[发明专利]一种基于多核DSP的并行相位噪声测量方法

说明书

本发明公开了一种基于多核DSP的并行相位噪声测量方法，属于测试技术领域。本发明将相位噪声测量分析频偏范围1Hz～100MHz进行分段后，每个频段采用不同的频率分辨率，在低频段采用较高的分辨率，在高频段采用较低的分辨率，这样就可以在保证满足系统要求的宽频带和高分辨率的同时，减小系统数据的存储量，进而减轻数据处理复杂度和提高数据处理速度，具有节约资源，效率高的特点；本发明实时并发流水的设计模型，按照负载均衡的原则，将任务进行划分，采用流水的方式进行调度，解决了传统噪声测量方法中，主从模型中主核的执行瓶颈问题；采用生产和消费模型解决了各任务之间数据传输的瓶颈问题。

技术领域

本发明属于领域，具体涉及一种基于多核DSP的并行相位噪声测量方法。

背景技术

相位噪声是衡量频率源短期稳定度的一项重要技术指标。在雷达、导航、通信和电子对抗等领域对相位噪声提出了越来越高的要求，相位噪声测试已成为电子测量领域的重要研究内容。一直以来，相位噪声测量的灵敏度都是用户的“痛点”问题，为了提高测量的灵敏度，主要的方案是在硬件上构建一个双平衡通道，然后基于互相关对噪声进行抵消，进而提高测量灵敏度。以分析频偏从1Hz到100MHz为例，采用250MHz的AD对数据进行采样，AD在8.5秒内会给主机采集超过1.4G的数据(AD工作在250M的时钟下，每4ns*16出一个点，累积到2048个点会通知DSP，后面的4ns*16再*8依次类推。AD在8.5秒内会给DSP采集超过1.4G的数据)，主机把这些数据处理完需要做10万次FFT，5万次互相关运算，运算量相当大。显而易见的是，相位噪声测量过程中数据存储、数据传输、数据处理等环节给噪声测量和处理带来了巨大的压力，采用串行处理方式完成一次测量需要38秒，这对用户来说是无法忍受的。

相位噪声是反映频率源稳定度的关键指标，引起频率源稳定度的原因主要有两种，一种来源于外部的噪声干扰，它通常表现为原始信号离散的调制边带，另一种是由于频率源的内部噪声引起的，包括热噪声、散弹噪声、随机游走噪声和闪烁噪声，它们表现为相位抖动，称为相位噪声。相位噪声的表征方法分为时域和频域两种，在时域上常用阿伦方差来表示，在频率上通常用单边带相位噪声(Single Side Band，SSB)表示，美国国家标准与技术研究院(NIST)将L(f)定义为偏离载波指定频率处单位带宽内的单边带噪声功率与载波功率的比值，示意如图1所示。

利用互相关技术消除通道上器件本身带来的无关噪声影响，从而提高了相位噪声测量灵敏度。噪声抵消的程度取决于互相关运算的次数，理论上在进行100次互相关运算后，相位噪声灵敏度可提高10dB，在进行10000次互相关运算后，相位噪声灵敏度可提高20dB。在提高相位噪声测量灵敏度的同时，却因互相关次数的增加带来了运算时间的大幅度增加。

现有方案：

假如相位噪声测量分析频偏范围为1Hz～100MHz，在这样宽的频率范围内为了提高灵敏度，需要进行功率谱密度分析，分析中要实现相同的频率分辨率是很难做到的，如对10Hz的低频信号要求至少1Hz的频率分辨率，若对100MHz的信号也要求1Hz的频率分辨率，根据奈奎斯特采样定律，采样频率要大于信号最高频率的2倍，针对100MHz的信号完成一次采样至少需要200MHz的采样率，采样点数高达200万个，实际的工程应用中是很难实现的，即便可以实现，时间也是难以承受的。

传统的分析模型中，主要的流程包括FFT运算和互相关运算，传统的噪声测量流程一般采用主从模型的任务分配模式，如图2所示，其中一个核为主核(Master)，负责将所有的任务分配到剩余的从核上处理，所有的从核都受主核调度。主从模式的显著特点是集中控制、分散执行。在主从并行模式中，所有从核都是由主核负责控制，主核负责任务分配和数据传输，而从核负责主要的运算，从核之间不能通信。