宽带数字接收机技术.pptx

数字接收机的概念理想的数字接收机可以用以下一段话来描述：“前端的ADC对天线的全频段进行高速数字化，所有的处理工作全在后续的高速DSP上进行，采用数字信号处理的各种高分辨率算法，实时地得到所需的全部信息。”这就是数字接收机的发展方向——宽带、高速实时信号处理。数字接收机尽量减少系统结构中的模拟环节，利用数字信号处理技术来处理ADC输出数据。图 1?1 数字接收机实现框图引言面临的问题高速ADC采录大量的数据现有的高速DSP的工作速率大约比ADC的采样速率低1～2个数量级。图 1?1 数字接收机实现框图降数据率主要方法就是降低高速ADC的输出数据率，使之与高速DSP的处理速度相匹配。降数据率的前提是保证信号信息不丢失。这样，可以将如图 1?1所示的数字接收机结构改为如图 2?1所示的结构：图 2?1数字接收机实现框图 带通采样接收信号相对于整个频段为一个窄带信号，如果按照经典的香农抽样定理来抽取信号，即（其中为带通信号的上限频率），必然造成系统资源的浪费，在极高的情况下也没有能够达到这个速率的ADC，即使ADC的速度达到了要求，后续DSP也无法实时处理如此庞大的数据。如果把信号处理的频段集中在带通信号的带宽之内，而不是在整个监视频段内，就可以大大降低数据率，这样就引入了带通采样理论。带通采样图 2?2 经典采样与带通采样的比较带通采样带通采样能大量缩减处理的数据量，而且实现较为简单。前提：数据的中心频率是已知的。未知情况下：通过短时数据测频估计得到带通信号的中心频率，将这个估计频率作为带通采样的引导频率，通过带通采样定理得到二次采样率，从而达到降低数据率的目的。均匀带通采样定理工程上将带通信号作为一种带限信号作如下定义：（2.1）如果m(t)的频谱（2.2），带宽为B的带通信号。则d(t)称为中心频率为带通均匀采样定理对于式（2.1）所定义的带通信号1．采样率满足如下条件时不会出现信号的频谱混叠： ， （2.3） fix：向下取整其中 ， 和 分别是带通信号的下限和上限频率。N=1对应的是低通采样的情况；或者 ,（2.4） ，K=0对应的是低通采样的情况；90-100M重构对于(2.3)或(2.4) 确定的采样率，对应的重构公式为 (2.5)其中,对于(2.3) 对于(2.4)带通采样的优势 带通均匀采样定理说明，对于带通信号，并不一定需要采样率大于信号最高频率分量的两倍。对于窄带信号，只要采用比信号中心频率小得多的采样率，就能够实现对信号的无混叠采样。多信号情况下的带通采样带通均匀采样理论只适用于单信号情况，在空间同时有多个信号到达时，必须寻找新的解决方案。面对同时到达信号，可以采取以下两种措施：ReTurner.D多信号情况下的带通采样1．在带通采样之前对同时到达的每个带通信号进行带通滤波处理，然后分别进行带通采样和重构，也就是将同时到达的带通信号当成多个单信号来处理。实现方法如图 2?3所示：图 2?3 用分别滤波的方法对多信号带通采样多信号情况下的带通采样2．改造带通均匀采样定理。 使其能够同时对多个带通信号进行欠采样并能够准确恢复原信号。这就是下面将要介绍的内容。 假设N个实带通信号，它们的边界满足：（2.6）多信号情况下的带通采样在频率轴上以从左至右的顺序对这2N个边带重新作如下命名：（2.7）任取两个边带(这里假设是第i个和第j个)，与单信号的带通直接采样类似，可以推导出多信号情况下的带通采样任取两个边带(这里假设是第i个和第j个)，与单信号的带通直接采样类似，可以推导出其中 多信号情况下的带通采样在频率轴上以从左至右的顺序对这2N个边带重新作如下命名：（2.7）任取两个边带(这里假设是第i个和第j个)，与单信号的带通直接采样类似，可以推导出多信号情况下的带通采样（2.8）其中 多信号情况下的带通采样 这样第1个边带与其余2N-1个边带共有2N-1组如式的不等式约束， 第2个边带与第3～(2N-1)个边带共有2N-3组如式的不等式约束(第2个边带无需与第2N个边带产生约束，因为根据实带通信号的对称性，这相当于第1个边带与第2N-1个边带产生的约束)……依此类推，2N个边带共有 个如式的不等式约束。 将这所有个区间求交集，就是所需的的合理取值范围。多信号情况下的带通采样 因为缺少降数据率前的带通滤波，降数据率(抽取)后信噪比将恶化。 同时由于的取值范围是多个单独信号采样率范围的交集，必然使的范围变小，从而使降数据率的倍数相对于各个单信号降低。带通采样的优缺点优点 目前，带通采样理论已经广泛运用于通信接收等领域。对于中心频率和带宽已知的窄带信号，利用带通采样理论能够在无损信号信息的情况下大大降低信号数据率，