CN105959019A - 基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置及方法，属于通信信号接收技术领域。其解决了现有的对大宽带实时信号处理难度大的不足。该于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，包括功分电路单元，功分电路单元上连接第一信号通道和第二信号通道，第一信号通道包括依次连接的第一可控增益单元、第一选频滤波单元、第一混频单元、第一抗混叠滤波单元、第一高速模数变换单元和第一高速数据处理单元，第二信号通道包括依次连接的第二可控增益单元、第二选频滤波单元、第二混频单元、第二抗混叠滤波单元、第二高速模数变换单元和第二高速数据处理单元。

Description

基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置及方法

技术领域

本发明属于通信信号接收技术领域，具体涉及一种基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置及方法。

背景技术

信号分析在现代通信当中有着广泛的应用，随着现代通信技术的发展，对信号频谱分析的分析带宽要求越来越高。传统的频谱分析仪多采用扫频方式，利用扫频超外差接收的原理，本振在频段内扫频而接收机是窄带的这种方法只适用于连续信号和周期信号的频谱测量，很难应对具有跳频特性通信信号测量的挑战。

在频域对信号进行检测，需要得到信号的频域信息，实时信号分析采用实时FFT处理器对具有跳频特性信号进行实时的时频变换，根据信号的频域信息进行实时触发，采集和存储时域或频域的数据并进行各种需要的信号分析。实时信号分析具有功率触发、基于电平的触发和频率模板触发功能，可根据频率上设置不同的触发电平，这种在存在强信号时触发弱信号的能力，对检测间歇性信号、干扰信号、脉冲信号和跳频信号等至关重要。由于硬件处理能力的限制，包括AD采用时钟、有效位数、后期数据处理等，对于超过1GHz以上的大带宽实时信号处理，单通道实现的难度较大，对硬件要求过高，难以实现。

发明内容

本发明的目的是针对现有的对大宽带实时信号处理难度大，对硬件要求过高的不足，提出了一种采用双通道叠加技术，每个通道对信号进行处理分析，最后将两个通道进行数据拼接实现大宽带的实时信号处理的一种基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置及方法。

本发明具体采用如下技术方案：

基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，包括功分电路单元，所述功分电路单元上连接第一信号通道和第二信号通道，所述第一信号通道包括依次连接的第一可控增益单元、第一选频滤波单元、第一混频单元、第一抗混叠滤波单元、第一高速模数变换单元和第一高速数据处理单元，所述第二信号通道包括依次连接的第二可控增益单元、第二选频滤波单元、第二混频单元、第二抗混叠滤波单元、第二高速模数变换单元和第二高速数据处理单元，所述第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元的数据输入主机或存储在存储器中，所述主机中包括相位拼接处理单元。

优选地，所述第一混频单元上连有低频本振单元，所述第二混频单元上连有高频本振单元。

优选地，所述第一高速模数变换单元与第二高速模数变换单元上均连有采样时钟单元。

优选地，所述第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元上连有双倍速率同步动态随机存储器。

优选地，所述第一高速数据处理单元、第二高速数据处理单元与相位拼接处理单元之间通过高速总线进行数据传输。

基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析方法，采用如上所述的基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，具体包括以下步骤：

步骤一，功分电路单元将中心频率F_IF1、带宽为BW的宽带信号分为两路，分路后分别输送至第一信号通道和第二信号通道，第一信号通道与第二信号通道的信号中心频率均为F_IF1，带宽均为BW；

步骤二，第一可控增益单元将进入第一信号通道的信号进行增益控制平衡，第二可控增益单元将进入第二信号通道的信号进行增益控制平衡；

步骤三，第一选频滤波单元对增益平衡控制后的宽带信号进行选频滤波，对下半带频谱进行覆盖，使带宽降为一半，第二选频滤波单元对增益平衡后的带宽信号进行选频滤波，对上半带频谱进行覆盖，使带宽降为一半；

步骤四，第一信号通道中的信号经过选频滤波后与低频本振单元进行混频，第二信号通道中的信号经过选频滤波后与高频本振单元进行混频；

步骤五，第一抗混叠滤波单元将混频后的信号进行抗混叠滤波处理，对混频镜像信号进行抑制，同时滤除杂散信号，第二抗混叠滤波单元将混频后的信号进行抗混叠滤波处理，对混频镜像信号进行抑制，同时滤除杂散信号；

步骤六，第一信号通道与第二信号通道分别对抗混叠滤波处理后的信号进行模拟信号的数字化处理；

步骤七，第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元分别对信号进行数字下变频、快速傅里叶变换、触发控制的实时性处理，第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元如果在连续方式下，将快速傅里叶变换的数据直接传送至主机，如果在触发方式下，将原始数据通过高速数据处理单元上的接口送至双倍速率同步动态随机存储器进行存储；

步骤八，相位拼接处理单元对经过处理的第一信号通道、第二信号通道中的数据进行相位拼接，分别进行上下两个半带的频谱覆盖，在相位连续的基础上进行宽带信号拼接；

步骤九，将处理后的宽带信号实时分析结果进行显示处理，进行连续实时信号显示。

本发明具有的有益效果是：利用超外差接收的原理将宽带信号经过高本振变频，差频产生第一高中频信号，利用双通道接收分别进行二次变频处理，差频产生第二中频信号，降低分析带宽，然后对第二中频进行同步实时分析和相位同步，实现宽带信号分析功能；足现代通信宽带信号对实时分析大带宽处理能力的要求，该装置将通过双通道并行处理，有效克服了在宽带信号处理时硬件处理能力的限制；在硬件电路处理能力受到一定限制下，对可分析的信号带宽和速率进行大幅度提升，尤其是现代通信朝着大带宽快速发展的背景下，支持大带宽通信信号三维多域分析功能，有效分析信号频率随时间变化的规律，支持对信号进行时域、频域和调制域的多域分析，很好解决了信号大带宽实时分析处理的测试需求。

附图说明

图1为该基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置原理框图；

图2为宽带信号双通道处理频谱搬移图；

图3为FFT处理和触发方式FPGA内部信号处理流程图；

图4为大带宽实时宽带信号分析显示图。

其中，1为功分电路单元，2为可控增益单元，3为选频滤波单元，4为混频单元，5为低频本振单元，6为高频本振单元，7为抗混叠滤波单元，8为高速AD变换单元，9为采样时钟单元，10为高速数据处理单元，11为相位拼接处理单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，包括功分电路单元，功分电路单元上连接第一信号通道和第二信号通道，第一信号通道包括依次连接的第一可控增益单元、第一选频滤波单元、第一混频单元、第一抗混叠滤波单元、第一高速模数变换单元和第一高速数据处理单元，第二信号通道包括依次连接的第二可控增益单元、第二选频滤波单元、第二混频单元、第二抗混叠滤波单元、第二高速模数变换单元和第二高速数据处理单元，第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元的数据输入主机或存储在存储器中，主机中包括相位拼接处理单元。

第一混频单元上连有低频本振单元，第二混频单元上连有高频本振单元。

第一高速模数变换单元与第二高速模数变换单元上均连有采样时钟单元。

第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元上连有双倍速率同步动态随机存储器。

第一高速数据处理单元、第二高速数据处理单元与相位拼接处理单元之间通过高速总线进行数据传输。

如图2-4所示，基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析方法，采用如上所述的基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，具体包括以下步骤：

步骤一，功分电路单元将中心频率F_IF1、带宽为BW的宽带信号F₁分为两路，分路后分别输送至第一信号通道和第二信号通道，第一信号通道与第二信号通道的信号中心频率均为F_IF1，带宽均为BW；BW(Bandwidth)通常指的是信号分析的实时带宽，用MHz表示。中心频率F_IF1通常定义为带通滤波器(或带阻滤波器)的两个3dB点之间的中点，一般用两个3dB点的算术平均来表示。

步骤二，第一可控增益单元将进入第一信号通道的信号进行增益控制平衡，第二可控增益单元将进入第二信号通道的信号进行增益控制平衡；

步骤三，第一选频滤波单元对增益平衡控制后的宽带信号进行选频滤波，对下半带频谱进行覆盖，使带宽降为一半得到信号F₂(中心频率为F_IF2，带宽为BW/2)，第二选频滤波单元对增益平衡后的带宽信号进行选频滤波，对上半带频谱进行覆盖，使带宽降为一半得到信号F₃(中心频率为F_IF3，带宽为BW/2)，其中F_IF2＝F_IF1-BW/4，F_IF3＝F_IF1+BW/4；

步骤四，第一信号通道中的信号经过选频滤波后与低频本振单元进行混频，第二信号通道中的信号经过选频滤波后与高频本振单元进行混频；混频后分别得到信号F₄，(中心频率为F_IF4，带宽为BW/2)，其中：第一信号通道的混频调谐方程为：F₄＝F₂-F_LO1，第二信号通道的混频调谐方程为：F₄＝F_LO2-F₃，当通道分析带宽大于BW/2时，由第一信号通道和第二信号通道同时工作，按如上方程变频，当通道分析带宽要求小于等于BW/2时，只使用第一信号通道工作，变频方程为F₄＝F₂-F_LO3，F_LO3＝F_IF1-F_IF4；

步骤五，第一抗混叠滤波单元将混频后的信号进行抗混叠滤波处理，对混频镜像信号进行抑制，同时滤除杂散信号，第二抗混叠滤波单元将混频后的信号进行抗混叠滤波处理，对混频镜像信号进行抑制，同时滤除杂散信号；

步骤六，第一信号通道与第二信号通道分别对抗混叠滤波处理后的信号进行模拟信号的数字化处理；其中由采样时钟单元提供采样时钟F_S，F_S大于2F_IF4。

步骤七，第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元分别对信号进行数字下变频、快速傅里叶变换、触发控制的实时性处理，第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元如果在连续方式下，将快速傅里叶变换的数据直接通过PCI接口传送至主机，如果在触发方式下，将原始数据通过高速数据处理单元上的接口(MIG接口)送至双倍速率同步动态随机存储器(DDR2)进行存储；

步骤八，相位拼接处理单元对经过处理的第一信号通道、第二信号通道中的数据进行相位拼接，分别进行上下两个半带的频谱覆盖，在相位连续的基础上进行宽带信号拼接；

步骤九，将处理后的宽带信号实时分析结果进行显示处理，进行连续实时信号显示。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，其特征在于，包括功分电路单元，所述功分电路单元上连接第一信号通道和第二信号通道，所述第一信号通道包括依次连接的第一可控增益单元、第一选频滤波单元、第一混频单元、第一抗混叠滤波单元、第一高速模数变换单元和第一高速数据处理单元，所述第二信号通道包括依次连接的第二可控增益单元、第二选频滤波单元、第二混频单元、第二抗混叠滤波单元、第二高速模数变换单元和第二高速数据处理单元，所述第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元的数据输入主机或存储在存储器中，所述主机中包括相位拼接处理单元。

2.如权利要求1所述的基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，其特征在于，所述第一混频单元上连有低频本振单元，所述第二混频单元上连有高频本振单元。

3.如权利要求1所述的基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，其特征在于，所述第一高速模数变换单元与第二高速模数变换单元上均连有采样时钟单元。

4.如权利要求1所述的基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，其特征在于，所述第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元上连有双倍速率同步动态随机存储器。

5.如权利要求1所述的基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，其特征在于，所述第一高速数据处理单元、第二高速数据处理单元与相位拼接处理单元之间通过高速总线进行数据传输。

6.基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析方法，采用权利要求1-5任一项所述的基于双通道相位叠加的大带宽通信信号接收分析装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一，功分电路单元将中心频率F_IF1、带宽为BW的宽带信号分为两路，分路后分别输送至第一信号通道和第二信号通道，第一信号通道与第二信号通道的信号中心频率均为F_IF1，带宽均为BW；

步骤二，第一可控增益单元将进入第一信号通道的信号进行增益控制平衡，第二可控增益单元将进入第二信号通道的信号进行增益控制平衡；

步骤三，第一选频滤波单元对增益平衡控制后的宽带信号进行选频滤波，对下半带频谱进行覆盖，使带宽降为一半，第二选频滤波单元对增益平衡后的带宽信号进行选频滤波，对上半带频谱进行覆盖，使带宽降为一半；

步骤四，第一信号通道中的信号经过选频滤波后与低频本振单元进行混频，第二信号通道中的信号经过选频滤波后与高频本振单元进行混频；

步骤五，第一抗混叠滤波单元将混频后的信号进行抗混叠滤波处理，对混频镜像信号进行抑制，同时滤除杂散信号，第二抗混叠滤波单元将混频后的信号进行抗混叠滤波处理，对混频镜像信号进行抑制，同时滤除杂散信号；

步骤六，第一信号通道与第二信号通道分别对抗混叠滤波处理后的信号进行模拟信号的数字化处理；

步骤七，第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元分别对信号进行数字下变频、快速傅里叶变换、触发控制的实时性处理，第一高速数据处理单元与第二高速数据处理单元如果在连续方式下，将快速傅里叶变换的数据直接传送至主机，如果在触发方式下，将原始数据通过高速数据处理单元上的接口送至双倍速率同步动态随机存储器进行存储；

步骤八，相位拼接处理单元对经过处理的第一信号通道、第二信号通道中的数据进行相位拼接，分别进行上下两个半带的频谱覆盖，在相位连续的基础上进行宽带信号拼接；

步骤九，将处理后的宽带信号实时分析结果进行显示处理，进行连续实时信号显示。