CN102282816A - 用于减小传输多载波信号的量化噪声的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于减小在传输功率随频率变化时的量化噪声的水平。据此，本发明包括在两个信号模拟处理路径中通过对频带滤波并且衰减互补频带来实现在模拟域中的功率变化。更具体地，根据本发明的用于减小传输多载波信号的量化噪声的方法包括在具有最大频率的频带上对信号频率进行的IFFT变换步骤(20)、数模转换步骤(30)以及模拟处理步骤(35)。此外，所述模拟处理步骤包括至少两个与模拟信号并行的处理路径(V1，V2)，其中：在至少一个第一路径(V1)中，将信号滤波(40)从而仅保留低频带的频率；并且并行地在至少一个第二路径(V2)中对信号施以增益、放大或增益衰减(50)；以及在最终步骤中，将来自所述路径的信号合并(60)。

Description

用于减小传输多载波信号的量化噪声的方法和设备

技术领域

本发明涉及数字通讯领域，更具体地，涉及数字传输中的噪声减小领域。

背景技术

本发明可具体应用于多个副载波(sub-carrier)(以下为：多载波)编码调制(也被称为OFDM(即，正交频分多路复用))领域。OFDM调制的基本原理是将频带分割成N个子带(sub-band)，其中，N一般是2的幂，并且每个子带通过副载波传输数据。

参考图1，二进制数据BD的传输多载波调制首先以在按照2ⁿ比特的QAM所调制的复数中映射比特组(2比特，4比特......)开始，从而获得待传输的频率矢量的N个分量X₁，...X_N。此后利用频率/时间转换器(例如IFFT(快速傅里叶逆变换))将这个矢量从频域转换为时间数据，而后在多路复用器MP中多路复用。此后所述数据通过数模转换器(被称为DAC转换器)转换，在线路上发送并且通过逆序处理顺序(即模数转换器CAN、多路分用器DP、快速傅里叶变换IFF)接收，从而在接收侧获得频率矢量的N个分量H₁X₁，...，H_NX_N。

这种技术被用于许多远程通讯标准中，因此将有用的频带分割成N个独立的子带成为可能。

在数字数据传输中一个非常重要的步骤是数字信号到模拟信号的转换。为此，在对数字信号的频率采样时运行DAC转换器，使用固定的比特位数表示输入信号。

此后输入的数字信号被量化，并且因此被截断。为了符合DAC的规范，例如在10比特的DAC的情况下，数字信号在被传输前以正好10个比特表示。这个量化步骤产生一种噪声，被称为量化噪声，该量化噪声从传输信号的那一刻起就出现了。因此，这种噪声会明显地限制系统性能。

此外，当传输信号具有依据于频率的功率变化时，则量化噪声以依据于传输频率的SNR比率(信噪比)的不同来影响传输信号的载波频率，这会导致性能降低。该影响取决于所有归因于副载波的可用QAM(正交调幅)调制(QPSK正交相移键控)是有限的这个事实：在一定的SNR比率(例如30dB)以外，SNR的损耗总是会引起性能的损耗，而当达到提供最大比率的调制方式(例如QAM1024)时，SNR比率的增益将不会引起性能的增益。

然而，通常对传输功率施加规范，传输功率不应超出一定的水平。该最大水平可以由标准设定。当在载波电流上传输或者PLC(电力线通讯)时，此种规范具体体现为对功率谱密度的限定施加规范，在0-30MHz的频带中为-50dBm/Hz的功率，并且在30-300MHz的频带中为-80dBm/Hz的功率。

因此，在此标准的示例中，高于30MHz的载波的功率应当减小30dB。为此，图1中图示的常规方法在于：在逆变换IFFT的应用前，将每个复数分量X_k预乘以系数A_k以便能够对待传输的信号施以可变功率。在此示例中，选择系数A_k以使所有对应的频率高于30MHz的载波相应地减小30dB。

图2图示了在频谱域依据于频率的信号振幅。无论传输信号的功率谱密度是多少，量化噪声Qn是固定的。因此，此种量化噪声具有与传输的有效信号(Es)不同的形状，传输的有效信号根据频谱带(低频带：0-30MHz，高频带：30MHz以上)而变化。结果，低频带具有比高频带的平均信噪比(SNR)高的平均SNR。所以，在所示的10比特的转换器的示例中，高频带具有限定在20dB的SNR比率(Rh)，该Rh是不理想的并且极度限制流量，而低频带的噪声比(Nr)比率高于40dB，这是非常令人满意的。为SNR比率所限定的信号为有效信号(Es)，其它信号(峰值平均信号“PAR”和边缘信号“Marge”)平行于有效信号而且明显更高，并且也具有更高的SNR比率。

因为如果转换器具有的比特位数越多，则量化噪声将变得越弱，所以一种已知的用于减小高频带(30MHz以上)中的量化噪声的解决方案是增加转换器的比特位数。例如，通过15比特的转换器，图2中的SNR比率在所有频带上均变得高于40dB。

这种解决方案的弊端在于：由于输入了大量的比特位数，转换器具有显著高的成本。

另一个解决方案是使用两个转换器，每个频带使用一个，从而将在每个频带获得令人满意的SNR。这种方法的弊端也在于转换器的高成本。

为了减小量化噪声，从专利文献FR2730590还已知了这样一种方法：该方法反馈量化电路输入端所提供的信号从而减小量化噪声。产生的反馈信号类似于N比特信号样值和已量化的M比特信号的时间拟合样值间的已滤波的差值(filtered difference)，其中M小于N。从量化前的输入信号减去反馈信号，因此将带外噪声引入到输入信号中以减小已量化的信号中的频带噪声。

此类减噪器在数模转换前通过信号的调节而运行，从而合并转换噪声。因为反馈信号的实施并不简单，所以这种减噪器不是很有效。

发明内容

本发明的目的在于减小当传输功率与频率一起变化时的量化噪声的水平。

为此，建议通过对频带滤波并且在另一个信号模拟处理路径中衰减互补频带以实现在模拟域中的功率变化。

更具体地说，本发明涉及一种用于减小传输多载波信号的量化噪声的方法，该方法包括：在具有最大频率的频带上对信号频率进行频率-时间信号变换步骤、数模转换步骤以及此后的模拟处理步骤，其中，模拟处理步骤包括至少两个与模拟信号并行的处理路径，其中，在至少一个路径上通过截断频带的一部分施以模拟滤波；并且并行地在至少一个第二路径中对信号施以增益；此后在最终步骤中，将来自这些路径的信号相加。

在具体实施例中：

-当信号功率与高频带(一个或多个)更一致时，增益为负，信号正在被衰减，并且当信号功率与低频带(一个或多个)更一致时，增益为正，信号被放大。

-信号预均衡化的初始步骤调节载波上的功率以便弥补至少另一模拟滤波步骤；

-在模拟处理步骤的至少第二路径中，在高频带上将信号滤波至最大的信号频率，该高频带包括比在第一步骤中滤波后的低频带高的频率；

-在同一步骤的信号衰减前执行至少第二路径的带通滤波。

本发明还涉及一种用于减小传输多载波信号的量化噪声的设备，该设备包括：IFFT块，其具有联接以(在预均衡器的输出端)接收数字信号的输入端；DAC转换器，其具有联接以在IFFT块的输出端接收信号的输入端；以及模拟处理电路的至少两个路径，所述路径联接在DAC的输出端，其中，第一处理路径包括LPF(低通滤波器)并且第二路径包括增益衰减器，两个路径在加法器中合并。

根据具体实施例：

-所述设备包括数字信号预均衡器，所述数字信号预均衡器联接在IFFT块的输入端；

-至少一个第二路径还包括带通滤波器；

-带通滤波器位于增益衰减器之前。

附图说明

在参考附图阅读以下示范实施例的具体描述时，本发明的其它特性和优势将变得更加明显，附图分别图示了：

图1为OFDM的方框图(已做说明)；

图2为根据传输频带的信号振幅和量化噪声变化的曲线图(已做说明)；

图3为根据本发明的用于减小量化噪声的双路径设备的粗略示例；

图4为根据图3的装配有带通滤波器的实施例；

图5为在一个处理路径上经放大的设备的实施例的示例；

图6为根据图2的在本发明范围内获得的图表。

为了清晰的目的，在所有附图中以同样的附图标记来标记同样的或类似的元件。

具体实施方式

在根据图3的第一实施例中，信号S的预均衡器10联接在IFFT块20的输入端，IFFT块20本身联接到DAC转换器30。

预均衡器10线性地调制信号S的副载波的复数分量以便对它们施以可变功率。计算调制，以便这种预调通过改变功率来预先补偿对载波进一步模拟滤波的效果。

此后，通过在DAC 30中采样，IFFT将频域信号变换成时域以便使信号转换为模拟信号。在该示例中，对于区间在0和100MHz之间的待处理频带，转换器30以200MHz的频率运行。DAC转换器通常以两倍于待处理频带的最大频率的频率运行。

在转换器30的输出端，模拟信号(Sa)在模拟处理电路35中传输，该模拟处理电路35包括两个并行路径V1和V2。第一路径V1使得信号(Sa)以30MHz的截止频率经过低通滤波器LPF 40，以便保持自转换器30获得的0-30MHz的低频率带(称为低频带)完整，并且大幅衰减高于这一截止频率的频率。

通过在此路径上通过放大器50的信号增益，至少一个第二路径V2要求全部信号(Sa)衰减-30dB。

如以下参考图5所示，使用路径加法器(path summer)60合并这两个路径，而后，由于在对应的路径V1和V2上的滤波和衰减处理，在输出端提供了在高频率带30-100MHz(称为高频带)上被衰减30dB而在频带0-30MHz上未被衰减的信号(Sa)，同时对于整个频带呈现了令人满意的SNR比率。

预均衡器10在低频带上预设一个功率模板(power template)，以便通过此模板弥补在路径V2中在此低频带上所衰减的30dB，并且一旦相加，在低频带0-30MHz中信号将保持不变。

参考图4图示了一个实施例。按照与以上示例相同的方式，通过使载波信号以200MHz通过功率适配预均衡器10、IFFT变换器20以及DAC转换器30，传输限制为0-100MHz的信号。

此后在转换器30的输出端的信号在双路径模拟处理电路36中传输。第一路径V1保持一致并且使信号以30MHz的截止频率通过LPF 40滤波器。

第二路径V2使信号通过带通滤波器BPF 70从而在此路径中选择高频带30-100MHz。此后放大器50对这个高频带施以增益-30dB。此后两个频带由加法器60相加，并且在输出端的信号的增益与低频带0-30MHz一致，而且对于高频带30-100MHz衰减30dB，同时确保了在整个频带上良好的SNR。

在路径V2上引入的高带通滤波器和在路径V1上出现的低通滤波器具有以下优势：即在路径上分割频带并且仅针对高频带30-100MHz施以30dB的衰减。

为了确保在两个路径的输出端的精确的相加，预均衡器通过使载波频率增加大约30MHz来提前处理在滤波器40和70的截止频率附近的信号减弱。

在图5图示的另一个实施例中，低频带信号通过路径V1上的LPF 40滤波，此后在同一路径上通过放大器90放大，而高频带信号不经过任何改变并且通过路径V2传输。当在DAC 30的输出端的信号与低频带的功率大体一致时，采用这种实施例是有利的。

图6中图示了由两个路径之和产生的信号。因为与量化噪声Qn相似的传输的信号(Ts)已经被滤波然后在高于30MHz的频带上衰减，所以所获得的SNR在整个频带上恒定。

图6更精确地图示了依据于经过上述整理的频率所获得的有效信号(Es)和量化噪声(Qn)的图表。看上去如图3至图5所示，在使用具有接近10的有效比特位数的转换器的情况下，在低频带0-30MHz和高频带30-100MHz中，模拟处理电路35和36分别使量化噪声Qn具有平行于有效信号(Es)的特征。这就使SNR在整个频带0-100MHz上保持恒定，并且SNR为很令人满意的水平即大约40dB，并符合每个频带上所要求的限定。

本发明不限于所描述和展示的示范实施例。例如，这些均为可能：将频带分割成两个以上的频带；施以放大(正增益)来代替衰减；使用滤波器，其截断能自频带被分离的一部分；使用两个以上的路径，其中一些路径用于滤波，另外一些路径用于施以增益；或者使用不背离本发明范围的等同于所述方式的任何方式。

Claims (8)

1.一种用于减小传输多载波信号的量化噪声的方法，包括：在具有最大频率的频带上对信号频率进行的频率-时间信号变换步骤(20)、数模转换步骤(30)，以及此后的模拟处理步骤(35，36)，其特征在于，所述模拟处理步骤包括至少两个与模拟信号并行的处理路径(V1，V2)，其中：在至少一个第一路径(V1)上通过截断频带(40)的一部分施以模拟滤波；并且并行地在至少一个第二路径(V2)中对信号施以增益(50)；此后在另一最终步骤中，将来自所述两个路径的信号相加(60)。

2.根据权利要求1所述的用于减小量化噪声的方法，其中，信号预均衡化的初始步骤(10)调节载波上的功率以便弥补至少另一模拟滤波步骤(40，70)。

3.根据前述权利要求所述的用于减小传输多载波信号的量化噪声的方法，其特征在于，在所述模拟处理步骤的至少一个所述第二路径(V2)中，在高频带上将信号滤波(60)至最大的信号频率，所述高频带包括比在所述第一步骤中滤波后的低频带高的频率。

4.根据前述权利要求所述的用于减小量化噪声的方法，其特征在于，在同一步骤的增益(50)衰减前执行至少一个所述第二路径的带通滤波(70)。

5.一种用于减小传输多载波信号的量化噪声的设备，包括：IFFT块(20)，其具有联接以接收数字信号(S)的输入端；DAC转换器(30)，其具有联接以在所述IFFT块(20)的输出端接收信号的输入端；以及模拟处理电路(35，36)的至少两个路径，所述路径联接在所述DAC转换器(30)的输出端，其中，一个处理路径(V1)包括低通滤波器(4)并且路径(V2)包括增益衰减放大器(50)，所述路径(V1，V2)在加法器(60)中合并。

6.根据权利要求5所述的用于减小量化噪声的设备，其中，数字信号的预均衡器(10)联接在所述IFFT块的输入端。

7.根据权利要求5或6所述的用于减小量化噪声的设备，其中，至少一个所述第二路径(V2)还包括带通滤波器(70)。

8.根据前述权利要求所述的用于减小量化噪声的设备，其中，所述带通滤波器(70)位于所述增益衰减器(50)之前。

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