CN107885118A - 一种可变中心频率信号处理方法、系统及可编程器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理方法、系统涉及矢量网络分析仪及可编程器件，由任意采样信号来配置NCO，使其所产生的中心频率可变，可以随着不同的信号频率同步适应新的中心频率，从而可以最优化的方案实现对采集信号的下变频。本方案通过对NCO的实时配置，能够同步改变采集系统的中心频率，使得在信号频率改变的情况下，以更加匹配的中心频率来对采集信号进行下变频处理，从而对信号处理的结果更加优化，从而提升整个数字信号处理系统的性能，尤其对动态范围的提高有极大的帮助。

Description

一种可变中心频率信号处理方法、系统及可编程器件
技术领域
本发明涉及矢量分析仪领域，具体是一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理方法、系统及可编程器件。
背景技术
矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备,用于测试器件或电路频率特性(包括幅频、相频特性)，或者说器件或电路的网络参数。为了实现上述功能，矢量网络分析仪包括一个或多个频率合成源、射频通道电路、中频数字处理电路、未处理控制器以及最终显示测量结果的显示电路。
其中射频通道电路包括信道分离电路和接收机电路，它们的主要功能是对入射的宽带参考信号和被测器件端口的宽带反射信号进行有效分离，并通过接收机模块将其转换到能够进行后端处理的中频信号。
目前接收机电路广泛采用的是通过DDS(直接数字式频率合成器)的数字下变频处理方式。DDS的主要器件包括数字混频器、数控振荡器(NCO)和滤波器，DDS每接收一个采样信号，通过配置NCO，NCO就向数字混频器发送一个特定的值，用来于上述采样信号进行相乘，相乘后的样本再经过滤波器输出，就完成了数字下变频的输出。
上述方法虽然得到了广泛的应用，但是通常对NCO的配置，只会产生一个或几个中心频率，不同的范围采用不同的数值。传统方法因为中心频率固定，从而所对应的技术参数的精度就受到一定制约，处于一个比较宽的范围，无法保证任意情况下都是有一个良好的指标，对动态范围的影响尤其较大。严重限制动态范围，以及整机性能的提高。
发明内容
本发明就是针对以上情况，提出一个解决方案，由任意采样信号来配置NCO，使其所产生的中心频率可变，可以随着不同的信号频率同步适应新的中心频率，从而可以最优化的方案实现对采集信号的下变频。
本发明的技术方案为：
一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理方法，应用于矢量网络分析仪，包括：
接收任意频率的采样信号，发送至可编程器件，由可编程器件产生导频信号；
采用所产生的导频信号控制NCO，由NCO产生中心频率可变的信号；其中，所述导频信号是根据矢量网络分析仪的采样频率、NCO的精度位数以及所述采样信号的频率而生成。
进一步的，本方法还包括：
将所述任意频率的采样信号和中心频率可变的信号进行混频，得到变频信号。
进一步的，本方法还包括对所得到的变频信号进行FIR滤波，用于消除变频信号的噪声。
进一步的，所述可编程器件采用FPGA。
进一步的，所述任意频率的采样信号包括低频、射频和微波三个波段。
进一步的，对所述任意频率的采样信号进行希尔伯特变换，用于对所述采样信号进行正交移相。
进一步的，所述导频信号按照以下公式生成：
其中C是矢量网络分析仪的采样频率，Fout为任意所采样的信号频率，D为NCO的精度位数，其中，频率单位为赫兹。
为了实现上述技术方案，本发明提出了一种可编程器件，应用于矢量网络分析仪中，包括多个指令，所述指令由处理器加载并执行以下处理：
根据矢量网络分析仪的采样频率、NCO的精度位数以及所述采样信号的频率，生成导频信号。
本发明还提出一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理系统，应用于矢量网络分析仪中，包括：
信号采样装置：用于接收任意频率的采样信号，发送至如权利要求8所述的可编程器件；
以及NCO：用于生成中心频率可变的信号。
本发明的又一技术方案是一种矢量网络分析仪，采用上述的基于可编程器件的可变中心频率信号处理系统。
本发明的有益效果：
本方案是针对矢量网络分析仪的信号产生和采集过程中动态范围的提高和信号频率的适应的发明。
本方案通过对NCO的实时配置，能够同步改变采集系统的中心频率，使得在信号频率改变的情况下，以更加匹配的中心频率来对采集信号进行下变频处理，从而对信号处理的结果更加优化，从而提升整个数字信号处理系统的性能，尤其对动态范围的提高有极大的帮助。
附图说明
图1为现有技术中的方法流程图；
图2为本发明的方案流程图。
图3是本方案中DDS IP核配置方式(以Xilinx公司为例)
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种典型实施例是一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理方法，应用于矢量网络分析仪的接收机电路网络中。
图1是现有技术的解决方案，其主要思想是采用固定的中频对NCO进行控制，使NCO只会产生一个或几个中心频率，不同的范围采用不同的数值。传统方法因为中心频率固定，从而所对应的技术参数的精度就受到一定制约，处于一个比较宽的范围，无法保证任意情况下都是有一个良好的指标，对动态范围的影响尤其较大。
本发明提出的技术方案如图2所示，采用下面的步骤：
接收任意频率的采样信号，发送至可编程器件，由可编程器件产生导频信号；
采用所产生的导频信号控制NCO，由NCO产生中心频率可变的信号；其中，所述导频信号是根据矢量网络分析仪的采样频率、NCO的精度位数以及所述采样信号的频率而生成。
接着，可以采用NCO产生的可变中心频率的信号与自身进行数字下变频，得到零频率信号进行FIR滤波处理。
其中NCO可以视为DDS的一部分。在Xilinx公司的开发软件中，NCO与DDS的功能相同。
本方案的对NCO进行配置的计算公式为：
(注：Fout单位为Hz)
其中60MHz是本矢网的采样频率，Fout为任意所采样的信号频率，32为NCO的精度位数。
本发明的关键技术在于，针对不同的信号频率，采取不同的NCO配置，在信号频率改变的情况下，通过软件与硬件的配合，能够同步改变采集系统的中心频率，从而对数字信号处理的速度没有影响，实现实时处理。
本发明中的可编程器件可以选用时下应用较广的FPGA芯片。
本发明可以应用在任意的采样信号上，包括低频、射频和微波三个波段。
为了实现上述方案，本发明还提出了一种可编程器件，应用于矢量网络分析仪中，包括多个指令，指令由处理器加载并执行以下处理：
根据矢量网络分析仪的采样频率、NCO的精度位数以及所述采样信号的频率，生成导频信号。
图3是本方案中DDS IP核配置方式(以Xilinx公司为例)，本发明将上述方案转换为了可编程器件的相应功能，解决了目前矢量网络分析仪的信号产生和采集存在着对中频范围要求高，动态范围提高困难的问题。
进一步的，本发明还提出了一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理系统，应用于矢量网络分析仪中，包括：
用于接收任意频率的采样信号的信号采样装置、可编程器件以及NCO，NCO用于生成中心频率可变的信号。
其中NCO可以替换为DDS。
本发明通过对NCO的实时配置，能够同步改变采集系统的中心频率，使得在信号频率改变的情况下，以更加匹配的中心频率来对采集信号进行下变频处理，从而对信号处理的结果更加优化，从而提升整个数字信号处理系统的性能，尤其对动态范围的提高有极大的帮助。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理方法，应用于矢量网络分析仪，其特征在于，包括：
接收任意频率的采样信号，发送至可编程器件，由可编程器件产生导频信号；
采用所产生的导频信号控制NCO，由NCO产生中心频率可变的信号；其中，所述导频信号是根据矢量网络分析仪的采样频率、NCO的精度位数以及所述采样信号的频率而生成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述任意频率的采样信号和中心频率可变的信号进行混频，得到变频信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：还包括对所得到的变频信号进行FIR滤波，用于消除变频信号的噪声。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可编程器件采用FPGA。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述任意频率的采样信号包括低频、射频和微波三个波段。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述任意频率的采样信号进行希尔伯特变换，用于对所述采样信号进行正交移相。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号按照以下公式生成：
<mrow> <mi>d</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>*</mo> <msup> <mn>2</mn> <mi>D</mi> </msup> </mrow> <mi>C</mi> </mfrac> </mrow>
其中C是矢量网络分析仪的采样频率，Fout为任意所采样的信号频率，D为NCO的精度位数，其中，频率单位为赫兹。
8.一种可编程器件，应用于矢量网络分析仪中，其特征在于包括多个指令，所述指令由处理器加载并执行以下处理：
根据矢量网络分析仪的采样频率、NCO的精度位数以及所述采样信号的频率，生成导频信号。
9.一种基于可编程器件的可变中心频率信号处理系统，应用于矢量网络分析仪中，其特征在于，包括：
信号采样装置：用于接收任意频率的采样信号，发送至如权利要求8所述的可编程器件；
以及NCO：用于生成中心频率可变的信号。
10.一种矢量网络分析仪，采用如权利要求9所述的基于可编程器件的可变中心频率信号处理系统。
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