CN104320207A

CN104320207A - 一种矢量信号分析装置及方法

Info

Publication number: CN104320207A
Application number: CN201410568000.1A
Authority: CN
Inventors: 周钦山; 王峰; 张超; 韩翔
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CLP Kesiyi Technology Co Ltd
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2034-10-17
Also published as: CN104320207B

Abstract

本发明提出了一种矢量信号分析装置，ADC模块对接收到的中频信号进行A/D量化；I/Q变换器对ADC模块输出的数字信号进行I/Q变换得到基带I/Q数据；整数抽取模块接收I/Q变换器输出的I/Q信号，对下变频后的I/Q信号进行整数倍抽取；小数抽取模块将整数抽取模块输出的I/Q数据的数据速率转化为整数倍的码元速率，还可以对I/Q数据文件进行小数倍数据速率抽取变换；矢量解调分析模块对上述小数抽取模块输出的I/Q数据进行后续的矢量解调分析。本发明可对数字调制信号进行灵活、全面的矢量解调分析；采用固定速率A/D采样，在可编程器件中进行I/Q变换和整数倍采样率变换，降低现有矢量信号分析仪A/D采样和可编程硬件的设计难度。

Description

一种矢量信号分析装置及方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种矢量信号分析装置，还涉及一种矢量信号分析方法。

背景技术

数字调制信号具有信息容量大、抗干扰和保密性好等优点，在卫星通信、广播电视、通信对抗等通信系统中被广泛使用。对数字调制信号的码元信息和调制质量进行精确衡量是数字通信系统应用的重要前提，矢量信号分析仪可实现码元恢复和调制质量测量，以及功率、频率等其它参数的测试，为数字通信系统提供测试保障。

在完成信号的变频处理后，矢量信号分析仪需要可编程硬件设备和驻机软件配合完成多种调制格式以及不同码元速率数字调制信号的矢量解调分析。现有的矢量信号分析仪在可编程硬件设备中完成I/Q变换、小数倍采样率变换、甚至矢量解调等过程，编程设计复杂度高；并且驻机软件无法进行非整数倍码元速率I/Q数据文件的回放分析，软件灵活性和通用性差。

如图1所示，现有的矢量信号分析实现方法一般有两种：

一是采用可变高采样率进行A/D转换，采样速率为码元速率的整数倍，经过I/Q变换、整数倍抽取滤波后，进行矢量解调分析。该方法要求采样时钟是码元速率的整数倍，对采样时钟发生器的精度及范围要求很高，实现比较困难；

二是采用固定采样率进行A/D变换，在可编程器件中进行I/Q变换、小数倍抽取处理得到整数倍码元速率的I/Q数据，在后续硬件或软件模块中进行矢量解调分析。

上述第一种实现方法中，矢量信号分析仪驻机软件获得的数据是矢量解调后的结果，原始采样数据的时频域信息被丢弃，数据信息利用率不高，导致结果分析角度不够全面；此外，采用可变高采样率A/D实现起来非常困难。

第二种实现方法中，小数倍抽取处理在可编程器件中，编程复杂度高；并且驻机软件缺少小数倍采样率变换功能，仅能实现整数倍采样率I/Q数据的解调分析，无法回放分析其它系统保存的非整数倍码元速率的I/Q数据，软件兼容性差、使用局限性大。

发明内容

为解决现有的矢量信号分析实现方法的上述缺点，本发明提出一种矢量信号分析装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种矢量信号分析装置，包括：ADC模块、I/Q变换器、整数抽取模块、小数抽取模块和矢量解调分析模块；

ADC模块对接收到的中频信号进行A/D量化；

I/Q变换器对ADC模块输出的数字信号进行I/Q变换得到基带I/Q数据；

整数抽取模块接收I/Q变换器输出的I/Q信号，对下变频后的I/Q信号进行整数倍抽取，整数抽取模块采用多级CIC滤波器和半带滤波器级联的方式，每级CIC滤波器和每级半带滤波器前均有选择器，CIC滤波器放在抽取级联的前端，半带滤波器在CIC滤波器的后端；

小数抽取模块将整数抽取模块输出的I/Q数据的数据速率转化为整数倍的码元速率，还可以对I/Q数据文件进行小数倍数据速率抽取变换；

矢量解调分析模块对上述小数抽取模块输出的I/Q数据进行后续的矢量解调分析。

可选地，所述ADC模块采用固定采样率，采样率取值为10MHz的整数倍。

可选地，所述I/Q变换器接收所述ADC模块输出的中频信号，经两个相乘器所构成的混频器后，将输入的数字信号和数字本振所产生的正交正弦信号相乘，相乘结果为基带I/Q数据。

可选地，所述整数抽取模块的抽取因子以1、2、5、10固定档位步进。

可选地，所述CIC滤波器采用5级级联的方式，半带滤波器采用3级级联的方式。

可选地，小数抽取模块采用sinc内插滤波进行小数倍抽取，得到整数倍码元速率的I/Q数据。

可选地，矢量解调分析模块的信号分析流程包括匹配滤波、矢量解调以及调制质量分析。

本发明还提供了一种矢量信号分析方法，包括以下步骤：

步骤(a)，对接收到的中频信号进行A/D量化；

步骤(b)，对A/D量化后的数字信号进行I/Q变换，将速率较高的数字中频信号下变频为基带I/Q数据；

步骤(c)，对下变频后的I/Q信号进行整数倍抽取，整数抽取采用多级CIC滤波器和半带滤波器级联的方式，每级CIC滤波器和每级半带滤波器前均有选择器，CIC滤波器放在抽取级联的前端，半带滤波器在CIC滤波器的后端；

步骤(d)，将整数倍抽取后的I/Q数据的数据速率转化为整数倍的码元速率，还可以对I/Q数据文件进行小数倍数据速率抽取变换；

步骤(e)，对步骤(d)处理后的I/Q数据进行矢量解调分析。

可选地，步骤(b)中，I/Q变换的步骤具体包括：A/D量化后的数字信号经两个相乘器所构成的混频器混频后，将输入的数字信号和数字本振所产生的正交正弦信号相乘，相乘结果为基带I/Q数据。

可选地，矢量解调分析包括匹配滤波、矢量解调以及调制质量分析。

本发明的有益效果是：

(1)可对数字调制信号进行灵活、全面的矢量解调分析；

(2)采用固定速率A/D采样，在可编程器件中进行I/Q变换和整数倍采样率变换，降低现有矢量信号分析仪A/D采样和可编程硬件的设计难度；

(3)在矢量信号分析仪驻机软件中进行小数倍采样率变换以及矢量解调，支持非整数倍码元速率I/Q文件的矢量回放分析，增强了矢量分析能力和分析结果的全面性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的矢量信号分析方法实现原理图；

图2为本发明的矢量信号分析装置的原理图；

图3为本发明的I/Q变换器的原理框图；

图4为本发明的整数抽取模块的原理框图；

图5为本发明的小数抽取模块的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有矢量信号分析仪器中采样率变换和矢量解调分析靠近处理流程前端导致可编程器件逻辑设计复杂、驻机软件结果分析不够全面以及使用局限性大，本发明给出了一种矢量信号分析装置及方法，超外差式矢量信号分析仪将被测调制信号通过滤波混频后变频到中频，中频信号经过滤波放大后进行数字化，高速ADC量化后的中频信号再经过I/Q变换和抽取滤波处理，将中频信号变成零中频的数字I/Q复信号，然后基于这些I/Q数据进行矢量解调分析。

下面结合附图，对本发明的矢量信号分析装置及方法进行详细说明。

如图2所示，首先，ADC模块采用固定采样率对接收到的中频信号进行A/D量化，本发明采样率取值为10MHz的整数倍，例如100MHz、400MHz、500MHz等。采样率决定了信号的最大可分析带宽，采用固定采样率降低了A/D采样的实现难度。

然后，在可编程硬件设备中的I/Q变换器对ADC模块输出的数字信号进行I/Q变换得到基带I/Q数据。

I/Q变换的基本功能是将速率较高的数字中频信号下变频为数字基带信号，图3是本发明I/Q变换器的实现原理图。图3中，高速ADC模块输出的中频信号送入I/Q变换器；经两个相乘器所构成的混频器后，将输入的数字信号和数字本振所产生的正交正弦信号相乘，相乘结果为I/Q两路信号。

再然后，I/Q信号送入整数抽取模块，完成对下变频后的I/Q信号的整数倍抽取。本发明的矢量信号分析装置中抽取因子以1、2、5、10固定档位步进，抽取后的数据率默认为不小于2倍码元速率，考虑到I/Q数据后续应用的灵活性以及与其它系统的兼容性，抽取后的数据率可在1～20倍码元速率范围内设置。假设N为每符号点数，(N*码元速率)向上取整为1、2、5、10得到抽取后的数据率，则抽取比例为(A/D采样率)/(抽取后的数据率)，从而得到小数倍码元速率的I/Q数据。以3.84MHz码元速率的WCDMA信号为例，在100MHz的A/D采样时钟的情况下，设置每符号点数为2，则2*3.84MHz＝7.68MHz，向上取整得到抽取后的数据率为10MHz，抽取比计算公式为100MHz/10MHz＝10。

本发明的整数抽取模块采用多级CIC滤波器和半带滤波器级联的方式实现。由于CIC滤波器可以省略乘法器和系数存储器，运算效率较高，所以将其放在抽取级联的前端，实现高采样率数据的抽取。半带滤波器频率特性优于CIC滤波器，用在CIC滤波器的后端。本发明中CIC滤波器实现1～1000倍抽取比，采用5级级联的方式实现，可以保证67dB的带外抑制，满足阻带衰减要求。半带滤波器采用3级级联的方式，实现1～8倍的抽取比。CIC滤波器和每级半带滤波器前均有选择器，选择是否进行抽取滤波。抽取比选取原则是当实现2、4、8倍抽取式选择半带滤波器，其它情况下由半带滤波器和CIC滤波器组合实现抽取。以10倍抽取比为例，将由CIC滤波器实现5倍抽取滤波，半带滤波器实现2倍抽取滤波。

接下来，小数抽取模块将上述整数抽取模块输出的1～20小数倍码元速率的I/Q数据转化为整数倍的码元速率，还可以对I/Q数据文件进行小数倍数据速率抽取变换。本发明采用sinc内插滤波进行小数倍抽取，得到整数倍码元速率的I/Q数据，整数可以设置为常用的1、2、4、8、16等值。在数据率改变时，要去掉高频分量，就需要将信号通过一个低通滤波器，理想低通滤波器在时域的表现形式就是sinc函数，因此只要实现输入数据与sinc函数的卷积即可实现采样速率的变换。在实现过程中，如图5所示，需要对sinc函数进行截短并加窗锐化，为兼顾小数倍抽取的速度与精度两种不同应用情况，分别使用8个和40个点的sinc函数，加Kaiser窗进行过渡带锐化，通过控制开关来实现速度和精度的选择优化。

I/Q数据不仅包含了信号的幅度信息，还包含了矢量分析必须的相位信息，在信号分析仪中具有非常广泛的应用，后端信号分析几乎都是基于I/Q数据进行的，当今主流的信号分析仪都提供I/Q数据文件保存功能，一些信号仿真软件如MATLAB等也可以便捷的进行I/Q文件输出，因此对I/Q数据文件进行矢量回放分析具有非常重要的现实意义。由于本发明的小数抽取模块中具有小数倍抽取功能，只要将文件中的数据按照特定格式读入内存即可进行矢量解调分析，极大提高了矢量分析功能的通用性。

最后，矢量解调分析模块对上述小数抽取模块输出的整数倍码元速率的I/Q数据进行后续的矢量解调分析，包括匹配滤波、矢量解调以及调制质量分析等一系列信号分析流程。

本发明的矢量信号分析装置及方法，可对数字调制信号进行灵活、全面的矢量解调分析；采用固定速率A/D采样，在可编程器件中进行I/Q变换和整数倍采样率变换，降低现有矢量信号分析仪A/D采样和可编程硬件的设计难度；在矢量信号分析仪驻机软件中进行小数倍采样率变换以及矢量解调，支持非整数倍码元速率I/Q文件的矢量回放分析，增强了矢量分析能力和分析结果的全面性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种矢量信号分析装置，其特征在于，包括：ADC模块、I/Q变换器、整数抽取模块、小数抽取模块和矢量解调分析模块；

ADC模块对接收到的中频信号进行A/D量化；

2.如权利要求1所述的一种矢量信号分析装置，其特征在于，所述ADC模块采用固定采样率，采样率取值为10MHz的整数倍。

3.如权利要求1所述的一种矢量信号分析装置，其特征在于，所述I/Q变换器接收所述ADC模块输出的中频信号，经两个相乘器所构成的混频器后，将输入的数字信号和数字本振所产生的正交正弦信号相乘，相乘结果为基带I/Q数据。

4.如权利要求1所述的一种矢量信号分析装置，其特征在于，所述整数抽取模块的抽取因子以1、2、5、10固定档位步进。

5.如权利要求4所述的一种矢量信号分析装置，其特征在于，所述CIC滤波器采用5级级联的方式，半带滤波器采用3级级联的方式。

6.如权利要求1所述的一种矢量信号分析装置，其特征在于，小数抽取模块采用sinc内插滤波进行小数倍抽取，得到整数倍码元速率的I/Q数据。

7.如权利要求1所述的一种矢量信号分析装置，其特征在于，矢量解调分析模块的信号分析流程包括匹配滤波、矢量解调以及调制质量分析。

8.一种矢量信号分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(a)，对接收到的中频信号进行A/D量化；

步骤(e)，对步骤(d)处理后的I/Q数据进行矢量解调分析。

9.如权利要求8所述的一种矢量信号分析方法，其特征在于，步骤(b)中，I/Q变换的步骤具体包括：A/D量化后的数字信号经两个相乘器所构成的混频器混频后，将输入的数字信号和数字本振所产生的正交正弦信号相乘，相乘结果为基带I/Q数据。

10.如权利要求9所述的一种矢量信号分析方法，其特征在于，矢量解调分析包括匹配滤波、矢量解调以及调制质量分析。