软件无线电结课论文 基于并行 ADDA 数据采样的软件无线电技术研究

苏州科技学院天平学院现代通信网结课报告

基于并行AD/DA数据采样的软件无线电技术研究Software radio technology based on sampling the

parallel AD / DA data

班级：通信 0921

组员：杨晶、殷超

指导老师：罗恒

2012年5月

摘要：随着软件无线电技术的发展，对数据采集系统的速度和精度提出了越来越高的要求，但受ADC 变换器芯片发展水平的限制，目前单片ADC 很难同时做到高速率和高精度采样，因此提出多片ADC 时间交替采样的方法。

Abstract: With the development of software radio technology. There are increasingly high demands on speed and accuracy of the data acquisition system. But because of the development level of the restrictions of the ADC converter chip, the current single-chip ADC is difficult to sampling achieve high-speed and high precision simultaneously. So we propose multi-chip ADC time-interleaved sampling method.

一、背景介绍

软件无线电是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。

软件无线电结构的基本特征之一就是将A/D 变换尽量靠近射频天线，目前的方案是在中频对模拟信号进行数字化，在中频进行数字化不仅能给软件无线电带来极大的灵活性，而且还可以大大简化对射频前端放大器的设计需求。中频信号的带宽通常在十几MHz 到几十MHz ，这种数字化有别于一般工程中的A/D 、D/A 转换，它要求A/D 、D/A 器件具有相当高的采样速率（几十乃至上百MSPS （每秒百万次采样））、位数和一定的动态范围，依据采样定理，ADC 的采样速率f s ＞2W a （其中W a 是被采样信号的带宽）。在实际中，由于ADC 器件的非线性、量化噪声、失真及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般选取：f s ＞2．5W a 。采样频率越高，可恢复的带宽潜力就越大，因此实现软件无线电的瓶颈之一就是A ／D 转换器的速率和性能。

二、软件无线电中的A/D 技术

衡量A ／D 转换器的性能指标 有：采集频率，有效的采样位数，SNR ，SFDR ，模拟输入带宽+IMD+功耗等，而采样位数 N 越高，SNR 越高而采样频率越低。

ADC 信噪比与采样速率和分辨率之间的关系公式：

SNR=6.02N+1.76+10log10(f s /2f max )(dB) (公式1)

其中N 表示模数转换的位数，即分辨率的比特数，f s 为采样数率，f max 为输入模拟信号的最高频率，SNR 为A/D 变换器的输出信噪比软件无线电台要求能达到80dB 。

根据公式1，利用计算机模拟得到A/D 变换器的信噪比与采样速率，分辨率

模拟接口

A/D D/A 数字接口 高速数字信号 处理器用软件

完成各种功能 模数转换

数模转换

的比特数之间的关系如下图2、图3、图4所示。

=50MHz）图2 ADC信噪比与采样速率和分辨率之间的关系曲线（假定f

max

图3 ADC信噪比与f

和采样速率之间的关系曲线（假定B=12位）

max

图4 ADC信噪比与分辨率和f

max 之间的关系曲线（假定f

s

=100MHz）

可以得出这样的初步结论：

(1)从图2中可以看出，当中频信号f

max

=50MHZ时，若使SNR达到80dB。采样速率达到200Msps（每秒百万次采样）。分辨率也不能小于14位。

(2)从图3中我们可以看出，当分辨率位N=12位时，若使SNR达到80dB,中频信号包餐50MHZ，采样速率应达到近400Msps。

(3)从图4中可以看出，当f

s =100MHZ，中频信号f

max

=10MHZ，分辨率位数N=12

时，才能保证SNR达到80dB。

现在能够提供的A/D器件的厂商如下表1所示：

从中可以看出以目前的商用A／D器件．由于受到量化噪声、采样瞬间孔径抖动、量化比较器的不确定等困素的影响，再加上半导体自身特性的限制，还没有哪一种商用器件能够满足软件无线电的要求。困此，如何设计一个采样位数多(信噪比高)．采样速率高，输入带宽大的A／D变换器是软件无线电的关键。

三、数据采集技术方案

为了满足软件无线电对数据采集模块的需求，进一步提高采集的性能，通常有以下几种采样方案。

1.正交采样技术

在正交采样中，将要进行数字化的信号分成两个分量，其中一个分量乘以正弦波，下变频到零中心频率上，形成与原信号相同的信号；另一个分量乘以90°相移的正弦波，下变频到零中心频率上，形成与原信号相位正交的信号。每一分量只以原信号的二分之一带宽出现，以原信号的二分之一采样速率进行取样，因此采用两个锁相ADC代替一个ADC。由此可见，正交采样可减少要求的采样率，但是增加了采样的负担。

2. 带通信号采样技术

一般从前一模块送出的是带通的模拟信号，对于这类信号可以采用带通采样的方法以低于抽样定理中的Nyquist采样率进行模数转换，从而提高ADC的性能，降低对ADC的需求。其基本思想是：理想的带通信号在低于一定频率f

l

和高于

一定频率f

h

的范围里频率分量为零，所以对带通的中频信号，只要采样率fs不

低于两倍的信号带宽f

h －f

l

，时域的采样就不会导致信号频谱的重叠，同时，fs

还应满足：

2f h/k＜f s＜2f l/（k－1）

这里k是满足如下关系的整数：2＜k＜f

h /（f

h

－f

l

）

因此，带通采样技术使得对同样的带通中频信号可以采用比传统ADC技术低得多的采样率，这对于高频数字接收是很有意义的，它意味着数据采集性能的提高及功耗和成本的降低。另外，带通采样还可用来把射频或中频中的带通信号变换为较低中频的基带信号。然而，尽管带通采样可以降低ADC的采样率，ADC依然要能在信号最高频率上正常工作，这就要求ADC器件的模拟输入带宽必须满足一定的要求。

3. 过采样技术

以远大于Nyquist采样率进行采样的方法称之为过采样技术，采用过采样技