本發(fā)明設(shè)計(jì)信號(hào)測(cè)試方法，特別是涉及多音信號(hào)的相對(duì)相位的測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
：隨著人類對(duì)通信需求的日益增長(zhǎng)，通信技術(shù)朝著多頻帶大數(shù)據(jù)量的方向飛速發(fā)展，測(cè)量通信系統(tǒng)的儀器和方法也有了長(zhǎng)足進(jìn)步。多音信號(hào)經(jīng)常應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中，例如，基于MWC構(gòu)架的壓縮感知接收機(jī)的本振信號(hào)，可以看作是具有固定頻率間隔的多音信號(hào)。然而測(cè)量多音信號(hào)的相對(duì)相位一直困擾著相關(guān)領(lǐng)域的研究人員，成為相關(guān)科研的重要課題。目前，多音信號(hào)相對(duì)相位的主要的測(cè)試方法有直接用頻譜儀測(cè)量、用混頻的方式間接測(cè)量等。普通的頻譜儀由于其本振信號(hào)存在隨機(jī)相位，采樣初相具有不確定性，因而無法準(zhǔn)確的測(cè)出信號(hào)的絕對(duì)相位。如果測(cè)試的多音信號(hào)所分布的頻譜范圍較窄，不超過頻譜儀的中頻濾波器帶寬，調(diào)整頻譜儀內(nèi)部下變頻的頻率，多音信號(hào)的所有音可以被頻譜儀一次性全部采樣回來，這樣就可計(jì)算出多音信號(hào)各音之間的相對(duì)相位。但是，如果多音信號(hào)所分布的頻譜范圍較寬，超過頻譜儀中頻濾波器的帶寬，其相對(duì)相位不能夠用頻譜儀直接測(cè)量。另一種測(cè)試方法為間接測(cè)量，產(chǎn)生一組已知相對(duì)相位的多音信號(hào)作為本振，與待測(cè)的多音信號(hào)進(jìn)行混頻，調(diào)整本振各音成分的頻率，保證待測(cè)信號(hào)每個(gè)音的成分都能夠混頻到較低的中頻頻率，并且各音在中頻不產(chǎn)生混疊，混頻后的信號(hào)可以通過ADC器件或者頻譜儀一次性同時(shí)采樣，通過計(jì)算可以得到多音信號(hào)的相對(duì)相位。但是，如果待測(cè)信號(hào)多音成分太多，并且分布很寬的頻帶，已知相對(duì)相位的多音本振信號(hào)不容易生成，很難將待測(cè)信號(hào)的各音成分同時(shí)下變頻到中頻后，而進(jìn)行一次性同時(shí)采樣計(jì)算。本發(fā)明提出的多音信號(hào)相對(duì)相位的測(cè)試方法所適用的待測(cè)信號(hào)具有以下特點(diǎn)：每一個(gè)單音成分相對(duì)穩(wěn)定，其信號(hào)整體呈現(xiàn)出明顯的周期性，多音信號(hào)頻譜分布相對(duì)較寬，其單音成分相對(duì)較多，無法通過上述測(cè)量方法直接測(cè)量。本發(fā)明采用對(duì)多音信號(hào)建立統(tǒng)一的參考基準(zhǔn)，每個(gè)單音成分分別測(cè)量，最后根據(jù)采樣值計(jì)算處理獲得相對(duì)相位。本發(fā)明既克服了直接頻譜儀測(cè)量時(shí)待測(cè)頻譜分布窄的弱點(diǎn)，又克服了間接測(cè)量本振信號(hào)難以產(chǎn)生的弱點(diǎn)，能夠測(cè)試多音成分較多且頻率相對(duì)較寬的復(fù)雜信號(hào)的相對(duì)相位。并且，本發(fā)明在下變頻的過程中，使用的是寬帶信號(hào)作為混頻信號(hào)，在后續(xù)的計(jì)算過程中，用統(tǒng)計(jì)學(xué)的平均觀點(diǎn)，減小了計(jì)算誤差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)試多音信號(hào)相對(duì)相位信息的方法，間接測(cè)試出頻率分布較寬、多音成分較多信號(hào)的相對(duì)相位。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種測(cè)試多音信號(hào)相對(duì)相位的方法,包含搭建測(cè)試平臺(tái)、求解相對(duì)相位兩個(gè)部分組成；其基本特征在于待測(cè)信號(hào)每個(gè)單音成分逐次與同一寬帶信號(hào)或者多個(gè)基帶頻譜信息相同的寬帶信號(hào)混頻，用采樣儀器采集混頻后的中頻成分，通過計(jì)算獲得待測(cè)信號(hào)的相對(duì)相位。因而本發(fā)明一種測(cè)試多音信號(hào)相對(duì)相位的方法，該方法包括：步驟1：將待測(cè)信號(hào)分為兩路，一路通過第一增益控制單元后接入混頻器本振端口，另一路接入觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器；步驟2：觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)送入的待測(cè)信號(hào)，統(tǒng)計(jì)出此待測(cè)信號(hào)的周期，每隔N個(gè)周期產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，N的取值根據(jù)ADC采樣長(zhǎng)度以及多音信號(hào)的周期決定；觸發(fā)信號(hào)分為兩路，分別送入檢測(cè)信號(hào)發(fā)生器和ADC采樣器件；步驟3：送入檢測(cè)信號(hào)發(fā)生器的觸發(fā)信號(hào)，控制檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生器重復(fù)產(chǎn)生寬帶信號(hào)，調(diào)整此寬帶信號(hào)的載波頻率，使其與待測(cè)信號(hào)的其中一個(gè)單音成分的頻率對(duì)應(yīng)，然后講該寬帶信號(hào)通過第二增益控制單元后接入混頻器射頻端口；步驟4：混頻器產(chǎn)生的中頻信號(hào)通過低通濾波器濾波后，送入ADC采樣器；通過送入ADC采樣器件的另一路觸發(fā)信號(hào)，控制ADC采樣器件記錄采樣數(shù)據(jù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；每當(dāng)ADC采樣器件每接收到一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，就記錄一定長(zhǎng)度的采樣數(shù)據(jù)；步驟5：第i個(gè)單音成分對(duì)應(yīng)的采樣序列值記作yi[n]，對(duì)yi[n]做傅里葉變換，得到Y(jié)i(f)，任意選中其中第a個(gè)單音成分對(duì)應(yīng)的采樣序列作為參考標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)為ya[n]，對(duì)其做傅里葉變換得Ya(f)，做式1運(yùn)算Aejθ=yi(f)*ya(f)Hya(f)*ya(f)H---(1)]]>其中θ即為第i個(gè)單音成分與第a個(gè)單音成分的相位差。這里以測(cè)試基于MWC構(gòu)架的壓縮感知接收機(jī)本振信號(hào)的傅里葉系數(shù)為例，對(duì)本專利所提出的測(cè)試方法進(jìn)行說明。基于MWC構(gòu)架的壓縮感知接收機(jī)本振信號(hào)是一個(gè)高速的偽隨機(jī)系列，該偽隨機(jī)序列是以Mbit重復(fù)出現(xiàn)的，因此，它在頻域上的表現(xiàn)為等間隔的多音信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中其覆蓋范圍覆蓋很寬，少則數(shù)百M(fèi)Hz多則十幾GHz。由于通道和混頻等非理想因素的存在，傅里葉系數(shù)發(fā)生存在失真，因而不能通過計(jì)算得到傅里葉系數(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，才能夠準(zhǔn)確的恢復(fù)出信號(hào)。但是以目前的測(cè)試方法很難采取一次采樣的方法把這么寬頻率范圍內(nèi)的傅里葉系數(shù)直接測(cè)試出來，也很難產(chǎn)生一種已知相位的多音信號(hào)進(jìn)行混頻測(cè)試。但是本專利提到間接的測(cè)試方法能夠解決這個(gè)問題，求出各傅里葉系數(shù)的相對(duì)值。實(shí)驗(yàn)中，我們測(cè)試的是以40MHz等間隔的多音信號(hào)(壓縮感知接收機(jī)的偽隨機(jī)序列)在頻率范圍為1800MHz-2000MHz的傅里葉系數(shù)。在此頻率范圍內(nèi)有1800MHz、1840MHz、1880MHz、1920MHz、1960MHz、2000MHz六個(gè)譜。以1880MHz為參考，將其傅里葉系數(shù)的幅度設(shè)為1，相位設(shè)為0。測(cè)試后，其他譜的相對(duì)幅度如圖5所示，相對(duì)相位如圖6所示。每個(gè)頻點(diǎn)測(cè)試了20次，從測(cè)試結(jié)果看，每次測(cè)試的結(jié)果波動(dòng)很小，說明測(cè)試是穩(wěn)定可重復(fù)的，也證明了測(cè)試結(jié)果的可靠性。附圖說明圖1為本發(fā)明多音信號(hào)相對(duì)相位測(cè)試系統(tǒng)框圖；圖2為待測(cè)多音信號(hào)的頻域特性；圖3為測(cè)試信號(hào)的頻域特性；圖4為經(jīng)過低通濾波器后的信號(hào)IF_1；圖5多音信號(hào)傅里葉系數(shù)相對(duì)幅度；圖6多音信號(hào)傅里葉系數(shù)相對(duì)相位。具體實(shí)施方式本發(fā)明結(jié)合附圖進(jìn)一步說明；本發(fā)明所用到的儀器器件，包括測(cè)試信號(hào)發(fā)生器、觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生器、增益控制單元(寬帶線性)、混頻器、低通濾波器、ADC采樣器件和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算工具。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。一種測(cè)試多音信號(hào)相對(duì)相位的方法的具體步驟為：1、按系統(tǒng)框圖1所示，搭建測(cè)量平臺(tái)。2、待測(cè)信號(hào)默認(rèn)為多音信號(hào)的相對(duì)相位，若需測(cè)量多個(gè)單音信號(hào)，應(yīng)用耦合器將多個(gè)單音信號(hào)耦合成多音信號(hào)。3、將測(cè)試平臺(tái)中的信號(hào)發(fā)生器、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器、ADC采樣器件，進(jìn)行時(shí)鐘同步。4、將多音信號(hào)分為兩路，一路通過增益控制單元后，接入混頻器的本振端口，另一路接入觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器。5、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)送入的多音信號(hào)，統(tǒng)計(jì)出此多音信號(hào)的周期，每隔N個(gè)周期產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，N的取值根據(jù)ADC采樣長(zhǎng)度以及多音信號(hào)的周期決定。觸發(fā)信號(hào)分為兩路，分別送入信號(hào)發(fā)生器和ADC采樣器件。6、送入信號(hào)發(fā)生器的觸發(fā)信號(hào)，控制信號(hào)產(chǎn)生器重復(fù)產(chǎn)生寬帶信號(hào)，即信號(hào)發(fā)生器每接收到觸發(fā)信號(hào)，就會(huì)重新產(chǎn)生基帶信息完全相同的寬帶信號(hào)，調(diào)整此寬帶信號(hào)的載波頻率，使與待測(cè)多音信號(hào)的其中一個(gè)單音成分的頻率對(duì)應(yīng)，混頻后其中頻成分可以通過低通濾波器，此時(shí)中頻成分包含了此單音信號(hào)的相位信息。7、將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的寬帶信號(hào)通過增益控制單元后，送入混頻器的射頻端口，并和本證信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)通過低通濾波器濾波后，送入ADC采樣器件的模擬輸入端。8、送入ADC采樣器件的另一路觸發(fā)信號(hào)，控制ADC采樣器件記錄采樣數(shù)據(jù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。也就是說，每當(dāng)ADC采樣器件接收到一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，就記錄一定長(zhǎng)度的采樣數(shù)據(jù)。9、重復(fù)步驟5-7，每次重復(fù)都改變步驟5中的寬帶信號(hào)的載波頻率，與待測(cè)多音信號(hào)的一個(gè)單音成分對(duì)應(yīng)，直至所有的單音成分都被對(duì)應(yīng)測(cè)量。10、通過記錄的多組采樣數(shù)據(jù)，使用相關(guān)計(jì)算工具計(jì)算出多音信號(hào)的相對(duì)相位。具體計(jì)算過程為：第i個(gè)單音成分對(duì)應(yīng)的采樣序列值記作yi[n]，對(duì)yi[n]做傅里葉變換，得到Y(jié)i(f)，任意選中其中第a個(gè)單音成分對(duì)應(yīng)的采樣序列作為參考標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)為ya[n]，對(duì)其做傅里葉變換得Ya(f)，做式1運(yùn)算Aejθ=yi(f)*ya(f)Hya(f)*ya(f)H---(2)]]>其中θ即為第i個(gè)單音成分與第a個(gè)單音成分(參考值)的相位差。其原理如下，待測(cè)信號(hào)SS為多音信號(hào)，如有需要測(cè)量多個(gè)單音信號(hào)，可使用耦合器先進(jìn)行耦合得到多音信號(hào)。其待測(cè)多音信號(hào)的特點(diǎn)在于，每一個(gè)單音成分相對(duì)穩(wěn)定，其信號(hào)整體呈現(xiàn)出明顯的周期性，多音信號(hào)頻譜分布相對(duì)較寬，其單音成分將對(duì)較多，其信號(hào)表達(dá)形式為SS=A1ejθ1ej*2πf1t+A1e-jθ1e-j*2πf1t+A2ejθ2ej*2πf2t+A2e-jθ2e-j*2πf2t+...+Anejθnej*2πfnt+Ane-jθne-j*2πfnt---(3)]]>在式(2)中，Ai，i＝1，2，…n為實(shí)數(shù)，代表信號(hào)傅里葉變換后的傅里葉系數(shù)的幅度，θi，i＝1，2，…n別代表傅里葉系數(shù)的相位，fi，i＝1，2，…n分別代表信號(hào)中各單音成分的載波頻率。本發(fā)明的目的就是求出各θ之間的相對(duì)值。信號(hào)SS在頻域上的表現(xiàn)形式，如示意圖圖2中箭頭所示。在系統(tǒng)框圖1中，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的同步性，我們將信號(hào)源、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器、以及ADC采樣器件進(jìn)行時(shí)鐘同步。首先待測(cè)信號(hào)SS被分為兩路，一路通過由低噪放和衰減器組成的增益控制單元，將其幅度調(diào)整為合適的范圍得到SS1＝G1*ss，其中G1為增益系數(shù)。將SS1接入混頻器的本振輸入端。由于待測(cè)信號(hào)為多音信號(hào)，所以SS為周期信號(hào)。SS的另外一個(gè)支路接入觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器，觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器記錄SS信號(hào)的周期數(shù)，每隔N個(gè)周期，發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，N的取值根據(jù)ADC采樣長(zhǎng)度以及多音信號(hào)的周期決定。觸發(fā)信號(hào)被送入信號(hào)源和ADC采樣器件。檢測(cè)信號(hào)是信號(hào)帶寬為B的寬帶調(diào)制信號(hào)。信號(hào)源每次接收到觸發(fā)信號(hào)，總是產(chǎn)生基帶信息完全相同的檢測(cè)信號(hào)，其載波頻率可以調(diào)節(jié)變化。首先調(diào)節(jié)檢測(cè)信號(hào)的載波頻率為f1-fa,檢測(cè)信號(hào)的表達(dá)式為：RF1=sig_B_P*ej*2π(f1-fa)t+sin_B_N*e-j*2π(f1-fa)t---(4)]]>其中,B/2<fa<fp-B/2，fp為低通濾波器的截止頻率。此時(shí)，RF1在頻域上表現(xiàn)形式如圖3中梯形所示。RF1通過有低噪放和衰減器組成的增益控制單元，將其功率調(diào)整到合適的范圍，調(diào)整后的信號(hào)RF1_a＝G2*RF1，其中G2為增益系數(shù)。將RF1_a送入混頻器的射頻端口，經(jīng)過混頻器后,待測(cè)信號(hào)在頻率f1處單音成分的相位信息，就包含在中頻fa處的頻譜中，經(jīng)過低通濾波器后將fa處的頻譜取出,如圖4所示，假設(shè)混頻增益為假設(shè)G3為混頻增益，其經(jīng)濾波后的信號(hào)IF_1表達(dá)式如下所示：IF_1=G1G2G3A1*sig_B_P*e-jθ1e-j*2πfat+G1G2G3A1*sig_B_N*e-jθ1ej*2πfat---(5)]]>由于系統(tǒng)進(jìn)行了時(shí)鐘同步和觸發(fā)同步以及本振信號(hào)的周期性，每次測(cè)試采樣中參與混頻的本振狀態(tài)是完全一樣的，調(diào)整信號(hào)產(chǎn)生的測(cè)試信號(hào)的載波頻率為f2-fa，與待測(cè)信號(hào)的一個(gè)單音成分f2對(duì)應(yīng)，測(cè)試信號(hào)表達(dá)式為：RF2=sig_B_P*ej*2π(f2-fa)t+sig_B_N*e-j*2π(f2-fa)t---(6)]]>通過增益控制單元、混頻、濾波，可以得到中頻在頻域上的表現(xiàn)形式如圖4所示，其表達(dá)式為：IF_2=G1G2G3A2*sig_B_P*e-jθ2e-j*2πfat+G1G2G3A2*sig_B_N*e-jθ2ej*2πfat---(7)]]>調(diào)整測(cè)試信號(hào)的載波頻率，重復(fù)上述操作，直至待測(cè)信號(hào)所有的單音成分全部測(cè)完。這里只對(duì)IF_1和IF_2的正頻譜做比值可以得到：IF_2IF_1=G1G2G3A2*RF_P*e-jθ2G1G2G3A1*RF_P*e-jθ1=A2A1*ej(θ1-θ2)---(8)]]>這樣我們就找到在頻率f1和f2處單音成分的相對(duì)相位θ1-θ2。需要指出的是，用式(8)所表達(dá)的復(fù)數(shù)比值的方法可以得到較好的抗噪性能，相對(duì)相位仍為θ1-θ2。IF_2IF_1=IF_2*(IF_1*)TIF_1*(IF_1*)T=A2A1*ej(θ1-θ2)---(9).]]>當(dāng)前第1頁1 2 3