CN1226006A - 使用频谱分析仪的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种自动设置参考电平的方法。变频器13的输出被分支,分支输出由另一变频器33变频,由AD转换器31转换成数字信号,存储在存储器35中。读出该数字数据,查看AD转换器31是否溢出。如果是,则第一级衰减器12的衰减量从初始设置值增加,以再次采集数据。如果否,则查看该数字数据的峰值是否在AD转换器31的满刻度的85%—65%的范围内,如果否,则执行计算以增加/减小放大器15的增益。如果是,则这个值被置为参考电平。

Description

使用频谱分析仪的测量方法

本发明涉及一种使用频谱分析仪的测量方法，更详细地说，涉及一种用来设置频谱分析仪输入电平(参考电平)的方法、一种用来测量输入信号的载波功率的方法和一种用来测量到相邻信道的乱真(spurious)功率或泄漏功率的方法。

在一种常规的使用频谱分析仪的测量方法中，需要设置输入电平，即频谱分析仪的参考电平，从而可执行适当的测量。对于这种设置，该频谱分析仪被保持在一种扫描状态，并且在输入级中调整可变衰减器，来观察在显示器上所显示的测量电平，以将二次谐波维持在不变状态。即，通过这种调整操作，由第一级变频装置所产生的二次失真可被忽略，并且在第一级变频装置中的输入信号维持在不失真状态。

在测量到相邻信道中的乱真功率或泄漏功率的情况下，首先测量输入信号的载波功率。在载波功率的测量中，载波功率由所谓的采样检测器得到，其中频率分析器的测量中心频率与该输入信号的载波频率相匹配，并且通过所设置的扫描速率确定的、在该显示器屏幕频率轴上的指示被采样，以根据在该频率处的每一采样值计算功率。

在此之后，在该频谱分析仪保持为频率扫描模式的状态下，搜索乱真信号以测量乱真功率。或者，根据在频率扫描模式中的输入信号，测量所规定的到相邻信道的泄漏功率。

所测量的到相邻信道的乱真功率或泄漏功率被转换为如上所述所得到的相对于载波功率的相对值。检验到相邻信道的该乱真功率或泄漏功率的相对值是否小于预定值，以判断该测量结果的优或劣。

如上所述，在已有技术中，操作员通过将频谱分析仪的参考电平设置为例如最小值，来观察二次失真功率，并且此后手动变化该参考电平，直至它的二次失真功率变为固定值(不变化状态)，并且将二次失真功率为固定的参考电平用作适当的参考电平，即输入电平。因此存在的问题是，为了设置适当的参考电平，需要长的时间和大的工作负荷。

另外，在已有技术中，如上所述，通过采样检测器来测量载波功率。在该采样检测器中，因为该采样值具有相对较宽的分散(dispersion)，所以进行多次扫描操作以得到该采样值的平均值，并且该平均值被用作载波功率的测量值。

但是，因为在采样检测器中，如前所述在显示器中所显示的采样数据被使用，即，利用检波器检测对数放大器的输出，并且使用该被检测的输出的采样数据，所以为了避免对数放大器和检波器的误差的影响，载波功率是通过对多次扫描操作结果取平均值而得到的。如上所述，在已有技术中，因为必须进行多次扫描操作，所以在测量载波功率中，存在需要长的时间和大的工作负荷的缺点。

本发明的目的是提供一种使用频率分析器的测量方法，其中该频谱分析仪的参考电平可以自动地被设置。

本发明的另一目的是要提供一种使用频谱分析仪的测量方法，其中输入信号的载波功率可在短的时间内被准确地测量，而不需多次扫描操作。

根据本发明，在该频谱分析仪中用来频率选择的变频装置的输出被分支，被分支的输出被转换为数字数据，进行检测以查看用来将该被分支输出转换为数字数据的AD转换装置是否溢出，如果AD转换装置溢出，则频谱分析仪的第一级电平调整装置被调整以防止出现溢出。这样，参考电平被自动地设置。

另外，在该电平调整装置的调整之后，用于频率选择的变频装置的输出电平以比第一级电平调整装置的调整单位要小的单位而被调整，使得该数字数据的峰值落入AD转换装置的满刻度中的预定范围内，即，使得AD转换装置的输入电平总是在该AD转换装置的适当输入电平范围内。

在载波功率的测量中，由用于频率选择的变频装置所选择的频谱分析仪的测量中心频率被置为输入信号的载波频率，并且停止测量频率的扫描，该输入信号的载波功率由该数字数据而计算。

或者，该数字数据被调制，并且根据该调制数据，对于对输入信号所预定的数字数据的采样来计算载波功率。

在测量中心频率被置为输入信号的载波频率的状态下扫描测量频率，以测量到相邻信道的乱真功率或泄漏功率。

对应于输入信号的标准化模板根据该载波功率而被显示，并且由扫描该测量频率所测量的频谱与该模板相重叠地被显示。

附图的简要说明

图1的框图示出了根据本发明的测量方法的第一实施例的频谱分析仪的具体例子；

图2的流程图示出了自动设置图1所示的频谱分析仪的参考电平的处理过程的一个例子；

图3示出了模板和测量频谱重叠显示的一个例子；

图4的框图示出了应用本发明的测量方法的第二实施例的频谱分析仪的一个具体例子。

下面将结合附图详细说明本发明的测量方法。

图1的框图示出了应用本发明的测量方法的第一实施例的频谱分析仪的具体例子。该频谱分析仪包括：用来调整从输入端11所提供的输入信号的电平的可变衰减器12，用于频率选择的变频器(后面简称为变频器)13，其输入信号的电平由可变衰减器12调整，扫描振荡器14用来向变频器13提供本地信号，和可变增益放大器15，其输入信号的频率由扫描振荡器14所提供的本地信号所变换。

可变衰减器12作为第一级电平调整装置。第一级变频器13包括用来将输入信号与来自扫描振荡器14的本地信号相混频、以产生具有在输入信号和本地信号之间的相加频率或相差频率的信号的混频器16，和用来通过混频器16的输出信号的预定差(或和)频段分量的带通滤波器(RBPF)17。通过带通滤波器17的差(或和)频信号被提供给可变增益放大器15。该可变增益放大器15起中间级电平调整装置的功能。

可变增益放大器15的输出被提供给对数放大器18，并且由对数放大器18来压缩/放大该输出的电平范围。由对数放大器18放大的输出被检波器19检波，并且检波器19的检波输出通过视频带通滤波器(VBPF)21提供给显示器22。

当通过诸如键盘等的输入装置23将测量频段、测量带宽、扫描速率、测量模式和参考电平等输入到CPU(中央处理单元)24并将其设置在其中时，响应于这些数据的输入，CPU 24根据程序执行处理，以控制例如扫描信号发生器25，扫描振荡器14的振荡频率由扫描信号产生器25产生的扫描信号控制。此外，显示器22由该扫描信号所控制而在显示器22中显示该输入信号的频谱。

当频谱分析仪的参考电平由输入装置23设置时，CPU 24相应地控制可变衰减器12和可变增益放大器15，以压缩或展宽该输入信号电平的动态范围。另外，虽然图1中未示出，但该可变增益放大器15的输出通常被一次或多次地变频，并且随后提供给对数放大器18。另外，还可存在该视频带通滤波器21的输出被转换为数字数据并存储在存储器中，随后该数字数据被提供给显示器22以在其上显示的情况。上述构成与常规频谱分析仪是相同的。

在应用本发明的测量方法的图1所示的频谱分析仪中，可变增益放大器15的输出被分支，并由AD(模-数)转换器31转换成数字数据。在这种情况下，为了使被分支输出的频率具有可由AD转换器31所转换的频率，即为了使得分支输出的频率小于AD转换器31的采样频率的1/2频率，则该频谱分析仪应这样来构成，即来自可变增益放大器15的分支输出如果需要的话通过半固定增益放大器32提供给变频器33，在这里利用来自本地振荡器34的本地信号对分支输出进行变频，并且随后将被变频的输出信号提供给AD转换器31。变频器33包括用来将来自半固定增益放大器32的输出信号与来自本地振荡器34的本地信号相混合以将该输出信号转换为具有该输出信号和本地信号的差或和频率的信号的混频器33b，和用来通过该混频器的输出信号的预定低频分量的低通滤波器33a。另外，低通滤波器33a禁止具有等于或高于AD转换器31的采样频率的1/2的频率分量输入到AD转换器31中。

来自AD转换器31的数字数据一旦被存储在存储器35中，则由DSP(数字信号处理器)36来处理该数字数据。

首先由DSP 36执行参考电平的设置处理，即适当设置输入信号的动态范围。例如，如图2所示，在初始化中，第一级可变衰减器12的衰减量ATT被置为0dB(ATT=0dB)，可变增益放大器15的增益G被置为该控制范围的中间点GM，测量中心频率被置为输入信号的载波频率fc，扫描宽度(span)被置为0(零)，而N(设置次数)被置为1(步骤S1)。另外，还能够通过执行频率扫描得到输入信号，并能够得到峰值电平，并且随后自动获得该输入信号的载波频率。

在该初始化之后，输入信号被输入AD转换器31，并且从AD转换器31输出的数字信号被存储在存储器35中(步骤S2)。在存储器35中存储的数字信号被读出，并且检验该AD转换器31是否溢出(步骤S3)。如果AD转换器31溢出(是)，则将该溢出通知CPU 24(步骤S4)。在步骤S4中，CPU 24将衰减量ATT置为预定值，即，例如，20dB(ATT=20dB)，这是将20dB加到初始设置值0dB所得的值，并且该处理返回到步骤S2。因此，进入AD转换器31的输入信号具有从原始输入电平衰减20dB的电平值。

在步骤S3，如果AD转换器未溢出(否)，则检验所获取的数字数据的峰值是否是在AD转换器31的满刻度的预定的适当范围之内，即，例如在AD转换器31的满刻度的85％-65％的范围之内(步骤S5)。如果该峰值未在该预定范围内(否)，则N递增1(步骤S6)，并且随后检验N是否变为预定值，例如10(步骤S7)。如果N不是10(否)，则计算为了使得该信号电平在该预定的范围内，该信号电平将应增加/减少多少dB(步骤S8)。然后，将计算结果通知CPU 24(步骤S9)。在步骤S9中，CPU 24将该计算结果加到可变增益放大器15的增益G的控制范围的中点值GM，或从可变增益放大器15的增益G的控制范围的中点值GM中减去该计算结果，并且随后处理返回到步骤S2。

在步骤S5中，如果该峰值是在预定范围内(是)，则CPU 24被通知参考值已被设置并且处理结束(步骤S10)。在步骤S7，如果N变为预定值(是)，则CPU 24被通知该N已变为预定值(步骤S11)。在步骤S11中，CPU输出指示参考电平未适当设置的错误指示，并且处理结束。

另外，如上所述，即使该数字数据的峰值被判断为是在AD转换器31的满刻度之内，输入信号电平也可能有时在频率转换器13中被失真。峰值系数(crest factor)(信号峰值与功率之比)根据诸如GSM(Global System for Mobilecommunication，移动通信特别研究组)、DECT(Digital Enhanced cordlessTelecommunications，数字增强无绳电话)、CDMA(Code Division MulipleAccess，码分多址)之类的通信模式而大致地确定。因此，对于每一通信模式来调整半固定增益放大器32的增益，从而当具有适当电平的信号被输入到变频器13中时，AD转换器31的输入为最佳(该数字数据的峰值是在AD转换器31的满刻度的85％-65％的范围内)。

另外，如果输入信号是脉冲串波(burst wave)时，决定送入存储器35中的数据长度，使得该脉冲串波的整个长度送入存储器35中。例如，在GSM的情况中，因为0.57ms的脉冲串信号在4.165ms之内，所以在4.165ms的周期内获得的输入信号中检测脉冲串波的峰值。在DECT的情况中，输入信号在10ms的周期内获得。在连续波的情况中，输入信号在预定的时间长度内获得。

在参考电平如上所述被设置之后，例如执行该输入信号的载波功率的测量。这里，假定在该参考电平被设置的状态下，进入存储器35的数字数据数为n，每一数字数据值为Di(i=1,2,…,n)，可变衰减器12的衰减量置为ATT(dB)，可变增益放大器15的增益置为G(dB)，在可变衰减器12及可变增益放大器15设置的值的量和衰减及增益的实际值的量之间的差(校正值)为CAL(如有必要通过在先校准和再次校准而得到)，载波Pc由下式来计算： $\mathrm{Pc}=10\log \left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{Di}}^2}{n}\right)+\mathrm{ATT}+G+\mathrm{CAL}$ 另外，半固定放大器32的增益包括在CAL中。

可变衰减器12可以10dB为单位变化。该可变增益放大器的增益的可变单位要足够小于可变衰减器12的可变单位。即使当输入电平小于0dB时，ATT也可能有时被固定为10dB。在这种情况下，在图2的步骤1的初始化中，ATT被置为ATT=10dB。

在某些通信模式中已规定了测量方法。在这种情况中，根据规定的测量方法来测量载波功率。例如，在GSM情况中，利用DSP 36，从由存储器35中读出的数字数据中提取和解调脉冲串部分。随后从解调数据中检测同步字。然后使用该同步字前面的62位-148位的数字数据部分(称之为有效部分)计算该载波功率。这种处理在标准中被规定。

在DECT的输入数据的情况中，利用具有从同步字的前端位置开始的脉冲串长度的数字数据来计算该载波功率。在PDC(个人数字蜂窝)中，计算一帧的平均功率，并且该平均功率乘以20/6.25以得到用于脉冲串ON持续期间的载波功率。

在测量到相邻信道的乱真功率或泄漏功率的情况中，所测量的载波功率Pc被通知给CPU 24，这里该载波功率Pc被作为频谱分析仪的参考电平而被设置，并且在扫描模式中测量输入信号。该测量的输出，即图1中所示的视频波段滤波器21的输出被提供给显示器22，在这里例如图3中所示的曲线41的波形被显示出来。换句话说，显示指出了最普通的频谱指示。

在图3的例子中，标准模板42被显示，并且根据测量功率Pc覆盖在曲线41上。在GSM的情况中，当该载波功率Pc等于或大于43dBm时，在与载波频率fc相隔±100kHz的频率处输入信号功率为0.5dBc，在相隔±200kHz的频率处输入信号功率为-30dBc，在相隔±250kHz的频率处为-33dBc，在相隔±400kHz的频率处为-60dBc，而相隔±600-1200kHz的频率处为-70dBc。由直线将这些点相连成而绘制的曲线是如图3所示的标准模板的曲线42。

如果如图所示测量的频谱功率曲线41是在模板42的内侧(下侧)，则在其到相邻信道的乱真功率和泄漏功率方面，该输入信号被确定为优。如果该被测量频谱功率曲线41具有模板42的部分或外面部分，则在其到相邻信道的乱真功率和泄漏功率方面，该输入信号被确定为劣。

除了如上所述将测量频谱值与模板相比较之外，在预定频率处的到相邻信道的乱真功率和/或泄漏功率被测量，并且该测量值和载波功率Pc可以用数字来显示。或者，还可以显示在每一测量值和载波功率Pc之间的差。在这种情况中，还可以显示是否每一差值满足该标准。

图4的框图示出了应用本发明的该测量方法的第二实施例的频谱分析仪的一个具体例子。图4中与图1中对应的部分或元件具有与图1的部分或元件相同的标号，并且除非必要，省略对这些部分或元件的说明。

图4示出了这样构成的频谱分析仪：输入信号从变频器13的前级侧分支并输入到功率表44，在这里输入信号的载波功率被测量，并将所测量的功率值通知CPU 24。另外在这种情况中，CPU 24将所通知的载波功率作为参考电平。

因为通过上述结构也可以得到与前面实施例相同的功能和效果，所以省略其说明。

根据本发明从上述说明可知，因为频谱分析仪的参考电平可自动设置，所以用来设置参考电平的时间和工作负荷可明显降低。

另外，因为根据从输入信号所转换的数字数据来计算载波功率的测量值，所以不需要反复的扫描计算，因而可降低测量时间。另外，该测量不受对数放大器18和检波器19的误差的影响，因而可以准确地计算载波功率。例如，根据该通信模式，仅仅有用部分的功率可从被解调数据中被测量。即，可准确地测量标准载波功率。

当测量到相邻信道的乱真功率和泄漏功率时，载波功率被置为参考电平，因此可增大动态范围。

Claims (8)

1．一种使用频谱分析仪的测量方法，包括下列步骤：

分支用来在所述频谱分析仪中进行频率选择的变频装置的输出；

将被分支的输出转换为数字数据；

检验用来将被分支的输出转换为数字数据的AD转换装置是否溢出；和

如果所述AD转换装置溢出，则调整所述频谱分析仪的第一级电平调整装置，以防止出现溢出。

2．如权利要求1所述的使用频谱分析仪的测量方法，其中在所述第一级电平调整装置的调整之后，用于频率选择的所述变频装置的输出电平以小于所述第一级电平调整装置的调整单位进行调整，从而使得数字数据的峰值落入所述AD转换装置的满刻度的预定范围之内。

3．如权利要求1或2所述的使用频谱分析仪的测量方法，其中由用于频率选择的所述变频装置所选择的所述频谱分析仪的测量中心频率被置为输入信号的载波频率，并且中止测量频率的扫描，并且根据该数字数据计算输入信号的载波功率。

4．如权利要求1或2所述的使用频谱分析仪的测量方法，其中该数字数据被解调，并且根据解调的数据，对于对输入信号所预定的数字数据的采样计算载波功率。

5．如权利要求3或4所述的使用频谱分析仪的测量方法，其中在测量中心频率被置为输入信号的载波频率的状态下扫描测量频率，以测量到相邻信道的乱真功率或泄漏功率。

6．如权利要求5所述的使用频谱分析仪的测量方法，其中对应于该输入信号的标准模板根据该载波功率而被显示，并且由扫描该测量频率所测量的功率值与该模板相重叠而被显示。

7．如权利要求5或6所述的使用频谱分析仪的测量方法，其中在通过频率扫描来进行测量时，在所述频谱分析仪中将所测量的载波功率设置为参考电平。

8．一种使用频谱分析仪的测量方法，包括下列步骤：

在所述频谱分析仪中提供功率表；

从所述频谱分析仪中的用于频率选择的变频装置的前级侧分支输入信号，以将被分支的输入信号提供给所述功率表；

将所述功率表测量的功率值设置为所述频谱分析仪的参考电平。

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