[发明专利]一种基于快速傅里叶变换的带有模拟滤波器补偿的MWC后端信号重构方法

说明书

一种基于快速傅里叶变换的带有模拟滤波器补偿的MWC后端信号重构方法属于高速模拟信息转换领域。由于MWC前端部分由多个通道组成，在假设前端系统中模拟低通滤波器的阻带增益完全为零的情况下，使用一个频率响应与模拟低通滤波器通带增益互为倒数的数字滤波器对前端产生的信号进行补偿。将前端产生的信号通过快速傅里叶变换转换到频域进行处理，补偿过程就变为各频点乘以一个补偿系数，在带有拓展系数的MWC结构中，解调的过程就转换为对信号的频域序列进行分段选取，避免了引入的乘法器以及数字滤波器。而从时域到频域的转换不会影响后续的压缩感知系数求解算法，在求解得到原始信号后，采用反傅里叶变换将频域信息转换回时域，完成重构。

技术领域

本发明涉及一种基于快速傅里叶变换的带有模拟滤波器补偿的调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter，MWC)后端信号重构方法，属于高速模拟信息转换技术领域。

背景技术

MWC是一种基于压缩感知技术的模拟信息转换器系统。在输入信号在一段有限频谱范围内稀疏并且具体频率未知时，该系统能够用低于信号奈奎斯特频率的采样频率，完成对信号信息的提取与信号的重建。该系统分为模拟前端以及数字后端两大部分。模拟前端部分由多个通道并行的随机解调结构组成，每一通道包含混频器、模拟低通滤波器以及ADC等器件，用周期性变化的随机在高低电平间跳变的高频信号，即伪随机序列进行混频，然后低通滤波，最后低速采样，将高频的模拟信号进行压缩并用相对低速的模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)进行采样，得到的经过压缩的数字信号交由数字后端系统，利用压缩感知技术常用的求解算法，例如最小二乘法等，进行信息的提取与原始信号的重建。在理想情况下，MWC系统能够完美恢复原始信号。

然而实际电路实现中，各种不理想因素会影响MWC系统的恢复性能，包括器件的非线性，噪声等等，特别是模拟滤波器，通带纹波、滚降因子、阻带衰减等直接影响系统的恢复成功率与信噪比。另外，一种用于降低前端系统通道数的带有拓展系数的MWC结构可以通过提高每一个通道输出信号的频率范围得到，但是需要在后端系统中加入额外的数字处理，用解调的方式将信号从频谱上分割为多个子带，使每个子带与原始结构的频率相同。这会额外增加乘法器与数字滤波器从而增加计算量，而且其计算量会随着采样频率的提高而等比例提高，功耗也会相应提高。因而如何补偿前端模拟滤波器的非理想性与降低后端系统的运算复杂度与功耗是本发明的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于快速傅里叶变换的带有模拟滤波器补偿的MWC后端信号重构方法，不仅可以有效的对MWC前端系统模拟低通滤波器的非理想性进行补偿，而且这种补偿方法降低了MWC后端系统的计算复杂度，降低了系统的功耗。

本发明使采用以下技术方案实现的：

一种基于快速傅里叶变换的带有模拟滤波器补偿的MWC后端信号重构方法，其思想是，由于MWC前端部分由多个通道组成，每一通道包含混频器、模拟低通滤波器以及ADC，在假设前端系统中模拟低通滤波器的阻带增益完全为零的情况下，使用一个频率响应与模拟低通滤波器通带增益互为倒数的数字滤波器对前端产生的信号进行补偿。而在实现中是将前端产生的信号通过快速傅里叶变换转换到频域进行处理，补偿过程就变为各频点乘以一个补偿系数，于是在带有拓展系数的MWC结构中，解调的过程就转换为对信号的频域序列进行分段选取，避免了解调过程引入的乘法器以及数字滤波器。而从时域到频域的转换不会影响后续的压缩感知系数求解算法，在求解得到原始信号的信息后，采用反傅里叶变换将频域信息转换回时域，并完成信号的重构。

具体步骤如下：