用于显示频域数据的信号分析器和方法.pdf

本发明涉及用于显示频域数据的信号分析器和方法。一种以不同的时间和频率分辨率来提供频域数据的信号分析器。第一类型的频域数据是通过第一类型的帧而从被测信号的时域数据中得到的，并且作为光谱图被显示。在光谱图上显示了一个选择框，以便选择第一类型的帧。该信号分析器通过FFT计算并且通过将相应于所选择的第一类型的帧中包含的第一类型的频域数据的时域数据视为一个帧来产生第二类型的频域数据，其中所述第一类型的帧是用选择框选择的。所得到的第二类型的频域数据是作为频谱显示的，其中该频谱具有与光谱图不同的时间和频率分辨率。

1.  一种信号分析器，包括：
用于处理被测信号的时域数据以产生用于光谱图的显示数据的装置，其中该处理装置可用于从这些时域数据中提取多个帧，所述多个帧中的每个帧相应于第一数量的时域数据，并且该处理装置可用于针对所述多个帧中的每个帧计算频域数据；
用于选择相应于第二数量的时域数据的、该光谱图的一部分的装置，所述第二数量的时域数据不同于所述第一数量的所述时域数据；以及
用于使用所述第二数量的时域数据作为单个帧来计算频域数据的装置。

2.  根据权利要求1的信号分析器，还包括：用于为频谱产生显示数据的装置，其中所述频谱相应于使用所述第二数量的时域数据作为帧而计算得到的频域数据。

3.  根据权利要求1的信号分析器，其中所述选择装置包括用于输入所述第二数据数量的装置。

4.  根据权利要求1-3之一的信号分析器，其中所述选择装置包括：
用于指定噪声带宽或分辨率带宽的装置；以及
用于根据所指定的噪声带宽或分辨率带宽来计算第二数量的时域数据的装置。

5.  一种用于显示频域数据的方法，包括以下步骤：
显示通过第一类型的帧而从被测信号的时域数据中得到的第一类型的频域数据，作为光谱图；
在该光谱图中显示用于选择这些第一类型的帧的选择装置；
产生第二类型的频域数据，其中这些第二类型的频域数据的一个帧是从相应于所选择的第一类型的帧的时域数据中得到的；以及
显示第二类型的频域数据。

6.  如权利要求5所述的用于显示频域数据的方法，其中第二类型的频域数据作为频谱被显示。

7.  如权利要求5所述的用于显示频域数据的方法，还包括以下步骤：
输入被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目，其中用选择装置所选择的第一类型的帧的数目根据该数据数目而改变。

8.  如权利要求5所述的用于显示频域数据的方法，还包括以下步骤：
指定噪声带宽或分辨率带宽；以及
根据所指定的噪声带宽或分辨率带宽来计算被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目，其中用选择装置选择的第一类型的帧的数目根据所述数据数目而改变。

9.  一种信号分析器，包括：
第一显示装置，该第一显示装置用于将通过第一类型的帧而从被测信号的时域数据中得到的第一类型的频域数据显示为光谱图；
用于在该光谱图中选择第一类型的帧的装置；以及
用于产生第二类型的频域数据的装置，其中所述第二类型的频域数据的一个帧是从相应于所选择的第一类型的帧的时域数据中得到的。

10.  如权利要求9所述的信号分析器，还包括：
用于将第二类型的频域数据显示为频谱的第二显示装置。

11.  如权利要求9所述的信号分析器，还包括：
用于输入被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目的装置，其中用选择装置所选择的第一类型的帧的数量根据该数据数目而改变。

12.  如权利要求9所述的信号分析器，还包括：
用于指定噪声带宽或分辨率带宽的装置；以及
用于根据所指定的噪声带宽或分辨率带宽来计算被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目的装置，其中用选择装置所选择的第一类型的帧的数目根据该数据数目而改变。

用于显示频域数据的信号分析器和方法
技术领域
本发明涉及一种通过在不同时间和频率分辨率上提供频域数据的信号分析。
背景技术
有时，我们有必要测试各种系统、例如包含了移动电话的无线通信系统是否正常工作。信号分析器则可用于测量所测试系统的信号。该信号分析器可以从时域和频域两者的角度来分析信号。它会将被测信号转换成时域的数字数据，并且通过FFT(快速傅里叶变换)计算来从时域数据中产生频域的数字数据。所得到的数据将会作为波形和/或数值显示在信号分析器的显示器上。该信号分析器将会显示相应于被测信号的频域数据的时域数据，这可从时域和频域两者的角度来提供各种分析。美国专利6,377,617公开了如何产生这种与时域数据保持对应关系的频域数据。
图1是信号分析器10的框图。该信号分析器10可以具有与个人计算机(PC)相似的能力和硬件，并且可以采用通常使用的CPU和操作系统，由此可以通过操作板上用于各种设置的鼠标、键盘等设备来提供类似于PC的用户界面，并且将大量数据和程序保存在硬盘驱动器(HDD)中，然而这里并未示出所述硬盘驱动器。
输入衰减器12恰当地调整被测信号的电平并且将其提供给模拟下变频器20。所述下变频器20具有混频器14、本地振荡器16以及带通滤波器(BPF)18，以便对输入信号频率进行模拟下变频处理，从而产生中频(IF)信号。模数转换器(ADC)22将模拟IF信号转换成数字信号(时域信号)。存储器24存储IF信号的数字数据。数字信号处理器(DSP)26从存储器24中读取IF信号数据来对所读取的数据执行数字下变频处理，并且通过快速傅里叶变换(FFT)计算来产生频域数据。频域数据被保存在存储器24中，并且是作为波形和/或数值显示的。DSP26可以根据保存在HDD中的程序来实施各种其他计算。
触发检测电路28从ADC 22接收时域数据，并且从DSP 26接收频域数据，以便检测满足用户定义的触发条件的数据，从而将所希望的时域数据和/或频域数据保存在存储器24中。作为替换，在这里可以不设置触发条件，并且这种设置可以在将时域数据和/或频域数据临时保存在存储器24中以及将其传送到HDD直至HDD可以存储这些数据的时候使用。
根据被测信号中的所期望的频段，用户可以为信号分析器设置中心频率以及频率宽度(span)。通常，由于奈奎斯特条件，频率宽度的可用范围是ADC采样频率的一半或更少。
FFT计算在每个帧上都产生频域数据，其中每个帧都具有预定数量的时域数据。图2示出了时域数据与帧之间的关系。T_IQW是被测信号的所有获得的时域数据，这包括I和Q数据。T_FM是帧的长度，并且T_UD是帧的更新时间。一个频域数据帧是从一个时域数据得到的。每个帧中的时域数据数目可以是2ⁿ(n是整数)，例如，该数目典型地是1024个点。
图3是信号分析器10上的频域数据的常规视图。图形区域40是将频域数据作为频谱图来显示的，其中该频谱图的水平轴是频率，垂直轴则是功率(dBm)。图形区域42是将频域数据作为光谱图来显示的，其中水平轴是频率，垂直轴是以帧数目为单位的时间，而功率水平则是彩色显示的。新的帧是按照顺序从底部开始显示的。所述颜色可以服从于彩虹颜色的顺序，其中如果功率越高，那么颜色越接近于红色，如果功率越低，那么颜色越接近于紫色。
图表42上的方形标记42可以被用户借助鼠标光标44通过拖曳该标记来指定所期望的帧48。标记46的中心点指定的帧48的频域数据是作为频谱显示在图形区域40上的。
发明内容
在下面阐述了本发明的多个方面。
根据本发明提出了一种信号分析器，包括：用于处理被测信号的时域数据以产生用于光谱图的显示数据的装置，其中该处理装置可用于从这些时域数据中提取多个帧，所述多个帧中的每个帧相应于第一数量的时域数据，并且该处理装置可用于针对所述多个帧中的每个帧计算频域数据；用于选择相应于第二数量的时域数据的、该光谱图的一部分的装置，所述第二数量的时域数据不同于所述第一数量的所述时域数据；以及用于使用所述第二数量的时域数据作为单个帧来计算频域数据的装置。
优选地，信号分析器还包括：用于为频谱产生显示数据的装置，其中所述频谱相应于使用所述第二数量的时域数据作为帧而计算得到的频域数据。
优选地，所述选择装置包括用于输入所述第二数据数量的装置。
优选地，其中所述选择装置包括：用于指定噪声带宽或分辨率带宽的装置；以及用于根据所指定的噪声带宽或分辨率带宽来计算第二数量的时域数据的装置。
根据本发明，还提出了一种用于显示频域数据的方法，包括以下步骤：显示通过第一类型的帧而从被测信号的时域数据中得到的第一类型的频域数据，作为光谱图；在该光谱图中显示用于选择这些第一类型的帧的选择装置；产生第二类型的频域数据，其中这些第二类型的频域数据的一个帧是从相应于所选择的第一类型的帧的时域数据中得到的；以及显示第二类型的频域数据。
优选地，其中第二类型的频域数据作为频谱被显示。
优选地，所述的用于显示频域数据的方法还包括以下步骤：输入被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目，其中用选择装置所选择的第一类型的帧的数目根据该数据数目而改变。
优选地，所述的用于显示频域数据的方法还包括以下步骤：指定噪声带宽或分辨率带宽；以及根据所指定的噪声带宽或分辨率带宽来计算被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目，其中用选择装置选择的第一类型的帧的数目根据所述数据数目而改变。
根据本发明还提出了一种信号分析器，包括：第一显示装置，该第一显示装置用于将通过第一类型的帧而从被测信号的时域数据中得到的第一类型的频域数据显示为光谱图；用于在该光谱图中选择第一类型的帧的装置；以及用于产生第二类型的频域数据的装置，其中所述第二类型的频域数据的一个帧是从相应于所选择的第一类型的帧的时域数据中得到的。
优选地，所述的信号分析器还包括：用于将第二类型的频域数据显示为频谱的第二显示装置。
优选地，所述的信号分析器还包括：用于输入被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目的装置，其中用选择装置所选择的第一类型的帧的数量根据该数据数目而改变。
优选地，所述的信号分析器还包括：用于指定噪声带宽或分辨率带宽的装置；以及用于根据所指定的噪声带宽或分辨率带宽来计算被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目的装置，其中用选择装置所选择的第一类型的帧的数目根据该数据数目而改变。
如果所需的是较高分辨率的频域数据，那么帧的时间长度应该较长。如果帧的时间长度变长，同时频率宽度是固定的，那么帧中的时域数据的数量会增加。但是，如果帧的时间长度变长，那么时间分辨率会变低。
参考图3，图形区域40中的频谱和图形区域42中的光谱使用了相同时间长度的帧，由此，如果帧的时间长度变长，那么这两个图形都会具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率。这对希望以不同时间和分辨率并从不同方面观察被测信号的用户来说并不是优选的。
所期望的是以不同的时间和频率分辨率并从不同的方面来提供频域数据。
本发明涉及一种用于以不同的时间和频率分辨率来产生频域数据的设备。第一显示装置显示那些从每个第一类型的帧的被测信号的时域数据中得出的第一类型的频域数据，作为光谱图。选择装置在光谱图上选择第一类型的帧。它可以作为显示在频谱图上的选择框或是作为用于指定选择第一类型的帧的时间范围的装置来实现。所选择的第一类型的帧的时域数据被视为一个新帧，第二类型的频域数据则是从所述新帧中产生。
所产生的第二类型的频域数据可以作为与第一类型的频域数据的光谱相分离的频谱而用第二显示装置来显示。第二显示装置可以是同一屏幕上不同于第一显示装置的显示区域。
它还可以具有用于输入被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数目、以根据输入数据数目来改变由选择装置选择的第一类型的帧的数目的装置。更进一步，它还可以具有用于指定分辨率带宽(RBW)或噪声带宽(NBW)的装置，以及用于根据所指定的RBW或NBW来计算被用作第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数目、从而根据计算得到的数据数目来改变借助选择装置选择的第一类型的帧的数目的装置。
在另一个观点中，本发明是一种用于显示频域数据的方法。第一类型的频域数据是从每个第一类型的帧的被测信号的时域数据中产生的，并且作为光谱图被显示。在光谱图上显示了选择装置，以便选择光谱图中第一类型的帧。所选择的第一类型的帧的时域数据被认为是新帧，并且第二类型的频域数据是从所述新帧中产生的。最后，第二类型的频域数据是作为频谱显示的，其中所显示的光谱图和频谱具有互不相同的时间和频率分辨率。
当结合以上内容以及附图来阅读时，可以从后续详细描述中清楚了解本发明的目的、优点以及其他新颖性特征。
附图说明
图1是信号分析器的框图。
图2示出时域数据与帧之间的关系。
图3是信号分析器的显示屏上的频域数据的显示示例。
图4是应用了本发明的信号分析器的显示屏的显示示例。
图5是用于根据本发明的频域数据显示的流程图示例。
具体实施方式
本发明例如可以通过在图1所示的硬件上安装用于实现本发明的软件或固件来实现。由此，在下文中将本发明描述成是工作在例如图1所示的硬件上的。
图4是在当将本发明应用于信号分析器10时信号分析器10的显示屏上的显示示例。在后续描述中，与图3方框相应的方框是用相同的参考数字指示的。与图3所示的显示屏相比，图4所示的信号分析器的显示屏的区别在于：图4所示的显示屏在图形区域42的光谱图上显示了一个选择框50。
信号分析器10的(未被示出的)CPU识别那些用于产生频域数据(在下文中将其称为第一类型的频域数据)的时域数据，其中所述频域数据被包含在用选择框50选择的帧(在下文中将其称为第一类型的帧)中。CPU将所识别的时域数据视为新帧(在下文中将其称为第二类型的帧)，以便通过FFT计算以及在必要时使用DSP 26来产生新的频域数据(称为第二类型的频域数据)。在图形区域40中，新的第二类型的频域数据是作为频谱显示的。
与图3的相应频谱相比，显示在图4的图形区域40中的谱具有较高的频率分辨率以及较低的时间分辨率。但是，在图4的图形区域42中所显示的光谱图的时间和频率分辨率与图3所示的频谱的时间和频率分辨率是相同的。换言之，图4的图形区域40和42显示了两组频域数据，其中每一组都具有相应的不同时间和频率分辨率。这与图3的示例是明显不同的。
选择框50依照时间而在光谱图上清楚地指示了所选择的是哪些第一类型的帧，由此，图形区域40中的频谱与图形区域42中的光谱之间的时间关系同样是清楚的。
用户可以使用鼠标光标44通过图形操作来改变选择框50沿着时间轴的宽度。这种操作使显示在图形区域40中的频谱的频率分辨率改变。在观察所显示的频谱的同时，用户可以容易地得到最适合的频率分辨率。
字段52显示用于产生第二类型的频域数据的时域数据的数据数量(FFT点的数目)，其中所述第二类型的频域数据是作为被包含在用选择框50选择的第一类型的帧中的结果而被产生的。
相反，如果通过用鼠标光标44点击箭头按钮54或56而修改了FFT点数，那么选择框50沿着时间轴的宽度将会自动被改变。如果每个第一类型的帧都具有1024点，那么，为了FFT计算的方便，第二类型的帧的时域数据数目可以是1024乘以2^K(K是整数)。然后，通过点击箭头按钮54或56，字段52中的数字可以以类似1024的2、4、8......倍的方式改变。
图4显示了32768(＝1024×2⁴)个点作为字段52中的数字的示例。换言之，FFT计算是通过将32768个点的时域数据视为一个第二类型的帧来实施的。
作为替换，通过指定噪声带宽(NBW)或分辨率带宽(RBW)，可以改变显示在图形区域40中的频谱的频率分辨率。如果指定了其中的一个，那么信号分析器10的CPU则计算必要数据数量的时域数据，并且将计算得到的数据数量的视为一个帧(第二类型的帧)，以便通过FFT计算来产生第二类型的频域数据。
图5是根据本发明来显示频域数据的流程图示例。众多周知，信号分析器10获取被测信号的时域数据(步骤72)，并且逐帧地实施FFT计算，其中每个第一类型的帧都具有数目N1的FFT点，并且所得到的第一类型的频域数据是作为图形区域40中的频谱以及图3所示的图形区域42中的光谱图来显示的(步骤74)。
用户设置另一个FFT点数目N2，其中该点数目可以是字段52中的N1的2^K倍(步骤76)。FFT点数目N2变成了被用作新的第二类型的频域数据的一个帧的时域数据的数据数目。根据FFT点数目N2，信号分析器10计算在图形区域42中的光谱图上显示的选择框50沿着时间轴的宽度，以便显示选择框50(步骤78)。作为替换，如所述，选择框可以基于预定设置而预先显示，并且沿着时间轴的宽度是用鼠标44改变FFT点数N2来改变的。
如有必要，用户可以通过用鼠标光标44拖曳选择框50来将其移动到所期望的的时间位置(步骤80)。在初始设置中，举例来说，在图3显示屏上用标记46选择的时间位置可以被设置成选择框50沿着时间轴的宽度的中心。
当用户通过按下信号分析器10的操作板上的回车键(Enter)等等确定了用选择框50选择的第一类型的帧时(步骤82)，信号分析器10则使用所选择的第一类型的帧的时域数据作为一个帧或第二类型的帧来实施FFT计算(步骤84)。最后，从FFT点数目N2的时域数据中得到的频域数据被显示为图形区域40中的频谱。
虽然依照这里公开的优选和备选实施例公开了本发明，但是本领域技术人员可以理解，再不脱离本发明的范围的情况下，各种修改和改进都是可行的。例如，在这里可以提供别的用户接口，以此来取代所描述的选择框，从而指定用于选择第一类型的帧的时间范围。
参考符号列表
10：信号分析器
12：衰减电路
14：混频器
16：本地振荡电路
18：带通滤波器
20：下变频器
22：模数转换器
24：存储器
26：数字信号处理器
28：触发检测电路
30：显示装置
40：用于频谱的图形显示区域
42：用于光谱的图形显示区域
44：鼠标光标
46：标记
48：所选择的帧
50：选择框
52：FFT点数目设置字段
54：FFT点数目修改箭头按钮
56：FFT点数目修改箭头按钮
T_FM：帧时间长度
T_UD：帧更新时间
T_IQW：被测信号的总的时域数据