matlab随机欠采样,欠采样技术

matlab随机欠采样,欠采样技术要想确保数据采集系统的结果准确可靠 设计人员必须首先回答下面的问题 我们如何知道输入基带的最高频率 输入信号自身就是带限信号吗 噪声会对输入信号造成什么样的影响 接地回路或者从相邻电路板接收的噪声会对低电平信号产生干扰吗 这些噪声是窄带信号还是宽带信号 如果不考虑上述因素的影响 仅仅只有最理想状态的话 我们设计的数据采集系统会有问题吗 实际上 如果不能减少上述不利因素的影响 肯定会出现混叠现象 简

要想确保数据采集系统的结果准确可靠,设计人员必须首先回答下面的问题:我们如何知道输入基带的最高频率?输入信号自身就是带限信号吗?噪声会对输入信号造成什么样的影响?接地回路或者从相邻电路板接收的噪声会对低电平信号产生干扰吗?这些噪声是窄带信号还是宽带信号?如果不考虑上述因素的影响,仅仅只有最理想状态的话,我们设计的数据采集系统会有问题吗?

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实际上,如果不能减少上述不利因素的影响,肯定会出现混叠现象。简单地说,混叠现象会产生错误的信号,而系统如果对这些错误的信号进行处理,就会得到不正确的结果。

混叠信号可用时域和频域图来描述。从图1a中可以看到,同样的数据采样点可能对应多个不同的时域波形;而在图1b的频域图中,可看到混叠现象导致信号重叠,或者说频谱交叉。在数据处理过程中消除混叠的唯一途径就是采用低通滤波器,它对低混叠频率的衰减作用可以满足我们的动态范围要求。

应采用抗混叠滤波器以确保输入基带信号和噪声在一定频带范围内,只有这样在采样过程中产生的混叠才能满足动态范围要求。

图2是一个适于处理信号频宽不超过4MHz的抗混叠滤波器,它是一种具有80dB最小带外抑制比的高阶椭圆滤波器,第一个抑制点出现在6MHz,随后是典型的椭圆形反弹响应,并始终维持低于80dB。

为了能够处理带宽为4MHz的信息,采样频率应该设为10MHz而不是奈奎斯特定律表明的8MHz。采用比理论值大的采样频率仅仅只是说明了一个事实,即不存在理想化具有无穷衰减率的低通滤波器。在这个例子中,临界折叠频率为10-4=6MHz,而不是4MHz,这是该滤波器衰减满足80dB要求的最小频率,这样就保证了频宽从DC到4MHz都没有混叠。

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响应如图2所示的滤波器可以通过两种途径实现:无源LC滤波器,或者有源RC滤波器,两种实现方法都要在A/D转换器前加上一个模拟滤波器。可否不要这个模拟滤波器而在A/D转换完成后再通过一个数字滤波器呢?将数字滤波器作为我们数字信号处理系统的一部分是完全可以的,但是在进行A/D转换之前我们仍然需要一个抗混叠滤波器,因为如果混叠现象发生在采样过程之中,其后的数字滤波将不能够把它消除。

通常用于欠采样的时钟频率有好几种,虽然该模型能显示所有正确频率设计,但还需要注意以下几个重要问题:

·有的A/D转换器只适用于欠采样应用,而有的只适用于基带采样,使用前须仔细阅读厂商提供的产品说明。

·A/D转换器的模拟通道在处理带通信号输入频率时,其失真或噪声必须尽可能小,因此最好在输入端加一个耦合变换器。

·在带通输入频率较高时,位于A/D转换器前端的采样和保持放大器质量非常重要,一般说来,有必要采用一个额外的外部高性能采样保持电路。

·频率范围外的信号或噪声必须尽可能小,因为它们将会混叠到输出频谱中(图3),增加一个输入带通滤波器有助于减少其影响。

·采样时钟信号的抖动和相位噪声将严重降低欠采样的性能,最好使用高质量的晶振,并简单地直接连接到A/D转换器上。

欠采样是软件无线电应用中一个非常有用的工具,但是必须十分仔细和小心才能获得良好的性能。

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