基于搜索算法的前传Delta-Sigma调制器优化设计.docx
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2022-07-12
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移动前传通常定义为基带单元(BaseBand Unit, BBU)和远端射频单元(Remote Radio Header,
RRH)之间的传输段。按照所传输的信号形式，移动前传可以分为模拟前传和数字前传。
模拟前传具有很高的频谱效率，但其以模拟信号通过光纤链路传输，因此信号很容易因为噪声和失
真 而 受 到 损 伤
[1-3]
。 数 字 前 传 则 是 以 数 字 信 号 在 光 纤 链 路 中 传 输 ， 调 制 格 式 以 开 关 键 控 (On-Off
Keying，OOK)和脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation, PAM)为主，相比于模拟前传，
数字前传对噪声及非线性等信道损伤的容忍性更好。通常而言，数字前传在移动前传中被认为是频
谱效 率不高的， 但如果 考虑到 光信道的信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)和 模拟信 号的失 真，
数字前传也可能达到与模拟前传相当的频谱效率
[4]
。
当前使用的前传接口是通用公共无线电接口(Common Public Radio Interface，CPRI)，这种接
口使用 16 个比特位对信号进行量化编码，所需的带宽较大，因此，这种接口不适用于大容量的第
五代移动通信技术(5th Generation Mobile Networks, 5G)移动服务
[1]
。2017 年，佐治亚理工
学院的 Wang J 等人首次使用 Delta-Sigma 调制(Delta-Sigma Modulation，DSM)技术替代了
传统 CPRI 的功能
[5]
。
本文提出通过遗传算法对 Delta-Sigma 调制器结构参数进行搜索优化，得到一组新的参数。与文
献[5]相 比 ， 本 文 所提 方 法 提 高了系 统 整 体 传输 容 量 ， 同 时降 低 了 系 统 平均 误 差 向 量幅度 (Error
Vector Magnitude, EVM)。
1 DSM 原理与设计
DSM 一般被当作是一种模数转换(Analog to Digital Converter，ADC)的方案，其输入是待调制
的模拟波形，值得注意的是，调制过程是对输入信号调制格式透明的，因此作为 ADC 的关键技术
是广泛适用的。近年来，得益于工艺的提升和较大规模的电路设计技术的改进，Delta-Sigma ADC
在技术上实现了一定的突破，可以实现更高的输入信号带宽和较高分辨率，并在无线和有线通信应
用中得到广泛部署
[6]
。
DSM 的基本原理如图 1 所示，在调制过程中，首先对输入模拟波形进行采样，得到与时间相关的
离散的电平值，与常用的奈奎斯特 ADC 不同，此处使用的采样速率远高于奈奎斯特第一定律所要
求的采样速率，以此增加量化噪声分布的频带，在量化噪声总功率一定的情况下，采样率越高，信
号频带范围内的噪声功率越低，SNR 也就越高。
图 1 DSM 工作原理
下载: 原图 | 高精图 | 低精图
在调制过程中，噪声整形也是提高 SNR 的重要手段。对于奈奎斯特采样后的频谱，量化噪声是均
匀分布在整个频带范围内的，而 DSM 带有噪声整形的效果，量化噪声的分布不是平坦的，而是具
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