CN114710383A - 一种利用ofdm信号对仪表射频通道频响进行校准的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及仪器仪表领域，公开了一种利用OFDM(正交频分复用)信号对仪表通道频响进行校准的方法，其特征在于：给仪表的待校准通道馈入参数已知的OFDM信号，然后在通道的输出端测量经过通道后的OFDM信号并进行信号解调，通过比较通道输出端解调后的频域参考信号与原始参考信号的幅度和相位，即可获得仪表通道的幅度和相位特性数据，从而获得仪表通道幅度和相位校准数据。该方法利用宽带信号可以快速实现对仪表通道的幅度和相位的矢量校准，可以避免传统使用单音进行扫频校准时速度比较慢的缺点。得到仪表通道在不同频点上的幅度和相位响应，作为校准数据存储在仪表硬件中，在仪表工作的时候对原始测量结果进行补偿，从而实现对外部输入信号的准确测量。

Description

一种利用OFDM信号对仪表射频通道频响进行校准的方法
技术领域
本发明涉及仪器仪表领域，具体而言，涉及一种利用OFDM信号对仪表射频通道频响进行校准的方法。
背景技术
在仪表进行测量的时候，仪表得到的原始测量数据实际上是外部信号叠加了仪表自身频响的总结果，为了得到仪表对外部信号的准确测量结果，必须对原始测量数据进行补偿和处理，去除仪表自身频响对测量结果的影响，才能得到仪表对外部信号的准确测量结果。因此，仪表在出厂的时候都要首先获得仪表通道自身的频响数据，然后将频响数据存储在仪表的硬件里，以供仪表在正常工作时调用。
仪表的校准对测量结果的准确性至关重要，在仪表出厂的时候都需要对仪表进行通道校准，如何快速，准确地得到仪表通道的频响对仪表十分重要。
正交频分复用信号(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)通信技术广泛应用于无线通信领域，如4G，5G和WLAN等无线通信技术。
传统的仪表通道频响校准都是使用单音或者多音进行扫频以得到仪表通道的频率响应，这种方法要进行扫频，速度会比较慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用宽带OFDM信号进行对仪表通道进行频响校准的方法，旨在解决现有技术中，传统的采用扫频方式进行仪表通道频响校准速度较慢的问题。
本发明是这样实现的，一种利用OFDM信号对仪表通道频响进行校准的方法，给仪表的待校准通道馈入参数已知的OFDM信号，然后在通道的输出端测量输出信号并进行信号解调，通过比较通道输出端解调后的频域参考信号与输入端的已知频域参考信号的幅度和相位，获得仪表通道的幅度和相位特性数据，从而实现对仪表通道幅度和相位矢量校准。
进一步的，其包括以下步骤：
步骤一，在OFDM信号中***已知的导频信号，第k个子载波的导频值为Si(k)，其中i代表OFDM符号，i＝0,1,2…M-1，M代表总导频符号数，k 代表载波，k＝0,1,2…N-1，N代表总载波数；
步骤二，设置子载波间距为Δf，载波中心频点为fc，在通道中馈入OFDM 信号；
步骤三，在通道输出端对信号进行帧同步，频偏补偿，OFDM信号解调，得到接收到的导频值Ri(k)；
步骤四，计算通道的频响Hi(k)＝Ri(k)/Si(k)；
步骤五，计算通道在离散频率点上的频响
Figure BDA0003574451050000021
步骤六，对H(k)进行线性插值，得到通道在任意频点的频响H(f)。
与现有技术相比，本发明的优点在于不需要逐点扫描，速度快，而且校准信号更接近仪表的真实工作状态下的激励信号。通过本发明得到仪表通道在不同频点上的幅度和相位响应，作为校准数据存储在仪表硬件中，在仪表工作的时候对原始测量结果进行补偿，从而实现对外部输入信号的准确测量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明技术方案的总体流程图；
图2为进行通道校准使用的原始OFDM信号频谱；
图3为进经过待校准通道后的OFDM信号频谱；
图4为校准后得到的不同频点通道响应的幅度值；
图5为校准后得到的不同频点通道响应的相位值。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
一种利用OFDM信号对仪表通道频响进行校准的方法，给仪表的待校准通道馈入参数已知的OFDM信号，然后在通道的输出端测量输出信号并进行信号解调，通过比较通道输出端解调后的频域参考信号与原始参考信号的幅度和相位，即可获得仪表通道的幅度和相位特性数据，从而实现对仪表通道幅度和相位矢量校准。
其中，OFDM信号作为激励信号，激励信号的导频或者称为参考信号是已知的。
本实施例提供的一种利用OFDM信号对仪表通道频响进行校准的方法，利用宽带信号可以快速实现对仪表通道的幅度和相位的矢量校准，可以避免传统使用单音进行扫频校准时速度比较慢的缺点；不需要逐点扫描，速度快，而且校准信号更接近仪表的真实工作状态下的激励信号。通过本方法得到仪表通道在不同频点上的幅度和相位响应，作为校准数据存储在仪表硬件中，在仪表工作的时候对原始测量结果进行补偿，从而实现对外部输入信号的准确测量。
本具体实施例中：
以一个100MHz带宽的OFDM信号为激励信号，对仪表的发射通道进行频响校准。
具体的校准步骤如下：
步骤一，在OFDM信号中***已知的导频信号Si(k)，在本实施例中，一共使用了4个导频符号，因此i＝0，1，2…M-1，其中M＝4，在本实施例中，100MHz 带宽一共实际使用了3276个子载波，因此k＝0，1，2…3275，第k个子载波的导频值为Si(k)，导频值采用基于如下公式生成：
c(k)＝(x1(k+Nc)+x2(k+Nc))mod2 Nc＝1600
x1(k+31)＝(x1(k+3)+x1(k))mod2
x2(k)＝(x2(k+3)+x2(k+2)+x2(k+1)+x2(k))mod2
Figure BDA0003574451050000041
x1(n)的初始值为x1(0)＝1，x1(n)＝0，n＝1，2，...，30；
x2(n)的初始值序列为[1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 0]，该序列为n＝0，1，2，…，30时x2(n)的各个元素值；
公式中的mod2表示对2求余数；
在本实施例中，i＝0的导频符号上的各个载波上的导频序列前70个值为：
0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i -0.7071-0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i -0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i-0.7071+0.7071i -0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i -0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i -0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i -0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i-0.7071+0.7071i -0.7071+0.7071i-0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071 -0.7071i-0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i-0.7071+ 0.7071i 0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i-0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i 0.7071+0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071-0.7071i 0.7071+0.7071i-0.7071+0.7071i -0.7071-0.7071i
步骤二，设置子载波间距为Δf，载波中心频点为fc，在通道中馈入OFDM 信号，在本实施例中，子载波间距为30kHz，该原始激励信号的频谱如图2所示，该图中的x轴代表相对频率，x＝0的频率点代表载波的中心频点fc，在本实施中， fc设定的是500MHz，该图中y轴代表不同频点的功率，单位为dBm；
步骤三，在通道输出端对输出信号进行采样，然后对信号进行帧同步，频偏补偿，OFDM信号解调，得到接收到的导频值Ri(k)；
输出端信号的频谱如图3所示，该图中的x轴代表相对频率，x＝0的频率点代表载波的中心频点fc，在本实施中，fc设定的是500MHz，该图中y轴代表不同频点的功率，单位为dBm；
步骤四，计算通道的频响Hi(k)＝Ri(k)/Si(k)；
步骤五，计算通道在离散频率点上的频响
Figure BDA0003574451050000051
本例中Hi(k)计算结果如下，只列出了前70个值：
0.0923+0.4324i-0.0881+0.4280i-0.1820+0.3927i-0.3075+0.3251i -0.4075+0.2086i-0.4151+0.0779i-0.4380-0.0699i-0.4018-0.1703i -0.3301-0.2703i-0.2309-0.3779i-0.0780-0.4274i 0.0352-0.4403i 0.1659- 0.3668i 0.3135-0.3182i 0.3724-0.2162i 0.4338-0.1123i 0.4287+ 0.0384i 0.4030+0.2021i 0.3217+0.2633i 0.2019+0.3625i 0.1232+ 0.4719i-0.0387+0.4228i-0.1893+0.4018i-0.3124+0.3226i-0.3709+0.2088i-0.4419+0.0967i-0.4314-0.0432i-0.3954-0.1570i-0.3600- 0.3094i-0.2297-0.3760i-0.1024-0.4453i 0.0428-0.4263i 0.1775- 0.4123i 0.2892-0.3485i 0.3589-0.2270i 0.4362-0.0839i 0.4393+ 0.0150i 0.3914+0.1524i 0.3283+0.2876i 0.2332+0.3881i 0.1035+ 0.4163i-0.0662+0.4887i-0.1694+0.4058i-0.2700+0.3331i-0.3579+0.2459i-0.4047+0.0978i-0.4171-0.0241i-0.3979-0.1458i-0.3350- 0.2852i-0.2405-0.3571i-0.1205-0.4133i 0.0254-0.4855i 0.1778- 0.4157i 0.2875-0.3556i 0.3478-0.2270i 0.4110-0.1131i 0.4363+0.0134i 0.4199+0.1395i 0.3297+0.2596i 0.2446+0.3644i 0.1144+0.4379i -0.0034+0.4537i-0.1482+0.4055i-0.2795+0.3197i-0.3404+0.2540i -0.3932+0.1151i-0.4187-0.0177i-0.4393-0.1559i-0.3473-0.2761i -0.2596-0.3598i。
频响H(k)的幅度值如图4所示，图4的y轴代表幅度，单位为dB，频响的相位值如图5所示，图5中y轴代表相位，图4和图5中x轴均代表相对频率， x＝0的频率点代表载波的中心频点fc，在本实施中，fc设定的是500MHz。
步骤六，对H(k)进行线性插值，得到通道在任意频点的频响H(f)。H(k)是离散的频率点，本例中fc＝500MHz，子载波数目一共是3276，子载波间距是30kHz，因此H(k)对应的离散频点Fk＝fc+(k-3276/2-0.5)*30kHz，即：Fk＝
[450.845 450.875 450.905 450.935 450.965 450.995 451.025 451.055451.085 451.115 451.145 451.175 451.205.....]MHz
对于任意的频点f的频响，可以由H(k)进行线性插值得到，例如对于f＝450.92MHz的频响，与其相邻的离散频点是k＝2时的F2＝450.905MHz和k＝3时的F3＝450.935MHz，因此按照线性插值公式，f＝450.92MHz的频响计算步骤为：
(1)找到与任意频点f最接近的离散频点F(k)，且该离散频点不大于该任意频点；
(2)计算与任意频点f最接近的相邻离散频点的均差：
Figure BDA0003574451050000071
(3)通过线性插值获得该任意频点f的频响：
H(f)＝H(k)+β*(H(k+1)-H(k))。
例如，在本实施例中，均差：
Figure BDA0003574451050000072
频响：H(f)＝H(2)+β*(H(3)-H(2))＝-0.2447+0.3589i。
通过以上方法得到的仪表通道在不同频点上的幅度和相位响应，作为校准数据存储在仪表硬件中，在仪表工作的时候对原始测量结果进行补偿，从而实现对外部输入信号的准确测量。
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 (2)

1.一种利用OFDM信号对仪表通道频响进行校准的方法，其特征在于：给仪表的待校准通道馈入参数已知的OFDM信号，然后在通道的输出端测量输出信号并进行信号解调，通过比较通道输出端解调后的频域参考信号与原始参考信号的幅度和相位，获得仪表通道的幅度和相位特性数据，从而实现对仪表通道幅度和相位矢量校准。
2.根据权利要求1所述的一种利用OFDM信号对仪表通道频响进行校准的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一，在OFDM信号中***已知的导频信号，第k个子载波的导频值为Si(k)，其中i代表OFDM符号，i＝0,1,2…M-1，M代表总导频符号数，k代表载波，k＝0,1,2…N-1，N代表总载波数；
步骤二，设置子载波间距为Δf，载波中心频点为fc，在通道中馈入OFDM信号；
步骤三，在通道输出端对信号进行帧同步，频偏补偿，OFDM信号解调，得到接收到的导频值Ri(k)；
步骤四，计算通道的频响Hi(k)＝Ri(k)/Si(k)；
步骤五，计算通道在离散频率点上的频响
Figure FDA0003574451040000011
步骤六，对H(k)进行线性插值，得到通道在任意频点的频响H(f)。
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