一種sdr應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計算技術(shù)的發(fā)展，軟件無線電技術(shù)（Software-Defined Radio,簡稱SDR)應(yīng) 用日益廣泛，無論大型裝備中，還是一般儀器測量中，直接對較高頻率信號進(jìn)行數(shù)字化，然 后利用SDR實現(xiàn)測試功能的情況日益普遍。儀器計量測試中，許多儀器提供了實時采樣數(shù) 據(jù)輸出，可以利用專業(yè)無線電信號分析軟件（如Agilent公司的89600矢量信號分析軟件） 進(jìn)行分析，但是這些專業(yè)軟件價格昂貴，且有時需要對采集信號進(jìn)行一些格式轉(zhuǎn)化才能為 軟件所識別，直接利用存在較大困難。另一方面通常信號處理算法重點研究信號跟蹤、調(diào)制 解調(diào)、環(huán)路濾波等，不關(guān)注計量測試中需要測量的信號絕對幅度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明提供SDR應(yīng)用中一種信號幅度計量定標(biāo)方法， 技術(shù)方案如下：
[0004] -種SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法，包括如下步驟：
[0005] (1)確定數(shù)字混頻中復(fù)數(shù)字本振幅度；
[0006] (2)實采樣信號與復(fù)本振直接相乘實現(xiàn)混頻，并通過數(shù)字濾波消除高頻分量，只 保留復(fù)基帶信號；首先設(shè)信號阻抗為1，數(shù)字本振的幅度為無量綱單位2,即復(fù)本振信號為 2e itJt，式中：e為常數(shù)，表示自然對數(shù)的底，值約為2. 7182818 ;j為單位虛數(shù)，值為ω 為角頻率，值為2 π f，f為信號頻率；t為時間變量；
[0007] (3)對復(fù)基帶信號進(jìn)行時域進(jìn)行檢波、檢測信號瞬時功率；
[0008] (4)對復(fù)基帶信號進(jìn)行FFT變換，得出信號頻譜分量；
[0009] (5)在頻域測量復(fù)基帶信號不同頻譜分量振幅或功率。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中輸入實采樣信號與復(fù)本振信號相乘實現(xiàn)混頻，通過數(shù)字 濾波，消除高頻分量，只保留低頻基帶信號b = Α(?)θ·]θ = A(t)cos Θ +jA(t) sin Θ = I+jQ， 式中：s為實采樣信號；A(t)代表信號幅度變化；ω為角頻率；Θ (t)代表信號相位變化；j 為單位虛數(shù)；I表示復(fù)信號實部分量；Q表示信號虛部分量。
[0011] 優(yōu)選的，所述步驟（3)中復(fù)基帶信號的功率檢波方法為P = (I2+Q2)/2,式中：P為 信號瞬時功率；I表示復(fù)基帶信號實部分量；Q表示復(fù)基帶信號虛部分量。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟（5)中不同頻率分量m處信號定標(biāo)幅度為Y(m) = fft(x(n))/N， 且對于復(fù)基帶信號該頻率成分的有效值為，功率為if/2 ,式中：Y為信號振幅;m為 信號頻率分量；fft表示對信號進(jìn)行快速傅里葉變換；X (η)表示混頻濾波后的數(shù)字化信號 序列，η為時間序號；N為信號序列的數(shù)據(jù)點數(shù)。
[0013] 有益效果：
[0014] 本發(fā)明涉及一種SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法，該方法給出了數(shù)字混頻時本 振幅值、時域瞬時功率檢波算法、信號不同頻譜分量幅值計算方法，保證在SDR處理中不同 環(huán)節(jié)信號幅值表達(dá)的準(zhǔn)確性，其結(jié)果可以直接應(yīng)用于需要對信號幅度進(jìn)行計量測試的場 合。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1是本發(fā)明原理流程圖；
[0017] 圖2是實施例1原始采樣信號時域波形圖；
[0018] 圖3是實施例1采用本發(fā)明時域檢波得到標(biāo)定過的信號功率變化；
[0019] 圖4是實施例2原始采樣信號時域波形圖；
[0020] 圖5是實施例2采用本發(fā)明獲得頻譜分量標(biāo)定過的幅值。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施例中的 技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全 部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022] -種SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法，包括如下步驟：
[0023] (1)確定數(shù)字混頻中復(fù)數(shù)字本振幅度；
[0024] (2)實采樣信號與復(fù)本振直接相乘實現(xiàn)混頻，并通過數(shù)字濾波消除高頻分量，只 保留復(fù)基帶信號；首先設(shè)信號阻抗為1，數(shù)字本振的幅度為無量綱單位2,即復(fù)本振信號為 2e itJt，式中：e為常數(shù)，表示自然對數(shù)的底，值約為2. 7182818 ;j為單位虛數(shù)，值為ω 為角頻率，值為2 π f，f為信號頻率；t為時間變量；
[0025] (3)對復(fù)基帶信號進(jìn)行時域進(jìn)行檢波、檢測信號瞬時功率；
[0026] (4)對復(fù)基帶信號進(jìn)行FFT變換，得出信號頻譜分量；
[0027] (5)在頻域測量復(fù)基帶信號不同頻譜分量振幅或功率。
[0028] 步驟（2)中輸入實采樣信號與復(fù)本振信號相乘實現(xiàn)混頻，通過數(shù)字濾波，消除高 頻分量，只保留低頻基帶信號b = Α(?)θ·]θ = A(t)cos Θ+jA(t)sin Θ = I+jQ，式中：s為實 采樣信號；A (t)代表信號幅度變化；ω為角頻率；Θ (t)代表信號相位變化；j為單位虛數(shù)； I表示復(fù)信號實部分量；Q表示信號虛部分量，步驟（3)中復(fù)基帶信號的功率檢波方法為p =(I2+Q2)/2,式中：p為信號瞬時功率；I表示復(fù)基帶信號實部分量；Q表示復(fù)基帶信號虛部 分量，步驟（5)中不同頻率分量m處信號定標(biāo)幅度為Y(m) =fft(x(n))/N，且對于復(fù)基帶 信號該頻率成分的有效值為，功率為以/2，式中：Y為信號振幅;m為信號頻率分量； fft表示對信號進(jìn)行快速傅里葉變換；x(n)表示混頻濾波后的數(shù)字化信號序列，η為時間序 號；N為信號序列的數(shù)據(jù)點數(shù)。
[0029] 實施例1 :
[0030] 針對圖2所示載波頻率IOHz幅值跳變連續(xù)波信號，信號初始幅值為2V、中間2秒 幅值為IV，最后幅值變?yōu)?V，采用本發(fā)明所述方法在時域測量信號功率變化，包括如下步 驟：
[0031] (1)按照本方法指明的復(fù)本振幅度要求生成數(shù)字復(fù)本振信號2e Pt，本振頻率選擇 為 IOHz ;
[0032] (2)將采樣獲得的實信號與復(fù)本振信號相乘混頻，采用數(shù)字濾波消除高頻分量： 數(shù)字濾波器采用12節(jié)Butterworth濾波器，3dB點為± 16Hz，原本中心在IOHz載頻處的信 號被搬移到以零頻為中心的基帶，并將復(fù)頻域-20Hz附近的高頻分量濾除；
[0033] (3)按照本方法給出時域瞬時功率檢波算法
測量信號時域功率變化， 輸出結(jié)果如圖3,與實際信號變化一致。
[0034] 實施例2 :
[0035] 針對圖4所示信號，信號包含兩個頻率成分的信號，一個頻率8Hz，幅度3V，另一個 頻率12Hz，幅度2V，采用本發(fā)明所述方法測量信號頻譜，給出標(biāo)定過的信號振幅值，包括如 下步驟：
[0036] (1)按照本方法指明的復(fù)本振幅度要求生成數(shù)字復(fù)本振信號2e ，本振頻率選擇 為 IOHz ;
[0037] (2)將采樣獲得的實信號與復(fù)本振信號相乘混頻，采用數(shù)字濾波消除高頻分量： 數(shù)字濾波器采用8階Butterworth濾波器，3dB點為±8Hz，原本中心在IOHz載頻處的信號 被搬移到以零頻為中心的基帶，并將復(fù)頻域-20Hz附近的兩個高頻分量濾除；
[0038] (3)對復(fù)基帶信號進(jìn)行快速傅里葉變換fft(x(n));
[0039] (4)按照本方法給出頻譜分量計算方法測量信號不同頻譜分量振幅，頻譜計算及 標(biāo)定結(jié)果如圖5,在基帶的頻率差及幅值與實際信號對應(yīng)一致。
[0040] 本發(fā)明涉及一種SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法
，式中：Y為 信號振幅；m為信號頻率分量；fft表示對信號進(jìn)行快速傅里葉變換；X (η)表示混頻濾波后 的數(shù)字化信號序列，η為時間序號；N為信號序列的數(shù)據(jù)點數(shù)，該方法給出了數(shù)字混頻時本 振幅值、時域瞬時功率檢波算法、信號不同頻譜分量幅值計算方法，保證在SDR處理中不同 環(huán)節(jié)信號幅值表達(dá)的準(zhǔn)確性，其結(jié)果可以直接應(yīng)用于需要對信號幅度進(jìn)行計量測試的場合
[0041] 以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例 對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施 例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者 替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 確定數(shù)字混頻中復(fù)數(shù)字本振幅度； (2) 實采樣信號與復(fù)本振直接相乘實現(xiàn)混頻，并通過數(shù)字濾波消除高頻分量，只保留復(fù) 基帶信號；首先設(shè)信號阻抗為1，數(shù)字本振的幅度為無量綱單位2,即復(fù)本振信號為 式中：e為常數(shù)，表示自然對數(shù)的底，值約為2. 7182818 ;j為單位虛數(shù)，；w為角頻 率，值為2JTf，f為信號頻率；t為時間變量； (3) 對復(fù)基帶信號進(jìn)行時域進(jìn)行檢波、檢測信號瞬時功率； (4) 對復(fù)基帶信號進(jìn)行FFT變換，得出信號頻譜分量； (5) 在頻域測量復(fù)基帶信號不同頻譜分量振幅或功率。2. 如權(quán)利要求1所述的SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法，特征在于，所述步驟（2)中 輸入實采樣信號與復(fù)本振信號相乘實現(xiàn)混頻，通過數(shù)字濾波，消除高頻分量，只保留低頻基 帶信號b=A(t)ej0 =A(t)cos0+jA(t)sin0 =I+jQ,式中：s為實采樣信號；A(t)代表 信號幅度變化；U為角頻率；0 (t)代表信號相位變化；j為單位虛數(shù)；I表示復(fù)信號實部分 量；Q表示信號虛部分量。3. 如權(quán)利要求1所述的SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法，特征在于，所述步驟（3)中 復(fù)基帶信號的功率檢波方法為P= (I2+Q2)/2,式中：p為信號瞬時功率；I表示復(fù)基帶信號 實部分量；Q表示復(fù)基帶信號虛部分量。4. 如權(quán)利要求1所述的SDR應(yīng)用中信號幅度計量定標(biāo)方法，特征在于，所述步驟（5)中 不同頻率分量m處信號定標(biāo)幅度為Y(m) =fTt(x(n))/N，且對于復(fù)基帶信號該頻率成分的，式中：Y為信號振幅;m為信號頻率分量；fft表示對信號進(jìn) 行快速傅里葉變換；x(n)表示混頻濾波后的數(shù)字化信號序列，n為時間序號；N為信號序列 的數(shù)據(jù)點數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及SDR應(yīng)用中一種信號幅度計量定標(biāo)方法，包括如下步驟：確定數(shù)字混頻中復(fù)數(shù)字本振幅度；實采樣信號與復(fù)本振直接相乘實現(xiàn)混頻，并通過數(shù)字濾波消除高頻分量，只保留復(fù)基帶信號；對復(fù)基帶信號進(jìn)行時域進(jìn)行檢波、檢測信號瞬時功率；對復(fù)基帶信號進(jìn)行FFT變換，得出信號頻譜分量；在頻域測量復(fù)基帶信號不同頻譜分量振幅或功率。本發(fā)明給出了數(shù)字混頻時本振幅值、時域瞬時功率檢波算法、信號不同頻譜分量幅值計算方法，保證在SDR處理中不同環(huán)節(jié)信號幅值表達(dá)的準(zhǔn)確性，其結(jié)果可以直接應(yīng)用于需要對信號幅度進(jìn)行計量測試的場合。
【IPC分類】G01R21/00, G01R23/16
【公開號】CN105137182
【申請?zhí)枴緾N201510582398
【發(fā)明人】張俊華, 龍志斌, 劉貴斌, 王超, 蘆小剛, 周詠蓮, 馮巖
【申請人】張俊華
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月14日