[發明專利]基于光子輔助的多通道壓縮采樣系統及方法

有效

• 申請號: 201110246737.8
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102427440A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 梁云華;陳明華;陳宏偉;謝世鐘
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L5/00;H04J14/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，特別涉及一種基于光子輔助的壓縮采樣系統及方法。

背景技術

在對寬帶、頻譜稀疏信號進行采樣時，壓縮采樣技術(Compressive?Sampling，CS)所需的采樣率遠低于奈奎斯特采樣率，具有低采樣率的特點，有效降低采樣后的數據處理代價。CS技術的相關應用非常廣泛，如通信基站的寬帶頻譜感知、SAR(合成孔徑雷達)高分辨率成像、MIMO(多輸入多輸出)雷達應用于信號方向識別和目標偵查、寬帶、動態頻譜的監測等等。

目前，電CS系統的原理框架比較成熟。系統主要由傳感矩陣和恢復算法兩部分構成。傳感矩陣是隨機矩陣，與信號不相關，將寬帶信號分成若干相同帶通的子信號，混頻后在基帶疊加，實現對信號頻譜的壓縮；恢復算法則通過矩陣運算，從多路不相干的壓縮信號中提取原始的寬帶信號。

基于電子器件搭建的CS系統(稱為電CS系統)主要由多路的寬帶混頻器、偽隨機碼發生器、低通濾波器(LPF)、模數轉換器(ADC)等構成。如圖1所示，微波信號先分路、經過混頻器與偽隨機序列進行混頻，然后通過LPF提取出混頻信號的窄帶基帶分量，最后濾波輸出信號進過量化和恢復算法，完成對信號的恢復。

目前，電CS系統方案存在三個主要的局限：1、受傳統的電混頻器件的工作帶寬所限，基于電子器件的CS系統的工作帶寬只有幾百MHz，無法實現GHz量級帶寬甚至帶寬更大的壓縮采樣；2、每路都需要一個寬帶混頻器和碼發生器，如圖1所示，系統結構復雜，不利于提高通道數；3、隨著系統通道數的增加，射頻至每路混頻器時的功率下降，會導致輸入信噪比的惡化，從而很難提高系統的通道數。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何簡易地實現幾十GHz帶寬的壓縮采樣系統。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于光子輔助的多通道壓縮采樣系統，包括依次連接的：第一電光調制器、第一解復用器、光延遲線、復用器、第二電光調制器和第二解復用器。

優選地，所述系統還包括依次連接的光探測器、低通濾波器、模數轉換器和數字信號處理器，所述光探測器與所述第二解復用器連接。

優選地，所述系統還包括與所述第一電光調制器連接的多波長激光器。

優選地，所述系統還包括與所述第一電光調制器連接的偽隨機序列發生器。

優選地，所述光延遲線為多個，每個光延遲線的光延時長度不同。

優選地，所述第一電光調制器和第二電光調制器為強度型馬赫曾德調制器。

本發明還提供了一種利用上述系統進行多通道壓縮采樣的方法，包括以下步驟：

S1、利用所述第一電光調制器將所述偽隨機序列發生器所產生的偽隨機序列調制到所述激光器所產生多波長的光載波上，然后輸出調制碼信號；

S2、所述調制碼信號通過所述第一解復用器進行分路，再經過不同的多個所述光延遲線，得到多路不同的延時碼信號；

S3利用所述復用器將各路延時碼信號合路輸出得到光信號，將寬帶射頻信號調制至所述光信號上，經過所述第二解復用器分路輸出；

S4、所述第二解復用器經過所述光電探測器、低通濾波器和模數轉換器，得到多路采樣信號，最后將各路采樣信號送入數字信號處理器，所述數字信號處理器將原始的寬帶射頻信號恢復出來。

優選地，所述電光調制器的直流偏置電壓設置為一定值，以使得所述電光調制器的傳輸函數為所輸入多波長的光載波的線性函數。

優選地，所述光延遲線的光延時長度均滿足：大于1個所述調制碼信號的碼片長度，且不是所述調制碼信號的碼周期的整數倍。

(三)有益效果

本發明通過利用寬帶的光電子器件(幾十GHz帶寬的電光調制器)來實現幾十GHz帶寬信號的混頻，另外通過對偽隨機碼進行不同的光延時來產生不同的正交碼序列，系統只需1個偽隨機序列發生器，大幅度降低多通道CS系統的成本，從而便于提高系統的通道數，同時也利于系統集成。結合多波長的光載波的使用，系統只需兩個電光調制器就能實現不同的偽隨機碼與射頻信號的混頻。

附圖說明

圖1是現有的基于電子器件的CS系統的結構框圖；

圖2是本發明實施例的系統結構框圖；

圖3(a)～圖3(c)是本發明實施例的系統的實驗結果圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。