基于MASH结构∑△调制器的量化噪声整形技术研究

发布时间：2020-07-16 18:51

【摘要】：高速高精度调制器是超高速超带宽通信系统中必不可少的组成部分,但是对于当前的通信系统如超宽带通信系统、正交频分复用系统、5G毫米波通信系统等都存在采样速率过高而难以实现和噪声整形方式无法满足系统要求等问题。因此,研究以∑△调制器为核心的调制器为打破无线通信系统发展的局限性提供了新的有效方案。本文研究多级噪声整形(Multistage noise Shaping,MASH)结构Σ△调制器的基本理论,在低过采样率的情况下,应用噪声整形技术对原有的传统两级MASH结构进行相应的改进,分别提出了三种量化噪声整形效果更好的两级MASH拓扑结构。首先,通过对传统两级MASH结构的研究,提出了一种改进的两级MASH结构。新的两级MASH结构不仅对提取第一级量化噪声的方式进行了改进,又在第二级结构中引入两阶前馈。最后的输出信号是将提取的第一级噪声作为第二级的输入信号并最终被消除,而对第二级的量化噪声进行了四阶整形。在减少了总体硬件成本和实施的难度下,达到了更好的噪声整形效果。其次,研究了具有级间反馈的两级MASH结构调制器和低失真结构。消除了低失真结构中的有源加法器,并应用于带有级间反馈的两级MASH结构调制器中,所提出的结构仅通过使用改进的低失真结构和一个额外的模拟路径实现了比传统MASH结构调制器更高一阶的噪声整形效果。因此,同样可以利用最小的额外电路,实现更高的信噪比。最后,提出了带有模拟噪声耦合的MASH结构调制器,所提出的MASH结构调制器通过将第二级的量化噪声经过时延单元后反馈到第二级量化器的输入端。因此,量化器的输出包含调制器第二级的输入信号和具有一阶整形效果的第二级量化噪声。这样提高量化噪声整形的效果并且不影响环路的稳定性。本文主要详细介绍了三种调制器的改进效果,对改进前后的结构进行理论的推导,使用MATLAB的simulink模块对其进行模拟仿真,仿真结果同样也说明了三种改进结构具有更高的量化噪声整形功能和量化信噪比。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN761
【图文】：

变化图,采样过程,变化图,奈奎斯特

逡逑２．１．１采样逡逑系统的采样过程可见图２－１，在采样之前，信号的幅值和时间都是连续的，逡逑通过采样处理之后，幅值依旧连续，时间呈散点分布。根据不同的采样频率和宽逡逑带，可以将信号分为奈奎斯特采样，欠采样，以及过采样这三种形式。假设在采逡逑样过程中，采样频率和信号的输入频率分别为NB和兑。如果两者之间的关系为逡逑又＜２．／５时，说明当前的采样状态为欠采样。如果／；邋＝邋２＿．八，则这种采样模式逡逑为之前说到的奈奎斯特采样。如果NB．＞邋２．／ｓ，即为过采样，当处于这种采样模逡逑式下，我们将，与２．尤的比值称作是过采样率（Ｏｖｅｒｓａｍｐｌｉｎｇｒａｔｅ，ＯＳＲ）。相逡逑比于奈奎斯特采样，在过采样模式下，采样信号宽带内的噪声会降低很多，这部逡逑分内容将会在接下来进行详细的说明。根据奈奎斯特采样定理

变化图,量化过程,变化图,量化器

逑２．１．２量化逡逑采集到信号之后，量化器会将其进行幅值上的离散化，结果可见图２－２。在逡逑此过程中，要将调制器中量化器的动态范围分为规定数目的量化间隔，并将间隔逡逑记为Ａ，量化之后的间隔是相等的，用给定的模拟幅度来表示量化后的间隔。采逡逑样数据信号的不同，量化器对其分割的间隔也是不同的，在Ｍ化过程中，原信号逡逑与量化之后的信号之间，会存在一定的误差，我们将其用＼表示。逡逑ｘ｛ｎｔ）逦ｘ｛ｎｔ）逡逑0邋Ｑ逦８逦０＾？NB逡逑量化邋７邋Ａ逡逑？｜邋｜逦＝＝＾＞邋＾邋ｆ；邋｜邋ｊｌｆ邋；＞－逡逑…丨丨．丨邋ｉ邋ｉ邋＞ｔ逦１１邋：逦！邋＞ｒ逡逑（ａ）离散时间信号逦（ｂ）离散时间信号逡逑图２－２量化过程信号的变化图逡逑在量化过程中，误差＆是不可避免的，我们可以将其看作是量化噪声，其逡逑．逦大小与量化器之间的间隔有关。通过分析可知，＇的大小在－Ａ／２到Ａ／２之间。逡逑其中一个Ｍｂｉｔ的量化器Ａ邋＝邋Ｊ＾／（２＂－ｌ），其中量化器的最大动态范围用｝＾表逡逑示。误差＼的大小

结构图,结构图,调制器,量化编码

２．２１：△调制器的理论逡逑２．２．１邋Ｚ邋Ａ模数转换器的原理与结构逡逑图２－３是２：ＡＡＤＣ结构图。和奈奎斯特型调制器比较而言，Ｚ△调制器的采逡逑样频率远大于转换信号的奈奎斯特频率，此外，Ｉ：△调制和脉冲编码调制也有很逡逑大差别，Ｉ；△调制是将采样之后形成的前一量值减去后一量值，然后将产生的差逡逑值加以量化编码，这样的量化编码也能够看成是依照信号波形包络加以得到逡逑［３２－３４］0逡逑（１）

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