综测仪、综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法及系统
技术领域
1.本发明涉及一种综测仪检测技术，尤其涉及一种改进的综测仪，及通过所述综测仪实现的综测仪校准和补偿信号iq路时钟偏差的方法及系统。
背景技术：，
2.综测仪是一种用来分析矢量信号性能的设备，其接收机如图1所示，组成部分包括：adc：(analog detection circuit)模拟检测电路，用于模拟信号转数字信号；bpf：(band pass filter)带通滤波器；lpf：(low pass filter)低通滤波器；lna：(low noise amplifier)低噪声功率放大器，用于放大信号功率；lo：(local oscillator)本地振荡器，用于产生正交的i，q路信号；agc：(automatic gain control)自动增益控制，用于调节信号到适合adc的位宽；clk：参考时钟使用滤波器。混频器和放大器等元器件将射频信号转换回基带信号完成信号接收。由于元器件会对信号造成畸变，并且大多数损害在模拟域中不能被排除，为了实现高性能和低成本，设计方案实现在数字域补偿定向性损害是非常必要的。
3.时钟偏差指的是同一时钟到达该时钟域内不同寄存器时钟端的时钟延迟的差值。从射频信号到基带信号过程中，i路信号和q路信号通过混频器解调，i、q路要经过不同的滤波器和adc。图1也包含了同步电路中基本时钟偏差模型，其中时钟信号clkl和clk2属于同一时钟源clk，分别驱动adc_i和adc_q。由于adc_i和adc_q距离时钟源的远近不同，导致从clk到达adc_i和adc_q的时钟端延迟t
clk1
和t
clk2
不同，即两adc之间时钟偏差值为t
skew
＝t
clk1-t
clk2
。时钟偏差会导致信号变形，从而影响综测仪的分析能力。为了改善综测仪接收端的检测性能，需要要对i、q路信号进行相应的补偿，提升综测仪的检测精度。
4.假设经过接收的模拟信号为s(t)，经过理想的本振后，i路模拟信号和q路模拟信号分别为其中，ωs为信号所在的射频频率，为经过收发端后引入的初始相位，当adc采样率为fs时，采样周期ts＝1/fs。adc采样过程的数学原理，是模拟信号与单位冲激函数δ(t-nts)做抽样运算，即基带信号i路和q路分别为和和
5.假设时钟偏差为
△
t，那么以i路为基准，则q路接收变为t，那么以i路为基准，则q路接收变为这时候，受时钟偏差为
△
t影响的q路信号为因为综测仪本身的时钟偏差，导致采集实际信号受到了损失，也就是因综测仪自带的时钟偏差导致测试信号精度受损，这必然是不可行的，必须寻找方法和系统补偿综测仪的时钟偏差。
6.从原因来看，综测仪的时钟偏差是由于线路器件等原因引起的，实际器件设计上，时钟偏差也是远小于采样率的，而且器件一旦定型，其时钟偏差值则是固定的了，那么只要设计一套合理的补偿方式，就能够将综测仪自带的时钟偏差大幅度消除到几乎不影响信号质量本身的程度。
技术实现要素：7.为解决现有技术中在应用于分析矢量信号性能的综测仪中，综测仪使用的元器件时钟不同会导致i路电路和q路电路存在时钟偏差的技术问题，本发明提供一种综测仪，在综测仪内部设计一个时钟偏差补偿模块，用于补偿iq两路adc时钟不同对基带信号造成的不利影响，还提供一种综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法及系统，从而提高分析信号性能的精确性和稳定性。
8.本发明综测仪内设有时钟偏差补偿模块，对接收的iq信号进行时钟补偿，所述时钟偏差补偿模块的补偿方法为：
9.s1：读取信号源和预设的时钟偏差值；
10.s2：根据时长偏差值构建补偿系数；
11.s3：根据补偿系数重构时钟偏差的一路信号；
12.s4：输出信号源补偿时钟不平衡后的补偿信号。
13.本发明作进一步改进，步骤s1中，综测仪采集到的基带信号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，k＝1，
…
，m，i是虚数单位，其中，基带信号持续时间为τ，采样率为fs，m＝τ*fs为总的采样点数，k为采样点，i路信号为i(k)，q路信号为q(k)，i、q路的时钟偏差为已知的
△
t。
14.步骤s2中，设定一定时长内的采样点附近的l个点，l为偶数，然后根据l个点获取补偿系数序列，所述补偿系数序列为：
[0015][0016]
本发明作进一步改进，选取采样点附近的采样l的数量为6，在步骤s3中，对q路信号进行重构，根据补偿系数对q路信号进行重构后的信号为：
[0017][0018]
当k
±
m＜1或者k
±
m＞m时(m∈[0，l/2])，公式内的q(k
±
m)取值为0。
[0019]
本发明作进一步改进，步骤s4中，将补偿了q路信号的基带进行输出，输出后的基带信号为：y
*
(k)＝i(k)+q
*
(k)*i。
[0020]
本发明还提供了一种采用所述综测仪进行综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，包括如下步骤：
[0021]
a1：获取待测设备dut的测试信号；
[0022]
a2：根据频点读取时钟偏差补偿值；
[0023]
a3：采用时钟偏差补偿模块进行补偿；
[0024]
a4：信号分析解调。
[0025]
本发明作进一步改进，步骤a2中，时钟偏差值的校准方法为：
[0026]
b1：信号源选择频点发送标准信号；
[0027]
b2：遍历时钟不平衡补偿值；
[0028]
b3：时钟偏差补偿模块进行补偿；
[0029]
b4：信号分析解调；
[0030]
b5：选择最优evm组合对应的时钟偏差作为最终的时钟偏差补偿值。
[0031]
本发明作进一步改进，步骤b2的具体处理方法为：
[0032]
综测仪持续接收步骤a201信号源发送的标准信号，经过i、q路adc采集合并成的基带信号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，以时间粒度τ＝0.01*ts遍历，即时钟偏差带信号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，以时间粒度τ＝0.01*ts遍历，即时钟偏差其中，τ为基带信号持续时间，ts为采样周期，fs为采样率，m＝τ*fs为总的采样点数，在[-ts/2，
…
，ts/2]范围内，k＝1，
…
，m。
[0033]
本发明作进一步改进，步骤b4中，信号分析解调的处理方法为：
[0034]
分析通过时钟偏差补偿模块补偿后的基带信号，解析出信号误差矢量evm，在信号解调后，分析信号的接收位置与定义位置距离，即求得evm，计算方式如下：
[0035][0036]
其中，s
meas，r
为信号在信号接收的位置，s
std，r
为s
meas，r
解调后的理想位置，n为所有有效信号点数。
[0037]
本发明作进一步改进，步骤b5中，在对应频点下，对比基于不同δt补偿后信号分析得到的evm，选择evm最小相关的δt，作为当前频点的时钟偏差补偿值。
[0038]
本发明还提供一种实现所述综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法的系统，包括：
[0039]
接收模块：用于获取待测设备dut的测试信号；
[0040]
读取模块：用于根据频点读取时钟偏差补偿值；
[0041]
补偿模块：用于采用时钟偏差补偿模块进行补偿；
[0042]
解调模块：用于对补偿后的信号分析解调。
[0043]
本发明作进一步改进，还包括时钟偏差补偿值校准模块：用于校准时钟偏差补偿值，所述时钟偏差补偿值校准模块包括：
[0044]
信号发送单元：用于选择频点发送标准信号；
[0045]
遍历单元：用于遍历时钟不平衡补偿值；
[0046]
补偿单元：用于采用时钟偏差补偿模块进行补偿；
[0047]
选择模块：用于获取补偿模块和解调模块处理后的最优evm组合，然后选择最优evm组合对应的时钟偏差作为最终的时钟偏差补偿值。
[0048]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在综测仪内部设计一个时钟偏差补偿模块，用于补偿iq两路adc时钟不同对基带信号造成的不利影响，时钟偏差补偿模块通过校准手段实现补偿系数的确定，然后在分析矢量信号时根据补充系数进行补偿，纠正掉因综测仪本身时钟偏差对待分析矢量信号造成的影响，dut信号性能的精确性和稳定性。
附图说明
[0049]
图1为综测仪接收模型及其时钟偏差模型示意图；
[0050]
图2为时钟偏差补偿模块处理方法流程图；
[0051]
图3为综测仪使用补偿系统校准时钟偏差值方法流程图；
[0052]
图4为综测仪测量待测量设备信号补偿方法流程图；
[0053]
图5为信号误差矢量evm定义示意图。
具体实施方式
[0054]
应当指出，本发明应用于测试设备元器件影响信号的补偿功能。
[0055]
应当指出，本发明的操作方法容易变更，使用本发明补偿时钟偏差的思想和执行方法，都属于本发明的保护范围。
[0056]
以下结合附图对本发明进行说明，应当理解，此处所作的描述仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0057]
本发明应用于分析矢量信号性能的综测仪中，综测仪使用的元器件时钟不同会导致i路电路和q路电路存在时钟偏差，本发明在综测仪内部设计一个时钟偏差补偿模块，用于补偿iq两路adc时钟不同对基带信号造成的不利影响，时钟偏差补偿模块通过校准手段实现补偿系数的确定，然后在分析矢量信号时根据补充系数进行补偿，纠正掉因综测仪本身时钟偏差对待分析矢量信号造成的影响，dut信号性能的精确性和稳定性。
[0058]
因此，本发明主要包括三个处理过程：一个是时钟误差补偿系统设计，一个是综测仪使用补偿系统校准设计，一个是综测仪测量dut信号补偿设计，以下对各个过程进行详细说明。
[0059]
一、时钟误差补偿系统设计
[0060]
本例的时钟误差补偿系统设计是通过在综测仪内部设计一个时钟偏差补偿模块来实现。
[0061]
如图2所示，本例在时钟误差补偿模块设计上主要包括四个实现步骤：
[0062]
s1：读取信号源和预设的时钟偏差值；
[0063]
s2：根据时长偏差值构建补偿系数；
[0064]
s3：根据补偿系数重构时钟偏差的一路信号；
[0065]
s4：输出信号源补偿时钟不平衡后的补偿信号。
[0066]
综测仪常用于研发和生产端评估产品(待测物、dut)性能是否合格的设备，要求具备很高的精度，综测仪的基本接收模型如图1所示。综测仪自身元器件也会带来误差，如果任由误差存在，那么测试待测物时，引入了综测仪的误差，那测试精度将大受影响。因此，综测仪需要将自身的误差压制在一个极小的范围，精度误差要远低于待测物的精度。以下对各个步骤的处理过程进行详细说明。
[0067]
步骤s1：读取信号源和预设的时钟偏差值
[0068]
综测仪采集到的基带信号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，k＝1，
…
，m，i是虚数单位。其中基带信号持续时间为τ，采样率为fs，m＝τ*fs为总的采样点数。i路信号为i(k)，q路信号为q(k)。i、q路的时钟偏差为已知的δt。
[0069]
步骤s2：根据时长偏差值构建补偿系数
[0070]
由理论推导，δt对q
*
(k)的影响是由附近l个点，影响最大的是q*(k
±
1)，l一般不用取太多，本例取l＝6，那么补偿系数序列为：
[0071]
[0072]
步骤s3：根据补偿系数重构信号
[0073]
对q路信号进行重构，以接收q路信号q(k)和步骤s2的补偿系数计算，计算方式如下
[0074][0075]
当k
±
m＜1或者k
±
m＞m时(m∈[0，l/2])，公式内的q(k
±
m)取值为0。
[0076]
步骤s4：输入信号源补偿时钟不平衡后的补偿信号
[0077]
将步骤3补偿了q路信号的基带进行输出，这样补偿后i、q时钟偏差得到补偿。
[0078]y*
(k)＝i(k)+q
*
(k)*i，k＝1，
…
，m
[0079]
二、综测仪使用补偿系统校准设计
[0080]
由于i路模拟信号和q路模拟信号分别为：由于i路模拟信号和q路模拟信号分别为：其中ωs是信号所在的射频频率，是经过收发端后引入的初始相位。也就是说，i、q路时钟偏差在不同射频频率ωs上影响会不一致。
[0081]
然后，综测仪在成型后，也并不确认某个频点上的时钟偏差δt具体是多少，只是能确定δt在综测仪成型后基本固定不变。那么，可以利用时钟不平衡补偿系统来确认δt。
[0082]
如图3所示，本例的确认方法是，使用理想信号源发送信号，遍历不同的δt进行时钟不平衡补偿，分析补偿不同δt后信号的信号质量，信号质量可以用evm来评估，综合获得evm最小的时钟偏差δt，可以认为是综测仪对应频点上的时钟偏差值，作为这个频点的时钟不平衡补偿值。以下对各个步骤进行详细说明。
[0083]
步骤b1：信号源选择频点发送标准信号
[0084]
根据综测仪射频支持的信号频率，如通用的2.4g和5g公共频段，信号源按粒度1m为单位遍历发送理想信号组，理想信号可以选择wlan协议里的通用信号。
[0085]
步骤b2：遍历时钟不平衡补偿值
[0086]
综测仪持续接收步骤1信号源发送的标准信号，经过i、q路adc采集合并成的基带信号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，k＝1，
…
，m，其中基带信号持续时间为τ，采样率为fs，m＝τ*fs为总的采样点数。在[-ts/2，
…
，ts/2]范围内，以时间粒度τ＝0.01*ts遍历，即时钟偏差
[0087]
步骤b3：时钟偏差补偿模块进行补偿
[0088]
将步骤1的y(k)和步骤2的
△
t送入时钟误差补偿模块，补偿时钟偏差后得到信号为y
*
(k)。
[0089]
步骤b4：信号分析解调
[0090]
分析y
*
(k)信号，最终解析出信号误差矢量evm。如图5对evm的定义，在信号解调后，分析信号的接收位置与定义位置距离，即求得evm。计算方式如下：
[0091]
[0092]
其中s
meas，r
为信号在信号接收的位置，s
std，r
为s
meas，r
解调后的理想位置，n为所有有效信号点数。
[0093]
步骤5：选择最优evm组合对应的时钟偏差
[0094]
在对应频点下，对比基于不同
△
t补偿后信号分析得到的evm，选择evm最小相关的
△
t，作为当前频点的时钟偏差补偿值。补偿过后，依旧存在的误差已经不是i、q路时钟偏差能够纠正的了，而是器件相位噪声，信号源自有噪声等环节引起的信号误差了。
[0095]
然后，所有综测仪支持的频点，都确定出相应的i、q路时钟偏差值，将其写入综测仪内部，作为校准模块的固定数据。
[0096]
三、综测仪测量dut信号补偿系统
[0097]
综测仪的最终目的是用来测量dut信号。
[0098]
如图4所示，本发明在综测仪测量dut信号补偿系统校准设计主要包括四个步骤：接收dut测试信号，根据信号频点读取校准模块内时钟偏差值，时钟偏差补偿模块进行补充，信号分析解调。以下对各个步骤进行详细说明。
[0099]
步骤a1：接收dut测试信号
[0100]
综测仪与dut建立链接，控制dut发送需要测量的射频信号，综测仪在对应频点采集射频信号，组合成基带信号y(k)＝i(k)+q(k)*i，k＝1，
…
，m，其中基带信号持续时间为τ，采样率为fs，m＝τ*fs为总的采样点数。
[0101]
步骤a2：根据信号频点读取校准模块内时钟偏差值
[0102]
根据射频信号的频点，从综测仪校准系统设中读取对应频点的时钟偏差值δt。
[0103]
步骤a3：时钟偏差补偿模块进行补偿
[0104]
将步骤1的y(k)和步骤2的δt送入时钟误差补偿模块，补偿时钟偏差后得到信号为y
*
(k)。
[0105]
步骤a4：信号分析解调
[0106]
分析y
*
(k)信号，按照dut信号的测试需求分析各个指标，校验dut信号指标是否达到协议要求的性能指标，若达到，则dut设计达标，否则，dut不合格，按照上述方法重新设计和校准。
[0107]
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种综测仪，其特征在于：所述综测仪内设有时钟偏差补偿模块，对接收的iq信号进行时钟补偿，所述时钟偏差补偿模块的补偿方法为：s1：读取信号源和预设的时钟偏差值；s2：根据时长偏差值构建补偿系数；s3：根据补偿系数重构时钟偏差的一路信号；s4：输出信号源补偿时钟不平衡后的补偿信号。2.根据权利要求1所述的综测仪，其特征在于：步骤s1中，综测仪采集到的基带信号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，k＝1，
…
，m，i为虚数单位，其中，基带信号持续时间为τ，采样率为fs，m＝τ*fs为总的采样点数，k为采样点，i路信号为i(k)，q路信号为q(k)，i、q路的时钟偏差为已知的δt，步骤s2中，设定一定时长内的采样点附近的l个点，l为偶数，然后根据l个点获取补偿系数序列，所述补偿系数序列为：3.根据权利要求2所述的综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，其特征在于：选取采样点附近的采样l的数量为6，在步骤s3中，对q路信号进行重构，根据补偿系数对q路信号进行重构后的信号为：当k
±
m＜1或者k
±
m＞m时，m∈[0，l/2]，公式内的q(k
±
m)取值为0，步骤s4中，将补偿了q路信号的基带进行输出，输出后的基带信号为：y
*
(k)＝i(k)+q
*
(k)*i。4.一种采用权利要求1-3任一项所述的综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，其特征在于，包括如下步骤：a1：获取待测设备dut的测试信号；a2：根据频点读取时钟偏差补偿值；a3：采用时钟偏差补偿模块进行补偿；a4：信号分析解调。5.根据权利要求4所述的综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，其特征在于：步骤a2中，时钟偏差值的校准方法为：b1：信号源选择频点发送标准信号；b2：遍历时钟不平衡补偿值；b3：时钟偏差补偿模块进行补偿；b4：信号分析解调；b5：选择最优evm组合对应的时钟偏差作为最终的时钟偏差补偿值。6.根据权利要求5所述的综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，其特征在于：步骤b2的具体处理方法为：
综测仪持续接收步骤a201信号源发送的标准信号，经过i、q路adc采集合并成的基带信号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，以时间粒度τ＝0.01*ts遍历，即时钟偏差号记为y(k)＝i(k)+q(k)*i，以时间粒度τ＝0.01*ts遍历，即时钟偏差其中，τ为基带信号持续时间，ts为采样周期，fs为采样率，m＝τ*fs为总的采样点数，在[-ts/2，
…
，ts/2]范围内，k＝1，
…
，m。7.根据权利要求6所述的综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，其特征在于：步骤b4中，信号分析解调的处理方法为：分析通过时钟偏差补偿模块补偿后的基带信号，解析出信号误差矢量evm，在信号解调后，分析信号的接收位置与定义位置距离，即求得evm，计算方式如下：其中，s
meas，r
为信号在信号接收的位置，s
std，r
为s
meas，r
解调后的理想位置，n为所有有效信号点数。8.根据权利要求7所述的综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，其特征在于：步骤b5中，在对应频点下，对比基于不同
△
t补偿后信号分析得到的evm，选择evm最小相关的δt，作为当前频点的时钟偏差补偿值。9.一种实现权利要求4-8任一项所述的综测仪补偿信号iq路时钟偏差的方法，其特征在于，包括：接收模块：用于获取待测设备dut的测试信号；读取模块：用于根据频点读取时钟偏差补偿值；补偿模块：用于采用时钟偏差补偿模块进行补偿；解调模块：用于对补偿后的信号分析解调。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述：还包括时钟偏差补偿值校准模块：用于校准时钟偏差补偿值，所述时钟偏差补偿值校准模块包括：信号发送单元：用于选择频点发送标准信号；遍历单元：用于遍历时钟不平衡补偿值；补偿单元：用于采用时钟偏差补偿模块进行补偿；选择模块：用于获取补偿模块和解调模块处理后的最优evm组合，然后选择最优evm组合对应的时钟偏差作为最终的时钟偏差补偿值。
技术总结本发明提供一种综测仪校准和补偿信号IQ路时钟偏差的方法及系统，属于综测仪检测技术领域。本发明综测仪内设有时钟偏差补偿模块，对接收的IQ信号进行时钟补偿，所述时钟偏差补偿模块的补偿方法为：读取信号源和预设的IQ路时钟偏差值；根据时长偏差值构建补偿系数；根据补偿系数重构时钟偏差的一路信号；输出信号源补偿时钟不平衡后的补偿信号。本发明还提供一种采用所述综测仪来实现综测仪校准和补偿信号IQ路时钟偏差的方法及系统。本发明纠正掉综测仪本身时钟偏差对矢量信号造成的影响，有效提升了待测设备信号性能的精确性和稳定性。效提升了待测设备信号性能的精确性和稳定性。效提升了待测设备信号性能的精确性和稳定性。
技术研发人员：蒋芜
受保护的技术使用者：深圳市极致汇仪科技有限公司
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
