一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝置與方法，屬于無線通信、 衛(wèi)星通信及地面通信系統(tǒng)的信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于全雙工通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無源互調(diào)（PassiveIntermodulation，簡稱PIM)指，包含兩個或兩個以上頻率成 分的信號通過無源器件（如雙工器、隔離器、同軸電纜、連接器、天線、負載等）時產(chǎn)生除諧 波外新頻率成分的一種現(xiàn)象。盡管線性是無源器件所表現(xiàn)出的基本特性，但研究和實驗表 明無源器件也具有微弱的非線性，尤其是在大功率情況下。無源互調(diào)現(xiàn)象早在上世紀70年 代就被發(fā)現(xiàn)，廣泛存在于通信系統(tǒng)中，難以完全消除。隨著通信系統(tǒng)性能指標(biāo)的不斷提高以 及無線通信應(yīng)用不斷增加帶來頻譜資源的日益緊張，使得無源互調(diào)在通信領(lǐng)域越來越引起 人們的重視。
[0003]目前對無源互調(diào)的研究主要集中在測量方法上，且僅限于雙音或多音信號引起的 無源互調(diào)。對無源互調(diào)信號的估計僅停留在頻率和幅度的估計。而實際通信系統(tǒng)中的無源 互調(diào)信號由調(diào)制信號引起，目前尚無相關(guān)的估計方法研究。對通信系統(tǒng)無源互調(diào)信號的估 計方法研究至關(guān)重要，可用于無源互調(diào)信號的檢測與對消。本發(fā)明針對雙載波調(diào)制信號引 起的無源互調(diào)干擾信號，提供了時延、頻率和相位估計方法，該方法基于數(shù)字信號處理，易 于實現(xiàn)和移植。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于進一步降低系統(tǒng)復(fù)雜度和提升準確度，提出用于無源互調(diào)信號 的檢測與對消的一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝置與方法。
[0005] 本發(fā)明的一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝置與方法，包括一種無源互 調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝置與一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計方法兩部 分；
[0006] 本發(fā)明的一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝置，包括信號源1、信號源2、 對應(yīng)于相應(yīng)信號源的功率放大器1、功率放大器2、合路器、無源被測件、低P頂接收帶通濾 波器、低噪聲放大器、正交下變頻器1、正交下變頻器2、正交下變頻器3、低通濾波器1、低通 濾波器2、低通濾波器3、ADC1、ADC2、ADC3以及處理模塊；
[0007] 其中，所述的處理模塊具體又包括非線性映射、相關(guān)運算、搜索峰值位置、補償延 時和頻偏以及計算相位五部分；
[0008] 本發(fā)明一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝置，其連接關(guān)系如下：
[0009] 信號源1及信號源2分別連接正交下變頻器1和正交下變頻器2,正交下變頻器1 和正交下變頻器2再連接低通濾波器1和低通濾波器2,低通濾波器1和低通濾波器2再連 接ADC1和ADC2,ADC1和ADC2連接入處理模塊中的非線性映射；信號源1連接功率放大器 1，信號源2連接功率放大器2 ;功率放大器1和功率放大器2接入合路器，合路器與無源被 測件連接，無源被測件接入低PM接收帶通濾波器，低PM接收帶通濾波器接入低噪聲放大 器，低PM接收帶通濾波器連接低噪聲放大器，低噪聲放大器連接正交下變頻器3,正交下 變頻器3連接低通濾波器3,低通濾波器3連接ADC3，ADC3連接處理模塊中的相關(guān)運算，處 理模塊中的非線性映射接入相關(guān)運算，相關(guān)運算的輸出接入搜索峰值位置，搜索峰值位置 輸出接入補償延時和頻偏，補償延時和頻偏的輸出接入計算相位；
[0010] 本發(fā)明的一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計方法，具體步驟如下：
[0011] 步驟一、對雙載波調(diào)制信號Si(t)和s2(t)，分別進行正交下變頻和低通濾波得到 對應(yīng)的I、Q兩路基帶信號Ii(t),Qi(t),I2(t)和Q2(t)，雙載波調(diào)制信號的中心頻率分別為 ωι=2jlfjpω2= 2 3if2，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC)數(shù)字采樣后進行后續(xù)信號處理；
[0012] 其中，所述的Si(t)和S2(t)分別對應(yīng)一種無源互調(diào)信號時延、頻率和相位估計裝 置中的信號源1和信號源2的輸出；信號源1輸出Sdt)的載波頻率為0^=231^，信號源 2輸出S2(t)的載波頻率為ω2= 2πf2,Si(t)經(jīng)正交下變頻器1以及低通濾波器1得到I、 Q兩路基帶信號Mt)和仏(〇,S2(t)經(jīng)正交下變頻器2以及低通濾波器2得到I、Q兩路 基帶信號I2(t)和％(〇,IJt)和仏(〇經(jīng)ADC1模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出入處理模塊，I2(t)和％(〇 經(jīng)ADC2模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出入處理模塊；
[0013] 步驟二、根據(jù)數(shù)論理論，計算落入低P頂接收帶通濾波器中，低P頂接收帶通濾波 器接收頻帶的PIM中心頻率0。=ρωi+qcOjj，其中P、q均為整數(shù)，PIM階次n=|p| + |q|，n 一般為奇數(shù)，對無源被測件經(jīng)低P頂接收帶通濾波器及低噪聲放大器輸出的包含P頂?shù)慕?收信號進行正交下變頻，本振頻率為ω。，得到I、Q兩路基帶信號I(t)和Q(t);
[0014] 其中，t為時間變量，所述的無源被測件的輸入為Si(t)和S2(t)分別經(jīng)功率放大 器1和功率放大器2再經(jīng)過合路器的輸出，無源被測件輸出再進入低P頂接收帶通濾波器， 低PM接收帶通濾波器再經(jīng)低噪聲放大器送入本振頻率為ω。的正交下變頻器3,再經(jīng)低通 濾波器3及ADC3輸出I、Q兩路基帶信號I(t)和Q(t);
[0015] 步驟三、將步驟一及步驟二輸出進行相關(guān)運算，具體如下：
[0016] 3. 1利用步驟一的結(jié)果計算中心頻率為ω。的n階P頂基帶信號⑷； 再基于冪級數(shù)模型，計算中心頻率為ω。的n階P頂信號：
[0017]
[0018]其中，Θ⑴=ρΘJtHqΘ2(t)，Θ丨⑴和Θ2(t)分別對應(yīng)Sjt)和S2(t)的初 始相位u和1為正整數(shù)，其中的！為階乘運算；當(dāng) 乂 ...y .''卜 1 -
\ ^ Π - (u+1)為奇數(shù)時，載波可化為sin形式，（u+1)為偶數(shù)時，載波可化為cos形式，上式可以寫 為：
[0019]
(2)
[0020] 式（2)具有正交調(diào)制信號的表示形式；
[0021] Pim(t，ω。）為無源被測件輸出經(jīng)低P頂接收帶通濾波器輸出的估計結(jié)果；
[0022] 3. 2由（2)可得兩路正交調(diào)制信號經(jīng)過非線性器件產(chǎn)生的P頂干擾信號同樣具有 正交調(diào)制的信號特性，其I、Q兩路基帶信號可由（1)式計算得出，其采樣點 可表示為和
[0023] 其中，步驟3.2中I、Q兩路采樣點岣啲估計過程在處理模塊中的 非線性映射中完成；
[0024] 步驟四、ADC3對低通濾波器3對步驟二輸出的兩路基帶I(t)和Q(t)信號進行采 樣，得到I(k)和Q(k)，并分別與步驟3. 2估計出的PIM基帶信號^,"0；)和0_ 目關(guān)累 加，得到 4 路相關(guān)值：r" (m-τ)、rQI (m-τ)、rIQ (m-τ)和;rQQ (m-τ);
[0025] 其中，(m_τ)是I路|、/i)和I路I(k)彳目號的互相關(guān)彳目號；rQI (m_τ)是Q路 ⑷和I路"I(k)?目號·的相I關(guān)?目號；rici(m_τ )是I路??.,"⑷和Q路Q(k)?目號的相I關(guān)十目 號；r^m-T)是〇路1.,"_和Q路Q(k)信號的互相關(guān)信號；其中，m為相關(guān)變量，τ為時 延的量化值，上述4路相關(guān)信號可以表示為：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 上述所述的此4路信號的相關(guān)過程在處理模塊中的相關(guān)運算中完成；
[0031] 步驟五、將步驟四的4路相關(guān)值進行平方求和得到R2(m_T，Af)，其中，Af為系 統(tǒng)頻偏，整個過程在處理模塊中的搜索峰值位置中完成；
[0032] 經(jīng)理論推導(dǎo)可知，
[0033]
[0034] 其中，r"、rQI、:rIQ和rQQ分別是步驟四中r" (m-τ)、rQI (m-τ)、rIQ (m-τ)和 rQQ(m_T)的簡寫，〇c符號的含義是左右兩端成正比例，exp( ·)為指數(shù)函數(shù)，δ())為狄拉 克函數(shù)，在除了零以外的點函數(shù)值都等于零，而其在整個定義域上的積分等于1。因此，不考 慮頻偏時，m=τ時可獲得峰值，即峰值點位置對應(yīng)了時延值；不考慮時延時，R2與△f的 關(guān)系具有sine函數(shù)的形式且最大值對應(yīng)△f= 0的情形。故可利用R2對時延和頻偏進行 二維估計，得到頻偏Af與時延τ，進而將頻偏Af與時延τ從處理模塊輸出；
[0035] 步驟六、對ΡΙΜ基帶信號估計值和的時延和頻偏進行補償，得到新 的