專利名稱：使用幅度測(cè)量數(shù)據(jù)的濾波均衡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在頻帶上同時(shí)測(cè)量信號(hào)的儀器，并更具體地涉及用于使用幅度測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)提高頻域和時(shí)域測(cè)量的準(zhǔn)確度的這些儀器的濾波均衡。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代電信中，通過(guò)許多調(diào)制技術(shù)來(lái)數(shù)字化地傳輸信息。這些技術(shù)包括調(diào)制頻率、相位和/或幅度。調(diào)制方案變得更加復(fù)雜，增大了在電信工業(yè)上提供具有更高準(zhǔn)確度的設(shè)備的壓力。典型的通信標(biāo)準(zhǔn)要求好的振幅平滑性和相位線性來(lái)滿足性能目標(biāo)，例如誤碼率。為了確定電信裝置的準(zhǔn)確度，測(cè)量?jī)x器要求具有甚至更高的準(zhǔn)確度。然而這些測(cè)量?jī)x器包括以不同的方式影響不同頻率的幅度和相位的濾波器，即，在一個(gè)頻率處信號(hào)幅度的衰減可能要大于在通帶頻率內(nèi)另一頻率處的衰減，同時(shí)通過(guò)濾波器的信號(hào)的相位或延遲也可能在不同的頻率處受到影響。理想地，濾波器應(yīng)沒(méi)有衰減或同等衰減地通過(guò)其通帶內(nèi)所有頻率且通過(guò)濾波器的延遲對(duì)所有頻率應(yīng)該是相同的，因此在濾波器通帶內(nèi)沒(méi)有從頻率到頻率的相對(duì)相位變化。
對(duì)于較低頻率當(dāng)前的技術(shù)提供一種校準(zhǔn)源，其在一個(gè)組合信號(hào)，即具有梳狀頻率特征的信號(hào)中輸出多個(gè)頻率。通過(guò)濾波的幾個(gè)階段之后，這個(gè)信號(hào)被數(shù)字化且幅度和相位被測(cè)量并與已知理想結(jié)果相比較。然后提供反相濾波器基于測(cè)量結(jié)果來(lái)處理該數(shù)字化的輸出以便該結(jié)果輸出符合該已知的理想結(jié)果。
對(duì)于射頻(RF)/微波儀器上的中頻(IF)信道均衡，校準(zhǔn)源或激勵(lì)信號(hào)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。對(duì)于低頻帶，重復(fù)的寬帶信號(hào)，例如偽隨機(jī)噪聲(PRN)信號(hào)，可用作激勵(lì)源并使用跟隨有快速響應(yīng)觸發(fā)器的線性反饋移位寄存器很容易地被執(zhí)行。該重復(fù)的信號(hào)表現(xiàn)出梳狀的頻譜。在頻譜線之間有已知的幅度和相位關(guān)系。首先測(cè)量響應(yīng)于這個(gè)激勵(lì)信號(hào)的通道頻率以便可以在頻譜線上估計(jì)總的IF通道頻率響應(yīng)。通過(guò)去除激勵(lì)信號(hào)的頻率響應(yīng)最終獲得該IF通道頻率響應(yīng)。為了對(duì)頻譜線保持好的信噪比(SNR)，PRN頻譜的有用部分通常被選擇與儀器的信號(hào)帶寬具有相同量級(jí)的幅度。
然而，對(duì)于高的頻率，在感興趣頻帶的PRN信號(hào)通常沒(méi)有足夠的功率來(lái)獲得希望的性能，這是因?yàn)轭l譜的振幅跟隨sin(x)/x的包絡(luò)?？梢蕴娲褂闷渌木庠矗缯活l分復(fù)用(OFDM)調(diào)制信號(hào)。與PRN方法相比較，這個(gè)第二方法在硬件資源上要求得更多，例如數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，混頻器和本機(jī)振蕩器(LO)。在制造或運(yùn)行校準(zhǔn)期間，激勵(lì)信號(hào)的振幅和相位中的頻率響應(yīng)都需要被測(cè)量。在上轉(zhuǎn)換OFDM信號(hào)上的源校準(zhǔn)是特別具有挑戰(zhàn)的，這是因?yàn)樵诟哳l缺少好的指定信號(hào)發(fā)生器。換句話說(shuō)，對(duì)于均衡測(cè)量?jī)x器的高頻帶，沒(méi)有方便可用的相位校準(zhǔn)源。結(jié)果，在高頻帶的測(cè)量誤差可達(dá)到30％或更高，其大大超過(guò)了為確保電信設(shè)備正確地操作來(lái)提供清晰的通信信號(hào)所要求的測(cè)量準(zhǔn)確度。
希望有一種用于均衡測(cè)量?jī)x器的高頻帶的技術(shù)，其說(shuō)明幅度和相位都具有比被測(cè)量的設(shè)備所要求的準(zhǔn)確度更高的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供使用幅度測(cè)量數(shù)據(jù)的濾波均衡來(lái)提供足夠的準(zhǔn)確度以檢測(cè)現(xiàn)有復(fù)雜的電信設(shè)備。對(duì)于模擬信號(hào)通道的濾波均衡技術(shù)，例如在同時(shí)測(cè)量頻帶上的信號(hào)的測(cè)量?jī)x器中，對(duì)相位校準(zhǔn)源不是方便可用的高頻帶使用幅度測(cè)量數(shù)據(jù)。正弦信號(hào)源連同校準(zhǔn)的功率表一起被用于在希望的頻帶上提供階梯頻率輸入到對(duì)每個(gè)階梯頻率具有準(zhǔn)確測(cè)量的幅度的模擬信號(hào)通道。模擬信號(hào)通道的輸出被數(shù)字化且計(jì)算所得到的頻率幅度。然后，從測(cè)量?jī)x器每次測(cè)得的頻率幅度中減去相應(yīng)的功率表結(jié)果來(lái)確定模擬信號(hào)通道的幅度響應(yīng)?；谠谙Ｍ念l帶上的最小相位假設(shè)，使用希爾伯特變換來(lái)確定相應(yīng)的相位響應(yīng)。根據(jù)幅度和相位響應(yīng)，反相或數(shù)字均衡濾波器可被設(shè)計(jì)用于模擬信號(hào)通道。
當(dāng)結(jié)合所附權(quán)利要求和附圖進(jìn)行閱讀的時(shí)候，對(duì)于下列詳細(xì)的說(shuō)明，本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和其他新穎的特征是明顯的。


圖1是具有根據(jù)本發(fā)明使用幅度測(cè)量數(shù)據(jù)的濾波均衡的典型測(cè)量?jī)x器的框圖。
圖2是與根據(jù)本發(fā)明的濾波均衡相關(guān)的波形的視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1，測(cè)量?jī)x器，例如矢量信號(hào)分析器，的前端部分10被示出具有低頻帶通道20和高頻帶通道30，各自經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW選擇性地耦連到公共的中頻(IF)通道40。公共的IF通道40的輸出被模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)50數(shù)字化，且被數(shù)字化的結(jié)果隨后被適當(dāng)?shù)臄?shù)字處理器(DP)52處理。低頻帶通道20包括串聯(lián)的寬頻帶低通濾波器22，第一低頻帶混頻器2424，低頻帶IF濾波器26和第二低頻帶混頻器28。來(lái)自該第二低頻帶混頻器28的輸出被輸入到開(kāi)關(guān)SW的第一極。高頻帶通道30包括串聯(lián)的寬頻帶帶通濾波器32，第一高頻帶混頻器34，高頻帶IF濾波器36和第二高頻帶混頻器38。來(lái)自該第二高頻帶混頻器38的輸出被輸入到開(kāi)關(guān)SW的第二極。來(lái)自開(kāi)關(guān)SW的輸出被輸入到公共的IF通道40，該通道包括串聯(lián)的第一IF濾波器42，IF混頻器44和第二IF濾波器44。來(lái)自第二IF濾波器44的輸出被輸入到ADC50。
作為射頻(RF)信號(hào)施加到寬頻帶低通濾波器22，32的是來(lái)自高頻正弦波源54的單頻正弦信號(hào)。功率表(PM)56被耦接來(lái)測(cè)量單頻正弦信號(hào)的振幅。用作功率表56的高頻校準(zhǔn)功率表是可用的，其功率表根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)的標(biāo)準(zhǔn)被校準(zhǔn)到高的準(zhǔn)確度。為了執(zhí)行如下所述的濾波均衡，高頻正弦波源54以不連續(xù)的增量從一個(gè)頻率躍變到另一個(gè)頻率，且每個(gè)頻率的幅度由功率表56測(cè)量到高的準(zhǔn)確度并存儲(chǔ)在DP52中。
來(lái)自功率表56的幅度測(cè)量的處理和來(lái)自ADC50的輸出的幅度測(cè)量的處理是基于這樣的事實(shí)在測(cè)量?jī)x器中使用的模擬濾波器對(duì)具有最小相位屬性的理想模擬濾波器有好的近似性。對(duì)于由線性常數(shù)系數(shù)微分方程式描述的系統(tǒng)，如果頻率響應(yīng)的幅度與極和零點(diǎn)的數(shù)目是已知的，那么對(duì)于相關(guān)的相位僅有有限數(shù)量的選擇。在最小相位的情況下，頻率響應(yīng)幅度唯一地確定相位，如A.V.Openheim和R.W.Schafer在Prentice-Hall(1989)出版的in Digital Signal Processing中所描述的。例如，該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用來(lái)僅使用響應(yīng)頻譜的幅度來(lái)構(gòu)造瞬時(shí)響應(yīng)，如F.M.Tesche在1992年8月，IEEE電磁兼容性會(huì)刊，Vol.34，No.3的On the Use of the Hilbert Transform forProcessing Measured CW Data中說(shuō)討論的。最小相位系統(tǒng)在單位圓內(nèi)具有它所有的極和零點(diǎn)。如果H1和H2是兩個(gè)最小相位系統(tǒng)，那么H1*H2和H1/H2也是最小相位系統(tǒng)，這是因?yàn)樗玫降南到y(tǒng)仍然在單位圓內(nèi)具有所有的極和零點(diǎn)。這個(gè)性質(zhì)被應(yīng)用到基于幅度測(cè)量的低頻帶通道20和高頻帶通道30之間的頻率響應(yīng)差值的估計(jì)。
通常RF和微波濾波器是由于簡(jiǎn)單物理實(shí)現(xiàn)的全極濾波器，且這種濾波器的通帶與全極濾波器，例如Chebyshev濾波器，有好的近似性。零點(diǎn)的缺乏允許僅僅使用部分通帶幅度來(lái)相當(dāng)好地估計(jì)相應(yīng)頻率中的相位。這個(gè)很重要，因?yàn)椴⑷脒@些濾波器的測(cè)量?jī)x器的信號(hào)帶寬基本上小于在信號(hào)通道20，30內(nèi)緊跟在第一混頻器24，34后面的IF濾波器26，36的帶寬。
對(duì)每個(gè)完整的濾波器測(cè)量，實(shí)際使用中的各種IF和RF頻率對(duì)于圖1的各自單獨(dú)的通道20，30是明確的。為了濾波器測(cè)量和校正的合成的目的，總的通帶響應(yīng)被數(shù)學(xué)地假設(shè)為在一個(gè)單頻周圍位于居中的位置，所有單獨(dú)的濾波器簡(jiǎn)單地級(jí)聯(lián)連接。因此如果單獨(dú)的IF或RF頻率對(duì)不同的分析裝置被改變，對(duì)于其中單獨(dú)的濾波器的不同部分被實(shí)際使用的新裝置執(zhí)行新的測(cè)量和校正。雖然頻率響應(yīng)可能對(duì)各自通道內(nèi)的所有頻率裝置有貢獻(xiàn)，但是模擬濾波器是主要的貢獻(xiàn)者。公共的IF混頻器44組合位于公共的IF通道40內(nèi)的裝置的所有頻率響應(yīng)。在校正期間讓R成為包含相位和幅度的復(fù)矢量，其中R為低頻帶和高頻帶IF濾波器26，36之間的頻率響應(yīng)差值H1/H2。H1是對(duì)于低頻帶IF濾波器26的頻率響應(yīng)，H2是對(duì)于高頻帶IF濾波器36的頻率響應(yīng)。對(duì)于各自的RF濾波器22，32，還測(cè)量一個(gè)值L作為兩個(gè)濾波器之間的復(fù)矢量H01/H02，其中H01是對(duì)于低頻帶RF濾波器22的頻率響應(yīng)，H02是對(duì)于高頻帶RF濾波器32的頻率響應(yīng)。如現(xiàn)有技術(shù)中的PRN校準(zhǔn)源(未示出)可以在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)測(cè)量低頻帶頻率響應(yīng)P1＝H01*H1*H3，其中H3是對(duì)于公共的IF通道40的頻率響應(yīng)。高頻帶通道30的頻率響應(yīng)是P2＝H02*H2*H3＝P1/L/R，其中在校準(zhǔn)期間測(cè)量L和R。由于相對(duì)更窄的頻寬、高增益和具有很多增益級(jí)的長(zhǎng)信號(hào)通道，通常H3比H1和H2更加的溫度敏感。
希爾伯特變換技術(shù)可用于使頻率的相位與最小相位系統(tǒng)中它的相關(guān)幅度部分的對(duì)數(shù)相聯(lián)系如下1)使來(lái)自源54的輸入CW頻率和低頻帶通道20的中心頻率都成階梯狀(通過(guò)相應(yīng)地使輸入到低頻帶混頻器24的LO頻率成階梯狀)來(lái)測(cè)量感興趣的帶寬上的幅度響應(yīng)A1。測(cè)得的帶寬應(yīng)稍微大于要求設(shè)計(jì)的信號(hào)帶寬。A1僅是RF濾波器22的幅度響應(yīng)。
2)使輸入的CW頻率和高頻帶通道30的中心頻率都成階梯狀來(lái)測(cè)量對(duì)于RF濾波器32的感興趣帶寬上的幅度響應(yīng)A2。則|L|＝A1/A2。
3)使低頻帶通道20上的輸入CW頻率成階梯狀(不用改變LO頻率)來(lái)測(cè)量幅度響應(yīng)B1。B1組合RF和IF濾波器22，26的幅度響應(yīng)。
4)使高頻帶通道30上的輸入CW頻率成階梯狀來(lái)測(cè)量RF和IF濾波器32，36的幅度響應(yīng)B2。則|R|被計(jì)算為B1/B2/|L|。
5)使用希爾伯特變換從|R|中計(jì)算相位來(lái)獲得具有相位和幅度響應(yīng)的R。相似地從|L|計(jì)算L。
6)為了后面的使用，R和L作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在測(cè)量?jī)x器中。
7)在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，使用內(nèi)部生成源(未示出)，例如PRN，測(cè)量低頻帶頻率響應(yīng)P1。高頻帶通道頻率響應(yīng)為P2＝P1/L/R。
8)使用計(jì)算得到的P2來(lái)為高頻帶通道30提供濾波均衡。上面頻域中的符號(hào)“/”等同于減去各自的頻譜。還注意，為獲得每個(gè)幅度響應(yīng)，從由ADC50的輸出計(jì)算得出的幅度中減去了由功率表56測(cè)得的對(duì)于每個(gè)階梯狀頻率的相應(yīng)幅度。
如圖2中所示，對(duì)RF濾波器22，32測(cè)得的頻譜(a)示出作為上面步驟1和2的結(jié)果。然后從步驟3和4示出了對(duì)RF和IF濾波器22，26；32，36的總的頻率響應(yīng)(c)。在RF濾波器22，32的頻率響應(yīng)和總的頻率響應(yīng)的兩個(gè)結(jié)果之間的差值為對(duì)于IF濾波器26，36的頻率響應(yīng)(b)。
因此，本發(fā)明通過(guò)獲得在具體頻帶上對(duì)模擬信號(hào)通道的幅度響應(yīng)，基于最小相位假設(shè)從幅度響應(yīng)導(dǎo)出對(duì)于模擬信號(hào)通道的相位響應(yīng)，并從幅度和相位響應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)字均衡器濾波器來(lái)提供對(duì)于模擬信號(hào)通道的濾波均衡，來(lái)提供使用幅度測(cè)量數(shù)據(jù)的濾波均衡。
權(quán)利要求
1.一種用于模擬信號(hào)通道的濾波均衡的方法，包括步驟獲得在具體頻帶上對(duì)模擬信號(hào)通道的幅度響應(yīng)；基于具體頻帶上的最小相位假設(shè)從幅度響應(yīng)中導(dǎo)出對(duì)于模擬信號(hào)通道的相位響應(yīng)；使用幅度和相位響應(yīng)來(lái)提供濾波均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中獲得步驟包括步驟在模擬信號(hào)通道的輸入處提供階梯狀的頻率連續(xù)波信號(hào)；在模擬信號(hào)通道的輸入和輸出處都測(cè)量階梯狀頻率連續(xù)波信號(hào)的每個(gè)頻率的幅度來(lái)獲得幅度響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)出步驟包括使用希耳伯特變換從幅度響應(yīng)中計(jì)算相位響應(yīng)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在包含模擬信號(hào)通道的測(cè)量?jī)x器中存儲(chǔ)幅度和相位響應(yīng)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括步驟在測(cè)量?jī)x器的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，使用內(nèi)部源測(cè)量對(duì)于測(cè)量?jī)x器的低頻帶頻率響應(yīng)；和使用低頻帶頻率響應(yīng)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)于測(cè)量?jī)x器的高頻帶頻率響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中使用步驟包括使用高頻帶頻率響應(yīng)來(lái)調(diào)整濾波均衡的步驟。
7.一種用于具有低頻帶通道和高頻帶通道的模擬信號(hào)通道的濾波均衡的方法，每一個(gè)通道都具有RF濾波器和IF濾波器，該方法包括步驟獲得在具體頻帶上對(duì)RF濾波器的RF幅度響應(yīng)；獲得在具體頻帶上對(duì)組合的RF和IF濾波器的組合幅度響應(yīng)；從RF和組合幅度響應(yīng)導(dǎo)出對(duì)IF濾波器的IF幅度響應(yīng)；基于在具體頻帶上的最小相位假設(shè)從RF幅度響應(yīng)中計(jì)算RF相位響應(yīng)和從IF幅度響應(yīng)中計(jì)算IF相位響應(yīng)，來(lái)生成各自的RF和IF頻率響應(yīng)矢量以在提供濾波均衡中使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括在包含模擬信號(hào)通道的測(cè)量?jī)x器中存儲(chǔ)RF和IF頻率響應(yīng)矢量作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括步驟在測(cè)量?jī)x器的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，使用內(nèi)部源確定對(duì)于測(cè)量?jī)x器的低頻帶頻率響應(yīng)；和使用低頻帶頻率響應(yīng)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)于測(cè)量?jī)x器的高頻帶頻率響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括使用高頻帶頻率響應(yīng)來(lái)調(diào)整濾波均衡的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中計(jì)算步驟包括使用希耳伯特變換從RF和IF幅度響應(yīng)中計(jì)算RF和IF相位響應(yīng)的步驟。
全文摘要
一種用于模擬信號(hào)通道的濾波均衡技術(shù)，例如在同時(shí)測(cè)量頻帶上的信號(hào)的儀器中，對(duì)于相位校準(zhǔn)源不是方便可用的高頻帶使用幅度測(cè)量數(shù)據(jù)。正弦信號(hào)源連同準(zhǔn)確功率表被用于在希望的頻帶上提供階梯狀的頻率輸入到具有準(zhǔn)確測(cè)量幅度的模擬信號(hào)通道。模擬信號(hào)通道的輸出被數(shù)字化且計(jì)算作為結(jié)果的頻率幅度。然后儀器從每次測(cè)得的頻率幅度減去得到的功率表結(jié)果來(lái)確定模擬信號(hào)通道的幅度響應(yīng)?；谠谙Ｍ念l帶上的最小相位假設(shè)，使用希耳伯特變換來(lái)確定相應(yīng)的相位響應(yīng)。從幅度和相位響應(yīng)，反相或數(shù)字均衡濾波器可被設(shè)計(jì)用于模擬信號(hào)通道。
文檔編號(hào)H04L27/01GK1968161SQ20061014460
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者何怡, T·C·希爾三世, M·K·達(dá)西爾瓦 申請(qǐng)人:特克特朗尼克公司