所有关于电路
技术文章

什么是量化噪声的功率谱?

2021年3月7日通过韦斯布罗德斯基

我们关于量化噪声的系列文章首先阐明了作者用来确定他的量化噪声研究范围的框架。

该系列是在前两个系列中完成的工作继续工作。第一次检查如果同相和正交(I/Q)的组合和分离应采用模拟或数字方法。检查I / Q调制器和解调器以及模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)的性能。我们还讨论过是什么使得良好的通信链接表现在这种情况下。

adc和DAC称为数据转换器。由于没有太多关于现代通信波形的adc和dac的性能要求的信息,你的作者决定研究这些问题。的正确的adc和dac建模已经在第二系列中讨论过了,包括使用ENOB(有效数量)ENOB加上一个互调多项式。我们也审查了作者的建议,一个更有效的模型,包括一个低通滤波器

系列的目标

在检查数据转换器的性能时,经常会看到图1所示的情况。

图1所示。数据转换器使用的简化框图

总噪声以奈奎斯特带宽(BN)为n,滤波器可以是带通或低通,带宽为Bo。通常,假定噪声功率输出滤波器为:

滤波器的噪声功率= N(Bo/ BN)

方程1。注意,这个等式近似适用于ADC后面的任何合理滤波器,在任何中心频率。“合理的筛选”是指不太狭窄的筛选。

方程1假设噪声是白色的,或频率一致。

你想知道作者;在什么条件下这个通常被称为伪量化噪声[14]的假设是正确的?

从[3]到[32]的引用涵盖了这个问题的各个方面。为了澄清问题,您的作者还对各种输入的数据转换器进行了一些模拟。结果将在本系列中报告。

他仅考虑了均匀的量化,(所有步进尺寸相等),因为通常用于高速数据转换器。此外,不考虑Sigma-Delta转换器。

对于ADC应用,RF链增益通常足够大,因此来自先前组件的噪声高于量化噪声,因此量化噪声谱无关紧要。但是,这可以通过需要更多的RF增益和来自ADC的更高动态范围来增加系统成本。

对于DAC应用程序,希望DAC的噪声占主导地位,人们不希望为了确保传输噪声频谱是白色而在之后的链中添加噪声。

峰值,平均值和rms值

定义输入信号的电平是很重要的。图2显示了一个5位量化的正弦波。这个信号的电平通常称为0 dBFS;其中FS为量化器上的Full Scale。但是,射频工程师通常处理rms数量。由于正弦波的rms值比峰值低3 dB,所以图2的正弦波为-3 dBrmsFS,或0 dBpeakFS。

图2。

在该系列的其余部分,信号电平将在DBRMSFS或DBPEAKFS中指定,

另外,由于电源是电压的平方,因此该恒定包络正弦波的峰值平均功率比(PAPR)为3dB。实际上,所有带通相位或频率调制恒定包络信号(例如MSK)的PAPR为3dB。

“等一下!”you might say, Dear Reader. “Isn’t the PAPR of a constant-envelope signal such as MSK 0 dB? That is what people call it.”

事实上,当人们以这种方式提到PAPR时,他们指的是包络线的峰值功率与包络线的平均功率的比值。特别地,在描述信号的复包络[33]时,引用了PAPR。因为我们关注的是这个系列中的真实电压,所以PAPR将是真实峰值功率除以真实平均功率。这个PAPR将比通常引用的高出3分贝。


在下一篇文章中,我们将继续讨论模数转换器(ADC)输出的频谱。

使用缩写词

对于本系列的其余部分,请使用下表。

参考

以下参考资料也将贯穿本系列的其余部分:

介绍和动机

[1]数字或模拟?我和Q如何结合分离?

良好通信链路性能要求:IQ调制和解调

[2]如何为系统仿真建模数据转换器?

使用有效数量的BITS(ENOB)建模ADC

利用互调多项式和有效比特数建模adc

为ADC模型和DAC建模添加一个低通滤波器

有或没有裁剪效果的量化噪声

ADC和DAC

[3] Maloberti,弗朗哥;数据转换器;施普林格出版;2007

特定ADC,有或没有剪辑效果

杠杆,k.v.;“量化噪声谱”,《电子工程学报》,vol. 21, no. 1。9、945954页,1974年9月

而杆;“勘误:量化噪声谱”,《电机工程学报》,vol.122, no. 1。3,页272,1975年3月

葛晓明,“量化原理”,《电子与电子工程学报》,vol.25, no. 1。1978年7月,第427、436页

[6] GERSHO,A,“量化,”通信社会杂志,IEEE,Vol.15,No.5,PP.16,1977年9月16日

[7] Schuchman,L。,“抖动信号和它们对量化噪声的影响,”通信技术,IEEE交易,第12号,第162号,1964年12月165日,165年12月

[8]沃尔登,R.H.,“模数转换器和相关IC技术”,复合半导体集成电路研讨会,2008年.CSIC '08。IEEE,VOL。,NO。,第1卷,2,12-15,2008年10月2日

沃尔登,R.H.,“模拟转换器的表现趋势”,“通信杂志,IEEE,Vol.37,No.2,PP.96,101,1999年2月

[10] Walden, R.H., "Analog-to-digital converter technology comparison," Gallium Arsenide Integrated Circuit (GaAs IC) Symposium, 1994, Technical Digest 1994., 16th Annual , vol., no., pp.217,219, 16-19 Oct. 1994

[11] Walden, R.H., "Analog-to-digital converter survey and analysis," IEEE Journal on IEEE Journal on, vol.17, no. 4 . (ei收录)1999年4月,第539、550页

[12] Morgan, dr .,“带限高斯随机过程的有限极限效应及其在a /D转换中的应用”,声学,语音与信号处理,IEEE Transactions on the IEEE Transactions, vol.36, no. 1。1988年7月,第1011、1016页

[13], P.E.-K。, <波形量化的性能>,《通信学报》,vol.40, no。11,页1737,1745,1992年11月

[14] Dardari,“高速无线局域网接收机中联合裁剪和量化效应的精确分析”,通信,2003。ICC的03。IEEE国际会议,第5卷,第2期。,第5卷,第11-15页,2003年5月

[15]灰色,下午36号“量化噪声谱”,“量化噪声谱”,IEEE交易,Vol.36,No.6,PP.1220,1244,11月1990年11月

[16]无效水量,j .;“彩色噪声中正弦信号的量化噪声谱”,《信号处理》,IEEE Transactions on IEEE, vol.39, no. 1。8,页1780,1787,1991年8月

[17]他静;李刚;徐Xibin;姚燕,“线性数字滤波器的量化噪声谱估计”,通信技术学报,2000。2000年WCC - icct。国际会议,第1卷,第2期。,第187卷,2000年

[18] Bennett, W.R,“量化信号的频谱”,《Bell系统技术期刊》,第27卷,第1期。3,第446,472页,1948年7月

[19] Mohamed, E.M., "Low complexity channel estimation technique for MIMO-Constant Envelope Modulation," Wireless Technology and Applications (ISWTA), 2013 IEEE Symposium on, vol., no., pp.97, 102, 22-25 Sept. 2013

[20]克拉维尔,一个g .;Panter,p. f .;Grieg,D.D.,“脉搏计数调制系统的失真”,美国电气工程师研究所,Vol.66,No.1,PP.989,1005,1947年1月1日

DAC特定,有和没有剪切效果

[21]玲,W.A,“成型量化噪声和直接检测分立式多谐形的剪切失真,”Lightwave技术,Vol.32,No.9,PP.1750,1758,May1,2014

剪切的影响;ADC只

杨晓东,“高斯噪声的渐近失真谱[j],”通信学报,vol.40, no. 1。8,页1339,1344,1992年8月

[23] Dakhli,贝拉;Zayani r;“一种MIMO OFDM系统的非线性失真补偿与性能分析”,通信学报,2013,vol. no. 1。2013年7月7-10日,pp.000583,000587

[24] Dardari d;Tralli诉;“OFDM系统中非线性失真效应的理论表征”,《通信学报》,vol.48, no. 1。2000年10月,第1755、1764页

[25] Giannetti,F .;Lottici,v .;Stupia,I,“MC-CDMA传输中非线性失真噪声的理论表征,”个人,室内和移动无线电通信,2006年IEEE第17国际研讨会,Vol。,No.,PP.1,5,9月11日至14日。2006年

范弗莱克,J.H.;米德尔顿,“剪切噪声的频谱”,IEEE学报,第54卷,第4期。1966年1月19日第1页2

其他相关的数学处理

[27] Ermolova,纽约;Haggman S.-G。,“复值信号理论的扩展”,《信号处理学术研讨会》,2004年,北京。《第六届北欧会议论文集》,卷,号。,第45、48页,2004年6月11-11日

[28] Requicha, Aristides A G,“量化随机变量函数的期望值”,通信学报,vol.21, no. 1。7,第850,854页,1973年7月

[29] Pirskanen, j .;Renfors, M.,“多模式移动终端的量化和抖动要求”,通信,2001。国际电工技术会议2001,第4卷,第1期。, 2001年第1期

[30]熨斗,弗雷德H.莱利,K.J;Hummels,D.M;Friel,G.A,“噪音功率比和ADC测试”,IEEE交易,IEEE交易,Vol.49,3,PP.659,665,2000年6月

杨晓东,“基于nquist采样理论的粗振幅量化研究”,《电子学报》,vol.3, no. 1。1956年12月,第266,276页

[32] Rowe, H.E.,“高斯输入下的无记忆非线性:基本结果”,《Bell系统技术期刊》,第61卷,第1期。7,页1519,1525,1982年9月

Harry L . VanTrees;检测、估计和调制理论,第三部分,雷达/声纳信号处理和噪声中的高斯信号约翰·威利父子公司;1971.附录:“带通信号、系统和过程的复数表示”,AES-1,第6期,1979,页(s): 840 - 848。