一种宽带通信信号有效值测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种宽带通信信号有效值测量方法及系统，属于通信信号参数测量技术领域。本发明专利技术将宽带通信信号分为两路，对第一路信号按照第一过采样时钟进行过采样调制，得到第一路数据流；对第二路信号按照第二路过采样时钟进行过采样调制，得到第二路数据流；第一过采样时钟的频率和第二过采样时钟的频率不同。将第一路数据流和第二路数据流的乘积进行数字滤波处理，得到瞬时乘积信号，根据瞬时乘积信号确定宽带通信信号的有效值。将被测信号的高频和低频成分的有效值均转换为直流成分，并仍保留量化噪声的随机性和高频特性，便于进一步通过滤波抽取和截断平均滤除量化噪声，进而获得有效值测量结果，提高了有效值测量的带宽和准确性。宽和准确性。宽和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带通信信号有效值测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种宽带通信信号有效值测量方法及系统，属于通信信号参数测量


技术介绍

[0002]目前，OFDM正交频分复用调制技术已经广泛应用于各类通信领域，例如电力用电信息采集领域就采用了基于OFDM的宽带电力线载波通信和无线通信技术。这种基于OFDM的宽带通信信号具有较宽的频率带宽，比如国家电网公司企业标准定义的高速载波HPLC通信具有4种可选频带，分别是：1.953M至11.96MHz、2.441M至5.615MHz、0.781M至2.930MHz、1.758M至2.930MHz。在实际现场应用中，需要对宽带通信信号的能量即有效值进行快速评估，例如在无线通信中分析信道占用、通信维护中用于快速评估信号大小和信道衰减。但是由于宽带信号占用的带宽比较大，传统的测量方法必须采用2倍带宽，或者采用最高频率的模数转换获得完成信号后，才能进一步用数字处理器分析信号能量，这样做不但对模数转换器件的性能要求较高，而且获得的采样数据量大，对应的计算量也非常大。
[0003]当前低频信号的模数转换广泛采用了一种过采样调制技术，图1为2011年第01期《现代测量与实验室管理》中发表的《智能仪表中Σ
‑
Δ模数转换器的硬件实现》中给出的1阶过采样模数转换的原理。模拟输入信号Ain经过与1位DAC输出取差并输入积分器，积分器输出结果与0电平输入比较器，并在过采样率的时钟控制下更新比较器的输出值，该比较器也称为1比特量化器。比较器输出的高电平和低电平控制1位DAC，使之输出+Vref和
‑
Vref的2电平。这个电路实现了1比特过采样调制，由此获得1比特数据流，并通过数字滤波和降频抽取处理，最终获得模拟输入信号Ain的采样数据结果。上述过采样的模数转换器因其成本低，在低频信号测量中广泛使用。
[0004]但是，上述过采样调制方法中由于采用了滤波抽样，限制了该方法模数转换的有效带宽，对于带宽较大的宽带信号，通过低带宽的过采样模数转换后的高频成分被滤除，由此再进一步采用平方平均再开方所获得的信号有效值，由于不包含高频成分，导致误差较大，准确率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种宽带通信信号有效值测量方法及系统，用于解决现有过采样调制方式对信号带宽有限制导致无法实现对宽带通信信号的有效测量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种宽带通信信号有效值测量方法，包括如下步骤：
[0007]1)将宽带通信信号分为两路，对第一路信号按照第一过采样时钟进行过采样调制，得到第一路数据流；对第二路信号按照第二路过采样时钟进行过采样调制，得到第二路数据流；第一过采样时钟的频率和第二过采样时钟的频率不同；
[0008]2)将第一路数据流和第二路数据流的乘积进行数字滤波处理，得到瞬时乘积信
号，根据瞬时乘积信号确定宽带通信信号的有效值。
[0009]宽带通信信号经过过采样调制后的数据流中包含大量高频量化噪声信号和有用信号，其中高频量化噪声信号为变化无规律的随机信号，并且处于过采样调制频率范围内的高频段，有用信号为有一定规律的信号，并且处于相对过采样调制频率较低的频率范围。对第一路数据流和第二路数据流作乘积，能够将所要测量的信号有效值直接转化为直流成分，并且保留位于高频段的量化随机噪声，便于后续数字滤波处理在滤除高频量化噪声信号之后，提取所需测量的有效值成分，由此提高了有效值测量的带宽和准确率。此外，两次过采样调制的过采样时钟设定为不同值，是为了避免两路过采样调制输出的量化噪声具有相关性，确保两路过采样调制输出数据流的噪声部分在乘积后不具备规律，仍然为随机信号，以便通过滤波和截断平均滤除。根据以上原理，本专利技术将被测信号的高频和低频成分的有效值均转换为直流成分，并仍保留量化噪声的随机性和高频特性，便于进一步通过滤波抽取和截断平均滤除量化噪声，进而获得有效值测量结果，提高了有效值测量的带宽和准确性。
[0010]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，第二路信号按照第二过采样时钟进行过采样调制处理前需要对第二路信号进行比例调节，且比例调节的调节系数K小于1，且不小于0.5；对瞬时乘积信号乘以调节系数K的倒数后，再确定宽带通信信号的有效值。
[0011]对第二路信号进行比例调节是为了进一步增大高频量化噪声信号的乘积结果与待测量的有用信号的乘积结果之间的差别，便于后续数字滤波处理在滤除高频量化噪声信号的同时，保留更多待测量的有用信号，从而降低宽带通信信号中待测量有用信号的损失，提高了有效值测量的准确率。
[0012]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，第一路过采样时钟的频率与第二路过采时钟的频率的比值为P，P为大于1的整数。
[0013]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，步骤2)中数字滤波处理包括积分梳状滤波处理、滤波抽取及有限冲击响应增益补偿滤波处理。
[0014]由于宽带通信信号的信号传输量大，因此对滤波处理的处理速度要求较高。积分梳状滤波的结构简单，且处理高效，因此选择积分梳状滤波对两路数据流的乘积结果进行处理。
[0015]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，所述积分梳状滤波的传递函数为：
[0016][0017]其中，G为积分梳状滤波的指数，D为延迟引子，M为第一路过采样调制的采样频率与滤波抽取采样频率的比值。
[0018]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，所述的有限冲击响应增益补偿滤波的传递函数为：
[0019][0020]其中，x(n)为输入数据序列，y(n)为输出数据序列，N
cmp
是有限冲击响应增益补偿滤波的阶次。
[0021]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，步骤1)中对第一路信号和第二路信号的过采样调制均采用二阶过采样调制器，所述二阶过采样调制器为二阶Σ
‑
Δ过采样调制器。
[0022]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，该方法还包括在将宽带信号分为两路前对宽带信号进行模拟低通滤波，所述模拟低通滤波采用二阶巴特沃兹低通滤波器。
[0023]二阶巴特沃兹低通滤波器为常用的滤波器形式，具有结构简单，计算方便等特点。
[0024]进一步地，在上述宽带通信信号有效值测量方法中，所述宽带通信信号的有效值是将瞬时乘积信号经过平均计算后再开方得到的。
[0025]本专利技术还提供了一种宽带通信信号有效值测量系统，该宽带通信信号有效值测量系统包括处理器和存储器，其中处理器采用了上述的宽带通信信号有效值测量方法。
附图说明
[0026]图1为现有的1阶过采样模数转换的电路示意图；
[0027]图2为本专利技术的原理示意图；
[0028]图3为本专利技术方法实施例中采用的2阶过采样调制器的结构图；
[0029]图4为本专利技术方法实施例仿真输入的宽带通信信号S
IN
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带通信信号有效值测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将宽带通信信号分为两路，对第一路信号按照第一过采样时钟进行过采样调制，得到第一路数据流；对第二路信号按照第二路过采样时钟进行过采样调制，得到第二路数据流；第一过采样时钟的频率和第二过采样时钟的频率不同；2)将第一路数据流和第二路数据流的乘积进行数字滤波处理，得到瞬时乘积信号，根据瞬时乘积信号确定宽带通信信号的有效值。2.根据权利要求1所述的宽带通信信号有效值测量方法，其特征在于，第二路信号按照第二过采样时钟进行过采样调制处理前需要对第二路信号进行比例调节，且比例调节的调节系数K小于1，且K不小于0.5；对瞬时乘积信号乘以调节系数K的倒数后，再确定宽带通信信号的有效值。3.根据权利要求2所述的宽带通信信号有效值测量方法，其特征在于，第一路过采样时钟的频率与第二路过采时钟的频率的比值为P，P为大于1的整数。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的宽带通信信号有效值测量方法，其特征在于，步骤2)中数字滤波处理包括积分梳状滤波处理、滤波抽取及有限冲击响应增益补偿滤波处理。5.根据权利要求4所述的宽带通信信号有效值测量方法，其特征在于，所述积分梳状滤波的传递函数为：其中，G为积分梳状滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞浩，
申请(专利权)人：深圳智微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：