專利名稱：窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法及其數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信號技術(shù)，更具體地指一種窄帶數(shù)字加擾噪聲信號的產(chǎn)生方法及其數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
在無線電臺中，數(shù)字器件已取代了部分模擬器件并越來越接近天線，出現(xiàn)了軟件無線電的概念，通過軟件來定義無線電臺的功能和工作方式是軟件無線電臺的顯著特征，軟件無線電代表了無線電技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。這種趨勢所帶來的好處是生產(chǎn)容易、成本低廉、功能更多、性能更好。
軟件無線電離不開工作頻率很高的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器在發(fā)射通道將高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成模擬中頻甚至射頻信號。軟件無線電臺要求數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有很高的線性，即信號無畸變動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)大。加擾噪聲技術(shù)是這樣一種技術(shù)在數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字信號中加入隨機(jī)數(shù)字信號，把可能的粗大雜波譜擴(kuò)展到底噪中，從而提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器在應(yīng)用系統(tǒng)中體現(xiàn)出來的信號無畸變動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)大。加擾噪聲分為窄帶和寬帶兩種，由于窄帶加擾噪聲能夠在后續(xù)的處理環(huán)節(jié)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(yōu)越性，用得更多。按照要求事先把窄帶加擾噪聲數(shù)據(jù)產(chǎn)生出來并存入ROM中，然后循環(huán)地讀出來與數(shù)模轉(zhuǎn)換器原來輸入的數(shù)字信號疊加，是窄帶加擾噪聲的一種主要應(yīng)用方式。因此窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法成為了問題的關(guān)鍵。
窄帶加擾噪聲的歸一化帶寬通常小于0.05，產(chǎn)生窄帶加擾噪聲信號的常用方法有兩種插值法和采集法。插值法的基本思想是首先產(chǎn)生(數(shù)據(jù))長度為L的全頻帶白噪聲(歸一化帶寬為0.5)，接著進(jìn)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)，然后與單頻載波序列數(shù)據(jù)相乘，可以得到中心頻率位于第一Nyquist區(qū)間(0至Fs/2，F(xiàn)s是數(shù)模轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘頻率)的窄帶噪聲數(shù)據(jù)。采集法的基本思想是用高速高精度的ADC采集由噪聲二極管和模擬帶通濾波器產(chǎn)生的窄帶噪聲。
上述兩種方法的共同缺點(diǎn)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。此外采集法需要有硬件支持、調(diào)節(jié)不便。
為此，本發(fā)明的目的是針對上述兩種窄帶數(shù)字加擾噪聲產(chǎn)生方法存在的缺點(diǎn)，提出一種性能好、簡便并且不需要硬件支持的窄帶數(shù)字加擾噪聲產(chǎn)生方法及其數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a，在所要求的頻段中選取M個(gè)頻點(diǎn)fi并產(chǎn)生M個(gè)隨機(jī)數(shù)Ai；b，對每一頻點(diǎn)fi生成的單頻函數(shù)與隨機(jī)數(shù)Ai相乘后累加；c，隨后對所疊加后的信號進(jìn)行加窗；d，把窗后得到的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)乘以一個(gè)常數(shù)使其為所允許的幅度范圍；e，最后將所有的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。
所述的步驟a中頻點(diǎn)數(shù)M的取值通常大于30。
所述的步驟a的隨機(jī)數(shù)為均勻分布、正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)。
所述的步驟b中單頻函數(shù)為三角函數(shù)。
所述的步驟C中的窗函數(shù)采用漢寧(Hannig)窗或海明(Hnmming)窗。
本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括存放有用數(shù)字信號緩沖區(qū)單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，還包括存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元、數(shù)字加法器單元、以及時(shí)鐘單元、模擬帶通單元，存放有用數(shù)字信號緩沖區(qū)單元輸出的數(shù)字信號和存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元輸出的加擾噪聲信號送至數(shù)字加法器單元，數(shù)字加法器單元的輸出送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，模擬帶通單元對數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出進(jìn)行噪聲濾波，時(shí)鐘單元向數(shù)字信號緩沖區(qū)單元、存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元、數(shù)字加法器單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元提供時(shí)鐘信號。
由于本發(fā)明采用了包括在所要求的頻段中選取M個(gè)頻點(diǎn)并產(chǎn)生M個(gè)隨機(jī)數(shù)Ai，對每一頻點(diǎn)生成的單頻函數(shù)與隨機(jī)數(shù)Ai相乘后累加，隨后對所疊加后的信號進(jìn)行加窗；把加窗后得到的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)乘以一個(gè)常數(shù)使其為所允許的幅度范圍；最后將所有的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化步驟的方法。與現(xiàn)有的插值法和采集法相比，利用本發(fā)明的方法所產(chǎn)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，而且不需要硬件支持，調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)由于本發(fā)明對傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器也同時(shí)進(jìn)行了改進(jìn)，它將有用的數(shù)字信號和利用本發(fā)明方法所產(chǎn)生的窄帶加擾噪聲信號相加后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，因此本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號無畸變動(dòng)態(tài)范圍比傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器得以提高。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的方法作一詳細(xì)地說明

圖1是采用本發(fā)明方法所產(chǎn)生的窄帶加擾噪聲的功率譜。
圖2是與圖1相應(yīng)的窄帶加擾噪聲的時(shí)域波形。
圖3是本發(fā)明的方法應(yīng)用系統(tǒng)框圖。
圖4是傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器對雙音信號響應(yīng)的功率譜；圖5是本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器對雙音信號響應(yīng)的功率譜。
本發(fā)明的窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法從以下幾個(gè)步驟中體現(xiàn)出來第一步，在所要求的頻段中選取M個(gè)頻點(diǎn)fi并產(chǎn)生M個(gè)隨機(jī)數(shù)Ai，其中，(1≤i≤M)。
第二步，對頻點(diǎn)fi生成的單頻函數(shù)與隨機(jī)數(shù)Ai相乘后進(jìn)行累加。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，單頻函數(shù)為正弦函數(shù)，則有如下公式d(j)=ΣiAiSin(2πfij/Fs)---1≤j≤n---(1)]]>式中頻點(diǎn)fi(1＜＝i＜＝M)是在所要求的加擾噪聲頻帶內(nèi)的一組頻率，它可以均勻分布，也可以非均勻分布；FS是數(shù)據(jù)流的速率或時(shí)鐘頻率，i是數(shù)據(jù)序號。
第三步，隨后對所疊加后的信號進(jìn)行加窗，其目的是減少噪聲干擾信號的譜擴(kuò)散。
第四步，把第三步加窗后產(chǎn)生的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)乘以一個(gè)常數(shù)，使其為所允許的幅度范圍。
第五步，最后將所有的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，量化后則得到所需要的窄帶噪聲擾信號。
所述的步驟一頻點(diǎn)數(shù)M的取值通常大于30。
所述的隨機(jī)數(shù)為均勻隨機(jī)數(shù)、正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)；也可以為呈其它分布的隨機(jī)數(shù)。
所述的步驟二中單頻函數(shù)也可采用正弦或余弦的組合，或在正弦函數(shù)或/和余弦函數(shù)中加入一個(gè)初始相位亦可。
所述的步驟三中的窗函數(shù)采用漢寧(Hannig)窗或海明(Hnmming)窗，當(dāng)然也可以采用其它窗函數(shù)。
利用本發(fā)明方法產(chǎn)生的窄帶加擾噪聲信號可用在高線性度的數(shù)字音頻播放系統(tǒng)和軟件無線電臺的發(fā)射通道中，將原有的數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行改進(jìn)。
本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括存放有用數(shù)字信號緩沖區(qū)單元11、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14，包括存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元12、數(shù)字加法器單元13、以及時(shí)鐘單元16、模擬帶通單元15，存放有用數(shù)字信號緩沖區(qū)單元11輸出的數(shù)字信號和存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元12輸出的加擾噪聲信號送至數(shù)字加法器單元13，數(shù)字加法器單元13將它將有用數(shù)字信號與窄帶加擾噪聲數(shù)據(jù)相加，注意加法器必需有足夠的寬度，以確保數(shù)據(jù)不溢出，相加后的結(jié)果輸出送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14，模擬帶通單元15對數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14的輸出進(jìn)行噪聲濾波，用來濾除加擾噪聲信號，以不降低最后輸出信號的信號噪比，有時(shí)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(shí)鐘單元16向存放有用數(shù)字信號緩沖區(qū)單元11、存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元12、數(shù)字加法器單元13、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14提供時(shí)鐘信號，在它的控制下使系統(tǒng)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(fā)明的方法所產(chǎn)生窄帶加擾噪聲的功率譜和時(shí)域波形。由圖1可見窄帶加擾噪聲的功率譜過渡帶很窄，帶外抑制比可輕松地達(dá)到70dB以上；圖2是窄帶加擾噪聲的時(shí)域波形，由圖2可以看出窄帶加擾噪聲時(shí)域波形的隨機(jī)性很強(qiáng)。
圖4是傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在不加加擾噪聲時(shí)，對雙音信號響應(yīng)的功率譜，從該圖4中可見，由于數(shù)模轉(zhuǎn)換器中非線性的存在，雙音互調(diào)(IMD，它在有用信號附近是最大的雜波)僅為-74.2dBc。
而本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(單元)中加入上述依本發(fā)明方法所生的窄帶加擾噪聲信號后，雙音互調(diào)IMD變?yōu)?79.3dBc，見圖5，與未加加擾噪聲的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(單元)相比，整整減少5.1dB，從而信號無畸變動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)提高了5.1dB。
權(quán)利要求
1.一種窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a，在所要求的頻段中選取M個(gè)頻點(diǎn)fi并產(chǎn)生M個(gè)隨機(jī)數(shù)Ai；b，對每一頻點(diǎn)fi生成的單頻函數(shù)與隨機(jī)數(shù)Ai相乘后累加；c，隨后對所疊加后的信號進(jìn)行加窗；d，把加窗后得到的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)乘以一個(gè)常數(shù)使其為所允許的幅度范圍；e，最后將所有的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。
2.如權(quán)利要求1所述的窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法其特征在于所述的步驟a中頻點(diǎn)數(shù)M的取值通常大于30。
3.如權(quán)利要求1所述的窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法其特征在于所述的步驟a中的隨機(jī)數(shù)為均勻分布、正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法其特征在于所述的步驟b中單頻函數(shù)為三角函數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法其特征在于所述的步驟C中的窗函數(shù)采用漢寧窗或海明窗。
6.一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括存放有用數(shù)字信號緩沖區(qū)單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，其特征在于該數(shù)模轉(zhuǎn)換器還包括存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元、數(shù)字加法器單元、以及時(shí)鐘單元、模擬帶通單元，存放有用數(shù)字信號緩沖區(qū)單元輸出的數(shù)字信號和存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元輸出的加擾噪聲信號送至數(shù)字加法器單元，數(shù)字加法器單元的輸出送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，模擬帶通單元對數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出進(jìn)行噪聲濾波，時(shí)鐘單元向數(shù)字信號緩沖區(qū)單元、存放窄帶加擾噪聲緩沖區(qū)單元、數(shù)字加法器單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元提供時(shí)鐘信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種窄帶數(shù)字加擾噪聲的產(chǎn)生方法及其數(shù)模轉(zhuǎn)換器,該方法在所要求的頻段中選取M個(gè)頻點(diǎn)并產(chǎn)生M個(gè)隨機(jī)數(shù),對每一頻點(diǎn)生成單頻函數(shù)與隨機(jī)數(shù)進(jìn)行累加,隨后對所疊加后的信號進(jìn)行加窗;把加窗后得到的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)乘以一個(gè)常數(shù)使其為所允許的幅度范圍;最后將所有的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。本發(fā)明所產(chǎn)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(diào)節(jié)方便;數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號無畸變動(dòng)態(tài)范圍得以提高。
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(yōu)先權(quán)日2001年1月9日
發(fā)明者鄧東云, 李鵬 申請人:華為技術(shù)有限公司