-A (5G)), aufweisen.
Die im Speicher 18 gespeicherten vordefinierten Frequenzbereiche können Kanäle wenigstens einen Kommunikationsstandards, insbesondere eines Funkstandards (z.B. IEEE 802.11, LTE (4G) oder LTE-A (5G)), aufweisen
11 zeigt beispielhaft eine Datenbank 60 von Trägertypen. Verschiedene Signalformen 61, 62 sind mit einem ihnen zugeordneten eindeutigen Identifikator in der Datenbank 60 hinterlegt. Die Signalformen können parametrisierbare Signalformen sein. Beispielsweise können abschnittsweise Steigungen und/oder Abschnittsbreiten einer Signalform 62 variable Parameter sein. Während nur zwei Signalformen beispielhaft dargestellt sind, kann die Datenbank 60 mehr Signalformen (beispielsweise mehr als zehn, mehr als zwanzig etc.) Signalformen speichern.
Im Betrieb kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, ob ein Teil (insbesondere ein Peak) im Amplituden- oder Leistungsspektrum 30, in den I-Daten 40 und/oder den Q-Daten 50 durch eine der Signalformen 61, 62 der Datenbank approximierbar ist. Im Betrieb kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, welche der Signalformen 61, 62 der Datenbank 60 einen Teil (insbesondere ein Peak) im Amplituden- oder Leistungsspektrum 30, in den I-Daten 40 und/oder den Q-Daten 50 optimal approximiert. Dazu kann eine Differenz zwischen dem erfassten Spektrum 30, 40, 50 und jeder der mehreren Signalformen ermittelt und mit einer Ähnlichkeitsmetrik (beispielsweise einem quadratischen Mittel) ausgewertet werden, um diejenige der Signalformen 61, 62 der Datenbank 60 zu bestimmen, die einen Teil (insbesondere ein Peak) im Amplituden- oder Leistungsspektrum 30, in den I-Daten 40 und/oder den Q-Daten 50 optimal approximiert.
Bei einer parametrisierbaren Signalform 62 können auch ein oder mehrere Parameter, wie abschnittsweise Steigungen der Signalform und/oder Breiten von Abschnitten der Signalform, bestimmt werden, so dass die Signalform mit ihrer Parametrisierung einen Teil (insbesondere ein Peak) im Amplituden- oder Leistungsspektrum 30, in den I-Daten 40 und/oder den Q-Daten 50 optimal approximiert.
Bei Verwendung einer Datenbank 60 mit mehreren Trägertypen werden in den komprimierten Daten dann nur

- ein eindeutiger Identifikator für einen von mehreren vordefinierten Trägertypen (z.B. unterschiedliche Signalformen im Frequenzraum) oder Rauschen,
- ein Signalpegel,
- eine Angabe des Frequenzbereichs (z.B. eine Angabe von Start- und Stoppfrequenz oder eine Mittelfrequenz und Breite) und
- optional, bei einer parametrisierbaren Signalform, ein oder mehrere zusätzliche Parameter der Signalform

Alternativ oder zusätzlich kann die Verarbeitungsschaltung 13 eingerichtet sein, Information über Trägertypen und/oder vordefinierte Frequenzbereiche aus einem vom Spektrumanalysator 10 separaten Speicher abzurufen. Der Abruf kann über die Datenschnittstelle 19 oder eine davon verschiedene Datenschnittstelle 19 erfolgen.
Die Verarbeitungsschaltung 13 kann diese Information dann zur Erzeugung der komprimierten Daten verwenden, beispielsweise durch eine der oben beschriebenen Methoden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Spektralanalysator 10 eingerichtet sein, Information über Trägertypen und/oder vordefinierte Frequenzbereiche der Datenbank über die Datenschnittstelle 19 an die elektronische Recheneinheit auszugeben, die die komprimierten Daten empfängt. So kann die elektronische Recheneinheit im Spektralanalysator 10 nicht-flüchtig hinterlegte Informationen über Signalformen 61, 62 und ihre jeweiligen Identifikatoren abrufen und zur Verarbeitung der komprimierten Daten verwenden.
Die Ermittlung und Ausleitung von Trägertypen an verschiedenen Frequenzen (z.B. an den Kanälen eines Kommunikationsstandards) kann zeitsequenziell wiederholt werden. Dies kann beispielsweise jeweils nach Ausführung eines Frequenzsweeps durch den Spektralanalysator 10 erfolgen.
12 zeigt beispielhaft einen Frequenz-Zeitraum. Zu einer ersten Zeit 61 kann der Spektralanalysator 10 einen ersten Satz von IQ-Daten erfassen. Dazu kann der Spektralanalysator 10 einen Frequenzsweep ausführen. Aus den bei der ersten Zeit 61 erfassten IQ-Daten kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, dass ein Amplituden- oder Leistungsspektrum (oder eine FFT der IQ-Daten) bei einer ersten Frequenz 71 durch einen ersten Trägertyp dargestellt werden kann, der schematisch als schraffierte Fläche 81 dargestellt ist. Aus den bei der ersten Zeit 61 erfassten IQ-Daten kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, dass das Amplituden- oder Leistungsspektrum (oder eine FFT der IQ-Daten) bei einer zweiten Frequenz 72 durch einen zweiten Trägertyp dargestellt werden kann, der schematisch als schraffierte Fläche 82 dargestellt ist. In den komprimierten Daten können Identifikatoren für diese Trägertypen sowie optional weitere Parameter (Pegel, Grenzfrequenzen/Peakbreite) ausgeleitet werden. Die Trägertypen können jeweils durch Datenbankabgleich automatisch erkannt werden.
Zu einer zweiten Zeit 62 kann der Spektralanalysator 10 einen zweiten Satz von IQ-Daten erfassen. Dazu kann der Spektralanalysator 10 einen weiteren Frequenzsweep ausführen. Aus den bei der zweiten Zeit 62 erfassten IQ-Daten kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, dass ein Amplituden- oder Leistungsspektrum (oder eine FFT der IQ-Daten) bei der ersten Frequenz 71 durch einen dritten Trägertyp dargestellt werden kann, der schematisch als schraffierte Fläche 83 dargestellt ist. Aus den bei der zweiten Zeit 62 erfassten IQ-Daten kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, dass das Amplituden- oder Leistungsspektrum (oder eine FFT der IQ-Daten) bei der zweiten Frequenz 72 durch einen vierten Trägertyp dargestellt werden kann, der schematisch als schraffierte Fläche 84 dargestellt ist. In den komprimierten Daten können Identifikatoren für diese Trägertypen sowie optional weitere Parameter (Pegel, Grenzfrequenzen/Peakbreite) ausgeleitet werden. Die Trägertypen können jeweils durch Datenbankabgleich automatisch erkannt werden.
Zu einer dritten Zeit 63 kann der Spektralanalysator 10 einen dritten Satz von IQ-Daten erfassen. Dazu kann der Spektralanalysator 10 einen weiteren Frequenzsweep ausführen. Aus den bei der dritten Zeit 63 erfassten IQ-Daten kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, dass ein Amplituden- oder Leistungsspektrum (oder eine FFT der IQ-Daten) bei der ersten Frequenz 71 durch einen fünften Trägertyp dargestellt werden kann, der schematisch als schraffierte Fläche 85 dargestellt ist. Aus den bei der dritten Zeit 63 erfassten IQ-Daten kann die Verarbeitungsschaltung 13 ermitteln, dass das Amplituden- oder Leistungsspektrum (oder eine FFT der IQ-Daten) bei der zweiten Frequenz 72 wieder durch den zweiten Trägertyp dargestellt werden kann, der schematisch als schraffierte Fläche 86 dargestellt ist. In den komprimierten Daten können Identifikatoren für diese Trägertypen sowie optional weitere Parameter (Pegel, Grenzfrequenzen/Peakbreite) ausgeleitet werden. Die Trägertypen können jeweils durch Datenbankabgleich automatisch erkannt werden.
Für manche der belegten Kanäle 71, 72 können selektiv Daten mit Phaseninformation ausgegeben werden. Beispielsweise kann wahlweise für einen von mehreren Kanälen 71, 72 eine Ausleitung von Daten, die Phaseninformation enthalten (z.B. komprimierte IQ-Daten) erfolgen, während für einen anderen von mehreren Kanälen 71, 72 nur Amplituden- oder Leistungsinformation ohne Phaseninformation verwendet wird, um die komprimierten Daten zu erzeugen.
Eine weitere Möglichkeit zur weiteren Datenreduzierung betrifft die Zeitdomäne. So können einige der zuvor erwähnten Techniken auch auf die Zeitdomäne angewandt werden. Hier ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Datenmange, die linear mit der Höhe des Zeit-Puffers skaliert, allerdings auf Kosten einer entsprechenden zeitlichen Verzögerung. Anstatt beispielsweise N > 2 zeitsequentiell wiederholte Spektren eines identischen Signals zu übertragen, könnte es auch wie folgt zusammengefasst werden: Rauschen mit Pegel „x₁“ an Startfrequenz „f₁“ und Stopfrequenz „f₂“, Signal von Typ „A“ mit Pegel „x₂“ an Startfrequenz „f₁“ und Stopfrequenz „f₃“, Rauschen mit Pegel „x₃“ an Startfrequenz ,,f₃" und Stopfrequenz ,,f₄" etc. Für ein sich zeitlich wiederholendes Signal kann anstelle der identischen Übertragung dieser Daten - auf Kosten einer Übertragungslatenz - eine Angabe N der Anzahl von Wiederholungen in den komprimierten Daten ausgeleitet werden.
13 ist eine Blockdarstellung eines Spektrumanalysators 10. Die Verarbeitungsschaltung 13 des Spektrumanalysators 13 weist eine hardware- oder programmiertechnisch eingerichtete Schaltung zur Durchführung einer Kompression des Amplitudenspektrums 16 und eine hardware- oder programmiertechnisch eingerichtete Schaltung zur Auswahl von zu übertagenden IQ-Daten 17 auf.
Zu übertragende IQ-Daten (d.h. Daten, die inklusive Phaseninformation ausgeleitet werden) können beispielsweise abhängig von vordefinierten Frequenzbereichen und/oder abhängig von Signalpegeln der Trägertypen ausgewählt werden, die im Speicher 18 hinterlegt sind. Die zu übertragenden IQ-Daten können optional geglättet werden, beispielsweise durch Anwenden einer Glättungsoperation auf die I- und Q-Daten vor Übertragung. Die Kompression des Amplitudenspektrums in denjenigen Frequenzbereichen, für die keine IQ-Daten übertragen werden, kann eine Glättung und/oder unter Bezugnahme auf im Speicher 18 hinterlegte Trägertypen aufweisen, wie oben beschrieben wurde.
14 veranschaulicht dies beispielhaft für die IQ-Daten im Frequenzraum, die in 4 dargestellt sind. Für einen Frequenzbereich von f₂ bis f₃, der einem Kanal einer drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsverbindung entsprechen kann, können Daten einschließlich Phaseninformation ausgeleitet werden. Dazu kann beispielsweise eine Signalform, die für den entsprechenden Standard als Signalmaske definiert ist, aus der Datenbank 60 ausgelesen und ein eindeutiger Identifikator für die Signalform ausgeleitet werden. Dadurch werden die Peaks 41, 51 effektiv durch eine Signalform 62 aus der Datenbank approximiert. Für alle Frequenzbereiche außerhalb eines oder mehrere Kanäle (z.B. für Frequenzen kleiner als f₂ und Frequenzen größer als f₃) kann nur Amplitudeninformation übertragen werden. Diese kann wie unter Bezugnahme auf 2 bis 11 erläutert komprimiert werden.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann die Verarbeitungsschaltung 13 ein FPGA sein oder ein FPGA aufweisen.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann die Datenschnittstelle 19 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einer USB-Schnittstelle, einer Ethernet-Schnittstelle, einer Drahtlosschnittstelle, insbesondere einer WLAN-Schnittstelle oder Mobilfunkschnittstelle.
15 ist eine Blockdarstellung eines Systems 10, das einen erfindungsgemäßen Spektrumanalysator 10 und eine elektronische Recheneinheit 95 aufweist. Der Spektrumanalysator 10 kann eine Benutzerschnittstelle 91 aufweisen, über die Information über Kanalbelegung, Signalformen, erfasste Signale im Zeit- oder Frequenzraum oder andere Information ausgegeben werden kann.
Die elektronische Recheneinheit 95 kann über eine unidirektionale oder bidirektionale Datenverbindung 98 mit dem Signalanalysator 10 koppelbar oder gekoppelt sein. Die elektronische Recheneinheit 95 ist ausgestaltet, um die vom Signalanalysator 10 ausgegebenen komprimierten Daten zu verarbeiten und/oder zu speichern.
Die elektronische Recheneinheit 95 kann konfiguriert sein, wenigstens ein Amplituden- oder Leistungsspektrum aus den komprimierten Daten zu rekonstruieren. Aufgrund der Kompression der Daten zur Übertragung ist das rekonstruierte Amplituden- oder Leistungsspektrum typischerweise verlustbehaftet.
Die elektronische Recheneinheit kann wenigstens eine integrierte Halbleiterschaltung 96, insbesondere wenigstens einen Prozessor aufweisen, der ausgestaltet ist, um aus den komprimierten Daten eine verlustbehaftete Darstellung des Amplituden- oder Leistungsspektrums im Frequenzraum und/oder Frequenz-Zeit-Raum zu erzeugen.
Die elektronische Recheneinheit 10 kann konfiguriert sein, um abhängig von in den komprimierten Daten enthaltenen Identifikatoren für Trägertypen auf eine Datenbank 60 zuzugreifen, die den Trägertypen entsprechende Signalformen zuordnet. Die Datenbank 60 kann nicht-flüchtig lokal in der elektronischen Recheneinheit 95 gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die elektronische Recheneinheit 95 ausgestaltet sein, die Datenbank 60 von Signalformen aus dem Spektrumanalysator 10 abzurufen.
Die elektronische Recheneinheit 95 kann konfiguriert sein, zur Rekonstruktion der verlustbehafteten Darstellung des Amplituden- oder Leistungsspektrums eine Extrapolation zwischen einer Signalform 62, die einem durch die komprimierten Daten definierten Trägertyp zugeordnet ist und einen durch die komprimierten Daten definierten Pegel (und optional eine durch die komprimierten Daten definierte Breite) aufweist, und umgebenden Frequenzbereichen auszuführen.
16 veranschaulicht eine derartige Verarbeitung durch die elektronische Recheneinheit 95. Zur Veranschaulichung wird angenommen, dass in den komprimierten Daten ein Indikator für die Signalform 61 der Datenbank 60 mit einem zugehörigen Pegel im Frequenzbereich f₂ bis f₃ enthalten war. Für die benachbarten Frequenzbereiche von f₁ bis f₂ und ab f₃ waren Indikatoren in den komprimierten Daten enthalten, die nur Grundrauschen anzeigen.
Zur (verlustbehafteten) Rekonstruktion des ursprünglichen Amplitudenspektrums kann die elektronische Recheneinheit 95 im Frequenzbereich f₂ bis f₃ aus dem Indikator für die Signalform 61 und dem zugehörigen Pegel den Träger 101 rekonstruieren. An den ansteigenden und abfallenden Flanken kann eine Extrapolation 102, 103 hin zum benachbarten Konstantwert vorgenommen werden, der ein (schwaches) Grundrauschen im ursprünglichen Amplitudenspektrum repräsentiert.
Die elektronische Recheneinheit 95 kann die rekonstruierte Information über eine Benutzerschnittstelle 97 ausgeben und/oder weiterverarbeiten.
Der erfindungsgemäße Spektrumanalysator und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen es aufgrund der Kompression der Daten vor Ausleiten aus dem Spektrumanalysator, Amplitudeninformation (optional jedenfalls für bestimmte Frequenzbereiche auch Phaseninformation) mit höherer Echtzeitbandbreite auszugeben.
Der erfindungsgemäße Spektrumanalysator und das erfindungsgemäße Verfahren können eingesetzt werden, um Daten zur weiteren Verarbeitung und/oder Speicherung an einen Computer oder Server auszugeben, ohne darauf beschränkt zu sein.

Claims

Spektrumanalysator, aufweisend: einen Signaleingang oder Empfänger (11) zum Empfangen eines Signals, einen A/D-Wandler (12), der eingerichtet ist, um das empfangene Signal abzutasten und einen Datenstrom von IQ-Daten zu erzeugen, eine digitale Verarbeitungsschaltung (13) zum Erzeugen komprimierter Daten aus dem Datenstrom von IQ-Daten und eine Datenschnittstelle (19) zum kontinuierlichen Ausleiten der komprimierten Daten aus dem Spektrumanalysator (10), wobei der Spektrumanalysator (10) eingerichtet ist, sowohl aus den IQ-Daten erzeugte komprimierte Daten, die einem ersten Frequenzbereich zugeordnet sind, als auch aus einem Amplituden- oder Leistungsspektrum erzeugte komprimierte Daten, die einem zweiten Frequenzbereich zugeordnet sind, über die Datenschnittstelle (19) auszuleiten, wobei der zweite Frequenzbereich größer ist als der erste Frequenzbereich.
Spektrumanalysator nach Anspruch 1, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist für eine wenigstens abschnittsweise Glättung der IQ-Daten oder des daraus abgeleiteten Amplituden- oder Leistungsspektrums, um wenigstens einen Teil der komprimierten Daten zu erzeugen, wobei die wenigstens abschnittsweise Glättung einen Schwellenwertvergleich aufweist.
Spektrumanalysator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist zum Ermitteln des Amplituden- oder Leistungsspektrums (30) der IQ-Daten und zum Erzeugen wenigstens eines Teils der komprimierten Daten aus dem Amplituden- oder Leistungsspektrum (30).
Spektrumanalysator nach Anspruch 3, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist zur Datenreduktion eines Rauschens des Amplituden- oder Leistungsspektrums (30), um die komprimierten Daten zu erzeugen, wobei die Datenreduktion des Rauschens ein wenigstens abschnittsweises Glätten des Rauschens des Amplituden- oder Leistungsspektrums aufweist.
Spektrumanalysator nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung eingerichtet ist zur Datenreduktion wenigstens eines Peaks (31, 32) des Amplituden- oder Leistungsspektrums, um die komprimierten Daten zu erzeugen, wobei die Datenreduktion des wenigstens einen Peaks (31, 32) eine Glättung aufweist.
Spektrumanalysator nach Anspruch 5, wobei die Datenreduktion des wenigstens einen Peaks (31, 32) eine Approximation des Peaks durch einen vordefinierten Trägertypen (61, 62) aufweist, wobei ein Identifikator für den Trägertyp in den komprimierten Daten ausgeleitet werden.
Spektrumanalysator nach Anspruch 6, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist zum Bestimmen mehrerer Parameter einer Parametrisierung des vordefinierten Trägertyps und zum Ausleiten der mehreren Parameter als Teil der komprimierten Daten, und/oder wobei der vordefinierte Trägertyp eine Spektralmaske wenigstens eines Kommunikationsstandards aufweist.
Spektrumanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist, um zum Erzeugen der komprimierten Daten für jeden von mehreren Frequenzbereichen jeweils einen Pegel eines Trägertyps im Frequenzbereich zu ermitteln und über die Datenschnittstelle (19) als Teil der komprimierten Daten auszuleiten.
Spektrumanalysator nach Anspruch 8, ferner mit einem mit der digitalen Verarbeitungsschaltung (13) gekoppelten Speicher (18) zum Speichern mehrerer vordefinierten Trägertypen und/oder mehrerer vordefinierter Frequenzbereiche.
Spektrumanalysator nach Anspruch 8, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist zum Abrufen von Information über mehrere Trägertypen und/oder mehrere Frequenzbereiche über die Datenschnittstelle oder eine von der Datenschnittstelle separate Schnittstelle des Spektrumanalysators.
Spektrumanalysator nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die mehreren vordefinierten Trägertypen Spektralmasken wenigstens eines Kommunikationsstandards, insbesondere eines Funkstandards, aufweisen, und/oder wobei die mehreren vordefinierten Frequenzbereiche Kanäle wenigstens einen Kommunikationsstandard aufweisen.
Spektrumanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist, um für mehrere Zeiten jeweils komprimierte Daten zu erzeugen und auszuleiten.
Spektrumanalysator nach Anspruch 12, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist, um für wenigstens eine der Zeiten für jeden von mehreren Frequenzbereichen jeweils einen Trägertyp, eine Position des Frequenzbereichs und einen Pegel des Trägertyps im Frequenzbereich zu ermitteln und über die Datenschnittstelle als Teil der komprimierten Daten auszuleiten, und/oder wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) eingerichtet ist, eine Anzahl zeitlicher Wiederholungen eines Signals zu ermitteln und als Teil der komprimierten Daten auszugeben.
Spektrumanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenschnittstelle (19) wenigstens eine der folgenden Schnittstellen aufweist: eine USB-Schnittstelle, eine Ethernet-Schnittstelle, eine Drahtlosschnittstelle, insbesondere eine WLAN-Schnittstelle oder Mobilfunkschnittstelle.
Spektrumanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung (13) wenigstens ein feldprogrammierbares Gate-Array, FPGA, aufweist.
System, aufweisend den Spektrumanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine mit der Datenschnittstelle (19) gekoppelte oder koppelbare elektronische Recheneinheit zum Verarbeiten und/oder Speichern der komprimierten Daten, wobei die elektronische Recheneinheit konfiguriert ist, um aus den komprimierten Daten eine verlustbehaftete Spektraldarstellung der IQ-Daten und/oder des aus den IQ-Daten ermittelten Amplituden- oder Leistungsspektrums zu rekonstruieren.
System nach Anspruch 16, wobei das Rekonstruieren einen Zugriff auf eine Datenbank von vordefinierten Trägertypen (61, 62) und eine Extrapolation (102, 103) zwischen wenigstens einem der vordefinierten Trägertypen (61, 62) und einem konstanten Signal in benachbarten Frequenzbereichen aufweist.
Verfahren zum kontinuierlichen Ausleiten von Daten aus einem Spektrumanalysator (10), aufweisend die Schritte: A/D-Wandeln erfasster Signale, um einen Datenstrom von IQ-Daten zu erzeugen, Erzeugen komprimierter Daten aus dem Datenstrom von IQ-Daten und Ausleiten der komprimierten Daten aus dem Spektrumanalysator (10) über eine Datenschnittstelle (19) des Spektrumanalysators (10), wobei der Spektrumanalysator (10) eingerichtet ist, sowohl aus den IQ-Daten erzeugte komprimierte Daten, die einem ersten Frequenzbereich zugeordnet sind, als auch aus einem Amplituden- oder Leistungsspektrum erzeugte komprimierte Daten, die einem zweiten Frequenzbereich zugeordnet sind, über die Datenschnittstelle (19) auszuleiten, wobei der zweite Frequenzbereich größer ist als der erste Frequenzbereich.