專利名稱：確定調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定調(diào)制信號(hào)(modulated signal)的包絡(luò)線(envelope curve)的方法，例如用于確定CCDF曲線的值。
背景技術(shù)：
不但在確定互補(bǔ)累積分布函數(shù)(CCDF)中特別需要確定調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線，而且在其它應(yīng)用中也需要確定調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線。CCDF曲線圖表示所分析的信號(hào)的包絡(luò)線的信號(hào)電平(signal level)超過(guò)特定電平值的概率。根據(jù)CCDF曲線軌跡，可以確定峰值因子(crest factor)等參數(shù)，峰值因子表示信號(hào)峰值處的功率與平均功率之比。峰值因子用于幫助高頻調(diào)制發(fā)射機(jī)(modulated high frequency transmitter)的操作員確定發(fā)射機(jī)放大器的最佳調(diào)制。一方面，希望發(fā)射功率盡可能的高，以使接收機(jī)端的信噪比(signal-to-noise)盡可能的大。另一方面，發(fā)射功率不應(yīng)過(guò)大，以避免由于發(fā)射放大器中的短功率峰值(short power peaks)而造成的損壞。如果與理想信號(hào)的軌跡一起來(lái)表示所檢測(cè)的CCDF軌跡，則可以得到關(guān)于發(fā)射信號(hào)中非線性和極限效應(yīng)(limitation effects)的結(jié)論。
根據(jù)德國(guó)專利DE 199 10 902 A1，可以了解用于CCDF曲線的測(cè)量值檢測(cè)設(shè)備和顯示設(shè)備。其中在確定調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線或包絡(luò)線的功率中包括信號(hào)處理步驟。從第10列第47行到第11列28行，提出了確定包絡(luò)線功率的操作用四倍符號(hào)頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，將包含四個(gè)取樣值的一組數(shù)字?jǐn)?shù)值進(jìn)行平方運(yùn)算，求和后除以4。因此，對(duì)應(yīng)于低通濾波(loss-pass filtering)，生成了調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)振幅的功率值的變化平均值(sliding average value)。但是，這種操作模式存在以下缺點(diǎn)對(duì)采樣得到的數(shù)字?jǐn)?shù)值的必要的平方處理，導(dǎo)致更高頻的頻譜分量(higher-frequency spectral components)。隨后的非理想的低通濾波導(dǎo)致CCDF測(cè)量的不精確。更準(zhǔn)確地說(shuō)，取樣值的平方導(dǎo)致高頻頻譜分量，該高頻頻譜分量不能通過(guò)取平均的方式(相當(dāng)于采用具有sin(x)/x的頻率響應(yīng)的濾波器進(jìn)行濾波)正確去除。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于確定調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線的方法，能夠獲得相對(duì)高的計(jì)算精度。
上述目的是由權(quán)利要求1的技術(shù)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明，不是通過(guò)低通濾波，而是對(duì)數(shù)字樣本在頻域進(jìn)行傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)確定包絡(luò)線。在頻域中，就去除了頻域中的正頻率范圍或負(fù)頻率范圍。然后在時(shí)域進(jìn)行傅立葉反變換。接著才形成反變換樣本的數(shù)值。本申請(qǐng)后面也指出反變換樣本的絕對(duì)值表示經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻信號(hào)的包絡(luò)線。
與數(shù)值形成和隨后的低通濾波相比，根據(jù)本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明方法的執(zhí)行與低通濾波的質(zhì)量、信號(hào)類型及其譜位置無(wú)關(guān)。另外，本發(fā)明的執(zhí)行和將要測(cè)量的高頻信號(hào)的同步狀態(tài)也無(wú)關(guān)。而且，根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)質(zhì)上比采用低通濾波的現(xiàn)有方法更加精確。
從屬權(quán)利要求涉及對(duì)本發(fā)明的較佳發(fā)展。
除了去除負(fù)頻率范圍或正頻率范圍，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)還在于在頻域進(jìn)行傅立葉變換后，還可以去除其中的直流(DC)頻率0處的電平分量。因此，可以確信的是，非理想的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的直流電壓偏移(direct voltageoffset)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法沒(méi)有影響。理想信號(hào)在中頻平面內(nèi)沒(méi)有直接電壓分量，使得直流電壓分量的去除不會(huì)歪曲測(cè)量結(jié)果。
此外，對(duì)在時(shí)域中進(jìn)行了反變換的樣本只在有限范圍進(jìn)一步內(nèi)進(jìn)行處理是明智的，在該有限范圍中，傅立葉變換和反傅立葉變換造成的信號(hào)的循環(huán)連續(xù)(cyclic continuation of the signal)得到了抑制。
權(quán)利要求6、7、8和9涉及基于本發(fā)明方法的相應(yīng)數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)、計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。


下面參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。其中圖1為CCDF曲線的實(shí)例；圖2為根據(jù)本發(fā)明方法的方框圖；圖3為解釋根據(jù)本發(fā)明方法的操作模式的示意圖；圖4為在頻域進(jìn)行傅立葉變換的采樣樣本；和圖5為在時(shí)域進(jìn)行反變換的采樣樣本。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法，該應(yīng)用實(shí)例用于為CCDF曲線確定包絡(luò)線的瞬時(shí)功率。但是，如已描述的，根據(jù)本發(fā)明的方法不局限于該應(yīng)用，而是適合于所有需要包絡(luò)線的瞬時(shí)電平或如功率(即電平的平方)等信號(hào)數(shù)值的應(yīng)用。
圖2通過(guò)方框圖的方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的方法。其中，經(jīng)過(guò)調(diào)制信號(hào)調(diào)制的高頻輸入信號(hào)S，首先通過(guò)采樣與保持電路1進(jìn)行數(shù)字采樣。這樣就產(chǎn)生了輸入信號(hào)S的數(shù)字樣本An。然后，將樣本An進(jìn)行傅立葉變換，例如可用快速傅立葉變換(FFT)算法對(duì)樣本An進(jìn)行傅立葉變換，這樣就產(chǎn)生了傅立葉變換樣本(Fourier-transformed samples)Bn。傅立葉變換如圖2的方框2所示。
由于經(jīng)過(guò)采樣的實(shí)信號(hào)(real signal)的傅立葉變換，如已知的那樣產(chǎn)生了傅立葉變換樣本，該樣本覆蓋整個(gè)負(fù)頻率范圍和整個(gè)正頻率范圍。根據(jù)本發(fā)明，負(fù)頻率范圍或者正頻率范圍都將從傅立葉變換樣本Bn中去除。如果傅立葉變換樣本Bn的指標(biāo)n的范圍是，比如從-2N/2到2N/2-1，N是自然數(shù)，那么負(fù)頻率范圍對(duì)應(yīng)于樣本Bn的n＜0的部分，或者正頻率范圍對(duì)應(yīng)于樣本Bn的n＞0的部分。
圖2所示的B′n是去除操作后保留的樣本，該樣本或者只是正頻率或者只是負(fù)頻率。圖2的方框3表示去除負(fù)頻率范圍的樣本，方框3具有變換函數(shù)H(f)，該函數(shù)只在正頻率范圍內(nèi)與0不同。經(jīng)過(guò)邊頻清除(sideband-cleaned)處理的傅立葉變換樣本B′n，接著經(jīng)過(guò)反傅立葉變換處理變換回到時(shí)域。同樣地，可以使用如圖2的方框4所示的快速數(shù)字傅立葉反變換(IFFT)。這樣，時(shí)域中呈現(xiàn)反變換樣本Cn，其數(shù)值最終在數(shù)值形成器5中形成。在時(shí)域中經(jīng)過(guò)反變換的樣本的數(shù)值如圖2的Dm所示。
在應(yīng)用于CCDF曲線的情況下，現(xiàn)在必須在方框6中建立數(shù)值樣本的平方D2m與平均功率D2eff相比，在以分貝(dB)為單位的對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，超過(guò)的門(mén)限值x的相對(duì)頻率，該數(shù)值樣本的平方D2m對(duì)應(yīng)于功率。優(yōu)選地，不是在取對(duì)數(shù)處理之前而是在取對(duì)數(shù)處理之后進(jìn)行平方運(yùn)算，即不是用比例系數(shù)10，而是用比例系數(shù)20進(jìn)行乘法運(yùn)算，結(jié)果記作10·logDm2Deff2=10·log(DmDeff)2=20·logDmDeff---(1)]]>這樣，CCDF曲線就可以顯示在顯示裝置7，比如屏幕上。
如圖5所示，先經(jīng)過(guò)傅立葉變換然后經(jīng)過(guò)時(shí)域反變換的信號(hào)包括數(shù)字樣本Cn，由于最終的時(shí)域和頻域采樣，該信號(hào)是周期的，如圖5的實(shí)例所示，該信號(hào)的周期長(zhǎng)度為m2-m1-1。圖5中，指標(biāo)n的范圍是從0到2N-1。因此，優(yōu)選地，進(jìn)一步只在有限范圍13內(nèi)對(duì)反變換樣本Cn進(jìn)行處理，以消除周期持續(xù)。也就是，采用公式Cm＝Cn，m1≤m≤m2。數(shù)量數(shù)值只有由反變換樣本的有限部分Cm進(jìn)行計(jì)算，該反變換樣本的有限部分Cm對(duì)應(yīng)于圖2的描述。這樣，數(shù)值形成根據(jù)如下公式實(shí)現(xiàn)Dm=|Cm|=Re{Cm}2+Im{Cm}2---(2)]]>重復(fù)執(zhí)行用于確定反變換樣本的數(shù)值Dm的步驟，直到得到足夠數(shù)量的數(shù)值Dm，這樣可以根據(jù)已知的運(yùn)算法則確定數(shù)值序列的有效值Deff。這樣，該有效值的功率是用于表示CCDF曲線橫軸(0dB)上的數(shù)值的參考數(shù)值。在CCDF曲線的縱軸上，屬于各個(gè)功率電平的CCDF數(shù)值被繪制成曲線，也就是平均功率D2eff超過(guò)功率數(shù)值x的相對(duì)頻率。這可以通過(guò)如下公式實(shí)現(xiàn)CCDF(x)=p(20·log10DDeff≥x)[x]=db---(3)]]>其中p為發(fā)生概率或者相對(duì)頻率；D為包絡(luò)線的瞬時(shí)數(shù)值；Deff為包絡(luò)線的有效值。
這里，不用比較電平大小或電壓大小，也自然可以知道對(duì)應(yīng)的功率大小(瞬時(shí)功率D2和平均功率D2eff)是彼此直接相關(guān)的。但是，對(duì)數(shù)處理的預(yù)定系數(shù)(prefactor)已經(jīng)從20變?yōu)?0。
參考圖3和圖4更詳細(xì)地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明方法的功能?？梢岳酶盗⑷~序列對(duì)信號(hào)S進(jìn)行因式分解，也就是，任何隨機(jī)輸入信號(hào)都可以由一系列具有不同信號(hào)電平和相位的余弦信號(hào)構(gòu)成。下面僅考慮傅立葉分量中的一個(gè)，通?？梢杂涀魅缦聅1(t)＝A(t)·cos(ω·t+)(4)因此，這里所要確定的包絡(luò)線為A(t)。發(fā)射信號(hào)涉及到的實(shí)信號(hào)可以復(fù)數(shù)表示如下 這種關(guān)系可以通過(guò)向量曲線圖形化表示，如圖3所示。
信號(hào)s1(t)包括以角頻率ω向左旋轉(zhuǎn)的第一旋轉(zhuǎn)向量8(first rotatingvector)和與此同步地以同樣角頻率ω向右旋轉(zhuǎn)的第二旋轉(zhuǎn)向量9。根據(jù)本發(fā)明，負(fù)頻率范圍的刪除將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)向量9的消除。反之，僅可能作為一種替換，正頻率范圍的刪除將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)向量8的消除。因此，頻域中的濾波將導(dǎo)致公式(5)兩項(xiàng)中的一項(xiàng)被刪除。例如，如果公式(4)中的負(fù)頻率分量，即圖3中向左旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)向量9被刪除，則進(jìn)行數(shù)量形成之后將產(chǎn)生如下結(jié)果 根據(jù)圖3，該數(shù)值對(duì)應(yīng)于保留向量的長(zhǎng)度。當(dāng)使用信號(hào)s2(t)確定CCDF曲線時(shí)，由于數(shù)值形成造成的s2(t)只能是正的事實(shí)就不重要了。在CCDF曲線中，只有正功率可以互相比較。除以系數(shù)2的運(yùn)算也同樣不會(huì)影響CCDF曲線的結(jié)果。
根據(jù)傅立葉分量得到的結(jié)論當(dāng)然可以應(yīng)用于表示高階傅立葉分量的線性疊加的全部信號(hào)。為此，圖4中表示了傅立葉變換樣本Bn。這里，指標(biāo)n從-2N/2到2N/2-1。可以看出，實(shí)輸入信號(hào)S中，負(fù)頻率范圍10是正頻率范圍11的鏡像。
如果在進(jìn)一步的信號(hào)處理中，負(fù)頻率范圍10被刪除，即B′n＝0，對(duì)于n＜0(for n＜0)并且Bn＝B′n，對(duì)于n＞0(for n＞0)，或者正頻率范圍11被刪除，即B′n＝B′n，對(duì)于n＜0(for n＜0)并且B′n＝0，對(duì)于n＞0(for n＞0)，那么如前面圖3所示的那樣，在絕對(duì)值形成和時(shí)域反變換之后，就會(huì)自動(dòng)生成包絡(luò)線。
優(yōu)選地，不僅將負(fù)頻率范圍10或者正頻率范圍11消除，而且也將0頻率的電平分量12消除；這里使用指標(biāo)中，即n＝0時(shí)的B0。因此，可以消除可能出現(xiàn)的直流電壓分量(DC偏移)。由于被評(píng)估的信號(hào)來(lái)自于中間頻率平面，因此這些信號(hào)實(shí)際上并不包含直流電壓分量。但是，如果出現(xiàn)直流電壓分量，則這可能來(lái)自于模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的直流電壓偏移，這種直流電壓分量的去除將增加測(cè)量的精度。
圖1示出了CCDF曲線的一個(gè)例子，主要是利用本發(fā)明的方法獲得其中的包絡(luò)線。為此，如已描述的那樣，在CCDF曲線中按照超過(guò)對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的特定電平D的方式，將相對(duì)頻率p繪制成曲線。圖3所示的實(shí)例中，根據(jù)8VSB的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，仍會(huì)出現(xiàn)有效功率超過(guò)3dB時(shí)，具有大約10％的相對(duì)頻率，而出現(xiàn)有效功率超過(guò)6dB時(shí)，則具有比1％還小的相對(duì)頻率。
如已經(jīng)多次提到的那樣，根據(jù)本發(fā)明的方法不局限于用于為CCDF曲線確定瞬時(shí)電平值或者瞬時(shí)功率值的應(yīng)用，而一般也適用于確定調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線。該方法可以采用數(shù)字硬件執(zhí)行，比如使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，或者采用特殊處理器中的軟件執(zhí)行，理想地，采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定調(diào)制輸入信號(hào)S的包絡(luò)線的方法，包括以下方法步驟通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)S的數(shù)字采樣產(chǎn)生數(shù)字樣本An；通過(guò)對(duì)數(shù)字樣本An的傅立葉變換產(chǎn)生傅立葉變換樣本Bn；通過(guò)從傅立葉變換樣本Bn去除負(fù)頻率范圍或正頻率范圍，產(chǎn)生邊頻清除的傅立葉變換樣本B′n；通過(guò)對(duì)邊頻清除的傅立葉變換樣本B′n的反傅立葉變換產(chǎn)生反變換樣本Cn；和形成反變換樣本Cn的絕對(duì)值Dm的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為產(chǎn)生邊頻清除的傅立葉變換樣本B′n，除了去除負(fù)頻率或正頻率范圍之外，還去除0頻率處的電平分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步僅在有限范圍中處理反變換樣本Cn，以使得由傅立葉變換和反傅立葉變換引起的周期持續(xù)被消除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，絕對(duì)值Dm的數(shù)值相對(duì)于反變換樣本的有效值Deff進(jìn)行取對(duì)數(shù)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，取對(duì)數(shù)處理的數(shù)值的頻率分布作為對(duì)數(shù)化電平CCDF曲線的函數(shù)顯示。
6.一種具有電子可讀控制信號(hào)的數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)，其與可編程計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器配合，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的方法。
7.一種具有程序編碼工具的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其存儲(chǔ)在機(jī)器可讀的載體中，當(dāng)在計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器上運(yùn)行該程序時(shí)，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的所有步驟。
8.一種具有程序編碼土具的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器上運(yùn)行該程序時(shí)，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的所有步驟。
9.一種具有程序編碼工具的計(jì)算機(jī)程序，該程序存儲(chǔ)在機(jī)器可讀的數(shù)據(jù)載體中，并且執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的所有步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定調(diào)制輸入信號(hào)(S)的包絡(luò)線的方法，包括以下方法步驟通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)(S)的數(shù)字采樣(1)產(chǎn)生數(shù)字樣本(A
文檔編號(hào)H04N5/38GK1682542SQ03821351
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月12日
發(fā)明者馬丁·霍夫梅斯特 申請(qǐng)人:羅德施瓦茲兩合股份有限公司