一种矢量信号分析装置及方法与流程

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一种矢量信号分析装置及方法与流程

本发明属于测试技术领域,具体涉及一种矢量信号分析装置及方法。



背景技术:

数字调制信号相对于传统的模拟信号,具有抗干扰性强、带宽效率高、保密性好等优点,已成为当前信号通信的主要形式,在雷达、卫星通信、电子对抗等领域得到广泛应用,因此数字调制信号的矢量分析成为一个关键问题。矢量信号分析(VSA)能够对复杂的调制信号进行快速准确的测量,与频谱分析相比,更适合于分析突发信号和调制信号。

在测试测量领域,矢量信号分析装置多采用台式仪器的结构形式,以硬件平台+驻机软件的方式实现,硬件平台中包含CPU模块、射频前端信号调理模块、模拟信号处理模块等,实现对信号的前端处理,驻机软件在台式仪器中运行,实现对信号的解调分析,硬件平台和驻机软件需要同时使用来完成。

而现有矢量信号分析方法主要有采用固定采样率对中频信号进行采集,在可编程逻辑器件(FPGA等)进行正交解调、IQ变换以及小数倍抽取滤波后,得到整数倍符号速率的IQ数据,然后通过总线将数据传入上位机,由驻机软件进行解调分析和显示。

基于台式仪器结构的矢量信号分析装置在雷达、电子对抗、舰载设备、车载设备等领域进行现场测试时,由于受到系统体积和空间大小等的限制,不能满足各领域对测试装备与测试系统的小型化、灵活性等的需求。同时,硬件平台与软件为一对一的关系,硬件和软件的可复用性均较差。

同时,现有矢量信号分析方法在可编程逻辑器件中进行正交解调、IQ变换以及小数倍抽取滤波,可在调制域进行矢量分析,但不能充分利用采集的原始信号数据,无法进行全面准确的信号分析。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的上述技术问题,本发明提出了一种矢量信号分析装置及方法,设计合理,克服了现有技术的不足,具有良好的效果。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种矢量信号分析装置,包括射频变频单元、本振单元以及中频采样单元,并配置有上位机软件;

射频变频单元包括功率保护电路、固定衰减器、第一选择开关、第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关、第六选择开关、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第一程控衰减器、第二程控衰减器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第一带通滤波器、第二带通滤波器以及第三带通滤波器;功率保护电路、固定衰减器、第一选择开关的一端通过线路依次连接,第一选择开关的另一端分别与第二选择开关的一端、第三选择开关的一端通过线路连接,第二选择开关的另一端通过第一放大器或直通通路与第一程控衰减器的一端通过线路连接,第一程控衰减器的另一端、第三放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第二混频器、第二带通滤波器的一端通过线路依次连接,第三选择开关的另一端通过第二放大器或直通通路与第二程控衰减器的一端通过线路连接,第二程控衰减器的另一端、第四放大器、第三混频器、第三带通滤波器的一端通过线路依次连接,第二带通滤波器的另一端和第三带通滤波器的另一端通过线路分别连接至第六选择开关的一端;

本振单元包括10MHz晶振、100MHz晶振、模拟开关、鉴相器、功分器、第一10分频器、第二10分频器、10倍频器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、本振锁相环、1GHz滤波器、100MHz滤波器、10MHz滤波器、第一6dB衰减器、第二6dB衰减器以及第三6dB衰减器;

10MHz晶振鉴相器和模拟开关连接,鉴相器、功分器、第一6dB衰减器和第一10分频器组成锁相环电路,模拟开关和锁相环电路的鉴相器连接,第二6dB衰减器的一端和锁相环电路的功分器连接,第二6dB衰减器的另一端分别和第一放大器的一端、第二放大器的一端通过线路连接,第一放大器的另一端和本振锁相环通过线路连接,第二放大器的另一端和10倍频器、1GHz滤波器通过线路依次连接,第三放大器的一端和锁相环电路的第一6dB衰减器连接,第三放大器的另一端和第三6dB衰减器的一端通过线路连接,第三6dB衰减器的另一端分别和100MHz滤波器、第二10分频器的一端通过线路连接,第二10分频器的另一端和10MHz滤波器通过线路连接;

中频采样单元包括信号调理模块、高速AD采集模块、高速数据处理与存储模块、时钟产生模块、RAM以及PXI接口;信号调理模块、高速AD采集模块、高速数据处理与存储模块通过线路依次连接,时钟产生模块通过线路与高速AD采集模块连接,RAM与高速数据处理与存储模块中的RAM存储逻辑单元通过线路连接,PXI接口与高速数据处理与存储模块中的PXI接口控制逻辑单元通过线路连接;

上位机软件包括测量信号解调分析、参考信号生成和误差参数分析三大功能模块;

测量信号解调分析模块,被配置为用于对中频信号进行正交分解、数字滤波、采样率变换、匹配滤波、定时修正、频偏修正、相偏修正、定时误差估计、频率误差估计、相位误差估计;

参考信号生成模块,被配置为用于将测量信号进行符号判决和码元映射,然后通过成型滤波器生成参考信号;

误差参数分析模块,被配置为用于将测量信号和参考信号进行比对,提取包括幅度矢量误差、相位误差、幅度误差、IQ偏置、原点偏移和正交误差在内的一系列调制质量误差指标,并将结果显示给用户。

优选地,低频段信号为9kHz~500MHz;高频段信号为500MHz~3GHz。

此外,本发明还提到一种矢量信号分析方法,该方法采用如上所述的一种矢量信号分析装置,包括如下步骤:

步骤1:本振单元首先通过模拟开关进行内外参考信号选择,内参考信号由10MHz晶振提供,外参考信号由外部10MHz信号输入;然后将通过模拟开关选择的参考信号提供给鉴相器,作为100MHz晶振的参考,100MHz信号经过功分器后分为五路:第一路经过第一6dB衰减器和第一10分频器后,将输出的10MHz信号作为鉴相器的鉴相输入,与输入的参考信号进行比较,完成100MHz信号的锁相;第二路经过第二6dB衰减器、第一放大器后进入本振锁相环作为本振锁相环的参考,输出25MHz~3GHz的本振信号,提供给步骤2进行混频使用;第三路经过经过第二6dB衰减器、第二放大器、10倍频后,通过1GHz滤波器输出1GHz信号;第四路经过第三6dB衰减器后,通过100MHz滤波器输出100MHz信号,提供给步骤3中的中频采样单元;第五路经过第三6dB衰减器、第二10分频器后,通过10MHz滤波器输出10MHz信号;

步骤2:射频信号通过射频输入端口进入射频变频单元,首先经过功率保护电路与固定衰减器,通过第一选择开关分为高频段和低频段两路信号,低频段信号经过第二选择开关后通过第一放大器或直通通路后进入第四选择开关,经过第一程控衰减器、第三放大器进行功率调整与来自本振单元产生的782.259MHz~1285.25MHz信号通过第一混频器进行混频,得到782.25MHz第一中频信号,经过第一带通滤波器后,与射频变频单元中的719.75MHz固定频率信号通过第二混频器进行混频,得到62.5MHz第二中频信号,经过第二带通滤波器进行滤波;高频段信号经过第三选择开关后通过第二放大器或直通通路后进入进入第五选择开关,经过第二程控衰减器、第四放大器进行功率调整后与来自本振单元产生的687.5MHz~2812.5MHz信号通过第三混频器进行混频,经过第三带通滤波器后,得到187.5MHz第三中频信号;高低频段中频信号经过带通滤波器后,通过第六选择开关合为一路输出,送入步骤3中的中频采样单元进行处理;

步骤3:经过步骤2中射频变频单元处理的中频信号首先在中频采样单元的信号调理模块进行包括幅度控制、差分变换在内的采样前的信号调理,然后由时钟产生模块利用步骤1提供的100MHz时钟产生250MHz采样时钟,驱动高速AD采集模块进行ADC转换,量化为数字信号后进入高速数据处理与存储模块进行预处理,预处理后使用RAM进行数据的实时存储,高速AD采集模块输出的采样数据进行降速缓存后,组合并位进行RAM的实时存储,同时,通过PXI接口将采集数据传输到上位机软件进行后续分析;

步骤4:上位机软件对步骤3中采集的中频信号进行数据分析和处理;具体包括如下步骤:

步骤4.1:测量信号解调分析模块对中频信号进行正交分解,将正交分解后的I/Q信号进行包括数字滤波、采样率变换、匹配滤波、定时修正、频偏修正、相偏修正、定时误差估计、频率误差估计和相位误差估计在内的算法进行处理,获得被测信号的基带信号;

步骤4.2:参考信号生成模块根据被测信号的基带信号进行符号判决和码元映射,得到原始信号的码流信息,通过参考基带信号发生器和参考信号滤波器进行成型滤波生成调制质量分析所需的理想参考信号;

步骤4.3:误差参数分析模块将测量信号和参考信号进行比对,提取包括幅度矢量误差、相位误差、幅度误差、IQ偏置、原点偏移和正交误差在内的一系列调制质量误差指标,并将结果显示给用户。

本发明所带来的有益技术效果:

基于模块化仪器的矢量信号分析装置具有体积小、重量轻、成本低、易于系统扩展等特点,并且硬件模块与软件相互独立,提高了硬件模块的复用性和软件的可移植性。同时,该矢量信号分析方法可对采集数据进行时域、频域、调制域进行多角度全面分析,提高信号分析的准确度。

附图说明

图1为矢量信号分析装置的原理框图。

图2为射频变频单元的原理框图。

图3为本振单元的原理框图。

图4为中频采样单元原理框图。

图5为上位机软件的信号处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明:

实施例1:

如图1所示,一种矢量信号分析装置,包括射频变频单元、本振单元以及中频采样单元,并配置有上位机软件;

射频变频单元(如图2所示)包括功率保护电路、固定衰减器、第一选择开关、第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关、第六选择开关、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第一程控衰减器、第二程控衰减器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第一带通滤波器、第二带通滤波器以及第三带通滤波器;功率保护电路、固定衰减器、第一选择开关的一端通过线路依次连接,第一选择开关的另一端分别与第二选择开关的一端、第三选择开关的一端通过线路连接,第二选择开关的另一端通过第一放大器或直通通路与第一程控衰减器的一端通过线路连接,第一程控衰减器的另一端、第三放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第二混频器、第二带通滤波器的一端通过线路依次连接,第三选择开关的另一端通过第二放大器或直通通路与第二程控衰减器的一端通过线路连接,第二程控衰减器的另一端、第四放大器、第三混频器、第三带通滤波器的一端通过线路依次连接,第二带通滤波器的另一端和第三带通滤波器的另一端通过线路分别连接至第六选择开关的一端;

本振单元(如图3所示)包括10MHz晶振、100MHz晶振、模拟开关、鉴相器、功分器、第一10分频器、第二10分频器、10倍频器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、本振锁相环、1GHz滤波器、100MHz滤波器、10MHz滤波器、第一6dB衰减器、第二6dB衰减器以及第三6dB衰减器;

10MHz晶振鉴相器和模拟开关连接,鉴相器、功分器、第一6dB衰减器和第一10分频器组成锁相环电路,模拟开关和锁相环电路的鉴相器连接,第二6dB衰减器的一端和锁相环电路的功分器连接,第二6dB衰减器的另一端分别和第一放大器的一端、第二放大器的一端通过线路连接,第一放大器的另一端和本振锁相环通过线路连接,第二放大器的另一端和10倍频器、1GHz滤波器通过线路依次连接,第三放大器的一端和锁相环电路的第一6dB衰减器连接,第三放大器的另一端和第三6dB衰减器的一端通过线路连接,第三6dB衰减器的另一端分别和100MHz滤波器、第二10分频器的一端通过线路连接,第二10分频器的另一端和10MHz滤波器通过线路连接;

中频采样单元(如图4所示)包括信号调理模块、高速AD采集模块、高速数据处理与存储模块、时钟产生模块、RAM以及PXI接口;信号调理模块、高速AD采集模块、高速数据处理与存储模块通过线路依次连接,时钟产生模块通过线路与高速AD采集模块连接,RAM与高速数据处理与存储模块中的RAM存储逻辑单元通过线路连接,PXI接口与高速数据处理与存储模块中的PXI接口控制逻辑单元通过线路连接;

上位机软件(如图5所示)包括测量信号解调分析、参考信号生成和误差参数分析三大功能模块;

测量信号解调分析模块,被配置为用于对中频信号进行正交分解、数字滤波、采样率变换、匹配滤波、定时修正、频偏修正、相偏修正、定时误差估计、频率误差估计、相位误差估计;

参考信号生成模块,被配置为用于将测量信号进行符号判决和码元映射,然后通过成型滤波器生成参考信号;

误差参数分析模块,被配置为用于将测量信号和参考信号进行比对,提取包括幅度矢量误差、相位误差、幅度误差、IQ偏置、原点偏移和正交误差在内的一系列调制质量误差指标,并将结果显示给用户。

低频段信号为9kHz~500MHz;高频段信号为500MHz~3GHz。

实施例2:

在上述实施例的基础上,本发明还提到一种矢量信号分析方法,包括如下步骤:

步骤1:本振单元首先通过模拟开关进行内外参考信号选择,内参考信号由10MHz晶振提供,外参考信号由外部10MHz信号输入;然后将通过模拟开关选择的参考信号提供给鉴相器,作为100MHz晶振的参考,100MHz信号经过功分器后分为五路:第一路经过第一6dB衰减器和第一10分频器后,将输出的10MHz信号作为鉴相器的鉴相输入,与输入的参考信号进行比较,完成100MHz信号的锁相;第二路经过第二6dB衰减器、第一放大器后进入本振锁相环作为本振锁相环的参考,输出25MHz~3GHz的本振信号,提供给步骤2进行混频使用;第三路经过经过第二6dB衰减器、第二放大器、10倍频后,通过1GHz滤波器输出1GHz信号;第四路经过第三6dB衰减器后,通过100MHz滤波器输出100MHz信号,提供给步骤3中的中频采样单元;第五路经过第三6dB衰减器、第二10分频后,通过10MHz滤波器输出10MHz信号;

步骤2:射频信号通过射频输入端口进入射频变频单元,首先经过功率保护电路与固定衰减器,通过第一选择开关分为高频段和低频段两路信号,低频段信号经过第二选择开关后通过第一放大器或直通通路后进入第四选择开关,经过第一程控衰减器、第三放大器进行功率调整与来自本振单元产生的782.259MHz~1285.25MHz信号通过第一混频器进行混频,得到782.25MHz第一中频信号,经过第一带通滤波器后,与射频变频单元中的719.75MHz固定频率信号通过第二混频器进行混频,得到62.5MHz第二中频信号,经过第二带通滤波器进行滤波;高频段信号经过第三选择开关后通过第二放大器或直通通路后进入进入第五选择开关,经过第二程控衰减器、第四放大器进行功率调整后与来自本振单元产生的687.5MHz~2812.5MHz信号通过第三混频器进行混频,经过第三带通滤波器后,得到187.5MHz第三中频信号;高低频段中频信号经过带通滤波器后,通过第六选择开关合为一路输出,送入步骤3中的中频采样单元进行处理;

步骤3:经过步骤2中射频变频单元处理的中频信号首先在中频采样单元的信号调理模块进行包括幅度控制、差分变换在内的采样前的信号调理,然后由时钟产生模块利用步骤1提供的100MHz时钟产生250MHz采样时钟,驱动高速AD采集模块进行ADC转换,量化为数字信号后进入高速数据处理与存储模块进行预处理,预处理后使用RAM进行数据的实时存储,高速AD采集模块输出的采样数据进行降速缓存后,组合并位进行RAM的实时存储,同时,通过PXI接口将采集数据传输到上位机软件进行后续分析;

步骤4:上位机软件对步骤3中采集的中频信号进行数据分析和处理;具体包括如下步骤:

步骤4.1:测量信号解调分析模块对中频信号进行正交分解,将正交分解后的I/Q信号进行包括数字滤波、采样率变换、匹配滤波、定时修正、频偏修正、相偏修正、定时误差估计、频率误差估计和相位误差估计在内的算法进行处理,获得被测信号的基带信号;

步骤4.2:参考信号生成模块根据被测信号的基带信号进行符号判决和码元映射,得到原始信号的码流信息,通过参考基带信号发生器和参考信号滤波器进行成型滤波生成调制质量分析所需的理想参考信号;

步骤4.3:误差参数分析模块将测量信号和参考信号进行比对,提取包括幅度矢量误差、相位误差、幅度误差、IQ偏置、原点偏移和正交误差在内的一系列调制质量误差指标,并将结果显示给用户。

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。

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