信号处理方法和信号处理系统与流程

本发明总体上涉及一种用于从数字输入信号中选择性地去除噪声的信号处理方法。本发明还涉及一种信号处理系统。

背景技术：

1、噪声系数是对于表征操作中的被测设备(例如诸如用户终端设备或任何其他信号处理设备的通信设备)的行为来说感兴趣的度量。

2、如果对特定被测设备的噪声要求非常严格，也就是说，被测设备可能仅生成少量噪声以便通过某项测试，则测量设备本身生成的附加噪声可能高度相关。

3、降低信号链的整体噪声水平的降噪技术是已知的。然而，这些技术不在不同的噪声源之间进行区分，使得被测设备生成的噪声也可能无意地被降低。因此，无法利用这些技术精确测量被测设备的噪声系数。

4、解决这个问题的方法是使用具有特别低的固有噪声水平的高质量的测量仪器。然而，这种测量仪器相当昂贵。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种信号处理方法以及一种信号处理系统，该信号处理方法和信号处理系统允许对被测设备的噪声贡献进行成本有效的评估。

2、根据本发明，该问题通过一种用于从数字输入信号中选择性地去除噪声的信号处理方法来解决。该方法包括以下步骤：

3、-接收被测设备的数字输入信号；

4、-确定对数字输入信号的噪声的dut噪声贡献，其中dut噪声贡献与源自被测设备的噪声相关联；

5、-将数字输入信号的噪声水平降低到所确定的dut噪声贡献的噪声水平，从而获得噪声降低的输出信号；以及

6、-向测量应用提供噪声降低的输出信号以便进行另外的处理。

7、根据本发明的信号处理方法基于从数字输入信号中选择性地去除噪声的思想，其中所去除的噪声源自除了被测设备之外的源。换句话说，来自不同于dut本身的组件的噪声贡献被从数字输入信号中去除。然而，这不是通过现有技术中已知的噪声消除技术来实现的，而是通过将数字输入信号的噪声水平降低到与先前确定的dut噪声贡献的噪声水平相对应的水平并且然后根据测量应用进一步处理噪声降低的输出信号来实现。

8、例如，所去除的噪声可能源自进行测量的测量仪器，或者来自信号链中的其他电子组件。

9、因此，数字输入信号的噪声水平显著降低，而由被测设备生成的噪声(即被测设备的噪声贡献)保留在噪声降低的输出信号中。

10、换句话说，噪声降低的输出信号对应于数字输入信号，但是除了被测设备的噪声贡献之外的全部噪声被去除。

11、因此，被测设备的噪声贡献仍然存在于噪声降低的输出信号中。

12、因此，测量应用可以被配置为基于噪声降低的输出信号来确定被测设备的噪声水平。由于所有其他噪声源已从数字输入信号中去除，因此可以以高精度确定被测设备的噪声水平。

13、因此，对于根据本发明的信号处理方法，不需要使用具有低固有噪声的昂贵的测量硬件。相反，可以使用更具成本效益的测量硬件，因为信号链中可能由测量硬件和其它电子组件生成的附加噪声被选择性地去除。

14、在此处和下文中，术语“测量应用”被理解为描述合适的硬件、合适的软件或被配置为具有特定的所描述的功能的硬件和软件的组合。

15、硬件尤其可以包括cpu、gpu、fpga、asic或其他类型的电子电路。

16、dut噪声贡献可以通过任何合适的技术来确定，特别是通过现有技术中已知的任何合适的技术。例如，可以使用授权的美国专利号us 10,761,134b2中描述的技术来确定dut噪声贡献。

17、在执行根据本发明的信号处理方法的另外的步骤之前，可以在第一组测量中仅确定dut噪声贡献一次。这个第一组测量的结果(即dut噪声贡献)然后可以用于通过根据本发明的信号处理方法进行的任何其他测量。

18、根据本发明的一方面，数字输入信号包括iq数据。因此，数字输入信号包括同相数据(i数据)和正交数据(q数据)，使得数字输入信号包括幅度信息和相位信息。

19、因此，噪声降低的输出信号可以包括与数字输入信号的噪声水平相比具有降低的噪声水平的iq数据。更准确地说，iq数据的噪声水平被降低到所确定的dut噪声贡献的噪声水平。

20、根据本发明的另一方面，将平均技术(averaging technique)应用于接收到的数字输入信号，以便降低噪声水平，从而获得初步的噪声降低的信号。通常，对数字输入信号的噪声贡献是正态分布的，也就是说，噪声贡献具有高斯函数的形状，特别是期望值为零的高斯函数的形状。通过适当地平均数字输入信号，噪声贡献至少部分抵消，使得总噪声水平被降低。

21、在本发明的实施例中，所确定的dut噪声贡献被添加到初步的噪声降低的信号，以便获得噪声降低的输出信号。在初步的噪声降低的信号中，全部噪声贡献已经被至少部分地去除，而不管相应的噪声贡献的来源如何。当所确定的dut噪声贡献被重新添加到初步的噪声降低的信号时，噪声降低的输出信号的噪声水平对应于dut噪声贡献的噪声水平。

22、在本发明的另一实施例中，平均技术是iq平化均技术。因此，数字输入信号包括同相数据(i数据)和正交数据(q数据)，使得数字输入信号包括幅度信息和相位信息。由于应用于数字输入信号的iq平均技术，初步的噪声降低的信号包括与数字输入信号的噪声水平相比具有降低的噪声水平的iq数据。

23、类似于以上描述的实施例，所确定的dut噪声贡献可以被添加到初步的的噪声降低的信号，以便获得的噪声降低的输出信号，使得的噪声降低的输出信号包括具有对应于dut噪声贡献的噪声水平的噪声水平的iq数据。

24、注意，以上提及的平均技术，特别是以上提及的iq平均技术，本身在现有技术中是众所周知的。因此，在本公开中没有更详细地描述这些技术。

25、一般而言，i/q平均是一种补偿和排除来自信号路径的所有成员(即源、dut和信宿)的噪声贡献的方法。因此，不能再区分噪声源自哪里。因此，这种技术对于误差矢量幅度(evm)测量是不可接受的，因为来自dut的噪声贡献应包括在evm测量中。

26、然而，如上所讨论那样，dut的噪声贡献在当前操作点下是已知的。如上所提及那样，数字输入信号已经通过i/q平均技术进行了处理，从而获得了初步的噪声降低的信号。之后，将先前确定的dut噪声贡献添加到初步的噪声降低的信号，以便获得噪声降低的输出信号。dut的噪声贡献的重新添加允许evm测量。

27、先前确定的dut噪声贡献可以被添加到i/q平均的evm测量中，或者甚至在i/q数据被馈送到其他例如标准特定的基于i/q的应用之前被添加到i/q数据中。

28、本发明的另一方面提供了对数字输入信号应用平均技术，直到数字输入信号的噪声水平与dut噪声贡献的噪声水平相匹配为止。换句话说，在噪声水平降至最小值之前，不会应用平均技术。替代地，平均技术仅应用足够长的时间，使得数字输入信号的噪声水平被降低到之前确定的dut噪声贡献的噪声水平。这样，可以获得适当噪声水平的噪声降低的输出信号，而无需进行进一步的中间步骤。

29、可以从数字输入信号中减去初步的噪声降低的信号，从而获得总噪声信号。相应地，总噪声信号对应于数字输入信号，但是同时去除了想要的信号。注意，想要的信号也可以被称为“有用信号”。

30、特别地，利用加权因子或加权函数对总噪声信号进行加权，从而获得经加权的噪声信号。因此，总噪声信号可以借助于加权因子或借助于加权函数以某种方式被修改，如下文更详细描述的那样。

31、本发明的一方面提供了加权因子或加权函数取决于dut噪声贡献。例如，可以选择加权因子或加权函数，使得经加权的噪声信号对应于dut噪声贡献。

32、根据本发明的另外的方面，经加权的噪声信号被添加到初步的噪声降低的信号，以便获得噪声降低的输出信号。如上所述，可以选择加权因子或加权函数，使得经加权的噪声信号对应于dut噪声贡献。因此，噪声降低的输出信号具有对应于dut噪声贡献的噪声水平的噪声水平。换句话说，在噪声降低的输出信号中来自除了被测设备之外的所有源的噪声被去除。

33、特别地，所确定的dut噪声贡献对应于高斯白噪声(whitegaussian noise，wgn)分布。换句话说，dut噪声贡献可以被建模为加性高斯白噪声。因此，dut噪声贡献具有为零的时域平均值。

34、换句话说，dut噪声贡献的噪声水平可以通过任何合适的技术来确定，如上所述。基于所确定的噪声水平，可以确定dut噪声贡献(即高斯白噪声分布)的模型表示。

35、类似于以上描述的实施例，可以将高斯白噪声分布添加到初步的噪声降低的信号，以便获得噪声降低的输出信号。

36、在本发明的实施例中，基于所确定的dut噪声贡献和/或基于噪声降低的输出信号来确定误差矢量幅度(evm)。因此，测量应用可以被配置为基于dut噪声贡献和/或基于噪声降低的输出信号来确定evm。

37、如上所述，噪声降低的输出信号的噪声水平对应于dut噪声贡献的噪声水平。因此，通过确定噪声降低的输出信号的evm，可以以高精度确定被测设备的evm，因为在所确定的evm中不存在源自除了被测设备之外的电子组件的噪声的影响。

38、可替选地或附加地，针对dut噪声贡献来校正evm，使得evm考虑dut噪声贡献。例如，可以确定与数字输入信号相关联的evm，并且可以基于所确定的实际dut噪声贡献对其进行校正，使得从所确定的evm中消除源自除了被测设备之外的电子组件的噪声的影响。

39、根据本发明，问题还通过信号处理系统解决。信号处理系统包括信号输入和分析模块。信号输入被配置为接收数字输入信号。分析模块被配置为处理和分析数字输入信号。信号处理系统被配置为执行以上描述的方法。

40、关于信号处理系统的优点和另外的特性，参考上面关于信号处理方法给出的解释，这也适用于信号处理系统，反之亦然。

41、在本发明的实施例中，信号处理系统被集成到测量仪器中。因此，提供了高度集成的信号处理系统。

42、根据本发明的一方面，测量仪器被建立为示波器，特别地建立为数字示波器、信号分析仪、矢量信号分析仪、频谱分析仪或矢量网络分析仪。

43、然而，应当理解的是，测量仪器可以被建立为任何其他合适的测量仪器。