ADC對接收機測量性能的影響
2012-04-12 00:00:00田嘉王偉史平彥
現代電子技術 2012年5期
摘 要：作為模擬信號通向數字信號的橋梁，ADC是數字接收機發展的關鍵和瓶頸所在。為了研究ADC的采樣時鐘抖動及量化位數對接收機測量性能的影響程度。采用了理論分析并數學建模的方法，通過Matlab仿真實驗，得到了ADC的采樣時鐘抖動及量化對接收機性能的影響程度，得出結論：相較于量化(N≥4)，采樣時鐘抖動對接收機的測量性能影響更大。相比于之前獨立分析ADC采樣時鐘抖動及量化對接收機的影響，使用Matlab Guide將兩者聯合仿真。
關鍵詞：ADC; 時鐘抖動; 量化位數; 鑒相曲線; 相關曲線; Matlab Guide
中圖分類號：
TN851-34
文獻標識碼：A
文章編號：1004-373X(2012)05
-0117
-04
The influence of ADC on measurement capability of receiver
TIAN Jia， WANG Wei， SHI Ping-yan
(Xi’an Branch， China Academy of Space Technology， Xi’an 710100， China)
Abstract：
As a bridge from analog signal to digital signal， ADC is a key point and bottle-neck on the development of digital receiver. In order to study the time twitter and quantitative digits of ADC which affect the measurement performance of receiver， theory analysis and mathematic model are used. The influence of sample clock twitter and quantitative digits on receiver is gained. The conclusion is that sample time twitter has worse effect on receiver compared with quantitative digits(N≥4). Compared with former articles which separately consider ADC jitter and quantitative digits， this article considers the both by Matlab guide.
Keywords： ADC; time twitter; quantitative digits; appreciation curve; correlation curve; Matlab Guide
收稿日期：2011-10-10
采樣數字化是現在通信、導航等系統中最為關鍵的因素之一，采用數字信號處理能夠方便地實現各種先進的自適應算法。完成模擬電路無法實現的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數字技術所取代。作為模擬信號通向數字信號的橋梁\\[1\\]，ADC的性能參數對于數字接收機的性能而言也是至關重要的。本文建立了ADC的時鐘抖動和量化位數的數學模型，通過分析相關曲線的對稱及失真程度及鑒相曲線的過零點偏差，得出其對接收機測量性能的影響程度。
1 理論分析
衛星發射信號的一般表現形式［2］如下：
s(t)=2PC(x(t)D(t))sin(2πf1t+θ1)
(1)
式中:PC為信號的平均功率；x(t)為CA碼的電平值；D(t)為數據碼的電平值。
本文采用的CA碼碼率為1.023 MHz，也就是說一個碼片的長度約為1 μs，數據率為1 000 Hz，因此一個數據碼片的長度為1 ms，而一般ADC采樣的時間抖動最大不超過［3］50 ps，所以ADC的時鐘抖動相對于一個CA碼片和一個數據碼片是可以忽略的。以上公式簡化為：
在只有量化噪聲下的理想信噪比可以表示為：
SNR=10logV20/2σ2e
=6.02N+1.76
(11)
2 系統仿真模型及仿真結果
通過以上的理論分析，得出采樣時鐘抖動及量化的仿真如圖1所示。
建立的數字接收機結構圖如圖2所示。
鑒相曲線及相關曲線是衡量導航接收機的重要指標，從這兩個指標中可以清楚地看出接收機性能的優劣。理想條件下，用此仿真模型得其相關峰對稱且平滑，主峰：4 991，臨近旁瓣：323，比值：15.45。其鑒相曲線的過零點偏差為－5.438 2×10－6(碼片)，因此測距誤差為0.001 6 m。
雖然是理想的信號，但是在載波跟蹤中由于arctan的鑒相方法和其他誤差因素，0.001 6 m的測距誤差也是在誤差的范圍內的，以下的仿真結果將和以上的數據比較，從而得出在不同的失真條件下，接收機測量性能的惡化程度。
(1) N=4時的相關及鑒相曲線如圖3所示。
由圖3可以看出，相關曲線及鑒相曲線發生了明顯的失真，主峰：4 331，旁瓣：260，比值：16.65，鑒相曲線過零點偏移5.984 4×10－5(碼片)，造成測距誤差為0.016 0 m。
(2) N=3時的相關及鑒相曲線如圖4所示。
由圖4看出，相關峰對稱平滑，主峰：3 884，旁瓣：234，比值：16.59，鑒相曲線過零點偏移－4.272 8×10－4(碼片)，造成測距誤差為0.123 6 m。
(3) N=2時的相關及鑒相曲線如圖5所示。
由圖5可看出，相關峰對稱平滑，主峰：2 824，旁瓣：172，比值：16.41，鑒相曲線過零點偏移6.904 4×10－4(碼片)，造成測距誤差為0.200 7 m。
(4) jitter=1 ps時相關及鑒相曲線如圖6所示。
由圖6可看出，相關峰對稱平滑，主峰：4 685，旁瓣：298，比值：15.72，鑒相曲線過零點偏移3.220 4×10－4(碼片)，造成測距誤差為0.094 4 m。
(5) jitter=5 ps時相關及鑒相曲線如圖7所示。
由圖7可看出，相關峰對稱但略有不平滑，主峰：4 487，旁瓣：301，比值：14.91，鑒相曲線過零點偏移-0.001 2，造成測距誤差為0.351 6 m。
(6) jitter=25 ps時相關及鑒相曲線如圖8所示。
由圖8可看出，相關峰有較明顯的失真，主峰：2 576，旁瓣：213，比值：12.09，鑒相曲線過零點偏移-0.02，造成測距誤差為5.860 0 m。
3 Matlab Guide實現
為了聯合仿真ADC時鐘抖動及量化對接收機性能的影響，也為了使最終結論更加直觀，建立Matlab Guide如圖9所示。
如圖9所示，分別輸入ADC的量化位數及采樣時鐘抖動，輸出相關曲線、鑒相曲線、殘差柱狀圖(理想測距值與實際測距值的差)、偽距理論值與實際值。
仿真圖如圖10所示。
4 結 論
隨著量化位數的減少，相關曲線逐漸畸變。鑒相曲線過零點偏差逐漸增大，測距誤差增大。但相關峰主峰旁瓣比基本沒有差別。
隨著采樣時鐘抖動的增加，相關峰主峰旁瓣比降低，相關曲線逐漸畸變。鑒相曲線過零點偏差逐漸增大，測距誤差增大。
采樣時鐘抖動較于量化對接收機的性能影響更大，目前采樣時鐘的抖動都是ps級的，而較高端的接收機的量化位數都不會小于6，由仿真結果可見，在量化位數大于等于4位的情況下，采樣時鐘抖動造成的測距誤差已經超過量化所造成的測距誤差。
造成此現象的原因為采樣時鐘抖動會影響恢復出的載波的頻率穩定度，使載波環不能很好地跟蹤，繼而影響到碼環的跟蹤，從而使接收機的測量性能惡化。
5 結 語
本文對ADC的時間抖動和量化噪聲進行了數學建模及仿真，并且分析了其對接收機測量性能的影響，建立了Matlab Guide。對以后ADC的性能要求有一定的指導意義，具有較強的實用價值。
參 考 文 獻
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作者簡介：
田 嘉 男，1987年出生，河南人，碩士。主要研究方向為通信與信息系統。
