一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正裝置及校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種頻偏校正裝置及校正方法，特別涉及一種用于多通道幅相測(cè)試系 統(tǒng)的頻偏校正裝置及校正方法，屬于微波信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 直接序列擴(kuò)頻（DSSS)具有抗多徑衰落、抗干擾能力強(qiáng)，發(fā)射功率低，截獲率低，保 密性好等特點(diǎn)。隨著IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的制定，直接序列擴(kuò)頻成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)底層通 信模式之一，其廣泛的應(yīng)用于軍事，工農(nóng)業(yè)控制，環(huán)境檢測(cè)等諸多領(lǐng)域中。
[0003] 多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)基于DSSS，應(yīng)用于數(shù)字波束成形的天線陣列的幅相一致性測(cè) 試，多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試精度要求高、碼元速率低的特點(diǎn)，所以多通道幅相測(cè)試系 統(tǒng)對(duì)于頻偏特別敏感。系統(tǒng)碼元速率為4. 8828Hz，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)頻偏時(shí)，測(cè)試精度能達(dá)到幅度小 于0. ldB，相位小于1° ;當(dāng)頻偏大于0. 1Hz時(shí)，幅度測(cè)試精度大于0. ldB，相位測(cè)試精度大 于1°，導(dǎo)致系統(tǒng)測(cè)試精度不達(dá)標(biāo)；當(dāng)頻偏大于3Hz時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法捕獲相關(guān)峰，從而無(wú) 法正常測(cè)試。所以微小的頻偏對(duì)于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的影響是致命的，而實(shí)際系統(tǒng)需要 校準(zhǔn)的頻偏范圍大，并且校準(zhǔn)精度要求達(dá)到〇. 001Hz，而現(xiàn)有的頻偏校準(zhǔn)技術(shù)不能兼顧校準(zhǔn) 大頻偏的同時(shí)校準(zhǔn)精度均達(dá)到〇. 〇〇 1Hz。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有頻偏校準(zhǔn)技術(shù)無(wú)法同時(shí)滿足校準(zhǔn)范圍大和精度高的 問(wèn)題，提出了一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的高精度頻偏校正裝置及校正方法，通過(guò)校正 被測(cè)件與本振的頻偏來(lái)提高多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正裝置，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、下變頻模塊、 匹配濾波模塊、碼捕獲模塊、相關(guān)峰解算模塊、頻偏一次估計(jì)模塊、頻偏二次估計(jì)模塊和頻 偏補(bǔ)償選擇模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接下變頻模塊，下變頻模塊連接匹配濾波模塊，匹配濾波 模塊分別連接碼捕獲模塊和頻偏一次估計(jì)模塊，頻偏一次估計(jì)模塊接頻偏補(bǔ)償選擇模塊， 碼捕獲模塊連接相關(guān)峰解算模塊，相關(guān)峰解算模塊連接頻偏二次估計(jì)模塊，頻偏二次估計(jì) 模塊連接頻偏補(bǔ)償選擇模塊，頻偏補(bǔ)償選擇模塊連接下變頻模塊。
[0007] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0008] 所述下變頻模塊用于使用預(yù)設(shè)頻率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行混頻和高頻信號(hào)濾除處理得 到I路和Q路兩路信號(hào)；
[0009] 所述匹配濾波模塊用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行匹配濾波；
[0010] 所述碼捕獲模塊用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算和相關(guān)峰檢測(cè)，得到相關(guān)峰信號(hào)；
[0011] 所述相關(guān)峰解算模塊用于對(duì)輸入的I、Q兩路的相關(guān)峰進(jìn)行解算得到碼元中的相 位信息；
[0012] 所述頻偏一次估計(jì)模塊用于將輸入的I、Q兩路信號(hào)合為一路信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)做 傅立葉變換后進(jìn)行頻偏粗校準(zhǔn)，得到頻偏粗校準(zhǔn)值；
[0013] 所述頻偏二次估計(jì)模塊用于根據(jù)輸入信號(hào)相鄰碼元的相位信息進(jìn)行頻偏細(xì)校準(zhǔn)， 得到頻偏細(xì)校準(zhǔn)值；
[0014] 所述頻偏補(bǔ)償選擇模塊用于選擇輸入的頻偏粗校準(zhǔn)值和頻偏細(xì)校準(zhǔn)值兩個(gè)頻率 中的一個(gè)對(duì)所述下變頻模塊當(dāng)前頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
[0015] 一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正方法，其步驟如下：
[0016] 步驟一、系統(tǒng)接收擴(kuò)頻多波束信號(hào)；
[0017] 步驟二、將接收的擴(kuò)頻多波束模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，并對(duì)該信號(hào) 通過(guò)以下過(guò)程進(jìn)行頻偏粗校準(zhǔn)：
[0018] 首先將所述數(shù)字信號(hào)按照預(yù)設(shè)頻率f；進(jìn)行下變頻得到I路和Q路兩路信號(hào)，然后 將I路和Q路兩路信號(hào)分別進(jìn)行匹配濾波處理后進(jìn)行頻偏一次估計(jì)得到頻偏粗校準(zhǔn)值f rt， 最后使用L對(duì)預(yù)設(shè)頻率進(jìn)行補(bǔ)償；
[0019] 作為優(yōu)選，所述頻偏一次估計(jì)過(guò)程如下：首先將I、Q兩路信號(hào)按照公式（I+j?2進(jìn) 行運(yùn)算，然后將運(yùn)算得到的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換得到信號(hào)的頻譜，頻譜中幅度最大的位置 對(duì)應(yīng)的頻率即為頻偏粗校準(zhǔn)值，其中j表示虛數(shù)單位；
[0020] 所述使用對(duì)預(yù)設(shè)頻率1進(jìn)行補(bǔ)償，具體如下：
[0021] fr= f r+frl；
[0022] 步驟三、系統(tǒng)按照經(jīng)過(guò)步驟二粗校準(zhǔn)后的頻率對(duì)接收的擴(kuò)頻多波束信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù) 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)以下過(guò)程進(jìn)行頻偏細(xì)校準(zhǔn)：首先對(duì)所述數(shù)字信號(hào)按照校準(zhǔn)后的頻率 依次進(jìn)行如步驟二所述下變頻和匹配濾波，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行碼捕獲，得到相關(guān)峰信號(hào)，接下 來(lái)對(duì)I、Q兩路信號(hào)的相關(guān)峰按照公式0 = Arctg(Q/I)進(jìn)行解算得到相位信息,0〇)，最后 根據(jù)相位信息進(jìn)行頻偏二次估計(jì)得到頻偏細(xì)校準(zhǔn)值f；2，并使用匕對(duì)當(dāng)前頻率再次進(jìn)行補(bǔ) 償；其中n表示第n個(gè)碼元，n為大于等于1的整數(shù)，0(n)表示第n個(gè)碼元中的相位信息。
[0023] 作為優(yōu)選，所述頻偏二次估計(jì)過(guò)程如下：首先計(jì)算鄰近碼元的相位差A(yù)0，然后再 根據(jù)相位差以及鄰近碼元的時(shí)間間隔t按照如下公式進(jìn)行計(jì)算得到頻偏細(xì)校準(zhǔn)值f；2:
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正裝置，其特征在于，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、下 變頻模塊、匹配濾波模塊、碼捕獲模塊、相關(guān)峰解算模塊、頻偏一次估計(jì)模塊、頻偏二次估計(jì) 模塊和頻偏補(bǔ)償選擇模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接下變頻模塊，下變頻模塊連接匹配濾波模塊， 匹配濾波模塊分別連接碼捕獲模塊和頻偏一次估計(jì)模塊，頻偏一次估計(jì)模塊接頻偏補(bǔ)償選 擇模塊，碼捕獲模塊連接相關(guān)峰解算模塊，相關(guān)峰解算模塊連接頻偏二次估計(jì)模塊，頻偏二 次估計(jì)模塊連接頻偏補(bǔ)償選擇模塊，頻偏補(bǔ)償選擇模塊連接下變頻模塊； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 所述下變頻模塊用于使用預(yù)設(shè)頻率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行混頻和高頻信號(hào)濾除處理得到I 路和Q路兩路信號(hào)； 所述匹配濾波模塊用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行匹配濾波； 所述碼捕獲模塊用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算和相關(guān)峰檢測(cè)，得到相關(guān)峰信號(hào)； 所述相關(guān)峰解算模塊用于對(duì)輸入的I、Q兩路的相關(guān)峰進(jìn)行解算得到碼元中的相位信 息； 所述頻偏一次估計(jì)模塊用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并且對(duì)運(yùn)算后的信號(hào)做傅立葉變換 進(jìn)行頻偏粗校準(zhǔn)，得到頻偏粗校準(zhǔn)值； 所述頻偏二次估計(jì)模塊用于根據(jù)輸入信號(hào)相鄰碼元的相位信息進(jìn)行頻偏細(xì)校準(zhǔn)，得到 頻偏細(xì)校準(zhǔn)值； 所述頻偏補(bǔ)償選擇模塊用于選擇輸入的頻偏粗校準(zhǔn)值和頻偏細(xì)校準(zhǔn)值兩個(gè)頻率中的 一個(gè)對(duì)所述下變頻模塊當(dāng)前頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正裝置，其特征在 于：所述碼捕獲模塊采用數(shù)字匹配濾波器（DMF)進(jìn)行數(shù)字匹配濾波，再對(duì)匹配濾波后的信 號(hào)進(jìn)行相關(guān)峰檢測(cè)。
3. -種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、系統(tǒng)接收擴(kuò)頻多波束信號(hào)； 步驟二、將接收的擴(kuò)頻多波束模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)通過(guò) 以下過(guò)程進(jìn)行頻偏粗校準(zhǔn)： 首先將所述數(shù)字信號(hào)按照預(yù)設(shè)頻率f；進(jìn)行下變頻得到I路和Q路兩路信號(hào)，然后將I 路和Q路兩路信號(hào)分別進(jìn)行匹配濾波處理后進(jìn)行頻偏一次估計(jì)得到頻偏粗校準(zhǔn)值L，最后 使用L對(duì)預(yù)設(shè)頻率進(jìn)行補(bǔ)償； 步驟三、系統(tǒng)按照經(jīng)過(guò)步驟二粗校準(zhǔn)后的頻率對(duì)接收的擴(kuò)頻多波束信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換 后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)以下過(guò)程進(jìn)行頻偏細(xì)校準(zhǔn)：首先對(duì)所述數(shù)字信號(hào)按照校準(zhǔn)后的頻率依次 進(jìn)行如步驟二所述下變頻和匹配濾波，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行碼捕獲，得到相關(guān)峰信號(hào)，接下來(lái)對(duì) l、Q兩路信號(hào)的相關(guān)峰按照公式,# = Arctg((|/1):進(jìn)行解算得到相位信息,0(11)，最后根據(jù) 相位信息進(jìn)行頻偏二次估計(jì)得到頻偏細(xì)校準(zhǔn)值f；2，并使用f；2對(duì)當(dāng)前頻率再次進(jìn)行補(bǔ)償；其 中η表示第η個(gè)碼元，η為大于等于1的整數(shù)，0(n)表示第η個(gè)碼元中的相位信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正方法，其特征在 于：所述頻偏一次估計(jì)過(guò)程如下：首先將I、Q兩路信號(hào)按照公式（I+jQ) 2進(jìn)行運(yùn)算，然后將 運(yùn)算得到的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換得到信號(hào)的頻譜，頻譜中幅度最大的位置對(duì)應(yīng)的頻率即為 頻偏粗校準(zhǔn)值frt，其中j表示虛數(shù)單位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正方法，其特征在 于：所述傅立葉變換為采用固定點(diǎn)數(shù)的傅立葉變換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正方法，其特征在 于：所述使用對(duì)預(yù)設(shè)頻率1進(jìn)行補(bǔ)償為采用累加方式進(jìn)行，即f\= f\+fri。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正方法，其特征在 于：所述頻偏二次估計(jì)過(guò)程如下：首先計(jì)算鄰近碼元的相位差:Δ0，然后再根據(jù)相位差以及 鄰近碼元的時(shí)間間隔τ按照如下公式進(jìn)行計(jì)算得到頻偏細(xì)校準(zhǔn)值f；2:
8. 根據(jù)權(quán)利要求3-7任一所述的一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正方法，其特 征在于：所述鄰近碼元為間隔k個(gè)碼元的兩個(gè)碼元，其中k為大于等于O的整數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于多通道幅相測(cè)試系統(tǒng)的頻偏校正裝置及校正方法，屬于微波信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域。本發(fā)明方法首先對(duì)接收的擴(kuò)頻多波束信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行下變頻以及匹配濾波處理，然后進(jìn)行頻偏一次估計(jì)得到頻偏粗校準(zhǔn)值fr1，用fr1對(duì)本振頻率fr進(jìn)行補(bǔ)償后再對(duì)接收的擴(kuò)頻多波束信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)依次經(jīng)下變頻、匹配濾波、碼捕獲和相關(guān)峰解算后進(jìn)行頻偏二次估計(jì)得到頻偏細(xì)校準(zhǔn)值fr2，用fr2對(duì)經(jīng)過(guò)粗校準(zhǔn)的本振頻率fr+fr1繼續(xù)補(bǔ)償，此后系統(tǒng)即可以校準(zhǔn)后的頻率fr+fr1+fr2對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理。對(duì)比傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)粗校準(zhǔn)和細(xì)校準(zhǔn)兩次頻偏估計(jì)進(jìn)行頻偏校正，同時(shí)滿足校準(zhǔn)頻偏范圍大和精度高的雙重要求。
【IPC分類】H04B17-12, H04L25-02
【公開號(hào)】CN104734788
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510141761
【發(fā)明人】安建平, 王帥, 杜昌澔, 涂水平, 羅婧, 戴計(jì)博, 魯楠, 趙文靜, 楊驍
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月27日