[發(fā)明專利]多級噪聲整形數(shù)字Delta-Sigma調(diào)制器的外加擾動信號的添加方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611151550.9
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106656102B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊祥寧;廖一龍;史鵬鵬;王志功
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00;H03H17/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳靜

本發(fā)明公開了一種多級噪聲整形數(shù)字Delta?Sigma調(diào)制器的外加擾動信號的添加方法，包括多級調(diào)制器，在第一級調(diào)制器中加入擾動信號，擾動信號取反后和第一級調(diào)制器的量化誤差信號相加，然后經(jīng)過延遲寄存器延遲后再饋送到第一級調(diào)制器的輸入端，與輸入信號一起經(jīng)過量化處理后，再與經(jīng)過增益處理的擾動信號相加，最后作為第一級調(diào)制器的輸出被送入誤差消除邏輯電路。本發(fā)明將外加擾動信號添加到數(shù)字Delta?Sigma調(diào)制器，能有效延長其輸出序列長度并實(shí)現(xiàn)擾動信號的相互抵消，最終外加的擾動信號不會出現(xiàn)在調(diào)制器量化噪聲功率譜中，能有效提高采用隨機(jī)擾動法的多級噪聲整形數(shù)字Delta?Sigma調(diào)制器的輸出信噪比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號處理，尤其是一種多級噪聲整形數(shù)字Delta-Sigma調(diào)制器的外加擾動信號的添加方法。

背景技術(shù)

在當(dāng)今的數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于奈奎斯特采樣技術(shù)容易受到元件匹配、電路的非理想性以及大功率量化噪聲干擾等的影響，而逐漸被過采樣技術(shù)所取代。過采樣是指使用頻率遠(yuǎn)高于奈奎斯特頻率的頻率對輸入信號進(jìn)行采樣。由于量化比特的位數(shù)保持不變，故總的量化噪聲功率保持不變，但量化噪聲的功率由于采樣頻率的提高而分布到更多的頻點(diǎn)，因此相應(yīng)的信號帶內(nèi)的量化噪聲功率譜密度減小，進(jìn)而提高通信系統(tǒng)的信噪比(SNR，Signal to Noise Ration)。但是，單獨(dú)使用過采樣技術(shù)對信噪比的性能提升并不是很明顯，所以，過采樣技術(shù)還常常結(jié)合噪聲整形技術(shù)一起使用。因此，同時(shí)具有過采樣和噪聲整形能力的DDSM(數(shù)字Delta-Sigma調(diào)制器，Digital Delta-Sigma Modulator)，被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今的無線通信系統(tǒng)中，以滿足飛速發(fā)展的通信系統(tǒng)對高帶寬、高速率和高分辨率等性能指標(biāo)的需求。

在過采樣頻率下，DDSM采樣高精度的輸入信號，輸出低精度的輸出信號。在該過程中，DDSM將低頻段的量化噪聲推移到高頻段，并且將有用的輸入信息保留在低頻帶，從而實(shí)現(xiàn)了高通特性的噪聲整形，最后高頻段的量化噪聲可以通過后面的低通濾波器濾除。高通濾波器的階數(shù)越高，噪聲整形特性越好，但是對于單環(huán)結(jié)構(gòu)的DDSM，當(dāng)調(diào)制器的階數(shù)變高后，系統(tǒng)變得越來越不穩(wěn)定。而多級噪聲整形結(jié)構(gòu)的DDSM由于具有極佳的系統(tǒng)穩(wěn)定性而受到研究者更多的青睞。

圖1是經(jīng)典的l階的MASH(MASH，Multi-stAge Noise Shapping)DDSM的電路框圖，由圖1可以看出經(jīng)典MASH DDSM由多個(gè)一階的誤差反饋調(diào)制器(EFM，Error FeedbackModulation)級聯(lián)構(gòu)成，前一級誤差反饋調(diào)制器把量化誤差信號傳入下一級誤差反饋調(diào)制器作為輸入，并且各級誤差反饋調(diào)制器都將輸出信號送入誤差消除邏輯(ECL，ErrorCancellation Logic)電路中，以抵消中間級誤差反饋調(diào)制器的量化噪聲，從而使得輸出頻譜中只包含輸入信號和高階整形后的最后一級誤差反饋調(diào)制器的量化噪聲。

但是，由于DDSM是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，在恒定輸入情況下，DDSM的輸出呈現(xiàn)出很強(qiáng)的周期性。更為糟糕的是其輸出周期的長度還嚴(yán)重受到輸入值和初始條件設(shè)置的影響。當(dāng)DDSM的輸入和初始條件設(shè)置不恰當(dāng)時(shí)，其輸出序列的周期變得很短，量化噪聲功率只能分布到極少數(shù)的頻點(diǎn)上，導(dǎo)致調(diào)制器的輸出頻譜出現(xiàn)明顯的大功率雜散成分，嚴(yán)重惡化了通信系統(tǒng)的輸出信噪比。

因此，為有效提高DDSM的輸出序列長度，業(yè)界提出了兩類主流的方法：確定性(Deterministic)法和隨機(jī)擾動(Dithering)法。其中確定性法通過改變調(diào)制器結(jié)構(gòu)或設(shè)置合理的寄存器初始值，來有效增加輸出序列的周期長度；而隨機(jī)擾動法通過外加隨機(jī)擾動信號給調(diào)制器，以打破調(diào)制器的輸出周期特性，從而有效延長輸出序列的周期長度。由于兩種方法各有優(yōu)劣，兩者都被廣泛應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用中。在隨機(jī)擾動法中，外加隨機(jī)擾動具有近似白噪聲的分布特性，按照傳統(tǒng)的擾動添加方式，外加的擾動信號先經(jīng)過擾動濾波器整形，然后送入調(diào)制器，但由于擾動整形的濾波器階數(shù)一般不能超過l-2(l是MASH DDSM的調(diào)制器階數(shù))，擾動信號最終會在疊加到調(diào)制器量化噪聲功率譜中，形成底噪，從而在一定程度上惡化調(diào)制器的輸出信噪比。

發(fā)明內(nèi)容