CN116192570A - 一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，包括如下步骤：通过波形发生工具产生多音信号，归一化后利用信号源进行播放；分别对信号源及信号分析仪进行采样率和频率参数配置；采集IQ时域信号，通过对IQ时域信号进行运算得到FFT结果，根据FFT结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；根据曲线进行每个音与当前配置频率之间的幅度差和相位差运算，获得补偿滤波器频率响应，并对其进行逆傅里叶运算获得FIR补偿滤波器系数，当前采样率下当前频率校准完成；依次完成所有采样率所有频率下的校准。本发明所公开的方法可以实现幅度和相位的同步补偿，还原真实输入信号，并且减小系统的校准时间，提高校准效率。

Description

一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法
技术领域
本发明涉及属于测试技术领域，特别涉及一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法。
背景技术
在数字通信系统中，信号接收机在进行信号接收过程中需要经过衰减、放大、混频、滤波等一系列模拟及数字信号处理过程，每一项处理均不可避免的将其自身的频响特性叠加到系统的频响特性中，导致接收的信号频响与实际输入的信号频响有较大差异，无法完全还原真实输入信号；而且随着带宽的增加，频响特性也会恶化。因此有必要对通道的频响特性进行建模并补偿，以还原真实输入信号。
在信号分析仪中，频响补偿通常指幅频响应补偿，通常在某段频率范围内针对不同的幅频响应进行数学建模。首先获取信号分析带宽内多个频率点的信号幅度，利用该信号幅度得到信号分析带宽内的频响曲线，完成频响建模，然后通过对补偿频响进行逆傅里叶变换，得到FIR补偿滤波器的系数，完成幅度频响的补偿。该方法在实现过程中需要进行信号分析采样率、信号分析频率、信号发生频率三次循环执行，具体流程图如图1所示。上述传统的采用单音信号进行频响校准的方法通常是在频域进行，只能对通道的幅频特性进行补偿，无法解决因系统相频特性造成的影响。同时，为了获取通路的幅频特性曲线，校准时需要用多个单音信号(假定N个单音)进行校准，N次获取信号幅度，校准时间较长。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，以达到实现幅度和相位的同步补偿，还原真实输入信号，并且减小系统的校准时间，提高校准效率的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，包括如下步骤：
(1)通过波形发生工具产生多音信号，并进行归一化，然后利用信号源进行播放；
(2)分别对信号源及信号分析仪进行采样率参数配置，包括初始采样率、终止采样率和采样率间隔；
(3)分别对信号源及信号分析仪进行频率参数配置，包括初始频率、终止频率和频率间隔；
(4)获取幅相频响数据：通过信号分析仪采集IQ时域信号，通过对IQ时域信号进行傅里叶变换得到FFT运算结果，根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；
(5)补偿滤波器产生：根据步骤(4)中的幅度响应曲线和相位响应曲线进行每个音与当前配置频率之间的幅度差和相位差运算，保证与步骤(1)中多音信号的幅度差和相位差一致，根据每个音的幅度差和相位差获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率响应进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数，当前采样率下当前频率校准完成；
(6)判定下一个频点的频率是否大于终止频率，如果不大于，则进入步骤(3)，配置频率为下一个频点的频率；如果大于，则进入步骤(7)；
(7)判定下一个采样率是否大于终止采样率，如果不大于，则进入步骤(2)，配置采样率为下一个采样率；如果大于，则校准完成。
上述方案中，步骤(1)中，假定多音信号为N音，在播放时需将采样率归一化为1Hz，每个音的频率间隔为1/(N-1)，同时保证每个音的幅度差和相位差均为0。
上述方案中，步骤(1)中，产生的多音信号的采样率Fs配置为待补偿带宽范围，此时的频率配置为待补偿频点Fc。
上述方案中，步骤(2)中，信号源和信号分析仪的采样率保持一致，配置范围为Fs_start～Fs_stop，采样率间隔根据实际需要进行配置，初始采样率为Fs_start，终止采样率为Fs_stop。
上述方案中，步骤(3)中，信号源和信号分析仪的频率保持一致，配置范围为Freq_start～Freq_stop，频率间隔根据实际需要进行配置，初始频率为Freq_start，终止频率为Freq_stop。
上述方案中，步骤(4)中，需先根据FFT运算结果搜索到多音信号对应的频点的索引，然后根据索引获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线。
上述方案中，步骤(5)中，利用多音信号与FIR补偿滤波器系数在时域上进行卷积操作，实现对多音信号的预处理，完成宽带的幅相频响补偿。
通过上述技术方案，本发明提供的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法具有如下有益效果：
1、本发明的方法通过采用多音信号作为标准校准信号，能够在同一次采集中同时获取宽带内幅度响应和相位响应，可同时对通道的幅频及相频特性进行准确建模，实现幅度和相位的同步补偿，还原真实输入信号。
2、本发明的方法通过采用多音信号作为标准校准信号，能够在同一次采集中同时获取N个音的幅度和相位信息，与单音信号校准相比，可直接提高N倍效率，减小系统的校准时间，提高校准效率。
3、本发明的方法通过对未校准的带宽利用已校准的较大带宽内的频响数据进行曲线拟合的方法，可减小校准次数，降低校准数据量，提高校准效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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简单地介绍。
图1为现有的采用单音信号进行频响校准的方法流程图；
图2为本发明实施例所公开的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，如图2所示，包括如下步骤：
(1)通过波形发生工具产生多音信号，并进行归一化，然后利用信号源进行播放；
假定多音信号为N音，在播放时需将采样率归一化为1Hz，每个音的频率间隔为1/(N-1)，同时保证每个音的幅度差和相位差均为0。
此时需将信号频率配置为待补偿频点Fc，采样率Fs配置为待补偿带宽范围，确保整个带宽能够由多音信号覆盖，能够获取到带宽内的完整频响。
(2)分别对信号源及信号分析仪进行采样率参数配置，包括初始采样率、终止采样率和采样率间隔；
信号源和信号分析仪的采样率保持一致，配置范围为Fs_start～Fs_stop，采样率间隔根据实际需要进行配置，初始采样率Fs＝Fs_start。
(3)分别对信号源及信号分析仪进行频率参数配置，包括初始频率、终止频率和频率间隔；
信号源和信号分析仪的频率保持一致，配置范围为Freq_start～Freq_stop，频率间隔根据实际需要进行配置，初始频率Freq＝Freq_start。
(4)获取幅相频响数据：通过信号分析仪采集IQ时域信号v(t)，通过对IQ时域信号v(t)进行运算得到FFT运算结果c(f)，根据FFT结果c(f)获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；此时需先根据FFT运算结果搜索到多音信号对应的频点的索引，然后根据索引获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线。
(5)补偿滤波器产生：根据步骤(4)中的幅度响应曲线和相位响应曲线进行每个音与当前配置频率Freq之间的幅度差和相位差运算，保证与步骤(1)中多音信号的幅度差和相位差一致，根据每个音的幅度差和相位差获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率响应进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数，当前采样率Fs下当前频率Freq校准完成。
此处利用多音信号与FIR补偿滤波器系数在时域上进行卷积操作，实现对多音信号的预处理，完成宽带的幅相频响补偿。
(6)判定下一个频点的频率NextFreq是否大于终止频率Freq_stop，如果NextFreq≤Freq_stop，则进入步骤(3)，配置频率为NextFreq；如果NextFreq＞Freq_stop，则进入步骤(7)；
(7)判定下一个采样率NextFs是否大于终止采样率Fs_stop，如果NextFs≤Fs_stop，则进入步骤(2)，配置采样率为NextFs；如果NextFs＞Fs_stop，则校准完成。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过波形发生工具产生多音信号，并进行归一化，然后利用信号源进行播放；
(2)分别对信号源及信号分析仪进行采样率参数配置，包括初始采样率、终止采样率和采样率间隔；
(3)分别对信号源及信号分析仪进行频率参数配置，包括初始频率、终止频率和频率间隔；
(4)获取幅相频响数据：通过信号分析仪采集IQ时域信号，通过对IQ时域信号进行傅里叶变换得到FFT运算结果，根据FFT运算结果获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线；
(5)补偿滤波器产生：根据步骤(4)中的幅度响应曲线和相位响应曲线进行每个音与当前配置频率之间的幅度差和相位差运算，保证与步骤(1)中多音信号的幅度差和相位差一致，根据每个音的幅度差和相位差获得补偿滤波器频率响应，对补偿滤波器的频率响应进行逆傅里叶运算，获得FIR补偿滤波器系数，当前采样率下当前频率校准完成；
(6)判定下一个频点的频率是否大于终止频率，如果不大于，则进入步骤(3)，配置频率为下一个频点的频率；如果大于，则进入步骤(7)；
(7)判定下一个采样率是否大于终止采样率，如果不大于，则进入步骤(2)，配置采样率为下一个采样率；如果大于，则校准完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，其特征在于，步骤(1)中，假定多音信号为N音，在播放时需将采样率归一化为1Hz，每个音的频率间隔为1/(N-1)，同时保证每个音的幅度差和相位差均为0。
3.根据权利要求1所述的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，其特征在于，步骤(1)中，产生的多音信号的采样率Fs配置为待补偿带宽范围，此时的频率配置为待补偿频点Fc。
4.根据权利要求1所述的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，其特征在于，步骤(2)中，信号源和信号分析仪的采样率保持一致，配置范围为Fs_start～Fs_stop，采样率间隔根据实际需要进行配置，初始采样率为Fs_start，终止采样率为Fs_stop。
5.根据权利要求1所述的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，其特征在于，步骤(3)中，信号源和信号分析仪的频率保持一致，配置范围为Freq_start～Freq_stop，频率间隔根据实际需要进行配置，初始频率为Freq_start，终止频率为Freq_stop。
6.根据权利要求1所述的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，其特征在于，步骤(4)中，需先根据FFT运算结果搜索到多音信号对应的频点的索引，然后根据索引获取整个带宽内的幅度响应曲线和相位响应曲线。
7.根据权利要求1所述的一种基于多音信号的宽带幅相频响补偿校准方法，其特征在于，步骤(5)中，利用多音信号与FIR补偿滤波器系数在时域上进行卷积操作，实现对多音信号的预处理，完成宽带的幅相频响补偿。
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