用于迭代盲宽带采样的方法和装置制造方法

用于迭代盲宽带采样的方法和装置制造方法
【专利摘要】本文公开了用于对宽带信号进行迭代采样以便恢复一个或几个窄带信号的装置和方法。一方面，接收宽带信号，并且使用包括带有初始增益级别的放大器的采样装置对信号进行采样以产生多个采样信号。从多个采样信号中，可恢复窄带信号的第一集。随后，对宽带信号进行再采样以产生第二多个采样信号。再采样包括将放大器的增益增大到第二级别和抑制宽带信号的分量。随后，从采样信号的第二集中，可恢复窄带信号的第二集。
【专利说明】用于迭代盲宽带采样的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及恢复窄带信号，并且更具体地说，涉及用于宽带信号的盲采样以便恢复一个或更多个窄带信号的方法和装置。
【背景技术】
[0002]目前，无线频谱在由诸如移动电话系统、无线局域和个人网络、无线WLAN和WiMAX系统等大量无线系统广泛、动态地使用。相应地，从几千赫兹(kHz)到几千兆赫兹(GHz)范围的传播友好频谱不是由许可系统(例如，蜂窝网络)完全占用，就是受到非许可系统(例如，蓝牙)的过度干扰限制。这激励了最近的研究深入在认知无线电和软件定义无线电的上下文中的稳固频谱感知和动态频谱使用。随着CMOS技术的持续发展，宽带采样方法应用成熟的数字信号处理技术以便改进频谱使用。例如，亚尼奎斯特采样是包括以小于尼奎斯特速率的采样率对宽带信号进行采样并且在数字域中处理它的技术。例如，如在M.Mishali和Y.C.Eldar所著“从理论到实践:稀疏宽带模拟信号的亚尼奎斯特采样” ("From Theoryto Practice: Sub-Nyquist Sampling of Sparse Wideband Analog Signals，" IEEE J，of Selected Topics in Signal Procj Vol.4， pp.375-391， April 2010) (“Mishali等人)中所述，已提议宽带采样的新范例，该文通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。根据此技术培训的装置可对宽带信号进行盲采样，即，没有组成宽带信号的窄带信号的中心频率的先验知识。
[0003]如在Mishali等人所著中所述，可通过将具有未知谱支持的模拟宽带信号乘以来自一组周期波形的信号而对其进行盲采样。随后，由模数转换器(ADC)以数量级小于尼奎斯特速率的低速率对积进行低通滤波、放大和采样。一旦识别宽带信号的未知谱支持，便可基于用于对信号进行采样的周期波形，使用闭合表达式重构连续信号。
[0004]上述盲宽带采样技术在ADC对每个分量进行采样前不采用任何信道选择滤波；每个分量通过相同放大器增益进行处理。相应地，例如在存在诸如相邻信道干扰源或带外干扰源等强干扰源的情况下，在组成宽带信号的窄带信号之间相当大的功率变化可降低恢复的信号的质量。例如，强干扰源可使一个或更多个ADC变得饱和，并且因此随后的数字信号处理(例如，恢复)不能正常操作。
[0005]此问题能够通过降低放大器的增益来解决；然而，与所需信号相比，ADC的噪声将成了主导。由于已知技术假设宽带信号由功率类似的窄带信号形成，因此，使用在相当高信噪比(SNR)的常规ADC不能适当地对信号进行采样。
[0006]相应地，需要能够使用常规ADC正确恢复窄带信号并且实现可接受SNR值的用于盲宽带采样的方法和装置。

【发明内容】

[0007]本发明的特定实施例涉及用于对宽带信号进行迭代采样以恢复形成宽带信号的一个或更多个窄带信号的装置和方法。[0008]在一个特定方面，用于对宽带信号进行迭代采样的方法包括接收宽带信号和使用包括带有初始增益级别的放大器的采样装置对信号进行采样以便产生多个采样信号。方法还包括从多个采样信号中恢复窄带信号的第一集。随后，对宽带信号进行再采样以产生第二多个采样信号。再采样包括将放大器的增益增大到第二级别和抑制宽带信号的分量。从采样信号的第二集中，可恢复窄带信号的第二集。
[0009]在一些实施例中，方法还包括确定一个或更多个恢复的第二窄带信号是否满足预确定的信号质量要求。如果不满足，则可使用不同增益级别和/或抑制技术重复进行采样和恢复步骤。
[0010]根据本发明的特定实施例，采样装置包括放大器、低通滤波器、ADC和混频器，混频器配置成接收一个或更多个混频信号，并且混合宽带信号和混频信号以便产生混合信号。在这些实施例中，宽带信号的分量的抑制可包括基于第一多个恢复的窄带信号中的一个或更多个信号，调整混频信号。另外，抑制可包括从混合信号中或直接从宽带信号中减除窄带抑制信号。
[0011]在一些实施例中，方法包括使用上变频级将恢复的窄带信号上变频以产生抑制信号。方法还包括从宽带信号中减除抑制信号。此减除可在采样装置接收宽带信号之前完成，或备选在采样装置内完成。
[0012]特定实施例提供用于对信号进行迭代采样的装置。装置包括至少转换级和恢复级。根据本发明的特定实施例，转换级包括带有第一增益级别的放大器，并且配置成接收宽带信号和对宽带信号进行采样以便产生多个采样信号。另外，恢复级可配置成接收采样信号，并且产生第一窄带信号。转换级可还配置成在抑制宽带信号的分量的同时使用增大增益对宽带信号进行再采样。在某些方面，抑制是基于恢复级产生的窄带信号。通过再采样，转换级产生由恢复级用于产生一个或更多个第二窄带信号的采样信号的第二集。
[0013]在一些实施例中，恢复级配置成确定第二窄带信号的至少一个信号是否满足预确定的信号质量要求。装置可配置成如果第二窄带信号不满足信号质量要求，则使用另一增益级或另外的抑制技术进行再采样和恢复。装置可配置成使用不同增益级别和/或抑制技术重复采样过程，直至实现满意的信号质量。满意的信号质量可以是应用相关的，基于一个或更多个通信标准，或为允许在以后级中成功数字信号处理而允许的任何度量。
[0014]根据本发明的某些实施例，转换级可还包括低通滤波器、ADC和混频器，混频器配置成接收一个或更多个混频信号，并且混合宽带信号和混频信号以便产生混合信号。在这些实施例中，装置可配置成通过基于第一恢复的窄带信号，调整混频信号，来抑制宽带信号的分量。另外，通过从混合信号减除窄带抑制信号，可实现抑制。
[0015]在一些实施例中，装置还包括配置成将恢复的窄带信号上变频以产生抑制信号的上变频级。装置也可配置成从宽带信号中减除抑制信号。这可在转换级之前发生，或者在转换级内发生。
[0016]下面参照附图描述上述和其它方面及实施例。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]附图包含在本文中，形成说明书的一部分，示出本公开内容的各种实施例，并且与描述一起，进一步用于解释本公开内容的原理和允许相关领域的技术人员形成和使用本发明。图中类似的标号指示相同或功能上类似的要素。
[0018]图1是根据本发明的示范实施例，用于对宽带信号进行迭代采样的装置的框图。
[0019]图2是由多个窄带信号组成的宽带信号的傅立叶变换的图示。
[0020]图3是根据本发明的示范实施例，示出用于对信号进行迭代采样的过程的流程图。
[0021]图4根据本发明的示范实施例，示出修改的信号的多次迭代。
[0022]图5是根据本发明的示范实施例，示出用于对信号进行迭代采样的过程的流程图。
[0023]图6是根据本发明的示范实施例的转换电路的示意图。
[0024]图7是根据本发明的示范实施例，示出用于对信号进行迭代采样的过程的流程图。
[0025]图8是根据本发明的示范实施例的转换电路的示意图。
[0026]图9是根据 本发明的示范实施例，示出用于对信号进行迭代采样的过程的流程图。
[0027]图10是根据本发明的示范实施例的转换电路的示意图。
[0028]图11是根据本发明的示范实施例，示出用于对信号进行迭代采样的过程的流程图。
[0029]图12A是根据本发明的示范实施例，用于对宽带信号进行迭代采样的装置的框图。
[0030]图12B是根据本发明的示范实施例，用于将恢复的信号上变频的电路的示意图。
[0031]图13是根据本发明的示范实施例的恢复电路的示意图。
[0032]图14是根据本发明的示范实施例的混频信号的图示。
【具体实施方式】
[0033]在公开装置和方法的示范实施例中，通过使用迭代增大的放大器增益和一种或更多种抑制技术对宽带信号进行采样，直至恢复满意的窄带信号，改进了盲宽带采样。
[0034]特别关注的是形成宽带信号的窄带信号在功率电平上具有相当大变化的情况，常规ADC不能在未严重降低SNR的情况下适应这种情况。通过放大器增益的变化级别进行采样和恢复迭代保证了 ADC的适当操作。一旦恢复了有一个或更多个窄带信号的第一集，可能包括它们/从下一迭代中排除它们。例如，强的所需信号(或强干扰源)能够被排除，而弱的所需信号能够被包括，并且因此得以采样和恢复。带有已知中心频率的某个窄带信号的包括或排除例如可通过结合一种或多种抑制技术，使用适当的混频信号来实现。
[0035]图1是根据本发明的示范实施例，用于对宽带信号进行迭代采样的装置的框图，其中，宽带信号是多个窄带分量的合并。在迭代采样装置100的转换级102接收宽带信号x(t)。转换级102例如可以是包括多个信道的混频器、低通滤波器、放大器和ADC的调制宽带转换器。通过使用可从混频信号生成器106接收的混频信号凡“人转换级102对宽带信号进行采样以产生多个采样信号λ/^7。这些采样信号随后由配置成输出恢复的窄带信号集wL[n]的恢复级104接收。
[0036]根据本发明的某些实施例，可使用闭合表达式和有关混频信息&“)的信息来恢复窄带信号。恢复级104可还配置成提供对混频信号生成器的控制，并且可选择性地配置成控制转换级。备选，转换级和混频信号生成器能够由独立控制单元(未示出)控制。
[0037]宽带信号可从几个窄带信号形成。例如，可由四个窄带信号&⑴、^⑴和&⑴组成。图2是z⑴的傅立叶变换的幅度I^TdI的曲线图，它示出了^的每个子分量的功率。每个子分量具有功率电平U、L2或L3。子分量的功率电平之间的差在某些应用中能够多达50dB。例如，L3的功率电平能够接近典型ADC的噪声本底(floor)，为大约-100 dBm，而L1的功率电平能够为大约-50 dBm。在当前示例中，并且如图2所具有最闻功率L1,而具有最低功率L3。Wj (?)和ffji)每个具有中间功率电平L2，其例如能够为大约-75 dBm。根据本发明的某些实施例，在LpL2与L3之间的功率变化可超出ADC的动态范围。例如，某些类型的ADC可具有仅20-40 dB的动态范围。
[0038]根据本发明的某些实施例，不同混频信号和放大器增益的使用能够避免ADC的饱和，同时保证足够高的SNR。示范方法包括更改放大器增益(即，增大增益)和调整混频信号，直至一个或更多个ADC不饱和。在另一示例中，能够从宽带信号中减除抑制信号以防止具有高功率的分量驱动一个或更多个ADC饱和。此抑制信号例如能够是以前恢复的窄带信号之一的基带等效物，或者使用周期性信号，基于恢复的窄带信号生成。能够从转换级内的中间信号减除抑制信号，或备选能够在转换级之前从宽带信号中减除通过将恢复的信号上变频而生成的抑制信号。在上述每个示例中，由于充分抑制了更高功率分量，因此，能够增大放大器增益以改进SNR而不会使ADC饱和。
[0039]在一些实施例中，不同迭代可形成相同窄带信号的多个复本。这些不同复本的每个可遇到不同级别的干扰和噪声。具体而言，每个复本可遇到对应于不同级别的放大器增益的不同级别的ADC噪声。这些不同复本的集可合并以形成复合信号。它们可使用不同合并权重进行合并，其可取决于对应的干扰和噪声级别。例如，更准确的复本可具有更高合并权重，并且因此对复合信号的影响更大。
[0040]参照图3，提供了流程图300，该图根据公开的装置和方法的示范实施例，示出在抑制宽带信号的窄带分量的同时，用于对宽带信号进行迭代采样的方法。
[0041]在过程310的第一步骤中，在转换级102接收宽带信号^作」。信号例如可从无线通信网络中的基站接收到，如多频带认知无线电。
[0042]在步骤320中，由转换级102对宽带信号进行采样以使用来自混频信号生成器106生成的混频信号α/?Λ产生采样信号转换级配置有用于转换级102内一个或更多个放大器的初始增益级别。根据本发明的某些实施例，可将混频信号1400选择为在如图14所示M个相等时间间隔内在+/-1的级别之间交替的分段常数函数。混频信号可定义为:
并且对于每个
【权利要求】
1.一种用于对信号进行迭代采样的方法，包括: 接收(310)宽带信号； 使用具有设在第一增益级别的放大器的采样装置，对所述收到的宽带信号进行采样(320)，以便产生第一多个采样信号； 从所述第一多个采样信号中恢复(330)第一窄带信号； 使用所述采样装置对所述收到的宽带信号进行再采样(350)，以便产生第二多个采样信号，其中所述再采样包括将所述放大器的所述增益增大到第二增益级别和基于所述恢复的第一窄带信号抑制所述宽带信号的窄带分量； 从所述第二多个采样信号中恢复(360)第二窄带信号。
2.如权利要求1所述的方法，还包括: 确定(370)所述恢复的第二窄带信号或随后恢复的窄带信号是否满足预确定的信号质量要求，以及如果不满足，则 使用所述采样装置对所述收到的宽带信号进行再采样，以便产生随后产生的多个采样信号，其中所述再采样包括将所述放大器的所述增益增大到增大增益级别和基于所述恢复的第二窄带信号或随后恢复的窄带信号，抑制所述宽带信号的窄带分量； 从所述随后产生的多个采样信号中，恢复恢复的窄带信号；以及 重复进行所述确定步骤。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述采样装置还包括配置成接收一个或更多个混频信号的混频器，以及其中所述再采样包括使用所述混频器混合所述收到的宽带信号和所述一个或更多个混频信号以产生混合信号。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，还包括合并所述第一窄带信号和所述第二窄带信号以产生复合信号。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述抑制还包括基于所述恢复的第一窄带信号，调整一个或更多个混频信号。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述抑制还包括从所述混合信号中减除窄带抑制信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述抑制信号是所述第一恢复的窄带信号的基带等效物。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述第一窄带信号具有第一中心频率，并且所述采样装置还包括配置成接收具有等于所述第一中心频率的频率的一个或更多个周期性混频信号的第二混频器， 其中所述再采样包括混合所述收到的宽带信号和所述一个或更多个周期性混频信号，以便产生窄带抑制信号，以及其中所述抑制还包括从所述混合信号中减除所述窄带抑制信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述一个或更多个周期性混频信号是正弦波。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述一个或更多个周期性混频信号是方波。
11.如权利要求1所述的方法，还包括: 使用所述采样装置对所述收到的宽带信号进行再采样，以便产生第三多个采样信号，其中所述再采样包括将所述放大器的所述增益增大到第三增益级别和基于所述恢复的第二窄带信号抑制所述宽带信号的窄带分量； 从所述第三多个采样信号中恢复第三窄带信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述采样装置还包括配置成接收一个或更多个混频信号的混频器，以及其中所述再采样包括使用所述混频器混合所述收到的宽带信号和所述一个或更多个混频信号以产生混合信号。
13.如权利要求1所述的方法，还包括: 将所述第一窄带信号上变频以产生抑制信号，其中所述抑制还包括从所述宽带信号中减除所述抑制信号。
14.如权利要求2所述的方法，其中所述预确定的信号质量要求是信噪比。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述采样装置包括模数转换器，并且所述第二增益级别基于所述模数转换器的性能特性确定。
16.一种用于对信号进行迭代采样的装置(100)，包括: 转换级(102)，具有设在第一增益级别的放大器，其中所述转换级配置成接收宽带信号，并且对所述宽带信号进行采样以便产生第一多个采样信号；以及 恢复级(104)，配置成接收来自所述转换级的所述第一多个采样信号的至少一个信号以及产生第一窄带信号 ， 其中所述转换级还配置成对所述宽带信号进行再采样，以便产生第二多个采样信号，其中所述再采样包括将所述放大器的所述增益增大到第二增益级别和基于所述恢复的第一窄带信号抑制所述宽带信号的窄带分量；以及 其中所述恢复级还配置成接收来自所述转换级的所述第二多个采样信号的至少一个信号以及产生第二窄带信号。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述恢复级还配置成确定所述第二窄带信号或随后恢复的窄带信号是否满足预确定的信号质量要求，并且如果所述恢复级确定所述第二窄带信号或随后恢复的窄带信号不满足所述预确定的信号质量要求，所述转换级还配置成对所述收到的宽带信号进行再采样，以便产生随后产生的多个采样信号， 其中所述再采样包括将所述放大器的所述增益增大到增大增益级别和基于所述恢复的第二窄带信号或随后恢复的窄带信号，抑制所述宽带信号的窄带分量； 所述恢复级还配置成从所述随后产生的多个采样信号中，恢复恢复的窄带信号，以及重复进行所述随后恢复的窄带信号是否满足预确定的信号质量要求的所述确定。
18.如权利要求16或17所述的装置，其中所述恢复级还配置成合并所述第一窄带信号和所述第二窄带信号以产生复合信号。
19.如权利要求16-18任一项所述的装置，其中所述转换级还包括配置成接收一个或更多个混频信号的混频器(202)，并且所述转换级还配置成混合所述收到的宽带信号和所述混频信号以产生混合信号。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述转换级还包括: 低通滤波器(204);以及 模数转换器(208)。
21.如权利要求19所述的装置，其中抑制包括基于所述恢复的第一窄带信号，调整一个或更多个混频信号。
22.如权利要求19所述的装置，其中抑制包括从所述混合信号中减除窄带抑制信号。
23.如权利要求22所述的装置，其中所述窄带抑制信号是所述第一恢复的窄带信号的基带等效物。
24.如权利要求19所述的装置，其中所述转换级还配置成使用具有至少在一定程度上基于所述恢复级产生的所述第一恢复的窄带信号确定的频率的周期波，产生抑制信号。
25.如权利要求24所述的装置，其中抑制包括从所述混合信号中减除所述抑制信号。
26.如权利要求16所述的装置，还包括: 上变频级(108)，配置成接收来自所述恢复级的所述第一窄带信号和产生抑制信号， 其中抑制包括从所述宽带·信号中减除所述抑制信号。
【文档编号】H03M1/18GK103828316SQ201280047272
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月14日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】C.朴 申请人:瑞典爱立信有限公司