宽带信号发射波形数字延迟方法研究

瞬时大宽带信号用移相法进行波束形成时可能会引起波束指偏和孔径渡越导致的脉压畸形,一般需用时间延迟线来解决这个问题,但高精度的射频延迟线工程实现代价很大。本文根据数字阵列雷达和宽带线性调频信号特点,提出了一种基于数字延迟的发射波束形成方法。首先分析了宽带线性调频信号稳定波束指向的约束条件,在此基础上提出了一种DDS采样时钟延迟+同调频斜率扩展波形的延迟的方法。仿真结果表明,该方法对宽带数字阵列雷达的线性调频信号发射波束指偏能够有效纠正和大大减小孔径渡越,不增加系统设备量和运算量,易于工程实现。     

基于分数时延的宽带数字波束形成技术

在窄带数字阵列波束形成中,通过补偿各阵元之间的时延带来的相移而合成波束。对于宽带数字阵列,相同的时延不同的频率会带来相移的不同,窄带波束形成方法会导致宽带波束方向图畸变,必须采用宽带数字波束形成技术。通过分析信号带宽对窄带数字波束形成的影响,以及宽带数字波束形成的原理,给出了基于分数时延的宽带数字波束形成方法和仿真的结果,在数字域上实现了宽带波束形成。     

基于射频采样的宽带DAR实时处理系统

针对某数字阵列雷达具有射频采样和包含宽带信号的特点,分析了宽带数字波束形成实现方法,设计了宽带信号的实时处理平台,并对平台进行了功能验证.处理平台采用CPCI总线结构,所设计的FPGA阵列处理板实时完成宽带信号的数字波束形成,DSP阵列信号处理板进行高分辨特征提取和成像,采用多通道光纤传输实现板间数据的高速实时交互.该信号处理平台具有可扩展、可重构的特点,可实现用户在同一硬件平台上通过开发不同的应用软件来适应不同功能的需求.     

一种子阵级宽带数字波束形成技术

在宽带数字阵列设计中,传统的窄带数字波束形成方法会导致带宽范围内不同频率的信号之间存在指向偏差。文章从宽带数字波束形成的原理分析出发,给出了基于子阵级划分的宽带数字波束形成算法,并通过仿真实验结果验证了子阵级宽带数字波束形成的可行性。     

全空域球面相控阵波束形成器的优化设计

针对目前全空域球面相控阵测控系统工程应用中波束数量、信号瞬时带宽等数字波束形成器性能和复杂度难以兼顾的问题,分析了常规波束形成方法在基于半球形结构的S频段大型共形天线阵列工程应用中的局限,给出了一种基于子阵划分的宽带数字波束形成器优化设计方法,通过优化幅相和时延补偿方式,使算法不受子阵尺寸限制,工程实现复杂度较低。系统建模和仿真验证表明该方法可以获得良好的瞬时带宽性能,具有较好的工程应用价值。     

低频射电阵列中的信道化宽带多波束形成技术

针对低频射电阵列海量数据、高带宽、多波束、实时处理的需求,设计了一种基于数字信道化的宽带数字多波束形成技术方案。针对射电天文学信号预处理的需求,该技术同时实现数字波束形成(Digital Beam Forming DBF)和频谱分析的功能,降低了射电阵列信号预处理运算复杂度,同时具有易于硬件实现,实时性高的特点,非常适合低频射电阵列应用。     

基于匹配处理的相控阵数字波束形成方法

在大孔径宽扫描角相控阵情况下,利用窄带相控阵不能形成宽带高分辨信号,提出一种基于匹配处理的宽带宽角相控阵数字波束形成方法。该方法采用时域数字处理,将宽带信号经匹配处理后变换到数字域,在窄带条件下进行数字波束形成。理论分析和仿真结果验证了其有效性。与实时延迟线波束形成方法和频域DFT波束形成方法相比,基于匹配处理的相控阵波束形成方法既不需要延时器和移相器,也不需要高速A／D转换器和高速数字信号处理,所需设备量少,易于工程实现。     

宽带通道合成噪声位截断设计研究

宽带数字波束形成是宽带数字阵雷达中的关键技术之一。数字阵列雷达一般有几十个甚至几千个接收通道。对于这样大规模的阵列,要实现宽带波束形成,一般需要在组件中进行预处理合成。从计算资源考虑,采用定点运算处理。为了避免定点运算溢出,通常采用截位方法,但是可能损失宽带探测目标的信噪比,因此需要对信号位宽截断进行合理设计。基于典型雷达场景,本文针对完整处理流程分析了宽带通道合成噪声位截断设计,并采用仿真进行理论验证,具有较好的工程参考价值。     

基于子阵时延的数字阵列宽带波束形成

数字阵列雷迭是雷达发展的重要方向之一。在宽带信号下,由于孔径效应影响,传统的波束形成方法会导致天线波束指向不准和主辩展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。文中以均匀线阵为模型,分析了瞬时带宽理论,并引入了分数时延滤波器的时延方法,实现数字阵列收发传输时延的精确补偿。仿真结果表明：在线阵中,对每个子阵采用分数时延滤波器进行数字波束形成,有效地解决了宽带信号波束图指向偏移,主瓣展宽的问题。     

基于分数时延的宽带数字阵列波束形成

对于宽带数字阵列雷达,传统的波束形成方法会导致天线波束扫描不准和主瓣展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入分数时延滤波器。通过对一种分数时延滤波器设计方法及宽带数字阵波束形成原理的分析,提出针对有载波宽带雷达信号的接收波束形成实现结构。仿真结果表明了该方法的有效性,与传统波束形成方法相比,其性能与理想延时更接近。     

基于Landweber迭代算法的欠采样恢复数字预失真技术

传统宽带数字预失真(DPD)为了更好地矫正功率放大器(PA)非线性特性,通常要求反馈通道带宽达到发送信号带宽的5倍,相应地要求更高采样率的模数转换器(ADC),这将导致数字预失真系统面临着硬件成本和能耗问题。针对这一问题,该文提出一种基于Landweber迭代算法的欠采样恢复(USR)数字预失真(Landweber-USR DPD)技术。这种以内外循环的方式进行处理,可将反馈通道带宽从理论要求的5倍降低至2倍,以良好的质量从欠采样的功放输出信号中恢复全频带的输出信号,使还原出的数据更接近真实的功放输出信号,以实现更好的预失真效果。实验选用基于单管氮化镓(GaN)器件的宽带F类功率放大器,在1.8 GHz工作频点下用5 MHz的长期演进(LTE)信号激励,反馈ADC速率分别设置为全采样速率(40 Msps)和欠采样速率(10 Msps)。实验结果充分证明了Landweber迭代算法恢复功放数据的可靠性以及Landweber-USR DPD技术的有效性,为宽带通信系统中数字预失真技术的工程实现提供了有效降低ADC采样率的思路和方法。     

基于低采样率数模转换器和模数转换器的太赫兹发射机线性化

太赫兹(THz)频率高、带宽大,是6G移动通信中极具优势的潜在无线频谱资源。然而太赫兹器件的非线性失真,限制了功率转换效率与通信传输距离。若采用传统数字预失真(DPD)技术对其进行非线性校正,通常要求数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)的采样速率达到信号带宽的5倍,对于太赫兹频段难以应用。因此,该文提出一种低速率DAC和ADC的DPD算法对太赫兹发射机的非线性进行校正。该方法主要分为3个步骤:首先利用低采样率ADC获取的观测数据进行上采样,恢复出带宽受限的高采样率的观测信号,此时信号采样率为信号带宽的5倍,可以有效表征出5阶非线性失真;然后建立带宽受限的DPD模型,采用最小二乘算法提取DPD校正系数;最后对校正后的信号进行下采样送往DAC以校正发射通道的非线性失真。仿真结果表明,当DAC和ADC工作在1.25倍基带信号速率的采样率条件下,对于64-QAM调制信号,该方法可以把误差矢量幅值(EVM)从8.46%降低到2.27%,从而可以支持更高阶的调制方式。     

星载AIS信号的带通采样与恢复

针对卫星接收机对模拟器件性能要求较高的问题,提出直接对接收到的射频信号进行采样,将模拟信号转换成数字信号,后续处理用软件模块实现的方法。同时结合自动识别系统（AIS）本身两个载波频率接近以及带宽较窄的特点,根据Nyquist带通抽样定理实现以较低速率采样来获取船舶状态信息,研究了一种星载AIS信号全数字解调方法和信息检测恢复技术。首先介绍了带通采样原理,其次详细研究了多用户AIS信号采样频率的确定、两个频道信号分离方法以及单通道信号如何下变频为基带信号,其中基带信号检测采用简化的基于Viterbi的非相干检测方法,最后结合AIS协议进行信号的恢复,并通过示波器采集实际船台发送的AIS信号进行了实验,验证了该过程的正确性。     

星载AIS信号的带通采样与恢复

针对卫星接收机对模拟器件性能要求较高的问题,提出直接对接收到的射频信号进行采样,将模拟信号转换成数字信号,后续处理用软件模块实现的方法。同时结合自动识别系统( AIS )本身两个载波频率接近以及带宽较窄的特点,根据Nyquist带通抽样定理实现以较低速率采样来获取船舶状态信息,研究了一种星载AIS信号全数字解调方法和信息检测恢复技术。首先介绍了带通采样原理,其次详细研究了多用户AIS信号采样频率的确定、两个频道信号分离方法以及单通道信号如何下变频为基带信号,其中基带信号检测采用简化的基于Viterbi的非相干检测方法,最后结合AIS协议进行信号的恢复,并通过示波器采集实际船台发送的AIS信号进行了实验,验证了该过程的正确性。     

基于数/模混合预失真技术的功放线性化北大核心CSCD

随着移动通信信号带宽的增加,传统功率放大器数字预失真线性化技术越来越受到采样率的限制。为了使线性化效果更好,文中提出了一种数字预失真和模拟预失真相结合的混合预失真器,利用模拟预失真宽带宽的特点和数字预失真线性化能力强的优势,把模拟预失真和数字预失真融合在一起,共同补偿功放的非线性。由于受实验设备采样率的限制,文中采用了带宽为60 MHz的5 G NR信号对一个中心频率为3.5 GHz的射频功放进行实验验证。实验结果表明:提出的混合预失真器不仅优于单独的数字预失真器和模拟预失真器的非线性矫正性能,而且还能改善数字预失真因采样率限制无法改善的带外互调失真。     

A Method to Reduce Sampling Rate of the ADC in Feedback Channel for Wideband Digital Predistortion

This paper presents a new digital predistortion (DPD) solution for wideband signals with low feedback sampling rate. To reduce the minimum sampling rate of the analog-to-digital converter (ADC) for wideband digital predistortion, the proposed method uses a bandpass filter to form a narrowband signal before the ADC. Then, a deconvolution operation is performed to recover the original wideband signal from the ADC samples. The proposed method is evaluated with an international mobile telecommunication-advanced signal with 100 MHz bandwidth. The simulation results show that the recovered signal of the proposed method closely approximates to the original signal in the passband of the filter, and the mean square error of the deconvolution decreases as the signal-to-noise ratio increases. The proposed algorithm can reduce the sampling rate of the ADC from 1105.92 million samples per second (MSPS) to 368.64 MSPS, and improve the adjacent channel power ratio more than 20 dB, which is merely 5.6 dB less than the conventional DPD with 1105.92 MSPS sampling rate.     

Photonic Bandwidth Compression Front End for Digital Oscilloscopes

Time-stretch photonic analog-to-digital converter (ADC) technology is used to make an optical front end that compresses radio-frequency (RF) bandwidth before input to a digital oscilloscope. To operate a time-stretch ADC in a continuous-time mode for bandwidth compression, the optical signal on which the RF is modulated must be segmented and demultiplexed. We demonstrate both spectral and temporal methods for overlapping the channels. Using the temporal method, we obtain a compression ratio of 3 with four channels. Mating this optical front end with a state-of-the-art four-channel digital oscilloscope with an input bandwidth of 16 GHz and a sampling rate of 50 GS/s gives a digitizer with 150 GS/s and an input bandwidth of 48 GHz. We digitize RF signals up to 45 GHz and obtain effective number of bits (ENOB) ~ 2.8 with single channels and ~ 2.5 with multiple channels, both measured over the 48-GHz instantaneous bandwidth of our system.     

Sampling Jitter Effect on a Reconfigurable Digital IF Transceiver to WiMAX and HSDPA

This paper outlines the time jitter effect of a sampling clock on a software‐defined radio technology‐based digital intermediate frequency (IF) transceiver for a mobile communication base station. The implemented digital IF transceiver is reconfigurable to high‐speed data packet access (HSDPA) and three bandwidth profiles: 1.75 MHz, 3.5 MHz, and 7 MHz, each incorporating the IEEE 802.16d worldwide interoperability for microwave access (WiMAX) standard. This paper examines the relationship between the signal‐to‐noise ratio (SNR) characteristics of a digital IF transceiver with an under‐sampling scheme and the sampling jitter effect on a multichannel orthogonal frequency‐division multiplexing (OFDM) signal. The simulation and experimental results show that the SNR of the OFDM system with narrower band profiles is more susceptible to sampling clock jitter than systems with relatively wider band profiles. Further, for systems with a comparable bandwidth, HSDPA outperforms WiMAX, for example, a 5 dB error vector magnitude improvement at 15 picoseconds time jitter for a bandwidth of WiMAX 3.5 MHz profile.     

基于STM32的数字示波器设计与实现

为实现一个高采样率,宽频带的便携式数字存储示波器,设计了以STM32为控制核心的数字示波器。硬件平台主要采用了AD8260数字程控增益放大器作为前端信号调理电路,ADS830高速宽带模数转换器和IDT7204高速缓存作为数字采集电路,以及信号波形采用了TFT彩屏显示。另外,通过采用数字内插的数字信号处理算法来重建和还原信号波形,进而改善了信号波形显示细节。最后对研制样品进行了实验室测试,实验结果表明硬件设计思路与软件及算法的处理是正确的,性能参数达到设计要求,可以应用在工程实践中。     

数字信号抽取与插值不同次序的频域分析

在数字化信号的处理过程中，改变数字信号的抽样率是经常的事。本文主要从频域来分析抽取与插值的不同次序对数字信号处理的影响。首先，我们简单介绍了抽取与插值系统。然后重点介绍抽取与插值不同次序的频域分析。根据抽取与插值的不同次序，我们分两种情况对信号基带频宽的损失进行分析。通过对比两种情况对信号基带频宽造成的损失量，使我们对抽取与插值的不同次序，对数字信号处理的影响有深入的认识。