专利名称：自适应数字抖动信号控制方法和利用该方法的中频发射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信技术，具体地说，涉及一种自适应数字抖动(dither)信号的控制方法以及利用了这种自适应数字抖动信号控制方法的数字中频发射机。
由大规模集成电路(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。
在这种无线系统的中频发射机中，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模块。数模转换器的性能指标(主要指信噪比SNR和无虚假动态范围SFDR)是决定从天线口发射出去的射频信号质量的第一级。其中又以无虚假动态范围(SFDR)的指标最难满足。
对于数模转换器的无虚假动态范围指标的改善，除了采用性能指标更好的芯片、提供高精度的时钟等外，一种引人注目的方法是在有用信号中加入抖动信号(Dither Signal)，其原理是在模数转换器中，其非线性特性是有一定规律性的。反映在频谱上是有一些谐波和杂散点比较高。通过加入Dither信号，可以打破上述规律性，将数模转换器输出中杂散压至底噪(Noise floor)，从而改善系统的非线性特性，提高系统的SFDR指标。Dither信号包括宽带Dither和窄带Dither两种。其中运用较多的是窄带Dither。
在通常的Dither应用中，一般的方法是通过试验找到最佳的Dither信号，并将各个参数固化在电路和设计中。这种方法有如下的一些问题1、对于不同的数模转换电路和芯片，对应的最佳Dither信号是不一样的。那么在电路和设计上也是有一定差异的。这样就意味着电路的通用性不好，用于某个数模电路的Dither电路和设计不能完全照搬到另一个数模转换电路中。
2、对于同一类型的数模转换芯片和电路，不同个体间也存在一定的差异，在这种固化的Dither设计中无法反映这种差异。
3、随着环境的变化(如温度等)，数模转换电路和芯片的性能也会有相应的变化，固化的Dither设计无法适应这种变化。
4、Dither的效果是和输入信号有一定关系的，固化的Dither信号无法跟踪输入信号的慢变化。
传统的方法中没有考虑到以上的种种因素，一方面是因为原有的系统对线性度的要求不是很高，另一方面则是因为实时改变Dither信号颇为不易。而在现代的无线系统中，对于整个通道的线性度要求是很高的，而其中数模转换器的线性度起着相当的作用，因此，需要考虑以上的各种因素。
因此，本发明的目的在于提供一种自适应数字抖动信号的控制方法，该方法能根据不同的数模转换电路、环境以及输入信号自适应地调整产生的数字抖动信号，以提供最佳的数字抖动信号。
本发明的另一个目的在于提供利用上述这种自适应数字抖动信号控制方法的数字中频发射机，这种中频发射机能根据其使用的不同的数模转换电路、使用的环境以及输入信号自适应地控制的数字抖动信号，以便为数模转换电路提供最佳的数字抖动信号。
根据上述目的，本发明提供的自适应数字抖动信号的控制方法包含下列步骤a.产生初始数字抖动信号；b.将所述数字抖动信号与输入信号上变频并混合，产生中频混合输入信号；c.对中频混合输入信号进行数模转换，产生模拟混合输入信号；d.对模拟混合输入信号进行中频滤波，滤除带外信号，产生模拟输入信号；e.对模拟输入信号进行模数转换，产生反馈数字输入信号；f.将所述反馈数字输入信号与上述中频混合输入信号进行比较，产生控制信号；g.利用该控制信号，控制数字抖动信号的产生，然后回到步骤b；如此循环。
根据本发明的另一个目的，本发明提供的数字中频发射机包括基带单元，用于提供数字输入信号；抖动信号发生器，用于提供抖动信号；上变频器，用于对基带单元提供的数字输入信号进行上变频，产生中频数字输入信号；混合器，将所述抖动信号发生器提供的所述抖动信号与所述上变频器产生的所述中频数字输入信号进行混合，产生中频混合输入信号；数模转换器，将混合后的中频混合输入信号进行数模转换，产生模拟混合输入信号；中频滤波器，与所述数模转换器相连，滤除模拟混合输入信号中的中频信号，产生模拟输入信号；射频单元，接收所述中频滤波器产生的模拟输入信号，进行射频处理，所述数字中频发射机还包括反馈支路，该反馈支路包括模数转换器，与所述中频滤波器相连，对所述中频滤波器产生的模拟输入信号进行模数转换，产生反馈数字输入信号；自适应控制器，与所述上变频器的输出和所述模数转换器的输出相连，用于根据所述模数转换器产生的反馈数字输入信号与所述上变频器产生的中频混合输入信号进行比较，产生控制信号，该控制信号输入到所述抖动信号发生器中，用于控制所述抖动信号发生器产生抖动信号。
下面结合附图详细描述本发明的实施例。
图1是本发明的自适应数字抖动信号产生方法的流程图；图2是本发明的数字中频发射机的构成框图；图3是图2中自适应控制器70的一个例子；图4是图2中上变频器、Dither信号发生器以及混合器的更进一步的电路框图。
图1是本发明的自适应数字抖动信号控制方法的流程图。下面先根据该流程图描述本发明方法的流程。如图1所示，先以传统的方法产生初始Dither信号(步骤S1)；然后，在步骤S2，将该初始Dither信号与前端基带单元来的输入信号进行上变频和混合，得到中频混合输入信号。与传统方法一样，将该中频混合信号进行数模转换，转换成模拟混合输入信号(步骤S3)。这些步骤与传统的在输入信号中加入Dither信号以改善数模转换器的SFDR指标的方法是一样的。然后，在步骤S3后，把模拟混合输入信号提供给中频滤波器进行滤波，得到模拟输入信号(步骤S4)。传统的方法就把该模拟输入信号提供给后级的射频单元进行发射。
前面已经提到，这种传统的方法存在的不足是初始提供的Dither信号在整个过程中是不变的，不能适应环境的变化以及输入信号的变化，无法最佳地提高数模转换器的SFDR指标。
本发明的特征点在于，在把步骤S4中频滤波后的模拟输入信号提供给后级的射频单元的同时，也把该模拟输入信号取出，进行模数转换，得到反馈数字输入信号(步骤S5)。然后，将该反馈数字输入信号与步骤S2输出的中频混合输入信号进行比较，产生控制信号(步骤S6)。最后在步骤S7，利用该控制信号来控制输入到上变频器的Dither信号的产生，或者说，调整Dither信号的产生。
从本发明的上述方法来看，本发明是在原有方法的基础上，增加了一个反馈步骤，根据反馈信号，来自适应地调整Dither信号的参数，从而使产生的Dither信号能最佳地适应数模转换器以及环境变化和输入信号的变化。
上面描述了本发明的自适应数字Dither信号的控制方法的主要流程。下面结合图2描述本发明的利用了上述自适应数字Dither信号控制方法的数字中频发射机。
图2是本发明的数字中频发射机的结构框图。如图2所示，传统的数字中频发射机主要包括基带单元10、Dither信号发生器20、上变频器30、混合器40、数模转换器50、中频滤波器60和射频单元70。基带单元10提供输入信号，上变频器30将输入信号进行上变频为中频输入信号。在混合器40中，将上变频器20输出的中频输入信号与Dither信号发生器20产生的Dither信号进行混合，输出中频混合输入信号。数模转换器50将中频混合输入信号进行数模转换，产生模拟混合输入信号。中频滤波器60对数模转换器50输出的模拟混合输入信号进行滤波，滤除带外信号，同时也滤除了在混合器40中混合到输入信号的Dither信号。传统结构的中频发射机就把中频滤波器60输出的模拟输入信号提供给射频单元70进行射频处理。
这种传统结构的数字中频发射机存在的问题与上面描述的传统方法一样，即Dither信号发生器20提供的Dither信号在整个过程中是不变的，不能适应环境的变化以及输入信号的变化，无法最佳地提高数模转换器30的SFDR指标。
与上述方法相对应，本发明的中频发射机的特点在于，如图2所示，增加了一个模数转换器80和自适应控制器90。将中频滤波器60的输出信号分出一路，提供给模数转换器80。模数转换器80将该模拟输入信号再转换成数字信号，作为反馈数字输入信号，提供给自适应适应控制器90。自适应控制器90有两个输入端，一个输入端用于接收模数转换器80输出的反馈数字输入信号；另一个输入端用于与混合器40的输出相连，用于接收混合器20输出的中频混合输入信号(该信号中包括有Dither信号)。然后，自适应控制970将反馈数字输入信号与中频混合输入信号进行比较，产生控制信号，并将该控制信号提供给Dither信号发生器20，用于控制Dither信号发生器20产生的Dither信号，以逐步产生最佳的适应于数模转换器50的Dither信号。
在上面的例子中，Dither信号发生器20与上变频器30是分开设置的。但应当理解，在另外一些实施例中，也可以将这两个部件合并在一起，图4示出了一种具有上Dither信号发生功能的上变频器的功能框图。
如图4所示，图4中的上面部分实际上为Dither信号产生电路，它包括随机数产生器201，用于产生随机数信号。在实际的例子中，它可以是一个m-序列产生器，也可以是其他任何方式的随机数序列发生器；系数存储FIR(Finite Impulseresponse)滤波器202；CIC插值滤波器203，该滤波器能以较少的资源和可接受的性能将较低速率的数字信号变为较高速率的数字信号，该滤波器203也可以采用多个CIC级联的方式，以增加应用的灵活性；数控振荡器205，用于产生复数(两路正交)的数字中频振荡信号；乘法器204，用于将CIC插值滤波器203输出的信号与数控振荡器205输出的复数数字中频振荡信号相乘，以输出高频窄带Dither信号。
图4中的下半部分为上变频电路，实现上变频功能。它可以包含多路上变频电路，对基带单元10提供的输入信号进行上变频，得到中频输入信号。然后，在加法器206(对应于图2中的混合器40)中将Dither信号产生电路输出的Dither信号与上变频电路输出的中频输入信号进行混合，得到中频混合输入信号。
自适应控制器90输出的控制信号提供给Dither信号产生电路的数控振荡器205和系数存储FIR滤波器202，分别控制数控振荡器205的振荡频率和系数存储FIR滤波器202的系数，达到修正Dither信号参数设置的目的，从而调整输出的Dither信号，以自适应不同的数模转换器以及环境的变化和输入信号的变化。
图3中示出了图2的自适应控制器90的一个例子。如图3所示，自适应控制器90主要包括两个部分一部分是信号谱估计单元701，另一部分是自适应控制单元702。信号谱估计单元701对于上变频器30输出的中频混合信号(即数模转换之前的信号)和模数转换器80输出的反馈数字输入信号(即数模转换后的信号)的分布进行处理，得出对应的谱估计，并将估计结果传输给自适应控制单元702。自适应控制单元702实际上包含了自适应控制的算法。通过一系列的计算，就可以输出控制信号来改变Dither信号。
该自适应过程应该包括两个阶段第一阶段自适应找到对应于目前数模转换器的最佳的Dither的参数设置。实际上在一定的范围内的Dither信号其性能都相差比较细微，本阶段只要找到大致的位置就可以了。本步骤实际上相当于一个粗调的过程。
第二阶段自适应地跟踪信号的变化，通过细微地修改Dither信号的设置，获得最佳的效果。因为随着信号的变化，最佳Dither信号的设置，也会有微小的不同。
以下以调整Dither信号频率为主，描述自适应控制的算法。但可调整的控制量应不以信号频率为限，并不脱离本发明方法的范畴。例如，Dither信号发生器可调整的控制量还包括带宽、幅度等，其控制方法对于本技术领域的一般技术人员来说，在上述内容的基础上是完全可以得出的。
由于信号区在谱中占有较宽的频段，并考虑到滤波器的要求，可用于Dither信号的频率资源是有限的。在变化时要考虑对Dither信号的限制。
1.设定初始Dither频率f(1)和初始变化值delf(1)，初始中间变量s(1)，该变量表征的是前几次的SFDR的变化值。
2.循环计算第i次变化引起的Dither的效果的变化，并计算出下一次的频率变化值，来决定下一次的数字Dither的频率。
设第i次后经谱分析后得到的SFDR值为sfdr(i)，当前sfdr的变化值为delsf(i)。
则s(i+1)＝(s(i)+sfdr(i))/2delsf(i)＝sfdr(i)-s(i)delf(i)＝sig(delsf(i))*(a(i)*delf(i)+delf2)f(i+1)＝f(i)+delf(i)其中sig(.)为符号函数，a为一个小于1的正数。delf2为一个固定的小偏置，并远小于delf(1)，该部分用于跟踪信号的变化。如Dither信号已超过允许的范围，将其设为边界值。可以看到在初期delf(i)会起着决定性的作用，并引导Dither信号收敛于最佳位置，注意该最佳位置并不是一个固定的位置，而是在某一个范围内。在后期delf2会起着跟踪信号变化的作用。并使Dither信号在一定范围内不断变化。
权利要求
1.一种自适应数字抖动信号的控制方法包含下列步骤a.产生初始数字抖动信号；b.将所述数字抖动信号与输入信号上变频并混合，产生中频混合输入信号；c.对中频混合输入信号进行数模转换，产生模拟混合输入信号；d.对模拟混合输入信号进行中频滤波，滤除带外信号，产生模拟输入信号；e.对模拟输入信号进行模数转换，产生反馈数字输入信号；f.将所述反馈数字输入信号与上述中频混合输入信号进行比较，产生控制信号；g.利用该控制信号，控制数字抖动信号的产生，然后回到步骤b；如此循环。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤f中，对所述反馈数字输入信号和所述中频混合输入信号进行谱估计，得出数模转换过程的无虚假动态范围，根据所述无虚假动态范围，产生控制信号。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤g中，利用所述控制信号，通过控制数字抖动信号的频率，控制数字抖动信号的产生。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤g中，利用所述控制信号，通过控制数字抖动信号的带宽或幅度，控制数字抖动信号的产生。
5.数字中频发射机包括基带单元，用于提供数字输入信号；抖动信号发生器，用于提供抖动信号；上变频器，用于对基带单元提供的数字输入信号进行上变频，产生中频数字输入信号；混合器，将所述抖动信号发生器提供的所述抖动信号与所述上变频器产生的所述中频数字输入信号进行混合，产生中频混合输入信号；数模转换器，将混合后的中频混合输入信号进行数模转换，产生模拟混合输入信号；中频滤波器，与所述数模转换器相连，滤除模拟混合输入信号中的中频信号，产生模拟输入信号；射频单元，接收所述中频滤波器产生的模拟输入信号，进行射频处理，其特征在于，所述数字中频发射机还包括反馈支路，该反馈支路包括模数转换器，与所述中频滤波器相连，对所述中频滤波器产生的模拟输入信号进行模数转换，产生反馈数字输入信号；自适应控制器，与所述上变频器的输出和所述模数转换器的输出相连，用于根据所述模数转换器产生的反馈数字输入信号与所述上变频器产生的中频混合输入信号进行比较，产生控制信号，该控制信号输入到所述抖动信号发生器中，用于控制所述抖动信号发生器产生抖动信号。
6.如权利要求5所述的数字中频发射机，其特征在于，所述自适应控制器包括谱估计单元和自适应控制单元，所述谱估计单元对所述反馈数字输入信号和所述混合输入信号进行谱估计，得出数模转换过程的无虚假动态范围，根据所述无虚假动态范围，产生控制信号。
7.如权利要求5所述的数字中频发射机，其特征在于，所述抖动信号发生器包括用于产生随机数信号的随机数产生器、系数存储FIR滤波器、将较低速率的数字信号变为较高速率的数字信号的CIC插值滤波器、用于产生复数的数字中频振荡信号的数控振荡器和用于将所述CIC插值滤波器输出的信号与所述数控振荡器输出的复数数字中频振荡信号相乘，以输出高频窄带抖动信号的乘法器。
全文摘要
本发明提供一种自适应数字抖动信号控制方法及中频发射机。传统的方法存在的不足是提供的Dither信号在整个过程中是不变的,不能适应环境的变化以及输入信号的变化。本发明提供的方法在传统的方法的基础上增加了反馈支路,即对模拟输入信号进行模数转换,产生反馈数字输入信号;将反馈数字输入信号与混合输入信号进行比较,产生控制信号;利用控制信号,控制数字抖动信号的产生。本发明还提供了利用这种控制方法的中频发射机。
文档编号H04B1/02GK1337786SQ00122789
公开日2002年2月27日 申请日期2000年8月9日 优先权日2000年8月9日
发明者李鹏, 邓东云, 蒋化冰 申请人:华为技术有限公司