寬帶信號頻譜分析關鍵技術研究及系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、基于數(shù)字處理的信號頻譜分析技術具有測量速度快、實時性強等優(yōu)點，長時間以來一直是國內(nèi)外學者和工程師的研究熱點，具有廣泛的應用背景。然而隨著現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，在一些技術領域中，各種電子信號呈現(xiàn)出復雜化、多樣化的特征，主要體現(xiàn)在信號頻率范圍越來越寬，傳輸載波頻率越來越高，瞬時性及復雜度不斷增加，信號非平穩(wěn)特性迅速增長等等?；趥鹘y(tǒng)硬件技術以及軟件架構的模擬或者數(shù)字測量系統(tǒng)已難以實現(xiàn)這一類信號的快速分析與測試。
　　寬帶信號頻譜分析

2、測量需要實現(xiàn)高速高精度數(shù)據(jù)采集技術以及寬帶數(shù)字信號分析處理技術的研究突破。電子信號帶寬及載頻的增長，對各種數(shù)字化信號分析測量設備的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（Analog-to-Digital Converter, ADC）采樣速度與精度提出了很高的要求，同時，ADC輸出采樣數(shù)據(jù)的高速率也給后續(xù)數(shù)字信號處理芯片及整個信號測量系統(tǒng)帶來了很大的壓力。如何實現(xiàn)對輸入寬帶信號的高速高精度采樣以及頻譜分析測量是本文的主要研究內(nèi)容。結合攻讀博士學位期間參與的相關

3、項目，針對寬帶信號的采樣、頻譜分析等關鍵技術，本文主要從以下幾個方面進行了深入的研究：
　?。?）時間交替ADC（Time-Interleaved ADC, TIADC）并行采樣系統(tǒng)。建立了等效的通道失配誤差模型。借助于該誤差模型，推導了系統(tǒng)中存在通道線性失配誤差（偏置、增益及時間誤差）情況下，TIADC采樣輸出信號的頻譜表達式，并分析了通道失配誤差對系統(tǒng)采樣輸出的影響。提出了兩種簡單易實現(xiàn)的前臺通道失配誤差估計算法：基于離散傅里

4、葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT）的估計算法以及基于分數(shù)延遲和正弦擬合的估計算法，并通過仿真驗證了其正確性及有效性；采用了基于FARROW結構的分數(shù)延遲濾波器實現(xiàn)通道失配誤差的修正和補償。
　?。?）基于混合濾波器組（Hybird Filter Bank, HFB）的ADC并行采樣系統(tǒng)或頻率交替ADC（Frequency-Interleaved ADC, FIADC）并行采樣系統(tǒng)。分析推導了該

5、并行采樣系統(tǒng)中信號完全重構條件，以及通道失配誤差存在條件下系統(tǒng)輸出信號頻譜表達式，并對通道失配誤差對系統(tǒng)采樣輸出的影響進行了分析。
　?。?）數(shù)字下變頻（Digital Down Converter, DDC）技術。在分析傳統(tǒng)串行DDC結構處理高速ADC采樣輸出數(shù)據(jù)時的速度限制的基礎上，基于信號多相表示，分析推導了幾種高效率并行DDC實現(xiàn)結構，即乘法器后置、最小公倍數(shù)以及二次下變頻結構等，可有效緩解數(shù)字信號處理芯片的處理速度壓力。

6、
　?。?）數(shù)控振蕩器（Numerically Controlled Oscillator, NCO）實現(xiàn)技術。對于實現(xiàn)的幾種高效率并行DDC結構，分析推導了多路并行NCO輸出本振信號與單路NCO本振信號相關參數(shù)之間的數(shù)學關系；基于輸入寬帶信號采樣率及帶寬等信息，分析討論了并行DDC結構中實現(xiàn)多路NCO時相關參數(shù)的選取原則。
　?。?）基于信道化的寬帶信號頻譜分析技術。結合信號多相理論及DDC理論，提出了基于信道化的寬帶信號

7、頻譜分析技術，可實現(xiàn)將輸入寬帶信號頻帶劃分為多個子頻帶。將得到的多個子帶復信號分別下變頻至基帶，并分別做快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform, FFT）變換以獲取相應的頻譜信息。分析推導了兩種用于輸入信號頻帶劃分的信道化結構，即多相DFT結構和加權疊接相加（Weigthed OverLap-Add, WOLA）結構，提出了一種通帶拼接技術按照一定規(guī)則合成各子帶頻譜信息。
　?。?）信道化后續(xù)頻率測量。討論了

8、信道化分析結構中，當輸入信號為正弦信號（或單音信號）時的頻率測量技術，即利用信道化輸出基帶復信號計算出基帶信號頻率，再根據(jù)信道劃分方式求出輸入正弦信號頻率，給出了相應的計算公式。
　?。?）數(shù)字信號截斷誤差抑制。數(shù)字信號處理過程中，受一些數(shù)字算法的計算精度影響，需要對運算過程中的中間數(shù)據(jù)做位寬截位處理，而直接丟掉低位數(shù)據(jù)會導致截位后信號質(zhì)量下降。本文提出采用 Dither技術來抑制數(shù)字信號處理過程中出現(xiàn)的信號截斷誤差，可有效提高截