CN101814932B - 基于数字中频的可变带宽的cdma数字滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明属数字滤波器技术领域，尤其涉及一种基于数字中频的可变带宽的CDMA数字滤波方法。利用滤波器系数对称模式，依次完成如下步骤：(1)将输入信号按顺序存入存储器；(2)按照先后顺序将输入值编号，将输入对称相加；(3)将步骤(2)所得结果与相应的滤波器系数相乘；(4)将步骤(3)所有结果进行累加，即得输出值。本发明所述存储器的容量与滤波器的系数个数一致。本发明节省硬件资源，可实现两种不同频段的滤波切换，选频和宽带信号共用，在不同速率的数据下，仍然具有相同形状的幅频响应。

Description

基于数字中频的可变带宽的CDMA数字滤波方法

技术领域

本发明属数字滤波器技术领域，尤其涉及一种基于数字中频的可变带宽的CDMA数字滤波方法。

背景技术

随着芯片技术的发展，通过数字技术可以完成越来越多的功能。越来越多的产品设计从模拟向数字转型，以前的模拟CDMA选频器也可以转变成数字的选频器。数字CDMA选频器相对于模拟的CDMA选频器有着很多优势：1、便于集成更多的功能；2、便于设备升级，模拟选频器一旦完成，很难改变设计，设备升级很困难，而数字选频器的主要功能是通过芯片内写入程序完成的，只要更改程序，重新下载既可完成新功能，升级极其方便；3、数字选频器可以更好的控制信号，例如噪声控制，单信道的功率控制等。相对应的中频滤波器也可以由数字FIR滤波器来完成。

数字滤波器的主要作用是在中频提供足够大的带外衰减。对于宽带的信号和选频的信号，由于带宽不同，需要设计不同的数字滤波器，但在有限地资源下，完成两个滤波器并设计相应的通信链路往往需要更多的硬件资源。在一般设计中往往只有宽带的信号处理，或者只有选频的信号处理。因此通常情况下，CDMA选频器和选带器不能通用，不能实现两种不同频段的滤波切换，设备使用时会浪费大量的硬件资源。另外，值得指出的是，国内现有的CDMA选频器，均采用模拟方式，其中频滤波采用的是中频声表面滤波器来完成。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种节省硬件资源，可实现两种不同频段的滤波切换，选频和宽带信号共用，在不同速率的数据下，仍然具有相同形状幅频响应的基于数字中频的可变带宽的CDMA数字滤波方法。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：

基于数字中频的可变带宽的CDMA数字滤波方法，采用滤波器系数对称模式，依次完成如下步骤：

（1）将输入信号按顺序存入存储器；

（2）按照先后顺序将输入值编号，将输入对称相加；

（3）将步骤（2）所得结果与相应的滤波器系数相乘；

（4）将步骤（3）所有结果进行累加，即得输出值。

本发明主要针对的是CDMA选频和选带器。它集成了对选频和选带的中频滤波功能。可以通过软件实现两种不同的频段的滤波切换。而且相对于使用两个分别的滤波器更加节省硬件资源。

本发明解决了选频功能与选带功能的共用，只设计一个滤波器，供选频和宽带信号共用。利用同样系数的数字低通滤波器，在不同速率的数据下，仍然具有相同形状的幅频响应，只是对应的通带频率，阻带频率不同。如果适当调节所处理的数据信号速率，就能实现通带的扩大和缩小。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为直线型数字滤波器结构图；

图2为本发明数字滤波器结构图；

图3为本发明数字滤波方法流程框图；

图4为本发明一种实施方式流程框图；

图5为本发明一种实施方式幅频响应示意图；

图6为本发明冲激响应图；

图7为本发明阶跃响应图；

图8为本发明零极点图；

图9为另一种实施方式幅频响应示意图。

具体实施方式

如图所示，基于数字中频的可变带宽的CDMA数字滤波方法，利用滤波器系数对称模式，依次完成如下步骤：

（1）将输入信号按顺序存入存储器；

（2）按照先后顺序将输入值编号，将输入对称相加；

（3）将步骤（2）所得结果与相应的滤波器系数相乘；

（4）将步骤（3）所有结果进行累加，即得输出值。

上述存储器的容量与滤波器的系数个数一致。

1、CDMA数字滤波器的工作原理

FIR滤波器的差分方程表达式为：

$y\[n\]=\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}h\[m\]x\[n-m\]---\left(1\right)$

其中，N为滤波器的阶数，h[m]是滤波器的系数。直接型的数字滤波结构如图1所示，利用滤波器系数对称的特点，优化成如图2形式。

从图2中，可以得出数字滤波器的实现方法：

首先，将输入信号按顺序存入存储器，存储器的容量和滤波器的系数个数一致。按照先后顺序将输入值编号，将输入对称相加。

a[m]=x[m]+x[N-m]       (2)

再与相应的滤波器系数相乘，

b[m]=a[m]*h[m]       (3)

然后对所有结果进行累加，记得到输出值

y[n]=b[1]+…+b[m]       (4)

设计滤波器的流程框图，如图3。

2、本发明工艺路线设计

本发明可选择对单频段1.23MHz的CDMA选频信号和10MHz带宽的CDMA宽带信号做滤波处理。若设计的AD采样速率为100Mbps，对10MHz的宽带信号进行滤波处理时，需要将采样速率降低至25Mbps，对1.23MHz进行滤波处理时，需要将采样速率降低至3.125Mbps。对于低采样率的数据还可以复用乘法器从而达到节省硬件资源，实现最大8选频的功能，如图4。

因为相对于选频信号，宽带信号需要更小的过渡带，因此按照宽带信号来设计滤波器系数。得到宽带的信号要求为：带宽10MHz，阻带频率为10.75MHz，阻带衰减为35dbc。经过仿真最小阶数为120阶。

3、滤波器的原理及设计

了解了CDMA信道所需要的幅频响应，就可以根据此来设计CDMA宽带信号所需要的滤波器：

采样频率f_s：25MHz

带内波动：<1db

带宽：9.8MHz（半带宽度4.9MHz）

阻带要求：-40dbc，5.5MHz；

根据要求利用MATLAB的滤波器设计工具：设计了94阶滤波器，1.5dB带宽为10MHz，3db带宽为10.2MHz，30db带宽为11MHz。幅频响应如图5所示。滤波器的冲激响应图为图6。滤波器的阶跃响应图为图7。滤波器的零极点图为图8。

本发明所设计的滤波器系数为：

考虑到设计时对滤波器系数的量化成12bit的二进制数，归一化的系数转化成整数化的系数后，得到的滤波器幅频响应图，见图9。

对照前面归一化系数的滤波器，整数化的滤波器的幅频响应误差很小可以接受。如果对应的采样速率为3.125Mbps。经过仿真，对于3.125Mbps的数据信号，同样的滤波器的1.5db带宽为1.25MHz，3db带宽为1.275Mhz，30db带宽为1.375Mhz，远远满足CDMA选频信号的要求。

Claims (1)

1.基于数字中频的可变带宽的CDMA数字滤波方法，其特征在于，利用滤波器系数对称模式，依次完成如下步骤：

（1）将输入信号按顺序存入存储器；

（2）按照先后顺序将输入值编号，将输入值对称相加；a[m]=x[m]+x[N-m]；其中，N为滤波器的阶数；

（3）将步骤（2）所得结果与相应的滤波器系数相乘；b[m]=a[m]*h[m]；其中，h[m]为滤波器的系数；

（4）将步骤（3）所有结果进行累加，即得输出值；y[n]=b[1]+…+b[m]。

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