CN102130727A - 运用一种特殊的矢量调制源实现矢量调制量值溯源的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及运用一种特殊的矢量调制源实现矢量调制量值溯源的方法，矢量调制信号幅度误差的量值校准方法：矢量调制信号幅度从0到满刻度范围，矢量相角从0°到360°的复平面内选择，由信号分析仪测量不同基带信号幅度的已调信号幅度值，记录相对幅度变化量；信号分析仪测量不同矢量相角的已调信号幅度的相对变化量，矢量幅度误差就与相对电平量值建立关系；矢量调制信号相位误差的校准方法：基带IQ信号矢量相位为参考值“0°”，网络分析仪测量未调载波和已调载波间的相位差，从而完成整个复平面上的相位误差修正值，也将其量值溯源到了相对电平测量标准和相对相位测量标准，本发明建立了矢量调制信号标准装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种矢量调制信号计量方法，特别是运用一种特殊的矢量调制源实现矢量调制量值溯源的方法。
背景技术
目前，矢量调制信号已经广泛应用于军民通信系统，在我国，无线电计量校准领域对矢量调制信号的矢量相位误差、幅度误差和误差矢量幅度的校正均采用直接引进国外现有销售的矢量信号源或矢量信号分析仪作为标准，无法将矢量调制量值依据量值溯源关系溯源到国家已有的标准上，这其中国家计量院的方法是：首先选择现有国外销售的一台矢量信号分析仪，为了保证该仪器的剩余误差最小，首先进行多台同类仪器测量数据的比较，确认该仪器无原理性缺陷，然后由一个最佳矢量信号源提供矢量信号送入该矢量信号分析仪进行测量，测得的剩余误差作为两台仪器剩余误差共同作用的测量不确定度，将此测量不确定度作为矢量信号分析仪的指标，也作为最佳矢量信号源的指标，这个最佳矢量信号源的选择必须是硬件比较精密，内部调制器的IQ坐标参数用直流调整到最佳状态，经过大量测试验证其测量不确定度确实是最小的。确认所选的矢量信号分析仪的测量不确定度确实最小后，才能选做最高标准。这种方法不但在量值溯源的根本要求上存在缺陷，同时过程复杂，耗资很大；其他单位通常将国外引进的矢量信号分析仪作为标准直接校准被校矢量信号源，或者将矢量信号源作为标准直接校准被校矢量信号分析仪，形成源表循环互检的局面，这是计量学所不允许的。
上述提到的我国现有的矢量调制信号校准方法无疑都是在直接选择现有的国外仪器的基础上建立起来的，由于国外厂商对于各自仪器性能的确认是在推荐各自公司生产的对应仪器作为标准设备的前提下进行的，因此不能形成量值一致的要求，同时也限制仪器的选择范围。矢量信号分析仪作为最高标准的方法不但过程复杂，耗资很大，而且还要每年组织多台性能相当的矢量信号分析仪进行比对实验以保证最高标准的性能，这种方法也不能实现将矢量调制信号的量值溯源到现有最高标准。源表直接相互校准的方法，也不能实现矢量调制信号相位误差、幅度误差的量值溯源，这是计量学中量值溯源所不允许的。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种运用一种特殊的矢量调制源实现矢量调制量值溯源的方法，本发明是通过具有简单实用的可操作性强的实验室方法将矢量调制信号的相位误差和幅度误差的量值溯源到现有最高计量标准的量值上，本发明利用现有的仪器设备和标准装置，通过一种特殊数据处理方法即数据先校准再修正最后输出的方法，解决矢量调制信号量值溯源的难题。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
运用一种特殊的矢量调制源实现矢量调制量值溯源的方法，本发明是运用一种特殊的矢量调制源，能够通过测量调制前后信号幅度和相位的变化量，实现矢量调制的幅度和相位的量值溯源，
一、矢量调制信号幅度误差的量值校准方法是：
第一选择校准点，矢量调制信号幅度从0到满刻度范围，矢量相角从0°到360°的复平面内选择；
第二在选定基带信号矢量相角下，由稳定性好相对电平测量精度高的信号分析仪测量不同基带信号幅度下的已调信号幅度值，记录相对幅度变化量；
第三改变基带信号矢量相角，再由信号分析仪测量不同矢量相角下的已调信号幅度的相对变化量，从而形成整个复平面上的幅度误差修正值，选择相对电平测量准确度高的信号分析仪可以是相对幅度准确度达到0.01dB以上，这样矢量幅度误差就与相对电平量值直接建立关系，也就是说矢量幅度误差可以直接溯源到相对电平测量标准上；
二、矢量调制信号相位误差的校准方法为：
第一在0°到360°的复平面内选择矢量相角校准点，将基带IQ信号矢量相位为参考值“0°”；
第二由稳定性好、相对相角测量精度高的网络分析仪测量未调载波和已调载波间的相位差；
第三改变基带IQ信号矢量相位量，再由网络分析仪测量未调载波和已调载波间的相位差，从而完成整个复平面上的相位误差修正值，选择相对相位测量准确度高的网络分析仪可以使相对相位测量准确度达到0.1°，这样矢量相位误差就可以直接溯源到相对相位测量标准上；
至此在完成矢量调制信号的矢量幅度误差和相位误差校准修正的基础上，也将其量值溯源到了相对电平测量标准和相对相位测量标准。
本发明相比现有技术具有如下优点：本发明通过利用相对误差和相对幅度的校准，解决了矢量调制信号幅度误差和相位误差的量值溯源问题，从根本上实现了矢量调制信号误差的量值溯源，解决目前矢量调制信号量值溯源问题，为矢量调制信号的校准装置的建立提供了基础，不但可以为全国各级矢量调制信号计量标准的建立提供量值溯源，保证量值准确一致，极大的提高了我国矢量调制信号的计量水平，创造良好的社会效益，同时建立的矢量调制信号标准装置可以完成相应矢量信号分析仪和矢量信号源的校准，每年就本单位可以实现近百万的直接经济利益。
附图说明
图1矢量幅度误差校准方法图；
图2矢量相位误差校准方法图。
具体实施例
如图1、2所示，理想的矢量调制结果是矢量调制信号幅度随基带IQ信号的幅度变化而变化，两者应该是线性一致的。由于调制器并非理想，矢量幅度与基带IQ信号的矢量幅度并非线性一致。矢量幅度的测量实际就是信号电平的测量，但需要对应于信号的相角，即测量不同角度下的矢量幅度。当基带I、Q信号的幅度分别依照正、余弦方式变化时，调制结果的矢量的幅度不变，而角度将均匀增加，即矢量将匀速旋转。从信号的角度来看，调制的结果是信号频率在本振频率的基础上有一个变化量，该频率变化量就是基带IQ信号的频率，交换基带I、Q信号能改变该频率变化量的正负。测量该频率变化量并根据基带IQ信号的采样频率可以得到矢量相位相对值。
本发明是运用一种特殊的矢量调制源，能够通过测量调制前后信号幅度和相位的变化量，实现矢量调制的幅度和相位的量值溯源。
矢量调制信号幅度误差的量值校准方法是第一选择校准点，矢量调制信号幅度从0到满刻度范围，矢量相角从0°到360°的复平面内选择；第二在选定基带信号矢量相角下，由稳定性好，相对电平测量精度高的信号分析仪测量不同基带信号幅度下的已调信号幅度值，记录相对幅度变化量，第三改变基带信号矢量相角，再由信号分析仪测量不同矢量相角下的已调信号幅度的相对变化量，从而形成整个复平面上的幅度误差修正值，选择相对电平测量准确度高的信号分析仪可以是相对幅度准确度达到0.01dB以上，这样矢量幅度误差就与相对电平量值直接建立关系，也就是说矢量幅度误差可以直接溯源到相对电平测量标准上。
矢量调制信号相位误差的校准方法为：第一在0°到360°的复平面内选择矢量相角校准点，将基带IQ信号矢量相位为参考值“0°”；第二由稳定性好、相对相角测量精度高的网络分析仪测量未调载波和已调载波间的相位差；第三改变基带IQ信号矢量相位量，再由网络分析仪测量未调载波和已调载波间的相位差，从而完成整个复平面上的相位误差修正值，选择相对相位测量准确度高的网络分析仪可以使相对相位测量准确度达到0.1°，这样矢量相位误差就可以直接溯源到相对相位测量标准上。
至此在完成矢量调制信号的矢量幅度误差和相位误差校准修正的基础上，也将其量值溯源到了相对电平测量标准和相对相位测量标准，跳出源表互检的圈套，而且测试过程简单，所用仪器设备数量少，且为常用的标准设备，为矢量调制信号的计量校准提供可靠溯源途径。
根据技术方案，将矢量调制信号幅度误差和相位误差的数据校准修正的方法应用到标准矢量调制信号源中，由于在修正过程中幅度误差仅涉及到相对幅度量的测量，而相位误差涉及到的是相对相位量的测量，从而其量值可以溯源到相应标准上。具体的实施方案是：对于幅度误差首先连接标准矢量调制信号源的射频输出到具有高标准相对电平测量能力的信号分析仪射频输入，设置标准矢量调制信号源基带信号幅度，信号分析仪测量已调信号的幅度，并以此为参考记为0dB，然后改变基带信号的幅度A0，信号分析仪测量已调信号相对幅度变化A1，则由此引入的幅度测量误差为ΔA＝A1-A0，测量基带信号幅度在满刻度复平面内的所有幅度变化时的测量误差作为修正值，将此修正值对应到标准矢量调制信号源的幅度校准修正表中，标准矢量调制信号源可以自动完成矢量信号幅度误差的修正。由此可见标准矢量调制信号源在矢量幅度误差数据修正过程中主要由修正值即相对幅度测量引入的测量不确定度，由此矢量幅度误差的量值溯源是可以直接溯源到高标准的相对幅度量值标准上。
对于相位误差首先连接标准矢量调制信号源的射频输出到具有高标准相对相位测量功能的网络分析仪的射频输入端，同时将载波输出连接到网络分析仪的参考输入端，设置标准矢量调制信号源基带信号相位0°，利用网络分析仪接收机模式下相对相位测量功能，测量载波信号和矢量调制信号间的相位差，以此为参考记为0°，然后以10°(或根据需要设定)为步进改变基带信号的相位P0，网络分析仪测量载波信号和矢量调制信号间的相位差的变化量P1，则由此引入的相位测量误差为ΔP＝P1-P0，测量基带信号相位在0°到360°相位误差，并将此作为修正值对应到标准矢量调制信号源的相位校准修正表中，标准矢量调制信号源可以自动完成矢量信号相位误差的修正。由此可见标准矢量调制信号源在矢量相位误差数据修正过程中主要由修正值即相位测量引入的测量不确定度，由此矢量相位误差的量值溯源是可以直接溯源到高标准的相对相位量值标准上。
由此标准矢量调制信号源的矢量幅度误差和相位误差经过校准修正后，其量值溯源可以直接溯源到相对电平测量标准和相对相位测量标准，跳出源表互检的圈套，测试过程简单，所用仪器设备数量少，且可以直接溯源到国家最高标准装置，至此为矢量调制信号的计量校准提供可靠溯源途径。
本发明的创新点在矢量调制信号幅度误差和相位误差的量值溯源方法，即通过将数据校正方法分别应用于标准矢量调制信号源的矢量调制信号的幅度误差校正和相位误差校正，从而为矢量调制信号的量值溯源提供了可靠的途径。
第一对于矢量调制信号的幅度误差的校准方法：先选定基带IQ信号矢量的相角，在该相角下，改变基带IQ信号矢量的幅度设定，测量已调信号电平，从而将基带IQ信号矢量的幅度值和测得的已调信号电平值一一对应记录，作为该相角下矢量幅度校准的校准值；然后改变基带IQ信号矢量的相角，重复前述矢量幅度校准过程，完成整个复平面上的矢量幅度的校准值的测量；再用测量校准数据对矢量幅度误差进行修正，有效降低复平面上所有的矢量幅度误差。
第二矢量调制信号的矢量相位误差数据校正方法：先设定基带IQ信号的幅度为定值，在该状态下，将基带IQ信号代表的矢量相位为参考值，用网络分析仪测量载波和矢量调制信号间的相位差，校准后为“0°”；然后改变基带IQ信号的相位量的设定，测量相位相对值，作为该幅度下矢量相位的校准值。依据该校准数据及前述矢量幅度校准的校准值可得到矢量调制的误差矢量幅度值，从而提高矢量调制的性能。
由此矢量调制信号的矢量幅度误差和相位误差在校准修正的基础上，也将其量值溯源到了高标准的相对电平测量标准和相对相位测量标准，跳出源表互检的圈套，为矢量调制信号的计量校准提供可靠溯源途径。
Claims (1)
1.运用一种特殊的矢量调制源实现矢量调制量值溯源的方法，其特征在于：本发明是运用一种特殊的矢量调制源，能够通过测量调制前后信号幅度和相位的变化量，实现矢量调制的幅度和相位的量值溯源，
一、矢量调制信号幅度误差的量值校准方法是：
第一选择校准点，矢量调制信号幅度从0到满刻度范围，矢量相角从0°到360°的复平面内选择；
第二在选定基带信号矢量相角下，由稳定性好相对电平测量精度高的信号分析仪测量不同基带信号幅度下的已调信号幅度值，记录相对幅度变化量；
第三改变基带信号矢量相角，再由信号分析仪测量不同矢量相角下的已调信号幅度的相对变化量，从而形成整个复平面上的幅度误差修正值，选择相对电平测量准确度高的信号分析仪可以是相对幅度准确度达到0.01dB以上，这样矢量幅度误差就与相对电平量值直接建立关系，也就是说矢量幅度误差可以直接溯源到相对电平测量标准上；
二、矢量调制信号相位误差的校准方法为：
第一在0°到360°的复平面内选择矢量相角校准点，将基带IQ信号矢量相位为参考值“0°”；
第二由稳定性好、相对相角测量精度高的网络分析仪测量未调载波和已调载波间的相位差；
第三改变基带IQ信号矢量相位量，再由网络分析仪测量未调载波和已调载波间的相位差，从而完成整个复平面上的相位误差修正值，选择相对相位测量准确度高的网络分析仪可以使相对相位测量准确度达到0.1°，这样矢量相位误差就可以直接溯源到相对相位测量标准上；
至此在完成矢量调制信号的矢量幅度误差和相位误差校准修正的基础上，也将其量值溯源到了相对电平测量标准和相对相位测量标准。
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