测量接收机中模拟解调参数的自动配置技术研究

张 峰，周钦山

（中电科思仪科技股份有限公司，山东 青岛 266555）

0 引 言

随着军事通信及民用通信的迅速发展，宽频带信号发生技术也得到迅猛发展，其特点是信号频带越来越宽、调制制式也越来越复杂。宽频带信号的典型特征参数包括信号频率参数、幅度参数及调制参数等。传统频谱分析仪能够实现信号频谱参数的测试，但是不具备对调制参数特别是宽带调制参数的测试能力，因此，相应的宽频带信号周期性检定与校准需要的测量装置与测量方法逐步发生变化[1-2]。

模拟解调是模拟调制的反过程。对调制参数的精确测量，可以为模拟调制发射机和信号发生器提供有效可靠的检验手段。模拟解调不仅在频率调制（Fequency Modulation，FM）或幅度调制（Amplitude Modulation，AM）发射机的测试中是必须的，即使在现代的数字世界中，对来自数字调制发射机的模拟调制，模拟调制测量的应用也有助于故障排除。模拟调制参数的测量功能在以下方面具有广泛应用[3-4]。

（1）用于信号发生器的计量。调制参数的测量功能不仅可以计量信号发生器中的模拟调制输出性能，还可以测量信号发生器的剩余调幅/调频。

（2）用于雷达发射机测试。雷达信号测试分为功率和频谱测试以及脉内调制测试。线性调频脉内调制测试，观察脉内频率变化情况，包括线性度和调频带宽。利用AM 解调功能，可以测试脉冲波形、升降沿等信息。

（3）用于对数字通信发射机中的特殊问题进行故障诊断，进行瞬态事件和信号稳定时间分析，量化许多劣化调制质量的误差和损伤[5-6]。

（4）用于通信装备输出的调制信号的调制度分析。

（5）FM 立体声发射机测试。

同时，随着数字通信、雷达、信息战及电子对抗等技术的发展，各领域对信号的调制质量要求越来越高，传统的使用模拟解调器或者频谱仪进行调制信号测量的方式已经不能满足高精度的计量检验要求。测量接收机能够依据待测试的宽频带、大动态信号的频谱特征参数（如频率、幅度、占用带宽等），创建能自动配置通道参数的测量规则处理器，实现无失真精确测量，提取宽频带信号包含的信息量（如调制频率、调制误差、调制失真等参数），大幅度降低测量误差，实现由“频谱测量”到“信息测量”的转变[7-8]。在使用过程中，需要测试人员根据待测试信号特征（如调制率，边带幅度等），依据测试经验，手动调整通道参数。采用不同的通道设置参数，会得到不同的测试结果，具有较大局限性。

1 总体方案设计

测量接收机的总体方案设计如图1 所示，主要包含3 个功能单元，分别为信号接收单元、信号处理单元以及模拟解调参数自动配置单元。

图1 总体方案设计

信号接收单元包含变频接收通道、信号调理通道以及可变带宽滤波通道。变频接收通道将宽频带信号降频至能被模数变换器直接采集的频段；信号调理通道根据信号幅度大小可优化调整衰减器的衰减量，实现对大功率信号测试能力，通过改变开关放大器的增益量提高弱信号测量能力，综合实现信号幅度的大动态范围测试；可变带宽滤波通道可根据待测试信号特征参数调整带宽，实现解调带宽限定功能，降低进入测试通道内的噪声，以此提高测试结果精度。

信号处理单元包含模数转换器和信息运算处理器。中频信号进入模数转换器，完成模数转换，生成代表信号特征的IQ 数据，经过信息运算处理器，得到信号的频谱特征参数、时域特征参数。信号的频域特征参数与时域特征参数同时送达3 规则处理模块，得到最优的模拟解调参数。

2 模拟解调参数自动配置

模拟解调参数自动配置单元包含两部分内容，分别为参数预处理器和自动规则处理器。信号的频域与时域特征参数同时送达参数预处理器进行分解，送达规则预处理得到相关控制量，进而实现信号接收单元参数自动调整。

3 模拟解调误差分析

测量误差主要受硬件通路和软件算法两方面的影响。硬件方面，通道中的近端相噪会影响较小频偏的FM 调频指数测量，如图2 所示。

图2 模拟解调误差分析

本底噪声会影响AM 的调幅度和FM 的调频指数。幅度平坦度及非线性指标会影响调制失真的测量。因此，高性能的硬件接收平台非常重要。

调制信号是包含载波信号及无数对边频分量的集合。合理设置通道增益，实现无失真测试，能够降低测试误差。合理设置解调带宽，实现对全部边频信号的包络检测，同时减少宽带噪声叠加的影响，对测试结果的准确度和稳定性具有重要意义。

4 模拟解调参数自动配置技术

模拟解调参数自动配置技术基于变频接收技术实现待测试信号频率、幅度及占用带宽预测试，根据自动规则处理技术及相关的判定准则，精确设置接收通道参数，达到减小失真与降低噪声的权衡，实现精确测量。该技术具有以下特点：

（1）根据频率特征精确调整可调谐本振，实现与输入信号频率对齐，降低输入频率漂移对测试结果的影响；

（2）根据信号幅度特征调节步进衰减器和开关放大器的参数，实现测量动态范围最大化；

（3）根据信号占用带宽特征参数设置可调带通滤波器，优化解调带宽，降低带外噪声引入的测量误差。

模拟解调参数自动配置技术包括步进衰减器设置、解调带宽设置以及解调时间设置3 部分，设置流程如图3 所示。

图3 模拟解调参数自动配置流程

4.1 步进衰减器设置

步进衰减器的设置按照以下步骤进行。

（1）输入待测试信号，根据预设初始状态（步进衰减器40 dB，关闭前置放大器，此时信号不产生失真）进入信号接收单元并传输至基波混频器。

（2）根据预设定频率值，在时域方式下合理设置扫描时间（1 s，对应调制率1 Hz）和10 MHz 预滤波器带宽，测试得到信号峰值功率Ppeak。

（3）根据公式计算衰减器设置值，ATT=Ppeak+AMP-Lmixer（默认为2 dB 步进）。其中，ATT为步进衰减器设置值，Ppeak为信号峰值功率，单位为dBm；AMP为开关放大器增益值，当放大器为开时，增益为28-0.1×FREQ（频率设置值，单位为GHz），放大器关时，增益为-0.1×FREQ；Lmixer为最优混频器电平设置值，默认为-10 dBm+0.1×FREQ。

（4）根据步骤（3）设置步进衰减器值。

4.2 解调带宽设置

步进衰减器的设置主要有以下步骤。

4.2.1 解调带宽设置原则

频域观测分析调制信号是具备无数边频、覆盖一定带宽的信号包络，合理的测量带宽即解调带宽对测试结果具有重要意义。解调带宽过大，会引入过多的噪声，造成测量值偏大；解调带宽过小，会导致边频信号测试不全，采集信息量不足，测试结果产生失真。为合理估算信号测试的解调带宽，确定边频信号无失真覆盖，本文采用2×（99.99%占用带宽）作为信号解调带宽。这样不仅能减少无用噪声进入解调带宽，降低测试误差，而且能根据信号发射功率覆盖的区间实现有用信息覆盖。

4.2.2 解调带宽设置步骤

首先设置最大预滤波带宽为10 MHz，进行FFT测量。首次测试时设置解调时间为17 ms，计算此时信号占用带宽。如果此时占用带宽大于2%的预滤波带宽，继续执行上述步骤，否则进行第二次占用带宽测试，设置此时占用带宽为300 kHz；中频带宽应该选取2×（99.99%占用带宽）和2.5 kHz 中的最大值。

4.3 解调时间设置方法

解调时间的设置按以下步骤进行。

（1）设置IQ 数据测量长度为100 000，根据中频带宽计算解调时间。解调时间=测量长度/中频带宽。

（2）执行一次解调，得到调制率。

（3）确定解调时间，保证解调时间内可以采集100 个信号周期，解调时间=100/调制率。

5 实现效果

模拟解调参数自动配置技术的实现效果如图4、图5 所示。图4 为调幅深度为5%的AM 解调测量图，图5 为调幅深度为99%的AM 解调测量图，可以对模拟调制信号的调制速率、AM 信号的调制深度等参数进行解调。

图4 调幅深度为5%的AM 解调

图5 调幅深度为99%的AM 解调

6 结 语

本文设计了基于信号频域和时域预测试结果配置接收通道参数的测量规则处理器、反馈自动控制步进衰减器、开关放大器以及预滤波器，解决了噪声及失真的影响，最终实现了模拟调制的解调及高精度的参数测量功能，可以对模拟调制信号的调制速率、AM 信号的调制深度、FM 信号的调制频偏、载波频偏、PM 信号的调制相偏、谐波失真以及调制失真等参数进行高精度的测量。