[发明专利]用于减小传输多载波信号的量化噪声的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及数字通讯领域，更具体地，涉及数字传输中的噪声减小领域。

背景技术

本发明可具体应用于多个副载波(sub-carrier)(以下为：多载波)编码调制(也被称为OFDM(即，正交频分多路复用))领域。OFDM调制的基本原理是将频带分割成N个子带(sub-band)，其中，N一般是2的幂，并且每个子带通过副载波传输数据。

参考图1，二进制数据BD的传输多载波调制首先以在按照2ⁿ比特的QAM所调制的复数中映射比特组(2比特，4比特......)开始，从而获得待传输的频率矢量的N个分量X₁，...X_N。此后利用频率/时间转换器(例如IFFT(快速傅里叶逆变换))将这个矢量从频域转换为时间数据，而后在多路复用器MP中多路复用。此后所述数据通过数模转换器(被称为DAC转换器)转换，在线路上发送并且通过逆序处理顺序(即模数转换器CAN、多路分用器DP、快速傅里叶变换IFF)接收，从而在接收侧获得频率矢量的N个分量H₁X₁，...，H_NX_N。

这种技术被用于许多远程通讯标准中，因此将有用的频带分割成N个独立的子带成为可能。

在数字数据传输中一个非常重要的步骤是数字信号到模拟信号的转换。为此，在对数字信号的频率采样时运行DAC转换器，使用固定的比特位数表示输入信号。

此后输入的数字信号被量化，并且因此被截断。为了符合DAC的规范，例如在10比特的DAC的情况下，数字信号在被传输前以正好10个比特表示。这个量化步骤产生一种噪声，被称为量化噪声，该量化噪声从传输信号的那一刻起就出现了。因此，这种噪声会明显地限制系统性能。

此外，当传输信号具有依据于频率的功率变化时，则量化噪声以依据于传输频率的SNR比率(信噪比)的不同来影响传输信号的载波频率，这会导致性能降低。该影响取决于所有归因于副载波的可用QAM(正交调幅)调制(QPSK正交相移键控)是有限的这个事实：在一定的SNR比率(例如30dB)以外，SNR的损耗总是会引起性能的损耗，而当达到提供最大比率的调制方式(例如QAM1024)时，SNR比率的增益将不会引起性能的增益。

然而，通常对传输功率施加规范，传输功率不应超出一定的水平。该最大水平可以由标准设定。当在载波电流上传输或者PLC(电力线通讯)时，此种规范具体体现为对功率谱密度的限定施加规范，在0-30MHz的频带中为-50dBm/Hz的功率，并且在30-300MHz的频带中为-80dBm/Hz的功率。

因此，在此标准的示例中，高于30MHz的载波的功率应当减小30dB。为此，图1中图示的常规方法在于：在逆变换IFFT的应用前，将每个复数分量X_k预乘以系数A_k以便能够对待传输的信号施以可变功率。在此示例中，选择系数A_k以使所有对应的频率高于30MHz的载波相应地减小30dB。

图2图示了在频谱域依据于频率的信号振幅。无论传输信号的功率谱密度是多少，量化噪声Qn是固定的。因此，此种量化噪声具有与传输的有效信号(Es)不同的形状，传输的有效信号根据频谱带(低频带：0-30MHz，高频带：30MHz以上)而变化。结果，低频带具有比高频带的平均信噪比(SNR)高的平均SNR。所以，在所示的10比特的转换器的示例中，高频带具有限定在20dB的SNR比率(Rh)，该Rh是不理想的并且极度限制流量，而低频带的噪声比(Nr)比率高于40dB，这是非常令人满意的。为SNR比率所限定的信号为有效信号(Es)，其它信号(峰值平均信号“PAR”和边缘信号“Marge”)平行于有效信号而且明显更高，并且也具有更高的SNR比率。

因为如果转换器具有的比特位数越多，则量化噪声将变得越弱，所以一种已知的用于减小高频带(30MHz以上)中的量化噪声的解决方案是增加转换器的比特位数。例如，通过15比特的转换器，图2中的SNR比率在所有频带上均变得高于40dB。

这种解决方案的弊端在于：由于输入了大量的比特位数，转换器具有显著高的成本。

另一个解决方案是使用两个转换器，每个频带使用一个，从而将在每个频带获得令人满意的SNR。这种方法的弊端也在于转换器的高成本。