CN116996075B - 一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分层多级噪声整形Delta‑sigma调制方法。所述分层多级噪声整形Delta‑sigma调制方法包括：过采样模块，原始输入数据经过超高阶QAM调制和OFDM调制后的多比特信号分为I/Q两路，分别进行过采样；多级噪声整形模块，通过利用多级Delta‑sigma结构来消除量化噪声并提高SNR增益；信号经过第一级Delta‑sigma的量化噪声与输入信号独立不相关，因此将第一级Delta‑sigma的量化噪声以模拟形式送到下一级Delta‑sigma环进行，作为第二级Delta‑sigma的输入信号进行数字化，以进一步整形带内量化噪声。本发明提供的分层多级噪声整形Delta‑sigma调制方法具有能够满足下一代移动前传系统的高速、高保真需求，是一种更高效、更低成本、更低复杂度的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及数字光纤太赫兹融合通信系统中的量化噪声整形方法，具体属于一种高SNR，低EVM，高保真度的能够针对超高阶QAM符号的信号调制方法，尤其涉及一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法。
背景技术
随着第五代移动通信技术的广泛应用，移动数据流量呈现出爆炸式增长，这对无线接入网络的用户体验质量提出了巨大挑战。为了以更具成本效益的方式保证服务质量，小型基站成为一种有前途的解决方案。然而，在城市区域内铺设光纤线路是昂贵且复杂的，因此太赫兹频带被设想为在光纤难以部署或对成本敏感的接入网络中实施，以满足用户对高速数据传输的需求。同时，混合光纤-太赫兹融合成为一种有前途的解决方案，它利用光纤链路的高容量和长跨度以及无线传输的极大灵活性，在密集的小型小区中为终端提供无缝的“最后一英里”接入。基于OFDM的光纤无线网络由于其良好的频谱利用率、对光纤色散的容忍度和灵活的资源分配等优点而备受关注。然而，OFDM技术的高峰均功率比（PAPR）使得信号更容易受到噪声和非线性损伤的影响，更不用说使用超高阶正交幅度调制（QAM）OFDM传输的可能性，这无疑会导致高阶调制信号中的更极端失真。为了解决这个问题，Delta-sigma调制（DSM）被推荐作为一种有前途的数字接口，其通过1/2比特量化将高阶信号的多比特波形编码成低电平符号，并通过噪声整形将量化噪声挤出信号带宽，以抵抗非线性效应和提高潜在的量化信噪比（SQNR）增益。
现有工作中已经广泛地对DSM技术在光和无线接入系统中传送高阶调制信号的应用进行了研究，然而，传统的DSM技术在实际应用中仍然存在很多限制，例如更高的过采样率需要更高的功率，并且造成数据量剧增；提高环路滤波器的阶数又会影响系统的稳定性。因此，传统1/2 bit DSM可支持的调制格式阶数很低，带宽利用效率和比特很低，信号的SNR还可以进一步提升。
因此，有必要提供一种新的分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法解决上述技术问题。
发明内容
为解决传统的DSM技术在实际应用中效率、成本、复杂度都较高，难以满足下一代移动前传系统的高速、高保真需求技术要求的问题，本发明提供一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法。
本发明提供的分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法包括：过采样模块，原始输入数据经过超高阶QAM调制和OFDM调制后的多比特信号分为I/Q两路，分别进行过采样；多级噪声整形模块，通过利用多级Delta-sigma（DSM）结构来消除量化噪声并提高SNR增益；信号经过第一级DSM的量化噪声可以认为与输入信号独立不相关，因此将第一级Delta-sigma的量化噪声以模拟形式送到下一级Delta-sigma环进行，作为第二级DSM的输入信号进行数字化，以进一步整形带内量化噪声；得到的两个OOK输出信号，利用Gray编码将两级量化输出联合转码成PAM-4信号，同时保证PAM-4信号的四个电平符合均匀分布，这样I/Q两路合并为16-QAM能够具有良好的星座点分布特性，方便进行数字信号处理（DSP）；信号恢复模块，在接收端，进行16-QAM DSP之后通过Gray解码，能够还原两级量化输出；其中第二级Delta-sigma的量化噪声是第一级Delta-sigma的量化噪声通过量化器形成的，因此非常类似于白噪声，一定程度上可以忽略；第二级量化输出相当于对第一级Delta-sigma的量化噪声进一步整形，将更多的噪声挤出信号带宽；因此为了消除第一级Delta-sigma的量化噪声，第一级滤波器传递函数（H1）设计为等于第二级DSM信号传递函数（STF2），而STF2仅仅是一个延迟，因此H1=STF2=1，事实上只需要一个第二级滤波器H2=STF1；第一滤波器输出减去第二滤波器输出得到高SNR信号。
一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法，包括以下步骤：
（1）首先将原始数据序列通过QAM映射器转换为QAM符号序列，然后进行OFDM调制；调制后的信号通过过采样器扩展信号带宽；
（2）过采样后的I/Q两路信号经过分层多级噪声整形（MASH）DSM，其中第一级DSM和第二级DSM分别基于4阶和2阶级联谐振器反馈环路，用于对QAM符号序列进行噪声整形；两级量化输出分别通过数字滤波器消除第一级Delta-sigma的量化噪声；
（3）利用Gray编码将两级的量化输出合并，保证输出PAM-4码型的传输信号均匀分布；得到的两路PAM-4信号以16-QAM进行信号处理和传送；
（4）信号恢复模块，在接收端中，首先将捕获的波形下变频为基带信号；在重采样和匹配滤波之后，进行16-QAM DSP，包括I/Q两路施密特正交化（GSOP）、35抽头T/2空间的多输入多输出盲均衡（MIMO-CMA）、载波相位估计和71抽头多输入多输出基于判决引导的最小均方算法（MIMO DDLMS）；在硬判决之后，进行Gray解码和同时经过数字滤波器以用于DSM恢复，得到原始模拟信号；最后，下采样之后进行OFDM解调和QAM解调。
针对上述情况，本发明提出了4-2分层多级噪声整形（H-MASH）DSM方案；多级噪声整形是通过利用多级DSM的结构来消除量化噪声并提高SNR增益的强大技术；其策略是在噪声滤波的同时，利用调制器的多级结构来消除量化噪声；以2级DSM为例，信号经过第一级DSM的量化噪声可以被认为与输入信号无关，因此通过一个减法器将第一级Delta-sigma的量化噪声以模拟形式送到下一个Delta-sigma环进行数字化；得到的两级DSM输出信号分别进行数字滤波，然后联合，通过设定特定的信号传递函数和噪声传递函数可以在这一步消除第一级Delta-sigma的量化噪声；相应地，第二级Delta-sigma的量化噪声是第一级Delta-sigma的量化噪声通过量化器形成的，因此非常类似于白噪声；与传统1/2bit DSM相比，多级DSM能过通过多个低阶的环路滤波器实现与高阶滤波器相同的噪声整形性能，由于内部反馈环都是低阶的，系统稳定性得到极大提升；另外H-MASH与传统MASH和坚固型MASH不同，该算法采用分层结构，利用Gray编码将两级的量化输出合并，保证了输出PAM-4码型的传输信号均匀分布，极大地减轻了16-QAM DSP的负担；这里以超高阶QAM调制信号光子辅助太赫兹系统为例：
发送端数据处理部分，包括：
符号序列调制器，过采样器、多级DSM，成形滤波，具体见“具体实施方式”中第（1）部分；
分层多级噪声整形调制方法则详见说明书附图2
信号发射、传输以及接收部分，包括：
中心站（CS），远程天线单元（RAU），远程无线电接收端（RRH），具体见“具体实施方式”中第（2）部分；
接收端数据处理部分，包括：
下变频，匹配滤波器，16-QAM-DSP，DSM恢复，OFDM解调，具体见“具体实施方式”中第（3）部分；
与相关技术相比较，本发明提供的分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法具有如下有益效果：
本发明提供一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法：
本发明提出了4-2分层多级噪声整形（H-MASH）DSM方案；多级噪声整形通过利用多级DSM的结构来消除量化噪声并提高SNR增益；这种方法能够兼顾系统的稳定性和SNR增益，通过多个低阶的环路滤波器实现与高阶滤波器相同的噪声整形性能，同时由于内部反馈环都是低阶的，系统稳定性得到极大提升；因此，是一种具有高稳定性并且能够兼顾信噪比和带宽利用效率的解决方案，能够满足下一代移动前传系统的高速、高保真需求。
附图说明
图1为本发明提供的光子辅助的太赫兹系统原理图；
图2为本发明提供的分层多级噪声整形原理。
图中标号：1、超高阶正交幅度调制（QAM）符号映射器；2、OFDM调制器；3、过采样率（OSR）调节器；4、多级DSM，分别基于4阶和2阶循环回归环路；5、格雷编码器；6、上采样；7、根升余弦滤波器（RRCF）；8、重采样；9、阵列波导光栅（AWG）；10、电子放大器（EA）和光调制器；11、偏振复用器；12、标准单模光纤（SSMF）；13、远程天线单元（RAU）；14、XY偏振无线太赫兹信号；15、太赫兹接收机；16、实时数字存储示波器；17、下变频模块；18、匹配滤波器；19、16-QAM数据处理模块（DSP）；20、格雷解码器；21、数字滤波器；22、低通滤波器；23、下采样；24、OFDM解调器；25、经过过采样的I/Q路信号；26、第一级Delta-sigma调制器输入端；27、前馈输入；28、第一级信号；29、第一级Delta-sigma的量化噪声；30、第一级Delta-sigma调制输出；31、第一级信号数字滤波器；32、第一级Delta-sigma的量化噪声；33、第二级Delta-sigma调制器输入端；34、前馈输入；35、第二级信号；36、第二级Delta-sigma调制输出；37、Gray编码器；38、I/Q两路信号发送（16-QAM信号）；39、信道；40、I/Q两路信号接收；41、Gray解码器；42、第一级数字滤波器；43、第二级数字滤波器；44、联合恢复原始信号。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1-图2，其中，图1为本发明提供的光子辅助的太赫兹系统原理图；图2为本发明提供的分层多级噪声整形原理。
分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法包括：过采样模块，原始输入数据经过超高阶QAM调制和OFDM调制后的多比特信号分为I/Q两路，分别进行过采样；
多级噪声整形模块，通过利用多级Delta-sigma（DSM）结构来消除量化噪声并提高SNR增益；信号经过第一级DSM的量化噪声可以认为与输入信号独立不相关，因此将第一级Delta-sigma的量化噪声以模拟形式送到下一级Delta-sigma环进行，作为第二级DSM的输入信号进行数字化，以进一步整形带内量化噪声；得到的两个OOK输出信号，利用Gray编码将两级量化输出联合转码成PAM-4信号，同时保证PAM-4信号的四个电平符合均匀分布，这样I/Q两路合并为16-QAM能够具有良好的星座点分布特性，方便进行数字信号处理（DSP）；
信号恢复模块，在接收端，进行16-QAM DSP之后通过Gray解码，能够还原两级量化输出；其中第二级Delta-sigma的量化噪声是第一级Delta-sigma的量化噪声通过量化器形成的，因此非常类似于白噪声，一定程度上可以忽略；第二级量化输出相当于对第一级Delta-sigma的量化噪声进一步整形，将更多的噪声挤出信号带宽；因此为了消除第一级Delta-sigma的量化噪声，第一级滤波器传递函数（H1）设计为等于第二级DSM信号传递函数（STF2），而STF2仅仅是一个延迟，因此H1=STF2=1，事实上只需要一个第二级滤波器H2=STF1；第一滤波器输出减去第二滤波器输出得到高SNR信号。
一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法，包括以下步骤：
（1）首先将原始数据序列通过QAM映射器转换为QAM符号序列，然后进行OFDM调制；调制后的信号通过过采样器扩展信号带宽；
（2）过采样后的I/Q两路信号经过分层多级噪声整形（MASH）DSM，其中第一级DSM和第二级DSM分别基于4阶和2阶级联谐振器反馈环路，用于对QAM符号序列进行噪声整形；两级量化输出分别通过数字滤波器消除第一级Delta-sigma的量化噪声；
（3）利用Gray编码将两级的量化输出合并，保证输出PAM-4码型的传输信号均匀分布；得到的两路PAM-4信号以16-QAM进行信号处理和传送；
（4）信号恢复模块，在接收端中，首先将捕获的波形下变频为基带信号；在重采样和匹配滤波之后，进行16-QAM DSP，包括I/Q两路施密特正交化（GSOP）、35抽头T/2空间的多输入多输出盲均衡（MIMO-CMA）、载波相位估计和71抽头多输入多输出基于判决引导的最小均方算法（MIMO DDLMS）；在硬判决之后，进行Gray解码和同时经过数字滤波器以用于DSM恢复，得到原始模拟信号；最后，下采样之后进行OFDM解调和QAM解调。
本发明提出了新型4-2分层多级噪声整形（H-MASH）DSM方案；多级噪声整形是通过利用DSM的多级结构来消除量化噪声并提高SNR增益的强大技术；第一个DSM输入级的量化误差可以被认为与输入信号无关，以模拟形式送到下一个DSM以执行数字化；得到的两级输出，通过两个数字滤波器来消除一阶量化误差，同时利用Gray编码将两级的量化输出合并，保证了输出PAM-4码型的传输信号均匀分布，极大地减轻了接收端16-QAM DSP的负担；通过这种方式，调制产生的超高阶QAM信号，在系统链路仍然以稳定的四电平数字信号传输；这里以超高阶QAM调制信号光子辅助太赫兹系统为例：
1、发送端数据处理部分，包括：
发送端数据处理原理如附图1部分所示；
通过超高阶正交幅度调制（QAM）符号映射器，将原始信号转换为QAM符号序列，接着进行OFDM调制，得到的I/Q两路信号分别进行过采样；信号过采样后进行分层多级噪声整形（MASH）DSM；第一级DSM和第二级DSM，分别基于4阶和2阶级联谐振器反馈（CRFB）环路，用于对QAM符号序列进行噪声整形；
其中分层多级噪声整形的原理如附图2所示；
多级噪声整形是通过利用DSM的多级结构来消除量化噪声并提高SNR增益的强大技术；第一级DSM和第二级DSM分别基于4阶和2阶级联谐振器反馈（CRFB）环路，其主要特征在于最后一个积分器之后是量化器的输入，因此量化器直接由有源谐振器的输出驱动，各个调制参数的设置在结构稳定性、简单性和量化增益之间取得平衡；第一级DSM的输出信号可以由以下公式表示：其中STF1和NTF1分别代表第一级的信号传输函数和噪声传递函数；U为输入信号，E1代表第一级DSM的量化噪声；
第一级Delta-sigma的量化噪声作E1为第二级DSM的输入信号：其中STF2和NTF2分别代表第二级的信号传输函数和噪声传递函数；
量化噪声可以被认为与输入信号不相关，因此可以通过数字滤波器将量化噪声提取出来，并且以模拟信号形式被馈送到下一个DSM环中；通过第二级DSM将有效信号部分残余的量化噪声中再次整形到高频段；
附图2中编号42和43代表两个数字滤波器H1和H2；为了在总信号中消除第一级Delta-sigma的量化噪声E1，H1和H2需要满足：显然，最简单的设置方式是H1=STF2和H2=NTF1，附图2编号44最终信号输出：这个公式标明可以由低阶DSM级联达到高阶DSM的噪声整形性能，兼顾了低阶环路的稳定性；另外，为保证信号传输函数的性能，STF2在设计时为1，因此H1=STF2=1，事实上只需要一个第二级滤波器H2=STF1；第一滤波器输出减去第二滤波器输出就是高SNR信号；
2、信号发射、传输以及接收部分
信号发射、传输以及接收部分的原理如附图1部分所示；
在中心站（CS）利用阵列波导光栅和两个并行EA放大的数字化波形驱动I/Q调制器对信号进行调制；偏振保持模块（PM-EDFA）将调制的光信号递送到偏振复用器（Pol.Mux.），同时对光信号增强以及X和Y偏振状态进行去相关；偏振复用器由用于分束的PM-OC、用于数据解相关的具有115个符号的相对延迟的光学延迟线（DL）、用于两个臂中的功率控制的衰减器（ATT）和用于偏振合束的PBC组成；之后，PDM-QPSK信号通过20-km SSMF光纤链路传递到远程天线单元（RAU）；在RAU处，利用EDFA来弥补链路损耗；随后，在PBS分离X偏振和Y偏振以进行分集之前，EDFA用于扫描UTC-PD的总输入光功率的范围；对于THz波产生的光混合，两个正交偏振光束被分别发送到带宽为280-380 GHz的两个UTC-PD中；THz信号通过两个THz波段喇叭天线（HA）辐射到空气中；为了最大化接收功率，采用两对透镜来聚焦无线链路中的准直THz光束；在远程无线电头端（RRH）处，另一对HA分别接收两个极化的THz无线信号；随后，使用两个THz接收机（每个接收机都有一个24乘法器和一个混频器），将THz波信号下变频为IF信号，经过两个LNA增益放大后进入示波器；
3、接收端数据处理部分
接收端数据处理原理如附图1部分所示；
在接收端中，首先将捕获的波形下变频为基带信号；在重采样和匹配滤波之后，进行16-QAM DSP，包括I/Q两路施密特正交化（GSOP）、35抽头T/2空间的多输入多输出盲均衡（MIMO-CMA）、载波相位估计和71抽头多输入多输出基于判决引导的最小均方算法（MIMODDLMS）；在硬判决之后，进行Gray解码和同时经过数字滤波器以用于DSM恢复，得到原始模拟信号；最后，下采样之后进行OFDM解调和QAM解调。
本发明提出的方案，多级噪声整形是通过利用多级DSM的结构来消除量化噪声并提高SNR增益的强大技术；信号经过第一级DSM的量化噪声可以认为与输入信号独立不相关，因此将第一级Delta-sigma的量化噪声以模拟形式送到下一级Delta-sigma环进行数字化，以进一步整形带内量化噪声；这里第一级DSM和第二级DSM分别基于4阶和2阶的级联谐振器反馈（CRFB）环路进行调制；得到的两个DSM输出信号是1bit的OOK信号，与传统多级结构使用数字滤波器进行联合编码不同，本发明利用Gray编码将两级量化输出联合转码成PAM-4信号，同时保证PAM-4信号的四个电平符合均匀分布，这样I/Q两路合并为16-QAM能够具有良好的星座点分布特性，方便进行数字信号处理（DSP）；在接收端，进行16-QAM DSP之后通过Gray解码，能够还原两级量化输出；其中第二级Delta-sigma的量化噪声是第一级Delta-sigma的量化噪声通过量化器形成的，因此非常类似于白噪声，一定程度上可以忽略；第二级量化输出相当于对第一级Delta-sigma的量化噪声进一步整形，将更多的噪声挤出信号带宽；因此为了消除第一级Delta-sigma的量化噪声，这里数字滤波器设计可以较为简单，第一级滤波器传递函数（H1）等于第二级DSM信号传递函数（STF2），而STF2在设计时等于1，因此H1=STF2=1，事实上只需要一个第二级滤波器H2=STF1；第一滤波器输出减去第二滤波器输出就是高SNR信号。
与相关技术相比较，本发明提供的分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法具有如下有益效果：
本发明提供一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法，本发明提出了4-2分层多级噪声整形（H-MASH）DSM方案；多级噪声整形通过利用多级DSM的结构来消除量化噪声并提高SNR增益；这种方法能够兼顾系统的稳定性和SNR增益，通过多个低阶的环路滤波器实现与高阶滤波器相同的噪声整形性能，同时由于内部反馈环都是低阶的，系统稳定性得到极大提升；与传统1/2bit DSM相比，多级DSM能过通过多个低阶的环路滤波器实现与高阶滤波器相同的噪声整形性能，由于内部反馈环都是低阶的，系统稳定性得到极大提升。另外H-MASH与传统MASH和坚固型MASH不同，该算法采用分层结构，利用Gray编码将两级的量化输出合并，保证了输出PAM 4码型的传输信号均匀分布，极大地减轻了16-QAM DSP的负担。同时通过合适的滤波器设计，仅使用一个滤波器就实现两级DSM信号的恢复，有效降低了系统的复杂度。在应用场景上，本发明可以成为未来光纤与太赫兹OFDM系统中研究和应用的一个优越候选方案，是一种具有高稳定性并且能够兼顾信噪比和带宽利用效率的解决方案，能够满足下一代移动前传系统的高速、高保真需求。
需要说明的是，本发明的设备结构和附图主要对本发明的原理进行描述，在该设计原理的技术上，装置的动力机构、供电系统及控制系统等的设置并没有完全描述清楚，而在本领域技术人员理解上述发明的原理的前提下，可清楚获知其动力机构、供电系统及控制系统的具体。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (1)
1.一种分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法，其特征在于，包括：
过采样模块，原始输入数据经过超高阶QAM调制和OFDM调制后的多比特信号分为I/Q两路，分别进行过采样；
多级噪声整形模块，通过利用多级Delta-sigma结构来消除量化噪声并提高SNR增益；信号经过第一级Delta-sigma的量化噪声与输入信号独立不相关，因此将第一级Delta-sigma的量化噪声以模拟形式送到下一级Delta-sigma环进行，作为第二级Delta-sigma的输入信号进行数字化，以进一步整形带内量化噪声；得到的两个OOK输出信号，利用Gray编码将两级量化输出联合转码成PAM-4信号，同时保证PAM-4信号的四个电平符合均匀分布，这样I/Q两路合并为16-QAM能够具有良好的星座点分布特性，方便进行数字信号处理DSP；
信号恢复模块，在接收端，进行16-QAM DSP之后通过Gray解码，能够还原两级量化输出；其中第二级Delta-sigma的量化噪声是第一级Delta-sigma的量化噪声通过量化器形成的；第二级量化输出相当于对第一级Delta-sigma的量化噪声进一步整形，将更多的噪声挤出信号带宽；因此为了消除第一级Delta-sigma的量化噪声，第一级滤波器传递函数H1设计为等于第二级Delta-sigma信号传递函数STF2，而STF2仅仅是一个延迟，因此H1=STF2=1，事实上只需要一个第二级滤波器H2=STF1；第一滤波器输出减去第二滤波器输出得到高SNR信号；
所述分层多级噪声整形Delta-sigma调制方法，还包括以下步骤：
（1）首先将原始数据序列通过QAM映射器转换为QAM符号序列，然后进行OFDM调制；调制后的信号通过过采样器扩展信号带宽；
（2）过采样后的I/Q两路信号经过分层多级噪声整形Delta-sigma，其中第一级Delta-sigma和第二级Delta-sigma分别基于4阶和2阶级联谐振器反馈环路，用于对QAM符号序列进行噪声整形；两级量化输出分别通过数字滤波器消除第一级Delta-sigma的量化噪声；
（3）利用Gray编码将两级的量化输出合并，保证输出PAM-4码型的传输信号均匀分布；得到的两路PAM-4信号以16-QAM进行信号处理和传送；
（4）信号恢复模块，在接收端中，首先将捕获的波形下变频为基带信号；在重采样和匹配滤波之后，进行16-QAM DSP，包括I/Q两路施密特正交化、35抽头T/2空间的多输入多输出盲均衡、载波相位估计和71抽头多输入多输出基于判决引导的最小均方算法；在硬判决之后，进行Gray解码和同时经过数字滤波器以用于Delta-sigma恢复，得到原始模拟信号；最后，下采样之后进行OFDM解调和QAM解调。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107911121A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-04-13 | 天津工业大学 | 一种新型的MASH结构Sigma Delta调制器 |
| CN112383499A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-19 | 成都信息工程大学 | 用于合成高阶调制信号的相位恢复方法 |
| CN113938200A (zh) * | 2021-09-07 | 2022-01-14 | 华中科技大学 | 一种基于Delta-Sigma调制的数字移动前传方法及装置 |
| CN114900189A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-12 | 上海交通大学 | 低噪声泄露的mashδς调制器 |
| CN116582182A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-08-11 | 北京红山信息科技研究院有限公司 | 一种多阶多量化数模光纤无线电MDA-RoF方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6920182B2 (en) * | 2001-01-09 | 2005-07-19 | Microtune (Texas), L.P. | Delta-sigma modulator system and method |
| US6937176B2 (en) * | 2003-09-30 | 2005-08-30 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Ultrasonic signal acquisition in the digital beamformer |
| GB2460417B (en) * | 2008-05-28 | 2011-04-06 | Mirics Semiconductor Ltd | Broadcast receiver system |
| US8952837B2 (en) * | 2013-02-28 | 2015-02-10 | Broadcom Corporation | Multi-rate sigma delta digital-to-analog converter |
| US9768793B2 (en) * | 2015-12-17 | 2017-09-19 | Analog Devices Global | Adaptive digital quantization noise cancellation filters for mash ADCs |
| US10601510B2 (en) * | 2017-11-14 | 2020-03-24 | Cable Television Laboratories, Inc. | Systems and methods for delta-sigma digitization |
| US10566994B2 (en) * | 2016-12-19 | 2020-02-18 | Cable Television Laboratories, Inc. | System and methods for virtualizing delta sigma digitization |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107911121A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-04-13 | 天津工业大学 | 一种新型的MASH结构Sigma Delta调制器 |
| CN112383499A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-19 | 成都信息工程大学 | 用于合成高阶调制信号的相位恢复方法 |
| CN113938200A (zh) * | 2021-09-07 | 2022-01-14 | 华中科技大学 | 一种基于Delta-Sigma调制的数字移动前传方法及装置 |
| CN114900189A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-12 | 上海交通大学 | 低噪声泄露的mashδς调制器 |
| CN116582182A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-08-11 | 北京红山信息科技研究院有限公司 | 一种多阶多量化数模光纤无线电MDA-RoF方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ∑-Δ调制器的六阶噪声整形算法;庞世甫等;《电子与封装》;20070220;第7卷(第2期);23-26 * |
| Digital Mobile Fronthaul Based on Performance Enhanced Multi-Stage Noise-Shaping Delta-Sigma Modulator;Ke Bai等;《Journal of Lightwave Technology》;20200930;第39卷(第2期);439-447 * |
| 基于OFDM信号的新型∑△调制器研究;戈立军等;《电子学报》;20170115;第45卷(第1期);61-66 * |
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