一种用于太赫兹系统的过采样方法及系统与流程

1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种用于太赫兹系统的过采样方法及系统。


背景技术：

2.太赫兹是一种介于无线电与光之间的电磁波，其频段范围从 0.1thz到1 thz。如果能充分利用这个频段范围内的宽频带，就有可能使用高阶调制以超过数十gbits/s甚至数百gbit/s 的传输速度进行高速无线通信。但由于外射频电路并行化的复杂性、天线设计和制造、高速度信号处理和功率组件、散热和功耗、效率以及集成方面的挑战；且太赫兹链路增益衰减较大，导致整个链路的信噪比偏低，而这很严重降低了无线传输的可靠性。
3.一方面，由于受到倍频器、混频器以及天线的影响，通常在太赫兹的宽带范围信道的增益变化较大，而这严重恶化了信号的传输质量。在另一方面，太赫兹频段的带宽较宽，根据采样定理，采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍，被采样信号才可以不失真的还原成原始信号，而这要求模拟数字转换器adc的采样率随着通信带宽的增大而增大，但要制造出满足低功耗、小尺寸、高带宽、高精度要求的模拟数字转换器越来越困难。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于太赫兹系统的过采样方法及系统，能够在不增加数模和模数量化位数的前提下，仅利用低精度的模数或数模设备就可以提高链路的信噪比，从而改善链路的传输质量。
5.为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种用于太赫兹系统的过采样方法，所述方法应用于太赫兹系统，所述方法包括：获取信号源的基带信号进行调制处理生成调制基带信号；将所述调制基带信号根据配置的信噪比、过采样率和模拟数字转换器的量化位数的关联关系进行过采样处理确定过采样信号；通过所述过采样信号实现基带信号的上变频。
6.在一些实施方式中，根据配置的信噪比、过采样率和模拟数字转换器的量化位数的关联关系包括：snr为信噪比，n为模拟数字转换器的量化位数、osf为过采样率。
7.在一些实施方式中，所述过采样率实现为：所述过采样率实现为：为采样频率，为所述调制基带信号带宽；其中，所述采样频率高于所述调制基带信号最高频率的2.5倍。
8.在一些实施方式中，所述方法还包括：通过改变调制基带信号带宽实现对所述过采样率的调控处理。
9.根据本发明的第二个方面，提供了一种用于太赫兹系统的过采样逆处理方法，所
述方法应用于太赫兹系统，所述方法包括：获取上变频中的过采样信号；将所述过采样信号根据配置的信噪比、过采样率和数字模拟转换器的量化位数的关联关系进行解调处理生成获取信号源的基带信号进行调制处理生成基带信号；将所述基带信号发送至信号源。
10.根据本发明的第三方面，提供了一种用于太赫兹系统的过采样系统，所述系统包括：基带处理模块，用于获取信号源的基带信号进行调制处理生成调制基带信号；过采样模块，用于将所述调制基带信号根据配置的信噪比、过采样率和模拟数字转换器的量化位数的关联关系进行过采样处理确定过采样信号；上变频模块，用于通过所述过采样信号实现基带信号的上变频。在一些实施方式中，其中，根据配置的信噪比、过采样率和模拟数字转换器的量化位数的关联关系包括：snr为信噪比，n为模拟数字转换器的量化位数、osf为过采样率。
11.在一些实施方式中，所述过采样率实现为：所述过采样率实现为：为采样频率，为所述调制基带信号带宽；其中，所述采样频率高于所述调制基带信号最高频率的2.5倍。
12.在一些实施方式中，所述过采样模块还通过改变调制基带信号带宽实现对所述过采样率的调控处理。
13.根据本发明的第三方面，提供了一种用于太赫兹系统的过采样装置，所述装置包括：存储有可执行程序代码的存储器；与所述存储器耦合的处理器；所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如上述的用于太赫兹系统的过采样方法。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：实施本发明通过设计的过采样率、信号频率、信号带宽与adc或dac设备的量化位数形成的关联关系，能够在不增加adc或dac的量化位数的前提下，仅利用低精度的adc或dac设备就可以提高链路的信噪比和增益范围，从而改善链路的传输质量，从而大大的降低过采样的复杂度，有利于实现在太赫兹系统的高精度的过采样调控。
附图说明
15.图1为本发明实施例公开的一种用于太赫兹系统的过采样的方法流程示意图；图2为本发明实施例公开的一种过采样率osf和信噪比snr的仿真图；图3为本发明实施例公开的一种不同调制阶数下调制信号qam的误码率和osf的仿真图；图4为本发明实施例公开的一种不同倍数采样率的对比图；图5为本发明实施例公开的一种多个倍数采样率下的底噪对比图；图6为本发明实施例公开的又一种y的结构示意图；图7为本发明实施例公开的一种应用了用于太赫兹系统的过采样方法具体示例图；图8是本发明实施例公开的又一种应用了用于太赫兹系统的过采样方法具体示例图；图9是本发明实施例公开的再一种应用了用于太赫兹系统的过采样方法具体示例
图；图10是本发明实施例公开的另一种应用了用于太赫兹系统的过采样方法具体示例图；图11是本发明实施例公开的一种用于太赫兹系统的过采样系统示意图。
具体实施方式
16.为了更好地理解和实施，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
18.本发明实施例公开了一种用于太赫兹系统的过采样的方法及系统，通过设计的过采样率、信号频率、信号带宽与adc或dac设备的量化位数形成的关联关系，能够在不增加adc或dac的量化位数的前提下，仅利用低精度的adc或dac设备就可以提高链路的信噪比和增益范围，从而改善链路的传输质量，从而大大的降低过采样的复杂度，有利于实现在太赫兹系统的高精度的过采样调控。
19.请参阅图1，图1为本发明实施例公开的一种用于太赫兹系统的过采样的方法的流程示意图。其中，该用于太赫兹系统的过采样的方法可以应用在太赫兹系统，对于该方法可应用的系统本发明实施例不做限制。如图1所示，该用于太赫兹系统的过采样的方法可以包括以下操作：101、获取信号源的基带信号进行调制处理生成调制基带信号。
20.该信号源可以实现为与太赫兹系统连接的卫星接收系统，包括卫星接收天线和卫星接收机、宏基站、微蜂窝、射频拉远和直放站等，本方法并不对信号源的种类进行限定，获取了信号源的信号后就可以对该基带信号进行调制处理、基带处理等常规的信号处理生成调制基带信号。
21.102、将调制基带信号根据配置的信噪比、过采样率和模拟数字转换器的量化位数的关联关系进行过采样处理确定过采样信号。
22.其中，根据配置的信噪比、过采样率和模拟数字转换器的量化位数的关联关系包括：snr为信噪比，n为模拟数字转换器的量化位数、osf为过采样率。
23.过采样率实现为：过采样率实现为：为采样频率，为所述调制基带信号带宽；其中，所述采样频率高于所述调制基带信号最高频率的2.5倍。
24.对于该配置的信噪比、过采样率和模拟数字转换器的量化位数的关联关系的由来
是经过多次实验推理得出，具体地，请参考图2，为过采样率osf和信噪比snr的仿真图可以看出，当模拟数字转换器的量化位数n一定时，snr随着osf的增大而增大，且osf每增加一倍；snr就可以增加3个db。可见，基于以上的分析当信号带宽为15ghz时，过采样率osf为1,当信号带宽为7.5ghz时，过采样率osf为2；当信号带宽为3.75ghz时，过采样率为4。当信号带宽为 1.875ghz时，过采样率为6，以此类推。由于采样率受限于adc的芯片处理能力，故而减小信号带宽就相当于增大了信号的过采样率。
25.根据通信理论，可以获知矩形星座qam的误码率为：qam的误码率为：最小欧氏距离：将上述第一个公式和第二个公式带入第三公式可得：而和存在：, ,
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假设采样频率fs=30g s/s;为了满足采样定理rb=fs/2.5=12ghz，a=0.25，对于不同调制阶数下调制信号qam（正交振幅调制）的误码率和osf的仿真图如图3所示：随着osf的增大；snr也随着增大；故而调制信号的误码率也随着osf的增大而减小；由于调制阶数越高，星座点之间的最小欧氏距离越小；故而4qam和16qam的最小欧式距离远大于64qam；其抗干扰能力也远大于64qam，故而在相同的osf也就是相同的信噪比下，其误码率远小于64qam对应的误码率。
26.可见，尽管信号的采样频率大于信号频率的两倍，被采样信号就可以无失真的恢复成原始信号；但为了避免混叠，抗混叠滤波器是绝大多数采系统不可缺少的组成部分。由于在信号带宽80%以上区域仍然存在混叠的可能性。因此，为了确保在感兴趣的信号带宽内数据无混叠，则采样频率要满足以下要求fs ≥2.5fmax。这就使得存在频率混叠的区间位于有用的频带之外了。如要求100hz内无混叠，则采样频率应设置成250hz，带宽为125hz，带宽的80%为100hz，因此，存在混叠可能性的带宽80%以上区域已位于有用信号的频带之外了。当采样频率高于信号的最高频率2.5倍时，信号的频带内就无混叠了。
27.由于两倍采样无法保证信号的频谱不发送混叠；实际的通信系统中通常需要采样频率fs ≥2.5fmax；2倍采样率和2.5倍采样率的信号频谱。
28.具体地，如图4所示，为一种不同倍数采样率的对比图，从图4可以看出；当对信号以2倍的的采样率进行采样时，基带的信号频谱可能会产生严重的失真；而对信号以2.5倍的的采样率进行采样时，基带的频谱才能不失真。
29.103、通过过采样信号实现基带信号的上变频。
30.在得到了依据上述的过采用率生成的过采样信号后就可以实现将基带信号进行上变频的处理。
31.在其他优选实施方式中，还可以通过改变调制基带信号带宽实现对所述过采样率的调控处理。因为在当选定了adc或dac设备的fpga板卡后，一般来说采样频率就固定了。但是，为了实现不同的过采样率，可以通过调制基带信号的带宽实现不同的过采用率osf。具体地，可以参见图5，为一种多个倍数采样率下的底噪对比图。从图5可以看出，过采样率osf越高，调制基带信号的底噪越小。当osf为1时，由于滚降系数为0.25，信号几乎占满了整个频带。osf为2时，底噪在-40db左右；osf为4时，底噪在-50db左右；osf为8时，底噪在-60db左右。可见，本实施例的过采样率的实现大大的降低了底噪。
32.请参阅图6，图6为本发明实施例公开的一种用于太赫兹系统的过采样逆过程方法的流程示意图。如图6所示，该用于太赫兹系统的过采样逆过程方法可以包括以下操作：601、获取上变频中的过采样信号。
33.602、将过采样信号根据配置的信噪比、过采样率和数字模拟转换器的量化位数的关联关系进行解调处理生成获取信号源的基带信号进行调制处理生成基带信号。
34.603、将基带信号发送至信号源。
35.可见，该逆过程的实现方式与上述用于太赫兹系统的过采样方法的具体实现方法基本一致，只是呈现了一种信号逆处理的方式，对于根据配置的信噪比、过采样率和数字模拟转换器的量化位数的关联关系进行解调处理生成获取信号源的基带信号进行调制处理生成基带信号的方式也可以参照上述，只不过是将模拟数字转换器替换为数字模拟转化器，但是不管是数字模拟转换器还是模拟数字转换器的量化位数所代表的含义一致，所推导的公式及相关的过采样率的实现方式都是一致。总之，能够实现本实施例的过采样的逆过程的方法也属于本实施例的保护范围。
36.具体地，图7、图8、图9和图10为应用了用于太赫兹系统的过采样方法具体示例图。
37.在收端和发端的信号频谱可以反映出信道特性，能够看出由于adc/dac和射频器件等的热噪声和信号的衰减，导致高频部分存在较大的衰减。导致整个链路的信噪比偏低。在实际测试中，使用了本实施例的用于太赫兹系统的过采样方法来提高信噪比，可见，测试结果如下。
38.如图7所示：符号速率：fs/2.5=11.79gbps；信号带宽为bw=(fs/2.5)*1.25=14.74ghz；调制方式：64qam；误码率ber：0.1133
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0.1204
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0.1192如图8所示：符号速率：fs/5=5.898gbps；信号带宽为bw=(fs/5)*1.25=7.37ghz；调制方式：64qam；误码率ber:0.0312
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0.0413 0.0378如图9所示：符号速率：fs/7=4.21gbps；信号带宽为bw=(fs/7)*1.25=5.26ghz；调制方式：64qam；误码率ber：5e-4
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2e-4 1.5e-3如图10所示：符号速率：fs/29=1.01gbps；信号带宽为bw=(ps)*1.25=1.27ghz；调制方式：64qam；
disc read-only memory，cd-rom）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
47.最后应说明的是：本发明实施例公开的一种用于太赫兹系统的过采样方法及系统所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。