CN112054976A - 一种超宽带多信道信号并行处理分析方法及系统 - Google Patents

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徐健
邵华君
赵金龙
蒋国庆
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Abstract

本发明公开了一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，包括以下步骤，S1.对原始数据进行抽取，形成M路并行的采样数据；S2.选择合适的FFT点数；S3.将N点FFT运算结果，根据其所在通道，与旋转因子进行复数乘法；S4.将N点FFT运算结果，根据其所在通道和样点序号，与旋转因子进行复数乘法；S5.将各个通道的数据进行交织，进行FFT运算，得到M路并行的信号频谱；S6.将M路并行的信号频谱进行拼接，得到最终结果。其优点在于，通过多路并行的方式，并进行实时多路交织运算，有效的实现了大带宽的实时频谱分析，能够在有限的硬件运行速度下，实现远超其运行速度限制的大带宽信号的多通道并行运算分析。

Description

一种超宽带多信道信号并行处理分析方法及系统
技术领域
本发明属于信号检测处理领域，具体涉及一种超宽带多信道信号并行处理分析方法。
背景技术
随着技术的进步，现代无线通信的发展，给信号的检测和分析带来了巨大的挑战。例如电台、卫星通信、数据链端机等宽带无线通信装备发射和接收的宽带信号的检测和分析问题。越来越广泛的无线通信应用，导致信号具有时变特性也存在大量短暂发生事件，同时信号的带宽也变得越来越大。由于要满足信号处理的实时性要求，需要在FPGA硬件中进行信号分析。但受限于FPGA内部处理时钟频率的限制，现有的信号检测和分析方法已经显得力不从心，由于其在进行分析时需要以一定步进对整个分析带宽进行扫描遍历，其扫描时间可长达几十秒，在扫描过程中经常会遗漏当前扫描频段以外出现的重要瞬时信号，无法观测全频段信息。
发明内容
基于上述问题，本申请提供一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，使用多路信号并行处理的方式，分析带宽大，实时性强，同时计算整个分析频率范围内的信号频谱，而不是通过计算多个窄带频谱拼接的方式，降低了超短带信号分析运行需要的时钟速率，能够分析同一时刻整个频段范围内多个信道的信号分布情况。其技术内容为，
一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，包括以下步骤，
S1.对原始数据进行延时和抽取，形成M路并行的采样数据，即M个通道；
S2.根据要处理的信号带宽和分辨率带宽，选择合适的FFT点数，即N*M；
S3.每路数据进行N点的FFT运算；
S4.将N点FFT运算结果，根据其所在通道和样点序号，与旋转因子进行复数乘法；
S5.将步骤S4中各个通道的数据进行交织，进行实时的M点的FFT运算的输出融合，得到M路并行的信号频谱；
S6.将M路并行的信号频谱进行拼接，得到最终结果。
进一步的，所述步骤S3中，每路的数据单独运算，不进行交织。
进一步的，所述步骤S4中，所述旋转因子根据并行的路数和当前采样点在当前路的序号进行运算，各路复数乘法使用的旋转因子为正常旋转因子与当前路序号的乘积
进一步的，步骤S2-S5中，每路输出的N个结果是整个频谱的一个连续部分，最后实现频谱拼接，得到完整的超宽带频谱。
进一步的，步骤S4中，并行输入的M路数据进行经典的M点FFT蝶形运算，得到的M路输出数据即为交织后的并行信号频谱。
一种超宽带多信道信号并行处理分析系统，包括接收模块、控制模块、时钟模块、流水结构FFT模块、乘法模块、多通道输出融合模块、频域输出模块；所述接收模块用于接收和传递AD采集的数据；所述控制模块负责时钟模块、流水结构FFT模块、乘法模块、多通道输出融合模块、频域输出模块的复位和使能，时钟模块向流水结构FFT模块、乘法模块、多通道输出融合模块、频域输出模块的输出主处理时钟信号；流水结构FFT模块用于数据的运算处理，多通道输出融合模块实现最终结果的综合处理；频域输出模块获取信号的功率谱。
进一步的，所述多通道输出融合模块包括M个通道,所述通道个数与本系统内部主处理时钟的频率的乘积大于信号带宽。
有益效果
(1)多路并行的数据运行方式，能够有效降低系统的运行时钟速率，使得大带宽的多通道分析得以实现；
(2)多路并行的数据运行方式，能够有效提升数据的处理速率，完成GHz以上采样率的信号分析和检测；
(3)多路并行的数据运行方式，能够并行的输出运算结果，具有更短的频谱刷新时间，能够有效提升突发信号的检测能力。
附图说明
图1本发明原理图；
图2为8路并行FFT的流程图；
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
1.一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1.对原始数据进行延时和抽取，形成M路并行的采样数据，即M个通道；
S2.根据要处理的信号带宽和分辨率带宽，选择合适的FFT点数，即N*M；
S3.每路数据进行N点的FFT运算；每路的数据单独运算，不进行交织。
S4.将N点FFT运算结果，根据其所在通道和样点序号，与旋转因子进行复数乘法；
所述旋转因子根据并行的路数和当前采样点在当前路的序号进行运算，各路复数乘法使用的旋转因子为正常旋转因子与当前路序号的乘积；并行输入的M路数据进行经典的M点FFT蝶形运算，得到的M路输出数据即为交织后的并行信号频谱。
S5.将步骤S4中各个通道的数据进行交织，进行实时的M点的FFT运算的输出融合，得到M路并行的信号频谱；
S6.将M路并行的信号频谱进行拼接，得到最终结果。
步骤S2-S5中，每路输出的N个结果是整个频谱的一个连续部分，最后实现频谱拼接，得到完整的超宽带频谱。
例如8路数据并行4096点的FFT运算为例：
首先8路数据并行，每路512点FFT运算，得到8路并行运算结果，然后分别乘以旋转因子，最后再做8点的FFT运算，并行输出8个结果。其中每一路输出的512个结果是整个频谱的一个连续部分，因此最后能实现频谱拼接，得到完整的超宽带频谱。使用本发明的方式可以在512个时钟周期内实现4096点的超短带信号分析，更为重要的是，可以实现单路运算无法完成的GHz级大带宽的信号分析。
如在进行1GHz带宽分析时，ADC采样后的数据速率远远超出了本系统的处理时钟频率，故后续的运算中使用本发明的超宽带多信道信号并行处理，如图2所示。由于AD采样率高与本系统的处理时钟不匹配，所以将数据分成8路并行处理，实现高性能FFT运算处理。超宽带多信道信号并行处理分析系统包括接收模块、控制模块、时钟模块、流水结构FFT模块(根据选择的FFT点数可算出相应的单路FFT运算点数，本实施例为512点)、乘法模块、多通道输出融合模块(本实施例为8通道)、频域输出模块。接收模块用于接收和传递AD采集的数据，控制模块负责其他模块的复位和使能，时钟模块输出其他模块的时钟信号。512点流水结构FFT模块用于数据的运算处理，8通道输出融合模块实现最终结果的综合处理，频域输出模块获取信号的功率谱。本系统运算的中间结果不经过存储直接流向下一级外部设备，在提高处理速度的同时，节省了存储资源。
本系统内部主处理时钟的频率(一般为几百MHz)与通道数量(路数M)的乘积要大于信号带宽，否则会造成频谱混叠。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1.对原始数据进行延时和抽取，形成M路并行的采样数据，即M个通道；
S2.根据要处理的信号带宽和分辨率带宽，选择合适的FFT点数，即N*M；
S3.每路数据进行N点的FFT运算；
S4.将N点FFT运算结果，根据其所在通道和样点序号，与旋转因子进行复数乘法；
S5.将步骤S4中各个通道的数据进行交织，进行实时的M点的FFT运算的输出融合，得到M路并行的信号频谱；
S6.将M路并行的信号频谱进行拼接，得到最终结果。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，每路的数据单独运算，不进行交织。
3.根据权利要求1所述的一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述旋转因子根据并行的路数和当前采样点在当前路的序号进行运算，各路复数乘法使用的旋转因子为正常旋转因子与当前路序号的乘积。
4.根据权利要求1所述的一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，其特征在于，步骤S2-S5中，每路输出的N个结果是整个频谱的一个连续部分，最后实现频谱拼接，得到完整的超宽带频谱。
5.根据权利要求1所述的一种超宽带多信道信号并行处理分析方法，其特征在于，步骤S4中，并行输入的M路数据进行经典的M点FFT蝶形运算，得到的M路输出数据即为交织后的并行信号频谱。
6.一种超宽带多信道信号并行处理分析系统，包括接收模块、控制模块、时钟模块、流水结构FFT模块、乘法模块、多通道输出融合模块、频域输出模块；所述接收模块用于接收和传递AD采集的数据；所述控制模块负责时钟模块、流水结构FFT模块、乘法模块、多通道输出融合模块、频域输出模块的复位和使能，时钟模块向流水结构FFT模块、乘法模块、多通道输出融合模块、频域输出模块的输出主处理时钟信号；流水结构FFT模块用于数据的运算处理，多通道输出融合模块实现最终结果的综合处理；频域输出模块获取信号的功率谱。
7.根据权利要求6所述的一种超宽带多信道信号并行处理分析系统，其特征在于，所述多通道输出融合模块包括M个通道,所述通道个数与本系统内部主处理时钟的频率的乘积大于信号带宽。
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