CN1588804A - 宽带信号的频段分离与信号合成方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种宽带信号的频段分离与信号合成方法及其装置，先利用前端功率放大功率分配器对宽带射频信号进行功率放大，然后分配到多频段同步采样单元的各个子信道中；多频段同步采样单元为多频段子信道结构，各子信道中的A/D转换器在采样时钟发生器提供的采样时钟的控制下，对分离出的各频段信号进行数字化采样；最后由频率合成器将多频段同步采样之后得到的多路窄带数字信号按频率叠加在一起进行信号合成，形成宽带的多频段数字信号。本发明用多个低速A/D转换器达到了高速A/D转换器的效果，从而能实现低成本，高速率，高精度的宽带信号采样转换。
Description
技术领域
本发明涉及一种将宽带模拟信号转换为宽带数字信号的方法和系统。
背景技术
目前，全球的数字通信产业正在以前所未有的速度向前发展，如：以传输数据为主体的IP网络通信、以传递语音为主体的各种固定和移动电话通信、以传输视音频为主体的电视广播等。随着数字通信与人们生活联系得越来越紧密，对这些数字通信网络的可靠性也提出了更高的要求。这就需要有数字通信网络的运营商经常对网络通信质量进行全面、有效的检测，即时发现网络故障，进行调整，保证网络通信的质量。
数字通信信号测试分析装置就是通过测试分析数字通信中信号的各种参数来对网络质量进行监测和检错的装置。几乎所有的网络运营商都需要借助它的帮助来获取网络通信质量的信息，因此，数字通信矢量信号测试分析装置的应用非常广泛。
根据现有的技术水平，数字信号测试分析仪器进行宽带的测量需要非常昂贵的设备，并且都不能满足现今宽带和高精度的测量要求。
现行的数字信号测试分析仪器对于测试宽带、高速的数字信号，所需A/D转换器的速度应是信号带宽的2～3倍，因此需要宽带、高速的A/D转换器。但现行的数字信号测试仪器多采用价格相对便宜的低速A/D转换器，因此也只能测试有限带宽、有限精度的数字信号。而如果采用高速的A/D转换器对宽带数据进行采样，不仅价格十分昂贵，而且随着速度的提高，A/D转换器的精度逐渐下降，给测量效果带来一定的局限，对于宽带、高速的数字信号，如果信号带宽超过A/D转换器的速度的2倍就无法测试。在其它需要对宽带信号进行采样的场合同样存在一样的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种宽带信号的频段分离与信号合成方法，能够实现对宽带信号低成本、高速率、高精度的采样转换。本发明还要提供一种能够实现上述方法的装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宽带信号的频段分离与信号合成方法，包括以下步骤：
(a)将接收的宽带信号进行频段分离；
(b)将分离出的不同频段的信号分别送入各个子信道，各子信道中的A/D转换器在一个同步采样时钟的控制下对各频段信号进行数字化采样；
(c)将各个子信道采样输出的窄带数据信号按频率叠加在一起，还原成宽带数字信号。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述步骤(b)进一步分为以下步骤：
(b1)分离出的各频段信号在各个子信道的模拟电路中经过调谐、变频、滤波后，转换为适合A/D采样的频段，输出到该子信道的A/D转换器；
(b2)各个子信道的A/D转换器在一个同步采样时钟的控制下，对输入各频段信号同步进行高精度采样；
(b3)对各频段采样后的信号分别进行自适应均衡后输出。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述步骤(c)之后还包括步骤(d)：将合成后的宽带数字信号再进行一次信道均衡。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：该方法中对信号进行均衡时都采用了训练序列和自动标定。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述步骤(b1)中对各频段信号进行变频时，先对频段信号的功率进行补充，然后将该频段的宽频信号经过至少一次的变频、滤波后，变换到适合A/D转换器输入的较低中频。
本发明提供的对宽带信号进行频段分离与信号合成的装置包括：前端功率放大功率分配器、多频段同步采样单元、频率合成器和采样时钟发生器，其中：
所述前端功率放大功率分配器用于对宽带射频信号进行功率放大，然后分配到多频段同步采样单元的各个子信道中；
所述多频段同步采样单元为多频段子信道结构，各子信道中的A/D转换器在一个同步采样时钟的控制下，对分离出的各频段信号进行数字化采样；
所述频率合成器用于将多频段同步采样之后得到的多路窄带数字信号按频率叠加在一起进行信号合成，形成宽带的多频段数字信号。
所述采样时钟发生器产生一个采样时钟，分别输出到各个子信道的A/D转换器。
进一步地，上述装置还可具有以下特点：所述每个子信道除A/D转换器外，还包括变频模拟电路和均衡器组成，其中：
所述变频模拟电路接收所述前端功率放大功率分配器分配的频段信号，多次变频到适合A/D转换器输入的较低中频，然后送入A/D转换器；
所述频段均衡器对A/D转换器采样后的信号进行自适应均衡。
进一步地，上述装置还可具有以下特点：所述变频模拟电路至少包含预放大器、调谐器、第一中频滤波器、二次变频器和第二中频滤波器，其中：所述预放大器对接收信号的功率进行补充后送入所述调谐器；所述调谐器具有该频段中心频率，将收到宽频信号变到第一中频送入第一中频滤波器；所述第一中频滤波器滤出该频段的信号送入二次变频器；所述二次变频器将该频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频，送入第二中频滤波器；所述第二中频滤波器进一步滤出输入信号的带外干扰。
进一步地，上述装置还可具有以下特点：还包括二次均衡器，用于对合成后的宽带数字信号进行自适应的信道均衡，各个频段均衡器以及二次均衡器均采用复数均衡器。
进一步地，上述装置还可具有以下特点：还包括自动标定系统，用于产生各个频段均衡器以及二次均衡器所需的训练序列和校正所需的时域信号。
本发明频段分离与信号合成的方法及系统，采用多个A/D转换器，通过一个同步采样时钟的控制，分别对多个频段的窄带信号进行采样。然后将这些同步采样得到的不同频段的窄带信号在频域进行信号合成，即得到宽带的多频段数字信号。这种频段分离与信号合成的方法使用多个A/D转换器，不仅降低成本，而且可以得到高精度的宽带数字信号。进一步地，本发明还可具有以下优点：
1)采用多次变频，有效地解决了信号混叠和对A/D转换器的接口适配问题；
2)对各个A/D转换器采样得到的数据分别进行自适应信道均衡，保证信道的传输函数不失真；
3)对信号合成之后的结果进行第二次自适应均衡，弥补信号合成过程中传输函数的平坦性；
4)对信号合成前、后分别设计宽带训练序列(training sequence)，让自适应均衡器尽快的达到收敛，完成均衡；
5)采用了自动标定功能。用时域和频域的标定信号自动地对仪器进行标定，纠正增益误差和在采用数字信号处理中的子信道频率响应误差。
6)完成信号合成，以实现对宽带数字信号低成本、高速率、高精度的测量。
附图说明
图1是本发明实施例方法的示意图；
图2是本发明实施例装置的结构图；
图3是本发明实施例变频模拟电路的结构框图；
图4是本发明实施例多频段同步采样的示意图；
图5是本发明实施例合成前信号的示意图；
图6是本发明实施例合成后信号的示意图；
图7是本发明实施例二次均衡后理想的幅频特性图；
图8是本发明实施例二次均衡后理想的相频特性图。
具体实施方式
本发明针对目前数字通信信号测试分析仪器不能用合理的成本完成宽带数字信号的测试、对宽带数字信号的测试不能达到窄带数字信号测试的精度等问题，采用了独特的多次变频、多A/D转换器同步采样和信道均衡技术。被测的宽带信号通过功分功放器分别进入不同频段的处理通道，然后分别进入各自的A/D转换器进行同步采样，采样的多路数据分别经过信道均衡后，进行信号合成，合成的之后的数据再通过一个自适应均衡器，把宽带数字采样信号送入DSP进行进一步的数字信号处理。
本发明实施例方法如图1所示，包括以下步骤：
步骤110，首先对宽带射频信号进行功率放大，然后分配到各个子信道的模拟电路中去；
步骤120，分离出的各频段信号在各个模拟电路中经过调谐、多次变频、滤波，转换为适合A/D采样的频段，输出到对应的A/D转换器；
步骤130，各频段所对应的A/D转换器在一个同步采样时钟的控制下，对输入各频段信号同步进行高精度采样；
步骤140，对各频段采样后的信号分别进行自适应均衡，以消除子信道传输函数误差造成的影响，防止在信号合成后信道失真相互叠加、无法去除的现象；
步骤150，将各个频段均衡之后的采样信号按频率叠加在一起，从而将各个窄带的数字信号还原成宽带数字信号；
步骤160，将合成后的宽带数字信号再进行一次自适应的信道均衡，以弥补频率均衡的不足；
步骤170，合成且经过均衡的宽带数字信号送入DSP进行下一步的数字信号处理，以完成各种参数的测试。
本实施例装置的结构如图2所示，包括前端功率放大功率分配器、多频段同步采样单元、频率合成器、二次均衡器、采样时钟发生器和自动标定系统，其中：
前端功率放大功率分配器用于对宽带射频信号进行功率放大，然后分配到多频段同步采样单元的各个子信道中去。
多频段同步采样单元采用多频段子信道结构，每个子信道均由变频模拟电路、A/D转换器和均衡器组成，其中：
变频模拟电路将所接收的信号多次变频到适合A/D转换器输入的较低中频，然后送入A/D转换器。该电路是一个模拟解调系统，具体结构如图3所示，来自前端功率放大功率分配器的宽带射频信号先进入预放大器，对其所接收信号的功率进行补充，然后进入具有该频段中心频率的调谐器，将该宽频信号变到第一中频，接着进入第一中频滤波器，滤出该频段的信号，之后进入二次变频器，将该频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频，最后进入第二中频滤波器，进一步滤出带外干扰。当频段的频率较高时，还可加入第三变频器和滤波器；
各子信道中的A/D转换单元在采样时钟发生器输出的同步信号的控制下，对各自频段的输入信号进行同步高精度采样，然后送入频段均衡器；
频段均衡器对各频段采样后的信号分别进行自适应均衡，以消除子信道传输函数误差产生的影响。本实施例所有的频段均衡器都接收自动标定系统输出的相应训练序列，使自适应均衡器快速收敛。
采样时钟发生器产生采样时钟，分别输出到各个子信道的A/D转换器。本实施例采用多频段同步采样技术，同一个采样时钟控制对应于各个频段的A/D转换器，使它们能够同时对各频段的信号进行数字采样，扩大了采样的频率范围。从另一方面看，即是相当于用低速的A/D转换器达到了高速A/D转换器的效果，大大减少了成本。同时，由于采用的是低速A/D，采样的精度也就得到了保证。图4是多频段同步采样的示意图。
频率合成器用于将多频段同步采样之后得到的多路窄带数字信号按频率叠加在一起进行信号合成，形成宽带的多频段数字信号。多个频段的采样信号合成前后在频谱上的示意图见图5和图6。
二次均衡器用于对合成后的宽带数字信号进行自适应的信道均衡，以弥补频率均衡的不足。由于进行信号合成时，各个频段之间的信号在频带上有重叠或过渡，造成合成的信号与原来实际的宽带数字信号不太一致，缺乏平坦性，因此在必要的情况下进行二次均衡，以进一步补偿测试仪器信道失真和测试仪器外的信道失真。
自动标定系统负责系统标定，进一步包括标定信号发生器和自动标定单元，分别产生第一次信道均衡和第二次信号合成均衡所需的训练序列和时域信号，均衡器可以选择相应的训练序列使自适应均衡器快速收敛，不同的训练序列产生不同的频谱来校正信道的频率响应；自动标定单元产生不同的时域信号来校正系统的时域响应，校正采用阶跃函数、斜率函数来对上升时间、下降时间和一些其它的对时间敏感的参数进行测量。
此外，对于第一次信道均衡和第二次信号合成均衡，本实施例所采用的均衡器均为复数均衡器。最后均衡的结果如图7和图8所示，可得到平坦的幅频特性和相频特性：
很明显，除了宽带信号测量外，本发明的方法也可以应用于其它对宽带信号进行采样的场合。
Claims (10)
1、一种宽带信号的频段分离与信号合成方法，包括以下步骤：
(a)将接收的宽带信号进行频段分离；
(b)将分离出的不同频段的信号分别送入各个子信道，各子信道中的A/D转换器在一个同步采样时钟的控制下对各频段信号进行数字化采样；
(c)将各个子信道采样输出的窄带数据信号按频率叠加在一起，还原成宽带数字信号。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)进一步分为以下步骤：
(b1)分离出的各频段信号在各个子信道的模拟电路中经过调谐、变频、滤波后，转换为适合A/D采样的频段，输出到该子信道的A/D转换器；
(b2)各个子信道的A/D转换器在一个同步采样时钟的控制下，对输入各频段信号同步进行高精度采样；
(b3)对各频段采样后的信号分别进行自适应均衡后输出。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)之后还包括步骤(d)：将合成后的宽带数字信号再进行一次信道均衡。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法中对信号进行均衡时都采用了训练序列和自动标定。
5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(b1)中对各频段信号进行变频时，先对频段信号的功率进行补充，然后将该频段的宽频信号经过至少一次的变频、滤波后，变换到适合A/D转换器输入的较低中频。
6、一种对宽带信号进行频段分离与信号合成的装置，其特征在于，包括前端功率放大功率分配器、多频段同步采样单元、频率合成器和采样时钟发生器，其中：
所述前端功率放大功率分配器用于对宽带射频信号进行功率放大，然后分配到多频段同步采样单元的各个子信道中；
所述多频段同步采样单元为多频段子信道结构，各子信道中的A/D转换器在一个同步采样时钟的控制下，对分离出的各频段信号进行数字化采样；
所述频率合成器用于将多频段同步采样之后得到的多路窄带数字信号按频率叠加在一起进行信号合成，形成宽带的多频段数字信号；
所述采样时钟发生器产生一个采样时钟，分别输出到各个子信道的A/D转换器。
7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述每个子信道除A/D转换器外，还包括变频模拟电路和均衡器组成，其中：
所述变频模拟电路接收所述前端功率放大功率分配器分配的频段信号，多次变频到适合A/D转换器输入的较低中频，然后送入A/D转换器；
所述频段均衡器对A/D转换器采样后的信号进行自适应均衡。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述变频模拟电路至少包含预放大器、调谐器、第一中频滤波器、二次变频器和第二中频滤波器，其中：所述预放大器对接收信号的功率进行补充后送入所述调谐器；所述调谐器具有该频段中心频率，将收到宽频信号变到第一中频送入第一中频滤波器；所述第一中频滤波器滤出该频段的信号送入二次变频器；所述二次变频器将该频段信号变频到适合A/D转换器输入的较低中频，送入第二中频滤波器；所述第二中频滤波器进一步滤出输入信号的带外干扰。
9、如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括二次均衡器，用于对合成后的宽带数字信号进行自适应的信道均衡，各个频段均衡器以及二次均衡器均采用复数均衡器。
10、如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括自动标定系统，用于产生各个频段均衡器以及二次均衡器所需的训练序列和校正所需的时域信号。
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