CN1337809A - 一种产生窄带数字高频噪声信号的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种产生窄带数字高频噪声信号的方法及装置,其方法直接利用一数字噪声源产生低频数字噪声信号,然后使低频数字噪声信号通过一上变频器进行变频,以得到窄带数字高频噪声信号,其装置包括数字噪声源和上变频器,本发明中所有处理在数字域内实现,不需要采用另外的硬件电路。并且易于实现、修改设置方便可靠;生成的噪声信号频率高、带宽窄、带外抑制比高。频率和带宽都可以实时设置。
Description
本发明涉及数字无线通信系统，更具体地是指一种产生窄带数字高频噪声信号的方法及装置。
大规模集成电路(VLSI)的飞速发展带来的数字化是当今愈演愈烈的信息技术的一个主要特征，它反映在无线电通信设备上是数字器件越来越接近天线，这种趋势所带来的好处是生产容易、成本低廉、功能更多、性能更好。
在这种无线系统的发射通道中数字上变频器(DUC)和数模转换器(DAC)是两个关键的功能部件。它们将经过基带处理、数字调制的信号进行上变频后，再通过数模转换器(DAC)将数字中频信号转化成模拟中频信号，然后送至后续的射频单元(见图1)。数模转换器(DAC)的性能指标中的两个主要指标，信噪比SNR和无虚假动态范围(SFDR)决定了从天线口发射出去的射频信号质量的第一级。这两个指标中又以无虚假动态范围(SFDR)的指标最难满足。
对于数模转换器(DAC)中的无虚假动态范围(SFDR)指标的改善，除了采用性能指标更好的芯片、提供高精度的时钟等外，有一种引人注目的方法是在有用信号中加入高频噪声信号，这种方法的基本原理是：由于在数模转换器(DAC)中其非线性特性有一定的规律性，反映在频谱上有一些谐波和杂散点比较高，因此通过加入高频噪声信号，可以打破上述规律性，将数模转换器(DAC)输出中杂散压至底噪声(Noise floor)，从而改善了系统的非线性特性，提高系统的无虚假动态范围(SFDR)指标。高频噪声信号包括宽带高频噪声信号和窄带高频噪声信号两种。其中运用较多的是窄带高频噪声信号。
窄带高频噪声信号一般都加在有用信号的频带之外，可以在后续处理环节中用滤波器方便的去除。对于宽带输入信号，窄带高频噪声信号的频段有两种可选范围，一种是低频端(零频附近)，一种是高频端，即采样频率fs的1/2附近(fs/2)。
窄带高频噪声信号产生的通用方案是采用图2所示方案，图中，20-24单元为正常的信号通路的各单元，25-27为产生高频噪声信号的一路。该路信号首先由噪声源25产生一个模拟的随机噪声，该噪声的产生可以是通过器件噪声放大，也可以通过一些专门的噪声产生器产生。然后通过滤波器26滤波得到所需要的窄带模拟高频噪声信号，该模拟高频噪声信号再通过模数转换器(ADC)即可得到数字高频噪声信号，然后该数字噪声信号便和原有信号加和，再送入数模转换器(DAC)中即可。该方案的基本特点就是先产生模拟高频噪声信号，再通过数模转换器(ADC)将其转换成数字高频噪声信号。该方案实现的难点是高性能的模拟滤波器，尤其是对于窄带高频噪声信号，需要带通的窄带高频滤波器，这对于模拟滤波器是难以实现的。同时由于这种类型的模拟滤波器一般需要定制，一旦完成就不能修改，这也是其不利于使用的一个重要因素。
为此，本发明的目的是针对现有的窄带高频噪声信号产生方法存在的缺点，提出另一种产生窄带数字高频噪声信号的方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，
产生窄带数字高频噪声信号的方法是直接利用一数字噪声源产生低频数字噪声信号，然后使低频数字噪声信号通过一上变频器进行变频，以得到窄带数字高频噪声信号。
所述的低频数字噪声信号来源于信号通路中的基带单元。
所述的低频数字噪声信号来源于噪声信号通路中的上变频器。
产生窄带数字高频噪声信号的装置包括数字噪声源和上变频器，所述的数字噪声源用以产生低频数字噪声信号，所述的上变频器接收数字噪声源提供的低频数字噪声信号，并生成窄带高频数字噪声信号。
所述的上变频器进一步包括随机数产生器、滤波器、插值滤波器、数控振荡器、数字乘法器、缓冲输出器，随机数产生器产生随机数字序列，滤波器对随机数字序列进行滤波，插值滤波器将较低速率的数字信号变为较高速率的数字信号，数控振荡器产生复数路数字中频振荡信号，数字乘法器将插值滤波器和数控振荡器的输出信号相乘，缓冲输出器将数字乘法器的结果输出。
所述的随机数产生器可以为m-序列产生器或高斯随机数产生器。
由于本发明直接利用一数字噪声源产生低频数字噪声信号，然后使低频数字噪声信号通过一上变频器进行变频，以得到窄带数字高频噪声信号；而产生窄带数字高频噪声信号的装置仅包括数字噪声源和上变频器，所述的数字噪声源用以产生低频数字噪声信号，所述的上变频器接收数字噪声源提供的低频数字噪声信号，并生成窄带数字高频噪声信号。因此，其优点在于：
1、所有处理在数字域内实现，不需要采用另外的硬件电路。并且易于实现、修改设置方便可靠。
2、生成的高频噪声信号频率高、带宽窄、带外抑制比高。
3、频率和带宽都可以实时设置。使用方便灵活。频率和带宽是通过设置DUC中NCO和各部分滤波器的特性和随机噪声的输出采样率来改变的。
4、高频噪声产生通路和信号上行通路的结构完全一样，当DAC性能足够好时，该高频噪声电路可以简单的将上变频器输入改变，就可以配成一路信号上行通路。
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步地详细说明：
图1是现有中频基站所采用的发射机功能原理示意框图。
图2是现有的发射机及数字高频噪声信号产生的原理示意框图。
图3是本发明的发射机及窄带数字高频噪声信号产生的原理示意框图。
图4是本发明的上变频器的原理示意框图。
本发明的方法是直接利用一数字噪声源产生低频数字噪声信号，然后使低频数字噪声信号通过一上变频器进行变频，以得到窄带数字高频噪声信号。
所述的低频数字噪声信号来源于信号通路中的基带单元。
所述的低频数字噪声信号也可来源于噪声信号通路中的上变频器。
本发明的方法全在数字域中进行，不包含模拟部分和模数转换部分。
请参阅图3所示，依照本发明的上述方法，本发明的装置包括数字噪声源35和上变频器36，所述的数字噪声源35用以产生低频数字噪声信号，所述的上变频器36接收数字噪声源35提供的低频数字噪声信号，并生成窄带数字高频噪声信号。
在实际使用中，该数字噪声源35可以在信号通路的基带单元30中实现，也可以直接做到数字上变频器36中去。在噪声信号通路中，数字噪声源35的信号经过数字上变频36后，就可以得到所需要的数字高频噪声信号数据。
具体工作过程是首先生成一个低采样率的随机信号，该随机信号可以在基带单元30中产生，也可以在上变频器31中产生，比如在上变频器31内置一个m序列发生器或高斯随机数产生器，或其它形式的随机数产生器来产生所需的随机信号。该随机信号由于采样率有限(设采样率为Fin)，则信号的最高频率为Fin/2。这也是最终的高频噪声信号的带宽。然后通过上变频器内置的高倍插值和滤波，可以达到很高的采样率，再通过上变频器的数控振荡器(NCO)单元，即可得到所需要的窄带高频噪声信号电路。
在信号通路中，当有用数字信号通过上变频器时，在上变频器中就和高频数字噪声信号进行了叠加，然后一起送入数模转换器(DAC)，提高了DAC的输出信号的无虚假动态范围(SFDR)。由于叠加的数字高频噪声信号是在有用信号带外，在发射前将会通过滤波器滤去，不会对其他频带造成干扰。
请再结合图4所示，所述的上变频器35进一步包括随机数产生器40、滤波器41、插值滤波器42、数控振荡器43、数字乘法器44、缓冲输出器45，随机数产生器41产生随机数字序列，滤波器41对随机数字序列进行滤波，插值滤波器42将较低速率的数字信号变为较高速率的数字信号，数控振荡器43产生复数路数字中频振荡信号，数字乘法器44将插值滤波器42和数控振荡器43的输出信号相乘，缓冲输出器45将数字乘法器44的结果输出。
所述的随机数产生器40也可以为m-序列产生器或高斯随机数产生器，当然也可以是其它形式的随机数产生器，并不局限本发明所列举的随机数产生器。
而所述的插值滤波器42的结构可以采用多个级联构成。
Claims (6)
1、一种产生窄带数字高频噪声信号的方法，其特征在于：该方法直接利用一数字噪声源产生低频数字噪声信号，然后使低频数字噪声信号通过一上变频器进行变频，以得到窄带数字高频噪声信号。
2、如权利要求1所述的产生窄带数字高频噪声信号的方法，其特征在于：所述的低频数字噪声信号来源于信号通路中的基带单元。
3、如权利要求1所述的产生窄带数字高频噪声信号的方法，其特征在于：所述的低频数字噪声信号来源于噪声信号通路中的上变频器。
4、一种产生窄带数字高频噪声信号的装置，其特征在于：该装置包括数字噪声源和上变频器，所述的数字噪声源用以产生低频数字噪声信号，所述的上变频器接收数字噪声源提供的低频数字噪声信号，并生成窄带高频数字噪声信号。
5、如权利要求4所述的窄带数字高频噪声信号的装置，其特征在于：所述的上变频器进一步包括随机数产生器、滤波器、插值滤波器、数控振荡器、数字乘法器、缓冲输出器，随机数产生器产生随机数字序列，滤波器对随机数字序列进行滤波，插值滤波器将较低速率的数字信号变为较高速率的数字信号，数控振荡器产生复数路数字中频振荡信号，数字乘法器将插值滤波器和数控振荡器的输出信号相乘，缓冲输出器将数字乘法器的结果输出。
6、如权要求5所述的窄带数字高频噪声信号的装置，其特征在于：所述的随机数产生器可为m-序列产生器或高斯随机数产生器。
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