窄帶數字加擾噪聲的產生方法及其數模轉換器的製作方法
2023-04-25 16:35:31 2
專利名稱：窄帶數字加擾噪聲的產生方法及其數模轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信號技術，更具體地指一種窄帶數字加擾噪聲信號的產生方法及其數模轉換器。
在無線電臺中，數字器件已取代了部分模擬器件並越來越接近天線，出現了軟體無線電的概念，通過軟體來定義無線電臺的功能和工作方式是軟體無線電臺的顯著特徵，軟體無線電代表了無線電技術發展的一個重要方向。這種趨勢所帶來的好處是生產容易、成本低廉、功能更多、性能更好。
軟體無線電離不開工作頻率很高的數模轉換器，數模轉換器在發射通道將高速數字數據流轉換成模擬中頻甚至射頻信號。軟體無線電臺要求數模轉換器具有很高的線性，即信號無畸變動態範圍(SFDR)大。加擾噪聲技術是這樣一種技術在數模轉換器的輸入數位訊號中加入隨機數位訊號，把可能的粗大雜波譜擴展到底噪中，從而提高數模轉換器在應用系統中體現出來的信號無畸變動態範圍(SFDR)大。加擾噪聲分為窄帶和寬帶兩種，由於窄帶加擾噪聲能夠在後續的處理環節中加以濾除，因此，信噪比(SNR)不會降低，窄帶加擾噪聲具有一定的優越性，用得更多。按照要求事先把窄帶加擾噪聲數據產生出來並存入ROM中，然後循環地讀出來與數模轉換器原來輸入的數位訊號疊加，是窄帶加擾噪聲的一種主要應用方式。因此窄帶數字加擾噪聲的產生方法成為了問題的關鍵。
窄帶加擾噪聲的歸一化帶寬通常小於0.05，產生窄帶加擾噪聲信號的常用方法有兩種插值法和採集法。插值法的基本思想是首先產生(數據)長度為L的全頻帶白噪聲(歸一化帶寬為0.5)，接著進行N倍插值，得到長度為N*L的低頻窄帶噪聲(其歸一化帶寬為0.5/N)，然後與單頻載波序列數據相乘，可以得到中心頻率位於第一Nyquist區間(0至Fs/2，Fs是數模轉換器的時鐘頻率)的窄帶噪聲數據。採集法的基本思想是用高速高精度的ADC採集由噪聲二極體和模擬帶通濾波器產生的窄帶噪聲。
上述兩種方法的共同缺點是過渡帶比較寬，帶外抑制比不夠高，這有可能降低有用信號的信噪比。此外採集法需要有硬體支持、調節不便。
為此，本發明的目的是針對上述兩種窄帶數字加擾噪聲產生方法存在的缺點，提出一種性能好、簡便並且不需要硬體支持的窄帶數字加擾噪聲產生方法及其數模轉換器。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案該窄帶數字加擾噪聲的產生方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟a，在所要求的頻段中選取M個頻點fi並產生M個隨機數Ai；b，對每一頻點fi生成的單頻函數與隨機數Ai相乘後累加；c，隨後對所疊加後的信號進行加窗；d，把窗後得到的浮點數據乘以一個常數使其為所允許的幅度範圍；e，最後將所有的浮點數據進行量化。
所述的步驟a中頻點數M的取值通常大於30。
所述的步驟a的隨機數為均勻分布、正態分布的隨機數。
所述的步驟b中單頻函數為三角函數。
所述的步驟C中的窗函數採用漢寧(Hannig)窗或海明(Hnmming)窗。
本發明的數模轉換器包括存放有用數位訊號緩衝區單元、數模轉換單元，還包括存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元、數字加法器單元、以及時鐘單元、模擬帶通單元，存放有用數位訊號緩衝區單元輸出的數位訊號和存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元輸出的加擾噪聲信號送至數字加法器單元，數字加法器單元的輸出送到數模轉換單元，模擬帶通單元對數模轉換單元的輸出進行噪聲濾波，時鐘單元向數位訊號緩衝區單元、存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元、數字加法器單元、數模轉換單元提供時鐘信號。
由於本發明採用了包括在所要求的頻段中選取M個頻點並產生M個隨機數Ai，對每一頻點生成的單頻函數與隨機數Ai相乘後累加，隨後對所疊加後的信號進行加窗；把加窗後得到的浮點數據乘以一個常數使其為所允許的幅度範圍；最後將所有的浮點數據進行量化步驟的方法。與現有的插值法和採集法相比，利用本發明的方法所產生的加擾噪聲具有過渡帶較寬，帶外抑制比高，對有用的信號的信噪比不會降低，而且不需要硬體支持，調節方便的優點；同時由於本發明對傳統的數模轉換器也同時進行了改進，它將有用的數位訊號和利用本發明方法所產生的窄帶加擾噪聲信號相加後進行數模轉換，因此本發明的數模轉換器的信號無畸變動態範圍比傳統的數模轉換器得以提高。
下面結合附圖和實施例，對本發明的方法作一詳細地說明
圖1是採用本發明方法所產生的窄帶加擾噪聲的功率譜。
圖2是與圖1相應的窄帶加擾噪聲的時域波形。
圖3是本發明的方法應用系統框圖。
圖4是傳統的數模轉換器對雙音信號響應的功率譜；圖5是本發明的數模轉換器對雙音信號響應的功率譜。
本發明的窄帶數字加擾噪聲的產生方法從以下幾個步驟中體現出來第一步，在所要求的頻段中選取M個頻點fi並產生M個隨機數Ai，其中，(1≤i≤M)。
第二步，對頻點fi生成的單頻函數與隨機數Ai相乘後進行累加。
在本發明的實施例中，單頻函數為正弦函數，則有如下公式d(j)=iAiSin(2fij/Fs)---1jn---(1)]]>式中頻點fi(1＜＝i＜＝M)是在所要求的加擾噪聲頻帶內的一組頻率，它可以均勻分布，也可以非均勻分布；FS是數據流的速率或時鐘頻率，i是數據序號。
第三步，隨後對所疊加後的信號進行加窗，其目的是減少噪聲幹擾信號的譜擴散。
第四步，把第三步加窗後產生的浮點數據乘以一個常數，使其為所允許的幅度範圍。
第五步，最後將所有的浮點數據進行量化，量化後則得到所需要的窄帶噪聲擾信號。
所述的步驟一頻點數M的取值通常大於30。
所述的隨機數為均勻隨機數、正態分布的隨機數；也可以為呈其它分布的隨機數。
所述的步驟二中單頻函數也可採用正弦或餘弦的組合，或在正弦函數或/和餘弦函數中加入一個初始相位亦可。
所述的步驟三中的窗函數採用漢寧(Hannig)窗或海明(Hnmming)窗，當然也可以採用其它窗函數。
利用本發明方法產生的窄帶加擾噪聲信號可用在高線性度的數字音頻播放系統和軟體無線電臺的發射通道中，將原有的數模轉換器進行改進。
本發明的數模轉換器包括存放有用數位訊號緩衝區單元11、數模轉換單元14，包括存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元12、數字加法器單元13、以及時鐘單元16、模擬帶通單元15，存放有用數位訊號緩衝區單元11輸出的數位訊號和存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元12輸出的加擾噪聲信號送至數字加法器單元13，數字加法器單元13將它將有用數位訊號與窄帶加擾噪聲數據相加，注意加法器必需有足夠的寬度，以確保數據不溢出，相加後的結果輸出送到數模轉換單元14，模擬帶通單元15對數模轉換單元14的輸出進行噪聲濾波，用來濾除加擾噪聲信號，以不降低最後輸出信號的信號噪比，有時也可不加入專門的模擬帶通濾波器，而由信號鏈路中的原有濾波器完成。時鐘單元16向存放有用數位訊號緩衝區單元11、存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元12、數字加法器單元13、數模轉換單元14提供時鐘信號，在它的控制下使系統有序的工作。對此，可先參閱圖3所示。
圖1、圖2分別是利用本發明的方法所產生窄帶加擾噪聲的功率譜和時域波形。由圖1可見窄帶加擾噪聲的功率譜過渡帶很窄，帶外抑制比可輕鬆地達到70dB以上；圖2是窄帶加擾噪聲的時域波形，由圖2可以看出窄帶加擾噪聲時域波形的隨機性很強。
圖4是傳統的數模轉換器在不加加擾噪聲時，對雙音信號響應的功率譜，從該圖4中可見，由於數模轉換器中非線性的存在，雙音互調(IMD，它在有用信號附近是最大的雜波)僅為-74.2dBc。
而本發明的數模轉換器，在傳統的數模轉換器(單元)中加入上述依本發明方法所生的窄帶加擾噪聲信號後，雙音互調IMD變為-79.3dBc，見圖5，與未加加擾噪聲的數模轉換器(單元)相比，整整減少5.1dB，從而信號無畸變動態範圍(SFDR)提高了5.1dB。
權利要求
1.一種窄帶數字加擾噪聲的產生方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟a，在所要求的頻段中選取M個頻點fi並產生M個隨機數Ai；b，對每一頻點fi生成的單頻函數與隨機數Ai相乘後累加；c，隨後對所疊加後的信號進行加窗；d，把加窗後得到的浮點數據乘以一個常數使其為所允許的幅度範圍；e，最後將所有的浮點數據進行量化。
2.如權利要求1所述的窄帶數字加擾噪聲的產生方法其特徵在於所述的步驟a中頻點數M的取值通常大於30。
3.如權利要求1所述的窄帶數字加擾噪聲的產生方法其特徵在於所述的步驟a中的隨機數為均勻分布、正態分布的隨機數。
4.如權利要求1所述的窄帶數字加擾噪聲的產生方法其特徵在於所述的步驟b中單頻函數為三角函數。
5.如權利要求1所述的窄帶數字加擾噪聲的產生方法其特徵在於所述的步驟C中的窗函數採用漢寧窗或海明窗。
6.一種數模轉換器，包括存放有用數位訊號緩衝區單元、數模轉換單元，其特徵在於該數模轉換器還包括存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元、數字加法器單元、以及時鐘單元、模擬帶通單元，存放有用數位訊號緩衝區單元輸出的數位訊號和存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元輸出的加擾噪聲信號送至數字加法器單元，數字加法器單元的輸出送到數模轉換單元，模擬帶通單元對數模轉換單元的輸出進行噪聲濾波，時鐘單元向數位訊號緩衝區單元、存放窄帶加擾噪聲緩衝區單元、數字加法器單元、數模轉換單元提供時鐘信號。
全文摘要
本發明公開了一種窄帶數字加擾噪聲的產生方法及其數模轉換器,該方法在所要求的頻段中選取M個頻點並產生M個隨機數,對每一頻點生成單頻函數與隨機數進行累加,隨後對所疊加後的信號進行加窗;把加窗後得到的浮點數據乘以一個常數使其為所允許的幅度範圍;最後將所有的浮點數據進行量化。本發明所產生的加擾噪聲具有過渡帶較寬,帶外抑制比高,信噪比不會降低,調節方便;數模轉換器的信號無畸變動態範圍得以提高。
文檔編號H03M1/66GK1364036SQ01105118
公開日2002年8月14日 申請日期2001年1月9日 優先權日2001年1月9日
發明者鄧東雲, 李鵬 申請人:華為技術有限公司