[发明专利]基于多速率并行采样的射频信号模数转换系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频信号模数转换系统及方法，特别是涉及一种基于多速率并行采样的射频信号模数转换系统及方法。

背景技术

在通信、雷达、电子战等无线电领域，软件无线电就是数字化技术推动的最终目标。软件无线电要求A/D和D/A(Analog to Digital Converter，数字量转变成模拟的器件)尽可能靠近天线，省去了复杂的模拟变频，直接对信号进行数字化，不仅使元件数显著减少，避免了模拟电路带来的信号失真，适应性不强，可扩展性差等问题，而且数字信号处理可以实现无线通信系统的中心频率和处理带宽等参数的动态配置和重构。这些优势不断促进射频数字化技术的深入研究和发展。

无线通信的数字化射频接收对模拟/数字(A/D)转换芯片的分辨率，转换速率等性能有很高的要求，就目前的器件工艺发展水平，射频数字化所采用的宽带高速A/D转换器已达到16bit/250MHz或14bit/500MHz的水平，这种器件处理能力已能够满足无线通信中中频信号的模数转换，可以实现中频数字信号处理，但是针对宽频段射频频段直接模数转换，目前还很难实现。

限制无线通信接收射频信号直接数字化的因素主要有两点：一是A/D转换器的采样速率，对于500MHz～2000MHz的射频信号，根据奈奎斯特采样定理，采样率一般要达到1GHz～5GHz；二是要求A/D转换芯片的无杂散动态范围(Spurious-free Dynamic Range，SFDR)足够大，无杂散动态范围表示无线通信接收机在强信号干扰下检测微弱信号的能力，定义为输入信号幅度的均方根值与输出信号中最大寄生信号的均方根值的比值。而满足通信接收数字信号处理的动态范围要求100dB～120dB，也就是说A/D转换器的分辨率为17bit～20bit。

软件无线电的数字接收机，大多数通信信号带宽是有限的，因此，在数百兆赫兹以上的射频直接采样，一般采用欠采样技术，欠采样的依据是带通采样定理，相对于奈奎斯特(Nyquist)采样定理而言，它可以使数字接收机的采样率降到最低限度，但A/D转换器的动态范围成为限制射频数字化的主要因素。

由上述分析可知，无线通信中的射频数字化技术既要求A/D转换器的分辨率高，又要采样速率高。目前，市场上主流A/D转换器不足以满足射频数字化的要求，一种可行方案是通过采用多片ADC芯片并行采样来提高A/D变换器的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多速率并行采样的射频信号模数转换系统及方法，其能够实现无线通信接收射频信号的直接数字化，提高分辨率和无杂散动态范围，操作简单。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于多速率并行采样的射频信号模数转换系统，其包括功率分配模块、第一A/D转换芯片、时钟源模块、第二A/D转换芯片、数字信息处理模块，第一A/D转换芯片、第二A/D转换芯片都与功率分配模块相连，时钟源模块位于第一A/D转换芯片和第二A/D转换芯片之间，第一A/D转换芯片与数字信息处理模块相连，第二A/D转换芯片与与数字信息处理模块相连。

优选地，所述数字信息处理模块包括FPGA、多速率信号处理模块，其中：

FPGA，与多速率信号处理相连，用于数据处理，产生速率均为预定实现采样速率的两路数字信号，通过延时，将两路数字信号相位同步后进行累加，恢复出输入被采样模拟信号的幅度，完成射频信号模数转换；

多速率信号处理模块，用于处理信号的抽取、内插、延时，得到一路预定实现采样速率的数字信号，完成输入被采样射频信号的模数转换。

本发明还提供一种基于多速率并行采样的射频信号模数转换方法，其包括以下步骤；

步骤一，将输入被采样射频信号通过功率分配器件均分为若干路相同模拟信号，分别输入到若干个采样电路中的A/D转换芯片；

步骤二，基于预定实现采样频率，利用同一时钟源生成驱动若干路采样电路中A/D转换芯片的若干种采样频率，一路采样电路对应一种采样频率；

步骤三，所述A/D转换芯片基于输入信号同步，利用不同的采样频率驱动，进行采样；

步骤四，所述若干个采样电路基于不同采样频率的驱动，生成不同速率的采样信号，利用多速率信号处理形成预定实现采样频率的采样信号；

步骤五，将若干个采样电路产生的数字信号延时、同步、累加合成，得到一路预定实现采样速率的数字信号，完成输入被采样射频信号的模数转换。

优选地，所述步骤一采用两路相同模拟信号和两个A/D转换芯片。