CN111416675B - 宽带信号频谱分析方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种宽带信号频谱分析方法及装置，该方法包括：从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内；对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到所述预设带宽对应的频谱分析结果。本申请实施例提供的方案，针对一个较宽的频带范围内的信号进行测试，可以通过外灌多个单音信号来替代预设带宽内的宽带调制信号，来实现宽带信号的频谱分析，从而实现对接收机中的RFIC芯片问题的定位，其中，信号源只需要发射单音信号，从而无需信号源支持较大的带宽，对信号源的要求较低，无需支持宽带能力，在实际中容易实现。

Description

宽带信号频谱分析方法及装置
技术领域
本申请实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种宽带信号频谱分析方法及装置。
背景技术
随着5G通信技术的发展，大量的射频芯片被应用于5G通信中，实现终端设备与网络设备之间的通信。
在射频芯片进行应用之前，需要对射频芯片的5G下行宽带信号进行分析，从而发现并定位射频芯片的问题，来进行相应的改进。其中，对射频芯片定位问题的过程是，通过5G信号源发射一定频带内的信号，然后采用装有射频芯片的5G接收机来接收5G信号源发射的信号。通过获取射频芯片对接收的信号进行处理后得到的同相正交调制信号进行分析，来实现对射频芯片的问题的定位。
然而，由于当前需要对一个较宽的频带范围内的信号进行测试。例如针对100MHz的带宽的测试，目前的测试方案需要5G信号源支持100MHz的带宽，这对5G信号源的要求很高，在实际中很难实现。
发明内容
本申请实施例为解决上述问题，提供一种宽带信号频谱分析方法及装置。
第一方面，本申请实施例提供一种宽带信号频谱分析方法，包括：
从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内；
对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
在一种可能的实现方式中，所述对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果，包括：
对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到每个单音信号对应的频谱分析结果；
对每个单音信号对应的频谱分析结果进行分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
在一种可能的实现方式中，所述对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到每个单音信号对应的频谱分析结果，包括：
针对第i个单音信号，根据所述第i个单音信号对应的接收到的正交调制信号，得到所述第i个单音信号的噪声能量和实际信号能量，其中，所述噪声能量包括镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量、相躁能量和直流能量，i为大于0的整数。
在一种可能的实现方式中，所述多个单音信号为信号源向所述接收机发送的；第i个单音信号的实际信号能量为：
Figure BDA0002425401300000021
其中
Figure BDA0002425401300000022
为所述信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量，Pin为预设带宽信号的信号能量，n为所述预设带宽内包括的单音信号的数量，
Figure BDA0002425401300000023
为第i个单音信号的接收能量，Pmax为n个单音信号的接收能量中的最大值，n为大于1的整数，i为大于0且小于等于n的整数。
在一种可能的实现方式中，所述对每个单音信号对应的频谱分析结果进行分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果，包括：
根据每个单音信号的噪声能量和实际信号能量，得到所述预设带宽的信噪比，其中：
Figure BDA0002425401300000024
SNR为所述预设带宽的信噪比，
Figure BDA0002425401300000025
为第i个单音信号的镜像抑制能量，
Figure BDA0002425401300000026
为第i个单音信号的杂散能量，
Figure BDA0002425401300000027
为第i个单音信号的相躁能量，Pdc为直流能量，Pnoisefloor为底噪能量，
Figure BDA0002425401300000028
θ为一个常数，表示各单音信号之间的非线性影响。
在一种可能的实现方式中，第i个单音信号的频率和第i+1个单音信号的频率之间的频率间隔为预设频率间隔。
在一种可能的实现方式中，所述预设频率间隔为1MHz。
第二方面，本申请实施例提供一种宽带信号频谱分析装置，包括：
获取模块，用于从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内；
处理模块，用于对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：
对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到每个单音信号对应的频谱分析结果；
对每个单音信号对应的频谱分析结果进行分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：
针对第i个单音信号，根据所述第i个单音信号对应的接收到的正交调制信号，得到所述第i个单音信号的噪声能量和实际信号能量，其中，所述噪声能量包括镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量、相躁能量和直流能量，i为大于0的整数。
在一种可能的实现方式中，所述多个单音信号为信号源向所述接收机发送的；第i个单音信号的实际信号能量为：
Figure BDA0002425401300000031
其中
Figure BDA0002425401300000032
为所述信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量，Pin为预设带宽信号的信号能量，n为所述预设带宽内包括的单音信号的数量，
Figure BDA0002425401300000033
为第i个单音信号的接收能量，Pmax为n个单音信号的接收能量中的最大值，n为大于1的整数，i为大于0且小于等于n的整数。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：
根据每个单音信号的噪声能量和实际信号能量，得到所述预设带宽的信噪比，其中：
Figure BDA0002425401300000034
SNR为所述预设带宽的信噪比，
Figure BDA0002425401300000035
为第i个单音信号的镜像抑制能量，
Figure BDA0002425401300000036
为第i个单音信号的杂散能量，
Figure BDA0002425401300000037
为第i个单音信号的相躁能量，Pdc为直流能量，Pnoisefloor为底噪能量，
Figure BDA0002425401300000038
θ为一个常数，表示各单音信号之间的非线性影响。
在一种可能的实现方式中，第i个单音信号的频率和第i+1个单音信号的频率之间的频率间隔为预设频率间隔。
在一种可能的实现方式中，所述预设频率间隔为1MHz。
第三方面，本申请实施例提供一种宽带信号频谱分析设备，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如第一方面任一项所述的宽带信号频谱分析方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如第一方面任一项所述的宽带信号频谱分析方法。
本申请实施例提供的宽带信号频谱分析方法及装置，首先从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内，然后，对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到预设带宽对应的宽带频谱分析结果。本申请实施例提供的方案，针对一个较宽的频带范围内的信号进行测试，可以通过外灌多个单音信号来替代预设带宽内的宽带信号，来实现宽带信号的频谱分析，从而实现对接收机中的RFIC芯片问题的定位，其中，信号源只需要发射单音信号，从而无需信号源支持较大的带宽，对信号源的要求较低，无需支持宽带能力，在实际中容易实现。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种应用场景示意图；
图2为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析方法的流程示意图；
图3为本申请又一实施例提供的宽带信号频谱分析方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析示意图；
图5为本申请实施例提供的一个单音信号对应的频谱分析结果的示意图；
图6为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析装置的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先对本申请涉及的部分概念进行解释。
单音信号：一种固定频率的信号，又称CW信号。
SNR：signal-noise ratio，信号噪声比，简称信噪比。
DC：direct current，直流。
Phase noise：相位噪声，简称相躁。
IRR：image rejection ratio，镜像抑制。
IQ：指的是数据分为的两路，分别进行载波调制，两路载波相互正交，IQ信号又称为正交调制信号。
EVM：error vector magnitude，误差向量幅度。
RFIC：radio frequency integrated circuit，射频集成电路。
QAM：quadrature amplitude modulation，正交振幅调制。
图1为本申请实施例提供的一种应用场景示意图，如图1所述，包括服务器11、信号源12和接收机13，其中，信号源12用于发射信号，接收机13接收信号源12发射的信号，然后根据接收的信号得到对应的IQ信号，最后对IQ信号进行频谱分析，来定位接收机13中RFIC芯片的问题。
在5G初期，各种通信协议以及5G的终端测试仪均未完善，因此射频芯片厂商需要对5G下行宽带信号进行分析，从而定位射频芯片问题。在定位射频芯片问题后，能够根据定位的问题进行改进和处理，因此定位射频芯片问题至关重要。相比3G、4G时代，5G下行能力需要支持到100M带宽及256QAM调制方式。由于带宽比较宽，频响(频率响应)等因素对下行信号影响较大。同时，对于5G信号源如果需要支持100M带宽往往非常昂贵。
目前的射频芯片问题的定位以及信号分析方法，主要是通过信号源12生成宽带信号，或者通过个人计算机(personal computer，简称PC)端生成波形文件导入信号源12，然后信号源12通过外灌信号到接收机13，其中，接收机13例如可以为手机等终端设备，射频芯片安装于接收机13内。在信号源12通过外灌信号到接收机13后，可以通过从基带端或者PFGA端抓取对应的IQ信号，然后对IQ信号进行分析。
其中，目前采用的信号分析的方法主要是通过信道估计的方法对IQ信号进行分析，例如可以通过最小二乘(least square，简称LS)算法、线性最小均方误差估计(linearminimum mean square error，简称LMMSE)算法，等等。
在目前的方案中，针对射频芯片的问题定位，需要信号源12发射信号，然后外灌信号到接收机13。当需要验证一个带宽内射频芯片的接收特性时，需要信号源12发射一个带宽内的信号，即，需要信号源同时支持宽带能力。例如，如果需要分析RFIC芯片的100M带宽的接收特性，则信号源12需要支持110M的输出信号的能力。而在目前，针对一个5G的信号源，若需要其支持一个较大的带宽的输出信号的能力，其成本是十分昂贵的，且较难实现。
同时，目前针对采用信道估计算法来对射频芯片的问题定位，单次分析的耗时较长，较难实现多次重复分析。且由于信道估计算法对射频芯片的问题定位需要借条参考信号(demodulation reference signal，简称DMRS)作为分析参考信号，所以该方案对外灌单音信号是无法进行分析的。
为解决该问题，本申请实施例采用信号源12多次外灌单音信号的方案，来拟合一个带宽信号，进行一个带宽内射频芯片的接收特性的验证，从而实现射频芯片的问题定位。例如，信号源12可以多次发射单音信号，接收机13用于接收信号源12发射的多个单音信号，然后对每个单音信号进行处理，得到每个单音信号对应的正交调制信号。在得到每个单音信号对应的正交调制信号后，保存到服务器11上进行频谱分析。
下面将结合附图对本申请的方案进行说明。
图2为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析方法的流程示意图，如图2所示，包括：
S21，从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内。
本申请实施例中，当需要获取接收机针对预设带宽内的问题定位时，可以通过信号源来发射多个单音信号，每个单音信号的频率均处于预设带宽内。例如，需要分析RFIC芯片的100M带宽的接收特性，对RFIC芯片进行问题定位时，此时的预设带宽即为100M，然后采用多个单音信号来拟合带宽为100M的信号。
多个单音信号中，每个单音信号的频率均不同，且每个单音信号的频率均在预设带宽内。例如，当预设带宽为100M时，可以以1MHz为频率间隔，设置100个单音信号，来拟合带宽为100M的信号。
其中，单音信号是由信号源发出的，由于存在多个单音信号，且本申请实施例中多个单音信号是由同一个信号源发出的，因此同一个信号源需要多次发射不同的单音信号，进行多次发射。针对任意一次单音信号的发射，该信号源只需要支持对应的单音信号的频带，无需支持预设带宽的频带范围，因此对信号源的要求降低了。
信号源发射的单音信号，由接收机接收，其中，需要进行问题定位的射频芯片即位于接收机内。接收机例如可以为手机一类的通讯设备。在接收机接收到单音信号后，通过其中的射频芯片对其进行处理，得到该单音信号对应的IQ信号。由于信号源发射了多个单音信号，因此接收机接收到多个单音信号后，会输出每个单音信号对应的接收到的IQ信号。
需要说明的是，信号源向接收机发送单音信号的方式可以是，通过外灌单音信号到接收机，例如外灌单音信号到手机接收端。然后，通过在基带端或PFGA端抓取单音信号对应的IQ信号。
S22，对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
本申请实施例中，采用多个单音信号来拟合宽带信号，其中该宽带信号的带宽为预设带宽。在得到每个单音信号对应的接收到的IQ信号后，对每个单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析，得到预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
其中，对每个单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析，例如可以通过对每个单音信号对应的接收到的IQ信号进行分析处理，得到该单音信号对应的噪声能量，其中噪声能量可以包括镜像抑制能量、杂散能量、相躁能量、直流能量、底噪能量等等。在得到每个单音信号对应的噪声能量后，根据每个单音信号对应的噪声能量，即可得到预设带宽对应的频谱分析结果，然后根据预设带宽对应的频谱分析结果，实现对射频芯片接收特性的问题定位。
本申请实施例提供的宽带信号频谱分析方法，首先从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内，然后，对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到预设带宽对应的宽带频谱分析结果。本申请实施例提供的方案，针对一个较宽的频带范围内的信号进行测试，可以通过外灌多个单音信号来替代预设带宽内的宽带信号，来实现宽带信号的频谱分析，从而实现对接收机中的RFIC芯片问题的定位，其中，信号源只需要发射单音信号，从而无需信号源支持较大的带宽，对信号源的要求较低，无需支持宽带能力，在实际中容易实现。
下面将结合具体的实施例对本申请的方案进行详细介绍。
图3为本申请又一实施例提供的宽带信号频谱分析方法的流程示意图，如图3所示，包括：
S31，从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内。
S31的实现方式与图2示例的实施例中的S21的实现方式类似，具体的实现方式请参见图2示例的实施例中的S21的过程，此处不再赘述。
需要说明的是，本申请实施例中，是通过信号源外灌单音信号至接收机的。图4为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析示意图，如图4所示，其中通过信号源发射单音信号至RFIC芯片，此时，RFIC芯片相当于接收机。接收机接收单音信号后，抓取对应的IQ信号，然后由PC端进行频谱分析，输出结果，其中，输出结果包括信噪比、直流能量、相躁能量、镜像抑制能量等等。
由于需要多个单音信号来拟合预设带宽的宽带信号，因此，多个单音信号的频率各不相同，可选的，可以为相邻的单音信号之间设置一个频率间隔，该频率间隔为相邻的单音信号之间的频率之差。
进一步的，可以将相邻的单音信号之间设置的频率间隔设置为一个定值，例如设定为一个预设频率间隔。例如，当预设带宽为100M时，可以将预设频率间隔设置为1MHz、2MHz等等。当预设频率间隔设置为1MHz时，可以包括100个单音信号，两个相邻的单音信号之间的频率之差为1MHz。例如，第1个单音信号的频率为1MHz，第2个单音信号的频率为2MHz，第3个单音信号的频率为3MHz，等等。当预设频率间隔设置为2MHz时，可以包括50个单音信号，两个相邻的单音信号之间的频率之差为2MHz。例如，第1个单音信号的频率为1MHz，第2个单音信号的频率为3MHz，第3个单音信号的频率为4MHz，等等。
当设置的单音信号的数量越多时，拟合宽带信号从而得到预设带宽的频谱分析结果越准确，但是同时，其耗时也越长；当设置的单音信号的数量越少时，拟合宽带信号从而得到预设带宽的频谱分析结果越不准确，但是同时，其耗时也越短。因此，为了得到较为准确的频谱分析结果，同时耗时较短，需要设置一个较佳的预设频率间隔。当预设频率间隔为1MHz时，能够在频谱分析结果的准确性以及耗时上，得到较好的平衡，因此，预设频率间隔可以设置为1MHz。下面的实施例中，以预设频率间隔设置为1MHz为例进行说明。
信号源发射多个单音信号，通过上述实施例的说明，介绍了如何确定各个单音信号的频率。单音信号在进行发射时，不仅需要确定各个单音信号的频率，还需要确定各个单音信号的信号能量，即信号功率。
本申请实施例中，各个单音信号的信号能量是预先由服务器或PC端进行计算得到的，每个单音信号的实际信号能量可能各不相同。
具体的，设多个单音信号的数量为n，则第i个单音信号的实际信号能量为：
Figure BDA0002425401300000091
其中
Figure BDA0002425401300000092
为信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量，Pin为预设带宽信号的信号能量，n为预设带宽内包括的单音信号的数量，
Figure BDA0002425401300000093
为第i个单音信号的接收能量，Pmax为n个单音信号的接收能量中的最大值，n为大于1的整数，i为大于0且小于等于n的整数。
在上式中，Pin为预设带宽信号的信号能量。例如，当预设带宽信号为100MHz时，Pin为该100MHz带宽信号的能量，即该100MHz带宽信号的功率。
Figure BDA0002425401300000101
为信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量，为考虑了频响因素后Pin平均n份后在各个频点上的实际信号能量，其计算方式即为上述实施例中的式(1)。在式(1)中，
Figure BDA0002425401300000102
即为频响因素，其中，
Figure BDA0002425401300000103
为第i个单音信号的接收能量，Pmax为n个单音信号的接收能量中的最大值，
Figure BDA0002425401300000104
以预设带宽为100MHz、预设频率间隔为1MHz为例，此时单音信号的数量为100，即n＝100。针对第i个单音信号，
Figure BDA0002425401300000105
为考虑了频响因素后Pin平均100份后在各个频点上的实际信号能量，其中i为大于0且小于或等于100的整数。
Figure BDA0002425401300000106
为第i个单音信号的接收能量，100个单音信号对应有100个接收能量，即每个单音信号的接收能量，Pmax为100个单音信号的接收能量中的最大值，即，
Figure BDA0002425401300000107
在计算得到每个单音信号对应的实际信号能量后，可以控制信号源在发送单音信号时的信号能量，即信号功率。例如，针对第i个单音信号，在确定了第i个单音信号的频率后，计算得到第i个单音信号的实际信号能量
Figure BDA0002425401300000108
信号源即以能量
Figure BDA0002425401300000109
来发射第i个单音信号。
S32，对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到每个单音信号对应的频谱分析结果。
然后，RFIC芯片在接收了信号源发射的单音信号后，需要对其进行处理，得到对应的IQ信号。在得到了每个单音信号对应的接收到的IQ信号后，对每个IQ信号进行频谱分析，得到每个单音信号对应的频谱分析结果，然后根据每个单音信号对应的频谱分析结果，得到预设带宽的频谱分析结果。
具体的，针对第i个单音信号，根据第i个单音信号对应的接收到的正交调制信号，得到第i个单音信号的噪声能量和实际信号能量，其中，噪声能量包括镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量、相躁能量和直流能量。
图5为本申请实施例提供的一个单音信号对应的频谱分析结果的示意图，如图5所示，本申请实施例中，将影响SNR或EVM的所有因素分解，其中，影响SNR或EVM的因素镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量、相躁能量和直流能量。
图5中，横坐标代表频率，纵坐标代表幅度(即信号能量大小)，图5中示意了对一个单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析得到的结果，其中包括有用信号、直流能量、镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量等等。
以预设带宽为100MHz、预设频率间隔为1MHz为例，此时单音信号的数量为100，即n＝100。通过100组单音信号的输入，可以得到100MHz带宽内间隔1MHz各个频点位置上准确的频谱分析结果。
为了方便说明，假设每一频点的单音信号的噪声总能量为P，则：
P＝PIRR+PSpur+Pphasenoise+Pnoisefloor+Pdc，
其中，Pnoisefloor是关掉信号源后底噪能量，Pdc为直流能量，PIRR为镜像抑制能量，PSpur为杂散能量，Pphasenoise为相噪能量，PIRR、PSpur、Pphasenoise均和输入信号能量大小成正比关系。
S33，对每个单音信号对应的频谱分析结果进行分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
根据每个单音信号的噪声能量和实际信号能量，得到所述预设带宽的信噪比，其中：
Figure BDA0002425401300000111
SNR为预设带宽的信噪比，
Figure BDA0002425401300000112
为第i个单音信号的镜像抑制能量，
Figure BDA0002425401300000113
为第i个单音信号的杂散能量，
Figure BDA0002425401300000114
为第i个单音信号的相躁能量，Pdc为直流能量，Pnoisefloor为底噪能量，
Figure BDA0002425401300000115
θ为一个常数，表示各单音信号之间的非线性影响。
本申请实施例中，针对第i个单音信号，对第i个单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析后可以得到第i个单音信号的噪声能量，其中，第i个单音信号的噪声能量等于第i个单音信号的镜像抑制能量、第i个单音信号的杂散能量、第i个单音信号的相躁能量、底噪能量和第i个单音信号的直流能量之和。通过对第i个单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析后可以分别得到第i个单音信号的镜像抑制能量、第i个单音信号的杂散能量、第i个单音信号的相躁能量、底噪能量和第i个单音信号的直流能量。
针对任意一个单音信号均可以采用上述的方式，对该单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析后可以分别得到该单音信号的镜像抑制能量、杂散能量、相躁能量、底噪能量和直流能量。
然后，通过式(2)来得到预设带宽的信噪比SNR，在式(2)中，
Figure BDA0002425401300000116
表示从i＝1,2,3,...至i＝n求和。在式(2)中，Pdc为直流能量，且对每个单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析后得到的该单音信号的直流能量相差均比较小，因此在式(2)中，可以将任意一个单音信号对应的接收到的IQ信号进行频谱分析后得到的该单音信号的直流能量作为式(2)中的Pdc。在一些实施例中，若不考虑直流能量的影响，也可以直接令Pdc＝0。Pnoisefloor为底噪能量，是当接收机没有接收信号输入时测得的能量大小，底噪能量可预先测试得到，其大小与信号输入无关。
本申请实施例的方案中，去掉了不同单音信号间的非线性影响，而这部分非线性影响对整体的预设带宽的信噪比SNR的影响较小，差不多为零点几个分贝(db)。在式(2)中，以θ来表示这部分影响，即θ表示各单音信号之间的非线性影响。θ的大小可以通过与仪器结果对比后得到，是一个固定值。
通过式(2)，得到了预设带宽的信噪比SNR，本申请实施例中，为了降低对信号源的要求，采用了多个单音信号来模拟预设带宽的宽带信号，得到预设带宽的信噪比SNR。其中，单音信号的频率各不相同，可以采用两个相邻的单音信号之间设置一定的预设频率间隔来确定各个单音信号的频率，且各个单音信号的频率均处于预设带宽内。然后，根据式(1)来确定每个单音信号的发射时的实际信号能量(即每个单音信号的发射功率)。在确定了每个单音信号的频率和发射时的实际信号能量后，可以控制信号源按照每个单音信号的频率和发射能量来发射该单音信号。以预设带宽为100MHz、预设频率间隔为1MHz为例，此时单音信号的数量为100，每个单音信号均有对应的发射时的实际信号能量，然后控制信号源发射单音信号100次。在这100次发射中，每个单音信号的频率均不同，且每个单音信号发射时的能量由式(1)来确定。
信号源发射单音信号后，接收机接收单音信号，并抓取单音信号对应的IQ信号，进行频谱分析。最后根据每个IQ信号的频谱分析结果得到预设带宽对应的频谱分析结果，如式(2)所示。
在式(2)中，可知预设带宽的信噪比受多种因素影响，例如包括镜像抑制能量、相躁能量、杂散能量等等。当预设带宽的信噪比SNR越高时，表明接收机(例如RFIC芯片)对该预设带宽的接收特性越好。反之，当预设带宽的信噪比SNR越低时，表明接收机(例如RFIC芯片)对该预设带宽的接收特性越差。可以通过该预设带宽的信噪比SNR来判断接收机(例如RFIC芯片)对该预设带宽的接收特性。当接收机(例如RFIC芯片)对该预设带宽的接收特性较差时，可以分别计算出该预设带宽对应的各个能量的分量，例如镜像抑制能量分量、相躁能量分量、杂散能量分量等等，然后根据计算出的各个能量的分量来判断是哪个因素主要导致了该预设带宽的信噪比SNR较差，从而实现了对接收机(例如RFIC芯片)的问题定位。进一步的，后续可以根据问题定位对接收机(例如RFIC芯片)进行针对性的改进处理。
在理论上，针对预设带宽，当外灌单音信号的数量越多时，得到的预设带宽的频谱分析结果将更趋近于准确值，但同时其计算量和耗时也比较大，因此需要根据实际的情况来确定单音信号之间的预设频率间隔来确定单音信号的数量。本申请实施例中，同时实际测试，当预设频率间隔为1MHz时，能够保证较准确的频谱分析结果的同时，计算量和耗时也相对较小，因此预设频率间隔可以设置为1MHz。若此时预设带宽为100MHz，则外灌单音信号的数量为100。需要说明的是，预设频率间隔设置为1MHz仅仅是一种举例，并不对预设频率间隔的具体数值构成限定。
本申请实施例提供的宽带信号频谱分析方法，首先从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内，然后，对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到预设带宽对应的宽带频谱分析结果。本申请实施例提供的方案，针对一个较宽的频带范围内的信号进行测试，通过外灌多个单音信号来拟合宽带信号，使得可以采用一个普通的信号源来发射信号，信号源无需支持较大的带宽，对信号源的要求大大降低，从而缩减了测试成本。同时，通过信号源外灌单音信号分析宽带信号质量，例如包括信号的信噪比、直流能量、相躁能量等等，可以高效快速的实现对接收机中的RFIC芯片问题的定位。由于本申请实施例的方案，单次分析耗时较短，也便于进行多次重复的自动化分析，节约成本，同时具有准确性和高效性。
图6为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析装置的结构示意图，如图6所示，包括获取模块61和处理模块62，其中：
获取模块61用于从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内；
处理模块62用于对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块62具体用于：
对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到每个单音信号对应的频谱分析结果；
对每个单音信号对应的频谱分析结果进行分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块62具体用于：
针对第i个单音信号，根据所述第i个单音信号对应的接收到的正交调制信号，得到所述第i个单音信号的噪声能量和实际信号能量，其中，所述噪声能量包括镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量、相躁能量和直流能量，i为大于0的整数。
在一种可能的实现方式中，所述多个单音信号为信号源向所述接收机发送的；第i个单音信号的实际信号能量为：
Figure BDA0002425401300000141
其中
Figure BDA0002425401300000142
为所述信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量，Pin为预设带宽信号的信号能量，n为所述预设带宽内包括的单音信号的数量，
Figure BDA0002425401300000143
为第i个单音信号的接收能量，Pmax为n个单音信号的接收能量中的最大值，n为大于1的整数，i为大于0且小于等于n的整数。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块62具体用于：
根据每个单音信号的噪声能量和实际信号能量，得到所述预设带宽的信噪比，其中：
Figure BDA0002425401300000144
SNR为所述预设带宽的信噪比，
Figure BDA0002425401300000145
为第i个单音信号的镜像抑制能量，
Figure BDA0002425401300000146
为第i个单音信号的杂散能量，
Figure BDA0002425401300000147
为第i个单音信号的相躁能量，Pdc为直流能量，Pnoisefloor为底噪能量，
Figure BDA0002425401300000148
θ为一个常数，表示各单音信号之间的非线性影响。
在一种可能的实现方式中，第i个单音信号的频率和第i+1个单音信号的频率之间的频率间隔为预设频率间隔。
在一种可能的实现方式中，所述预设频率间隔为1MHz。
本申请实施例提供的装置，可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图7为本申请实施例提供的宽带信号频谱分析设备的硬件结构示意图，如图7所示，该宽带信号频谱分析设备包括：至少一个处理器71和存储器72。其中，处理器71和存储器72通过总线73连接。
可选地，该模型确定还包括通信部件。例如，通信部件可以包括接收器和/或发送器。
在具体实现过程中，至少一个处理器71执行所述存储器72存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器71执行如上的宽带信号频谱分析方法。
处理器71的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
在上述图7所示的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：CentralProcessing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：DigitalSignal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合申请所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器。
总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上所述的宽带信号频谱分析方法。
上述的计算机可读存储介质，上述可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于设备中。
所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种宽带信号频谱分析方法，其特征在于，包括：
从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内；
针对第i个单音信号，根据所述第i个单音信号对应的接收到的正交调制信号，得到所述第i个单音信号的噪声能量和实际信号能量，其中，所述噪声能量包括镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量、相躁能量和直流能量，i为大于0的整数；
所述多个单音信号为信号源向所述接收机发送的；第i个单音信号的实际信号能量为：
Figure FDA0003716309650000011
其中
Figure FDA0003716309650000012
为所述信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量，Pin为预设带宽信号的信号能量，n为所述预设带宽内包括的单音信号的数量，
Figure FDA0003716309650000013
为第i个单音信号的接收能量，Pmax为n个单音信号的接收能量中的最大值，n为大于1的整数，i为大于0且小于等于n的整数；
根据每个单音信号的噪声能量和实际信号能量，得到所述预设带宽的信噪比，其中：
Figure FDA0003716309650000014
SNR为所述预设带宽的信噪比，
Figure FDA0003716309650000015
为第i个单音信号的镜像抑制能量，
Figure FDA0003716309650000016
为第i个单音信号的杂散能量，
Figure FDA0003716309650000017
为第i个单音信号的相躁能量，Pdc为直流能量，Pnoisefloor为底噪能量，
Figure FDA0003716309650000018
θ为一个常数，表示各单音信号之间的非线性影响，
Figure FDA0003716309650000019
为所述信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第i个单音信号的频率和第i+1个单音信号的频率之间的频率间隔为预设频率间隔。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设频率间隔为1MHz。
4.一种宽带信号频谱分析装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于从接收机获取多个单音信号中每个单音信号对应的接收到的正交调制信号，其中，每个单音信号的频率均处于预设带宽内；
处理模块，用于对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果；
所述处理模块具体用于：
对每个单音信号对应的接收到的正交调制信号进行频谱分析，得到每个单音信号对应的频谱分析结果；
对每个单音信号对应的频谱分析结果进行分析，得到所述预设带宽对应的宽带频谱分析结果；
所述处理模块具体用于：
针对第i个单音信号，根据所述第i个单音信号对应的接收到的正交调制信号，得到所述第i个单音信号的噪声能量和实际信号能量，其中，所述噪声能量包括镜像抑制能量、杂散能量、底噪能量、相躁能量和直流能量，i为大于0的整数；
所述多个单音信号为信号源向所述接收机发送的；第i个单音信号的实际信号能量为：
Figure FDA0003716309650000021
其中
Figure FDA0003716309650000022
为所述信号源发送的第i个单音信号的实际信号能量，Pin为预设带宽信号的信号能量，n为所述预设带宽内包括的单音信号的数量，
Figure FDA0003716309650000023
为第i个单音信号的接收能量，Pmax为n个单音信号的接收能量中的最大值，n为大于1的整数，i为大于0且小于等于n的整数；
所述处理模块具体用于：
根据每个单音信号的噪声能量和实际信号能量，得到所述预设带宽的信噪比，其中：
Figure FDA0003716309650000024
SNR为所述预设带宽的信噪比，
Figure FDA0003716309650000025
为第i个单音信号的镜像抑制能量，
Figure FDA0003716309650000026
为第i个单音信号的杂散能量，
Figure FDA0003716309650000027
为第i个单音信号的相躁能量，Pdc为直流能量，Pnoisefloor为底噪能量，
Figure FDA0003716309650000028
θ为一个常数，表示各单音信号之间的非线性影响。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，第i个单音信号的频率和第i+1个单音信号的频率之间的频率间隔为预设频率间隔。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设频率间隔为1MHz。
7.一种宽带信号频谱分析设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至3任一项所述的宽带信号频谱分析方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1至3任一项所述的宽带信号频谱分析方法。
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