专利名称：宽带信号测量中的频段分离与信号合成系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种在宽带信号测量技术中采用的技术，尤指一种将宽带模拟信号转换为宽带数字信号的的方法和系统。
背景技术：
目前，全球的数字通信产业正在以前所未有的速度向前发展，如以传输数据为主体的IP网络通信、以传递语音为主体的各种固定和移动电话通信、以传输视音频为主体的电视广播等。随着数字通信与人们生活联系得越来越紧密，对这些数字通信网络的可靠性也提出了更高的要求。这就需要有数字通信网络的运营商经常对网络通信质量进行全面、有效的检测，即时发现网络故障，进行调整，保证网络通信的质量。
数字通信信号测试分析装置就是通过测试分析数字通信中信号的各种参数来对网络质量进行监测和检错的装置。几乎所有的网络运营商都需要借助它的帮助来获取网络通信质量的信息，因此，数字通信矢量信号测试分析装置的应用非常广泛。
根据现有的技术水平，目前的数字信号测试分析仪器进行宽带的测量需要非常昂贵的设备，并且都不能满足现今宽带和高精度的测量要求。下面就现行的数字信号测试分析仪器所存在的问题分析如下对于测试宽带、高速的数字信号，所需A/D转换器的速度应是信号带宽的2～3倍，因此需要宽带、高速的A/D转换器。现行的数字信号测试仪器多采用价格相对便宜的低速A/D转换器，因此也只能测试有限带宽、有限精度的数字信号。如果采用高速的A/D转换器对宽带数据进行采样，不仅价格十分昂贵，而且随着速度的提高，A/D转换器的精度逐渐下降，给测量效果带来一定的局限。对于宽带、高速的数字信号，如果信号带宽超过A/D转换器的速度的2倍则无法测试。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种对宽带信号进行测量的方法，能够实现对宽带信号低成本、高速率、高精度的测量；本发明要解决的另一技术问题是提供一种能够实现上述方法的系统。
为了达到上述目的，本发明提供了一种宽带信号测量中的频段分离与信号合成方法，其特征在于包括以下步骤将接收的宽带信号进行频段分离；将分离出来的不同频段的信号分别送入各个子信道，进行变频和同步采样，并对采样信号进行信道均衡；然后将各个子信道输出的采样信号按频率叠加在一起，将各个窄带的数字信号还原成宽带数字信号。
上述方法中，还可包括一个对所述合成后的宽带数字信号进行信道均衡，以弥补频率均衡的不足的步骤。
上述方法中，所述各子信道采用A/D转换器对不同频段的信号进行同步采样，并由一采样时钟发生器输出的同步信号进行控制。
上述方法中，在进行信道均衡时都可采用训练序列和自动标定。
上述方法中，在所述子信道中对频段信号进行变频时，可先对频段信号的功率进行补充，然后将该频段信号变换到第一中频，并滤出该频段的信号，再经过第二次变频，将该频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频，再经过第二中频滤波器进一步滤除带外干扰。
本发明还提供了实现上述方法的频段分离与信号合成系统，包括前端功率放大功率分配单元，用于将其所接收的宽带信号分频为多个不同频段的信号后输出；多频段同步采样单元，包含分别接收所述多个频段输出信号的多个子信道，在对频段信号进行变频后，再进行同步采样和信道均衡；信号合成单元，用于将所述多个子信道输出的采样信号按频率叠加在一起，将各个窄带的数字信号还原成宽带数字信号。
上述系统中，还可包括二次信号均衡单元，用于对合成的宽带数字信号进行信道均衡，以弥补频率均衡的不足。
上述系统中，所述多频段同步采样单元的每个子信道的结构可包括变频模拟电路，用于将所接收的频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频；A/D转换器，用于对其接收的频段信号进行同步采样；频段均衡器，用于将其所接收的各频段采样后的信号进行自适应均衡，以消除子信道传输函数误差产生的影响；所述多频段同步采样单元还包括一采样时钟发生器，用于对各子信道A/D转换器的采样进行同步时钟控制。
上述系统中，所述变频模拟电路可包括预放大器，用于对其所接收的频段信号的功率进行补充；具有该频段中心频率的调谐器，将预放大器输出信号变到第一中频；第一中频滤波器，接收调谐器的输出信号，用于滤出该频段的信号；二次变频器，用于将第一中频滤波器的输出信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频；第二中频滤波器，接收二次变频器的输出信号，进一步滤出带外干扰。所述变频模拟电路还可以包括三次变频器和第三滤波器，用于接收第二中频滤波器的输出信号，再进行一次变频和滤波后输出。
上述系统中，还可包括具有标定信号发生器和自动标定单元的自动标定系统，所述的二次信号均衡单元和所述频段均衡器均为复数均衡器，分别接收所述标定信号发生器产生的不同的训练序列，利用其频谱来校正信道的频率响应，同时还分别接收所述自动标定单元产生的不同时域信号，以校正系统的时域响应。
本发明频段分离与信号合成的方法及系统，有效地解决了传统数字通信矢量信号测试分析仪器测量宽带数字信号的问题，解决方案的优点如下采用多次变频，有效地解决了信号混叠和对A/D转换器的接口适配问题；采用多个A/D转换器，通过一个同步采样时钟的控制，分别对多个频段的窄带信号进行采样。然后将这些同步采样得到的不同频段的窄带信号在频域进行信号合成，即得到宽带的多频段数字信号。这种频段分离与信号合成的方法使用多个A/D转换器，不仅降低了测试仪器的设计成本，而且可以得到高精度的宽带数字信号测量结果；对各个A/D转换器采样得到的数据分别进行自适应信道均衡，保证信道的传输函数不失真；对信号合成之后的结果进行第二次自适应均衡，弥补信号合成过程中传输函数的平坦性；对信号合成前、后分别设计宽带训练序列(training sequence)，让自适应均衡器尽快的达到收敛，完成均衡；采用了自动标定功能。用时域和频域的标定信号自动地对仪器进行标定，纠正增益误差和在采用数字信号处理中的子信道频率响应误差。
图1是本发明方法的示意图；图2是本发明实施例的系统结构框图；图3是本发明实施例的变频模拟电路的结构框图；图4是本发明实施例的多频段同步采样示意图；图5是本发明实施例信号合成前的示意图；图6是本发明实施例信号合成后的示意图；图7是本发明实施例二次均衡后理想的幅频特性图；图8是本发明实施例二次均衡后理想的相频特性图。
具体实施例方式
本发明采用了独特的多次变频、多A/D转换器同步采样、信道均衡等技术，完成信号合成，以实现对宽带数字信号低成本、高速率、高精度的测量。
下面结合图1和图2说明本发明方法的步骤和系统结构。
首先，被测的宽带信号进入前端功率放大功率分配单元1，对宽带射频信号进行功率放大和功率分配(步骤100)，被分离出来的不同频段的信号再分配到多频段同步采样单元2中的各个子信道，在各子信道中进行变频、同步采样和信道均衡(步骤110)，接着各子信道输出的各频段采样后的信号一起进入信号合成单元3进行频率合成(步骤120)，即将各个频段均衡之后的采样信号按频率叠加在一起，实现将各个窄带的数字信号还原成宽带数字信号；由于进行信号合成时，各个频段之间的信号在频带上有重叠或过渡，造成合成的信号和原来实际的宽带数字信号不太一致，缺乏平坦性，因此在进行完信号合成后，再将输出的信号送入二次信号均衡单元4，对合成的宽带数字信号进行信道均衡，以弥补频率均衡的不足(步骤130)；最后合成且经过均衡的宽带数字信号被送入数字信号处理器(DSP)进行进一步的数字信号处理，以完成各种参数的测试。
上述的多频段同步采样单元1采用多频段子信道结构，其各个子信道具体结构如图2所示，被分离出来的各频段信号首先进入变频模拟电路21，将所接收的信号多次变频到适合A/D转换器输入的较低中频，然后送入A/D转换器22，在采样时钟发生器24输出的同步信号的控制下，各子信道中的A/D转换单元22对各自频段的输入信号进行同步高精度采样，采样后的信号再进入频段均衡器23，对各频段采样后的信号分别进行自适应均衡，以消除子信道传输函数误差产生的影响，防止造成在信号合成后，信道失真相互叠加，无法去除的现象。从而最终完成了多频段的同步采样。
上述的变频模拟电路21是一个模拟解调系统，它的具体结构如图3所示，来自功率放大功率分配单元的宽带射频信号先进入预放大器211，对其所接收信号的功率进行补充，然后进入具有该频段中心频率的调谐器212，将该宽频信号变到第一中频，接着进入第一中频滤波器213，滤出该频段的信号，之后进入二次变频器214，将该频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频，最后进入第二中频滤波器215，进一步滤出带外干扰。当频段的频率较高时，还可加入第三次变频。
上述所有的均衡器都可以选择相应的训练序列使自适应均衡器快速收敛，训练序列由标定信号发生器51产生；系统标定由标定系统5负责完成。
以下再对本发明的技术内容进行详细描述。
多频段同步采样技术，本发明采用同一个采样时钟控制对应于各个频段的A/D转换器，使它们能够同时对各频段的信号进行数字采样，扩大了采样的频率范围。从另一方面看，即是相当于用低速的A/D转换器达到了高速A/D转换器的效果，大大减少了成本。同时，由于采用的时低速A/D，采样的精度也就得到了保证。图4是多频段同步采样的示意。
信号合成技术，在多频段同步采样之后，每一路的信号还是窄带的数字信号。因此需要进行信号合成才能形成宽带的多频段数字信号。多个频段的采样信号在频谱上的合成前后示意如图5和图6所示。
二次均衡技术，本发明根据信号合成的特点，在必要的情况下，进行二次均衡，对频率进一步补偿。本发明运用了二次宽带均衡，是用于进一步补偿测试仪器信道失真和测试仪器外的信道失真；此外，对于第一次信道均衡和第二次信号合成均衡，本发明都采用了训练序列(training sequence)和自动标定。不同的训练序列产生不同的频谱来校正信道的频率响应；自动标定单元52产生不同的时域信号来校正系统的时域响应，校正采用阶跃函数、斜率函数来对上升时间、下降时间和一些其它的对时间敏感的参数进行。测量。
两次均衡所采用的均衡器均为复数均衡器，最后均衡的结果需达到如图6和图7所示平坦的幅频特性和相频特性。
权利要求
1.一种宽带信号测量中的频段分离与信号合成系统，其特征在于，包括前端功率放大功率分配单元，用于将其所接收的宽带信号分频为多个不同频段的信号输出；多频段同步采样单元，包含分别接收所述不同频段输出信号的多个子信道，在对频段信号进行变频后，再进行同步采样和信道均衡；信号合成单元，用于将所述多个子信道输出的采样信号按频率叠加在一起，将各个窄带的数字信号还原成宽带数字信号。
2.如权利要求1所述的宽带信号测量中的频段分离与信号自动合成系统，其特征在于，还包括二次信号均衡单元，用于对合成的宽带数字信号进行信道均衡，以弥补频率均衡的不足。
3.如权利要求1或2所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成系统，其特征在于，所述多频段同步采样单元的每个子信道的结构包括变频模拟电路，用于将所接收的频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频；A/D转换器，用于对其接收的频段信号进行同步采样；频段均衡器，用于将其所接收的各频段采样后的信号进行自适应均衡，以消除子信道传输函数误差产生的影响；所述多频段同步采样单元还包括一采样时钟发生器，用于对各子信道A/D转换器的采样进行同步时钟控制。
4.如权利要求3所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成系统，其特征在于，所述变频模拟电路包括预放大器，用于对其所接收的频段信号的功率进行补充；具有该频段中心频率的调谐器，将预放大器输出信号变到第一中频；第一中频滤波器，接收调谐器的输出信号，用于滤出该频段的信号；二次变频器，用于将第一中频滤波器的输出信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频；第二中频滤波器，接收二次变频器的输出信号，进一步滤出带外干扰。
5.如权利要求4所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成系统，其特征在于，所述变频模拟电路还包括三次变频器和第三滤波器，用于接收第二中频滤波器的输出信号，再进行一次变频和滤波后输出。
6.如权利要求3所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成系统，其特征在于，还包括具有标定信号发生器和自动标定单元的自动标定系统，所述的二次信号均衡单元和所述频段均衡器均为复数均衡器，分别接收所述标定信号发生器产生的不同的训练序列，利用其频谱来校正信道的频率响应，同时还分别接收所述自动标定单元产生的不同时域信号，以校正系统的时域响应。
7.一种宽带信号测量中的频段分离与信号合成方法，其特征在于，包括以下步骤将接收的宽带信号进行频段分离；将分离出来的不同频段的信号分别送入各个子信道，进行变频和同步采样，并对采样信号进行信道均衡；将各个子信道输出的采样信号按频率叠加在一起，将各个窄带的数字信号还原成宽带数字信号。
8.如权利要求7所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成方法，其特征在于，还包括一个对所述合成后的宽带数字信号进行信道均衡，以弥补频率均衡的不足的步骤。
9.如权利要求7或8所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成方法，其特征在于，所述各子信道采用A/D转换器对不同频段的信号进行同步采样，并由一采样时钟发生器输出的同步信号进行控制。
10.如权利要求7或8所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成方法，其特征在于，进行信道均衡时都采用了训练序列和自动标定。
11.如权利要求7所述的宽带信号测量中的频段分离与信号合成方法，其特征在于，在所述子信道中对频段信号进行变频时，先对频段信号的功率进行补充，然后将该频段信号变换到第一中频，并滤出该频段的信号，再经过第二次变频，将该频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频，再经过第二中频滤波器进一步滤除带外干扰。
全文摘要
本发明提供一种宽带信号测量中的频段分离与信号合成系统及方法，包括前端功率放大功率分配单元，多频段同步采样单元，信号合成单元，二次信号均衡单元；先由前端功率放大功率分配单元将其所接收的宽带信号分配到多频段同步采样单元中的各个子信道之中去，对不同频段的宽带信号进行多次变频后用多个A/D转换器进行同步采样，再用信号合成单元将各子信道输出的采样信号按频率叠加在一起，还原成宽带数字信号，本发明用多个低速A/D转换器达到了高速A/D转换器的效果，从而能实现低成本，高速率，高精度的宽带信号测量。
文档编号H04B17/00GK1545257SQ200310113399
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月18日 优先权日2003年11月18日
发明者耿欣, 耿 欣 申请人:耿欣, 耿 欣