數字射頻存儲(RFM)術是將輸入模擬信號變成順序的數字量,存在數字存儲器中,需要時,再從存儲器中讀出,換成模擬信號輸出。這一技術從提出至今已有幾十年的歷史。隨著現代電子戰的迫切需求和微電子技術的飛速發展,DRFM技術已有了長足的進步。數字儲頻技術中的關鍵技術是數字量化存儲、處理和重構。目前,國內外數字量化較多采用的方法有兩種:幅度量化方法和相位量化法。
幅度量化DRFM具有較高的輸出信噪比,采用正交幅度取樣后可以獲得較大的無模糊帶寬,但在轉發干擾時,進行相位調制比較復雜,并且容易受到信號脈內幅度起伏的影響;相位量化DRFM具有較大的信號帶寬,技術實現較幅度量化簡便,但其輸出信噪比低,無法滿足高質量信號重構的要求。為解決這兩者之間的矛盾,一種新的數字儲頻方法——幅相量化法應運而生。與傳統的單一幅度或相位量化儲頻方式不同,基于幅相量化的DRFM系統將二者有機地結合起來。它前端采用正交采樣,獲得兩路I,Q數字信號經過幅相轉換器,映射為一路數字相位信號,存入存儲器中。進行干擾處理時,從存儲器中讀出相位數據,直接對其進行簡單的運算即可完成多種相位調制(如移頻、噪聲調相等)。輸出時,再將相位信息還原成幅度數據送給D/A變換器。由于保存的是被接收信號的相位,所以可以非常方便地進行各種相位調制,也可以消除由于信號幅度起伏引起的脈內幅度變化,而且對存儲器容量的要求降低了一倍。
1、基于幅相量化DRFM的工作原理
基于幅相量化的數字儲頻系統基本原理如圖1所示:
假設輸入信號,正交下變頻器本振頻率為ƒo,初相為ø2。正交下變頻器的輸出為:
圖l 基于幅相量化的DRFM系統原理框圖
假設A/D變換器的采樣周期為Ts,量化位數為b,且輸入信號經過預處理后,其幅度A與A/D變換器的最大輸入電平相匹配。輸出I(n),Q(n)為兩路波特率為1/Ts,2b位的2進制數據流,經由幅相轉換器合成一路相位數據ø(n)存入存儲單元中。控制單元根據實際要求,對ø(n)進行相應處理,以達到各種干擾效果。以噪聲調相干擾為例,控制單元在周期從存儲單元讀出ø(n)的同時,產生一個隨機相位噪聲序列N(n)與ø(n)在干擾產生單元疊加,生成隨機相位量ø(n)=mod(N(n)+ø(n),2π),再經過相幅變換后恢復為兩路正交幅度信號,I(n),Q(n)。最后通過DAC及上變頻重構為噪聲調相射頻信號。
2、幅相/相幅轉換器的設計
基于幅相量化的射頻存儲系統的關鍵部件是幅相/相幅轉換器。工程上一般采用查表的方式進行幅度<=>相位的轉換。
設ADC量化位數b=1,則幅相轉換器的輸入輸出對應關系如下表所示:
當b≥2時,輸入與輸出的關系可用式(3)表示:
式中△為相位分辨率,A=2π/2B,B為相位量化位數。當ADC的量化位數b確定之后,幅相量化表輸入部分的編碼位數也相應確定為2b。若B太小,會降低相位量化精度;若B太大(B>2b),則表的輸出項會產生不必要冗余,徒增存儲器開銷而無益。一般選取B≤2b,形成編碼邏輯表。
相幅轉換可與幅相轉換器使用同一編碼邏輯表,僅將輸入輸出對調即可。
3、幅相量化DRFM性能分析
與傳統的幅度量化DRFM相比,幅相量化DRFM具有明顯的優勢,其主要表現為:
(1)保證高保真度的同時,大幅度減少了數據存儲量。由圖1可以看出,數字化的兩路幅度信號I(n),Q(n)經過幅一相轉換后變為一路數字相位信號ø(n)存入存儲單元中。這樣一來對存儲器的容量要求就減少了一半,使硬件集成更加容易。相對于幅度量化DRFM增加的新部件——幅相/相幅轉換器其實是一個映射表,由公式(3)可知此表的數據量較小,實現簡單。
(2)消除由于信號幅度起伏引起的脈內幅度變化。射頻信號的接收處理中不可避免地會引入噪聲,從而引起信號幅度的起伏。在幅相轉換器的設計中,用公式(4)確定幅相對應關系,信號幅度量A被約去,所以它的起伏變化,不會影響相位的準確定位。