软件无线电中的数据采集技术

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1、电信科学980502电　信　科　学科TELECOMMUNICATIONSSCIENCE技1998年第5期No.5May1998期刊软件无线电中的数据采集技术马晓敏　钮心忻　程庆彪（北京邮电大学北京100876）摘要　　本文主要针对软件无线电关键技术之一的数据采集技术的需求进行分析讨论，并提出几种可行的采集技术方案。关键词　软件无线电　数据采集　宽带1　软件无线电对数据采集的需求　　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

2、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模数、数模转换，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fs＞2Wa（其中Wa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：fs＞2．5Wa。另外工程中，很多信号都不是带限的，因此在进行ADC之前，需通过抗混

3、叠带通滤波器滤除信号的一部分高频分量。　　根据软件无线电模数、数模转换工作的特点，评估数据采集器件的性能在ADC和DAC的一般性技术指标的基础上增加了以下两个性能指标：　　（1）无寄生动态范围SFDR（SpuriousFreeDynamicRange）：SFDR＝信号均方功率/最大寄生信号均方功率，它表示在大信号中ADC和DAC同步检测小信号的能力，在数值上一般大于SNR（信噪比）。　　（2）互调制失真IMD（IntermodulationDistortion）：IMD＝不期望信号均方和/期望输出信号均方和，它

4、体现了多通道ADC抗互扰的性能，即多频道动态范围。　　一般情况下，在全部工作频带内SFDR大于80dB，而IMD则需低于ADC满量程90dB左右。A/D/A的位数选取需要满足一定的动态范围及数字部分处理精度的要求，例如，对80dB的动态范围要求A/D/A的位数不少于12位。数据采集部分的其它性能指标如采样速率、file:///E

5、/qk/dxkx/980502.htm（第1／7页）2010-3-2218:12:53电信科学980502匹配阻抗、量程等，则需根据被采集数据的特性具体来确定。　　从宽带A/D转换送出

6、的信号采样率很高，当采样率大于10MSPS时，即使用目前最快的DSP芯片也无法实现用于选择信道用的数字滤波器。事实上，一个好的FIR/IIR（有限脉冲响应/无限冲击响应）信道选择滤波器可要求每次取样约100个操作指令，速度为3000MIPS（每秒百万条指令）。采用自然平滑方式，我们将单独对这一部分要求15～60个DSP共同运转。对每一信道进行重复，结果即使采用最快的设备，DSP上的软件仍不能用于本身的下行转换。2　软件无线电数据采集技术及方案2．1　基本数据采集结构　　软件无线电的数据采集模块结构如图1所示：它

7、包括抗混叠滤波器、模数转换（ADC）、数模转换（DAC）、数字下变频变换器（DDC）、低通滤波器及接口电路。在ADC前加带通滤波器的作用是防止采样时产生频谱的混叠。截止频率的选取应使得所有有用频率通过，并对截止频率以上的频率分量提供无限的衰减。实际上，过渡带短、锐截止的模拟滤波器较难实现，这意味着提高滤波器阶数或牺性相位响应的线性特性，根据性能指标设计相应滤波器的理论与应用已相当成熟，这里就不再赘述。图1　数据采集模块结构框图表1　常用高速ADC技术的例子分辨率(位数)抽样率(MSPS)生产厂家64000Roc

8、kwellInternational8750SignalProcessingTechnology82000Hewlett-Packard83000*1070Pentekfile:///E

9、/qk/dxkx/980502.htm（第2／7页）2010-3-2218:12:53电信科学9805021250HughesAircraft12100*1424HughesAircraft1810Hewlett-Packard图2　DDC原理框图　　如前所述，软件无线电需要宽带、高频、高精度、高采样率、高动态范围的模数转换模

10、块。由于芯片技术所限，目前还不能对射频实现数字化，而把数字化点放在中频末端。一般情况下（虽不是全部）性能较高的ADC，其采样速率最大值将降低。如表1所示。　　软件无线电中需要实现多路信道的接收，为达到此目的，拟采取以下办法：如果从前一模块送出的信号采样率不高，如低于10MSPS，则可直接利用DSP中软件数字滤波器选取相应信道（运行FFT，同时实现多路AM、FM、FSK等信号信道的区分）