CN104158601A - 一种基于数字信道化的幅度相位校准方法 - Google Patents

Abstract

一种基于数字信道化的幅度相位校准方法，所述基于数字信道化的幅度相位校准方法包括如下步骤：在数字域将宽带通道划分为N个子通道；对于N个子通道分别进行校准；将校准后的子通道信号合并成为宽带通道；采用上述技术方案，其具有如下优点：所采用校准方法无关于宽带通道中器件，故而避免其对高性能幅度相位特性器件的依赖性；所采用校准方法，避免了在校准指标高时，其对数字信号处理硬件指标要求过高而导致无法实现的问题；采用数字信道化进行校准，方便可行，校准前后改善效果明显。

Description

一种基于数字信道化的幅度相位校准方法

技术领域

本发明涉及一种信息处理方法，具体涉及一种基于数字信道化的幅度相位校准方法。

背景技术

瞬时宽带技术由于其具有较强的抗干扰性能逐渐成为各种无线设备的首选，随着器件水平的日渐发展，瞬时宽带技术的实现已经越来越成熟，相应的设备也越来越多。在宽带接收通道中，由于各种器件的不平衡以及匹配阻抗等问题，整个通道自己会产生一定的幅度起伏和相位起伏，从而使接收到的信号质量恶化，例如线性调频信号恶化后使得脉压结果出现成对回波等。因此，实际中需要对接收通道带来的幅度和相位起伏进行校准。

在现有技术中，通常有两种方法。一是尽可能采用幅度、相位一致性较好的器件，但是该方法受限于通道中使用的各个射频器件的水平；二是采用数字校准的方法，即通过对宽带通道内的幅度起伏和相位起伏特性进行测量，得到宽带通道的系统响应H(ω)e^jωt，根据其倒数1/H(ω)e^jωt设计数字滤波器，采用数字滤波器的方法进行校准，但是由于通道起伏的不对称，进行幅度和相位校准时所需的滤波器阶数非常高，对于数字器件的要求非常高，从而导致该方法不可行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于数字信道化对宽带通道进行校准的方法，其减少对于高性能幅度相位特性器件的依赖性以及对于数字信号处理器件的要求，同时可以获得显著的校准效果。

为解决上述问题，本发明涉及一种基于数字信道化的幅度相位校准方法，其包括用于传输信息的宽带通道，以及用于对宽带通道的幅度与相位的起伏进行校准的校准方法；所述基于数字信道化的幅度相位校准方法包括如下步骤：

1)   在数字域内将宽带通道划分为N个子通道；

2)   在数字域内对于N个子通道分别进行校准；

3)   在数字域内将校准后的子通道信号合并成为宽带通道。

上述数字域为对信号进行数字化处理的概述。

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中N个子通道由宽带通道等分而成，每个子通道与宽带通道长度相等，且带宽为宽带通道带宽的1/N。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中对于宽带通道的N个子通道分别进行校准的方法为，取子通道上一点的值作为其所在的单个子通道的幅度起伏和相位起伏特性，通过子通道的幅度起伏和相位起伏特性对该子通道进行校准。

作为本发明的一种改进，所述单个子通道的幅度起伏和相位起伏特性由该子通道的中间点的值确定。

作为本发明的另一种改进，所述步骤2）中，对于N个子通道分别进行校准所采用的校准方法为，采用系统响应，尤其是窄带系统响应进行校准。

上述基于数字信道化的幅度相位校准方法包括如下具体步骤：

1)      通过标准仪器测量得到宽带通道的系统响应                                                ，其中n为时间变量，ω为频率变量，其范围为-Bw/2~Bw/2，Bw为宽带通道的带宽；

2)      将宽带通道等分为N个子通道，每个子通道的系统响应为，i=1,2,3…N，其中每个子通道对应的带宽为原来的1/N，即Bw/N；

3)      对于每个子通道系统响应，取其上一点的值作为其单个子通道的幅度起伏和相位起伏特性，即，其中，H_c和分别为子通道上所取点的幅度值和相位值；

4)      对于每个子通道，其系统响应采用该子通道的起伏特性进行校准，即得到；

5)      校准完的每个子通道信号在数字域内进行合成，将N个子通道合并成宽带通道。

上述步骤中N的取值为，宽带通道划分为N个子通道后，宽带通道中各器件可正常工作时，满足上述条件下N所取的最大值。其可在确保系统运行正常前提下，形成尽可能多的子通道，从而通过更多的校准次数实现校准精度的提高。

作为本发明的另一种改进，经宽带通道划分得到的N个子通道，其由多个次级子通道构成。

采用上述技术方案的基于数字信道化的幅度相位校准方法，其相比于现有技术具有如下优点：

1)  所采用校准方法无关于宽带通道中器件，故而避免其对高性能幅度相位特性器件的依赖性；

2)  所采用校准方法，避免了在校准指标高时，其对数字信号处理硬件指标要求过高而导致无法实现的问题；

3)  采用数字信道化进行校准，方便可行，校准前后改善效果明显。

附图说明

图1为本发明中数字信道化幅相校准原理框图；

图2 数字信道化接收原理框图；

图3 数字信道化综合输出原理框图；

图4为本发明实施例中宽带通道校准前的幅度起伏曲线；

图5为本发明实施例中宽带通道校准前的相位起伏曲线；

图6为本发明实施例中宽带通道校准后的相位起伏曲线；

图7为本发明实施例中宽带通道校准后的相位起伏曲线；

图8为本发明实施例中对宽带通道输出结果在校准前进行脉冲压缩处理的脉压曲线；

图9为本发明实施例中对宽带通道输出结果在校准后进行脉冲压缩处理的脉压曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

功能概述

本发明为一种基于数字信道化的幅度相位校准方法，其用于对宽带通道的幅度与相位进行校准。上述校准方法通过将宽带通道划分为多个子通道，对每一个子通道分别进行校准，并将校准后的子通道信号合并，从而完成对宽带通道的校准。本发明对于多个子通道中单一子通道的校准方法为，取子通道中间点的系统响应值作为该子通道的幅度起伏和相位起伏特性，通过上述特性对子通道进行校准。采用上述基于数字信道化的宽带通道校准方法的具体实施方案见下。

实施例1

以某宽带通道为例，其覆盖频率范围为5.3GHz~5.9GHz，瞬时带宽为600MHz。采用上述功能概述中校准方法对该宽带通道进行数字信道化幅度相位校准的核心器件是可进行数字处理的可编程逻辑器件，本实施例中采用一片Xilinx公司的V5 SX95T FPGA芯片。

对宽带通道进行校准的具体步骤如下：

（1）在FPGA芯片中通过逻辑编程将宽带通道实现如图1所示的系统架构；

（2）通过标准仪器测量得到宽带通道的系统响应，其中n为时间变量，ω为频率变量，其范围为-300 MHz~300 MHz；

（3）将宽带通道等分为64个子通道，每个子通道的系统响应为，i=1,2,3…64，其中每个子通道对应的带宽为原来的1/64，即每个子通道的带宽由600MHz的带宽被等分为600/64=9.375MHz； 

（4）对于64个子通道中的每个子通道，选取每个子通道的中间点的系统响应值作为该子通道的起伏特性，其中，H_c和分别为子通道上所取点的幅度值和相位值；

（5）对每个子通道的系统传递函数分别除以该子通道的起伏特性，完成对每个子通道的幅度相位校准，校准后的子通道系统响应为：；

（6）将校准完的每个子通道信号在数字域内进行合成，即完成了整个600MHz带宽内的幅度相位校准。

上述步骤1）中，进行数字信道化幅相校准的宽带通道系统架构可有接收部分与输出部分构成。数字信道化接收部分用于接收宽带通道的输入信号，并将其传输至图1中所示的辅相校准模块，完成幅相校准后，由数字信道输出部分进行信号的输出。

如图1所示的宽带通道架构中，x(n)表示通道输入信号，y(n)表示辅相校准模块的输入信号， 表示进行幅度相位校准后的输出信号。

图1中、分别表示不同子通道的下变频本振、上变频本振，其中i=0,1,…,N-1，ω _i 表示下变频本振的频率，h_LP(n)表示低通滤波器，表示对输入信号进行D倍抽取，表示对输入信号进行D倍插值。采用上述系统架构，输入信号输入宽带通道中的每一个子通道内后，经由振荡器实现输入信号的下变频本征，经由低通滤波进行滤波处理，并通过D倍抽取对信号进行重新采样，以减少采用率；待信号完成幅相校准处理后，依次通过D倍插值增加采样率，低通滤波器滤波，并采用振荡器进行上变频本振后，进行多个子通道信号的合成。图1中K=64。

上述宽带通中每一个子通道的幅度校准均由数字信道化接收部分与数字信道化输出部分构成，其中，数字信道化接收构架如图2所示。图2中表示对子通道信号输入至D个二级子通道时，输入信号按照如图2所示顺序进行1个时间单位的延时，以确保多个子通道的校准工作相互间不发生影响；h _i (n)表示h_LP(n)经过D倍抽取后对应的D个子滤波器（i=0,1,2,…,D-1），DFT表示离散傅里叶变换。前序处理中D倍抽取减少采样率的信号进入数字信道化接收部分后，带宽为9.375MHz的子通道信号被划分为了D个二级子通道，每个二级子通道的带宽变为9.375MHz/D，对于单个二级子通道而言，可认为其为窄带信号，对于每个二级子通道系统响应，取其中间点的值作为单个二级子通道的幅度起伏和相位起伏特性，即，其中，H_c和φ分别为子通道上所取点的幅度值和相位值；对于每个二级子通道，其系统响应采用该二级子通道的起伏特性进行校准，通过傅里叶变化可得到。

数字信道化综合输出架构如图3所示，IDFT表示离散逆傅里叶变换。经过幅度相位校准后的D个二级子通道信号需要进行综合输出，即将D个带宽为9.375MHz /D的子通道通过逆傅里叶变换后，依次进行振荡器下变频本征，低通滤波器滤波，振荡器上变频本征，最终进行D倍插值提高采样率后综合输出，从而输出带宽为9.375MHz的信号，此处D个二级子通道的信号输出按如图3标示顺序进行一个时间单位的延时。再将多个带宽为9.375MHz的子通道信号进行综合输出，从而最终实现带宽为600MHz的宽带信号输出。

上述步骤3）中，每个子通道的带宽为9.375MHz /D，对每个子通道采用窄带信道的校准方法，信道越窄，校准效果越好；因此，实际中在硬件平台资源允许的前提下，将宽带通道划分为尽可能多的子通道，可以有效增加校准效果。

经过上述步骤进行校准后的宽带通道幅度起伏和相位起伏特性如图6与图7所示，幅度起伏由原来的3.5dB降低为1.5dB，相位起伏由原来的50°降低为12°，故而采用上述基于数字信道化的宽带通道幅度相位校准方法对宽带通道进行校准，可以获得显著的校准效果。

上述基于数字信道化的幅度相位的校准方法，其有效实现了宽带通道的幅相校准，同时，其不仅无需对宽带通道上硬件做诸多限制，避免其对高性能幅度相位特性器件的依赖性；并且相比于传统数字校准方法，其解决了对数字信号处理硬件指标要求过高而不可实现的问题，如本实施例中对图4中系统进行传统数字校准，需要至少800阶的数字滤波器，换算到FPGA来实现至少需要800*16=12800个乘法器资源，而单V5 SX95T FPGA芯片仅有640个乘法器，需要20片该芯片才可以实现校准，采用信道化的方法，在单片该芯片即完成了校准。

实施例2

为进一步验证上述校准方法的校准效果，对该系统输入标准的600MHz线性调频信号，可对输出结果进行脉冲压缩处理，图6所示为未进行校准前脉冲压缩的结果，图7所示为校准后脉冲压缩的结果，可见，由于幅度起伏和相位起伏引起的旁瓣，校准前为-26dB，校准后为-40dB，改善了14dB。

本实施例其余特征与优点同实施例1相同。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (6)

1.一种基于数字信道化的幅度相位校准方法，其包括用于传输信息的宽带通道，以及用于对宽带通道的幅度与相位进行校准的校准方法；其特征在于，所述基于数字信道化的幅度相位校准方法包括如下步骤：

将宽带通道划分为N个子通道；

对于N个子通道分别进行校准；

将校准后的子通道信号合并成为宽带通道。

2.按照权利要求1所述的基于数字信道化的幅度相位校准方法，其特征在于，所述步骤1）中N个子通道由宽带通道等分而成，每个子通道与宽带通道长度相等，且带宽为宽带通道带宽的1/N。

3.按照权利要求1所述的基于数字信道化的幅度相位校准方法，其特征在于，所述步骤2）中对于宽带通道的N个子通道分别进行校准的方法为，取子通道上一点的值作为其所在的单个子通道的幅度起伏和相位起伏特性，通过子通道的幅度起伏和相位起伏特性对该子通道进行校准。

4.按照权利要求3所述的基于数字信道化的幅度相位校准方法，其特征在于，所述单个子通道的幅度起伏和相位起伏特性由该子通道的中间点的值确定。

5.按照权利要求1、2、3、4任意一项所述的基于数字信道化的幅度相位校准方法，其特征在于，所述步骤2）中，对于N个子通道分别进行校准所采用的校准方法为，采用系统响应进行校准。

6.按照权利要求5所述的基于数字信道化的幅度相位校准方法，其特征在于，所述基于数字信道化的幅度相位校准方法包括如下具体步骤：

1） 通过标准仪器测量得到宽带通道的系统响应                                                ，其中n为时间变量，ω为频率变量，其范围为-Bw/2~Bw/2，Bw为宽带通道的带宽；

2） 将宽带通道等分为N个子通道，每个子通道的系统响应为，i=1,2,3…N，其中每个子通道对应的带宽为原来的1/N，即Bw/N；

3） 对于每个子通道系统响应，取其上一点的值作为其单个子通道的幅度起伏和相位起伏特性，即，其中，H_c和φ分别为子通道上所取点的幅度值和相位值；

4）对于每个子通道，其系统响应采用该子通道的起伏特性进行校准，即得到；

5） 校准完的每个子通道信号在数字域内进行合成，将N个子通道合并成宽带通道。