專利名稱：參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺和方法
技術領域：
本發明涉及數字信號處理技術領域，主要涉及到多相濾波結構的具體實現，具體是一種參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺和方法，能實現參數化、模塊化、多通道、可變濾波器階數的數字下變頻設計。
背景技術：
利用專用集成電路來實現數字信號處理的技術具有成本高、重用率低和通用性差的特點。隨著信號處理技術的迅猛發展，軟件無線電成為當今信號處理領域的關鍵技 術。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現各種功能。因此軟件化的功能減少了功能單一、靈活性差的硬件電路設計，尤其是減少了模擬環節，充分發揮了信號處理數字化的優勢。隨著采樣速率的提高，一個重要問題就是采樣后的數據流速率很高，導致后續的信號處理速度跟不上；如果數據吞吐率太高，很難滿足實時性要求，所以對A/D后的數據流進行降速處理就顯得至關重要。一種可行的辦法就是采用數字下變頻技術，將高速數據流變成可實時處理的中低速數據流，再對低速數據作后續的處理。數字下變頻技術是軟件無線電接收的核心技術之一，通用的數字下變頻器也被越來越廣泛的應用到各種無線通信設備以及雷達和信息化家電等領域，具有極其的重要性。數字正交下變頻技術是將中頻采樣信號變換到數字基帶，主要有兩種實現方法基于數字混頻的正交變換法和基于多相濾波結構的數字正交變換法。前者是將中頻采樣輸出信號與本地振蕩器產生的兩路正交信號分別相乘進行數字混頻，將混頻后的信號經過低通濾波器，濾除高頻分量，得到所需的基帶正交雙路信號。這種下變頻方法的缺點是對于寬帶中頻信號，需要較高的采樣率，由于工作頻率的限制，很難設計出滿足需要的低通濾波器。基于多相濾波結構的數字正交變換法利用帶通采樣定理，根據載頻和信號帶寬確定中頻采樣頻率，分別選取采樣后的奇偶序列，通過校正濾波器，來實現輸出雙路正交信號。根據FIR濾波器的多相結構和等效變換原理，可以將低通濾波和抽取同時進行，大大降低了對濾波器處理速率的要求。這種下變頻方法的缺點是分支濾波器的階數和抽取后的數據速率是固定的，當運用在不同的系統中時，改動較大，靈活性較差，通用性不強。
發明內容
本發明的目的在于克服上述數字下變頻技術靈活性差、通用性不強等缺點，提供一種模塊化、參數化、多通道、可變濾波器階數的數字下變頻設計平臺和方法。本發明能夠實時接收配置參數和濾波器的系數，采用子模塊搭建的方法實現數字下變頻，具有易用性、通用性和靈活性等特點。本發明是一種參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺，包括有模數轉換模塊和N通道數字下變頻模塊，N路模擬信號經模數轉換模塊輸出的數字信號送給N個數字下變頻模塊做數字下變頻處理，并輸出N路基帶數字信號；本發明的參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺還包括有N通道模擬信號整形模塊、參數接收模塊、輸入通道選通模塊、N通道參數輸入端口，N路模擬信號輸入給N通道模擬信號整形模塊，輸出N路經整形的模擬信號并送給模數轉換模塊，同時數據接口將參數送給參數接收模塊，參數接收模塊將通道選通的控制信號送給輸入通道選通模塊，輸入通道選通模塊輸出N個通道使能控制信號給模數轉換模塊，在N個通道使能控制信號的控制下，模數轉換模塊對選出的M(M< N)路模擬信號做模數轉化，輸出M路數字信號給M個數字下變頻模塊，同時參數接收模塊將M路的通道參數分別送給M個數字下變頻模塊的參數輸入端口，在參數控制下做M路數字下變頻處理，并輸出M路基帶數字信號，每路基帶信號由I、Q兩路正交的數字信號構成；所述數字下變頻模塊為參數化模塊化的數字下變頻模塊。數字下變頻技術是軟件無線電接收的核心技術之一，同時數字下變頻技術也被越來越廣泛的應用到各種無線通信設備以及雷達和信息化家電等領域，但是現有數字下變頻 技術靈活性差、通用性不強等缺點使其在應用中受到很大限制。為了使數字下變頻技術得到更廣泛的應用，本發明在現有數字下變頻技術的基礎上，采用參數化和模塊化的思想，使數字下變頻作為一個模塊，對這個模塊實現參數化控制。為實現發明目的，本發明提供的可變數據速率、可變濾波器階數的參數化模塊化數字下變頻設計平臺，同時實現N(N> I)個通道信號的數字下變頻，各通道的數字下變頻模塊可通過參數配置獨立使用。本發明對選出的M路信號的數字下變頻處理都是基于上述參數化模塊化數字下變頻的設計思想實現的，通過對M個數字下變頻模塊的參數輸入，實現M路信號在各自參數控制下的數字下變頻處理，輸出M路基帶數字信號，其中每路基帶信號包括I、Q兩路正交的信號。本發明的實現還在于參數化模塊化的數字下變頻模塊，在原有正交混頻模塊、數據延遲緩存模塊、濾波器系數模塊和乘累加模塊的基礎上還增加有參數輸入端口、濾波器階數和數據速率控制模塊、分支濾波器系數模塊。參數輸入端口同時將濾波器階數控制信號和速率控制信號送給濾波器階數和數據速率控制模塊，濾波器階數和數據速率控制模塊同時輸出濾波器階數和分支抽取倍數信號給分支濾波器系數模塊，并將分支抽取倍數信號送至數據延遲緩存模塊的輸入端；分支濾波器系數模塊和參數輸入端口之間設有反饋命令信息通道和濾波系數發送通道，根據參數選出處理要用的分支濾波器系數，分支濾波器系數模塊將各分支濾波器系數送給乘累加模塊；同時正交混頻的數據送給數據延遲緩存模塊，在分支抽取倍數信號的控制下，數據延遲緩存模塊對混頻的數據進行參數控制下的延遲和抽取處理，對抽取后的數據做緩存，然后輸出給乘累加模塊；乘累加模塊完成數據和濾波器系數的乘累加并輸出數字下變頻模塊的基帶數字信號。數字下變頻模塊的實現是通過子模塊搭建實現，各個子模塊通過相互之間的互聯信號連接。數字下變頻模塊的子模塊有正交混頻模塊、濾波器階數和數據速率控制模塊、分支濾波器系數模塊、數據延遲緩存模塊、乘累加模塊。同時本發明設置多種數據接口，可方便與外部設備之間實現交互式通信，同時數據接口的設計也體現了本發明在此基礎上的可擴展性，使數字下變頻技術在運用起來更加靈活和簡單。本發明的實現還在于參數化模塊化數字下變頻模塊中的分支濾波器系數模塊也是參數化控制的。分支濾波器系數模塊和參數輸入端口之間設有反饋命令信息通道和濾波系數發送通道，根據濾波器階數和分支抽取倍數信號對濾波器系數進行選擇。如果內部預置的濾波器系數能滿足設計的需求，選擇使用預置在緩存區A中的濾波器系數；如果確定的濾波器階數與預置的濾波器階數不匹配，則向參數輸入端口發送反饋信號，并經參數接收模塊輸出給數據接口，要求數據接口發送相應階數的濾波器系數，并將實時接收到的濾波器系數緩存在分支濾波器系數模塊的緩存區B中，送給各個分支的乘累加模塊。本發明不僅是一種參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺還是參數化模塊化多通道數字下變頻的一種設計方法，其設計流程如圖3所示，設計過程包括A、N通道即多通道模擬信號整形模塊對N路要處理的模擬信號進行整形，輸出N路整形后的模擬信號并發送給模數轉換模塊。B、參數接收模塊接收數據接口主要包括以太網口、PCI 口、串口、USB 口送來的參數和所需的濾波器系數，同時從數字下變頻模塊將反饋信息發送給數據接口，進行交互式 處理。C、輸入通道選通模塊輸出N個通道的使能控制信號，根據參數接收模塊送來的通道選通控制信號產生N個通道使能控制信號，該使能控制信號作為下述模數轉換模塊的輸入信號。D、模數轉換模塊包括N個模數轉換器，模數轉換模塊在輸入通道選通模塊中給出的N個使能控制信號的控制下，選出M路整形的模擬信號進行模數轉換并輸出M路獨立的
數字信號。上述過程主要實現對輸入模擬信號通道的選通和模數轉換，本發明通過實時接收參數，解析出通道使能控制信號，選出需要處理的通道進行后續的數字下變頻處理。E、參數化數字下變頻模塊包括M個數字下變頻處理模塊，其中每個數字下變頻模塊都是通過輸入參數來實現參數化設置和控制，數字下變頻模塊的具體實現過程依次包括正交混頻、濾波器階數和數據速率控制、分支濾波器系數選擇、數據延遲緩存和乘累加；經數字下變頻模塊后得到M路數字下變頻處理后的基帶數字信號。本發明的實現還在于以上過程B中的參數接收模塊，其參數的接收、形成和分配如下所示BI、接收數據接口(數據接口可為以太網口、PCI 口、串口、USB 口等)送來的命令和相應的濾波器系數，同時將各個數字下變頻模塊反饋的信息發送給數據接口。B2、根據具體的通信協議解析接收的命令，得到各個通道的濾波器階數控制信號L和速率控制信號K，輸出給相應通道的數字下變頻模塊的參數輸入端口，實現對各路數字下變頻的參數化控制。B3、接收濾波器系數，并將濾波器系數進行緩存，然后輸出給相應通道的分支濾波器系數模塊。本發明的實現還在于以上過程C中輸入通道選通模塊的使能控制信號的產生，其廣生方法是Cl、輸入通道選通模塊接收參數接收模塊送來的通道選通的控制信號，根據具體的接口通信協議解析控制信號，得到N個通道的使能控制信號Ctrl [N-1:0]，Ctrl [N_l: O]的初始化值設為零，且定義為高有效。C2、其中Ctrl [O]是通道I的模數轉換使能控制，Ctrl [I]是通道2的模數轉換使能控制，…，Ctrl [N-1]是通道N的模數轉換使能控制。
C3、當Ctrl
為高時，表示通道I使能即選擇通道I的模擬信號進行模數轉換，當Ctrl [O]為低時，表示通道I不使能即通道I的模擬信號不進行模數轉換；當Ctrl [I]為高時，表示通道2使能，當Ctrl [I]為低時，表示通道2不使能，…，依此類推分別用N個使能控制信號中的M個有效的信號選擇所需要的M個通道。本發明的實現還在于參數化數字下變頻模塊實現數字下變頻處理，對選出的M路數字信號的每一路的數字下變頻處理都可使用數字下變頻模塊通過輸入參數進行參數化控制實現數字下變頻。數字下變頻模塊的設計過程包括正交混頻、濾波器階數和數據速率控制、分支濾波器系數選擇、數據延遲緩存和乘累加；以下對各個過程進行詳細說明El、正交混頻將模數轉換輸出的數字信號與正交本振序列
權利要求
1.一種參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺，包括有模數轉換模塊和N通道數字下變頻模塊，N路模擬信號經模數轉換模塊輸出的數字信號送給N個數字下變頻模塊做數字下變頻處理，并輸出N路基帶數字信號；其特征在于參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺還包括有N通道模擬信號整形模塊、參數接收模塊、輸入通道選通模塊、N通道參數輸入端口，N路模擬信號輸入給N通道模擬信號整形模塊，輸出N路經整形的模擬信號并送給模數轉換模塊，同時數據接口將參數送給參數接收模塊，參數接收模塊將通道選通的命令送給輸入通道選通模塊，輸入通道選通模塊輸出N個通道使能控制信號給模數轉換模塊，在N個通道使能控制信號的控制下，模數轉換模塊對選出的M路模擬信號做模數轉換，輸出M路數字信號給M個數字下變頻模塊，同時參數接收模塊將M路的通道參數分別送給M個數字下變頻模塊的參數輸入端口，在參數控制下做M路數字下變頻處理，并輸出M路基帶數字信號；所述數字下變頻模塊為參數化模塊化的數字下變頻模塊。
2.根據權利要求I中參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺，其特征在于參數化模塊化的數字下變頻模塊，在原有正交混頻模塊、數據延遲緩存模塊、濾波器系數模塊和乘累加模塊的基礎上還增加有參數輸入端口、濾波器階數和數據速率控制模塊、分支濾波器系數模塊，參數輸入端口同時將濾波器階數控制信號和速率控制信號送給濾波器階數和數據速率控制模塊，濾波器階數和數據速率控制模塊同時輸出濾波器階數和分支抽取倍數信號給分支濾波器系數模塊，并將分支抽取倍數信號送至數據延遲緩存模塊的輸入端，分支濾波器系數模塊和參數輸入端口之間設有反饋命令信息通道和濾波系數發送通道，根據參數選出實際需要的分支濾波器系數，分支濾波器系數模塊將各分支濾波器系數送給乘累加模塊；同時正交混頻的數據送給數據延遲緩存模塊，在分支抽取倍數信號的控制下，數據延遲緩存模塊對混頻的數據進行參數化控制下的延遲和抽取的降速處理，對降速后的數據做緩存，然后輸出送給乘累加模塊，乘累加模塊完成數據和濾波器系數的乘累加并輸出數字下變頻的I、Q兩路基帶數字信號。
3.根據權利要求2中參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺，其特征在于參數化模塊化數字下變頻模塊中的分支濾波器系數模塊也是參數化控制，根據濾波器階數和分支抽取倍數信號對濾波器系數進行選擇，如果內部預置濾波器系數能滿足設計的需求，選擇使用預置在緩存區A中的濾波器系數，如果確定的濾波器階數與預置的濾波器階數不匹配，向參數輸入端口發送反饋信號，并經參數接收模塊輸出給數據接口，要求數據接口發送相應階的濾波器系數，并將實時接收到的濾波器系數緩存在分支濾波器系數模塊的緩存區B中，送給各個分支的乘累加模塊。
4.一種參數化模塊化多通道數字下變頻設計方法，其特征在于設計過程包括 A、N通道即多通道模擬信號整形模塊對N路要處理的模擬信號進行整形，輸出N路整形后的模擬信號并發送給模數轉換模塊； B、參數接收模塊接收數據接口主要包括以太網口、PCI口、串口、USB 口送來的參數和所需的濾波器系數，同時從數字下變頻模塊將反饋信息發送給數據接口，進行交互式處理； C、輸入通道選通模塊輸出N個通道的使能控制信號，根據參數接收模塊送來的通道選通控制信號產生N個通道使能控制信號，該使能控制信號作為下述模數轉換模塊的輸入信號；D、模數轉換模塊包括N個模數轉換器，模數轉換模塊在輸入通道選通模塊中給出的N個使能控制信號的控制下，選出M路整形的模擬信號進行模數轉換并輸出M路獨立的數字信號; E、參數化數字下變頻模塊包括M個數字下變頻處理模塊，其中每個數字下變頻模塊都是通過輸入參數來實現參數化控制，數字下變頻模塊實現數字下變頻的具體實現過程依次包括正交混頻、濾波器階數和數據速率控制、分支濾波器系數選擇、數據延遲緩存和乘累加； F、對輸入的N個通道的要處理的模擬信號分別執行設計過程A E的操作，得到M路數字下變頻處理后的基帶數字信號。
5.根據權利要求4中所述的參數化模塊化多通道數字下變頻設計方法，其特征在于參數接收過程，其中參數的接收、形成和分配如下所示 BI、接收數據接口送來的命令和相應的濾波器系數，同時將各個數字下變頻模塊反饋的信息發送給給數據接口； B2、根據具體的通信協議解析接收的命令，得到各個通道的濾波器階數控制信號L和速率控制信號K，輸出給相應通道的數字下變頻模塊的參數輸入端口，實現對各路數字下變頻的參數化控制； B3、接收濾波器系數，并將濾波器系數進行緩存，然后輸出給相應通道的分支濾波器系數模塊。
6.根據權利要求5所述的參數化模塊化多通道數字下變頻設計方法，特征在于輸入通道選通的使能控制信號的產生，其產生方法是 Cl、輸入通道選通模塊接收參數接收模塊送來的通道選通的控制信號，根據具體的接口通信協議解析控制信號，得到N個通道的使能控制信號Ctrl[N-l:0]，Ctrl[N-l:0]的初始化值設為零，且定義為高有效； C2、其中Ctrl [O]是通道I的模數轉換使能控制，Ctrl [I]是通道2的模數轉換使能控制，…，Ctrl [N-1]是通道N的模數轉換使能控制； C3、當Ctrl [O]為高時，表示通道I使能即選擇通道I的模擬信號進行模數轉換，當Ctrl [O]為低時，表示通道I不使能即通道I的模擬信號不進行模數轉換；當Ctrl [I]為高時，表示通道2使能，當Ctrl [I]為低時，表示通道2不使能，依此類推分別用N個使能控制信號中的M個有效的信號選擇所需要的M個通道。
7.根據權利要求6中所述的參數化模塊化多通道數字下變頻設計方法，其特征在于參數化數字下變頻的實現，對選出的M路數字信號的每一路的數字下變頻都可實現參數化控制，設計過程包括正交混頻、濾波器階數和數據速率控制、分支濾波器系數選擇、數據延遲緩存和乘累加；以下對各個過程進行詳細說明 E1、正交混頻將模數轉換輸出的數字信號與正交本振序列
全文摘要
本發明的參數化模塊化多通道數字下變頻設計平臺和方法，屬數字信號處理領域。設計平臺為參數化模塊化的數字下變頻設計平臺，是對N通道的模擬輸入信號選出M個通道進行模數轉換，做數字下變頻處理輸出M路基帶數字信號。本發明也是一種設計方法，設計過程為輸入模擬信號選通做模數轉換后正交混頻；實時解析濾波器階數H和分支抽取倍數D，將正交混頻后的信號分別延遲、抽取、緩存；同時將選取的濾波器系數抽取重排，得到各分支濾波器系數向量并緩存；將緩存的數據和系數做乘累加處理，對其結果周期性抽取、求和，得到M路輸出。本發明具有易用性、通用性和靈活性的優點，用于將多路中頻采樣信號變換成基帶信號，同時達到降低數據速率的目的。
文檔編號H04L25/02GK102882814SQ20121032143
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者蘇濤, 陳倩, 閆海莉, 楊濤, 許磊, 郭文偉 申請人:西安電子科技大學