数字射频存储(RFM)术是将输入模拟信号变成顺序的数字量,存在数字存储器中,需要时,再从存储器中读出,换成模拟信号输出。这一技术从提出至今已有几十年的历史。随着现代电子战的迫切需求和微电子技术的飞速发展,DRFM技术已有了长足的进步。数字储频技术中的关键技术是数字量化存储、处理和重构。目前,国内外数字量化较多采用的方法有两种:幅度量化方法和相位量化法。
幅度量化DRFM具有较高的输出信噪比,采用正交幅度取样后可以获得较大的无模糊带宽,但在转发干扰时,进行相位调制比较复杂,并且容易受到信号脉内幅度起伏的影响;相位量化DRFM具有较大的信号带宽,技术实现较幅度量化简便,但其输出信噪比低,无法满足高质量信号重构的要求。为解决这两者之间的矛盾,一种新的数字储频方法——幅相量化法应运而生。与传统的单一幅度或相位量化储频方式不同,基于幅相量化的DRFM系统将二者有机地结合起来。它前端采用正交采样,获得两路I,Q数字信号经过幅相转换器,映射为一路数字相位信号,存入存储器中。进行干扰处理时,从存储器中读出相位数据,直接对其进行简单的运算即可完成多种相位调制(如移频、噪声调相等)。输出时,再将相位信息还原成幅度数据送给D/A变换器。由于保存的是被接收信号的相位,所以可以非常方便地进行各种相位调制,也可以消除由于信号幅度起伏引起的脉内幅度变化,而且对存储器容量的要求降低了一倍。
1、基于幅相量化DRFM的工作原理
基于幅相量化的数字储频系统基本原理如图1所示:
假设输入信号,正交下变频器本振频率为ƒo,初相为ø2。正交下变频器的输出为:
图l 基于幅相量化的DRFM系统原理框图
假设A/D变换器的采样周期为Ts,量化位数为b,且输入信号经过预处理后,其幅度A与A/D变换器的最大输入电平相匹配。输出I(n),Q(n)为两路波特率为1/Ts,2b位的2进制数据流,经由幅相转换器合成一路相位数据ø(n)存入存储单元中。控制单元根据实际要求,对ø(n)进行相应处理,以达到各种干扰效果。以噪声调相干扰为例,控制单元在周期从存储单元读出ø(n)的同时,产生一个随机相位噪声序列N(n)与ø(n)在干扰产生单元叠加,生成随机相位量ø(n)=mod(N(n)+ø(n),2π),再经过相幅变换后恢复为两路正交幅度信号,I(n),Q(n)。最后通过DAC及上变频重构为噪声调相射频信号。
2、幅相/相幅转换器的设计
基于幅相量化的射频存储系统的关键部件是幅相/相幅转换器。工程上一般采用查表的方式进行幅度<=>相位的转换。
设ADC量化位数b=1,则幅相转换器的输入输出对应关系如下表所示:
当b≥2时,输入与输出的关系可用式(3)表示:
式中△为相位分辨率,A=2π/2B,B为相位量化位数。当ADC的量化位数b确定之后,幅相量化表输入部分的编码位数也相应确定为2b。若B太小,会降低相位量化精度;若B太大(B>2b),则表的输出项会产生不必要冗余,徒增存储器开销而无益。一般选取B≤2b,形成编码逻辑表。
相幅转换可与幅相转换器使用同一编码逻辑表,仅将输入输出对调即可。
3、幅相量化DRFM性能分析
与传统的幅度量化DRFM相比,幅相量化DRFM具有明显的优势,其主要表现为:
(1)保证高保真度的同时,大幅度减少了数据存储量。由图1可以看出,数字化的两路幅度信号I(n),Q(n)经过幅一相转换后变为一路数字相位信号ø(n)存入存储单元中。这样一来对存储器的容量要求就减少了一半,使硬件集成更加容易。相对于幅度量化DRFM增加的新部件——幅相/相幅转换器其实是一个映射表,由公式(3)可知此表的数据量较小,实现简单。
(2)消除由于信号幅度起伏引起的脉内幅度变化。射频信号的接收处理中不可避免地会引入噪声,从而引起信号幅度的起伏。在幅相转换器的设计中,用公式(4)确定幅相对应关系,信号幅度量A被约去,所以它的起伏变化,不会影响相位的准确定位。