专利名称：具有可调波峰因数的限带噪声的产生的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量、控制以及信号传输应用的测试信号的产生。具体来说，本发 明的一个实施例涉及一种用于产生具有窄带、可调节波峰因数的噪声信号的新型方法。
背景技术：
解决测量问题的一个重要部分是选择通常被称作测试信号的输入信号。在许多问 题中，例如，对控制系统来说，所述输入是由环境或“现实”系统产生并且在没有重大问题的 情况下不会发生变化。然而，也存在一类非常重要的问题，即输入信号的选择是由一般测 试规范，例如，通过生产工艺期间或生产工艺结束时的质量控制测量来确定。另外，测试信 号是在测量中用于测试并验证产品开发期间的技术设计。仅举一个实例说明，为测试并验 证包括高保真度(H1-Fi)放大器和扩音器的最新设计的音频系统的性能，需要测试音频信 号。过去，实验的选择主要依靠开发者的直觉或与音频相关的一般标准来确定。选择实际 的测试音频信号时可能必须要考虑的典型限制是对输入、输出或内部变量的振幅限制，对 输入、输出或内部变量的功率约束，实验可用的总时间，以及能够被采样或被分析的样本总 数。
在许多情况下，实验设置的目的是尽可能地提高信噪比。由于振幅约束(为保持受 测试装置的线性行为并且避免测量系统上的溢出(overflow))，仅仅通过增大输入信号的 振幅无法进行这种信噪比提高。一种更有效的方法是提高针对给定振幅极值的信号的能量 或降低针对给定能量的振幅极值。这种操作被称为峰值因数最小化。峰值因数也通常被称 作波峰因数(CF)或峰均比(PAR)。在进一步的公开内容中，将使用术语波峰因数。
尽管在使信号的波峰因数最小化方面已进行了一些研究，但仍需要产生具有波峰 因数的测试信号，所述波峰因数能够被指定来遵守所述实验设置的要求。具体来说，在一些 现代测试技术中，出现了对特定测试信号的需要，所述特定测试信号在信号的频谱带宽范 围内具有复杂的波峰因数分布。这种测试的一个实例可以是信号与音乐信号紧密相关的测 试。例如，在表示音乐的音频信号中，波峰因数不仅可能随时间发生变化，而且促成宽带音 乐信号的窄带子带的波峰因数可能具有不同的值。对于这类宽带测试信号来说，需要控制 子带中的波峰因数。发明内容
本发明公开一种用于产生具有确定带宽和所需波峰因数的信号的方法。所述信号 由许多各自具有振幅和频率的单独正弦信号组成。所述方法包括确定将要用于特定指数 函数并且对应于所需波峰因数的指数，该指数是基于先验已知的波峰因数与指数之间的关 系来确定；使用所述特定指数函数和先前所确定的指数来计算每一个正弦信号的相位值; 以及，叠加所述正弦信号以获得具有所述所需波峰因数的所述信号，借此维持所述单独信 号的所述相位。
另外，本发明公开一种对应的测试信号发生器。
参阅以下附图和描述能够更好地理解本发明。图中的相同参考数字指代一致的部分。在附图中
图1示出多音信号的波峰因数(或PAR)与等式⑷中的指数P之间的关系，借此已经根据等式(4)计算出由八个正弦波组成的多音信号的波峰因数，所述正弦波具有随机振幅和相位；
图2示出由等式⑷针对不同采样频率得到的多音信号的波峰因数(或PAR)与指数P的函数关系；
图3示出由等式(4)针对多音信号的不同中心频率得到的多音信号的波峰因数 (或PAR)与指数P的函数关系；
图4示出在中心频率和采样频率是常数时，由等式(4)针对不同数量的促成多音信号的正弦波得到的多音信号的波峰因数(或PAR)与指数P的函数关系。
具体实施方式
信号传输技术中的问题之一是所传输信号的波峰因数的最小化。关于这个最小化问题，已经进行过一些研究(参见，例如，IEEE电路与系统汇刊(IEEE Transactions on Circuits and Systems)，1986,第 33 卷，第 10 期，第 1018 至 1022 页中 S. Boyd 的具有低波峰因数的多音信号(Multitone Signals with Low Crest Factor))。虽然波峰因数的最小化是众所周知的，但是对如何以给定的所需水平来控制波峰因数或控制信号的频谱部分 (子带，如宽带信号的窄带组分子带)的波峰因数却知之甚少或一无所知。
典型的带宽信号f(t)可被分解成其组分正弦波(也称作“频谱线”)，每一个组分正弦波具有特定的振幅和相位。可通过应用傅里叶变换操作来完成这个分解(通常使用快速傅里叶变换(FFT)算法来实现)。因此，信号f(t)被时间离散化(数字化)，从而产生采样信号f [η]，其中符号“Y’表示位于远离信号的原点的“η”个位置(有时称为“点(bin) ”)处的样本的数量。所述离散化需要界定如采样频率(fs)或时间分辨率dtzfV1的某些参数，所述时间分辨率定义了离散化样本f[n_l]、f[n]、f[n+l]等之间的时间间隔。当对具有给定频谱组成的信号进行采样时，采样频率必须足够高(根据奈奎斯特-香农(Nyquist-Shannon) 采样定理)以避免混叠。为避免混叠问题，进一步的讨论将集中于所谓的多正弦信号或多音信号，所述信号都是宽带信号，并具有组成所述宽带信号的确定单个正弦波组分。这类信号具有确定的最大频率，和由此而得的确定的最小采样频率，所述最小采样频率是所述最大频率￡ ±的两倍。单个正弦波组分(或样本)的数量由多音信号的时间长度确定。
一般来说，限带多正弦信号f (t)可表示为
权利要求
1.一种用于提供包括一个或多个子带信号的测试信号的测试信号发生器，所述一个或多个子带信号各自由许多正弦信号组成，每一个正弦信号具有单独频率和相位，其中每一个频率与一个频率指数相关联并且所述对应相位是所述频率指数的指数函数；所述信号发生器被配置来 接收每一个子带信号的所需波峰因数值； 基于波峰因数与指数之间的先验已知的关系来确定对应于所述波峰因数的指数； 使用所述指数函数和先前确定的指数来计算每一个正弦信号的相位值； 叠加与所述子带信号相关联的所述正弦信号以获得所述子带信号，并因此获得在每一个子带中具有所述所需波峰因数的所述测试信号，借此维持所述单独信号的所述相位；以及 输出所述测试信号供进一步使用。
2.如权利要求1所述的测试信号发生器， 其中所述测试信号由至少两个各自具有对应频谱的子带信号组成，并且所述子带信号的所述频谱组成所述测试信号的所述频谱；并且 其中计算出组成所述子带信号的所述正弦信号的所述相位，使得每一个子带信号具有对应的所需波峰因数。
3.如权利要求1或2所述的测试信号，其中每一个频率与一个频率指数相关联并且所述对应相位根据以下函数计算
4.如权利要求1至3中任一项所述的测试信号发生器，其中对确定所述指数来说，所述信号发生器被配置来使用近似波峰因数与指数之间的所述已知关系的预定函数，所述函数包括作为输入参数的所述所需波峰因数和正弦信号的数量，并且提供所述对应指数。
5.一种用于产生具有确定带宽和所需波峰因数的信号的方法，所述信号由许多各自具有振幅、频率的单独正弦信号组成；所述方法包括 确定将要用于特定指数函数并且对应于所述所需波峰因数的指数，所述指数是基于波峰因数与指数之间的先验已知的关系来确定； 使用所述特定指数函数和所述先前所确定的指数来计算每一个正弦信号的相位值；以及 叠加所述正弦信号以获得具有所述所需波峰因数的所述信号，借此维持所述单独信号的所述相位。
6.一种用于产生由两个或更多个子带信号组成的测试信号的方法，所述子带信号的一个或多个频谱组成所述测试信号的所述频谱；所述方法包括 确定具有所需带宽和所需持续时间的原型信号； 计算一组正弦信号，当该组正弦信号被叠加时，至少近似地形成所述原型信号，所述正弦信号的子组被分组，这样使得每一个子组的所述正弦信号与一个子带信号相关联； 将所需波峰因数值与每一个子带信号关联；以及根据权利要求5所述的方法计算每一个子带信号的所述相位，使得每一个子带信号的所得波峰因数与对应的所需波峰因数相匹配。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中每一个频率与一个频率指数相关联并且所述对应相位根据以下函数计算
8.如权利要求5、6或7所述的方法，其中使用近似波峰因数与指数之间的所述已知关系的预定函数，所述函数包括作为输入参数的所述所需波峰因数和正弦信号的数量并且提供所述对应指数。
全文摘要
本发明公开一种用于产生具有确定带宽和所需波峰因数的信号的方法。所述信号由许多各自具有振幅和频率的单独正弦信号组成。所述方法包括确定将要用于特定指数函数并且对应于所述所需波峰因数的指数，所述指数是基于先验已知的波峰因数与指数之间的关系来确定；使用所述特定指数函数和先前所确定的指数来计算每一个正弦信号的相位值；以及，叠加所述正弦信号以获得具有所述所需波峰因数的所述信号，借此维持所述单独信号的所述相位。
文档编号G01R1/28GK103033653SQ20121037117
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月29日 优先权日2011年10月5日
发明者V.冈特查奥弗 申请人:哈曼国际工业有限公司