Digital Prototype Filter Alternatives for Processing Frequency-Stacked Mobile Subbands Deploying a Single ADC for Beamforming Satellites
本文提出一种处理频率堆叠移动子带的两阶段方法,通过模拟域频率堆叠实现单宽带 ADC 支持多天线数字卫星波束成形,并构建数字原型滤波器规范框架,评估两种滤波器方案的计算复杂度,验证了基于全通递归 IIR 滤波器的功耗节省效果。
2024-01-05 eess.SP
A Cognitive Sub-Nyquist MIMO Radar Prototype
我们提出了一个认知原型,演示了共址,频分复用,多输入多输出(MIMO)雷达,实现时间和空间的亚奈奎斯特采样。信号通过Xcovery框架进行采样和恢复。认知是由于发射机通过仅发射接收机采样和处理的那些子带来调整其信号频谱的事实。实时实验表明,该方法在低于奈奎斯特的条件下对目标场景进行MIMO恢复,时空带宽降低了87.5%,信噪比为-10 dB。
2019-06-13 cs.IT eess.SP math.IT
Unlimited Dynamic Range Analog-to-Digital Conversion
模数转换器(ADC)提供了连续时间信号与离散时间信号之间的联系,而香农-奈奎斯特采样定理提供了数学基础。实际信号的幅度范围可变,而ADC的输入动态范围有限,这会导致超出范围的信号被削波。在本文中,我们提出了一个无限动态范围的ADC(UDR-ADC),是基于模运算(自复位功能),以减轻削波的问题。自复位功能允许输入幅度的环绕,从而保持输入动态范围。我们提出的信号模型和重建技术,以恢复原始信号样本的模测量。我们使用65 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺技术的电路模拟验证所提出的ADC的操作。验证的补充是使用分立元件设计的硬件原型。在面积、功耗要求和信号量化噪声比(SQNR)方面的性能评估表明,UDR-ADC优于标准ADC。
2019-11-21 eess.SP
A Modulo Sampling Hardware Prototype and Reconstruction Algorithm Evaluation
本文提出联合模采样硬件与处理原型,通过采样前折叠信号扩展 ADC 动态范围,并评估 USLSE 与 LP 等重建算法在超限信号上的恢复效果。
2024-10-25 eess.SP
Robust Unlimited Sampling Beyond Modulo
模数转换器(ADC)充当模拟域和数字域之间的桥梁。任何ADC的两个重要属性是采样速率和动态范围。对于带限信号,采样应高于奈奎斯特速率。还希望信号的动态范围应在ADC的动态范围内;否则,信号将被削波。在采样之前可以使用诸如模或压扩之类的非线性运算符以避免限幅。为了从非线性算子的样本中恢复真实信号,要么需要高采样率,要么对非线性运算施加严格的约束,这两者在实践中都是不期望的。本文提出了一种采样有效的广义柔性非线性算子。此外,通过仔细选择它的参数,限幅,模,压扩可以被看作是它的特殊cases. We表明,带限信号是唯一确定的非线性样本的建议运营商采样时,以上的奈奎斯特速率。此外,我们提出了一个强大的算法来恢复真实的信号从非线性样本。我们表明,我们的算法具有最低的均方误差,同时恢复信号为给定的采样率,噪声水平和动态范围相比,现有的算法。我们的研究结果导致较少的限制硬件设计,以解决动态范围的问题,同时以最低的速率工作。
2022-06-29 eess.SP
Sub-Nyquist Sampling OFDM Radar With a Time-Frequency Phase-Coded Waveform
本文提出一种时频相位编码欠采样OFDM雷达系统,通过在时频域乘以相位码划分子带,在无需额外硬件下降低ADC采样率,有效消除符号失配噪声并提高目标检测信噪比。
2024-03-21 eess.SP
ECG-TEM: Time-based sub-Nyquist sampling for ECG signal reconstruction and Hardware Prototype
提出基于IF-TEM的时间亚奈奎斯特采样与重建方法,结合VPW-FRI模型和鲁棒滤波,实现低功耗ECG信号压缩采样,并通过硬件原型验证其有效性。
2024-05-22 eess.SP
Sub-Nyquist Sampling OFDM Radar
提出无需改动硬件与波形的亚奈奎斯特采样 OFDM 雷达,通过频带折叠、已知符号展开及 SMNC 消除干扰,将 ADC 采样率降低 L 倍并保持距离性能。
2023-08-03 cs.SY eess.SP eess.SY
Phased Array-Based Sub-Nyquist Sampling for Joint Wideband Spectrum Sensing and Direction-of-Arrival Estimation
在本文中,我们研究了联合宽带频谱感知和波达方向(DoA)估计的问题,在欠采样框架。具体来说,考虑到一些不相关的窄带信号在宽频带(比如几GHz)上传播的情况,我们的目标是估计与窄带源相关联的载波频率和DOA,以及重建这些窄带信号的功率谱。为了克服宽带频谱感知中的采样率瓶颈,提出了一种基于相控阵的可变时延亚奈奎斯特采样结构。该结构采用均匀线阵,每个天线接收的信号经过可变的时延后,由同步的低速率模数转换器(ADC)进行采样。基于采集到的次奈奎斯特采样,计算了一组具有不同时滞的互相关矩阵,并提出了一种基于CANDECOMP/PARAFAC(CP)分解的联合DOA、载波频率和功率谱恢复方法。分析了相关参数和功率谱的完全恢复条件。我们的分析表明,我们提出的方法不需要放置任何稀疏约束的宽带频谱,只需要采样率大于带宽最大的窄带源信号的带宽在所有的来源。仿真结果表明,我们提出的方法可以实现一个估计精度接近相关的Cramér-Rao界(CRBs),仅使用少量的数据样本。
2017-10-14 eess.SP
Prototype of a multi-host type DAQ front-end system for RI-beam experiments
提出了一种多主机式数据采集前端系统,并开发了一个原型系统。一般来说,CAMAC/VME型ADC模块具有单个开关输入(或门输入)端口。相比之下,一个新系统的原型有多个开关输入端口。此外,Wilkinson型和逐次逼近型ADC具有死区时间,而该原型系统利用Flash-ADC和FPGA的组合,使系统无死区时间。对应于主机输入端口,数据被发送到不同的后端系统。因此,传统ADC模块是一个1对1系统,而本建议系统是一个无损耗的1对X系统。该系统将应用于RIKEN RIBF的核物理实验,产生强流RI束。这种多主机类型的DAQ前端系统使我们能够在同一条光束线上同时进行不同的实验。在这方面的贡献,前端系统的概念和性能测试结果。
2018-06-28 eess.SP physics.ins-det
Intelligent Wide-band Spectrum Classifier
我们介绍了一种新的技术,窄带(NB)信号分类稀疏人口的宽带(WB)频谱使用监督学习方法。对于WB频谱采集,在接收机的模数转换器(ADC)处需要奈奎斯特速率采样,因此我们使用压缩感知(CS)理论来减轻在接收机ADC处的这种高速率采样要求。从估计的WB频谱,我们然后提取每个NB信号的各种频谱特征。这些特征随后被用于训练,并使用随机森林分类器将每个NB信号分类到其相应的调制中。最后,我们评估了所提出的算法在不同的经验设置下的性能,并验证了其优越的性能相比,最近提出的信号分类算法。
2019-04-12 eess.SP
On the Acquisition of Stationary Signals Using Uniform ADCs
在这项工作中,我们考虑使用均匀模数转换器(ADC),即,采用均匀采样和标量均匀量化。我们共同优化的预采样和重建滤波器,以最大限度地减少时间平均均方误差(TMSE)在恢复连续时间输入信号为固定的采样率和量化器的分辨率,并获得封闭形式的表达式的最小可实现的TMSE。我们表明,TMSE最小化预采样滤波器省略混叠和丢弃弱频率分量,以解决剩余的具有更高的分辨率时,速率预算是小的。在我们的数值研究中,我们验证了我们的结果,并表明,在ADC输出端的紧速率预算下,亚奈奎斯特采样通常会使TMSE最小化。
2022-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Residual Recovery Algorithm For Modulo Sampling
模数转换器(ADC)的两个重要属性是其采样速率和动态范围。对于具有有限能量的带限信号,采样率应大于或等于奈奎斯特速率。还希望信号的动态范围应在ADC的动态范围内;否则,信号将被削波。最近提出了在采样之前使用模运算符来限制动态范围。由于模运算的非线性,样本失真。从其模样本恢复信号的现有恢复算法以高采样率操作,并且在存在噪声的情况下不鲁棒。在本文中,我们提出了一个强大的算法来恢复信号的模样本,在较低的采样率相比,现有的技术。我们还表明,我们的方法具有较低的误差相比,现有的方法,对于给定的采样率,噪声电平和动态范围的ADC。我们的研究结果导致更少的限制硬件设计,以解决动态范围的问题,同时以最低的速率工作。
2021-10-07 eess.SP
Implementation and Performance Analysis of a Low Resolution OFDM System Prototype With Low Cost Hardware
本研究利用两款低成本SDR搭配GNU Radio搭建低分辨率OFDM系统原型,模拟低分辨率ADC并分析其性能与节能效果,验证了5位及以上低分辨率ADC的可行性与显著节能优势。
2023-11-09 eess.SP
Unlimited Sampling from Theory to Practice: Fourier-Prony Recovery and Prototype ADC
在无限采样策略,以减轻无所不在的动态范围的障碍,我们研究了从逐点模样本恢复带限信号的问题,旨在连接理论保证与硬件实现的考虑。我们的出发点是一类非理想的,我们观察到在原型无限采样为基础的模数转换器。为了解决这些非理想性,我们提供了一种新的傅立叶域恢复算法。我们的方法在理论上和通过我们的原型模数转换器的广泛的实验进行验证,提供了第一个演示的无限采样的数据所产生的实际硬件,无论是当前和以前的方法。我们的算法的优点包括,它是不可知的模阈值,它可以处理任意折叠次数。我们期望本文研究的端到端实现将为探索无限采样方法在现实世界中的应用铺平道路。
2021-05-12 cs.IT eess.SP math.IT
Sub-Nyquist Co-Prime Sensing with Compressed Inter-Element Spacing -- Low Latency Approach
压缩单元间距的互质阵列(CACIS)是互质阵列的一种推广。在这种情况下,元件间间距可以变化。原型互质数组和嵌套数组是CACIS方案的特殊情况。在本文中考虑了以前没有解决的问题。CACIS配置的差集的基本原理是针对低延迟开发的。此外,封闭形式的表达式的权重函数(有助于估计的自相关的样本数)和偏差窗口的相关图估计,这是以前未知的,推导出来。理想情况下,偏置窗口应该是脉冲。提供了几个例子,随着模拟来验证所提出的索赔。所有可能的样本对都用于估计,这提供了低延迟。作为一个应用,时间谱被认为是模拟。
2020-07-23 eess.SP
Sparse Multiband Signal Acquisition Receiver with Co-prime Sampling
认知无线电(CR)需要在宽频段上进行频谱感知。宽带信号的高采样率是CR的关键任务之一。本文提出了一种基于互质采样技术的宽带稀疏信号捕获接收机。在这个建议的捕获接收机中,我们使用两个低速模数转换器(ADC)来捕获一个共同的稀疏多频带信号,其频带位置是未知的。两个ADC以互质采样速率同步时钟。将获得的样本重新排序成一组均匀的低速率序列。我们推导了接收机的频域数学模型,并给出了其信号重构算法。与现有的多陪集采样和调制宽带转换器等欠采样技术相比,该方法具有系统结构简单,只需两个采样器即可实现的优点。实验结果证明了该模型的可行性和优越性。对于谱支持未知的稀疏多带信号,该系统需要远低于奈奎斯特采样率的采样率,同时产生令人满意的重建。
2018-06-01 cs.IT eess.SP math.IT
eSampling: Energy Harvesting ADCs
模数转换器(ADC)允许使用数字硬件处理物理信号。转换中消耗的功率随着采样速率和量化分辨率的增加而增加,这在功率受限的系统中带来了重大挑战。常见的ADC架构基于采样保持(S/H)电路,其中仅在采样周期的一小部分内跟踪模拟信号。在本文中,我们提出了eSampling ADC的概念,它在信号未被跟踪的时间段内从模拟信号中获取能量。收集的能量可用于补充ADC本身,为零功耗和节能ADC铺平道路。我们分析了恢复采样信号的能力和收获的能量之间的权衡,并提供了根据精度和能量约束设置采样率的指导方针。我们的分析表明,每个样本高达12位的eSampling ADC可以采集带宽受限的模拟信号,从而可以完美地恢复这些信号,而无需外部电源供电。此外,我们的理论结果表明,eSampling ADC实际上可以通过收集比消耗更多的能量来节省功耗。为了验证eSampling ADC的可行性,我们提出了一种采用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)65 nm工艺的电路级设计。在Cadence Virtuoso平台上设计了一个采样频率为40 MHz的eSampling 8位ADC。我们对带限信号进行奈奎斯特速率采样的实验研究表明,这种ADC确实能够在不影响精度的情况下,获得比模数转换期间消耗的更多的能量。
2020-07-16 cs.IT cs.SY eess.SP
Design and Experimental Verification of a Novel Error-Backpropagation-Based Background Calibration for Time Interleaved ADC in Digital Communication Receivers
提出了一种新的时间交错模数转换器(TI-ADC)背景校准技术。该技术可应用于均衡的数字通信接收机。如Tsai等人[1]和Luna等人[2]所示,在数字接收机中,可以将TI-ADC误差视为通信信道的一部分,并利用自适应均衡器对其进行补偿。因此,校准成为信道均衡的组成部分。不需要特殊用途的模拟或数字校准块或算法。然而,有一大类接收机不能直接应用均衡技术,因为其他信号处理块位于TI-ADC和均衡器之间。这里提出的技术概括了早期的作品,这类接收器。传统上用于机器学习的误差反向传播算法被应用于在接收器限幅器处计算的误差,并用于适配与TI-ADC相邻的辅助均衡器,称为补偿均衡器(CE)。使用双偏振光相干接收机模型的仿真表明,在不同的应用场景下,准确和鲁棒的失配补偿。几个正交幅度调制(QAM)方案进行了测试,在仿真和实验。仿真平台上的测量结果表明,在测试64-QAM和256-QAM方案时,采用130 nm CMOS工艺制造的8位、4 GS/s TI-ADC原型芯片几乎可以理想地缓解失配对接收机性能的影响。测量结果表明,TI-ADC性能在SNDR和SFDR方面均获得了$\sim$ 15 dB的绝对改善。
2022-04-11 eess.SP
Dynamic Predictive Sampling Analog to Digital Converter for Sparse Signal Sensing
本文提出了一种基于动态预测采样(DPS)的模数转换器(ADC),它对输入的模拟连续时间信号进行非均匀采样。处理单元使用两个先前量化的采样来计算上阈值和下阈值的数字值,从而生成输入信号的动态预测。将数字阈值转换为模拟阈值以形成跟踪窗口。比较器将输入模拟信号与跟踪窗口进行比较,以确定预测是否成功。计数器记录不成功预测之间的时间戳,这些时间戳是用于量化的所选采样点。对于成功预测的采样点不执行量化,从而可以节省数据吞吐量和功率。所提出的电路被设计为10位ADC,使用0.18微CMOS工艺在1 kHz采样。结果表明,该系统可以实现6.17的数据压缩因子和31%的功耗因子相比,奈奎斯特速率SAR ADC的心电监护。
2022-11-17 cs.AR eess.SP
Practical Modulo Sampling: Mitigating High-Frequency Components
针对模数转换器动态范围限制问题,提出一种基于模拟混频器和低通滤波器的硬件采样方法,消除高频分量,使现有模数恢复算法可在实际ADC上有效应用,并通过仿真和硬件实验验证其优越性。
2025-01-20 eess.SP
Performance Comparison of 112 Gb/s DMT, Nyquist PAM4 and Partial-Response PAM4 for Future 5G Ethernet-based Fronthaul Architecture
对于未来的5G以太网前传架构,传输距离高达10 km的100 G干线标准单模光纤(SSMF)与廉价的灰色光学到菊花链小区站点网络接口相结合,是一种有前途的成本和功率高效的解决方案。针对这种情况,采用低成本的电吸收调制激光器(EML),对112 Gb/s数据速率下的不同强度调制和直接检测(IMDD)调制方式,即奈奎斯特四电平脉冲幅度调制(PAM 4)、离散多音传输(DMT)和部分响应(PR)PAM 4进行了实验研究,25 G驱动器和当前最先进的高速84 GS/s CMOS数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)测试芯片。每种调制格式都针对所需场景进行了独立优化,并对其数字信号处理(DSP)要求进行了研究。Nyquist PAM 4和PR PAM 4的性能在很大程度上取决于预均衡和后均衡的效率。我们示出了在接收器侧至少11个FFE抽头用于预加重和多达41个FFE系数的必要性。此外,PR PAM 4需要具有四个状态的MLSE来将信号解码回PAM 4信号。相反,比特和功率负载(BL,PL)对于DMT是至关重要的,并且至少512的FFT长度是必要的。通过优化参数,所有调制格式都能实现非常相似的性能,在SSMF上传输距离高达10 km,误比特率(BER)低于FEC阈值4.4 E-3,允许无差错传输。
2018-01-31 cs.NI eess.SP
Unleashing Dynamic Range and Resolution in Unlimited Sensing Framework via Novel Hardware
本文提出一种低成本、基于积分器且无折叠率限制的模 ADC 硬件,以实现 USF 下的高动态范围信号捕获,实验显示动态范围提升 60 倍、ENOB 达 5 位、SINAD 提高 30 dB。
2024-10-26 eess.SP
Modulo Sampling in Shift-Invariant Spaces: Recovery and Stability Enhancement
本文提出结合混频器与低通滤波的模拟预处理模采样方法,将SI信号转为带限信号并以略高于Nyquist速率采样恢复,增强噪声下的稳定性。
2024-06-16 eess.SP
A Time-Domain Dual-Edge Asynchronous Pipelined SAR ADC Featuring Reset-Free Quantization at Multi-GS/s
University of Toronto(多伦多大学);AlphaWave Semi(阿尔法波半导体)
本文提出了一种双边无重置量化方法,实现多吉萨每秒的高速时域ADC,通过消除显式重置阶段提升转换窗口和性能。
2026-01-29 cs.SY eess.SP eess.SY
Time Division Multiplexing: From a Co-Prime Sampling Point of View
互质采样是用于采集低于奈奎斯特速率的信号的策略。原型和扩展互质采样器需要两个低速率子采样器。扩展互质方案中的子采样器之一不用于每个交替互质周期。因此,本文提出了一种时分复用策略,利用空闲时隙。它描述了对现有理论的偏离。提供了权函数的封闭形式表达式。描述了利用三个采样器以及两个采样器采集两个信号。一个广义的结构也提出了一个非常稀疏的互质采样策略。
2021-06-01 eess.SP
Sub-Nyquist Radar Systems: Temporal, Spectral and Spatial Compression
常规雷达向感兴趣的目标发射电磁波。在输出脉冲之间,雷达测量从目标反射的信号,以确定它们的存在,范围,速度和其他特征。雷达系统面临着多重挑战,产生了许多权衡,如带宽与距离分辨率和停留时间与多普勒分辨率。在MIMO雷达中,高分辨率需要大口径和大量天线,增加了硬件和处理要求。最近,在采样理论和雷达信号处理中提出了新的方法,以允许从低于奈奎斯特速率获得的样本中进行目标检测和参数恢复。这些技术利用目标场景的稀疏性,以减少所需的样本、脉冲和天线的数量,一方面打破带宽、驻留时间和天线数量与距离、多普勒和方位分辨率之间的联系。本文介绍了这种所谓的亚奈奎斯特雷达范例,并描述了相应的采样和恢复算法,利用压缩感知技术来执行时间和空间压缩。我们专注于非雷达成像应用和调查许多最近的压缩雷达系统。我们的目标是审查的主要影响压缩雷达参数分辨率以及数字和模拟的复杂性。调查包括快速和慢速时间压缩方案以及空间压缩方法。我们表明,除了大幅降低速率,压缩也可以使通信和雷达频谱共享。在整个文件中,我们认为压缩雷达的理论和实践方面,目前的硬件原型实现,演示实时目标参数恢复从低速率的脉冲多普勒和MIMO雷达的样本。
2018-07-30 cs.IT eess.SP math.IT
An Error-Based Approximation Sensing Circuit for Event-Triggered, Low Power Wearable Sensors
本文设计并验证了一种基于多边形近似算法的事件驱动采样电路PAS,通过动态误差阈值实现低功耗采样,在单通道信号中数据量减少高达99%,多通道信号减少80%,为小型长续航可穿戴传感器铺平道路。
2023-05-11 eess.SP
Compressed Sensing Based Residual Recovery Algorithms and Hardware for Modulo Sampling
针对模数采样中的高动态范围信号恢复,提出LASSO-B2R2算法,利用残差一阶差分稀疏性结合LASSO实现快速鲁棒恢复,并引入比特分配机制简化计算,经仿真和硬件验证可行。
2024-12-17 eess.SP
Unlimited Sampling Radar: a Real-Time End-to-End Demonstrator
本文利用 Unlimited Sensing Framework (USF) 解决雷达信号采集中饱和与分辨率的权衡问题,提出通过采集信号折叠版本并重建的方法,开发了支持 USF 的多普勒雷达原型机,实验证明其灵敏度优于传统采集方法。
2023-06-30 eess.SP
Integrate-and-fire circuit for converting analog signals to spikes using phase encoding
本研究针对神经形态芯片处理模拟信号需转换脉冲的需求,提出自适应LIF神经元不应期的相位编码方法,实现无ADC的端到端电信号频谱计算神经形态应用。
2023-10-03 cs.ET cs.NE eess.SP
An Energy-efficient Wireless Neural Recording System with Compressed Sensing and Encryption
本文提出了一种无线神经记录系统,具有节能的数据压缩和加密。通过利用压缩感知(CS)同时进行数据压缩和加密来实现超高效率。CS通过利用其固有的稀疏性来实现神经信号的亚奈奎斯特采样。它同时加密的数据与采样矩阵的加密密钥。为了在不安全的无线信道上共享密钥,我们实现了一个基于椭圆曲线密码(ECC)的密钥交换协议。CS操作在定制设计的180 nm CMOS工艺制造的IC中执行。设计了混合信号电路以优化CS运算的矩阵向量乘法(MVM)的功率效率。ECC算法在低功耗Cortex-M0微控制器(MCU)中实现。为了防止时序和功耗分析攻击,该实现避免了可能的数据依赖分支,并且还采用了随机ECC初始化。在8倍压缩比下,重构信号与未压缩信号之间的平均相关系数为0.973,而仅密文攻击(CoA)在20万次攻击中的相关系数不超过0.054。与传统的低功耗MCU实现相比,该原型实现了35倍的节能。这项工作为未来的慢性神经记录系统提供了一个有前途的解决方案,具有高能效和安全性的要求。
2021-02-26 cs.SY eess.SP eess.SY
PuLsE: Accurate and Robust Ultrasound-based Continuous Heart-Rate Monitoring on a Wrist-Worn IoT Device
本文提出腕戴超声心率监测系统PuLsE,通过低功耗超声脉冲与包络滤波及定点运算实现高精度、低功耗连续心率提取,在桡动脉附近位置与ECG相关系数达0.99,功耗仅5.8mW。
2024-10-21 eess.SP