CN108761194A - 基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法，首先对载波信号离散采样，采样频率为f_s，获得N点采样序列v(n)；然后以采样频率f_s建立一个频率为f_r的标准参考信号r(n)，并对v(n)进行移频处理，移频后的信号为s(n)；再应用高斯‑汉宁卷积滤波器w(n)对s(n)进行滤波处理；最后根据基于移频滤波载波参数计算公式，求得载波的精确频率、幅值及相位。解决了传统微功率无线载波参数测量方法难以准确载波参数的难题。采用移频与迭代滤波方法，可在非同步采样情况下有效抑制频谱泄露，准确测量载波参数。本方法测量过程快速方便，测量结果准确，为载波参数测量提供了一条有效的途径。

Description

基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法

技术领域

本发明属于微功率无线载波测量领域，特别涉及一种基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法。

背景技术

微功率无线通信指使用433MHz/470MHz/780MHz/2.4GHz频率、发射功率小于等于50mW的无线射频通信，在国内电工仪表业俗称为小无线，国家电网用电电能信息采集与管理系统中把利用无线传感网络技术的通信组网方式叫做微功率无线组网。微功率无线以其低功耗、组网灵活等特点，在用电信息数据传输网络中被广泛应用，逐渐成为信息采集和传输链路中重要单元。虽然该项通信技术在用电信息采集系统中起步较晚，但是其优良的特性得到了很大的关注。首先是它组网速度快，多级路由的组网过程让整个微功率无线网络能够迅速组网，并且整个过程可以无需人工干预，一般只要中心节点下达一个组网命令即可进行组网，并且整个网络的运行安全稳定，能够快速的进行网络的数据通信。目前该技术在抄表中的普及，弥补了其他抄表方式的不足目前已经有多个试点城市开始推广该抄表方案。微功率无线通信在现场实际应用中，经常出现无法正常通信、故障点不好判断的问题，这种情况给生产企业带来了巨大压力。微功率无线通过调频方法进行数据传输，如何准确的测量载波参数是提高微功率无线通信质量的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法，能够解决准确测量载波参数的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：。

1.基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：对载波信号离散采样，采样频率为f_s，获得N点采样序列v(n)，n＝0，1，2，…，N-1；

步骤2：以采样频率f_s建立一个频率为f_r的标准参考信号r(n)，规定f_s＝Kf_r，K为一个载波周期内采样点数，则标准参考信号的表达式为：

步骤3：应用r(n)对v(n)进行移频处理，移频后的信号为s(n)，移频公式为：

s(n)＝v(s)·r(n)；

步骤4：应用高斯-汉宁卷积滤波器w(n)对s(n)进行滤波处理，得到滤波后的信号y(n)，滤波公式为：

y(n)＝s(n)*w(n)；

式中，“*”表示卷积计算；

步骤5：根据y(n)计算y(n)的采样角频率ω、测量幅值A_m与测量相位θ_m，计算公式分别为：

θ_m＝arg(y(n₁))

式中，arg()表示求复数的辐角，Re()表示求复数的实部，Im()表示求复数的虚部，n₁、n₂表示y(n)中任意两点，n₁≠n₂；然后应用载波参数计算公式，计算载波信号的频率f、幅值A和相位θ。

特别地，所述步骤4中，w(n)的表达式为：

式中，g(n)为高斯滤波器的时域表达式，a(n)为汉宁滤波器的时域表达式，H为滤波器级联个数。

特别地，所述步骤5中，载波参数的计算公式为：

式中，G(ω)表示高斯-汉宁卷积滤波器在采样角差为ω时的衰减系数。

本发明的有益效果是：

本发明提出的方法，解决了传统微功率无线载波参数测量方法难以准确载波参数的难题。采用移频与迭代滤波方法，可在非同步采样情况下有效抑制频谱泄露，准确测量载波参数。本方法测量过程快速方便，测量结果准确，为载波参数测量提供了一条有效的途径，为微功率无线通讯测试奠定了技术基础。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

附图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一种基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1：对载波信号离散采样，采样频率为f_s，获得N点采样序列v(n)，n＝0，1，2，…，N-1；

步骤2：以采样频率f_s建立一个频率为f_r的标准参考信号r(n)，规定f_s＝Kf_r，K为一个载波周期内采样点数，则标准参考信号的表达式为：

步骤3：应用r(n)对v(n)进行移频处理，移频后的信号为s(n)，移频公式为：

s(n)＝v(s)·r(n)；

步骤4：应用高斯-汉宁卷积滤波器w(n)对s(n)进行滤波处理，得到滤波后的信号y(n)，滤波公式为：

y(n)＝s(n)*w(n)；

式中，“*”表示卷积计算；

w(n)的表达式为：

式中，g(n)为高斯滤波器的时域表达式，a(n)为汉宁滤波器的时域表达式，H为滤波器级联个数。

步骤5：根据y(n)计算y(n)的采样角频率ω、测量幅值A_m与测量相位θ_m，计算公式分别为：

θ_m＝arg(y(n₁))

式中，arg()表示求复数的辐角，Re()表示求复数的实部，Im()表示求复数的虚部，n₁、n₂表示y(n)中任意两点，n₁≠n₂；然后应用载波参数计算公式，计算载波信号的频率f、幅值A和相位θ；

载波参数的计算公式为：

式中，G(ω)表示高斯-汉宁卷积滤波器在采样角差为ω时的衰减系数。

本发明方法步骤总体来说可以阐述如下：

(1)对载波信号离散采样，采样频率为f_s，获得N点采样序列v(n)；(2)以采样频率f_s建立一个频率为f_r的标准参考信号r(n)，并对v(n)进行移频处理，移频后的信号为s(n)；(3)应用高斯-汉宁卷积滤波器w(n)对s(n)进行滤波处理；(4)根据基于移频滤波载波参数计算公式，求得载波的精确频率、幅值及相位。

本发明的方法以移频滤波算法为基础，可准确进行载波参数测量，满足微功率无线通讯对载波测试的要求。

应用实施例：

已知载波信号频率f＝433.1MHz，幅值为700mV，相位设置为0°，参考信号频率fr＝433MHz，采样频率fs＝21.65GHz，滤波器级联个数为4；

通过移频和滤波步骤，应用本发明的方法步骤可以得到载波参数频率f＝433.10001MHz、幅值A＝699.9887mV和相位θ＝0.00125°。所得结果准确，而且测量过程快速方便。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：对载波信号离散采样，采样频率为f_s，获得N点采样序列v(n)，n＝0，1，2，…，N-1；

步骤2：以采样频率f_s建立一个频率为f_r的标准参考信号r(n)，规定f_s＝Kf_r，K为一个载波周期内采样点数，则标准参考信号的表达式为：

步骤3：应用r(n)对v(n)进行移频处理，移频后的信号为s(n)，移频公式为：

s(n)＝v(s)·r(n)；

步骤4：应用高斯-汉宁卷积滤波器w(n)对s(n)进行滤波处理，得到滤波后的信号y(n)，滤波公式为：

y(n)＝s(n)*w(n)；

式中，“*”表示卷积计算；

步骤5：根据y(n)计算y(n)的采样角频率ω、测量幅值A_m与测量相位θ_m，计算公式分别为：

θ_m＝arg(y(n₁))

式中，arg()表示求复数的辐角，Re()表示求复数的实部，Im()表示求复数的虚部，n₁、n₂表示y(n)中任意两点，n₁≠n₂；然后应用载波参数计算公式，计算载波信号的频率f、幅值A和相位θ。

2.根据权利要求1所述的基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法，其特征在于：所述步骤4中，w(n)的表达式为：

式中，g(n)为高斯滤波器的时域表达式，a(n)为汉宁滤波器的时域表达式，H为滤波器级联个数。

3.根据权利要求1所述的基于移频滤波算法的微功率无线载波参数测量方法，其特征在于：所述步骤5中，载波参数的计算公式为：

式中，G(ω)表示高斯-汉宁卷积滤波器在采样角差为ω时的衰减系数。