一种信号的采样方法、装置和系统与流程

文档序号:11234259阅读:480来源:国知局
一种信号的采样方法、装置和系统与流程

本发明涉及通信技术领域,特别是涉及一种信号的采样方法、装置和系统。



背景技术:

无线通信的发展,需要更多的频谱资源、更大的信号带宽以承载宽带业务。但是,目前由于频谱资源有限,宽带信号往往需要分布在多个不连续的频段范围上,传统的宽带多频段接收机通常是利用多通道来实现,这样的电路结构往往比较复杂,产品难以做到低成本和小型化。如图1所示为多通道接收机的电路结构。多通道接收机的各通道独立处理一个频率的信号,选择性高,抗干扰能力强,具有较好的接收性能,但是电路规模大,不利于小型化;各种模式兼容性差;电路成本较高。

随着模数转换(analog-to-digital,简称ad)采样技术的发展,也可选用宽带模数转换器(analog-to-digitalconverter,简称adc)进行单通道处理。单通道接收机电路结构如图2所示。单通道接收机采用一个通道处理多频段宽带信号,采样时钟频率需要大于多个频段宽带信号的起止频率占用带宽的二倍。

采用单通道处理方式,多模与多频兼容性好,是未来超宽带接收机发展方向,但是,单通道处理的成本随带宽增加成几何增长,性能却与ad采样带宽成正比。例如:多频段宽带信号中包括n(n>1)个频率不连续的宽带信号,n个宽带信号的中心频率分别为f1,f2,......,fn,n个宽带信号的带宽分别为bw1,bw2,......,bwn,多频段宽带信号的起止频率占用带宽bw=(fn+bwn/2)-(f1-bw1/2)=(fn-f1+(bwn+bw1)/2),那么,要求采样时钟频率fs满足fs/2>fn-f1+(bwn+bw1)/2。

因此,现有的多频段宽带信号的采样方式都有成本高、性能低的缺陷。



技术实现要素:

本发明提供一种信号的采样方法、装置和系统,用以解决现有多频段宽带信号的采样方式成本高、性能低的问题。

针对上述技术问题,本发明是通过以下技术方案来解决的。

本发明提供了一种信号的采样方法,包括:在接收到的待采样信号中过滤出不同频率的多路有用信号;其中,所述待采样信号为多频段宽带信号;利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间;将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号;对合并后得到的宽带信号进行采样。

其中,在接收到的待采样信号中过滤出不同频率的多路有用信号,包括:将待采样信号功分为多路;在多路待采样信号中分别过滤不同频率的有用信号。

其中,利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间,包括:利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到同一宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间。

其中,在将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间之后,在将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号之前,还包括:分别对每路有用信号进行抗混叠滤波处理。

其中,对合并后得到的宽带信号进行采样,包括:利用预设的采样时钟频率,对合并后得到的宽带信号进行采样;其中,所述采样时钟频率大于所述多路有用信号带宽之和的二倍。

本发明提供了一种信号的采样装置,包括:过滤模块,用于在接收到的待采样信号中过滤出不同频率的多路有用信号;其中,所述待采样信号为多频段宽带信号;搬移模块,用于利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间;合并模块,用于将不同奈奎斯特区 间的多路有用信号合并为一路宽带信号;采样模块,用于对合并后得到的宽带信号进行采样。

其中,所述过滤模块用于:将待采样信号功分为多路;在多路待采样信号中分别过滤不同频率的有用信号。

其中,所述搬移模块用于:利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到同一宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间。

其中,所述过滤模块还用于:在将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间之后,在将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号之前,分别对每路有用信号进行抗混叠滤波处理。

其中,所述采样模块用于:利用预设的采样时钟频率,对合并后得到的宽带信号进行采样;其中,所述采样时钟频率大于所述多路有用信号带宽之和的二倍。

本发明提供了一种信号的采样系统,包括:顺序连接的功分器、选频滤波器组、混频器组、抗混叠滤波器组、合路器和宽带数模转换器;其中,所述功分器,用于将接收到的待采样信号功分为多路;所述待采样信号为多频段宽带信号;所述选频滤波器组,用于在多路待采样信号中分别过滤不同频率的有用信号;所述混频器组,用于利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到所述宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间;所述抗混叠滤波器组,用于分别对每路有用信号进行抗混叠滤波处理;所述合路器,用于将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号;所述宽带模数转换器,用于对合并后得到的宽带信号进行采样。

其中,所述选频滤波器组包括多个选频滤波器、所述混频器组包括多个混频器、所述抗混叠滤波器组包括多个抗混叠滤波器;所述功分器与所述多个选频滤波器分别连接;每个选频滤波器对应连接一个混频器;每个混频器对应连接一个抗混叠滤波器;所述多个抗混叠滤波器分别连接所述合路器;所述功分器将功分出的多路待采样信号分别输入每个选频滤波器;每个选频滤波器用于 在输入的所述待采样信号中过滤预定频率的有用信号,并将过滤出的所述有用信号输出到对应的混频器;每个混频器用于将输入的所述有用信号和预设的本振信号进行混频,并将混频后的所述有用信号输出到对应的抗混叠滤波器;每个抗混叠滤波器用于对输入的所述有用信号进行抗混叠处理,并将抗混叠处理后的所述有用信号输出到所述合路器;所述合路器用于将多个所述抗混叠滤波器分别输入的有用信号合并为一路宽带信号。

其中,所述宽带模数转换器,用于利用预设的采样时钟频率,对合并后得到的宽带信号进行采样;其中,所述采样时钟频率大于所述多路有用信号带宽之和的二倍。

本发明有益效果如下:

本发明将待采样信号中的多路有用信号搬移到不同的奈奎斯特区间,进而利用频率搬移,将多个宽带信号搬移到不同中心频点,既可以保证频段信号的性能,又可以起到压缩带宽的作用,提高带宽利用率,降低电路成本。

附图说明

图1是现有多通道接收机的电路结构示意图;

图2是现有单通道接收机的电路结构示意图;

图3是根据本发明一实施例的信号的采样方法的流程图;

图4是根据本发明一实施例的信号的采样装置的结构图;

图5是根据本发明一实施例的信号的采样系统的结构图;

图6是根据本发明一实施例的信号的采样系统的具体结构图;

图7是根据本发明一实施例的频率搬移示意图;

图8是根据本发明另一实施例的频率搬移示意图;

图9是根据本发明一实施例的三频段接收机的结构示意图;

图10是根据本发明一实施例的三频段信号的频率搬移示意图。

具体实施方式

本发明将多个不连续的宽带信号通过频谱搬移,分配到同一adc的不同奈奎斯特区,对共用一个adc的多个宽带信号进行采样。本发明充分利用adc带宽,还可以达到单频段信号的性能,同时简化了电路结构,降低电路成本;adc的采样时钟频率大于多路有用信号带宽之和的二倍,这样可以降低对adc采样带宽的要求,提高对adc带宽的利用率,降低电路成本。

以下结合附图以及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不限定本发明。

本发明提供了一种信号的采样方法,图3是根据本发明一实施例的信号的采样方法的流程图。

步骤s310,在接收到的待采样信号中过滤出不同频率的多路有用信号。

待采样信号是多频段宽带信号。多频段宽带信号为模拟信号,多频段宽带信号包含多路频率非连续的宽带信号。该多路宽带信号是由一个或多个发送端发送的。宽带信号为语音信号、图像信号、数据信号等类型的信号。将每路宽带信号称作有用信号。

每路宽带信号(有用信号)的频率范围已知;将待采样信号功分为多路;在多路待采样信号中分别过滤不同频率的有用信号。换言之,将待采样信号中的多路频率的不连续的宽带信号分别滤出,每路宽带信号作为一路有用信号,每路有用信号的频率不同。

步骤s320,利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移(分配)到不同的奈奎斯特区间。

根据待采样信号中每路有用信号的频率范围,为每路有用信号设置对应的本振信号,且每路有用信号对应的本振信号的频率不同,将每路有用信号与对应的本振信号进行混频,通过该方式将有用信号搬移到另一个频率,进而将多路有用信号分配到不同的奈奎斯特区间。

步骤s330,将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号。

为了充分利用模数转换器的带宽,提高单频段信号的性能,可以利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到同一宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间,将同一宽带模数转换器中不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号。

进一步地,被搬移到同一宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间的多路有用信号可以在该宽带模数转换器的第一个奈奎斯特区间产生镜像,为了抑制每路有用信号的带外杂散,以防将有用信号搬移到各奈奎斯特区域之后产生混叠干扰,在将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间之后,在将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号之前,还可以分别对每路有用信号进行抗混叠滤波处理。

在该宽带模数转换器中,由于其他奈奎斯特区间中的有用信号能够在第一个奈奎斯特区间产生镜像,因此可以将搬移到第一个奈奎斯特区间的有用信号、以及其他有用信号在第一个奈奎斯特区间中产生的镜像,合并为一路宽带信号。有用信号的镜像可以看做该有用信号,那么合并后得到的宽带信号包含多路有用信号,且有用信号之间无混叠。

步骤s340,对合并后得到的宽带信号进行采样。

利用预设的采样时钟频率,对合并后得到的宽带信号进行采样;因为多路有用信号合并后得到的宽带信号处于第一个奈奎斯特区间,所以采样使用的采样时钟频率大于所述多路有用信号带宽之和的二倍。

例如:多路有用信号带宽分别为bw1,bw2,......,bwn,n>1,那么,采样时钟频率fs/2>bw1+bw2+......+bwn。

合并后得到的宽带信号依然为模拟信号,通过对该模拟信号进行采样,将该模拟信号量化为数字信号,以便后续对该数字信号进行数字信号处理。

本发明的待采样信号中包括不同频率的多路的宽带信号(有用信号),待采样信号中不同频率的宽带信号被分路到不同频段的电路中进行滤波。本发明利用频率搬移,将多个宽带信号搬移到不同中心频点,可以起到压缩带宽的作 用,避免采样带宽浪费,节省资源,降低电路成本,精简电路结构。

基于本发明,能够使两个以上频段间隔跨越较大的宽带信号共用一个adc进行采样,且adc的采样带宽小于待采样信号的带宽和信号频宽间隔。这样带来的收益是降低了对adc采样带宽的要求,提高了对adc带宽的利用率,降低了电路成本。

本发明提供了一种信号的采样装置。如图4所示,为根据本发明一实施例的信号的采样装置的结构图。

该装置包括:

过滤模块410,用于在待采样信号中过滤出不同频率的多路有用信号。其中,所述待采样信号为多频段宽带信号。

搬移模块420,用于利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间。

合并模块430,用于将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号。

采样模块440,用于对合并后得到的宽带信号进行采样。

在一个实施例中,过滤模块410用于将待采样信号功分为多路;在多路待采样信号中分别过滤不同频率的有用信号。

在另一实施例中,搬移模块420用于利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到同一宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间。合并模块430,用于同一宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间下的所述多路有用信号合并为一路宽带信号。

在又一实施例中,过滤模块410还用于在将所述多路有用信号分别搬移到不同的奈奎斯特区间之后,在将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号之前,分别对每路有用信号进行抗混叠滤波处理。

在再一实施例中,采样模块440用于利用预设的采样时钟频率,对合并后 得到的宽带信号进行采样;其中,所述采样时钟频率大于所述多路有用信号带宽之和的二倍。

本实施例所述的装置的功能已经在图3所示的方法实施例中进行了描述,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。

本实施例所述的装置可以应用在信号接收机中,该信号接收机可以设置在基站侧,以便在基站侧对信号接收机接收到的待采样信号(模拟信号)进行采样,避免采样带宽浪费,降低电路成本。

本发明提供了一种信号的采样系统。图5是根据本发明一实施例的信号的采样系统的结构图。

该系统包括:顺序连接的功分器510、选频滤波器组520、混频器组530、抗混叠滤波器组540、合路器550和宽带模数转换器560。

功分器510,用于将接收到的待采样信号功分为多路。其中,所述待采样信号为多频段宽带信号。

选频滤波器组520,用于在多路待采样信号中分别过滤不同频率的有用信号。其中,各路有用信号的频率不同。选频滤波器组520可以选择有用信号,抑制带外信号。

混频器组530,用于利用与每路有用信号对应的本振信号,将所述多路有用信号分别搬移到所述宽带模数转换器的不同奈奎斯特区间。每路有用信号对应的本振信号的频率不同。

抗混叠滤波器组540,用于分别对每路有用信号进行抗混叠滤波处理。抗混叠滤波器组540可以抑制带外杂散,避免放置在各奈奎斯特区间的有用信号之间产生混叠干扰。

合路器550,用于将不同奈奎斯特区间的多路有用信号合并为一路宽带信号,以便将该一路宽带信号送入同一宽带模数转换器。

宽带模数转换器560,用于对合并后得到的宽带信号进行采样。进一步地,宽带模数转换器,用于利用预设的采样时钟频率,对合并后得到的宽带信号进行采样;其中,该采样时钟频率大于该多路有用信号带宽之和的二倍。

选频滤波器组520包括多个选频滤波器、混频器组530包括多个混频器、抗混叠滤波器组540包括多个抗混叠滤波器。选频滤波器的数量、混频器的数量和抗混叠滤波器的数量相等。

功分器510与多个选频滤波器分别连接;每个选频滤波器对应连接一个混频器;每个混频器对应连接一个抗混叠滤波器;多个抗混叠滤波器分别连接合路器550。

每个选频滤波器负责过滤一种频率的有用信号;向每个混频器输入的本振信号的频率不同,混频器利用本振信号负责对某一频率的有用信号的频率搬移;每个抗混叠滤波器负责对一种频率的抗混叠处理。选频滤波器、混频器和抗混叠滤波器根据各自负责的频率,进行对应连接。

根据上述连接关系,功分器510、选频滤波器、混频器、抗混叠滤波器、合路器550和宽带模数转换器560,对待采样信号进行以下处理:

功分器510将功分出的多路待采样信号分别输入到每个选频滤波器;

每个选频滤波器用于在输入的待采样信号中过滤预定频率的有用信号,并将过滤出的有用信号输出到对应的混频器;

每个混频器用于将输入的有用信号和预设的本振信号进行混频,并将混频后的有用信号输出到对应的抗混叠滤波器;

每个抗混叠滤波器用于对输入的有用信号进行抗混叠处理,并将抗混叠处理后的有用信号输出到合路器550;

合路器550用于将多个抗混叠滤波器分别输入的有用信号合并为一路宽带信号,并将合并后得到的宽带信号输入到宽带模数转换器;

宽带模数转换器(adc),用于合路器550输入的宽带信号进行采样。

为了更好说明本发明,结合图6所示的信号的采样系统的具体结构示意图,对本发明的信号的处理过程进行说明。

该系统包括:顺序连接的功分器510、选频滤波器组520、混频器组530、抗混叠滤波器组540、合路器550、宽带模数转换器560和基带处理单元570。

选频滤波器组520包括:选频滤波器fl1、选频滤波器fl2、......、选频滤波器fln,n>1。

混频器组530包括:混频器mixer_1、混频器mixer_2、......、混频器mixer_n。

抗混叠滤波器组540包括:抗混叠滤波器il1、抗混叠滤波器il2、......、抗混叠滤波器iln。

功分器510输入待采样信号,该待采样信号包括n组宽带信号,按照n组宽带信号频率从小到大的顺序,n组宽带信号的中心频率分别为f1,f2......fn,(单位:hz);n组宽带信号的带宽分别为bw1,bw2......bwn,(单位:hz)。

n组宽带信号各自的起止频率分别为:(f1-bw1/2)hz~(f1+bw1/2)hz,(f2-bw2/2)hz~(f2+bw2/2)hz,......,(fn-bwn/2)hz~(fn+bwn/2)hz;

n组宽带信号占用的总带宽bw为:bw=(fn+bwn/2)-(f1-bw1/2)=(fn-f1+(bwn+bw1)/2)。

选频滤波器fl1、混频器mixer_1、抗混叠滤波器il1连接,该通路用于处理中心频率为f1的宽带信号。

选频滤波器fl2、混频器mixer_2、抗混叠滤波器il2连接,该通路用于处理中心频率为f2的宽带信号。

以此类推,选频滤波器fln、混频器mixer_n、抗混叠滤波器iln连接,该通路用于处理中心频率为fn的宽带信号。

功分器510将待采样信号功分为n路,并分别输入给选频滤波器fl1、选频滤波器fl2、......、选频滤波器fln。

选频滤波器fl1、选频滤波器fl2、......、选频滤波器fln分别对待采样 信号进行选频滤波。例如:选频滤波器fl1过滤中心频率为f1的宽带信号,选频滤波器fl2过滤中心频率为f2的宽带信号、......、选频滤波器fln过滤中心频率为fn的宽带信号。

混频器组530用于频率变换,混频器mixer_1利用本振信号lo_1,将中心频率分别为f1的宽带信号搬移到adc560的第1个奈奎斯特区间,得到中心频率为f′1的宽带信号;混频器mixer_2利用本振信号lo_2,将中心频率分别为f2的宽带信号搬移到adc560的第2个奈奎斯特区间,得到中心频率为f′2的宽带信号;......;混频器mixer_n利用本振信号lo_n,将中心频率分别为fn的宽带信号搬移到adc560的第n个奈奎斯特区间,得到中心频率为f′n的宽带信号,进而将不同频率的宽带信号分配到同一adc的不同奈奎斯特区间。其中,f′1=f1-lo_1,f′2=f2-lo_2,f′n=fn-lo_n。

抗混叠滤波器il1、抗混叠滤波器il2、......、抗混叠滤波器iln分别对中心频率为f′1的宽带信号、中心频率为f′2的宽带信号、......、中心频率为f′n的宽带信号进行抗混叠滤波处理,消除带外杂散。为了便于抗混叠滤波器设计,可以但不限于使每个宽带信号都单独处于一个奈奎斯特区,并且f′1处于第一奈奎斯特区,f′2处于第二奈奎斯特区......f′n处于第n奈奎斯特区。

合路器550将中心频率为f′1的宽带信号、中心频率为f′2的宽带信号、......、中心频率为f′n的宽带信号合并为一路,送入adc560中。

adc560将合并后得到的宽带信号采样量化为数字信号。

基带处理单元570将数字信号进行数字信号处理。

图7为根据本发明一实施例的频率搬移示意图。如图7所示,待采样信号包括两个频率的宽带信号,分别为载波1和载波2,将载波1搬移到adc560的第1个奈奎斯特,将载波2搬移到adc560的第2个奈奎斯特区间。在第1个奈奎斯特区间中包含载波2的镜像。

图8为根据本发明另一实施例的频率搬移示意图。如图8所示,待采样信 号包括n个频率的宽带信号,分别为载波1、载波2、......、载波n,将载波1搬移到adc560的第1个奈奎斯特区间,将载波2搬移到adc560的第2个奈奎斯特区间,......,将载波n搬移到adc560的第n个奈奎斯特区间。在第1个奈奎斯特区间包含载波2、......、载波n的镜像。

通过图7和图8可以知道,adc560的第1个奈奎斯特区间就可以组成一个完整的待采样信号,进而可以将不同奈奎斯特区间的宽带信号合并为一路宽带信号。这样,在采样时,仅需采样时钟频率fs/2>bw1+bw2+......+bwn,就可以进行无失真采样。

现有fs/2>fn-f1+(bwn+bw1)/2,本发明仅需fs/2>bw1+bw2+......+bwn,而fn-f1+(bwn+bw1)/2远大于bw1+bw2+......+bwn。因此本发明实施例可以降低对adc采样带宽的需求,当宽带信号的频率间隔越大时,本发明的优势越明显。

本发明利用频率搬移,奈奎斯特采样定律,可以压缩带宽,避免采样带宽浪费,节省资源。

本发明利用混频器将多个宽带信号搬移到不同中心频点,使多个频点的宽带信号共用一个adc,从而达到降低电路成本,精简电路结构。

本发明提供的一种信号的采样系统可以应用在时分双工(timedivisionduplexing,简称tdd)射频拉远单元(radioremoteunit,简称rru)的三频接收机中。三频段接收机的结构如图9所示。

tddrru是3g和4g的混模rru,它的工作频段有三个,分别为:

1、a频段15m带宽,频率范围2010mhz~2025mhz,主要传输td-scdma单模信号;

2、f频段30m带宽,频率范围1885mhz~1915mhz,传输的信号为lte信号和td-scdma混模信号;

3、e频段50m带宽,频率范围2320mhz~2370mhz,主要传输lte单模 信号。

包含f、a、e三频段的信号(待采样信号)经过三频段接收机的功分器后,被不同频段的选频滤波器fl1、fl2和fl3分别过滤出f、a、e三个频段的信号。a频段的信号经过混频器mixer_1,f频段的信号经过混频器mixer_2,e频段的信号经过混频器mixer_3。

a、f、e频段的信号分别在混频器mixer_1、mixer_2、mixer_3进行频率变换。其中:

a频段信号对应的本振信号lo_1的频率为2122mhz,是高本振信号,a频段信号变换后的中频信号a’的频率范围97mhz~112mhz,带宽为15mhz;

f频段信号对应的本振信号lo_2的频率为2122mhz,是高本振信号,f频段信号变换后的中频信号f’的频率范围207mhz~237mhz,带宽为30mhz;

e频段信号对应的本振信号lo_3的频率为2032mhz,是低本振信号,e频段信号变换后的中频信号e’的频率范围288mhz~338mhz,带宽为50mhz。

如图10所示,a,f,e三个中频信号采样后被搬移到不同奈奎斯特区间,在第一奈奎斯特区间包括e频段信号的镜像、f频段信号的镜像和a频段信号,且e频段信号的镜像、f频段信号的镜像和a频段信号之间频谱没有混叠。

adc的采样频率可以为245.76mhz(245.76>2*(15+30+50)),因此本发明实施例充分利用了adc的带宽。

尽管为示例目的,已经公开了本发明的优选实施例,本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的,因此,本发明的范围应当不限于上述实施例。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1