CN109217950B - 一种fm信号带宽测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FM信号带宽测量方法，包括步骤：1)获取FM信号重采样IQ数据；2)利用所述重采样IQ数据获取FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq；3)利用所述最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq计算被测FM信号带宽值。本发明的FM信号带宽测量方法，可以将FM信号在不同调制速率、调制频偏下的带宽测量误差范围由5％～40％缩小到0.5％～8％。

Description

一种FM信号带宽测量方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其是一种FM信号带宽测量方法。
背景技术
FM信号是一种常见的通信信号，FM信号的接收处理主要包含信号检测和参数测量，主要参数包含载波、电平和带宽。其中，目前带宽测量主要采用能量统计法，具体如下：
1)接收FM中频信号，AD采样量化并进行FFT变换获取信号频谱；
2)计算带宽测量门限，确定粗略的带宽范围；
3)统计待搜索范围内能量值，依据最终能量带宽门限EnergyTh进行能量带宽的保留以及噪底和部分离散值的剔除，一般EnergyTh＝99％，以下以EnergyTh＝99％为例；
4)搜索左边界，从左边开始，依次剔除噪声点，直至噪声能量达到0.5％；
5)搜索右边界，从右边开始，依次剔除噪声点，直至噪声能量达到0.5％。
上述方法中，FM信号在调制速率和调制频偏对应关系不同的情况下，测量带宽和理论带宽的误差从5％到40％不等，测量误差大，测量稳定性差。
发明内容
为了解决上述现有FM信号带宽测量方法中存在的测量误差大、稳定性差的问题，本发明提供了一种FM信号带宽测量方。
本发明技术方案如下：
一种FM信号带宽测量方法，包括步骤：
1)获取FM信号重采样IQ数据；
2)利用所述重采样IQ数据获取FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq；
3)利用所述最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq计算被测FM信号带宽值。
重采样IQ数据是指FM信号经AD采样量化后得到的AD数据经数字下变频处理所得的I、Q两路数据，其中，I表示同相分量信号，Q表示正交分量信号。
在上述技术方案中，利用重采样IQ数据，通过计算获取最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq，再利用最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq，通过计算获取FM信号带宽的测量结果。其中，步骤2)为便于进行FFT变换运算，采样点选取为2的幂次，一般可选取2048，4096，8192点获取被测FM信号的瞬时频率波形。上述FM信号带宽的测量方法，适用于调制速率为1KHz～100KHz、调制频偏为3KHz～440KHz、调制速率与调制频偏比值为1:1～1:7的FM信号带宽的测量。上述FM信号带宽的测量方法，将FM信号在不同调制速率、调制频偏下的带宽测量误差范围由5％～40％缩小到0.5％～8％。
优选地，步骤1)所述重采样IQ数据由FM信号经AD采样量化和数字下变频而得，具体如下：
1)对FM信号进行AD采样量化，并进行带宽粗估计；
2)根据粗测带宽配置DDC并获取重采样IQ数据。
优选地，步骤2)中，利用所述重采样IQ数据获取FM信号的瞬时频率波形，利用所述瞬时频率波形获取所述FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq。
进一步地，利用相位差法由所述重采样IQ数据获取瞬时频率波形，计算公式如下：
Figure BDA0001790698550000021
其中，Qk表示Q支路的第k个点数据，Ik表示I支路的第k个点数据，fk表示第k个点数据的信号频率。
进一步地，所述瞬时频率波形幅度的最大值为FM信号的最大频偏值F_dev。
进一步地，对所述瞬时频率波形进行傅立叶运算获取频谱峰值，所述频谱峰值对应的频率位置即为FM信号的调制速率Mode_Freq。其中，调制速率Mode_Freq计算公式为：Mode_Freq＝Fs*n/N,Fs为重采样IQ数据的采样频率，单位为Hz，N表示FFT的点数，n表示最大峰值对应的位置索引。
优选地，FM信号带宽值为BW＝2*(F_dev+Mode_Freq)。
本发明技术方案具有如下有益效果：
本发明的FM信号带宽测量方法，利用采样数据，通过计算获取最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq，再利用最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq，通过计算获取FM信号带宽的测量结果，可以将FM信号在不同调制速率、调制频偏下的带宽测量误差范围由5％～40％缩小到0.5％～8％。
本发明的其他方面和优点根据下面结合附图的详细的描述而变得明显，所述附图通过示例说明本发明的原理。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明实施例中FM信号带宽测量方法流程图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
现有技术的缺陷：现有FM信号带宽测量方法，FM信号在调制速率和调制频偏对应关系不同的情况下，测量带宽和理论带宽的误差从5％到40％不等，测量误差大，测量稳定性差。
本发明要解决的技术问题：提供一种测量结果更加精确的FM信号带宽测量方法。
基础实施方式：
一种FM信号带宽测量方法，其特征在于，包括步骤：
1)获取FM信号重采样IQ数据；
2)利用所述重采样IQ数据获取FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq；
3)利用所述最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq计算被测FM信号带宽值。
重采样IQ数据是指FM信号经AD采样量化后得到的AD数据经数字下变频处理所得的I、Q两路数据，其中，I表示同相分量信号，Q表示正交分量信号。
在上述技术方案中，利用重采样IQ数据，通过计算获取最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq，再利用最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq，通过计算获取FM信号带宽的测量结果。上述FM信号带宽的测量方法，适用于调制速率为1KHz～100KHz、调制频偏为3KHz～440KHz、调制速率与调制频偏比值为1:1～1:7的FM信号带宽的测量。上述FM信号带宽的测量方法，将FM信号在不同调制速率、调制频偏下的带宽测量误差范围由5％～40％缩小到0.5％～8％。
步骤1)中，获取重采样IQ数据的方法可以是：将接收到的FM信号进行AD采样量化，AD采样量化的结果进行数字下变频，数字下变频结果即为重采样IQ数据，具体如下：
1)对FM信号进行AD采样量化，并进行带宽粗估计；
2)根据粗测带宽配置DDC并获取重采样IQ数据。
步骤2)中，可利用相位差法由步骤1)获得的重采样IQ数据获取FM信号的瞬时频率波形，计算公式为：
Figure BDA0001790698550000051
其中，Qk表示Q支路的第k个点数据，Ik表示I支路的第k个点数据，fk表示第k个点数据的信号频率；再利用该瞬时频率波形获取FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq。其中，步骤2)为便于进行FFT变换运算，采样点选取为2的幂次，一般可选取2048，4096，8192点获取被测FM信号的瞬时频率波形；所述瞬时频率波形幅度的最大值为FM信号的最大频偏值F_dev；对所述瞬时频率波形进行傅立叶运算获取频谱峰值，所述频谱峰值对应的频率位置即为FM信号的调制速率Mode_Freq，计算公式为：Mode_Freq＝Fs*n/N,其中Fs为重采样IQ数据的采样频率，单位Hz，N为FFT的点数，n是最大峰值对应的位置索引。
步骤3)中，利用公式BW＝2*(F_dev+Mode_Freq)计算FM信号的带宽值。
实施例：
使用本发明FM信号带宽测量方法测量FM信号带宽，测量流程如图1所示，包括如下步骤：
1)接收FM中频信号，并对其进行AD采样量化和带宽粗估计；
2)根据粗测带宽配置DDC并获取重采样IQ数据；
3)取4096点重采样IQ数据，通过相位差法获取被测FM中频信号的瞬时频率波形，计算公式为：
Figure BDA0001790698550000052
其中，Qk表示Q支路的第k个点数据，Ik表示I支路的第k个点数据，fk表示第k个点数据的信号频率；该瞬时频率波形的最大值即为被测FM中频信号的最大频偏值F_dev；
4)对步骤2)所得瞬时频率波形进行FFT运算，获取被测FM信号的频谱峰值，该峰值对应的频率位置即为被测FM中频信号的调制速率Mode_Freq，计算公式为：Mode_Freq＝Fs*n/N,其中Fs为重采样IQ数据的采样频率，单位为Hz，N表示FFT点数，n表示最大峰值对应的位置索引；
5)利用被测FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq，通过卡松公式BW＝2*(F_dev+Mode_Freq)计算获取被测FM信号的带宽值。
使用上述方法完成了FM中频信号的带宽测量，完成信号识别后，在代码开销增加小于150行(占比小于1％)的情况下实现了FM信号带宽测量误差范围稳定在8％范围内。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种FM信号带宽测量方法，其特征在于，包括步骤：
1)获取FM信号重采样IQ数据；
2)利用所述重采样IQ数据获取FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq；
步骤2)中，可利用相位差法由步骤1)获得的重采样IQ数据获取FM信号的瞬时频率波形，计算公式为：
Figure FDA0002975526090000011
其中，Qk表示Q支路的第k个点数据，Ik表示I支路的第k个点数据，fk表示第k个点数据的信号频率；再利用该瞬时频率波形获取FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq；
其中，步骤2)为便于进行FFT变换运算，采样点选取为2的幂次，一般可选取2048，4096，8192点获取被测FM信号的瞬时频率波形；所述瞬时频率波形幅度的最大值为FM信号的最大频偏值F_dev；对所述瞬时频率波形进行傅立叶运算获取频谱峰值，所述频谱峰值对应的频率位置即为FM信号的调制速率Mode_Freq，计算公式为：Mode_Freq＝Fs*n/N,其中Fs为重采样IQ数据的采样频率，单位Hz，N为FFT的点数，n是最大峰值对应的位置索引；
3)利用所述最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq计算被测FM信号带宽值。
2.根据权利要求1所述的FM信号带宽测量方法，其特征在于，步骤1)所述重采样IQ数据由FM信号经AD采样量化和数字下变频获得。
3.根据权利要求1所述的FM信号带宽测量方法，其特征在于，步骤2)中，利用所述重采样IQ数据获取FM信号的瞬时频率波形，利用所述瞬时频率波形获取所述FM信号的最大频偏值F_dev和调制速率Mode_Freq。
4.根据权利要求3所述的FM信号带宽测量方法，其特征在于，利用相位差法由所述重采样IQ数据获取瞬时频率波形。
5.根据权利要求3所述的FM信号带宽测量方法，其特征在于，所述瞬时频率波形幅度的最大值为FM信号的最大频偏值F_dev。
6.根据权利要求3所述的FM信号带宽测量方法，其特征在于，对所述瞬时频率波形进行傅立叶运算获取频谱峰值，所述频谱峰值对应的频率位置即为FM信号的调制速率Mode_Freq。
7.根据权利要求1所述的FM信号带宽测量方法，其特征在于，FM信号带宽值为BW＝2*(F_dev+Mode_Freq)。
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