TWI397699B - 產生自相關觸發的方法及測量儀器 - Google Patents

Description

產生自相關觸發的方法及測量儀器

本發明一般係關於信號觸發器，更尤其係關於依據自相關特徵所產生的即時信號觸發器。

譬如析譜儀與示波器的測量儀器，具有即時取得與分析資料的能力。能夠進行即時測量之析譜儀的實例包括TektronixWCA200、WCA300、RSA2200與RSA3300級數析譜儀，其係由Beaverton,Oregon的Tektronix公司所製造。這些析譜儀捕捉並且分析無縫的資料區塊。

測量儀器具有比操作者有意義地觀測所呈現的資料更快速取得、處理及顯示資料的能力。觸發器可被使用於測量儀器中，以開始或停止資料的取得。這些觸發器係依據有關正在分析之輸入信號的時域資訊，並由外部來源所提供。能夠在頻譜資料上觸發的內部觸發器已被使用來顯示在檢測預定頻譜事件以後的累積頻譜。例如，當計算出的頻譜擾亂使用者所預定之頻譜遮罩時，頻率遮罩觸發器會計算出信號頻譜與觸發器。預定區塊的資料會被儲存，其係包含在緊鄰觸發事件以前與以後所發生的資訊，以致於使用者能夠如希望地複習資料，並且進行後處理。

觸發器係被希望允許測量儀器在種種額外的信號特性上觸發。

於是，提供自相關觸發器。自相關觸發器使用信號與其本身時間延遲版本的比較，以產生相關係數，或相關級數，其係可比較相關臨界，或相關遮罩，以決定相關情況的存在。當相關情況存在時，自相關觸發器會產生觸發。

本發明提供自相關觸發器的實施例，其係包含藉由使一信號與該信號之時間延遲版本相關聯之相關係數的相關檢測器。落後產生器將該信號的時間延遲版本提供到相關檢測器，以與該信號比較。當相關係數與相關臨界的比較滿足相關情況時，連接到相關檢測器的比較器會產生觸發。在替代性實施例中，比較器包含能夠將相關級數與相關遮罩比較以決定是否滿足相關情況並於後來產生觸發的相關器。

同樣地亦提供產生一種自相關觸發的方法。該方法包含將一信號與該信號的時間延遲版本相關聯以產生相關係數。將該相關係數與該相關臨界比較，以決定自相關情況，並於滿足自相關情況的時候產生觸發。在本發明的實施例中，藉由比較相關係數與設定接近零的臨界值，並且當超過臨限而明顯指出非隨機信號存在時觸發，來達到隨機觸發。在替代性實施例中，將同樣被視為相關級數的一連串相關係數，與包含複數個臨界值的遮罩比較。該相關級數可被使用來檢測隨機程度，同時降低不正確觸發的數目，其係起因於單一自相關係數測量。在另一替代性實施例中，將相關級數與相關遮罩比較，以決定它與希望自相關模型的相關性。例如，可使用弦波模型，以在本質為弦波之信號存在或不存在時觸發。在進一步實施例中，自相關模型可以是弱自相關模型，或者強自相關模型。

當結合附加申請專利範圍與附圖來研讀時，本發明種種實施例的態樣將從以下詳細說明變得明顯。

現在參考圖1，其係顯示即時析譜儀10，其具有輸入處理器20，以用來接收輸入射頻信號或者其他相關信號。該輸入處理器20基本上包括接著混合器24的低通濾波器22，該混合器使用局部振盪器26，將被過濾的輸入信號轉換成中頻(IF)信號。該IF信號會經過帶通濾波器28，隨後並且被輸入到類比至數位(A/D)轉換器30，以提供數位信號來進一步處理。該數位信號則被輸入到數位IF正交處理器31，以從數位信號得到同相(I)與正交相(Q)信號。I與Q信號會被輸入到用來即時處理的數位信號處理器(DSP)32，以顯示在監測器34上，其係提供頻率對時間對振幅的三維表示，同樣被稱為頻譜圖。I與Q信號則同樣被輸入到取得記憶體36與觸發產生器40。當觸發產生器40檢測出一事件時，會產生觸發，其係造成取得記憶體36儲存來自觸發事件以前與/或以後的資料，以隨後處理。隨後的處理可藉由DSP32或者藉由其他處理器(未顯示)來進行。隨後的處理可使用於即時分析或者非即時分析。

圖2進一步顯示觸發產生器40的實施例。I與Q信號會被輸入到提供接收射頻資料(I/Q)之時間段的循環緩衝器42。時間段亦可同樣地被視為一種樣本或者一種記錄。為了進行自相關，將時間段對著其版本本身進行比較。在觸發產生器40的實施例中，可使用自相關來決定一信號的隨機程度。譬如與白雜訊相關的隨機信號，則應該在落後0與本身相較的時候產生自相關係數1，並且在與其本身任何時間平移版本相較的時候，其係對應落後1至落後n，產生接近0的自相關係數。為了使用觸發產生器40來決定隨機程度，可對著主動信號的時間延遲版本來進行主動信號的比較。在本觸發器的實施例中，此乃藉由提供至少兩組I與Q到相關檢測器44來完成。記錄為I0與Q0的第一組I與Q係從循環緩衝器42輸入。記錄為I1與Q1的第二組I與Q則在經過落後46以後從循環緩衝器42輸入，其係提供與I0與Q0有關之I與Q的時間延遲版本。落後量係在觸發產生器40製造期間內被預先決定，或者被該領域中的操作者所設定。因為就任何非零落後而言，相關係數大約是0，所以任何適當的落後值可被使用，例如落後1。應該理解到的是，兩信號應該被延遲不同數量，其係並且仍對應類似的相對落後，如僅僅施加落後到單一路徑所提供的。雖然實際上每一落後對應一取樣點的移位，但是落後量一般指的是任何時間移位數量。在一些實施例中，觸發產生器40可使用FPGA或ASIC(特殊應用積體電路)來實施。在這些實施例中，可使用併入FPGA或ASIC內的移位暫存器來實施落後。在其他實施例中，可使用在中央處理單元或其他一般目的處理器或數位信號處理器(DSP)上執行的軟體來完成落後。相關檢測器44進行任何必要的計算以產生相關係數(CC)。自相關係數的基本範圍是從－1至1，不過在數位系統內，此範圍係由任何適當的構件所表達。相關檢測器44係使用任何適當構件來實施，以在允許的時間範圍內，計算相關係數。在即時觸發器的情形中，相關檢測器44將使用任何電路或元件來實施，其係能夠在該儀器取樣率所允許的時間範圍內完成必要的計算。在下一組樣本可用於循環緩衝器42以前，即時觸發器將較佳地完成該觸發決定。這將允許觸發操作即時地持續而沒有錯過任何樣本。在一些應用中，有些樣本的遺失是可接受的。雖然樣本遺失一般不受歡迎，但是這些應用卻仍可使用一般提供於此的自相關觸發器來適用。在本觸發器的實施例中，相關檢測器係使用現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)來實施。在替代性實施例中，相關檢測器44係使用ASIC(特殊應用積體電路)來實施。在其他替代性實施例中，可使用在中央處理單元或其他一般目的處理器上執行的軟體，其係以對希望取樣速率而言夠快為條件。同樣地，DSP可使用於一些實施例，其係以對希望取樣速率而言夠快為條件。

相關係數(CC)會被連續即時地計算以及輸出，以指出射頻/中頻資料與其本身時間延遲版本的相關程度。將該相關係數輸入到比較器48，以與相關臨界比較。在本觸發器的實施例中，可將用來比較單一相關係數與臨界值的單一比較器電路使用於比較器48。相關臨界值取決於為了定義觸發事件所希望的相關程度。相關臨界可被製造者事先設定或被終端使用者選出。在本觸發器的實施例中，觸發器事件係被定義來當該相關係數超過相關臨界值時造成觸發。例如，就隨機信號而言，從相較於本身延遲版本之信號算出的相關係數(CC)應該非常接近零。假如相關係數(CC)超過相關臨界值的話，其係將會被設定成在零任一側上的公差，其係將指出非隨機信號的存在。比較器48隨後會產生一觸發。該觸發隨後會造成取得記憶體36持有與該信號相關的資訊。取得記憶體36可被設定來儲存與來自觸發前、觸發期間、觸發後或其任何結合之信號有關的資訊。該相關臨界值可被選來平衡需求，以確認非隨機事件並且避免可能的錯誤觸發。確認隨機特徵以及非隨機信號存在的能力，可被使用來監視與確認神秘或未經授權的信號。例如，在特定頻率頻譜的靜區會被希望僅僅包含隨機雜訊。當該信號的隨機特徵改變時，其係會指出令人不希望、間歇或秘密傳送的存在。藉由提供用於決定隨機的自相關觸發，該信號可被捕捉以進一步分析。

在替代性實施例中，該觸發事件會被選出來當相關係數位於相關臨界值內時，引起觸發。例如，當非隨機信號改變為隨機信號時，可促動觸發。

在觸發產生器40的實施例中，整個時間相關係數的歷史50會被維持，以允許在更長時期之信號行為被分析。在一實施例中，該歷史會被儲存在觸發產生器40內。在替代性實施例中，相關係數會被提供並且儲存於歷史50中，其係在觸發產生器40的外面。

自相關觸發器的實施例已經被說明，其係架構以依據一信號內的隨機程度來產生相關係數。上述的隨機信號模型僅僅是使用自相關來確認的一種模型。更通常地，自相關觸發器可被使用來依據信號匹配特定特徵模型的程度來觸發。雖然自相關觸發器可依據單一相關係數來決定隨機程度，但是其他模型則需要複數個時間落後，以決定信號匹配預定特徵模型的程度。

圖3顯示用來依據使用複數個落後的自相關來提供觸發之觸發產生器40的實施例。該基本觸發類似結合圖2的以上說明。本發明提供可由觸發產生器控制的可變落後。經由控制路徑54，藉由相關檢測器44，落後46現在會被標示為可變與可控制。該相關檢測器44會產生一相關級數，其係為不同落後數量的一級數相關係數。例如，當落後46提供落後1時，相關檢測器44將產生相關係數CC1。相關檢測器44隨後將更新落後46，例如為落後2，並且產生相關係數CC2。於是，相關檢測器44將產生N個不同落後值的相關級數CC1、CC2、CC3至CCN。在一實施例中，落後量會在單一步驟中增加，例如落後1、落後2、落後3等等。在替代性實施例中，落後量會在非單一步驟中增加，例如落後1、落後3、落後7、落後12。 相關檢測器44能夠算出得最大落後量與自相關數目，其係受到與該儀器取樣率有關之相關檢測器44的速度限制。

藉由比較器48，將相關檢測器44所提供的相關級數與相關遮罩比較。在一些實施例中，該比較器48會被實施當作一用來決定相關級數與相關遮罩之相關性的相關器，而非將兩數值彼此比較的單一比較器。例如，在本觸發器的實施例中，比較器48係使用現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)來實施。在替代性實施例中，比較器48係使用ASIC來實施。在其他替代性實施例中，可使用在中央處理單元或其他一般目的處理器上執行的軟體，其係以對希望取樣速率而言夠快為條件。同樣地，DSP可使用於一些實施例，其係以對希望取樣速率而言夠快為條件。

在觸發產生器40的實施例中，當相關級數位於預先決定相關遮罩時，比較器48將產生觸發。在替代性實施例中，當相關級數超過預先決定相關遮罩時，比較器48將產生觸發。可將該相關遮罩預先決定，以對應一特定特徵模型。該相關級數所代表之此多重落後自相關形狀匹配預先決定特徵模型的程度是可變且可調整的，以符合種種用途。多重落後相關性可被使用於隨機程度。在此情形中，可使用在落後0具有數值1的簡單遮罩，以及在剩下範圍稍微超過零的臨界。在其他實施例中，多重落後相關性可被使用來決定在該信號不對應白噪音信號之處的隨機程度，以致於在所有落後數量上，它不會接近零。於是， 可使用多重落後隨機遮罩來減少與單一落後實施例有關的錯誤觸發。可使用額外的模型，例如，可使用正弦信號模型，以檢測信號調制失靈或者失效。正弦信號模型亦可同樣地被使用來檢測應該沒有之正弦信號的存在。在其他實施例中，可將相關遮罩設定，以對應任何希望的弱或強自相關模型。

圖4顯示觸發產生器40的替代性實施例，其係用來依據多重落後自相關以產生觸發。多重相關檢測器44係連同相應落後46而平行提供。在第一實施例中，每一相關檢測器44會產生相關係數(CC)。該相關係數隨後會被合併，以產生使用比較器48來比較的相關級數。

在替代性實施例中，每一相關檢測器與落後對包括控制路徑54。這將允許每一比較器檢測器執行一連串的多重落後相關性，以產生相關級數。這些相關級數隨後會被合併，以產生使用於比較器48的最後相關級數。

在先前說明中，觸發產生器40的種種元件已經被當作各別元件來討論。在一些實施例中，就本觸發產生器而言，比較器檢測器44、落後46與比較器48會使用單一元件來實施。所有三個操作可藉由FPGA或ASIC的不同部份來進行。在替代性實施例中，所有三個操作會在單一中央處理單元或其他一般目的處理器或單一DSP上執行的軟體內進行。歷史50會被設置在相同裝置內，或當作各別記憶體或緩衝器。

觸發產生器40的實施例可被併入到測量儀器內，以提供額外的功能到該儀器。當耦合到析譜儀接收器系統時，自相關信號觸發器可以非常高的靈敏度與動態範圍，但卻以有限頻寬，在大頻率範圍上操作。或者，當耦合到示波器時，自相關觸發器可在非常大頻率的頻寬上，但卻以相關於析譜儀的較低動態範圍來操作。

那些已經熟諳該技藝者將明顯知道，在不背離基礎原理之下，可對本發明上述實施例的詳情進行許多改變。本發明的範圍因此應該由以下的申請專利範圍所決定。

10．．．即時析譜儀

20．．．輸入處理器

22．．．低通濾波器

24．．．混合器

26．．．局部振盪器

28．．．通頻帶濾波器

30．．．類比至數位轉換器

31．．．數位中頻正交處理器

32．．．數位信號處理器

34．．．監測器

36．．．取得記憶體

40．．．觸發產生器

42．．．循環緩衝器

44．．．相關檢測器

46．．．落後

48．．．比較器

50．．．歷史

54．．．控制路徑

圖1顯示即時析譜儀。

圖2顯示自相關觸發器。

圖3顯示自相關觸發器。

圖4顯示自相關觸發器。

40．．．觸發產生器

42．．．循環緩衝器

44．．．相關檢測器

46．．．落後

48．．．落後

50．．．歷史

Claims (7)

1. 一種依據自相關觸發來捕捉信號資料的測量儀器，包含：一處理器，提供頻率對時間對振幅的三維表示給一監視器；一相關檢測器，用來藉由使一信號與該信號之時間延遲版本相關聯之相關係數的相關檢測器；一落後產生器，提供該信號的時間延遲版本到該相關檢測器；一比較器，連接到該相關檢測器，以在滿足相關情況時產生一觸發；以及一取得記憶體，回應該觸發信號而儲存與該信號有關的資訊，其中該比較器包含一相關器，用來使包含一級數相關係數的相關級數與一相關圖相關聯，以決定是否滿足該相關情況。
2. 一種產生自相關觸發的方法，包含：使一信號與該信號的即時版本相關聯，以產生一相關係數；比較該相關係數與一相關臨限，以決定一相關情況；當滿足該相關情況時，產生一觸發信號；回應該觸發信號而儲存與該信號有關的資訊；以及 顯示一根據與該信號有關的資訊的頻譜圖，其中比較該相關係數與相關臨限進一步包含比較一級數相關係數與相關遮罩，其係包含至少一相關臨限，以依據與自相關模型的比較來決定該相關情況。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該自相關模型係為隨意模型。
4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該自相關模型係為正弦曲線模型。
5. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該自相關模型係為強自相關模型。
6. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該自相關模型係為弱自相關模型。
7. 一種自相關觸發產生器，包含：相關機構，用來使信號與該信號時間延遲版本相關聯，以即時產生相關係數；延遲機構，用來延遲該信號，以產生該信號的時間延遲版本，以輸入到該相關構件；比較機構，用來比較該相關係數與相關臨限，以即時決定相關情況；產生機構，用來當滿足該相關情況時即時產生觸發信號；儲存機構，用來回應該觸發信號而儲存與該信號有關的資訊；以及顯示機構，用來顯示一根據與該信號有關的資訊的頻 譜圖，其中用以比較該相關係數與相關臨限的該比較機構包含用以比較相關級數與相關遮罩的比較機構。