软件无线电系列——宽带中频带通采样(超外差接收体制)和射频直接带通采样定理(盲区采样定理)

本节目录

一、宽带中频带通采样(超外差接收体制)
1、宽带中频带通采样的原理
2、宽带中频带通采样的设计示例
二、射频直接带通采样定理
1、整带采样
2、射频直接带通采样
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本节内容
一、宽带中频带通采样(超外差接收体制)
1、宽带中频带通采样的原理
宽带中频带通采样(超外差接收体制)，通过模拟射频前端把射频信号变换为所需要的宽带中频信号，中频为f0,中频带宽为B,然后根据带通采样定理，对中频信号进行采样数字化。在这个操作中用一个频率为fL的本振信号与频率为fi的输入信号进行混频，将其变换为统一的中频信号，然后进行数字化。

上述中三个频率的关系为：f0=|fL-fi|。
这样通过改变本振频率fL，就可以完成对不同频率fi信号的数字化，中心频率是固定不变的f0,若取合适的f0，A/D前的抗混频就会容易做得多。
“宽带射频前端”，一是中频带宽宽，二是工作带宽宽，射频前端是宽开的。
2、宽带中频带通采样的设计示例
假设工作在30-500MHz频带，中频带宽为20MHz的宽带中频采样软件无线电设计。给定中的70MHz标准中频可以计算出采样率为：
fs=(4/2n+1)f0
若取n=2,则fs=56MHz，由于中频带宽要求是20MHz，由此可以计算出抗混叠滤波器的矩形系数要求：r≤fs/B-1=1.8

这种超外差式宽带中频采样，在天线与ADC之间增加了很多模拟信号处理，上图中的框框中，比如混频、放大、滤波、本振信号的产生等，不仅造成信号失真，而且对于缩小体积，降低成本和功耗很不容易。也就是对信号的适应能力不强和可扩展性差。
二、射频直接带通采样定理
1、整带采样
何为整带采样？
通常来讲，把0-fmax的射频频带以带宽B划分为若干个带宽相等的子频带，子频道数目为N=fmax/B,子频带的中心频率为f0n,其中n=0,1,2……，N-1。
用一个采用频率fs=2B，对位于f0n上的不同子频带的信号(x0(t),x1(t)，……，xN-1(t)，其中带宽均为B)进行带通采样，这种采样就是整带采样。
f0n的表达式和图示如下：

2、射频直接带通采样
上面的整带采样前提条件是必须有一个中心频率可调谐的抗混叠跟踪滤波器来配合。跟踪滤波器的作用是选出N个子频带中需要采样的子频带，滤除其他子频带的信号，防止混叠。
如何对不同子频带采样？
通常把跟踪滤波器调到对应的子频带上，整带采样一共有N个子频带，需要N次采样才能完成对整个工作频段的采样数字化。这种采样针对的是未变频的射频信号，也就是ADC之前只有滤波和放大环节，没有变频环节，因此这种采样称为射频直接带通采样。