本發(fā)明屬于頻率交替采集系統(tǒng)，更為具體地講，涉及一種多子帶頻率交替采集系統(tǒng)的采集精度提升方法。

背景技術(shù)：

1、超寬帶采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種尖端行業(yè)中，如5g、6g通信中就需要對(duì)數(shù)十ghz的信號(hào)進(jìn)行寬帶分析。然而受限于器件的限制，目前尚未有單個(gè)采集器件能夠達(dá)到數(shù)十ghz帶寬和數(shù)十甚至百gsps采樣率的指標(biāo)，因此，各種系統(tǒng)級(jí)技術(shù)被提出以提升采集系統(tǒng)的采樣率和帶寬。

2、為了能夠同時(shí)提升系統(tǒng)的采樣率和帶寬，最常用的技術(shù)是采用頻率交替采集技術(shù)，如圖1所示，在頻率交替采集技術(shù)中，以采集器為分界線，系統(tǒng)主要分為模擬調(diào)理部分、數(shù)字處理部分以及控制與分析中心等主要組成部分。輸入信號(hào)首先經(jīng)過m個(gè)分解濾波器，每個(gè)濾波器根據(jù)頻率將信號(hào)分解為不同的子帶：分解濾波器m頻段范圍為頻率fm-1至頻率fm，其中m取值范圍為1至m，f0表示直流；經(jīng)過分解濾波器后，第二路至第m路信號(hào)各自經(jīng)過不同本振的混頻器，將高頻信號(hào)下變頻至基帶頻率；各路基帶信號(hào)經(jīng)過采樣器后得到基帶數(shù)字信號(hào)；各路基帶數(shù)字信號(hào)通過各個(gè)插值器進(jìn)行m倍內(nèi)插后獲得系統(tǒng)采樣率下的基帶信號(hào)；最后第2路至第m路系統(tǒng)采樣率下的基帶信號(hào)再通過混頻頻率與混頻器相同的上變頻器，將基帶信號(hào)還原回原始頻段；最后所有頻段信號(hào)進(jìn)行疊加，從而獲得最終的采集結(jié)果，并送至控制與分析中心進(jìn)行進(jìn)一步分析、顯示等操作。

3、基于頻率交替采集技術(shù)將各個(gè)子帶進(jìn)行了疊加，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)帶寬的成倍提升。然而額外的帶寬不可避免帶來了額外的噪聲，這些噪聲會(huì)降低最終采集結(jié)果的幅度精度，從而影響對(duì)信號(hào)的后續(xù)分析?，F(xiàn)有專利和文獻(xiàn)幾乎沒有針對(duì)這種系統(tǒng)的采集精度提升方法。而傳統(tǒng)的寬帶采集系統(tǒng)精度提升往往依賴于濾波器對(duì)帶外噪聲進(jìn)行抑制。然而傳統(tǒng)的濾波器噪聲抑制方法具有以下難點(diǎn)：第一是其多采用各種低通及帶通濾波器實(shí)現(xiàn)噪聲抑制。對(duì)于擁有多個(gè)獨(dú)立頻段的信號(hào)而言，一方面難以設(shè)計(jì)單個(gè)濾波器，其具有多個(gè)窄的通帶，從而對(duì)多個(gè)頻段的信號(hào)同時(shí)進(jìn)行篩選；另一方面，若設(shè)計(jì)多個(gè)濾波器，每個(gè)濾波器都有單個(gè)窄的通帶，則又會(huì)大大增加系統(tǒng)的資源消耗。此外，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只能對(duì)固定頻段的信號(hào)進(jìn)行處理，難以對(duì)信號(hào)的頻段特征進(jìn)行識(shí)別并對(duì)濾波器進(jìn)行快速重構(gòu)，從而無法針對(duì)各種不同的測(cè)試場(chǎng)合進(jìn)行智能的精度提升。

4、因此，為了降低信號(hào)測(cè)試中的噪聲，提高信號(hào)測(cè)試精度，有必要設(shè)計(jì)一種新方法，以對(duì)信號(hào)的頻段進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果自動(dòng)在單路采樣數(shù)據(jù)的低采樣率條件下設(shè)計(jì)多帶帶通濾波器，從而盡可能降低采集系統(tǒng)的整體噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率交替采集系統(tǒng)中信號(hào)采集精度的智能提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多子帶頻率交替采集系統(tǒng)的采集精度提升方法，通過對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行頻段識(shí)別，并自動(dòng)設(shè)計(jì)符合信號(hào)頻段的帶限濾波器，達(dá)到最大限度提升信號(hào)的采集精度的效果。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種多子帶頻率交替采集系統(tǒng)的采集精度提升方法，其特征在于，包括以下步驟：

3、(1)、多子帶頻率交替采集系統(tǒng)開機(jī)，先進(jìn)入初始化，以獲取本底噪聲的能量特征；

4、(1.1)、設(shè)多子帶頻率交替采集系統(tǒng)包含m個(gè)采集器；

5、(1.2)、多子帶頻率交替采集系統(tǒng)開機(jī)初始化時(shí)不輸入任何信號(hào)，設(shè)系統(tǒng)第m個(gè)采集器采集到的純?cè)肼暈閤m[i]，其中，m＝1,2,…,m，i表示采樣點(diǎn)編號(hào)；

6、(1.3)、將每一路純?cè)肼晉m[i]通過數(shù)字處理部分的子帶進(jìn)行處理，處理過程如下：

7、(1.3.1)、取每路純?cè)肼晉m[i]的前n個(gè)點(diǎn)，然后經(jīng)過n點(diǎn)fft變換，得到頻響xm[n]，n＝1,2,…,n；

8、(1.3.2)、計(jì)算獲幅頻響應(yīng)am[n]；

9、

10、其中，real(·)和imag(·)分別表示取實(shí)部和取虛部；

11、(1.3.3)、將幅頻響應(yīng)am[n]并送至信號(hào)識(shí)別模塊，先通過頻點(diǎn)能量求取模塊得到頻點(diǎn)能量em[n]＝20log10(am[n])；再將頻點(diǎn)能量em[n]輸入至噪聲能量求取模塊，求取第m個(gè)子帶的本底噪聲能量特征enm；最后將每個(gè)子帶的本底噪聲能量特征enm存儲(chǔ)在噪聲能量存儲(chǔ)模塊中；

12、或enm＝enmmax＝max(em[n])

13、其中，enmavg表示所有頻點(diǎn)上的能量平均值，enmmax表示所有頻點(diǎn)上的最大值；

14、(2)、切換多子帶頻率交替采集系統(tǒng)至正常采集模式，然后開始正常信號(hào)采集；

15、(2.1)、設(shè)置各個(gè)子帶中頻域?yàn)V波器的系數(shù)hm[n]＝1，n＝1,2,…,n；設(shè)置系數(shù)更新需要經(jīng)過的采集循環(huán)次數(shù)c，初始化當(dāng)前采集次數(shù)c＝0，c＝1,2,…,c；設(shè)置信號(hào)有效頻段累計(jì)計(jì)數(shù)模塊中的計(jì)數(shù)值jtm[n]＝0；設(shè)置信號(hào)有效頻段計(jì)數(shù)模塊的初始輸出值為jrm[n]＝1；設(shè)置頻段識(shí)別中的能量閾值δe、信號(hào)判斷為存在需要達(dá)到的次數(shù)ce、頻域?yàn)V波器系數(shù)求解的擴(kuò)展范圍閾值δf；

16、(2.2)、在多子帶頻率交替采集系統(tǒng)的輸入端輸入信號(hào)，然后通過系統(tǒng)中各個(gè)采集器采集，記第c次采集循環(huán)時(shí)第m個(gè)采集器的采集信號(hào)為

17、(2.3)、將每一路采集信號(hào)通過數(shù)字處理部分的子帶進(jìn)行處理，處理過程如下：

18、(2.3.1)、在各個(gè)子帶的下分支中獲取頻域?yàn)V波器在下一次采集時(shí)的濾波器系數(shù)

19、(2.3.1.1)、采集信號(hào)先按照步驟(1.3.1)-(1.3.2)獲取每路信號(hào)的幅頻響應(yīng)

20、(2.3.1.2)、將幅頻響應(yīng)送至信號(hào)識(shí)別模塊，先通過頻點(diǎn)能量求取模塊得到頻點(diǎn)能量

21、(2.3.1.3)、將頻點(diǎn)能量輸入至信號(hào)頻段識(shí)別模塊，信號(hào)頻段識(shí)別模塊通過在噪聲能量存儲(chǔ)模塊中讀取本底噪聲能量特征enm，進(jìn)而判斷本次采集信號(hào)所在位置，判斷結(jié)果為：

22、

23、其中，δe為頻段識(shí)別中的能量閾值；

24、(2.3.1.4)、將判斷結(jié)果輸入至信號(hào)有效頻段計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行累計(jì)；

25、(2.3.1.4.1)、當(dāng)c≤c-1時(shí)，首先對(duì)信號(hào)有效頻段計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行累計(jì)求和，得到結(jié)果為

26、

27、(2.3.1.4.2)、在求和后更新輸出jrm[n]：當(dāng)c＜c-1時(shí)，輸出jrm[n]不變；當(dāng)c＝c-1時(shí)，將求和結(jié)果jtm[n]與信號(hào)存在需要達(dá)到的次數(shù)ce進(jìn)行比較，并令模塊輸出jrm[n]為：

28、

29、(2.3.1.4.3)、在更新輸出后更新循環(huán)次數(shù)編號(hào)：當(dāng)c＜c-1時(shí)，令c＝c+1；當(dāng)c＝c-1時(shí)，令c＝0；

30、(2.3.1.5)、頻域?yàn)V波器系數(shù)求解模塊根據(jù)jrm[n]設(shè)計(jì)頻域?yàn)V波器在下一次采集時(shí)的濾波器系數(shù)

31、(2.3.2)、在各個(gè)子帶的上分支中獲取采集精度提高后的采集數(shù)據(jù)；

32、(2.3.2.1)、將采集信號(hào)通過頻域?yàn)V波器進(jìn)行濾波處理，得到濾波后輸出

33、(2.3.2.2)、在濾波完成后，頻域?yàn)V波器接收信號(hào)識(shí)別模塊輸出的濾波器系數(shù)并進(jìn)行更新；

34、(2.3.2.3)、在第一個(gè)子帶中，將濾波后輸出經(jīng)過插值器處理，得到第一個(gè)子帶的輸出y1[i]；

35、在第2至第m個(gè)子帶中，將濾波后輸出依次經(jīng)過插值器和上變頻器處理，得到各子帶的輸出ym[i]，m＝2,3,…,m；

36、(2.3.2.4)、所有子帶輸出ym[i]進(jìn)行疊加，得到系統(tǒng)輸出y[i]；

37、

38、本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

39、本發(fā)明一種多子帶頻率交替采集系統(tǒng)的采集精度提升方法，多子帶頻率交替采集系統(tǒng)開機(jī)，先進(jìn)入初始化，以獲取本底噪聲的能量特征；接著，切換多子帶頻率交替采集系統(tǒng)至正常采集模式，然后輸入信號(hào)開始正常采集；在正常采集時(shí)，每次采集的數(shù)據(jù)同樣求幅頻響應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為每個(gè)頻點(diǎn)上的能量，將每個(gè)頻點(diǎn)上的能量與噪聲的能量特征進(jìn)行對(duì)比，從而獲得該次采集中信號(hào)的能量分布，累計(jì)多次信號(hào)能量分布結(jié)果，以獲得信號(hào)的實(shí)際存在位置；根據(jù)信號(hào)的實(shí)際存在位置設(shè)計(jì)出頻域?yàn)V波器，并輸出至頻域?yàn)V波模塊進(jìn)行系數(shù)更新，最終達(dá)到頻率交替系統(tǒng)中自動(dòng)降低有效頻段外噪聲，能夠智能提升信號(hào)采集精度的目的。

40、同時(shí)，本發(fā)明一種多子帶頻率交替采集系統(tǒng)的采集精度提升方法還具有以下有益效果：

41、(1)、在頻域直接設(shè)計(jì)實(shí)系數(shù)濾波器進(jìn)行濾波，降低了多頻段信號(hào)對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)要求。對(duì)于設(shè)計(jì)多個(gè)單窄帶濾波器，本方法只需要用一個(gè)濾波器，降低了資源消耗；對(duì)于設(shè)計(jì)單個(gè)多子帶濾波器，本方法直接只進(jìn)行簡(jiǎn)單的0-1判斷或求斜率操作，無需采用復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)濾波器系數(shù)，因此設(shè)計(jì)方法更加簡(jiǎn)單。

42、(2)、本方法能夠針對(duì)不同的信號(hào)特征，不同的測(cè)試場(chǎng)合自適應(yīng)改變?yōu)V波器的參數(shù)；對(duì)于測(cè)試場(chǎng)景改變的情況，能夠自動(dòng)測(cè)量信號(hào)的頻段并快速重構(gòu)濾波器參數(shù)，以在新的測(cè)試場(chǎng)景中降低信號(hào)的帶外噪聲，該過程無需人工干預(yù)，因此能夠?qū)Ω鞣N不同的測(cè)試場(chǎng)合進(jìn)行智能的精度提升。