嵌入式频谱分析方法、分析仪、直发站及频谱分析方法

技术领域

本发明涉及信号处理及分析技术领域，特别是涉及一种嵌入式频谱分析方法、分析仪、直发站及频谱分析方法。

背景技术

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫兹以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。现有的频谱分析仪及分析方法，都是通过独立的频谱装置来进行频谱分析，如手持式频谱分析仪、频谱分析仪等。但是此种方法具有以下缺点：成本高，已有技术都需要单独购买频谱分析仪设备；操作复杂，现有的频谱分析仪设备都是面向专业研究和工程人员，功能繁复，操作复杂。此外，在某些特殊场景下，例如需要对直发站的信号进行分析时，在工程现场需要连接射频线缆、电源线缆等，部分应用场景没有条件，使用起来较为不便。

发明内容

基于此，有必要针对现有频谱分析仪操作复杂、且需连接射频、电源线缆的问题，提供一种嵌入式频谱分析方法、分析仪、直发站及频谱分析方法。

一方面，本发明提出了一种嵌入式频谱分析方法，包括步骤：

S1：ADC模块接收射频信号，转换为数字射频信号后传输至FPGA；

S2：MCU接收WEB界面或上位机软件传输的用户输入信息；

S3：MCU控制FPGA进行频谱分析，并读取FPGA分析得到的频谱信息；

S4：MCU输出频谱信息至计算机，由WEB浏览器或软件解析得到频谱分析图。

进一步地，步骤S2中，所述用户输入信息包括用户将要分析的频率、带宽及扫描步进。

进一步地，步骤S3包括：

S31：MCU将频谱分析的起始频率换算为DDS控制字写入FPGA；

S32：FPGA将数字射频信号与NCO数字频率做数字混频处理；

S33：FPGA通过带宽信息及FIR滤波器，将数字混频后的信号进行数字滤波处理；

S34：FPGA将FIR数字滤波后的信号计算数字功率；

S35：FPGA将计算得到的数字功率换算为相对功率值；

S36：MCU从FPGA读取相对功率值；

S37：MCU将起始频率值与相对功率值保存；

S38：MCU将频率更改为：起始频率加上扫描步进值；并将频率换算为DDS控制字写入FPGA；再重复步骤S31至S37，直至所有的频率值与功率值都被保存。

进一步地，步骤S40中：MCU通过PHY芯片处理后通过网口传输频谱信息至计算机，由计算机WEB浏览器解析得到频谱分析图。

进一步地，步骤S40中：MCU通过串口43输出频谱信息至计算机，由软件解析得到频谱分析图。

另一方面，本发明还提出了一种直发站频谱分析方法，包括如上所述的嵌入式频谱分析方法；其中，ADC模块、FPGA及MCU都嵌入于直发站内部。

又一方面，本发明还提出了一种嵌入式频谱分析仪，包括：ADC模块、MCU、FPGA及输出端口；ADC模块的输出端与FPGA的输入端连接，ADC模块接收射频信号，转换为数字射频信号后传输至FPGA；MCU通过控制端口与所述FPGA连接，通过MCU接收外接计算机传输的用户输入信息，并控制FPGA进行频谱分析；输出端口与外接计算机连接，MCU读取FPGA分析得到的数据后通过输出端口输出频谱信息至外接计算机，由外接计算机解析获得频谱分析图。

进一步地，该嵌入式频谱分析仪还包括PHY芯片，所述PHY芯片的输入端与MCU的输出端连接，所述输出端口为网口，所述PHY芯片的通过所述网口与外接计算机连接。

进一步地，所述输出端口为RS232串口43，MCU的输出端通过所述RS232串口43与外接计算机连接。

又一方面，本发明还提出了一种直发站，包括直发站本体及如上所述的嵌入式频谱分析仪；其中，ADC模块、FPGA、MCU及输出端口都嵌入设置于所述直发站本体上。

本发明提出了的技术方案，将ADC模块、FPGA及MCU设置于直发站上，通过MCU控制FPGA进行频谱分析后通过端口传输至计算机进行图像查看。其参与频谱分析的各个模块嵌入在设备内部，不需要再额外购买、配置其他频谱分析设备；操作简单，用户通过WEB界面或桌面软件就可以操作频谱分析；不受应用环境约束，只要在直放站能安装的应用场景，用户即可使用；无需要再连接其他的射频线缆、电源线等；此外，其还直接可以使用数字直放站现有器件方案，不需要更改硬件方案。

附图说明

图1为本发明的一种嵌入式频谱分析方法一实施例的步骤流程图；

图2为本发明的一种嵌入式频谱分析仪第一实施例的原理框图；

图3为本发明的一种嵌入式频谱分析仪第二实施例的原理框图；

图4为本发明的一种嵌入式频谱分析方法的处理分工示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、ADC模块；20、FPGA；30、MCU；41、PHY芯片；42、网口；43、串口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

在一实施例中，请参阅图1及图4所示，一方面，本发明提出了一种嵌入式频谱分析方法，包括步骤：

S1：ADC模块10(模数转换模块)接收直发站中需要采集的射频信号，将视频信号转换为数字射频信号后传输至FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)20；

S2：MCU30((Microcontroller Unit，微控制单元)接收WEB界面或上位机软件传输的用户输入信息；

S3：MCU30控制FPGA20进行频谱分析，并读取FPGA20分析得到的频谱信息；

其中，步骤S3具体地包括：

S31：MCU30将频谱分析的起始频率换算为DDS((Direct Digital Synthesis，直接数字频率合成)控制字写入FPGA20；

S32：FPGA20将数字射频信号与NCO(numerically controlled oscillator，数字控制振荡器)数字频率做数字混频处理；

S33：FPGA20通过带宽信息及FIR滤波器，将数字混频后的信号进行数字滤波处理；

S34：FPGA20将FIR(Finite Impulse Response,非递归型)数字滤波后的信号计算数字功率；

S35：FPGA20将计算得到的数字功率换算为相对功率值；

S36：MCU30从FPGA20读取相对功率值；

S37：MCU30将起始频率值与相对功率值保存；

S38：MCU30将频率更改为：起始频率加上扫描步进值；并将频率换算为DDS控制字写入FPGA20；再重复步骤S31至S37，直至所有的频率值与功率值都被保存。

S4：MCU30输出频谱信息至计算机，由WEB浏览器或软件解析得到频谱分析图。

进一步地，在本实施例中，步骤S2中，用户输入信息包括用户将要分析的频率、带宽及扫描步进。当然，该用户输入信息还可以包括以下其他信息，其不以本实施例中描述为限制。

在本发明的一实施例中，步骤S40中：MCU30通过PHY芯片41处理后通过网口42传输频谱信息至计算机，由计算机WEB浏览器解析得到频谱分析图。

在本发明的另一实施例中，步骤S40中：MCU30通过串口输出频谱信息至计算机，由软件解析得到频谱分析图。

另一方面，本发明还提出了一种直发站频谱分析方法，包括如上的嵌入式频谱分析方法；其中，ADC模块10、FPGA20及MCU30都嵌入于直发站内部。

需要说明的是，直放站属于中继器的一种，是网络物理层上面的连接设备。适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。因此其常常需要进行信号分析。

本发明技术方案在数字直放站内部，采用数字信号处理技术、嵌入式处理技术实现了一种直发站频谱分析方法。用户用笔记本电脑与数字直放站的网口42连接，打开浏览器即可观察分析直放站接收天线所接收的频谱情况。

又一方面，本发明还提出了一种嵌入式频谱分析仪，包括：ADC模块10、MCU30、FPGA20及输出端口；ADC模块10的输出端与FPGA20的输入端连接，ADC模块10接收射频信号，转换为数字射频信号后传输至FPGA20；MCU30通过控制端口与FPGA20连接，通过MCU30接收外接计算机传输的用户输入信息，并控制FPGA20进行频谱分析；输出端口与外接计算机连接，MCU30读取FPGA20分析得到的数据后通过输出端口输出频谱信息至外接计算机，由外接计算机解析获得频谱分析图。

参照图2所示，在该分析仪的一个实施例中，该嵌入式频谱分析仪还包括PHY芯片41，PHY芯片41的输入端与MCU30的输出端连接，输出端口为网口42，PHY芯片41的通过网口42与外接计算机连接。

在本发明实施例中，ADC模块10使用的是型号为AD9361信号转换芯片，而FPGA20及MCU30则通过型号为XC7Z100FFG900的处理芯片实现，而PHY芯片41则是通过型号为DP83867的收发器芯片实现。当然，各个模块的芯片型号还可以为其他型号的芯片，其不以本实施例中提到的型号为限制。

参照图3所示，在该分析仪的另一个实施例中，输出端口为RS232串口，MCU30的输出端通过RS232串口与外接计算机连接。

可以理解的是，输出端口还可以为除RS232串口之外的其他接口实现，其可以与计算机之间实现频谱数据的传输即可，不以本实施例中描述为限制。

又一方面，本发明还提出了一种直发站，包括直发站本体及如上的嵌入式频谱分析仪；其中，ADC模块10、FPGA20、MCU30及输出端口都嵌入设置于直发站本体上。

本技术方案，射频信号经过ADC模块10转换为数字信号进入FPGA20；MCU30通过与FPGA20的控制接口，控制FPGA20进行频谱分析，并读取FPGA20分析得到的数据；最后MCU30提供WEB服务通过PHY芯片41供用户通过网口42访问；或者MCU30通过串口输出频谱数据后，有电脑端的桌面软件解析得到频谱分析图。

本发明提出了的技术方案，将ADC模块10、FPGA20及MCU30设置于直发站上，通过MCU30控制FPGA20进行频谱分析后通过端口传输至计算机进行图像查看。其参与频谱分析的各个模块嵌入在设备内部，不需要再额外购买、配置其他频谱分析设备；操作简单，用户通过WEB界面或桌面软件就可以操作频谱分析；不受应用环境约束，只要在直放站能安装的应用场景，用户都可使用；不需要再连接其他的射频线缆、电源线等；此外，其还直接可以使用数字直放站现有器件方案，不需要更改硬件方案。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。