CN103616566B

CN103616566B - 一种基于软件无线电的线性平均值检波器实现方法

Info

Publication number: CN103616566B
Application number: CN201310587171.4A
Authority: CN
Inventors: 江炜宁; 王保税; 张志�
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CLP Kesiyi Technology Co Ltd
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: CN103616566A

Abstract

本发明提供一种基于软件无线电的线性平均值检波器实现方法，包括以下步骤：步骤一：对模拟中频进行信号采样；步骤二：将采样后的信号经数字中频处理后被分成同相分量信号及正交分量信号发送；步骤三：从同相分量信号及正交分量信号恢复出中频包络信号；步骤四：对中频包络信号进行模拟仿真网络运算；步骤五：对模拟仿真网络输出获取最大检波值，作为线性平均值检波器的输出电压。相比常规的模拟电路实现方法，采用上述方案，能提高线性平均值检波器测量的稳定性和一致性，减少测量仪器体积和重量，获得更优的测量速度，特别是能很便捷地实现不同时间常数线性平均值检波器的重构，减少设计和调试成本。

Description

一种基于软件无线电的线性平均值检波器实现方法

技术领域

本发明属于电磁兼容测试中线性平均值检波器技术领域，尤其涉及的是一种基于软件无线电的线性平均值检波器实现方法。

背景技术

随着各种电子产品进入市场的加快，电磁兼容测试在产品测试中受重视的程度也越来越高，不仅在认证测试实验室，在各大电子产品公司中研发、测试和质检等部门，电磁兼容测试也在成为一个重要的环节。

在进行电磁干扰发射(EMI)测量时，需要针对不同干扰源类型和传播方式，采用不同的测试布局、测试方法和辅助测试设备。但有一点是相同的，这类测试都需要用到高灵敏度的电磁辐射干扰测试接收机(又称EMI接收机)。EMI接收机是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器，它显示接收信号的频谱，由此能了解电磁干扰的幅度和发生源。

几十年来，随着各个领域技术的发展，EMI接收机向着宽频段、宽量程、高准确度、高速度、数字化、小型化、智能化、模块化以及***化的方向发展。特别是近几年来，微电子技术、数字信号处理技术以及软件无线电技术等新技术被逐渐应用于新型EMI接收机的设计开发中，使接收机性能产生质的飞跃。其中，软件无线电技术的中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种无线电分析功能，如调制解调、检波等用软件来完成，并使宽带A／D和D／A转换尽可能靠近天线，以研制出高度灵活性、开放性的新一代的无线通信***。

在电磁兼容测试领域，CISPR(国际无线电干扰特别委员会)自1933年成立以来，一直作为国际EMC测试标准的重要制定者之一。业内公司始终遵循着CISPR的标准，将其作为民用EMC测试的全球性规范。近年来，CISPR标准关于检波器类型做出的一些修正，在CISPR16-1：1999(第二版)的修正案A1：2002中对于测试中使用的的平均值检波器做出了修改，使用新的线性平均值(CISPR Average)检波器取代了原有的平均值检波器；并且规定了检波器的时间常数。这项修改的主要目的是为了能够更准确的测量到间歇性出现的不稳定的骚扰信号。依据新的CISPR标准，在测试中需要EMI接收机实现线性平均值检波器的测试。

新的CISPR标准描述了线性平均值检波器的常规实现方法如图1所示，在包络检波器101之后和A／D转换器103之间使用了一个指针式仪表仿真网络102，用来模拟一个传统的指针式仪表的测量状态。由该方法可以看出，其主要使用模拟电路(比如设计一块专门的线性平均值检波器模拟电路板)来实现包络检波器101和仪表仿真网络102的，然后通过使用A／D转换器103和微处理器104来连续监测仪表的输出，获得峰值读数做为线性平均值检波器的输出读数。

在线性平均值检波器的常规实现方法使用过程中发现，由于模拟电路存在温度不稳定性等因素，测量结果往往与真实值存在比较大的偏差。而且，CISPR新标准至少需要2种不同时间常数(影响检波器性能的重要参数)的线性平均值检波器，这就加大了电路的设计难度，同时也增加了相关生产和调试成本。若将该模拟电路的板卡安装于EMI接收机中，也会增加设备的体积和重量，不利于仪器的搬运和用户使用。另外，模拟电路实现的线性平均值检波器的处理时间相对较长，给使用者带来不便。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于软件无线电的线性平均值检波器实现方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于软件无线电的线性平均值检波器实现方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：对模拟中频进行信号采样；

步骤二：将采样后的信号经数字中频处理后被分成同相分量信号及正交分量信号发送；

步骤三：从同相分量信号及正交分量信号恢复出中频包络信号；

步骤四：对中频包络信号进行模拟仿真网络运算；

步骤五：对模拟仿真网络输出获取最大检波值，作为线性平均值检波器的输出电压。

所述的线性平均值检波器实现方法，其中，所述步骤二：数字中频处理，包括数字下变频、低通滤波及抽取，首先，中频输入信号与数字本振产生的信号一同进入数字混频器完成数字下变频；然后，经数字下变频后得到零中频数字信号，包括同相分量信号及正交分量信号共两路信号，分别进行数字低通滤波和抽取处理，以降低信号的速率及保证信号信息完整。

所述的线性平均值检波器实现方法，其中，所述步骤三中，所述恢复出中频包络信号的具体步骤为：将同相分量信号及正交分量信号先求平方和再开根号运算得到。

所述的线性平均值检波器实现方法，其中，所述步骤四中，所述模拟仿真网络运算是通过二阶IIR数字滤波器来实现的，该滤波器的传输函数为：

H (S) = \frac{1}{T_{M} * T_{M} * S * S + 2 * T_{M} * S + 1}

其中，S为传输信号，T_M为时间常数，H(S)为传输函数。

所述的线性平均值检波器实现方法，其中，所述二阶IIR数字滤波器的传输函数等价为两个相同的一阶IIR滤波器的相乘级联方式：

H (S) = \frac{1}{T_{M} * S + 1} * \frac{1}{T_{M} * S + 1}

将所述一阶IIR滤波器传输函数转换成差分方程得到：

y(n)=b*(x(n)+(x(n-1))-a*y(n-1)

其中，x(n)为滤波器的输入值，y(n)是滤波器的输出值，b和a为滤波器的系数，其取值由时间常数T_M和滤波器输入数据的采样周期T_s决定，具体计算公式如下：

a = \frac{T_{s} - 2 * T_{M}}{T_{s} + 2 * T_{M}}

b = \frac{T_{s}}{T_{s} + 2 * T_{M}}

其中，依据CISPR标准规定，根据所需测量的波段来确定时间常数T_M，同时依据同相分量信号及正交分量信号的采样周期确定T_s来最终获得滤波器的系数a和b的值。

所述的线性平均值检波器实现方法，其中，所述步骤五中，所述获取最大检波值具体步骤为：是在预定测量时间内记录步骤四中的最大值。

采用上述方案：

1、温度稳定性高，测量一致性好；用DSP程序程序运算，无论在何种温度下，只要前端的电路稳定，数字计算结果不会变化，稳定性和一致性都好。而采用模拟电路，其中的电感量较大，常采用线绕的方式设计，随温度波动较大，影响测试结果。

2、体积小；数字检波器可以与数字中频计算、FFT运算等与数字信号处理相关运算共用一个数字处理平台，无需单独增加电路。而模拟线性平均值检波器却需要单独设计电路。

3、处理速度快；使用模拟检波器，单次有效测量至少需要2s中，如果小于这个时间，就影响测量结果的真实性。通过实际测量，本发明的检波器的处理时间可以小于1s，在某些测量频段检波器的处理时间约为500ms。如此比较，运用本发明的数字检波测量大大节约测量时间，节省时间成本。

4、实现了检波器的重构，减少了设计和调试成本；通过DSP程序的方式实现线性平均值检波器，主机通过DSP接口，重置不同的时间常数，就可以实现不同的检波器，通过程序的方式实现了检波器的重构，减少了设计和调试成本。

附图说明

图1为现有技术中线性平均值检波器的实现示意图。

图2为本发明基于软件无线电的线性平均值检波器示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

如图2所示，首先，A／D转换器1对模拟中频进行信号采样，采样后的信号被送给FPGA现场可编程逻辑阵列2，与NCO(即数字本振)201产生的信号一同进入数字混频器202及212完成数字下变频。通过数字下变频，模拟中频信号已转变为零中频数字信号，共包括I／Q(同相／正交)两路信号，分别经过低通滤波203及213、抽取204及214等(低通滤波和抽取的在降低信号速率的同时保证了信号信息的不丢失)进行数字中频处理，然后把获得的基带信号分成两路I／Q(同相／正交分量)信号送给数字信号处理器DSP3。

在图2中，在DSP3中通过3个步骤实现线性平均值检波器，首先，经过数字包络检波301，恢复出中频上的调制信号，即信号的幅度包络；然后进入仪表仿真网络302进行模拟运算，最后，通过峰值检波303获取最大值，就计算出线性平均值检波器的输出电压。最后的测试结果被送到主机4进行显示处理。

由图2可知，DSP3的仪表仿真网络302与主机4通过接口相连，主机4通过DSP3接口可以设置不同的时间常数和采样率等参数，就可以使得DSP3实现不同的仪表仿真网络，也就可以实现不同的线性平均值检波器，这样就只要修改参数，不用修改程序，就实现了检波器的重构。

本发明实现的线性平均值检波器是在DSP中通过程序来完成的，具体过程如下：

1)包络检波：包络检波是对信号的同相／正交分量先求平方和再开根号运算得到的。

2)仪表仿真网络：仪表仿真网络的实现是通过二阶IIR数字滤波器来实现的，该滤波器的传输函数为：

H (S) = \frac{1}{T_{M} * T_{M} * S * S + 2 * T_{M} * S + 1}

其中S为传输信号，T_M是时间常数，时间常数是该滤波器的关键参数，影响滤波器的滤波性能。在CISPR标准中，对不同频段的时间常数有如下要求见表1：

表1：CISPR标准中对线性平均值检波器的时间常数要求

为了便于在DSP中通过程序实现，该二阶IIR数字滤波器被分解为两个相同的一阶IIR滤波器的级联相乘的方式：

H (S) = \frac{1}{T_{M} * S + 1} * \frac{1}{T_{M} * S + 1}

将所述一阶I IR滤波器传输函数转换成差分方程得到：

y(n)=b*(x(n)+(x(n-1))-a*y(n-1)

其中，x(n)为滤波器的输入值，y(n)是滤波器的输出值，b和a为滤波器的系数，由时间常数T_M和滤波器输入数据的采样周期T_s决定，具体计算公式如下：

a = \frac{T_{s} - 2 * T_{M}}{T_{s} + 2 * T_{M}}

b = \frac{T_{s}}{T_{s} + 2 * T_{M}}

具体在实现中，依据表1由所需测量的波段确定时间常数T_M，同时依据在图2中FPGA输出的I／Q数据的采样周期确定T_s来最终获得滤波器的系数a和b的值。

3)峰值检波：在DSP中最后的处理是峰值检波，它的处理主要是在一定测量时间内记录下前面仪表仿真网络的最大值，并把这个值作为线性平均值检波器的输出结果。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于软件无线电的线性平均值检波器实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对模拟中频进行信号采样；

步骤四：对中频包络信号进行模拟仿真网络运算；

步骤五：对模拟仿真网络输出获取最大检波值，作为线性平均值检波器的输出电压；所述步骤二：数字中频处理，包括数字下变频、低通滤波及抽取，首先，中频输入信号与数字本振产生的信号一同进入数字混频器完成数字下变频；然后，经数字下变频后得到零中频数字信号，包括同相分量信号及正交分量信号共两路信号，分别进行数字低通滤波和抽取处理，以降低信号的速率及保证信号信息完整。

2.如权利要求1所述的线性平均值检波器实现方法，其特征在于，所述步骤三中，所述恢复出中频包络信号的具体步骤为：将同相分量信号及正交分量信号先求平方和再开根号运算得到。

3.如权利要求1所述的线性平均值检波器实现方法，其特征在于，所述步骤四中，所述模拟仿真网络运算是通过二阶IIR数字滤波器来实现的，该滤波器的传输函数为：

H (S) = \frac{1}{T_{M} * T_{M} * S * S + 2 * T_{M} * S + 1}

其中，S为传输信号，T_M为时间常数，H(S)为传输函数。

4.如权利要求3所述的线性平均值检波器实现方法，其特征在于，所述二阶IIR数字滤波器的传输函数等价为两个相同的一阶IIR滤波器的相乘级联方式：

H (S) = \frac{1}{T_{M} * S + 1} * \frac{1}{T_{M} * S + 1}

将所述一阶IIR滤波器传输函数转换成差分方程得到：

y(n)＝b*(x(n)+(x(n-1))-a*y(n-1)

\begin{matrix} a = \frac{T_{s} - 2 * T_{M}}{T_{s} + 2 * T_{M}} & b = \frac{T_{s}}{T_{s} + 2 * T_{M}} \end{matrix}

5.如权利要求4所述的线性平均值检波器实现方法，其特征在于，所述步骤五中，所述获取最大检波值具体步骤为：是在预定测量时间内记录步骤四中的最大值。