一种基于压缩采样的SDR接收机AIC前端设计

传统的射频六端口网络可以直接将射频信号下变频为基带信号，它的输出功率中包含输入信号的相位和幅度信息。在A/D采样后，我们可以得到的基带信号,但这将面临高采样率的问题。压缩采样可以以远低于奈奎斯特采样速率对信号进行有用信息的采集。该文将压缩采样技术用于六端口直接变频接收机中，提出用一种新颖的模拟信息转换器件(AIC)。这个AIC可以以较低的采样速率获取大量的数据。该AIC可能成为软件无线电接收的一个满意前端。文章对AIC前端做了性能仿真。

软件无线电(Software Defined Radio, SDR)的接收机结构包括射频低通采样、宽带中频带通采样、射频直接带通采样接收，这几种接收结构都有各自的优缺点。近些年来，国内外对基于射频六端口直接变频接收机做了大量的研究。射频六端口网络可以直接将射频信号直接下变频至基带，使后续的AD 采样器件只要工作在基带频段，同时六端口网络还具有易于集成、电路简单、无源、线性等优点。六端口技术最早由Cohn 和Weinhouse 提出[1]，于1994 年第一次用在直接数字接收机上。Cristina De La 和Mateo Burgos-Garcia 等人用低温共烧陶瓷研制出了0.3 GHz~6 GHz 频带的小型多层的六端口结[2]， 用在接收机上，解调速率可达15.625 M 符号/秒，误差矢量3.7%，具有良好的性能。David Rodríguez Aparicio 等学者用一个功率分配器和三个3 dBm 的耦合器研制了频带范围698 Mhz~5850 Mhz 的六端口电路[3]，并将其作为SDR 接收前端，解调速率可达75 Mbit/s。此外，国外还有不少学者在六端口的结构设计以及用于直接数字接收机做了诸多的研究[4]-[6]。

目前， 国内的六端口直接接收机研究仍处于起步阶段， 电子科技大学在六端口技术应用于直接变频接收机方面做了一些研究[7]。北京科技大学的张兰、王兵推导了六端口网络SDR 接收的QPSK、16QAM、л/4QPSK 的接收模型并做了仿真验证[8]。这些研究主要集中在六端口结设计和接收机的校验等方面。面对将数十Ghz 的射频信号直接变换到基带信号后的大数据量的特点，在实现高速的数据传输方面，研究的较少。瑞典林雪平大学的Joakim Osth 提出了一种连接六端口四个输出端口的四个ADC 器件用两个差分放大器和两个ADC 器件代替，以此实现六端口接收机高速的数据通信[9]。

该文提出了将目前新出现的压缩采样技术[10]以及基于压缩采样的模拟信息转换技术[11]， 应用到六端口软件无线电接收中，实现高速的数据通信。信号的解调可由DSP 等处理器以OMP 算法、BP算法进行基带信号的重建[12]。

2. 射频六端口网络解调过程 对于一个标准的六端口结可分为以下几个部分组成，1 个威尔逊功分器和3 个90 度耦合器，有两个输入端口和四个输出端口，端口P1 输入参考载波信号，端口P2 输入调制的射频信号。射频信号包含的基带信息包含在四个输出端口P3~P6。由于六端口结电路以及二极管检波电路都是无源的，因此可以将网络看成线性网络。

设射频正交调制信号： ( )()20coss tatωϕ=+ (1)