CN103259604B - 一种多功能多参数测量数字中频处理复用*** - Google Patents

Abstract

本发明适用于微波毫米波综合测试领域，提供了一种多功能多参数测量数字中频处理复用***，其特征在于，包括抗混迭滤波器、A/D模块、FPGA模块和DSP模块；所述抗混迭滤波器通入中频信号，用于对所述中频信号进行滤波；所述A/D模块与所述抗混迭滤波器相连，用于对所述中频信号进行转换；所述FPGA模块与所述A/D模块相连，用于对数字信号进行处理；所述DSP模块与所述FPGA模块相连，用于对数字信号进行处理。本发明所述的多功能多参数测量数字中频处理复用***是通过数字中频处理模块的复用技术，在不增加数字电路硬件资源的情况下实现多种测量功能，节省成本、降低功耗，实现了测量仪器的综合化。

Description

一种多功能多参数测量数字中频处理复用***

技术领域

本发明属于微波毫米波综合测试技术领域，尤其涉及一种多功能多参数测量数字中频处理复用***。

背景技术

在无线电测试中软件无线电技术是研究热点。在将射频信号转换到中频后，利用软件无线电技术将接收的模拟信号尽可能早地数字化，通过软件来实现数字下变频、抽取、滤波等数字信号处理。此技术在频谱仪、接收机、矢量网络分析仪、噪声系数分析仪等通用台式仪器中得到了应用。在无线电测试中往往需要测试频谱、场强、噪声系数、驻波比多个参数，这往往需要主控计算机、多台通用测试仪器组成的无线电综合测试平台，或者是一台无线电综合监测仪器中采用多个测量模块。一台仪器或一个测量模块只实现了单一参数或少量参数的测试。

现有的无线电***综合测试平台框图如图1所示，它由主控计算机、控制电路和多台通用测试仪器组成。根据主控计算机的控制命令，通过控制总线，采用总线测试、虚拟仪器等多种技术，选用不同的仪器组成专用的测试***，以满足无线电测试中频谱、场强、噪声系数、驻波比等各种参数的测量。

现有的接收机或频谱仪等通用测试仪器中单通道中频信号处理框图如图2所示，数字信号处理部分由高速DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理)、FPGA(Field-ProgrammableGateArray，即现场可编程门阵列)或ASIC器件完成。中频信号经过数字混频器和数控振荡器(NCO)产生的正交本振信号相乘，产生I、Q两路混频信号，将感兴趣的信号下变频至零中频。然后经过低通滤波器，滤除带外信号，提取有用信号。经过采样速率转换，降低了采样速率，以利于后续信号的处理。大抽取因子范围提供了可设计成宽带或窄带数字信道的能力，并且提供了高的处理增益。通过对I、Q两路信号的处理可以得到信号的幅度、频率、相位信息。多通道中频信号的处理需要额外增加并行处理的硬件资源。

目前，现有技术存在以下缺点：

1、综合测试平台构成复杂、体积大、灵活性差。

现有的测试仪器组成的综合测试***平台需要根据具体的功能指标，选用不同的仪器组成专用的测试***。这种***构成复杂、灵活性差、操作繁琐、可靠性差、成本昂贵、对测试人员要求高，不适应战场技术保障。

2、通用测量仪器中频处理模块测试功能单一，或者为了增加测试功能需要较多的硬件资源，功耗大、成本高。

现有通用测量仪器采用软件无线电技术，利用软件实现测试功能。但数字信号处理模块功能单一，一套数字信号处理模块只针对单一或少量测量功能进行设计。为了增加测量功能需要增加硬件资源，使用高端的FPGA或ASIC芯片。而高档的数子信号处理芯片资源丰富的同时存在价格昂贵、体积较大的缺点。现有的数字信号处理流程难以用较少的硬件资源、较低的成本实现较多的测量功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多功能多参数测量数字中频处理复用***，旨在通过数字中频处理模块的复用技术，在不增加数字电路硬件资源的情况下实现多种测量功能，节省成本、降低功耗，实现了测量仪器的综合化。

本发明是这样实现的，一种多功能多参数测量数字中频处理复用***，包括抗混迭滤波器、A/D模块、FPGA模块和DSP模块；

所述抗混迭滤波器通入中频信号，用于对所述中频信号进行滤波；

所述A/D模块与所述抗混迭滤波器相连，用于对所述中频信号进行转换；

所述FPGA模块与所述A/D模块相连，用于对数字信号进行处理；

所述DSP模块与所述FPGA模块相连，用于对数字信号进行处理。

进一步地，还包括数字下变频器；所述数字下变频器在FPGA模块中实现，将信号变换到零中频，同时得到I、Q两路正交信号。

进一步地，所述数字下变频器包括混频模块和抽取滤波模块；所述混频模块与AD输入端相连，所述抽取滤波模块与所述混频模块相连，所述抽取滤波模块的抽取比参数根据分辨率带宽要求来设置。

进一步地，所述混频模块包含NCO模块、第一乘法器和第二乘法器；所述NCO模块分别与所述第一乘法器、第二乘法器相连，用于产生正余弦波样本值并分别与输入数据在第一乘法器、第二乘法器里相乘，完成混频。

进一步地，所述抽取滤波模块包含第一CIC滤波器、第二CIC滤波器、第一HB滤波器、第二HB滤波器、第一FIR滤波器和第二FIR滤波器；

所述第一乘法器与所述第一CIC滤波器相连，所述第一CIC滤波器、第一HB滤波器和第一FIR滤波器依次相连，所述第一FIR滤波器与存储器相连；

所述第二乘法器与所述第二CIC滤波器相连，所述第二CIC滤波器、第二HB滤波器和第二FIR滤波器依次相连，所述第二FIR滤波器与存储器相连。

进一步地，所述FPGA模块包含功能选择模块，所述功能选择模块与所述数字下变频器相连；所述功能选择模块通过选择不同的功能来完成同一套数字信号处理模块的不同测试。

进一步地，所述FPGA模块包含参数设置和控制模块，所述参数设置和控制模块与所述数字下变频器相连，所述参数设置和控制模块根据参数设置和功能控制来完成各个数字信号处理模块在不同功能模式下参数的重新选择配置。

进一步地，所述FPGA模块还包含若干并串转换器和串并转换器，所述并串转换器和串并转换器通过对信号流的速率变换来实现多通道信号对模块的分时复用。

进一步地，所述若干并串转换器和串并转换器为两个并串转换器和两个串并转换器，其中，第一并串转换器与第一乘法器相连，第二并串转换器与第二乘法器相连，第一串并转换器与第一FIR滤波器相连，第二串并转换器与第二FIR滤波器相连。

进一步地，所述抗混迭滤波器包含有两路信号，分别为参考信号和反射信号，所述参考信号和反射信号分别通过A/D模块进行模数转换。

本发明所述的多功能多参数测量数字中频处理复用***通过数字中频处理模块的复用在不增加数字电路硬件资源的情况下实现了微波毫米波的频谱、场强、噪声系数、驻波比等多种测量功能。并且通过对同一IP核进行分时复用和对IP核参数进行选择控制实现了资源节约和不同测量模式下参数设置的灵活性。相比起现有无线电***综合测试平台和通用测试仪器的数字中频信号处理模块节省了成本、降低了功耗，实现了测量仪器的综合化和测量的灵活性。

附图说明

图1是现有技术提供的无线电***综合测试平台框图；

图2是现有技术提供的现有通用测试仪器单通道中频信号处理框图；

图3是本发明实施例提供的中频信号处理硬件结构图；

图4是本发明实施例提供的数字信号处理模块复用框图；

图5是本发明实施例提供的多通道数字中频信号处理模块分时复用框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明在微波毫米波测试中采用数字化中频技术。数字化中频是基于软件无线电思想，以宽带A/D、高速FPGA、高速DSP为基础，以软件为核心将A/D尽可能的接近射频输入，尽可能早的将模拟信号数字化。与传统的模拟方式相比，数字化中频具有灵活性、适应性、稳定性和开放性等特点。

如图3所示，一种多功能多参数测量数字中频处理复用***，包括抗混迭滤波器301、A/D模块302、FPGA模块303和DSP模块304。所述抗混迭滤波器301通入中频信号，用于对所述中频信号进行滤波；所述A/D模块302与所述抗混迭滤波器301相连，用于对所述中频信号进行转换；所述FPGA模块303与所述A/D模块302相连，所述DSP模块304与所述FPGA模块303相连，用于对数字信号进行处理。中频信号经过A/D模块302采样后进入FPGA模块303和DSP模块304进行数字信号处理，信号经过数字下变频器后变换到零中频，同时得到I、Q两路正交信号，然后经过多级数字抽取滤波器和FIR整形滤波器，再进行视频滤波、视频检波、FFT等数据处理。抽取滤波器的抽取比等参数可以根据分辨率带宽等要求的不同而设置，数据处理流程也可以根据分辨率带宽等要求的不同而设计。

如图4所示，为了用同一套数字信号处理模块实现不同的功能，本发明采用了在不同测量模式下对FPGA模块303的IP核进行复用。数字下变频器包括混频模块和抽取滤波模块；所述混频模块包含NCO模块403、第一乘法器402和第二乘法器404。所述NCO模块403分别与所述第一乘法器402、第二乘法器404相连。所述抽取滤波模块包含第一CIC滤波器405、第二CIC滤波器408、第一HB滤波器406、第二HB滤波器409、第一FIR滤波器407和第二FIR滤波器410。所述第一乘法器402与所述第一CIC滤波器405相连，所述第一CIC滤波器405、第一HB滤波器406和第一FIR滤波器407依次相连，所述第一FIR滤波器407与存储器411相连。所述第二乘法器404与所述第二CIC滤波器408相连，所述第二CIC滤波器408、第二HB滤波器409和第二FIR滤波器410依次相连，所述第二FIR滤波器410与存储器411相连。在一种测量模式下通过对数据流的速率变换实现并串转换进而实现对IP核进行分时复用，并且对FPGA模块303的IP核参数进行选择控制的方法。实现了不同测量模式下数字下变频器、CIC滤波器、HB滤波器、FIR滤波器等数字信号处理器的复用，并实现了对NCO数字本振频率、CIC滤波器抽取系数、HB滤波器抽取系数、HB滤波器系数、FIR数字滤波器系数等参数的选择控制。利用功能选择模块412实现了同一套数字信号处理模块完成不同的测试功能，利用参数设置和控制功能模块413实现了各个数字信号处理模块在不同功能模式下完成参数的重新选择配置，实现了数字信号处理模块的复用。

基于模块分时复用的数字信号处理流程框图如图5所示，对于驻波比等参数的测试需要参考信号和反射信号两路信号(R通道和A通道)，相应的也有两个AD同时进行模数转换，转换后的数据由FPGA模块303接收后也要进行同步处理。为了节约硬件资源，本发明对信号流通过速率变换实现并串转换，准确设计各个运算步骤之间的时序，实现模块的分时复用。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多功能多参数测量数字中频处理复用***，其特征在于，包括抗混迭滤波器、A/D模块、FPGA模块和DSP模块；

所述抗混迭滤波器通入中频信号，用于对所述中频信号进行滤波；

所述A/D模块与所述抗混迭滤波器相连，用于对所述中频信号进行转换；

所述FPGA模块与所述A/D模块相连，用于对数字信号进行处理；

所述DSP模块与所述FPGA模块相连，用于对数字信号进行处理；

所述***还包括数字下变频器，所述数字下变频器在FPGA模块中实现，将信号变换到零中频，同时得到I、Q两路正交信号；

所述数字下变频器包括混频模块和抽取滤波模块；所述混频模块与AD输入端相连，所述抽取滤波模块与所述混频模块相连，所述抽取滤波模块的抽取比参数根据分辨率带宽要求来设置；

所述混频模块包含NCO模块、第一乘法器和第二乘法器；所述NCO模块分别与所述第一乘法器、第二乘法器相连，用于产生正余弦波样本值并分别与输入数据在第一乘法器、第二乘法器里相乘，完成混频；

所述抽取滤波模块包含第一CIC滤波器、第二CIC滤波器、第一HB滤波器、第二HB滤波器、第一FIR滤波器和第二FIR滤波器；

所述第一乘法器与所述第一CIC滤波器相连，所述第一CIC滤波器、第一HB滤波器和第一FIR滤波器依次相连，所述第一FIR滤波器与存储器相连；

所述第二乘法器与所述第二CIC滤波器相连，所述第二CIC滤波器、第二HB滤波器和第二FIR滤波器依次相连，所述第二FIR滤波器与存储器相连；

所述FPGA模块还包含若干并串转换器和串并转换器，所述并串转换器和串并转换器通过对信号流的速率变换来实现多通道信号对模块的分时复用。

2.根据权利要求1所述的多功能多参数测量数字中频处理复用***，其特征在于，所述FPGA模块包含功能选择模块，所述功能选择模块与所述数字下变频器相连；所述功能选择模块通过选择不同的功能来完成同一套数字信号处理模块的不同测试。

3.根据权利要求2所述的多功能多参数测量数字中频处理复用***，其特征在于，所述FPGA模块包含参数设置和控制模块，所述参数设置和控制模块与所述数字下变频器相连，所述参数设置和控制模块根据参数设置和功能控制来完成各个数字信号处理模块在不同功能模式下参数的重新选择配置。

4.根据权利要求1所述的多功能多参数测量数字中频处理复用***，其特征在于，所述若干并串转换器和串并转换器为两个并串转换器、两个串并转换器，其中，第一并串转换器与第一乘法器相连，第二并串转换器与第二乘法器相连，第一串并转换器与第一FIR滤波器相连，第二串并转换器与第二FIR滤波器相连。

5.根据权利要求4所述的多功能多参数测量数字中频处理复用***，其特征在于，所述抗混迭滤波器包含有两路信号，分别为参考信号和反射信号，所述参考信号和反射信号分别通过A/D模块进行模数转换。