CN117997455A - 一种计算群时延测量相位的方法及*** - Google Patents
一种计算群时延测量相位的方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种计算群时延测量相位的方法及***,频谱分析技术领域,所述方法包括:S1、连接被测设备,计算设定频率,对接收到的多载波基带IQ信号进行谱峰搜索、频偏计算和补偿,并对多载波基带IQ信号进行截取;S2、通过快速傅里叶变换对截取后的多载波基带IQ信号进行处理,通过解卷绕和逆解卷绕的方式计算连接被测设备的测量相位;S3、计算未连接被测设备时的校准相位,并结合已连接被测设备时的测量相位计算群时延。本发明能够快速、准确地计算出真正的测量相位,从而计算出准确的群时延。
Description
技术领域
本发明涉及频谱分析技术领域,尤其涉及一种计算群时延测量相位的方法及***。
背景技术
当信号的所有频率成分通过放大器、扬声器等设备,或在空气等介质中传播时,都会产生延迟;所有频率加在一起的延迟称为群时延,可用于描述某些元件的传输质量,群时延也可以衡量信号在被测信道或设备中传播所需的时间。
在频谱分析仪中,一般由信号源发送多载波信号来测量群时延,多载波信号由多个步长固定的未调制载波组成,可用作输入信号,从而实现快速的宽带测量;现有的方法在没有测量被测设备的情况下,对输入信号进行初步参考测量,计算出校准测量相位,测量结果存储在分析仪内部,在随后的被测设备测量中用于群时延计算的参考,再连接被测设备,使用信号源发送同一信号进行测量,计算出测量相位;但是,传统方法是直接用输入的信号数据计算测量相位,而测量校准相位和原始测量相位时中间有时间差,由此计算出来的群时延误差很大,甚至是错误的,因此,传统的方法很难精确计算出群时延。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供了一种计算群时延测量相位的方法及***,解决了传统方法存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种计算群时延测量相位的方法,所述方法包括:
S1、连接被测设备,计算设定频率,对接收到的多载波基带IQ信号进行谱峰搜索、频偏计算和补偿,并对多载波基带IQ信号进行截取;
S2、通过快速傅里叶变换对截取后的多载波基带IQ信号进行处理,通过解卷绕和逆解卷绕的方式计算连接被测设备的测量相位;
S3、计算未连接被测设备时的校准相位,并结合已连接被测设备时的测量相位计算群时延。
所述S1的步骤具体包括以下内容:
S101、根据用户输入设定的载波个数CarrierNum及载波间隔CarrierSpacing,计算第一根载波频率 ,以及最后一根载波频率,进而得到信号源发送的频率组;
S102、通过频谱分析仪接收多载波信号并下变频至基带后得到多载波基带IQ信号,对输入的多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换,将零频分量移到频谱中心fftshift,并进行谱峰搜索,得到接收到的频率组 />;
S103、计算出多载波基带IQ信号的整数倍周期x,然后计算出快速傅里叶变换长度 />,并向下取整,n表示多载波基带IQ信号的总个度;
S104、通过离散傅里叶变换频偏估计算法计算 和/>之间的频偏/>,得到无频偏多载波基带IQ信号/>;
S105、对无频偏多载波基带IQ信号进行截取,截取出长度为FFTLen的信号进行计算得到截取后的无频偏多载波基带IQ信号/>,其中/>,m<n。
所述将零频分量移到频谱中心fftshift,并进行谱峰搜索,得到接收到的频率组具体包括以下内容:
将前个点的位置和后/>个点的位置置换,得到频谱/>;
进行谱峰搜索,找出中的最大谱线yfftMax和该谱线所对应的频率索引maxIdx,设门限thd为0.3,将/>中所有小于/>的频谱值都置为零;
当前点比左右相邻点的频谱值都大则认为是谱峰,找出所有谱峰,谱峰所在的频率即为载波频率,得到接收到的频率组。
所述S104的步骤具体包括以下内容:
对多载波基带IQ信号做截取,得到截取后的多载波基带IQ信号/>,计算搜索步进/>和/>对应的频点/>,计算出fPeak对应的离散傅里叶变换值/>和功率值/> ,其中,,abs表示求模值,j表示虚数,e表示自然对数的底数;
按照步进计算fPeak左右两边频点的离散傅里叶变换值和功率值,分别得到左边频点/>对应的离散傅里叶变换值/>和右边频点/>对应的离散傅里叶变换值/>及其对应的功率值/>和/>,并找出/>、/>和/>中的最大值/>,更新fPeak的值为/>对应的频点值和更新搜索步进/>,并重复该步骤直到小于预设值为止;
最终的 所对应的频率/>即为估计出的接收到的某根载波的频率,在中找到与/>值最接近的频率,二者相减即得到频偏/>,然后进行补偿,得到无频偏多载波基带IQ信号/>。
所述S2的步骤具体包括以下内容:
S201、对截取后的无频偏多载波基带IQ信号 做快速傅里叶变换,及将零频分量移到频谱中心fftshift,即将前 />个点的位置和后 />个点的位置置换,得到FFTSig,再进行谱峰搜索,计算出谱峰所对应的频率索引PeakIndex;
S202、计算原测量相位 ,imag表示取虚部,real表示取实部;
S203、将 的单位转换为度,得到初始测量相位/>;
S204、通过计算校准相位与初始相位的差值,/>表示校准相位,f表示载波的各频点;
S205、对解卷绕,得到第一暂时相位变量/>,表示解卷绕;
S206、判断中是否存在峰值,若存在峰值,则单独对/>和/>解卷绕,并更新差值/>,若不存在峰值,则的值保持不变;
S207、解矩阵,得到/>,计算出, />,/>为步进,start表示起点;
S208、计算出第二暂时相位变量,表示/>解卷绕后的值;
S209、对进行逆解卷绕,直到逆解卷绕后的相位值在±180°以内,得到连接被测设备的测量相位/>。
通过计算群时延,其中,F表示多载波的各频率,表示测量相位和校准相位差值解卷绕后的值。
一种计算群时延测量相位的***,它包括信号预处理模块、计算测量相位模块和群时延计算模块;
所述信号预处理模块:用于在连接被测设备后,计算设定频率,对接收到的多载波基带IQ信号进行谱峰搜索、频偏计算和补偿,并对多载波基带IQ信号进行截取;
所述计算测量相位模块:用于通过快速傅里叶变换对截取后的多载波基带IQ信号进行处理,通过解卷绕和逆解卷绕的方式计算连接被测设备的测量相位。
所述群时延计算模块:用于在计算未连接被测设备时的校准相位后,结合已连接被测设备时的测量相位计算群时延。
所述信号预处理模块具体实现以下内容:
根据用户输入设定的载波个数CarrierNum及载波间隔CarrierSpacing,计算第一根载波频率,以及最后一根载波频率,进而得到信号源发送的频率组;
通过频谱分析仪接收多载波信号并下变频至基带后得到多载波基带IQ信号,对输入的多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换,将零频分量移到频谱中心fftshift,并进行谱峰搜索,得到接收到的频率组/>;
计算出多载波基带IQ信号 的整数倍周期x,然后计算出快速傅里叶变换长度,并向下取整;
通过离散傅里叶变换频偏估计算法计算和/>之间的频偏 ,得到无频偏多载波基带IQ信号/>;
对无频偏多载波基带IQ信号进行截取,截取出长度为FFTLen的信号进行计算得到截取后的无频偏多载波基带IQ信号/>,其中/>。
所述计算测量相位模块具体实现以下内容:
对截取后的无频偏多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换,及将零频分量移到频谱中心fftshift,即将前/>个点的位置和后/>个点的位置置换,得到FFTSig,再进行谱峰搜索,计算出谱峰所对应的频率索引PeakIndex;
计算原测量相位,imag表示取虚部,real表示取实部;
将的单位转换为度,得到初始测量相位/>;
通过 计算校准相位与初始相位的差值, />表示校准相位,f表示载波的各频点;
对解卷绕,得到第一暂时相位变量 />,表示解卷绕;
判断 中是否存在峰值,若存在峰值,则单独对 />和 />解卷绕,并更新差值 />,若不存在峰值,则的值保持不变;
解矩阵 ,得到/>。计算出, />, />为步进,start表示起点;
计算出第二暂时相位变量 , />表示 />解卷绕后的值;
对 进行逆解卷绕,直到逆解卷绕后的相位值在±180°以内,得到连接被测设备的测量相位 />。
本发明具有以下优点:一种计算群时延测量相位的方法及***,能够快速、准确地计算出真正的测量相位,从而计算出准确的群时延。
附图说明
图1 为本发明的流程示意图;
图2 为信号预处理的流程示意图;
图3 为计算群时延测量相位的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1和图2所示,本发明具体涉及一种计算群时延测量相位的方法,其具体包括以下内容:
1、信号预处理;
步骤1-1:计算设定的频率。信号源发送多载波信号时,要求用户输入设定的载波个数CarrierNum及载波间隔CarrierSpacing,则第一根载波频率,最后一根载波频率,于是可以计算出发送的频率组。因频谱分析仪会对收到的信号下变频至基带,因此默认中心频率/>。
步骤1-2:频谱分析仪接收到多载波信号,将信号下变频至基带后,对输入的多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换FFT及将零频分量移到频谱中心fftshift,即将前/>个点的位置与后/>个点的位置置换,n表示多载波基带IQ信号的总个数,得到频谱/>。然后进行谱峰搜索,先找出/>中的最大谱线yfftMax和该谱线所对应的频率索引/>,设门限thd为0.3,将/>中所有小于/>的频谱值都置为零,此步的目的是为了消除底噪的干扰,然后搜索谱峰,即当前点比左右相邻点的频谱值都大则认为是谱峰,找出所有谱峰,谱峰所在的频率即为载波频率,得到接收到的频率组/>。
步骤1-3:计算出多载波基带IQ信号的整数倍周期x,然后计算出FFT长度,并向下取整。选取10000作为FFT长度上限是为了提升计算速度及减少内存占用。
步骤1-4:信号源发送的信号和频谱仪接收到的信号必然存在一定的频偏,为了计算频偏,采用DFT(离散傅里叶变换)频偏估计算法。为了降低计算复杂度,采用个数据点来计算,先对多载波基带IQ信号/>做截取,得到截取后的多载波基带IQ信号/>,其中/>,m<n再计算搜索步进/>和 />对应的频点/>,然后计算出/>对应的DFT值/>和功率值/>,其中abs表示求模值。再按步进/>计算 />左右两边频点的DFT值和功率值,分别得到左边频点/>对应的DFT值/>和右边频点 />对应的DFT值/>及其对应的功率值/>和/>,并找出/>、/>和/>中的最大值/>,更新/>的值为对应的频点值和更新搜索步进/>,重复这个过程,直到,终止循环,其中,可以通过调整终止循环的值,就可以调整频偏估计的精度。
此时,最终的所对应的频率/>即为估计出的接收到的某根载波的频率。在中找到与/>值最接近的频率,二者相减即得到频偏/> 。
然后进行补偿,得到无频偏多载波基带IQ信号,即/>,其中/>为采样率,j表示虚数,e表示自然对数的底数。
步骤1-5:对无频偏多载波基带IQ信号 进行截取。截取出长度为 />的信号进行下一步计算,得到截取后的无频偏多载波基带IQ信号/>,其中 />
2、计算相位;
如图3所示,步骤2-1:对截取后的无频偏多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换FFT及将零频分量移到频谱中心fftshift,即将前/>个点的位置与后/>个点的位置置换,得到FFTSig,再进行谱峰搜索(具体流程步骤与步骤1-2相同),计算出谱峰所对应的频率索引/>。
步骤2-2:计算原测量相位, imag和real为matlab软件中的常用描述,imag表示取虚部,real表示取实部。此时的/>不能直接看作是群时延的测量相位,否则计算出的群时延结果误差很大,甚至是错误的。
步骤2-3:转换的单位至度,得到初始测量相位/>。
步骤2-4:通过 , /> 计算校准相位和原始测量相位的差值,f表示载波的各频点,取值为1,2,…, />,不连接DUT(被测设备)校准时,执行步骤1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、2-1、2-2,此时计算出的相位 />即为校准相位。
步骤2-5:对解卷绕,得到一个暂时的相位变量,其中,/>为matlab软件中的常用函数,表示解卷绕。
步骤2-6:判断中是否存在峰值,如果存在某处的值比左右两边的值都大,则该处存在峰值,若存在峰值,则单独对/>和/>解卷绕,并更新差值。若不存在峰值,则/>的值保持不变。
步骤2-7:解矩阵 ,得到/>。计算出,/>, />为步进,start表示起点。
步骤2-8:计算出一个暂时的相位变量,此时的/>是/>解卷绕之后值。
步骤2-9:对进行逆解卷绕,直到逆解卷绕后的相位值在±180°以内,即可求解得到/>。
3、计算群时延;
步骤3-1:群时延,其中,F为多载波的各频率,表示测量相位和校准相位差值的解卷绕后的值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和完善,并能够在本文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种计算群时延测量相位的方法,其特征在于:所述方法包括:
S1、连接被测设备,计算设定频率,对接收到的多载波基带IQ信号进行谱峰搜索、频偏计算和补偿,并对多载波基带IQ信号进行截取;
S2、通过快速傅里叶变换对截取后的多载波基带IQ信号进行处理,通过解卷绕和逆解卷绕的方式计算连接被测设备的测量相位;
S3、计算未连接被测设备时的校准相位,并结合已连接被测设备时的测量相位计算群时延。
2.根据权利要求1所述的一种计算群时延测量相位的方法,其特征在于:所述S1的步骤具体包括以下内容:
S101、根据用户输入设定的载波个数CarrierNum及载波间隔CarrierSpacing,计算第一根载波频率,以及最后一根载波频率,进而得到信号源发送的频率组;
S102、通过频谱分析仪接收多载波信号并下变频至基带后得到多载波基带IQ信号,对输入的多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换,将零频分量移到频谱中心fftshift,并进行谱峰搜索,得到接收到的频率组/>;
S103、计算出多载波基带IQ信号的整数倍周期x,然后计算出快速傅里叶变换长度,并向下取整,n表示多载波基带IQ信号的总个度;
S104、通过离散傅里叶变换频偏估计算法计算和/>之间的频偏,得到无频偏多载波基带IQ信号/>;
S105、对无频偏多载波基带IQ信号进行截取,截取出长度为FFTLen的信号进行计算得到截取后的无频偏多载波基带IQ信号/>,其中/>,/>。
3.根据权利要求2所述的一种计算群时延测量相位的方法,其特征在于:所述将零频分量移到频谱中心fftshift,并进行谱峰搜索,得到接收到的频率组具体包括以下内容:
将前个点的位置和后/>个点的位置置换,得到频谱/>;
进行谱峰搜索,找出中的最大谱线yfftMax和该谱线所对应的频率索引maxIdx,设门限thd为0.3,将/>中所有小于/>的频谱值都置为零;
当前点比左右相邻点的频谱值都大则认为是谱峰,找出所有谱峰,谱峰所在的频率即为载波频率,得到接收到的频率组。
4.根据权利要求2所述的一种计算群时延测量相位的方法,其特征在于:所述S104的步骤具体包括以下内容:
对多载波基带IQ信号做截取,得到截取后的多载波基带IQ信号/>,计算搜索步进/>和/>对应的频点/>,计算出fPeak对应的离散傅里叶变换值/>和功率值/>,其中,,abs表示求模值,j表示虚数,e表示自然对数的底数;
按照步进计算fPeak左右两边频点的离散傅里叶变换值和功率值,分别得到左边频点/>对应的离散傅里叶变换值/>和右边频点/>对应的离散傅里叶变换值/>及其对应的功率值/>和/>,并找出/>、/>和/>中的最大值/>,更新fPeak的值为/>对应的频点值和更新搜索步进/>,并重复该步骤直到小于预设值为止;
最终的所对应的频率/>即为估计出的接收到的某根载波的频率,在/>中找到与/>值最接近的频率,二者相减即得到频偏/>,然后进行补偿,得到无频偏多载波基带IQ信号/>。
5.根据权利要求2所述的一种计算群时延测量相位的方法,其特征在于:所述S2的步骤具体包括以下内容:
S201、对截取后的无频偏多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换,及将零频分量移到频谱中心fftshift,即将前/>个点的位置和后/>个点的位置置换,得到FFTSig,再进行谱峰搜索,计算出谱峰所对应的频率索引PeakIndex;
S202、计算原测量相位,imag表示取虚部,real表示取实部;
S203、将的单位转换为度,得到初始测量相位/>;
S204、通过计算校准相位与初始相位的差值,/>表示校准相位,f表示载波的各频点;
S205、对解卷绕,得到第一暂时相位变量/>,表示解卷绕;
S206、判断中是否存在峰值,若存在峰值,则单独对/>和/>解卷绕,并更新差值/>,若不存在峰值,则的值保持不变;
S207、解矩阵,得到/>,计算出,/>,/>为步进,start表示起点;
S208、计算出第二暂时相位变量,/>表示/>解卷绕后的值;
S209、对进行逆解卷绕,直到逆解卷绕后的相位值在±180°以内,得到连接被测设备的测量相位/>。
6.根据权利要求5所述的一种计算群时延测量相位的方法,其特征在于:所述S3的步骤具体包括以下内容:
通过计算群时延,其中,F表示多载波的各频率,表示测量相位和校准相位差值解卷绕后的值。
7.一种计算群时延测量相位的***,其特征在于:它包括信号预处理模块、计算测量相位模块和群时延计算模块;
所述信号预处理模块:用于在连接被测设备后,计算设定频率,对接收到的多载波基带IQ信号进行谱峰搜索、频偏计算和补偿,并对多载波基带IQ信号进行截取;
所述计算测量相位模块:用于通过快速傅里叶变换对截取后的多载波基带IQ信号进行处理,通过解卷绕和逆解卷绕的方式计算连接被测设备的测量相位;
所述群时延计算模块:用于在计算未连接被测设备时的校准相位后,结合已连接被测设备时的测量相位计算群时延。
8.根据权利要求7所述的一种计算群时延测量相位的***,其特征在于:所述信号预处理模块具体实现以下内容:
根据用户输入设定的载波个数CarrierNum及载波间隔CarrierSpacing,计算第一根载波频率,以及最后一根载波频率,进而得到信号源发送的频率组;
通过频谱分析仪接收多载波信号并下变频至基带后得到多载波基带IQ信号,对输入的多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换,将零频分量移到频谱中心fftshift,并进行谱峰搜索,得到接收到的频率组/>;
计算出多载波基带IQ信号的整数倍周期x,然后计算出快速傅里叶变换长度,并向下取整,n表示多载波基带IQ信号的总个度;
通过离散傅里叶变换频偏估计算法计算和/>之间的频偏,得到无频偏多载波基带IQ信号/>;
对无频偏多载波基带IQ信号进行截取,截取出长度为FFTLen的信号进行计算得到截取后的无频偏多载波基带IQ信号/>,其中/>,/>。
9.根据权利要求7所述的一种计算群时延测量相位的***,其特征在于:所述计算测量相位模块具体实现以下内容:
对截取后的无频偏多载波基带IQ信号做快速傅里叶变换,及将零频分量移到频谱中心fftshift,即将前/>个点的位置和后/>个点的位置置换,得到FFTSig,再进行谱峰搜索,计算出谱峰所对应的频率索引PeakIndex,n表示多载波基带IQ信号的总个度;
计算原测量相位,imag表示取虚部,real表示取实部;
将的单位转换为度,得到初始测量相位/>;
通过计算校准相位与初始相位的差值,/>表示校准相位,f表示载波的各频点;
对解卷绕,得到第一暂时相位变量/>,/>表示解卷绕;
判断中是否存在峰值,若存在峰值,则单独对/>和/>解卷绕,并更新差值/>,若不存在峰值,则/>的值保持不变;
解矩阵,得到/>,
计算出,/>,/>为步进,start表示起点;
计算出第二暂时相位变量,/>表示解卷绕后的值;
对进行逆解卷绕,直到逆解卷绕后的相位值在±180°以内,得到连接被测设备的测量相位/>。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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