双踪示波器设计中的采样率自适应分配技术

基于奈奎斯特采样定理和FPGA器件设计了一款采样率自适应分配的双踪数字示波器。采用双通道共享双A/D,按照输入信号带宽比自适应分配二通道采样率的方案,有效地解决了传统模式下二通道采样率无法相互调剂的弊端,从而显著提高了示波器的带宽上限和采样效率。在总采样率约束下,较传统采样模式,带宽上限提高近2倍,对高斯分布下的信号带宽采样效率提高约1.5倍。     

一种新型无人机高分SAR 信号非均匀混合采样技术

无人机高分辨合成孔径雷达(SAR)系统具有较大的信号频率带宽,根据奈奎斯特采样定律,雷达接收机需要超高速采样的ADC芯片。由于超高速采样率的ADC芯片的采样量化位数较低、功耗较高、成本昂贵,直接采用超高速采样ADC芯片对无人机高分辨率SAR回波信号进行采样接收不是最优方法。文中提出一种新型的非均匀混合采样技术用于对无人机高分辨率SAR回波信号进行采样接收,通过优化无人机SAR系统的信号收发时序,利用325 Msps采样率的ADC芯片即可对频率带宽为2 GHz的雷达回波信号进行采样接收,保证雷达回波的相位扰动与旁瓣电平满足应用需求。仿真实验表明:2 GHz带宽的Ku-SAR系统的回波信号能被采样率为325 Msps的ADC芯片完好采样接收,成像分辨率优于0. 2 m,旁瓣电平控制在-13 dB以下。     

对线性载波调制信号采样的研究

分析了线性载波调制信号经欠采样后,满足一定的条件时可以恢复基带信号波形。给出了达到这种频谱重叠条件的采样率的下限即采样率等于2倍的基带信号带宽以及何时能取到这一下限。同时提出对数字载波调制系统的采样不需要重建波形而只要恢复码元序列的思想。应用修正的Gardner算法可部分地解决采样时钟偏差对信号恢复的影响。     

孔径抖动对中频采样系统信噪比影响的研究

孔径抖动对中频(或射频)带通采样系统信噪比的影响非常严重.理论上,尽管相同带宽的中频信号和基带信号可以用相同的频率进行采样,但中频采样受孔径抖动等因素的影响更大,其采样技术要求也更高.如果在中频采样系统中解决不好孔径抖动问题,很可能根本采集不到正确的信号.本文通过分析孔径抖动产生的原因,孔径抖动与ADC (模数转换器)的信噪比以及与被采样信号上限频率之间的关系,找出了由孔径抖动决定的被采样信号的上限频率与ADC模拟带宽之间存在差距的原因,并发现了过采样率与处理增益及孔径抖动之间的关系.最后,介绍了几项减小孔径抖动的具体措施.     

理想低通欠采样定理的结合应用分析

通过分析模拟频率与数字频率的对应关系,对含低频和不交叠窄带频率成分的信号推导得出对该类信号采样所需的最低采样率,提出了确定采样频率最小值的方法,改进了数字滤波器所对应的奈氏带宽。该方法可在不失真的情况下降低采样率,减少信号处理时间。     

基于变换采样的超宽带接收机设计

为了实现以较低的采样率对超宽带(UWB)脉冲信号进行采样以及在带宽和系统复杂度之间取得均衡,设计了一种基于变换采样的超宽带接收机系统.设计的接收机在AD芯片之前加入了跟踪保持放大器,提高了系统的模拟带宽(5GHz),通过采样时钟的较小延时实现了较高的等效采样率(8 GHz).主要用来接收带宽1 GHz以及以上的超宽带信号,利用VHDL进行编程,通过Chipscope抓取信号进行验证.测试表明,该系统能接收1 GHz以及以上带宽超宽带信号,达到了设计要求,可以用于超宽带通信与测距.     

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。     

欠采样与过采样技术研究

数据采集面临两类问题:要有更高的采样率,来满足对高频信号的采样需求;能有更大的采样动态范围,来满足对微弱信号的采样需求。欠采样技术和过采样技术的出现很好地解决这两个问题。文章将解析欠采样和过采样的基本原理,并利用欠采样和过采样解决实际遇到的问题。     

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.     

采样时钟抖动在弱光信号检测中的影响分析

信号采样是弱光信号检测的关键技术环节,由于采样时钟抖动引起的采样信号的输出误差会影响后续的信号检测和处理。为此,分析了输入光信号为近高斯分布波形时由时钟抖动引起的采样误差,推导出了采样输出的信噪比损失公式,讨论了采样带宽、输入信噪比以及信号脉宽对输出信噪比损失的影响,最后以取样积分检测技术为对象,计算了在不同累积次数的条件下采样抖动对取样积分检测性能的影响,对弱光信号检测中的采样时钟选取具有一定的指导意义。     

带通欠采样技术及在数字中频软件接收机中的工程应用

对无混叠带通信号的均匀采样定理进行了讨论,分别指出了经典的低通信号均匀采样定理和最小无混叠带通信号采样定理均是该定理的特例,整数频带位时两倍带宽采样率的潜在危险,大于四倍带宽的采样率并不能保证带通信号的无混叠采样,无混叠采样率的降低与对信号保护带和采样时钟精度要求之间的矛盾,以及欠采样区间的选取与欠采样后原信号正负频谱错位之间的关系.之后,结合作者的工程实践,论文给出了该技术在数字中频软件接收机中的具体应用实例.根据实际中需要考虑的几个制约因素对采用的欠采样率进行了精确选择,使得系统可以采用一款廉价的DSP芯片,并成功地使用了该芯片所集成的低速ADC和有限的DSP运算资源,大幅降低了接收机的生产成本.其中还对带通信号欠采样后的频谱结构进行了讨论,指出利用欠采样实现免混频解调法存在的不安全性,为此,论文提出了在欠采样后再进行低频混频和低通滤波的解决办法.     

新型超宽带探地雷达数字采样接收机设计

基于探地雷达应用,结合等效时间采样技术和实时采样技术的优点,提出了一种新的超宽带等效数字采样技术。该采样技术不需要采用集成模数转换(A/D),而是通过对模拟信号进行1比特并行时间交替采样和均匀量化来实现模数转换的功能。基于该技术思想,利用一片现场可编程门阵列(FPGA)研制出具有等效4.096GHz采样率、7位精度模数转换功能的超带宽探地雷达数字采样接收机。电路结构紧凑,功耗低于1.5W.实测结果表明:该接收机的模拟带宽达500MHz,具有很低的量化噪声,能很好的重构输入信号。同时,该接收机具有很好的性能,能满足超宽带探地雷达的要求。     

助听器芯片中的采样率变换数字滤波器设计

分析了助听器芯片中Σ-Δ ADC的降采样滤波器、上采样滤波器的原理及实现技术。优化滤波器结构和滤波器系数,降低了芯片面积。采用可编程配置的滤波器系数,实现通带平坦度与过渡带带宽、采样率之间的动态切换。采用SMIC 130 nm 1P8M CMOS工艺进行了MPW流片验证。结果表明,该滤波器可支持16 kHz、32 kHz采样率,满足不同采样率助听器DSP的需求。级联后滤波器的通带纹波为0.001 dB,阻带衰减达80 dB,群延时之和最大值为3.877 ms,满足助听器信号转换电路的要求。     

基于射频采样宽带数字阵列雷达波束形成

宽带数字波束形成技术是宽带数字阵列雷达系统的核心关键技术。然而目前的宽带数字波束形成方法大都存在计算量大、针对特定信号、工程实现复杂等缺点。结合宽带数字阵列雷达的特点与当前先进数字信号处理器件的特性,研究了一种基于射频直接采样的宽带数字波束形成方法。该方法具有计算量小、适用性好、具有较高工程可实现性等特点。计算仿真结果验证了该方法的有效性,并分析了信号带宽、ADC采样速率、采样率带宽比等参数对该方法性能的影响。     

基于变采样速率的信号处理

该文讨论了利用过采样、减采样等变采样率处理方法,进行通信信号处理的方法。着重从理论上分析了补零FFT对频率分辨率的影响。并且,区分了实际频率分辨率与可视频率分辨率。讨论了时域采样变化和频域采样变化对频率分辨的不同影响。     

一种整数抽取结合小数插值重采样技术研究

射频直采技术近年来在雷达、通信、电子对抗尤其是一体化接收等领域得到了广泛的应用。然而射频采样数据率极高,导致后续信号传输与实时处理难度变大。数字重采样技术能够在数字域降低采样率,从而减轻射频直采带来的信号处理压力。本文针对数字重采样技术开展研究,提出一种整数抽取结合小数插值重采样方法,推导了理论模型,给出了相应的参数递推解算方法,仿真验证了方法的有效性。采用本文所提方法,既可解决在射频高采样率下,直接进行小数插值带来的数字信号实时处理压力,又可在保证信号质量的情况下,解决特殊场景下精确变采样率处理的需求,进而实现对大范围任意分数倍抽取。     

欠奈奎斯特采样在数字接收机中的应用

从理论上讲，为提高侦察接收机的截获概率，接收机的瞬时带宽必须足够宽。接收机的瞬时带宽决定于接收机的ADC采样速率。因此数字接收机必须具备高速的ADC采样速率。这样对接收机的ADC采样器件性能提出了更高的要求。将采样的方法应用于数字接收机中，可以在一定条件下降低采样速率，同时增加接收机的瞬时带宽。提出了一种基于延时和FFT技术的时域欠采样方法，并在阐述简单原理的基础上找出存在的问题及提出改进方案。重点分析了利用延时和非延时2路通道的相位差与入射信号频率之间的关系，进行信号频率的无模糊估计。基于目前硬件实现水平，数字接收机中采用这种欠采样方法是经济可行的方案。     

基于积分过采样结构的高精确度模数转换器

设计了一种积分过采样结构的高精确度模数转换器,该种结构转换器具有较高的线性度,千赫兹级信号带宽,它和通用集成模数转换器相比具有更高的精确度性能和更高的采样率。该模数转换器主要由采样保持模块、电压电流变换模块、积分模块、集成模数模块、FPGA模块、参考源以及电源模块构成,利用积分变换处理和过采样技术来提高转换器的精确度和采样率。为验证积分过采样理论的正确性与可行性,本文设计18位积分过采样模数转换器,其具有双极性输入电压-2~+2 V,采样率10 kHz。通过对该模数转换器进行理论计算和仿真得到有效位数17 bit,信噪比为104.06 dB,微分线性误差(DLE)均小于0.5 LSB,积分线性误差(ILE)均小于0.3 LSB。     

基于随机解调器压缩采样的宽带频谱检测方法

宽带频谱检测的目的是完成对宽频段内信号的检测。在Nyquist采样理论下,为瞬时覆盖这么宽的带宽会对模数转换器（ADC,analog—to-digital）的采样率提出过高要求。研究了基于随机解调器压缩采样的宽带频谱检测方法。该方法能够以低于Nyquist采样率的速率完成对宽频段的采样,降低了ADC的负担。仿真结果表明,在频谱满足稀疏性的条件下,所研究的方法能够较准确检测宽频段内的各个信号。     

带通采样技术在软件无线电中的应用研究

在实际的通信系统中,ADC采样时钟的精度以及多普勒频移都会影响带通采样在实际系统中的性能,该文用图形化的方法介绍了带通采样率和系统载波的关系,并推导了加入保护带宽,保证上下保护带对称情况下采样率的计算,最后通过一个算例演示保护带宽对称情况下的采样率的计算。