一种频率交织并行采样与重构方法

技术领域

本发明涉及信号采样与处理领域，尤其涉及一种频率交织并行采样与重构方法。

背景技术

为了实现高速、高精度、宽带数据采样，研究者提出了一类频率交织多通道并行数据采样和重构的方法，其基本思想是在感兴趣频带范围内，对模拟输入信号在频域内将其分割成多个频率子带，每个频率子带先由一个独立的模数转换器实现下采样，再通过上采样以及数字重构滤波器恢复原始信号。为实现频率分割，学者们提出了多种实现方式，如离散时间采样滤波器、连续时间模拟滤波器等。在结构上先后提出了传统结构、谐振结构、分数延迟、调制结构等。但目前基于这些结构的频率交织多通道并行数据采样和重构系统在系统性能和电路实现难度上暂时还没有做到较好的平衡，工程实现难度较大。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种频率交织并行采样与重构方法。在通道数量较少的情况下，能够较好地平衡系统性能和电路工程实现难度之间的关系，实现高速、高精度和宽带数据采样。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是降低对模拟滤波器的性能要求，简化模拟电路的设计，提高采样系统的整体性能，降低对单个ADC的带宽要求。

为实现上述目的，本发明提供了一种频率交织并行采样与重构方法，包括以下步骤：

步骤1、通过N对功率互补模拟滤波器对V

步骤2、对每路模拟信号进行M倍的低速ADC下采样、量化和M倍的上采样；

步骤3、通过M路的数字滤波器对M路的数字信号进行信号重构。

进一步地，所述步骤1，输入模拟信号的频带范围为[0～f

进一步地，所述步骤1，输入模拟信号通过功分器分成两路模拟信号后输出；每一路输出的模拟信号再通过功分器分成两路模拟信号后输出，以此类推，按照二叉树形结构级联，形成各阶模拟信号传输通道。

进一步地，所述步骤1，每阶功分器输出的两路模拟信号分别经过各自的功率互补模拟滤波器对V

进一步地，所述步骤1，每阶的功率互补模拟滤波器对V

进一步地，所述步骤1，各通道总的模拟滤波器传递函数H

进一步地，所述步骤2，每通道的模拟滤波器输出的信号x

进一步地，所述步骤2，每通道输出的模拟信号经过低速ADC采样量化后的数字信号，进行M倍上采样。

进一步地，所述步骤3，通过数字滤波器F

进一步地，所述步骤3，每通道的数字滤波器传递函数F

在本发明的较佳实施方式中，本发明提出一种频率交织并行采样与重构的方法，在通道数量较少的情况下，能够较好地平衡系统性能和电路工程实现难度之间的关系，实现高速、高精度和宽带数据采样。

本发明所提供的一种频率交织并行采样与重构方法，包括以下步骤：

(1).模拟信号源输入的信号通过功分器分成两路模拟信号后输出；每一路输出的模拟信号再通过功分器分成两路模拟信号后输出，以此类推，按照二叉树形结构级联，形成各阶模拟信号传输通道；

(2).每阶功分器输出的两路模拟信号分别经过各自的功率互补模拟滤波器对V

(3).每阶的功率互补模拟滤波器对V

(4).各通道总的模拟滤波器传递函数H

(5).每通道的模拟滤波器输出的信号x

(6).每通道输出的模拟信号经过低速ADC采样量化后的数字信号，先进行M倍上采样，再通过数字滤波器F

(7).每通道的数字滤波器传递函数F

(8).在模拟滤波器设计完成之后，根据数字滤波器和模拟滤波器之间的共轭延迟关联关系，通过傅里叶反变换法等信号处理手段，计算出相应的有限长数字滤波器FIR的系数，完成相应的数字滤波器设计。

本发明的频率交织并行采样与重构方法，通过N对功率互补模拟滤波器对V

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：

1.由于后端数字滤波器能够去除因下采样所引起的混叠，所以对模拟滤波器的通带和阻带特性没有严格的要求，可以采用低阶滤波器实现，简化了模拟电路的设计。

2.在并行采样通道数不大于8通道的情况下，该结构的模数转换后的信号失真误差和混叠误差均较小，能够实现高精度模数转换。

3.本发明提出的一种频率交织并行采样与重构的方法，能够在通道数量较少的情况下，较好地平衡系统性能和电路工程实现难度之间的关系，可实现高速、高精度和宽带数据采样。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的流程图；

图2是本发明的一个较佳实施例的四通道结构框图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明公开了一种频率交织并行采样与重构方法，在频带[0～f

本发明一种频率交织并行采样与重构方法，包括以下步骤：

(1).模拟信号源输入的信号通过功分器分成两路模拟信号后输出；每一路输出的模拟信号再通过功分器分成两路模拟信号后输出，以此类推，按照二叉树形结构级联，形成各阶模拟信号传输通道；

(2).每阶功分器输出的两路模拟信号分别经过各自的功率互补模拟滤波器对V

(3).每阶的功率互补模拟滤波器对V

(4).各通道总的模拟滤波器传递函数H

(5).每通道的模拟滤波器输出的信号x

(6).每通道经过低速ADC采样量化后的数字信号，先进行M倍上采样，再通过数字滤波器F

(7).每通道的数字滤波器传递函数F

(8).在模拟滤波器设计完成之后，根据数字滤波器和模拟滤波器之间的共轭延迟关联关系，通过傅里叶反变换法等信号处理手段，计算出相应的有限长数字滤波器FIR的系数，完成相应的数字滤波器设计。

本发明所提出的基于频率交织并行采样与重构方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，基于频率交织并行采样与重构方法的一种四通道结构框图如图2所示。

在本实施例中，本发明的一种频率交织并行采样与重构方法包括以下步骤：

步骤S1：功分器分割

模拟信号源输入的信号通过功分器被分割成两路模拟信号后输出；每一路输出的模拟信号再通过功分器被分割成两路模拟信号后输出，形成两阶四路模拟信号传输通道，模拟信号源的频带范围为[0～f

步骤S2：功率互补滤波

每阶功分器输出的两路模拟信号分别经过各自的功率互补模拟滤波器对V

具体而言，模拟信号源输入的信号x(t)通过功分器分割两路模拟信号输出后，先分别经过功率互补模拟滤波器对V

进一步地，功率互补模拟滤波器对V

每阶的功率互补模拟滤波器对V

具体而言，所设计的第一对功率互补模拟滤波器对V

所设计的第二对功率互补模拟滤波器对V

各通道总的模拟滤波器H

具体而言，各通道总的模拟滤波器传递函数分别为：H

进一步地，|H

步骤S3：低速ADC采样

对四路滤波通道输出的模拟信号使用相同的低速ADC分别进行采样和量化，各ADC的采样频率f

步骤S4：上采样处理

每通道经过低速ADC采样量化后的数字信号，先进行M倍上采样，再通过数字滤波器F

具体地，对四路ADC采样输出的数字信号分别进行插值处理，可直接在每两个采样点之间插入M-1，即插入3个样本值，一般插入3个0值样本值。或者通过多相滤波处理实现等效的插值处理的效果。

步骤S5：数字滤波处理

每通道的数字滤波器传递函数F

具体地，

其中，F(e

T(e

T

在模拟滤波器设计完成之后，根据数字滤波器和模拟滤波器之间的共轭延迟关联关系，通过傅里叶反变换法等信号处理手段，计算出相应的有限长数字滤波器FIR的系数，完成相应的数字滤波器设计。

具体地，采用矩阵求逆的方法得到F(e

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。