CN100574098C - 基于可编程逻辑器件的插值cic滤波器及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器及实现方法。该方法包括：通过一插值模块对输入的数据信号进行插值；将插值后的数据信号输入一滤波器组；所述滤波器组对所述插值后的数据信号进行处理，并输出处理后的数据信号。本发明的基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器及实现方法，与现有技术相比，由于优化了CIC滤波器的设计结构，每阶的输入输出数据位宽保持一致，这样自然级联下来，避免了设计中需要进行位宽扩展的问题，大量节省设计中占用的寄存器资源，同时也使CIC滤波器更容易模块化，只需要简单的重复调用即可完成阶数的扩展。
Description
技术领域
本发明涉及数字信号处理的多速率转换，特别涉及基带数字信号处理中DDC(Digital Down Converter，数字下变频)/DUC(Digital Up Converter，数字上变频)的速率转换。
背景技术
随着数字信号处理的速率越来越快，数字信号处理的多速率转换的应用越来越普遍，尤其是在软件无线电中的应用更为广泛。软件无线电所基于的理论之一是带通采样定理，采样率越高越好，有利于***的简化。另外对于一个频率很高的射频信号进行采样时，提高采样率有利于提高采样信号的量化信噪比，这就有必要在解调端对信号进行下抽样，CIC滤波器就是进行多速率转换的常用器件之一。
在数字基带处理部分，通常先对信号进行数字上变频(DUC)处理，DUC装置的基本结构如图1所示，包括RRC(升余弦)滤波器、半带(HB)滤波器和CIC滤波器。CIC滤波器是级联积分梳状滤波器的缩写，由于CIC滤波器只需要加法器而不需要乘法器，因此实现起来非常简单，而且节省硬件资源，被广泛的使用。CIC滤波器通常用在速率最高的一级。CIC滤波器的基本结构如图2所示，CIC滤波器是由梳状器和积分器组成，对于插值滤波器来说，前面是梳状器，后面是积分器；抽取滤波器正好相反，前面是积分器，后面是滤波器。
CIC滤波器可以基于FPGA(可编程逻辑器件)实现，在FPGA实现CIC滤波器的过程中，会产生以下几个问题：一、CIC滤波器由于积分器会导致溢出的问题，所以需要对输入数据的位宽进行扩展来解决。二、CIC滤波器的阻带衰减和过渡带特性不是很好，一般是通过CIC滤波器的级联来改善，但是CIC滤波器级联的阶数又会使溢出问题更加严重，这就需要扩展更多位，导致一个恶性循环。同时，现有技术的CIC滤波器级联带来的一个缺点就是会多占用很多寄存器资源。
现有的CIC滤波器的级联都是如图3所示的结构。公开号为CN1635706，公开日为2005年7月6日，名称为“一种CIC滤波器及其实现方法”的中国发明专利申请中就公开了一种CIC滤波器及实现方法：首先将数据信号输入一梳状滤波器组进行滤波，所述梳状滤波器组由若干梳状滤波器级联而成；然后将滤波后的数据信号输入一保持器；再后将保持器输出的数据信号经一积分器组输出，所述积分器组由若干积分器级联而成，与所述梳状滤波器组的级数相同。这种结构的滤波器的梳状器和积分器是分开实现的，当滤波器的阶数改变时，梳状器和积分器的级联个数都要相应改变，设计时需要较大的修改，不利于模块化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器及实现方法，可以解决现有技术的多级级联中位宽扩展而占用过多寄存器资源的问题，同时可以实现CIC滤波器级联的模块化。
为了解决上述问题，本发明提供的基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器的实现方法，包括以下步骤：
(1)对输入的数据信号进行插值；
(2)将插值后的数据信号输入一滤波器组；所述滤波器组由至少两个单阶CIC滤波器串联而成，每个单阶CIC滤波器由一个梳状器和一个积分器串联而成；
(3)所述滤波器组对所述插值后的数据信号进行处理，并输出处理后的数据信号。
进一步地，所述步骤(1)中，所述插值为在所述数据信号的每个数值后***数值“0”。
进一步地，所述步骤(1)中，在所述数据信号的每个数值后***数值“0”的个数为R-1个，所述R为要实现的插值倍数。
进一步地，所述步骤(1)中，所述插值为在所述数据信号的每个数值后***当前数值。
进一步地，所述步骤(1)中，在所述数据信号的每个数值后***当前数值的个数为R-1个，所述R为要实现的插值倍数。
本发明提供的基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器，包括一插值模块和一滤波器组，其中，
所述插值模块，用于对输入的数据信号进行插值；
所述滤波器组，用于对所述插值模块插值后的数据信号，进行处理，并输出处理后的数据信号；所述滤波器组由至少两个单阶CIC滤波器串联而成，每个单阶CIC滤波器由一个梳状器和一个积分器串联而成。
进一步地，所述插值模块用于在输入的数据信号的每个数值后***R-1个数值“0”，所述R为要实现的插值倍数。
进一步地，所述插值模块用于在输入的数据信号的每个数值后***R-1个当前数值，所述R为要实现的插值倍数。
本发明的基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器及实现方法，与现有技术相比，由于优化了CIC滤波器的设计结构，每阶的输入输出数据位宽保持一致，这样自然级联下来，避免了设计中需要进行位宽扩展的问题，大量节省设计中占用的寄存器资源，同时也使CIC滤波器更容易模块化，只需要简单的重复调用即可完成阶数的扩展。
附图说明
图1是对信号进行数字上变频处理的流程图；
图2是现有技术中一种CIC滤波器的基本结构图；
图3是现有技术中一种级联CIC滤波器的基本结构图；
图4是本发明的一单阶CIC滤波器的基本结构图；
图5是本发明的插值CIC滤波器的结构示意图。
具体实施方式
本发明优化了CIC滤波器级联的结构，把梳状器和积分器的组合成一个单阶的CIC滤波器，通过单阶CIC滤波器串联来达到同样的级联目的，实现了模块化。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
一个单阶CIC滤波器的结构如图4所示，它包括一个梳状器和一个积分器，梳状器和积分器串联在一起构成一个单阶CIC滤波器。图中Z-M和Z-1中的M和1分别表示数据延时单元的个数。
图5是按照本发明实现N阶CIC滤波器级联的结构框图。
在实例中，N表示CIC滤波器级联的单元数，R表示插值的倍数。本实施例包括一个插值模块和一个CIC滤波器组。CIC滤波器组由N(或者N-1)个单阶CIC滤波器串联而成，单阶CIC滤波器由梳状器和积分器构成。
利用上述N阶CIC滤波器级联对数据信号进行处理的过程是：
由插值模块对输入的数据信号进行插值处理，并将插值后的数据信号输入一滤波器组；
滤波器组对插值后的数据信号进行处理，并输出处理后的数据信号。
上述处理过程中，数据信号从输入到插值输出，到经过每一个单阶的CIC滤波器的输出，每一步的处理过程中，数据输入输出的位宽不变。
其中，插值模块对数据信号进行插值可以有如下两种实现方法：
a、在数据信号的每个数值后插“0”；
b、在数据信号的每个数值后***当前的值。
例如，要实现R倍插值的N阶CIC滤波器，设输入序列为(d1，d2，d3，d4)，则按方法a进行插值处理后输出的序列为(d1，0，0...0，d2，0，0...0，d3，0，0...0，d4，0，0...0)，其中d1，d2，d3，d4后面各有(R-1)个0；
按方法b进行插值处理后输出的序列为(d1，d1...d1，d2，d2...d2，d3，d3...d3，d4，d4...d4)，即在d1后***(R-1)个d1，d2后***(R-1)个d2，d3后***(R-1)个d3，d4后***(R-1)个d4，处理后的数据信号d1，d2，d3，d4的个数各有R个。其中，对于实现N阶的CIC滤波器，如果按照方式a插值，需要串联N个单阶的CIC滤波器；如果按照b方式插值，只需要串联N-1个单阶的CIC滤波器。
Claims (8)
1、一种基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对输入的数据信号进行插值；
(2)将插值后的数据信号输入一滤波器组；所述滤波器组由至少两个单阶CIC滤波器串联而成，每个单阶CIC滤波器由一个梳状器和一个积分器串联而成；
(3)所述滤波器组对所述插值后的数据信号进行处理，并输出处理后的数据信号。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，所述插值为在所述数据信号的每个数值后***数值“0”。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，在所述数据信号的每个数值后***数值“0”的个数为R-1个，所述R为要实现的插值倍数。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，所述插值为在所述数据信号的每个数值后***当前数值。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，在所述数据信号的每个数值后***当前数值的个数为R-1个，所述R为要实现的插值倍数。
6、一种基于可编程逻辑器件的插值CIC滤波器，其特征在于，包括一插值模块和一滤波器组，其中，
所述插值模块，用于对输入的数据信号进行插值；
所述滤波器组，用于对所述插值模块插值后的数据信号，进行处理，并输出处理后的数据信号；所述滤波器组由至少两个单阶CIC滤波器串联而成，每个单阶CIC滤波器由一个梳状器和一个积分器串联而成。
7、如权利要求6所述的插值CIC滤波器，其特征在于，
所述插值模块用于在输入的数据信号的每个数值后***R-1个数值“0”，所述R为要实现的插值倍数。
8、如权利要求6所述的插值CIC滤波器，其特征在于，
所述插值模块用于在输入的数据信号的每个数值后***R-1个当前数值，所述R为要实现的插值倍数。
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