将模拟信号转换成多条时域数据流以及将流重组的制作方法

将模拟信号转换成多条时域数据流以及将流重组的制作方法
【专利摘要】通过如下步骤来处理电信号：数字化该电信号以便产生时域中的数字化数据流，其中该流具有原始(1024)频谱；将该流发送给N条信号路径(N>1)；以及在N条信号路径的每一条中降频转换和滤波该流，以便产生时域中的N条数字化数据流，其中N条流分别具有N个频谱，以及N个频谱分别覆盖原始(1024)频谱的N个不同部分。
【专利说明】将模拟信号转换成多条时域数据流以及将流重组

【技术领域】
[0001] 本发明涉及将模拟信号转换成与频谱的不同区域相对应的相对应的多条时域数 据流以及将那些数据流重组成单条时域数据流。

【背景技术】
[0002] 电子装置可以使用模数转换器（ADC)将模拟输入信号转换成数字输入信号。这种 转换可以使该装置使用像，例如，数字硬件和/或软件那样的数字电子组件处理转换的信 号。
[0003] 在某些背景下，在ADC的采样速率与数字电子装置的处理能力之间可能失配。例 如，在传统实时频谱分析仪（RTSA)中，ADC可能以比用于产生RTSA输出信号的RTSA引擎 的带宽高的速率采样模拟输入信号。因此，RTSA可能无法实时处理所有可用数据。
[0004] 不幸的是，通过传统做法提高像RTSA引擎那样的数字电子组件的处理能力一般 说来是昂贵的。于是，存在对提高结合高性能ADC使用的这些和其它数字电子组件的处理 能力的新做法的一般性需要。


【发明内容】

[0005] 依照一个代表性实施例，一种处理电信号的方法包含：数字化该电信号以便产生 时域中的数字化数据流，其中该流具有原始频谱；将该流发送给N条信号路径（N>1 ;例如， N= 2);以及在N条信号路径的每一条中降频转换（down-converting)和滤波该流，以便产 生时域中的N条数字化数据流，其中N条流分别具有N个频谱，以及N个频谱分别覆盖原始 频谱的N个不同部分。接在降频转换和滤波后面的通常是抽选（Clecimate)N条流。
[0006] 在一些实施例中，使用N个不同RTSA引擎处理N条流以便产生N个RTSA输出，以 及将N个RTSA输出同时显示在单个RTSA显示器上。在这样的实施例中，处理N条流可以 包含，例如，对N条流的每一条进行傅里叶变换以产生与N条流的每一条相对应的多个频率 区间（frequencybin),以及识别N条流当中不同流之间的重叠频率区间。另外,该方法可 以进一步包含按照重叠频率区间确定RTSA显示器内不同流的对准。此外，在这样的实施例 中，该方法可以进一步包含将同步数据嵌入N条流的每一条中，以及在每个RTSA引擎中检 查同步数据并响应同步数据在RSTA引擎之间通信以便使N条流的处理同步。
[0007] 在一些实施例中，该方法进一步包含对N条流的每一条进行傅里叶变换以产生N 条变换后的流，调整N条变换后的流的相位，级联N条变换后的流以产生级联数据流，以及 对级联数据流进行傅里叶逆变换（IFT)。
[0008] 依照另一个代表性实施例，一种配置成处理电信号的系统包含：ADC，其被配置成 数字化电信号以便产生时域中的数字化数据流，其中该流具有原始频谱；以及N条信号路 径（N>1)，其每一条被配置成降频转换和滤波数据流，以便产生时域中的N条数字化数据 流，其中N条流分别具有N个频谱，以及N个频谱分别覆盖频谱的N个不同部分。
[0009] 在一些实施例中，N条信号路径的每一条都包含配置成降频转换流的频率混合器、 和配置成滤波降频转换后的流的带通滤波器。在这样的实施例中，N条信号路径的每一条中 的频率混合器可以具有与其它N条信号路径的每一条中的频率混合器不同的LO频率。此 夕卜，在这样的实施例中，该系统可以进一步包含配置成分别处理N条流，以产生N个RTSA输 出的N个RTSA引擎、和配置成将N个RTSA输出组合成单个连贯频谱的RTSA显示处理器。 该系统还可以包含配置成显示该RTSA显示处理器产生的单个连贯频谱的显示器。
[0010] 在一些实施例中，该系统进一步包含配置成将N条流的每一条从时域变换到频域 以便调整相位，以及级联变换的N条流的组件。该组件可以进一步配置成将级联的和变换 的N条流从频域逆变换到时域。此外，变换的N条流的级联可以进一步包含对准变换的N 条流的相应频率区间以及调整所有频率区间的相位。该系统还可以包含配置成通过将同步 数据嵌入N条流的每一条中以及检查N条信号路径的每一条中的同步数据使N条信号路径 的操作同步的组件。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 当结合附图阅读时，可以最佳地从如下详细描述中了解所述实施例。在任何可应 用和可实施的地方，相同标号都表示相同元件。
[0012] 图IA是例示依照一个代表性实施例、配置成将模拟信号转换成与连贯频带的不 同部分相对应的多个时域成分的一个系统的框图；
[0013] 图IB是例示依照一个代表性实施例、配置成将模拟信号转换成与连贯频带的不 同部分相对应的多个时域成分，以及进一步配置成将多个时域成分组合成单个输出信号的 另一个系统的框图；
[0014] 图IC是例示依照一个代表性实施例、配置成将模拟信号转换成与连贯频带的不 同部分相对应的多个时域成分，以及进一步配置成将多个时域成分组合成单个输出信号的 另一个系统的框图；
[0015] 图ID是例示依照一个代表性实施例、配置成将模拟信号转换成与连贯频带的不 同部分相对应的多个时域成分，以及进一步配置成使用不同RTSA引擎处理时域成分的另 一个系统的框图；
[0016] 图2是例示依照一个代表性实施例、图ID的系统产生的数字化数据流的频谱的曲 线图；
[0017] 图3是例示依照一个代表性实施例、使用第一本地振荡器信号进行复数降频转换 之后、例示在图2中的数字化数据流的频谱的曲线图；
[0018] 图4是例示依照一个代表性实施例、使用第二本地振荡器信号进行复数降频转换 之后、例示在图2中的数字化数据流的频谱的曲线图；
[0019] 图5是例示依照一个代表性实施例、进行低通滤波和抽选之后、例示在图3中的数 字化数据流的频谱的曲线图；
[0020] 图6是例示依照一个代表性实施例、进行低通滤波和抽选之后、例示在图4中的数 字化数据流的频谱的曲线图；
[0021] 图7A是例示依照一个代表性实施例、图ID的系统中的RTSA显示处理器的操作的 概念图；
[0022] 图7B是例示依照一个代表性实施例、图ID的系统中的RTSA显示器的操作的概念 图；
[0023] 图8A是例不依照一个代表性实施例、图ID的系统中的批处理模式同相/正交 (IQ)对处理器的操作的概念图；
[0024] 图8B是例示依照一个代表性实施例、图ID的系统中的批处理模式IQ对处理器的 操作的另一个概念图；
[0025] 图9是例示依照一个代表性实施例、操作图IA的系统的方法的流程图；
[0026] 图IOA是例示依照一个代表性实施例、操作图IB的系统的方法的流程图；
[0027] 图IOB是例示依照一个代表性实施例、操作图IC的系统的方法的流程图；以及
[0028] 图11是例示依照一个代表性实施例、操作图ID的系统的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0029] 在如下详细描述中，为了说明而非限制的目的，将给出公开具体细节的代表性实 施例，以便使人们可以全面理解本教导。但是，对于从本公开中获益的本领域普通技术人员 来说，显而易见，偏离本文公开的具体细节的按照本发明教导的其它实施例仍然在所附权 利要求书的范围之内。此外，可能省略对众所周知装置和方法的描述，以便不埋没对示范性 实施例的描述。这样的方法和装置显然在本发明教导的范围之内。
[0030] 本文所使用的技术只是为了描述具体实施例的目的而无意限制。所定义的术语另 外还具有如在本教导的【技术领域】内通常所理解和接受的所定义术语的科学和技术含义。如 在说明书和所附权利要求书中所使用，术语"一个"、"一种"和"该"包括单数和复数指代物 两者，除非上下文另有明确指定。因此，例如，"一个设备"包括一个设备和多个设备。
[0031] 所述实施例一般涉及将模拟信号转换成每一条代表连贯频谱的不同部分的多条 不同时域数据流的技术。这些技术可以用在，例如，以相对高速数字化模拟信号，以及要求 以相应高速，例如，实时地处理所得数据流的背景下。作为一个例子，假设ADC以对于单个 RTSA引擎来说更高的速率生成数字化数据。在这些情况下，所述技术可以用于将数字化数 据转换成每一条只代表原始数据的频谱的一部分的两条不同时域数据流。然后可以由两个 不同RTSA引擎分开处理两条不同流，以及可以组合两个引擎的RTSA输出数据以得出原始 数据流的表示。
[0032] 图1A-1D是例示依照各种代表性实施例、配置成将模拟信号转换成与连贯频带的 不同部分相对应的多个时域成分的不同系统的框图。在图IB和IC的实施例中，该系统被 配置成将多个时域成分组合成单个输出信号。在图ID的实施例中，该系统被配置成使用不 同RTSA引擎处理时域成分。
[0033] 参照图1A，系统100A包含ADC105、第一复数数控振荡器（NCO) 110、第一混合器 115、第二复数NC0120、第二混合器125、第一滤波器130、和第二滤波器135。
[0034] 在典型操作期间，ADC105接收模拟输入信号（S卩，电信号），以及数字化该信号以 产生标记为流Sl的数字化数据流。流Sl处在时域中，具有由模拟输入信号的频率内容和 ADC105像其采样速率那样的工作特性两者决定的频谱。流Sl的频谱被称为原始频谱，其它 数据流的频谱将从原始频谱中导出。
[0035] 在例示在图1A-1D中的例子中，假设感兴趣的模拟输入信号具有877. 5MHz的中 心频率以及510MHz的带宽（BW)，因此它的频谱范围从622. 5到1132. 5MHz。进一步假设 ADC105以2400兆个样本每秒（Ms/s)的速率进行采样。换句话说，它的采样频率（Fs)等于 2400MHz。出现在本描述中的这些和其它数值仅仅是旨在使人们清楚理解所述概念的例示， 而不要理解为限制所述实施例。
[0036] 将数字化数据流从ADC发送给多条信号路径。在本例中，信号路径的数量是两条， 但一般说来，可以是大于1的任何整数N(N>1)。在第一信号路径中，第一混合器115降频转 换流S1，以产生具有从原始频谱中导出的第一频谱的数字化流S2。第一混合器115按照第 一复数数控振荡器（NCO) 110产生的本地振荡器（LO)信号进行降频转换。在第二信号路径 中，第二混合器125降频转换流S1，以产生具有从原始频谱中导出的第二频谱的数字化流 S3。第二混合器125按照第二复数NC0120产生的LO信号进行降频转换。
[0037] 在例示在图1A-1D中的例子中，假设第一复数NC0110产生频率为750MHz的复数 LO信号，以及第二复数NC0120产生频率为1004. 296875MHz的复数LO信号。因此，第一混合 器115降频转换流S1，以便与流S2相联系的第一频谱具有877. 5MHz-750MHz，或127. 5MHz 的中心频率。类似地，第二混合器125降频转换流S1，以便与流S3相联系的第二频谱具有 877. 5MHz-1004. 296875MHz，或-126. 8MHz的中心频率。由于2400MS/s的仅实部采样速率， 所以尽管感兴趣的信号具有510MHz的带宽，但流Sl具有1200MHz的总带宽。由于复数降 频转换，所以尽管感兴趣的信号的带宽仍然是510MHz，但流S2和S3具有2400MHz的总带 宽。接着，将流S2和S3分别发送给第一滤波器130和第二滤波器135。第一滤波器130将 低通滤波应用于流S2,并按1/8抽选滤波数据流，以产生流S4。第二滤波器135将低通滤 波（或中心在OMHz上的带通滤波）应用于流S3,并按1/8抽选滤波数据流，以产生流S5。 作为滤波的后果，流S4具有与原始频谱的低部相对应的第三频谱，以及流S5具有与原始频 谱的高部相对应的第四频谱。作为抽选的后果，流S4和流S5两者具有300MHz的复数采样 频率。换句话说，按1/8抽选S2和S3的复数采样频率Fs= 2400MS/S，得出新复数采样频 率Fs= 300MS/s。
[0038] 如从图IBUC和ID的描述中所明显看到，可以处理以及随后组合流S4和流S5,以 便得出与模拟输入信号相对应的单个输出。与原始频谱的各自低部和高部相对应的两条分 开数据流的处理可以被视作是对处理单条信号路径中的流Sl的一种替代。这种替代做法 的潜在好处是，即使流Sl的整个带宽超过单条路径中的电子组件的处理能力，也可以跨过 那个带宽地处理。
[0039] 参照图1B，系统100B与图IA的系统100A类似，除了进一步包含如下组件之外： 处理组件PU处理组件P2、第三混合器145、第四混合器155、第三NC0140、第四NC0150、和 组合器160。处理组件Pl和P2可以对各自流S4和S5进行各种形式的处理，以得出时域 中的相应输出流。第三和第四混合器145和155对处理组件Pl和P2输出的各自数据流进 行升频转换和降频转换，以得出具有与原始频谱相对应的频谱的数据流。更具体地说，第 三混合器145利用与第一混合器115的L0(例如，750MHz)减去原始信号中心频率（例如， 877. 5MHz)或-127. 5MHz相对应的LO进行降频转换，以及第四混合器155利用与第二混合 器125例如，1004. 296875MHz)减去原始信号中心频率（例如，877. 5MHz)或+126. 8MHz相 对应的LO进行升频转换。最后，组合器160组合第三和第四混合器145和155产生的各自 数据流，以得出与模拟输入信号相对应的时域数据流。
[0040] 参照图1C，系统100C与图IA的系统100A类似，除了进一步包含如下组件之外： 处理组件pi、处理组件P2、第一FFT块146、第二FFT块156、组合器161和IFFT块162。处 理组件Pl和P2可以对各自流S4和S5进行各种形式的处理，以得出时域中的相应输出流。 第一和第二FFT块146和156将时域数据流转换到频域。组合器161通过重排和级联第一 和第二FFT块146和156产生的频率区间和调整它们的相位以便得出与原始频谱相对应的 频谱，简单地地对处理组件Pl和P2输出的各自数据流进行升频转换或降频转换。组合器 161还将允许精确转换回到时域的数值填入频谱在感兴趣频带之外的丢失区域中。最后， IFFT块161将组合谱转换回到时域，以得出与模拟输入信号相对应的时域数据流。
[0041] 参照图1D，系统100D与图IA的系统100A类似，除了进一步包含如下组件之外： 第一RTSA引擎165、第二RTSA引擎170、RTSA频率显示处理器175、RTSA频率显示器180、 和批处理模式IQ处理器185。
[0042] 第一和第二RTSA引擎165和170对各自流S4和S5执行各种RTSA处理功能。这 些功能可以采取在现有技术中已知的各种可替代形式的任何一种形式，如本领域的普通技 术人员所懂得，可以按照特定应用和实现选择它们。作为那些功能的后果，第一RTSA引擎 165产生频域流S6和时域流S8。类似地，第二RTSA引擎170产生频域流S7和时域流S9。 流S7可以与流S4相同，或可以是第一RTSA引擎165选择的S4当中的样本的某个子集。流 S9可以与流S5相同，或可以是第二RTSA引擎170选择的S5当中的样本的某个子集。
[0043]RTSA频率显示处理器175处理频域流S6和S7,以得出要显示在RTSA频率显示器 180上的数据。在图7A和7B中例示了RTSA频率显示处理器175和RTSA频率显示器180 的操作的例子。
[0044]RTSA频率显示处理器190处理频域流S8和S9,以得出要显示在RTSA频率显示器 195上的数据。这可以是两个时域显示器，如本领域的普通技术人员所理解配置成功率与时 间之间的关系的流S8和S9各一个。
[0045] 批处理模式IQ处理器185处理时域流S8和S9,以得出IQ对数据。IQ对数据使 带宽的整个510MHz可以在时域中得到显示或或作为单个连贯信号来分析。一旦组合了时 域数据流，主处理器就可以如与在RTSA频率处理内允许的相应较小FFT大小相反，对IQ对 进行任何大小的FFT。例如，一个示范性RTSA可以进行最大1024个点的FFT。批处理模式 处理器可以在可以提供较高频率分辨率和压低噪声本底的单次FFT中完成多达128K或更 多个点。在图8A中例示了批处理模式IQ处理器185的操作的一个例子。在图8B中例示 了批处理模式IQ处理器185的操作的一个可替代例子。
[0046] 图2-6是例示依照一个代表性实施例、图ID的系统中的流S1-S9的频谱的曲线 图。这些曲线图提供了一个操作例子的数值，以便例示系统100D的功能。但是，不要将这 些数值理解为限制系统100D或其它实施例。
[0047] 图2是例示依照一个代表性实施例、流Sl的频谱的曲线图。
[0048] 参照图2,流Sl具有中心频率为877. 5MHz和带宽为从622. 5MHz到1132. 5MHz的 510MHz的频谱。频谱的低部通过参考符号"w"和"X"界定，频谱的高部通过参考符号"y" 和"z"界定。低部可以称为频谱w-x，高部可以称为频谱y-z。流SI具有仅实部采样频率 Fs= 2400MS/S，它只包含实部数据，S卩，零相位的振幅。
[0049] 图3是例示依照一个代表性实施例、流S2的频谱的曲线图。
[0050] 参照图3,流S2通过将流Sl与750MHz的复数LO混合，以便所得降频转换频谱w-x 以OMHz为中心和具有在127. 5MHz和-127. 5MHz上的各自高频和低频而产生。如图3所例 示，随后由分别具有128. 2MHz和-128. 2MHz的高低截止频率的低通滤波器滤波流S3。这种 滤波在基本上除去流S2的其它频率成分的同时保留了降频转换频谱w-x。流S2具有复数 采样频率Fs= 2400MS/S，它包含复数数据，S卩，IQ数据。
[0051] 图4是例示依照一个代表性实施例、流S3的频谱的曲线图。
[0052] 参照图4,流S3通过将流Sl与1004. 296875MHz的LO混合，以便所得降频转换频 谱y-z近似以OMHz为中心和具有在128. 2MHz和-126. 8MHz上的各自高频和低频而产生。 如图4所例示，随后由分别具有128. 2MHz和-128. 2MHz的高低截止频率的低通滤波器滤波 流S4。这种滤波在基本上除去流S3的其它频率成分的同时保留了降频转换频谱y-z。流 S3具有复数采样频率Fs= 2400MS/S，它包含复数数据，目卩，IQ数据。
[0053] 图5是例示流S4、S6和S8的频谱的曲线图。尽管在系统100D中，流S4和S8处 在时域中，而流S6处在频域中，但这些数据流的每一条具有基本相同的频谱。
[0054] 参照图5,该例示性流具有中心频率在OHz上以及高频和低频在150和-150MHz上 的频谱，同时感兴趣的信号w-x从127. 5MHz延伸到-127. 5MHz。该例示性数据流具有作为 第一滤波器130进行抽选的后果的300MHz的复数采样频率。因为图4的低通滤波截止频 率延伸到128. 2MHz，所以存在从+127. 5MHz到+128. 2MHz的谱段y-z的一小部分。
[0055] 图6是例示流S5、S7和S9的频谱的曲线图。尽管在系统100D中，流S5和S9处 在时域中，而流S7处在频域中，但这些数据流的每一条具有基本相同的频谱。
[0056] 参照图6,该例示性数据流具有中心频率近似在OHz上以及高频和低频在150 和-150MHz上的频谱，同时感兴趣的信号y-z从+128. 2MHz延伸到-126. 8MHz。该例示性数 据流具有作为第二滤波器135进行抽选的后果的300MHz的复数采样频率。因为图4的低 通滤波截止频率延伸到-128. 2MHz，所以存在（从-126. 8MHz到-128. 2MHz的谱段w-x的一 小部分。图5和图6中的每个频谱存在与其它频谱的重叠部分的事实是获取以后重组数据 流所需的信息所必不可少的。图7A是例示依照一个代表性实施例、图ID的系统中的RTSA 频率显示处理器175的操作的概念图。图7B是例示依照一个代表性实施例、图ID的系统 中的RTSA频率显示器180的操作的概念图。总的说来，图7A和7B例示了如何处理和组合 处在频域中的流S6和S7,以便为RTSA频率显示器180产生显示数据。
[0057] 参照图7A，流S6由第一RTSA引擎165对时域流S4进行快速傅里叶变换（FFT)而 产生。在例示的例子中，FFT将流S4映射到跨过-150MHz到150MHz之间的频率范围的频率 区间。在这些情况下，每个频率区间跨越300MHz/1024 = 292. 96875KHZ。在1024个频率区 间当中，RTSA频率显示处理器175使用871个区间为RTSA频率显示器180产生显示数据。 如表示它们相对于流S6的频谱的地点的短线条所指示,这些区间被标记成-435到435区 间。
[0058] 类似地，流S7由第二RTSA引擎170对时域流S5进行FFT，以便将其映射到跨 过-150MHz到150MHz之间的频率范围的1024个频率区间而产生。在那1024个频率区间 当中，RTSA频率显示处理器175使用871个区间为RTSA频率显示器180产生显示数据。如 表示它们相对于流S7的频谱的地点的短线条所指示,这871个区间被标记成-435到435 区间。可替代地，也可以保留（也标记）-433到437区间用于显示。
[0059] 如流S7的频谱中的标记"X"所指示，在与流S6相联系的一些频率区间与与流S7 相联系的一些频率区间之间存在重叠。在下表1中指出了这种重叠的地点。当重组在系统IOOD的分开信号路径中处理的、原始频谱的各自低部和高部，例如，以便显示在RTSA频率 显示器180上时，可以使用该重叠来确认它们是否适当对准了。在低部和高部适当对准的 情况下，重叠频率区间应该具有基本相同的数值。换句话说，它们应该相互基本重复。
[0060]表 1
[0061]

【权利要求】
1. 一种处理电信号的方法（1000A)，包含： 数字化该电信号以便产生时域中的数字化数据流，其中该流具有原始（1024)频谱； 将该流发送给N条信号路径（N>1);以及 在N条信号路径的每一条中降频转换和滤波该流，以便产生时域中的N条数字化数据 流，其中N条流分别具有N个频谱，以及N个频谱分别覆盖原始（1024)频谱的N个不同部 分。
2. 如权利要求1所述的方法（1000A)，进一步包含抽选该N条流。
3. 如权利要求1所述的方法（1000A)，进一步包含： 使用N个不同实时频谱分析仪（RTSA)引擎处理N条流以便产生N个RTSA输出；以及 将N个RTSA输出同时显示在单个RTSA显示器上。
4. 如权利要求3所述的方法（1000A)，其中处理N条流包含： 对N条流的每一条进行傅里叶变换以产生与N条流的每一条相对应的多个频率区间 (3);以及 识别N条流当中不同流之间的重叠频率区间（3)。
5. 如权利要求4所述的方法（1000A)，进一步包含按照重叠频率区间（3)确定RTSA显 示器内不同流的对准。
6. 一种配置成处理电信号的系统（100A)，包含： 模数转换器ADC (105)，其被配置成数字化该电信号以便产生时域中的数字化数据流， 其中该流具有原始（1024)频谱；以及 N条信号路径（N>1)，其每一条被配置成降频转换和滤波该流，以便产生时域中的N条 数字化数据流，其中N条流分别具有N个频谱，以及N个频谱分别覆盖频谱的N个不同部分。
7. 如权利要求6所述的系统（100A)，其中N条信号路径的每一条包含配置成降频转换 该流的频率混合器、和配置成滤波降频转换后的流的带通滤波器。
8. 如权利要求6所述的系统（100A)，其中，N条信号路径的每一条中的频率混合器具 有与其它N条信号路径的每一条中的频率混合器不同的本地振荡器（L0)频率。
9. 如权利要求6所述的系统（100A)，进一步包含： 配置成分别处理N条流，以产生N个实时频谱分析仪RTSA输出的N个RTSA引擎；以及 配置成将N个RTSA输出组合成单个连贯频谱的RTSA显示处理器。
10. 如权利要求9所述的系统（100A)，进一步包含配置成显示该RTSA显示处理器产生 的单个连贯频谱的显示器。
【文档编号】H03M1/12GK104426550SQ201410347573
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】R.A.博多 申请人:是德科技股份有限公司