一种提高数字宽带接收机动态范围的误差补偿方法

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1、第8卷第3期电路与系统学报Vol.8No.32003年6月JOURNALOFCIRCUITSANDSYSTEMSJune，2003文章编号：1007-0249(2003)03-0125-03*一种提高数字宽带接收机动态范围的误差补偿方法储飞黄，杨景曙，黄崧（电子工程学院203室，安徽合肥230037）摘要：动态范围是数字宽带接收机的重大瓶颈问题。本文提出了一种利用误差补偿提高动态范围的方法，分析了通道参数不一致性对补偿效果的影响，并给出了参考电路。实验结果证明了它的有效性。关键词：接收机；动态范围；误差；补偿中图分类号：TP273.2文献标识码：A1导言随着信号环境的日益复杂和信息量的

2、急骤增加，系统反应速度已成为衡量通信设备性能最为关键的技术指标之一。提高系统的实时性，宽带信号处理是理想的选择。动态范围是宽带接收机的重大瓶颈问题，通常使用的改善方法是进行信道分离，但它的硬件结构复杂，灵活性差，不易实现较大的带宽。本文提出了一种利用误差补偿提高ADC前置放大器输入动态范围的方法，能有效克服上述缺点。2接收机动态范围问题及其常规处理方法数字宽带接收机必须首先进行宽带数据采集。然而，宽带数据采集与处理可能会产生大量的虚警和漏警。产生这种矛盾的主要原因是数据采集系统的宽带动态范围不够，表现为：由于带宽内信号的强弱差别可能很大，为了保证系统的实时性和对小信号的检测能力，一般需

3、要禁止ADC前置放大电路的自动增益控制（AGC）功能，并使其具有一定的增益。这样，在有较大信号通过时，前置放大器会产生大量的谐波失真和交调失真，这些失真完全可能超出小信号的幅度，从而造成虚警和漏警。据我们了解，目前国内外接收机的宽带动态范围一般不超过50dB，这与它的窄带动态范围（80-100dB）相距甚远。比如，我们实际测得日产AR5000接收机在宽带（1MHz）工作时，对幅度差为40dB的双音频输入信号的动态范围大约只有45dB。可以说，动态范围问题是数字宽带接收机的重大瓶颈问题。传统AGC方法只能适用于窄带信号处理，对宽带信号无能为力，而且反应时间长，与提高系统的反应速度相矛盾。

4、解决这个问题的有效途径是寻求提高ADC前置放大器动态范围的新方法。目前，信道分离法占据了主导地位。它将宽带信号按一定的带宽（如信道间隔）分成若干信道，对每个信道的信号进行匹配放大后，分别进行模数转换（如图1）。信道分离法的优点是它能独立控制每一个信道的增益，使得模数转换之前的信号接近ADC的最大输入范围，从而可以实现很大的动态范围和很高的信噪比；然而，这种方法的缺点也十分突出：硬件结构非常复杂，特别是在带宽较大时，难以实现；更让人难以接受的是，它从硬件上进行信道分割，没有灵活性，难以适应复杂多变的现代信号环境。下面讨论的误差补偿法有效地克服了这些缺点。3误差补偿法3.1误差补偿法的原理

5、误差补偿法的核心是提取放大器的误差（失真）信号。图2显示了它的工作原理，并将失真条件下各点信号的频谱图标注在传输线上方。图1信道分离法原理框图*收稿日期：2002-11-26修订日期：2003-04-02126电路与系统学报第8卷放大器A1（增益为G）是接收系统需要的增益，可能会有饱和失真；误差取样器一方面允许信1号S直接通过，另一方面输出按系数1G提取的取样信号S，用来和放大前的信号S进行比较，以产a1si生误差信号S；A2（增益为G）的作用是将误差信号放大到S；延时器L1和L2分别用来抵消A1e2ea和A2所产生的时延。在时延匹配，即各级电路时延相等的情况下，有：S=GS+S（1）

6、a1idistS=SG=S+SG（2）sa1idist1S=GS=GSG（3）ea2e2dist1其中，S为放大器G1所产生的失真。dist式（3）成立的条件是误差信号S必须在放e图2误差补偿法原理框图大器G2的线性范围内，即G2不产生新的失真。此时，只要将ADC2的数据D2乘上系数G1G2，再与ADC1得到的数据D1相减，便可得到输入的无失真放大信号GS，即：1iG1(GS)=D-D1iD12G2（4）其中，(G1Si)D表示G1Si的数字形式。经过此过程后，输入信号的动态范围发生了怎样的变化呢？假设输入信号的峰值为V，放大器的ip饱和电平为VL，则：当G1×Vip£VL时，输入在正

7、常动态范围之内，G1不产生失真，显然Sdist=0，Ss=Si，S=0，ADC1的输入与正常放大器没有区别，即补偿电路不会影响正常动态范围内的信号；当eG1×Vip>VL时，输入超出了正常的动态范围，G1产生失真。此时，取样信号Ss的峰值Vsp=VLG1，误差信号S的峰值：eG1Vip-VLVep=（5）G1G2工作于线性范围的条件是G1Vep£VL，即：G2(G1×Vip-VL)£VL（6）G1G+G于是：12GV£×V=G×V（7）1ipL