CN111835434B - 一种宽带频率响应的测量方法及其测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种宽带频率响应的测量方法及其测量装置，其中测量方法包括：对接收机的射频通道响应于发射信号而产生的输出信号进行第二处理，得到接收序列，其中发射信号由发射机的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生；根据ZC序列和接收序列，计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果。由于将ZC序列应用于发射机或接收机的宽带频率响应测量过程中，克服了以往利用单音信号进行扫频的局限性，提供了一种新的测量方案，不仅可以获得待测量射频通道的频率响应中的幅频特性，还可以获得待测量射频通道的频率响应中的相频特性，利于后期根据获得的幅频特性和相频特性对待测量通道进行校正和补偿。

Description

一种宽带频率响应的测量方法及其测量装置
技术领域
本发明涉及信号测试测量技术，具体涉及一种宽带频率响应的测量方法及其测量装置。
背景技术
在测试测量领域，信号发生器(包括任意波形发生器、射频信号源、矢量信号发生器等)和频谱分析仪是两种很常用的仪器设备，其中信号发生器用来产生各种频率、各种波形形状的信号，频谱分析仪用来接收和测量各种各样的信号，例如可以测量信号的功率(幅度)、频率、相位、带宽等，甚至可以对信号进行各种调制解调分析。这些仪器设备中往往包含模拟信号通道和数字信号通道，而模拟信号通道中设有大量的模拟器件，比如放大器、滤波器、混频器等等，由这些模拟器件构成的模拟电路的幅度—频率响应曲线(简称为幅频特性响应)一般都是不平坦的，并且会随着环境的改变(温度、湿度等)发生改变，因此需要预先获取各个频率点上的频率响应数据(即频响数据)，对输入信号或者输出信号的幅度、相位等参数进行相应的补偿，以达到精确测量的目的，也可以将这个过程称之为仪器设备的校准过程。
比如，在射频信号源的校准过程中，一般都是采用扫频方法来测量模拟通道的宽带频率响应，然后对逐个频点进行校准。构建控制器(如PC机或者其它控制设备)、信号发生器(待校准射频信号源)和接收机(如频谱分析仪、功率计、万用表，需是经过校准的精密仪器)相互连接的测量系统，控制器通过下发脚本或者命令来控制信号发生器和接收机进行工作，使它们在任一时刻都工作在相同频率上，如果接收机为万用表则无需设置相同频率；信号发生器以扫频方式输出单音信号(即单一频率的纯正弦信号)，接收机对单音信号进行测量，且接收机的中心频率则跟随信号发生器的输出频率，控制器记录接收器测量得到的幅度值或者功率值。当信号发生器完成一次全频段的扫描，控制器中便记录得到各个频点对应的幅度数据，从而得到一条幅度—频率响应曲线，这条曲线反映了信号发生器中模拟通道的幅频响应的特征。此外，控制器最后求出幅频响应数据的倒数，作为信号发生器中各个频率点对应的补偿值，由此就可以得到一条补偿曲线并存储于信号发生器中，之后，信号发生器在正常使用过程中产生信号时，读出相应频点的补偿值并对输出幅度进行相应补偿，从而输出比较精确、平稳的单音信号。
在采取扫频方法来获取模拟通道的频率响应时，还存在一些技术问题。一方面，扫频方法需要采取等间隔扫频，频率步进的大小既影响幅频响应测量的速度，也影响测量精度和最终的校准精度，如果扫频频率步进设置的太小，则获取模拟通道的幅频响应时所花费时间就比较长，影响测量和校准效率，而如果扫频步进置的太大，则得到的幅频特性响应曲线就可能无法代表真实的通道特性；另一方面，这种用单音信号作为校准信号的方法，仅能获取模拟通道的幅频响应，而无法获取模拟通道的相频响应。此外，还存在第三方面的技术问题，这种基于单音信号的扫频方法，对于模拟通道中的放大器、滤波器、混频器等模拟器件，无法有效获取其宽带幅频特性和相频特性，例如对于一些诸如高阶QAM信号的高阶宽带调制信号，模拟通道的轻微的幅度不平坦以及非线性的相位都会使信号质量下降，导致发射的信号或者接收的信号无法解调；具体地，在测量一个带宽为2Δf(如[fc-Δf,fc+Δf])的模拟通道的频率响应时，若使用基于单音信号的扫频方式，由于信号发生器或者接收机中的混频器始终工作在中心频率fc上，因此每次都只能获取到中心频率处的幅频特性，而无法获取带宽内其他频率点上的幅频特性。
再比如，另外一种现有技术是采用白噪声作为信号源来测量模拟通道的宽带频率响应，这种方法利用了白噪声的功率谱密度在全频段均匀分布的特性，在接收机中对采集的经过被测通道的噪声信号进行功率谱估计，需要使用多次估计结果的平均值才能得到近似的幅频响应，并且不能获取模拟通道的相频响应。这种测量方法也存在着一些问题，由于白噪声的功率谱仅仅具有均匀分布的特征，其频谱的幅频特性本身并不是平坦的，而是呈现“噪声”特性，因此利用白噪声实现模拟通道的频率响应，需要非常大次数的平均处理，不适合实际应用，尤其对于宽带高阶调制信号的应用场合。
发明内容
有鉴于此，本发明主要解决的技术问题是如何克服现有宽带频率响应测量方法的不足，以及如何保证宽带频率响应测量的完整性和高效性。
根据第一方面，一种实施例中提供一种宽带频率响应的测量方法，包括：
对接收机的射频通道响应于发射信号而产生的输出信号进行第二处理，得到接收序列；其中所述发射信号由发射机的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生；
根据所述ZC序列和所述接收序列，计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果；其中待测量的射频通道为所述发射机的射频通道、接收机的射频通道或者相结合的射频通道。
所述发射信号由发射机的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生，包括：所述第一处理包括快速傅里叶逆变换和数模转换；所述发射机的射频通道的处理操作包括混频、放大、滤波和调制的一种或多种处理方式。
所述对接收机的射频通道响应于发射信号而产生的输出信号进行第二处理，得到接收序列，包括：所述第二处理包括模数转换、数字下变频和快速傅里叶变换；所述接收机的射频通道的处理操作包括变频、放大、滤波和解调的一种或多种处理方式。
所述根据所述ZC序列和所述接收序列，计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果，包括：对所述ZC序列进行共轭处理，得到参考序列，所述参考序列的长度小于或等于所述接收序列的长度；将所述参考序列中的各个数值与所述接收序列中任意一段等长度的各个数值进行对应相乘，将对应相乘后的结果作为待测量的射频通道的频率响应测量结果，所述频率响应测量结果包括幅频特性结果和相频特性结果。
当所述发射机的射频通道经过校准时，则计算得到的是所述接收机的射频通道的频率响应测量结果；当所述接收机的射频通道经过校准时，则计算得到的是所述发射机的射频通道的频率响应测量结果；当所述发射机的射频通道和所述接收机的射频通道均未经过校准时，则计算的是相结合的射频通道的频率响应测量结果；所述发射机的射频通道和所述接收机的射频通道均为模拟通道。
所述的测量方法还包括幅频估计步骤，所述幅频估计步骤包括：
确定所述接收机的射频通道的带宽以及所述ZC序列的带宽，所述接收机的射频通道的带宽大于所述ZC序列的带宽；按照所述ZC序列的带宽宽度对所述接收机的射频通道的总测量频率范围进行连续分段，逐一计算得到所述接收机的射频通道上每一段带宽对应的频率响应测量结果以及每一段带宽内中心频点对应的幅频特性结果；对于每一段带宽内的中心频点和相邻一段带宽内的中心频点之间的任意一个频点，根据这两段带宽分别对应的幅频特性结果进行对应幅值之间的线性插值，估计得到以该频点为中心频点时对应的幅频特性结果。
估计得到频点fc为中心频点时对应的幅频特性结果中每一个频点对应的幅值，用公式表示为：
Figure BDA0002033006350000031
其中，fc为一段带宽内的中心频点fk和相邻一段带宽内的中心频点fk+1之间的任意一个频点，下标k为所述射频通道上每一段带宽的序号，ck,n为中心频点fk对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，ck+1,n为中心频点fk+1对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，cc,n为中心频点fc对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，L为每一段带宽内所有频点的数目。
根据第二方面，一种实施例中提供一种宽带频率响应的测量装置，包括：
发射机，用于通过自身的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生一发射信号；
接收机，自身的射频通道与所述发射机的射频通道连接，用于通过自身的射频通道响应于所述发射信号而产生一输出信号；
测量设备，与所述发射机和所述接收机连接，用于产生ZC序列且将所述ZC序列经第一处理后传输至所述接收机的射频通道，用于从所述接收机的射频通道获取所述输出信号且进行第二处理后得到接收序列，还用于根据所述ZC序列和所述接收序列计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果；其中待测量的射频通道为所述发射机的射频通道、接收机的射频通道或者相结合的射频通道。
所述测量设备包括发生单元、获取单元和计算单元；
所述发生单元与所述发射机的射频通道连接，用于产生所述ZC序列且在所述ZC序列经快速傅里叶逆变换和数模转换后而产生所述发射信号；
所述获取单元与所述接收机的射频通道连接，用于对所述接收机的射频通道响应于所述发射信号而产生的输出信号进行模数转换、数字下变频和快速傅里叶变换后得到所述接收序列；
所述计算单元与所述获取单元和所述发生单元连接，用于将所述接收序列与所述ZC序列进行比较计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果；所述计算单元包括共轭处理模块、相关运算模块和幅频估计模块；
所述共轭处理模块用于对所述ZC序列进行共轭处理，得到参考序列，所述参考序列的长度小于或等于所述接收序列的长度；
所述相关运算模块用于将所述参考序列中的各个数值与所述接收序列中任意一段等长度的各个数值进行对应相乘，将对应相乘后的结果作为所述射频通道的频率响应测量结果，所述频率响应测量结果包括幅频特性结果和相频特性结果。
所述幅频估计模块用于实现以下计算：确定所述接收机的射频通道的带宽以及所述ZC序列的带宽，所述接收机的射频通道的带宽大于所述ZC序列的带宽；按照所述ZC序列的带宽宽度对所述接收机的射频通道的总测量频率范围进行连续分段，逐一计算得到所述接收机的射频通道上每一段带宽对应的频率响应测量结果以及每一段带宽内中心频点对应的幅频特性结果；对于每一段带宽内的中心频点和相邻一段带宽内的中心频点之间的任意一个频点，根据这两段带宽分别对应的幅频特性结果进行对应幅值之间的线性插值，估计得到以该频点为中心频点时对应的幅频特性结果。
本申请的有益效果是：
依据上述实施例的一种宽带频率响应的测量方法及其测量装置，其中测量方法包括：对接收机的射频通道响应于发射信号而产生的输出信号进行第二处理，得到接收序列，其中发射信号由发射机的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生；根据ZC序列和接收序列，计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果。第一方面，由于将ZC序列应用于发射机或接收机的宽带频率响应测量过程中，克服了以往利用单音信号进行扫频的局限性，提供了一种新的测量方案，不仅可以获得待测量射频通道的频率响应中的幅频特性，还可以获得待测量射频通道的频率响应中的相频特性，利于后期根据获得的幅频特性和相频特性对待测量通道进行校正和补偿；第二方面，由于采用ZC序列可以一次性获得几兆到上百兆的带宽，ZC序列可以预先生成且存储起来以供读取，如此可实现调用简单、处理速度快的优点，避免了以往扫频方法中等间隔扫频所带来的浪费时间问题；第三方面，采用ZC序列有利于一次性地把一定带宽宽度的频率响应全部测量出来，快速获得宽带射频通道上任意中心频点处对应的频率响应测量结果，避免了现有扫频法每次只能获得一个频点的频率响应时引起的繁琐操作问题。第四方面，由于采取多段频率响应进行拼接来获得全频段的幅度特性，可有效解决传统的扫频法或者白噪声法获取模拟通道幅频特性时数据不全或者频率响应处理速度慢的问题；第五方面，通过幅频估计步骤对相邻段带宽分别对应的幅频特性结果进行对应幅值之间的线性插值，可对全频段上的任意频点进行频率响应测量，更利于获得各中心频点之外的频点为中心位置处所对应的宽带幅频特性。
附图说明
图1为一种实施例中宽带频率响应的测量装置的结构框图；
图2为一种实施例中宽带频率响应的测量装置的结构详图；
图3为另一种实施例中宽带频率响应的测量装置的结构详图；
图4为一种实施例中宽带频率响应的测量装置的流程图；
图5为获取接收序列的流程图；
图6为根据接收序列和ZC序列获得频率响应测量结果的流程图；
图7为另一种实施例中具有幅频估计步骤的流程图；
图8为一种实施例中ZC序列的频率-模值关系示意图；
图9为一种实施例中幅频特性响应曲线的频率-幅度关系示意图；
图10为一种实施例中相频特性响应曲线的频率-弧度关系示意图；
图11为多段带宽内中心频点对应的幅频特性结果的示意图；
图12为频点fc为中心频点时对应的幅频特性结果中频点cc,n对应的幅值的计算原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
为清楚、准确理解本申请的技术方案，这里将对一些技术术语进行说明。
宽带(Broadband)，是一种相对的描述方式，是指信号包含的或者处理器能够同时处理的较宽频率范围。频率的范围愈大，即带宽(带宽是指信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围)愈高时，能够发送的数据量也相对增加。
频率响应，由幅频特性和相频特性组成，其中幅频特性是指输入信号幅度固定且输出信号的幅度随频率变化而变化的规律，常表示增益的增减同信号频率的关系；相频特性是指输出信号与输入信号之间相位差随信号频率变化而变化的规律，通常表示不同信号频率下的相位畸变关系。根据频率响应可以比较直观地评价系统复现信号的能力和过滤噪声的性能，可以比较方便地分析系统的稳定性和其他运动特性。那么，引入适当形式的校正装置可以调整频率响应的特性，使系统的性能得到改善。
ZC序列，是一种特殊的频域复序列，具备以下特性：(1)恒包络特性，任意长度的ZC序列的模值恒定；(2)理想的周期自相关特性，任意ZC序列移位n位后，n不是ZC序列的周期的整倍数时，移位后的序列与原序列不相关；(3)良好的互相关特性，互相关和部分相关值接近于0；(4)低峰均比特性，任意ZC序列组成的信号，其峰值与其均值的比值很低；(5)傅里叶变换后仍然是ZC序列，任意ZC序列经过傅里叶正反变化后仍然是ZC序列。ZC序列可分为两大类，第一类由基础序列经过循环移位产生；第二类利用ZC序列的DFT(离散傅里叶变换)变换仍然为ZC序列的特性来简化PRACH信号(物理随机接入信道的信号)的计算量，先将ZC序列经过DFT变换后再做IFFT(快速傅里叶逆变换)变换生成而生成。由于ZC序列具备这些优良特性，在LTE无线通信系统中，也用ZC序列来作为同步信号或者参考信号，以实现无线信道估计。
数字下变频(Digital Down Converters，简称DDC)，是指将中频信号与数字控制振荡器(NCO)产生的载波信号进行混频，再经过低通滤波器得到基带信号，实现了下变频功能，其目的是经过数字混频将AD采集的中频数字信号频谱下变频到基带信号，然后完成抽取滤波恢复原始信号。数字下变频时采用数字信号技术来实现下变频的，它包含数字滤波、正交变换、采样、抽取等算法，主要组成部分包括：数控振荡、数字混频、采样抽取、数字滤波。目前受ADC(模数转换器)和DSP(数字信号处理器)发展水平的限制，直接在很高频的射频端进行AD变换再进行数字信号处理非常困难，会存在超高采样率、样本点数巨大、处理时间长等问题，而采用DDC将信号变频到基带，再使用更低的速率进行重采样，就能减小数据量，提高DSP的效率。
下面将结合实施例对本申请的技术方案做具体说明。
实施例一、
请参考图1，本申请公开一种宽带频率响应的测量装置4，其主要包括发射机41、接收机42和测量设备43，下面分别说明。
发射机41包括射频通道，用于通过自身的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生发射信号。
接收机42也包括一个射频通道，自身的射频通道与发射机41的射频通道连接，用于通过自身的射频通道响应于发射信号而产生输出信号。
测量设备43与发射机41和接收机42连接，用于产生ZC序列且将该ZC序列经第一处理后传输至接收机的射频通道，用于从接收机的射频通道获取输出信号且进行第二处理后得到接收序列；此外，还用于根据ZC序列和接收序列计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果，其中待测量的射频通道为发射机41的射频通道、接收机42的射频通道或者相结合的射频通道。
在一具体实施例中，参见图2，测量设备43包括发生单元431、获取单元432和计算单元433，分别说明如下。
发生单元431与发射机41的射频通道连接，用于产生一ZC序列且根据该ZC序列生成预设带宽的第一数字信号，还用于将第一数字信号进行快速傅里叶逆变换(IFFT，目的是将频域信号转换为时域信号)和数模转换(DAC)以得到第一模拟信号，以使得发射机41的射频通道响应于该第一模拟信号而产生一发射信号。需要说明的是，发射机41的射频通道包括混频、放大、滤波和调制的一种或多种处理方式。
获取单元432与接收机42的射频通道连接，用于获取接收机42的射频通道响应于发射信号而产生的第二模拟信号，用于对第二模拟信号进行模数转换(ADC)和数字下变频(DDC)，得到第二数字信号，还用于对第二数字信号进行快速傅里叶变换(FFT，目的是将时序信号转换为频域信号)以得到接收序列。需要说明的是，接收机42的射频通道包括变频、放大、滤波和解调的一种或多种处理方式。
计算单元433与获取单元432和发生单元431连接，用于将接收序列与ZC序列进行比较，计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果，其中待测量的射频通道为所述发射机41的射频通道、接收机42的射频通道或者相结合的射频通道。
在本实施例中，发生单元431包括ZC序列产生模块4311、快速傅里叶逆变换模块4312和数模转换模块4313，获取单元432包括模数转换模块4321、数字下变频器模块4322和快速傅里叶变换模块4323。那么，发生单元431的ZC序列产生模块4311产生ZC序列，在ZC序列经过快速傅里叶逆变换模块4312和数模转换模块4313之后得到第一模拟信号；获取单元432获取接收机42的射频通道输出的第二模拟信号，在第二模拟信号经过模数转换模块4321和数字下变频模块4322之后得到第二数字信号，在第二数字信号经过快速傅里叶变换模块4323之后得到接收序列。
在本实施例中，计算单元433包括共轭处理模块4331和相关运算模块4332。那么，一方面，共轭处理模块4331用于对ZC序列产生模块4311产生的ZC序列进行共轭处理，得到参考序列，参考序列的长度小于或等于接收序列的长度，这是因为ZC序列的带宽往往小于射频通道的带宽；另一方面，相关运算模块4332用于将参考序列中的各个数值与接收序列中任意一段等长度的各个数值进行对应相乘，将对应相乘后的结果作为射频通道的频率响应测量结果，频率响应测量结果包括幅频特性结果和相频特性结果。
进一步地，计算单元433还包括与相关运算模块4332连接的幅频估计模块4333，该幅频估计模块4333用于实现以下计算：确定接收机42的射频通道的带宽以及ZC序列的带宽，接收机42的射频通道的带宽大于ZC序列的带宽；按照ZC序列的带宽宽度对接收机42的射频通道的总测量频率范围进行连续分段，逐一计算得到接收机42的射频通道上每一段带宽对应的频率响应测量结果以及每一段带宽内中心频点对应的幅频特性结果；对于每一段带宽内的中心频点和相邻一段带宽内的中心频点之间的任意一个频点，根据这两段带宽分别对应的幅频特性结果进行对应幅值之间的线性插值，估计得到以该频点为中心频点时对应的幅频特性结果。
在另一个具体实施例中，参见图3，发生单元431还包括重采样模块4312，设置于快速傅里叶逆变换模块4312(即IFFT模块)和数模转换模块4313(DAC模块)之间，用于对快速傅里叶逆变换模块4312输出的信号的采样率进行转换，使得数模转换模块4313适应于当前的采样率。此外，获取单元432还包括重采样模块4324，设置于数字下变频模块4322(即DDC模块)和快速傅里叶模块4323(即FFT模块)之间，用于对数字下变频模块4322输出的第二数字信号的采样率进行转换，使得快速傅里叶模块4323适应于当前的采样率。
在本实施例中，当发射机41的射频通道经过校准时，则计算得到的是接收机42的射频通道的频率响应测量结果，即发射机41的模拟通道不会对经过的第一模拟信号造成畸变、衰减、放大等影响，而接收机42的射频通道可能会对第一模拟信号造成影响。当接收机42的射频通道经过校准时，则计算得到的是发射机41的射频通道的频率响应测量结果，即发射机41的模拟通道可能会对经过的第一模拟信号造成畸变、衰减、放大等影响，而接收机42的射频通道不会对第一模拟信号造成影响。当发射机41的射频通道和接收机42的射频通道均未经过校准时，则计算的是相结合的射频通道的频率响应测量结果，即发射机41的射频通道和接收机42的射频通道均可能会对第一模拟信号造成畸变、衰减、放大等影响。
本领域的技术人员应当理解，一个带宽信号可包含有多个频率分量的信号，这些信号经过未经校准的射频通道时，有些信号的频率分量可能会被放大，有些信号的频率分量可能被衰减，有些信号的频率分量可能发生了畸变(如信号的相位发生改变)；而校准后的射频通道接近于理想通道的状态，对输入信号中各种频率分量的信号的改变是线性的、并且一致的，即通道的频率响应是理想变化的，理想通道应该在指定的频率范围内具有恒定的幅频特性，而相位则具有线性相位特性，从而保证不同频率的信号分量经过射频通道后的延时相同。
在本实施例中，发射机41的射频通道和接收机42的射频通道可以是数字通道，也可以是模拟通道。如果为数字通道，则发生单元431将不再包括数模转换模块4313(即DAC模块)，且获取单元432将不再包括模数转换模块4321(即ADC模块)。优选地，本实施例中发射机41的射频通道和接收机42的射频通道均为模拟通道，支持第一模拟信号经两个模拟通道后输出为第二模拟信号，期间，第一模拟信号可能受到其中一个或两个模拟通道的影响而发生变化，使得第二模拟信号与第一模拟信号之间存在幅频或者相频方面的差异。
在本实施例中，为保证发射机41和接收机42之间模拟信号的同步传输能力，为发射机41和接收机42提供同一时钟信号，实现两者之间的时钟同步，有选地实现两个射频通道之间的时钟同步。
需要说明的是，本实施例中提及的发射机41和接收机42可以根据实际需求而灵活构成，例如，为发射机41的射频通道和接收机42的射频通道提供锁相环(PLL)，如此来稳定射频通道的工作频率。再例如，将快速傅里叶逆变换模块4312和数模转换模块4313设置于发射机41中，使得发生单元431仅保留ZC序列产生模块4311；或者，将模数转换模块4321和数字下变频模块4322设置于接收机41中，使得获取单元432仅保留快速傅里叶变换模块4323。本领域的技术人员应当理解，本实施例中各个功能单元中模块的构成方式仅用于解释本实施例的技术方案，并不是对各个功能单元的结构限制，用户可根据实际需要而自由设置。
实施例二、
请参考图4，在实施例一中公开的测量装置4的基础上，本申请提出一种宽带频率响应的测量方法，其主要包括步骤S100-S200。
步骤S100，对接收机42的射频通道响应于发射信号而产生的输出信号进行第二处理，得到接收序列；其中发射信号由发射机41的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生。在一具体实施例中，见图5，步骤S100可包括步骤S110-S160，分别说明如下。
接下来将通过步骤S110-S130详细说明由发射机的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生发射信号的过程。
步骤S110，可参见图2，ZC序列产生模块4311根据ZC序列生成预设带宽的第一数字信号。
在本实施例中，ZC序列具有恒包络特性，具备理想的周期自相关特性和良好的互相关特性，并且在傅里叶正变换(FFT)或傅里叶逆变换(IFFT)之后依旧是ZC序列，ZC序列定义如下：
zc(k)＝exp(-jπRk(k+1)/L),k＝0,1,...,L-1
公式中，R表示ZC序列的根序号，L为序列中频点的总数，其中L必须为质数，并且L和R的最大公约数为1。假设ZC序列对应的采样率为fs，IFFT点数为N(其中N≥L)，那么ZC序列对应的带宽为L/N*fs。例如，假设N＝2048，L＝1317，fs＝200MHz，那么ZC序列对应的带宽为128.6MHz。请参见图8中示意的ZC序列，其幅度也是绝对平坦的，幅度模值固定为1，当作为频域序列时，其幅度模值就代表了其频率特性，因此，当用这种序列作为参考信号的数据源时，产生的信号经过任何幅度不平坦的路径后，在接收机中采集相应的信号后就可以通过FFT处理后的数据与发射机中所用ZC序列进行共轭和相关运算，从而一次性得到整个带宽范围内的频率响应，即幅频特性和相频特性。
步骤S120，通过快速傅里叶逆变换模块4312和数模转换模块4313对第一数字信号分别进行快速傅里叶逆变换和数模转换，得到第一模拟信号。
其中，快速傅里叶逆变换的目的是将第一数字信号由频域信号转换为时域信号，方便信号通过射频通道进行传输。此外，用户可以根据实际情况决定是否对快速傅里叶逆变换后的信号进行重采样处理，以转换信号的采样率。
步骤S130，发射机41的射频通道响应于第一模拟信号而产生发射信号，本实施例中发射机41的射频通道为模拟通道，其响应于第一模拟信号的处理过程包括混频、放大、滤波和调制的一种或多种处理方式。
例如，若发射机41的射频通道具有调制的功能时，则将对第一模拟信号做调制处理，使得调制后的信号作为发射信号。
综上的步骤S110-S130，可知本实施例中提及的第一处理包括：快速傅里叶逆变换和数模转换；此外，发射机的射频通道的处理操作包括：混频、放大、滤波和调制的一种或多种处理方式。
接下来将通过步骤S140-S160详细说明对接收机的射频通道响应于发射信号而产生的输出信号进行第二处理以得到接收序列的过程。
步骤S140，可参见图2，接收机42的射频通道响应于发射信号得到第二模拟信号，本实施例中接收机42的射频通道为模拟通道，其响应于发射信号的处理过程包括变频、放大、滤波和解调的一种或多种处理方式。例如，若发射信号为调制后的信号，则接收机42的射频通道可具备解调的功能，则对发射信号进行解调处理后得到第二模拟信号。
步骤S150，通过模数转换模块4321、数字下变频模块4322对第二模拟信号依次进行模数转换和数字下变频，得到第二数字信号。
需要说明的是，数字下变频(DDC)的目的是将频率较高的中频数字信号下变到频率较低的低频数字信号，便于后期的计算处理。此外，用户可以根据实际情况决定是否对数字下变频后的信号进行重采样处理，以转换信号的采样率。
步骤S160，可参见图2，借助快速傅里叶变换模块4323对第二数字信号进行快速傅里叶变换以得到接收序列。
综上的步骤S140-S160，可知本实施例中提及的第二处理包括：模数转换、数字下变频和快速傅里叶变换；此外，接收机的射频通道的处理操作包括：变频、放大、滤波和解调的一种或多种处理方式。
步骤S200，根据ZC序列和接收序列，计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果；其中待测量的射频通道为发射机41的射频通道、接收机42的射频通道或者相结合的射频通道。在一具体实施例中，见图6，步骤S200可包括步骤S210-S220，分别说明如下。
步骤S210，见图2，通过共轭处理模块4331对ZC序列进行共轭处理，得到参考序列，本实施例中，由于射频通道的带宽很大，使得参考序列的长度小于或等于接收序列的长度。
步骤S220，见图2，通过相关运算模块4332将参考序列中的各个数值与接收序列中任意一段等长度的各个数值进行对应相乘，将对应相乘后的结果作为待测量的射频通道的频率响应测量结果，可用频率响应数据H(ejw)来表示，这里的频率响应测量结果包括幅频特性结果和相频特性结果。
需要说明的是，频率响应数据H(ejw)中的w表示频率(2*π*f)，一般为复数形式，其模值则为幅频特性的数值，而其相位则为相频特性的数值。通常，在一定频率范围内幅度特性的数值是恒定的，而相位特性的数值随频率呈线性关系。
例如，若发射机41的射频通道和接收机42的射频通道能够分别支持带宽为60MHz的宽带信号的输入和输入，且ZC序列的采样率为108.8MHz、总带宽为70MHz，设定两个射频通道分别实现调制和解调的处理功能，且发射机41的射频通道经过校准。那么，相关运算模块4332对相关的参考序列和接收序列处理之后就可得到图9中幅频特性对应的响应曲线，以及得到图10中相频特性对应的响应曲线。
在本实施例中，当发射机41的射频通道经过校准时，则计算得到的是接收机42的射频通道的频率响应测量结果；当接收机42的射频通道经过校准时，则计算得到的是发射机41的射频通道的频率响应测量结果；当发射机41的射频通道和接收机42的射频通道均未经过校准时，则计算的是相结合的射频通道的频率响应测量结果。此外，本实施例中发射机41的射频通道和接收机42的射频通道均为模拟通道。
需要说明的是，该频率响应测量结果可以通过幅频特性响应曲线和相频特性响应曲线进行展示，正常情况下幅频特性响应曲线和相频特性响应曲线均是是线性连续变化的，如果其中一个响应曲线上发生了突变，则表明突变处频点对应的幅频或相频发生了变化，这种变化指示待测量的射频通道在该频点处存在畸变、衰减或放大的影响，可以通过幅频或相频的变化数值对待测量的射频通道进行频率响应的校正。
在另一个实施例中，本申请的测量方法还包括幅频估计步骤S300，该步骤主要目的是估计得到任意一个频点处对应的幅频特性结果。请参考图7，步骤S300可包括步骤S310-S340，
步骤S310，参见图2，通过幅频估计模块4333来确定接收机42的射频通道的带宽以及ZC序列的带宽，由于往往要求射频通道能够通过带宽很大的宽带信号，因此这里使得接收机42的射频通道的带宽大于ZC序列的带宽。
步骤S320，按照ZC序列的带宽宽度对接收机42的射频通道的总测量频率范围进行连续分段，逐一计算得到所述接收机42的射频通道上每一段带宽对应的频率响应测量结果以及每一段带宽内中心频点对应的幅频特性结果。
例如，设置接收机42的射频通道的带宽为0～3GHz，设置ZC序列的带宽为100MHz，那么在间隔为100MHz的频点上，采取基于100MHz的带宽宽度逐一计算每一段带宽对应的频率响应测量结果。如此，因此整个3GHz的频率范围内只需要按照步骤S100-S200重复30次同样的处理过程即可，最终得到30组频率响应测量结果，可用图11进行表示，其中f0、f1、...、fQ表示每一段带宽内的中心频点，各个中心频点对应幅频特性响应曲线分别为c0、c1、...、cQ，其中下标Q表示中心频点的总个数。
步骤S330，判断是否对接收机42的射频通道上每段带宽对应的频率响应测量结果计算完成，若是则进入步骤S340，若否则进入步骤S100以继续计算下一段带宽对应的频率响应测量结果。
步骤S340，对于每一段带宽内的中心频点和相邻一段带宽内的中心频点之间的任意一个频点，根据这两段带宽分别对应的幅频特性结果进行对应幅值之间的线性插值，估计得到以该频点为中心频点时对应的幅频特性结果。
例如，参见图12，频点fc位于任意两个中心频点fk与fk+1之间，则可以用幅频特性响应曲线ck和ck+1来估计得到fc对应的幅频特性结果。那么，估计得到频点fc为中心频点时对应的幅频特性结果中每一个频点对应的幅值，用公式表示为：
Figure BDA0002033006350000141
其中，fc为一段带宽内的中心频点fk和相邻一段带宽内的中心频点fk+1之间的任意一个频点，下标k为所述射频通道上每一段带宽的序号，ck,n为中心频点fk对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，ck+1,n为中心频点fk+1对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，cc,n为中心频点fc对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，L为每一段带宽内所有频点的数目。
在本实施例中，将估计得到的每一个频点对应的幅值进行统计，得到fc为中心频点时对应的幅频特性结果。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种宽带频率响应的测量方法,其特征在于，包括：
对接收机的射频通道响应于发射信号而产生的输出信号进行第二处理，得到接收序列；其中所述发射信号由发射机的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生；
根据所述ZC序列和所述接收序列，计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果包括：对所述ZC序列进行共轭处理，得到参考序列，所述参考序列的长度小于或等于所述接收序列的长度，将所述参考序列中的各个数值与所述接收序列中任意一段等长度的各个数值进行对应相乘，将对应相乘后的结果作为待测量的射频通道的频率响应测量结果，所述频率响应测量结果包括幅频特性结果和相频特性结果；
所述待测量的射频通道为所述发射机的射频通道、接收机的射频通道或者相结合的射频通道；
所述第一处理包括：快速傅里叶逆变换和数模转换；所述发射机的射频通道的处理操作包括：混频、放大、滤波和调制的一种或多种处理方式；
所述第二处理包括：模数转换、数字下变频和快速傅里叶变换；所述接收机的射频通道的处理操作包括：变频、放大、滤波和解调的一种或多种处理方式。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，
当所述发射机的射频通道经过校准时，则计算得到的是所述接收机的射频通道的频率响应测量结果；
当所述接收机的射频通道经过校准时，则计算得到的是所述发射机的射频通道的频率响应测量结果；
当所述发射机的射频通道和所述接收机的射频通道均未经过校准时，则计算的是相结合的射频通道的频率响应测量结果；
所述发射机的射频通道和所述接收机的射频通道均为模拟通道。
3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，还包括幅频估计步骤，所述幅频估计步骤包括：
确定所述接收机的射频通道的带宽以及所述ZC序列的带宽，所述接收机的射频通道的带宽大于所述ZC序列的带宽；
按照所述ZC序列的带宽宽度对所述接收机的射频通道的总测量频率范围进行连续分段，逐一计算得到所述接收机的射频通道上每一段带宽对应的频率响应测量结果以及每一段带宽内中心频点对应的幅频特性结果；
对于每一段带宽内的中心频点和相邻一段带宽内的中心频点之间的任意一个频点，根据这两段带宽分别对应的幅频特性结果进行对应幅值之间的线性插值，估计得到以该频点为中心频点时对应的幅频特性结果。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，估计得到频点f c为中心频点时对应的幅频特性结果中每一个频点对应的幅值，用公式表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，f c为一段带宽内的中心频点f k和相邻一段带宽内的中心频点f k+1之间的任意一个频点，下标k为所述射频通道上每一段带宽的序号，c k,n为中心频点f k对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，c k+1,n为中心频点f k+1对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，c c,n为中心频点f c对应的幅频特性结果中第n个频点对应的幅值，L为每一段带宽内所有频点的数目；
将估计得到的每一个频点对应的幅值进行统计，得到f c为中心频点时对应的幅频特性结果。
5.一种宽带频率响应的测量装置，其特征在于，包括：
发射机，用于通过自身的射频通道响应于ZC序列经第一处理后得到的信号而产生发射信号；
接收机，自身的射频通道与所述发射机的射频通道连接，用于通过自身的射频通道响应于所述发射信号而产生输出信号；
测量设备，包括发生单元、获取单元和计算单元；
所述发生单元与所述发射机的射频通道连接，用于产生所述ZC序列且在所述ZC序列经快速傅里叶逆变换和数模转换后而产生所述发射信号；
所述获取单元与所述接收机的射频通道连接，用于对所述接收机的射频通道响应于所述发射信号而产生的输出信号进行模数转换、数字下变频和快速傅里叶变换后得到接收序列；
所述计算单元与所述获取单元和所述发生单元连接，用于根据所述接收序列与所述ZC序列计算得到待测量的射频通道的频率响应测量结果；所述计算单元包括共轭处理模块、相关运算模块；
所述共轭处理模块用于对所述ZC序列进行共轭处理，得到参考序列，所述参考序列的长度小于或等于所述接收序列的长度；
所述相关运算模块用于将所述参考序列中的各个数值与所述接收序列中任意一段等长度的各个数值进行对应相乘，将对应相乘后的结果作为所述射频通道的频率响应测量结果，所述频率响应测量结果包括幅频特性结果和相频特性结果。
6.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述计算单元还包括幅频估计模块；
所述幅频估计模块用于执行以下计算：确定所述接收机的射频通道的带宽以及所述ZC序列的带宽，所述接收机的射频通道的带宽大于所述ZC序列的带宽；按照所述ZC序列的带宽宽度对所述接收机的射频通道的总测量频率范围进行连续分段，逐一计算得到所述接收机的射频通道上每一段带宽对应的频率响应测量结果以及每一段带宽内中心频点对应的幅频特性结果；对于每一段带宽内的中心频点和相邻一段带宽内的中心频点之间的任意一个频点，根据这两段带宽分别对应的幅频特性结果进行对应幅值之间的线性插值，估计得到以该频点为中心频点时对应的幅频特性结果。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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