一种宽带射频信号的延时采样方法及装置与流程

1.本发明属于数字信号处理技术领域，具体涉及一种宽带射频信号的延时采样方法及装置。


背景技术：

2.模拟信号进行数字化时，需要通过采样和量化进行模数转换，其中采样是对连续时间信号在时间间隔点上取值，将连续时间信号转变为离散时间信号。
3.依据采样定理，如果一个实连续信号是有限带宽，当采样频率大于2倍的信号带宽时，连续时间信号就可以唯一地由采样的离散信号确定，采样定理确定了采样频率与实连续信号带宽之间的关系。
4.实现宽带信号数字化的技术难度极大，受到高速模数变换等相关器件性能的限制。因此，在实际工程实现时，若单一器件不能满足宽带采样要求，通常采用多通道方案实现，即将宽带信号分解为多个窄带信号，再利用多个通道的窄信号通道和低速模数变换，对每个窄带信号进行数字化，再通过信号处理得到宽带采样信号。这种采用多通道实现宽带信号采样的方法增加了系统实现的复杂性和成本。
5.因此，本领域，存在利用采用单通道、低速采样实现对宽带信号数字化的信号接收采样装置的需要。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种延时采样的接收采样装置，其能够克服传统宽带接收采样相同的不足，在采用单一通道实现宽带接收采样系统的前提下，降低对采样器件采样频率的要求。
7.本发明公开了一种延时采样的接收采样装置，包括：宽-窄带转换模块、频率变换模块和模数转换模块；
8.所述宽-窄带转换模块，用于将输入的宽带射频信号转换为串行输出的、频带不同的、并混合有参考信号的多路窄带射频信号的延时合路信号；
9.各路的延时合路信号的输出时间不重叠；多路窄带射频信号的总频带覆盖宽带射频信号的频带；并且每路合路信号中混合的参考信号相位与该路信号的输出时间相关；
10.所述频率变换模块，用于对所述多路窄带射频合路信号分别进行频率变换，得到串行输出的、频率范围相同的降频信号；
11.用于对所述降频信号进行采样得到数字采样信号；
12.所述数字采样信号中包括每一路窄带射频信号的采样窄带信号和对应的参考信号的采样参考信号；多路的采样窄带信号构成了宽带射频信号的接收采样信号；采样参考信号的相位偏差为该路窄带采样信号的输出延时误差。
13.进一步地，所述宽-窄带转换模块包括频带分解模块、合路器组、延时器组和第一射频选择开关；
14.所述频带分解模块，用于将宽带射频信号进行频带分解得到n路并行的窄带射频信号；n≥2；
15.所述合路器组中包括n个合路器，每个合路器输入一路窄带射频信号与一路对应的参考信号，进行信号合路后，输出一路窄带射频合路信号；
16.所述延时器组，包括n个延时时间不同的延时器，每个延时器输入一路窄带射频合路信号进行延时输出一路延时合路信号；n个延时器输出延时时间均不同的n路延时合路信号；
17.所述第一射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接n路延时合路信号；当任一路延时合路信号到达受控开关后，在控制信号的控制下，受控开关将该路对应的输入端与输出端连接，将该路延时合路信号输出。
18.进一步地，所述频率变换模块包括下变频器和解调器；
19.所述下变频器与所述第一射频选择开关连接，当接收到一路延时合路信号时，采用与之对应的参考频率信号对延时合路信号进行下变频得到中频信号；
20.与每一路延时合路信号对应的参考频率信号与该路延时合路信号同时到达下变频器；并且每一路延时合路信号对应的参考频率信号的频率与该路信号中窄带射频信号频率的频差相同，下变频后的中频信号的频率相同；下变频后的中频信号包括窄带射频信号的中频信号和参考信号的中频信号；
21.所述解调器，用于采用解调参考频率对输入的中频信号进行解调得到基带信号；所述基带信号中包括窄带射频信号的基带信号和参考信号的基带信号。
22.进一步地，还包括频率源、第二射频选择开关和控制器；
23.所述频率源，用于为宽-窄带转换模块提供n路的参考信号，为下变频器提供n路的参考频率信号，为解调器提供解调参考信号，为模数转换模块提供采样时钟，为控制器提供控制时间基准信号；
24.所述第二射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接频率源输出的n路的参考频率信号；每一路参考频率信号的频率与一路延时合路信号中包括的窄带射频信号的频率对应；当一路延时合路信号被第一射频选择开关选通到达下变频器后，在控制信号的控制下，第二射频选择开关将与该路延时合路信号对应的参考频率信号的输入端与输出端连接，将该路参考频率信号输出到下变频器；
25.所述控制器，用于控制第一射频选择开关和第二射频选择开关的信号输出、频率源的参考频率输出、模数转换模块以及数据缓存模块的采样起止时间。
26.进一步地，所述频率变换模块为下变频器；
27.所述下变频器与所述第一射频选择开关连接，当接收到一路延时合路信号时，采用与之对应的参考频率信号对延时合路信号进行下变频得到中频信号；
28.所述与每一路延时合路信号对应的参考频率信号与该路延时合路信号同时到达下变频器；并且每一路延时合路信号对应的参考频率信号的频率与该路信号中窄带射频信号频率的频差相同，下变频后的中频信号的频率相同；下变频后的中频信号包括窄带射频信号的中频信号和参考信号的中频信号。
29.进一步地，还包括频率源、第二射频选择开关和控制器；
30.所述频率源，用于为宽-窄带转换模块提供n路的参考信号，为下变频器提供n路的
参考频率信号，为模数转换模块提供采样时钟，为控制器提供控制时间基准信号；
31.所述第二射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接频率源输出的n路的参考频率信号；每一路参考频率信号的频率与一路延时合路信号中包括的窄带射频信号的频率对应；当一路延时合路信号被第一射频选择开关选通到达下变频器后，在控制信号的控制下，第二射频选择开关将与该路延时合路信号对应的参考频率信号的输入端与输出端连接，将该路参考频率信号输出到下变频器；
32.所述控制器，用于控制第一射频选择开关和第二射频选择开关的信号输出、频率源的参考频率输出、模数转换模块以及数据缓存模块的采样起止时间。
33.进一步地，所述频率变换模块包括解调器；
34.所述解调器与所述第一射频选择开关连接，当接收到一路延时合路信号时，采用与之对应的参考频率信号对延时合路信号进行解调得到基带信号；
35.所述与每一路延时合路信号对应的参考频率信号与该路延时合路信号同时到达解调器；并且每一路延时合路信号对应的参考频率信号的频率与该路信号中窄带射频信号频率的相同；解调后的基带信号包括窄带射频信号的基带信号和参考信号的基带信号。
36.进一步地，还还包括频率源、第二射频选择开关和控制器；
37.所述频率源，用于为宽-窄带转换模块提供n路的参考信号，为解调器提供n路的参考频率信号，为模数转换模块提供采样时钟，为控制器提供控制时间基准信号；
38.所述第二射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接频率源输出的n路的参考频率信号；每一路参考频率信号的频率与一路延时合路信号中包括的窄带射频信号的频率对应；当一路延时合路信号被第一射频选择开关选通到达解调器后，在控制信号的控制下，第二射频选择开关将与该路延时合路信号对应的参考频率信号的输入端与输出端连接，将该路参考频率信号输出到解调器；
39.所述控制器，用于控制第一射频选择开关和第二射频选择开关的信号输出、频率源的参考频率输出、模数转换模块以及数据缓存模块的采样起止时间。
40.进一步地，每个参考信号的频率不在与其合路的窄带射频信号的频带范围内，所有的参考信号与参考频率信号和采样时钟信号相干。
41.进一步地，所述延时器组中n个延时器为光纤延时线或射频延时线。
42.本发明至少可实现以下有益效果：
43.本发明公开的一种延时采样的接收采样装置，采样用单通道的窄带的模数转换器实现对宽带信号的接收和采样，并且结构简单解决了多通道方案实现宽带信号采样所造成的系统复杂问题；并且，实现了用低速采样实现对宽带信号采样，解决了宽带信号采样对宽带信号通道和高速采样实现难度大的问题；同时，采样参考信号混合窄带射频信号一同进行延时和采样，采样参考信号的相位偏差为该路窄带采样信号的输出延时误差，根据延时误差对窄带采样信号进行延时调整实现精确对齐。
附图说明
44.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
45.图1为本发明实施例中的一种延时采样的接收采样装置原理框图；
46.图2为本发明实施例中的宽-窄带转换模块原理框图；
47.图3为本发明实施例中的一种延时采样的接收采样装置原理框图；
48.图4为本发明实施例中的一种延时采样的接收采样装置原理框图
49.图5为本发明实施例中的一种延时采样的接收采样装置原理框图。
具体实施方式
50.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
51.本发明的实施例公开了一种延时采样的接收采样装置，如图1所示，包括：宽-窄带转换模块、频率变换模块、模数转换模块以及数据缓存模块；
52.所述宽-窄带转换模块，用于将输入的宽带射频信号转换为串行输出的、频带不同的、并混合有参考信号的多路窄带射频信号的延时合路信号；
53.各路的延时合路信号的输出时间不重叠；多路窄带射频信号的总频带覆盖宽带射频信号的频带；并且每路合路信号中混合的参考信号相位与该路信号的输出时间相关。
54.所述频率变换模块，用于对所述多路窄带射频合路信号分别进行频率变换，得到串行输出的、频率范围相同的降频信号。
55.所述模数转换模块，用于对所述降频信号进行采样得到数字采样信号。
56.所述数字采样信号中包括每一路窄带射频信号的采样窄带信号和对应的参考信号的采样参考信号；多路的采样窄带信号构成了宽带射频信号的接收采样信号；采样参考信号的相位偏差为该路窄带采样信号的输出延时误差。
57.所述数据缓存模块用于将模数转换器输出的每一路窄带射频信号的采样窄带信号和对应的参考信号的采样参考信号分别缓存在对应的存储空间中。
58.所述数据缓存模块用于将模数转换器输出的每一路窄带射频信号采样后的数字信号和对应的参考信号采样后的数字信号分别缓存在对应的存储空间中。
59.在本实施例的方案中，所述宽-窄带转换模块在进行宽窄带转换时，是通过将宽带射频信号进行频带分解得到多路路并行的窄带射频信号，在分别进行延时得到输出时间不重叠的多路窄带射频信号；
60.考虑到在对多路并行的窄带信号分别进行延时处理时，各路的延时误差对信号采样会造成影响。因此，本实施例中在进行延时处理前，会采用与每一路窄带射频信号分别对应的参考信号进行混合得到合路信号；
61.对混合信号进行采样后，从混合信号的采样信号中提取参考信号的采样信号，计算出各通道之间的参考信号采样信号的延时误差，可作为各通道的延时校准信号，用于各通道的窄带采样信号的延时误差校准。
62.如图2所示，所述宽-窄带转换模块包括频带分解模块、合路器组、延时器组和第一射频选择开关；
63.所述频带分解模块，用于将宽带射频信号进行频带分解得到n路并行的窄带射频信号；n≥2；
64.在进行频带分解时，每个窄带信号是通过对宽带连续信号进行信号移频以及低通滤波处理得到。
65.并且，相邻频带的窄带信号之间的频带部分可重叠或不重叠，部分重叠或不重叠是基于滤波器的过度带的特性进行确定，至少保障所有相邻窄带信号的拼接合成的频带能够覆盖宽带射频信号的全部频率范围。
66.在一个更具体的方案中，宽带射频信号经过分解形成n个窄带信号，分别采用n个通带相邻或相交的窄带带通滤波器，对宽带连续信号进行滤波，得到n个频带相邻或频带部分重叠的窄带信号，再对不同的窄带信号移频，得到n路并行的对应不同频带的窄带信号。
67.在另一个更具体的方案中，将宽带射频信号直接分成n个通道的宽带连续信号，再对每个通道的信号分别进行移频，然后再对每个通道的信号进行低通滤波，得到n路并行的对应不同频带的窄带信号。
68.所述合路器组中包括n个合路器，每个合路器将输入一路窄带射频信号与一路对应的参考信号，进行信号合路后，输出一路窄带射频合路信号；
69.即，在合路器1中输入的窄带射频信号1与参考信号1进行合路，在合路器2中输入的窄带射频信号2与参考信号2进行合路，
……
，在合路器n中输入的窄带射频信号n与参考信号n进行合路。
70.所述延时器组，包括n个延时时间不同的延时器，每个延时器输入一路窄带射频合路信号进行延时输出一路延时合路信号；n个延时器输出延时时间均不同的n路延时合路信号；
71.具体的，对不同窄带射频合路信号采取不同的延时，每个窄带射频合路信号的延时不同，在进行延时操作时，相邻频带的窄带射频合路信号之间的相对延时量大于等于对宽带射频信号采样所要求的采样时间。
72.例如，被采样宽带射频信号带宽为b、时宽为ts，对应的被采样宽带射频信号的采样时间为tf(tf≥ts)，假设将被采样宽带射频信号分为n个窄带信号进行采样，每个窄带信号的采样时间为t
f_s
，则在每个窄带信号采样时，要求t
f_s
≥ts，总采样时间不低于n
×
t
f_s
，由此可以形成按时间分布的n个窄带信号的采样。
73.基于此，在所述延时器组进行延时操作时，n个窄带信号分别对应n个不同的延时，即，延时器1对第1个窄带信号对应延时为0，延时器2对第2个窄带信号对应延时为t
f_s
，
……
，延时器n对第n个窄带信号对应延时为(n-1)
×
t
f_s
；在优选的方案中，上述延时时间均为参考信号周期的整数倍。
74.所述延时器组中n个延时器为延时时间不同的光纤延时线或多个射频延时线。
75.所述第一射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接n路延时合路信号；当任一路延时合路信号到达受控开关后，在控制信号的控制下，受控开关将该路对应的输入端与输出端连接，将该路延时合路信号输出。通过控制第一射频选择开关的接通时序使各路延时合路信号按照延时长短顺序输出到频率变换模块。
76.具体的，n路所述参考信号为相干信号，每个参考信号的频率不在与其合路的窄带射频信号的频带范围内，所有的参考信号与频率变换模块中用于下变频或解调的参考频率信号以及数模转换模块的采样时钟信号相干。通过频率相干在下变频或解调以及采样时，能够保留参考信号的相位变化，从而得到延时误差。
77.如图3所示，在本实施例的一个方案中，所述频率变换模块包括下变频器和解调器；
78.所述下变频器与所述第一射频选择开关连接，当接收到一路延时合路信号时，采用与之对应的参考频率信号对延时合路信号进行下变频得到中频信号；
79.所述与每一路延时合路信号对应的参考频率信号与该路延时合路信号同时到达下变频器；并且每一路延时合路信号对应的参考频率信号的频率与该路信号中窄带射频信号频率的频差相同，下变频后的中频信号的频率相同；下变频后的中频信号包括窄带射频信号的中频信号和参考信号的中频信号；
80.所述解调器，用于采用解调参考频率对输入的中频信号进行解调得到基带信号；所述基带信号中包括窄带射频信号的基带信号和参考信号的基带信号；
81.所述模数转换模块中包括的数模转换器为低速的模数转换器；
82.在一个具体的方案中，所述模数转换模块中的模数转换器，通过采样时钟对所述解调器输出的基带信号进行采样，得到基带信号的数字信号。所述基带信号的数字信号中包括窄带射频信号的数字信号和参考信号的数字信号。
83.在所述数据缓存模块中，将模数转换模块输出的每一路基带信号的数字信号缓存在对应的存储空间中。
84.在可选的另一个具体的方案中，所述模数转换模块包括第一数模转换器和第二数模转换器；
85.所述第一数模转换器通过采样时钟信号对窄带射频信号的基带信号进行采样，得到窄带射频信号的数字信号；
86.所述第二数模转换器通过采样时钟信号对参考信号的基带信号进行采样，得到参考信号的数字信号。
87.在所述数据缓存模块中，将模数转换器输出的每一路窄带射频信号采样后的数字信号和对应的参考信号采样后的数字信号分别缓存在对应的存储空间中。
88.本方案的接收采样装置中还包括频率源、第二射频选择开关和控制器；
89.所述频率源，用于为宽-窄带转换模块提供n路的参考信号，为下变频器提供n路的参考频率信号，为解调器提供解调参考信号，为模数转换模块提供采样时钟，为控制器提供控制时间基准信号；
90.每个参考信号的频率不在与其合路的窄带射频信号的频带范围内，所有的参考信号与参考频率信号和采样时钟信号相干。
91.进一步地，频率源其输出到下变频器的n路的参考频率与第一射频选择开关输出信号中的窄带射频信号的中心频率相对应，其输出到解调器的参考频率固定。或者，其输出到解调器的参考频率可控，与第一射频选择开关输出信号中的窄带射频信号的中心频率相对应，其输出到下变频器的参考频率固定。
92.所述第二射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接频率源输出的n路的参考频率信号；每一路参考频率信号的频率与一路延时合路信号中包括的窄带射频信号的频率对应；当一路延时合路信号被第一射频选择开关选通到达下变频器后，在控制信号的控制下，第二射频选择开关将与该路延时合路信号对应的参考频率信号的输入端与输出端连接，将该路参考频率信号输出到下变频器；
93.所述控制器，用于控制第一射频选择开关和第二射频选择开关的信号输出、频率源的参考频率输出、模数转换模块以及数据缓存模块的采样起止时间。
94.如图4所示，在本实施例的一个方案中，所述频率变换模块为下变频器；
95.所述下变频器与所述第一射频选择开关连接，当接收到一路延时合路信号时，采用与之对应的参考频率信号对延时合路信号进行下变频得到中频信号；
96.所述与每一路延时合路信号对应的参考频率信号与该路延时合路信号同时到达下变频器；并且每一路延时合路信号对应的参考频率信号的频率与该路信号中窄带射频信号频率的频差相同，下变频后的中频信号的频率相同；下变频后的中频信号包括窄带射频信号的中频信号和参考信号的中频信号；
97.所述模数转换模块中包括的数模转换器为低速的模数转换器；
98.在一个具体的方案中，所述模数转换模块中的模数转换器，通过采样时钟对所述下变频器输出的中频信号进行采样，得到中频信号的数字信号。所述中频信号的数字信号中包括窄带射频信号的数字信号和参考信号的数字信号。
99.在所述数据缓存模块中，将模数转换模块输出的每一路中频信号的数字信号缓存在对应的存储空间中。
100.在可选的另一个具体的方案中，所述模数转换模块包括第一数模转换器和第二数模转换器；
101.所述第一数模转换器通过采样时钟信号对窄带射频信号的中频信号进行采样，得到窄带射频信号的数字信号；
102.所述第二数模转换器通过采样时钟信号对参考信号的中频信号进行采样，得到参考信号的数字信号。
103.所述数据缓存模块中，将模数转换模块输出的每一路窄带射频信号采样后的数字信号和对应的参考信号采样后的数字信号分别缓存在对应的存储空间中。
104.本方案的接收采样装置中还包括频率源、第二射频选择开关和控制器；
105.所述频率源，用于为宽-窄带转换模块提供n路的参考信号，为下变频器提供n路的参考频率信号，为模数转换模块提供采样时钟，为控制器提供控制时间基准信号；
106.每个参考信号的频率不在与其合路的窄带射频信号的频带范围内，所有的参考信号与参考频率信号和采样时钟信号相干。
107.进一步地，所述频率源，其输出到下变频器的参考频率可控，与第一射频选择开关输出信号中的窄带射频信号的中心频率相对应。
108.所述第二射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接频率源输出的n路的参考频率信号；每一路参考频率信号的频率与一路延时合路信号中包括的窄带射频信号的频率对应；当一路延时合路信号被第一射频选择开关选通到达下变频器后，在控制信号的控制下，第二射频选择开关将与该路延时合路信号对应的参考频率信号的输入端与输出端连接，将该路参考频率信号输出到下变频器；
109.所述控制器，用于控制第一射频选择开关和第二射频选择开关的信号输出、频率源的参考频率输出、模数转换模块以及数据缓存模块的采样起止时间。
110.如图5所示，在本实施例的一个方案中，所述频率变换模块包括解调器；
111.所述解调器与所述第一射频选择开关连接，当接收到一路延时合路信号时，采用与之对应的参考频率信号对延时合路信号进行解调得到基带信号；
112.所述与每一路延时合路信号对应的参考频率信号与该路延时合路信号同时到达
解调器；并且每一路延时合路信号对应的参考频率信号的频率与该路信号中窄带射频信号频率的相同；解调后的基带信号包括窄带射频信号的基带信号和参考信号的基带信号；
113.所述模数转换模块中包括的数模转换器为低速的模数转换器；
114.在一个具体的方案中，所述模数转换模块中的模数转换器，通过采样时钟对所述解调器输出的基带信号进行采样，得到基带信号的数字信号。所述基带信号的数字信号中包括窄带射频信号的数字信号和参考信号的数字信号。
115.在所述数据缓存模块中，将模数转换模块输出的每一路基带信号的数字信号缓存在对应的存储空间中。
116.在可选的另一个具体的方案中，所述模数转换模块包括第一数模转换器和第二数模转换器；
117.所述模数转换模块包括第一数模转换器和第二数模转换器；
118.所述第一数模转换器通过采样时钟信号对窄带射频信号的基带信号进行采样，得到窄带射频信号的数字信号；
119.所述第二数模转换器通过采样时钟信号对参考信号的基带信号进行采样，得到参考信号的数字信号。
120.所述数据缓存模块中，将模数转换器输出的每一路窄带射频信号采样后的数字信号和对应的参考信号采样后的数字信号分别缓存在对应的存储空间中。
121.本方案的接收采样装置中还包括频率源、第二射频选择开关和控制器；
122.所述频率源，用于为宽-窄带转换模块提供n路的参考信号，为解调器提供n路的参考频率信号，为模数转换模块提供采样时钟，为控制器提供控制时间基准信号；
123.每个参考信号的频率不在与其合路的窄带射频信号的频带范围内，所有的参考信号与参考频率信号和采样时钟信号相干。
124.进一步地，所述频率源，其输出到解调器的参考频率可控，与第一射频选择开关输出信号中的窄带射频信号的中心频率相对应。
125.所述第二射频选择开关，为n选1的受控开关，n个输入端分别连接频率源输出的n路的参考频率信号；每一路参考频率信号的频率与一路延时合路信号中包括的窄带射频信号的频率对应；当一路延时合路信号被第一射频选择开关选通到达解调器后，在控制信号的控制下，第二射频选择开关将与该路延时合路信号对应的参考频率信号的输入端与输出端连接，将该路参考频率信号输出到解调器；
126.所述控制器，用于控制第一射频选择开关和第二射频选择开关的信号输出、频率源的参考频率输出、模数转换模块以及数据缓存模块的采样起止时间。
127.在根据本发明的实施例中的各方案中，第一射频选择开关和第二射频选择开关的输出是同步一一对应的，即第一射频选择开关选择输出窄带射频信号1时，第二射频选择开关选择参考频率信号1输出；第一射频选择开关选择输出窄带射频信号2时，第二射频选择开关选择参考频率信号2输出；
……
以此类推，第一射频选择开关选择输出窄带射频信号n时，第二射频选择开关选择参考频率信号n输出。
128.综上所述，本发明实施例的延时采样的接收采样装置，采样用单通道的窄带的模数转换器实现对宽带信号的接收和采样，并且结构简单解决了多通道方案实现宽带信号采样所造成的系统复杂问题；
129.并且，实现了用低速采样实现对宽带信号采样，解决了宽带信号采样对宽带信号通道和高速采样实现难度大的问题；
130.同时，采样参考信号混合窄带射频信号一同进行延时和采样，采样参考信号的相位偏差为该路窄带采样信号的输出延时误差，根据延时误差对窄带采样信号进行延时调整实现精确对齐。
131.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。