[发明专利]一种频率交织并行采样与重构方法

说明书

本发明公开了一种频率交织并行采样与重构方法，涉及信号采样与处理领域。在频带[0～f_c]内对初始输入模拟信号使用功率互补模拟滤波器对V₀和W₀将其分割成两路模拟信号，依次类推，通过N对功率互补模拟滤波器对V_N和W_N将模拟信号的频带分割成M＝2^N路子频段模拟信号，随后对每路模拟信号进行M倍的低速ADC下采样、量化和M倍的上采样，最后通过M路的数字滤波器对M路的数字信号按照完美重构条件进行信号重构，实现对初始输入模拟信号的高速采样。本发明降低了对模拟滤波器的性能要求，简化了模拟电路的设计，提高了采样系统的整体性能，降低了对单个ADC的带宽要求。

技术领域

本发明涉及信号采样与处理领域，尤其涉及一种频率交织并行采样与重构方法。

背景技术

为了实现高速、高精度、宽带数据采样，研究者提出了一类频率交织多通道并行数据采样和重构的方法，其基本思想是在感兴趣频带范围内，对模拟输入信号在频域内将其分割成多个频率子带，每个频率子带先由一个独立的模数转换器实现下采样，再通过上采样以及数字重构滤波器恢复原始信号。为实现频率分割，学者们提出了多种实现方式，如离散时间采样滤波器、连续时间模拟滤波器等。在结构上先后提出了传统结构、谐振结构、分数延迟、调制结构等。但目前基于这些结构的频率交织多通道并行数据采样和重构系统在系统性能和电路实现难度上暂时还没有做到较好的平衡，工程实现难度较大。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种频率交织并行采样与重构方法。在通道数量较少的情况下，能够较好地平衡系统性能和电路工程实现难度之间的关系，实现高速、高精度和宽带数据采样。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是降低对模拟滤波器的性能要求，简化模拟电路的设计，提高采样系统的整体性能，降低对单个ADC的带宽要求。

为实现上述目的，本发明提供了一种频率交织并行采样与重构方法，包括以下步骤：

步骤1、通过N对功率互补模拟滤波器对V_N和W_N将输入模拟信号分割成M＝2^N路子频段模拟信号；

步骤2、对每路模拟信号进行M倍的低速ADC下采样、量化和M倍的上采样；

步骤3、通过M路的数字滤波器对M路的数字信号进行信号重构。

进一步地，所述步骤1，输入模拟信号的频带范围为[0～f_c]。

进一步地，所述步骤1，输入模拟信号通过功分器分成两路模拟信号后输出；每一路输出的模拟信号再通过功分器分成两路模拟信号后输出，以此类推，按照二叉树形结构级联，形成各阶模拟信号传输通道。

进一步地，所述步骤1，每阶功分器输出的两路模拟信号分别经过各自的功率互补模拟滤波器对V_k(jΩ)和W_k(jΩ)进行滤波，Ω为模拟信号角频率。

进一步地，所述步骤1，每阶的功率互补模拟滤波器对V_k(jΩ)和W_k(jΩ)传递函数之间满足条件：|V_k(jΩ)|²+|W_k(jΩ|²＝1；V_k(jΩ)W_k(-jΩ)+V_k(-jΩ)W_k(jΩ)＝0。

进一步地，所述步骤1，各通道总的模拟滤波器传递函数H_m(jΩ)为本通道上各阶模拟滤波器传递函数的级联，且满足功率互补条件：

进一步地，所述步骤2，每通道的模拟滤波器输出的信号x_m(t)分别通过低速ADC进行采样量化，转换成数字信号。