[发明专利]一种直序扩频二元相移键控调制器时延的测量方法

摘要

本发明公开了一种直序扩频二元相移键控调制器时延的测量方法，以数据解扩解调、时延相关为核心，将直序扩频二元相移键控调制器输入输出信号不同频不同波型的时延测量转换成同频同波型信号的时延测量，通过所搭建的系统实现。数字信号由基带信号发生器(1)经功分器(2)分为两路，一路经被测直序扩频二元相移键控调制器(3)后进入高速数据采集器(4)，另一路直接由功分器(2)输出至高速数据采集器(4)。解调模块(5)、解扩模块(6)分别对采集的信号进行解调解扩处理，再由时延相关模块(7)计算两路信号的时延。本方法保证了在测量过程中不引入硬件带来的附加时延，当采样率为4GSa/s时，可保证时延测量准确度＜500ps。

主权项

1.一种直序扩频二元相移键控调制器时延的测量方法，其特征在于该方法的具体步骤为：第一步组建时延测量系统一种直序扩频二元相移键控调制器时延的测量方法所述的测量系统，包括：基带信号发生器(1)、功分器(2)、被测直序扩频二元相移键控调制器(3)、高速数据采集器(4)、解调模块(5)、解扩模块(6)、时延相关模块(7)、电缆A(8)、电缆B(9)、电缆C(10)；基带信号发生器(1)与功分器(2)相连，功分器(2)通过电缆A(8)与高速数据采集器(4)相连；功分器(2)另一路通过电缆B(9)与被测直序扩频二元相移键控调制器(3)相连，被测直序扩频二元相移键控调制器(3)输出端口通过电缆C(10)与高速数据采集器(4)相连；高速数据采集器(4)通过数据总线与解调模块(5)相连，解调模块(5)与解扩模块(6)之间由数据总线相连，解扩模块(6)与时延相关模块(7)之间由数据总线相连；第二步高速数据采集器(4)采集信号基带信号发生器(1)产生的基带信号经功分器(2)分为两路，一路经电缆A(8)进入高速数据采集器(4)，这一路为参考通道；另一路信号经电缆B(9)、被测直序扩频二元相移键控调制器(3)、电缆C(10)后进入高速数据采集器(4)，这一路为测试通道；高速数据采集器(4)对这两路信号进行同步的高速高精度采样；第三步解调模块(5)的数据解调运算解调模块(5)对从高速数据采集器(4)采集得到的测试通道的数据进行解调运算，将扩频调制信号恢复成扩频基带信号；解调运算用数字科斯塔斯环实现，将接收到的已调带通信号变换成解析信号，并对信号的载波频率和初始相位做估计运算，载波频率的估计范围为载波频率±1％载波频率；载波初始相位的估计用运算公式(1)的希尔伯特变换法对采集信号x(t)进行希尔伯特变换得解析信号解析信号的虚部为正交信号H[x(t)]=x+(t)=x(t)+jx^(t)---(1)]]>将此正交信号与原信号x(t)用公式(2)相除做反正切运算，得到估计的相位将公式(1)中的解析信号x₊(t)乘以这样一个带估计的载波频率ω_c和相位的复信号后即得到原信号的低通复包络如公式(3)所示；当环路对载波频率和相位都估计正确，则低通复包络的实部就是需要恢复的以扩频基带信号；第四步解扩模块(6)的数据解扩运算解扩模块(6)完成数据的解扩运算，接收端已知的码片率为f_pn，采样率为f_s，则一个扩频码片内的采样点数N＝f_s/f_pn；Δf_pn为PN码频偏的最大值，则PN码一个码片最大偏离点数N₁＝f_s/Δf_pn；设置接收端PN码相关器一个扩频码片内的采样点数为(N-N₁：N+N₁)，将(2N₁+1)个不同PN码相关器分别与解调后的信号做滑动相关，相关运算按公式(4)计算：Rxy(mΔt)=|1NΣk=0N-1x(kΔt)y[(k+m)Δt]|---(4)]]>公式(4)中，x(kΔt)为解扩后的信号，y(kΔt)为PN码相关器中的PN码信号，N为PN码信号点数，R_xy为相关值；取R_xy的最大值R_max，将(2N₁+1)个不同PN码按公式(4)与解扩信号相关，得到(2N₁+1)个相关最大值R_max；这(2N₁+1)个最大值中的最大者，即为跟踪上的PN码码片率；解扩模块(6)中码相位的同步用滑动相关运算，首先将已同步的扩频码与解调信号按公式(4)进行相关运算，得到相关值，最大相关值对应的横坐标值为码相位的同步时刻；再将同步上的PN码与解调信号相乘，即完成解扩，得到恢复的基带信号m_c；第五步时延相关模块(7)的时延运算将恢复的基带信号m_c同由高速数据采集器(4)直接采集得到的基带信号m送至时延相关模块(7)按公式(5)做相关运算：Rmmc=|1NΣk=0N-1m(kΔt)mc[(k+m)Δt]|---(5)]]>得到相关峰的最大值，记相关峰最大值对应的横轴坐标为X_N，取横坐标为X_N-2、X_N-1、X_N、X_N+1、X_N+2这五个点在时延相关模块(7)中做三次样条插值运算，得到的细化相关峰，细化的相关峰最大值对应的横坐标时刻是被测直序扩频二元相移键控调制器(3)的时延T₁；第六步组建时延校准系统将测量系统中的被测直序扩频二元相移键控调制器(3)、解调模块(5)、解扩模块(6)删除；基带信号发生器(1)与功分器(2)相连，功分器(2)通过电缆A(8)与高速数据采集器(4)相连；功分器(2)的另一路通过电缆B(9)、电缆C(10)与高速数据采集器(4)相连，高速数据采集器(4)通过数据总线与时延相关模块(7)相连；得到一种直序扩频二元相移键控调制器时延的测量方法的校准系统；第七步测量初始时延基带信号发生器(1)产生的基带信号经功分器(2)分为两路，一路经电缆A(8)进入高速数据采集器(4)；另一路信号经电缆B(9)、电缆C(10)后进入高速数据采集器(4)，高速数据采集器(4)同时对两个通道的信号进行高速高精度采样，采样数据送至时延相关模块(7)进行处理；时延相关模块(7)中的数据处理方式按公式(5)对直序扩频二元相移键控调制器时延校准系统中高速数据采集器(4)采集得到的两路信号进行相关运算，m(t)为经电缆A(8)进入高速数据采集器(4)中的数据，m_c(t)为经电缆B(9)、电缆C(10)进入高速数据采集器(4)中的数据，两组数据逐点相乘，相乘的结果相加得到一个相关值，再将m_c(t)信号滑动一个数据采集点后与m(t)信号逐点相乘再将结果相加得到第二个相关值，以此类推，最终得到相关曲线；得到相关峰的最大值，记相关峰最大值对应的横轴坐标为X_N，取横坐标为X_N-2、X_N-1、X_N、X_N+1、X_N+2这五个点在时延相关模块(7)中做三次样条插值运算，得到的细化相关峰，细化的相关峰最大值对应的横坐标时刻为两路信号的时延T₀，为初始时延；在被测直序扩频二元相移键控调制器(3)时延测量的结果中将时延初值减去，得到被测直序扩频二元相移键控调制器(3)的时延值ΔT，ΔT＝T₁-T₀；为提高测量准确度，作为基带信号发生器(1)的信号源应选取具有窄沿特性的脉冲码型产生器，一般设置上升下降沿时间为0.8ns；高速数据采集器(4)为4GSap/s的采样速率，以保证采样分辨率为250ps；满足上述条件后配合数据处理计算能够保证时延测量结果不确定度＜500ps。