CN102118139B - 一种处理滤波器的有限精度效应的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理滤波器的有限精度效应的方法及装置，其中所述装置，包括：调整滤波模块，用于对所述有效位宽调整模块反馈的经过有效位宽截取的输出信号进行滤波，并提取出不同频段输出的平局能量，根据所述平局能量与能量门限得到误差值，并发给移位指示模块；移位指示模块，用于根据所述误差值与设置的能量门限进行比较，并依据结果调整有效位宽的截取位置，获得新的位宽截取模式并通知有效位宽调整模块；有效位宽调整模块，用于根据新的位宽截取模式从所述待调整滤波器的输出信号中截取出相应的有效位宽后输出，并反馈给调整滤波模块。本发明可显著提高***的性能，明显改善信号的信噪比。

Description

一种处理滤波器的有限精度效应的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通讯领域，具体涉及一种应对数字滤波器定点数乘法的有限精度效应导致输出信号信噪比降低的方法。

背景技术

在当今的数字通讯***如CDMA(码分多址接入)、WIMAX(全球微波互联接入)中，使用数字滤波器尤其是有限冲激响应滤波器(FIR)在数字域进行带宽提取的应用非常广泛，这主要源于数字滤波器实现简单，并且在可编程器件(如现场可编程门阵列FPGA、可擦除可编辑逻辑器件EPLD)中实现时参数更改更为容易，尤其适合与软件无线电***的搭建。

在较多使用的有限冲激响应滤波器中，随着滤波器阶数的提高，会引入大量的乘法操作在可编程器件中主要采用定点数乘法，由于实际的***中使用的芯片数据位宽有限，一般都会远低于滤波器最后的输出信号的有效位宽。为了正确使用芯片必须对滤波器的输出信号的有效位宽进行截取，这种人为的降低滤波器的输出信号的有效位宽的方法必然会导致滤波器输出信号信噪比的降低，进而影响***灵敏度的降低，降低***性能。

目前对于这种由于定点处理的有限精度效应导致信号信噪比SNR降低和***性能的下降，现有方法主要采用通过不断实验选取一种固定截取位宽的方法以求满足***要求，虽然该方法的实现较为简单但是并不能发挥***的最大性能，而且需要经过大量的实验，一旦实验不够精确很可能导致***的性能无法满足要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种处理滤波器的有限精度效应的方法及装置，解决了由于定点运算的有限精度效应导致信号信噪比降低的缺陷，提高了通讯***的性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种处理滤波器的有限精度效应的装置，包括：移位指示模块、调整滤波模块和有效位宽调整模块，其中，所述调整滤波模块，用于对所述有效位宽调整模块反馈的经过有效位宽截取的输出信号进行滤波，并提取出不同频段输出的平局能量，根据所述平局能量与能量门限得到误差值，并发给所述移位指示模块；所述移位指示模块，用于根据所述误差值与设置的能量门限进行比较，并依据结果调整有效位宽的截取位置，获得新的位宽截取模式并通知所述有效位宽调整模块；所述有效位宽调整模块，用于根据新的位宽截取模式从所述待调整滤波器的输出信号中截取出相应的有效位宽后输出，并反馈给所述调整滤波模块。

进一步地，所述调整滤波模块，还包括：误差累积子模块、误差计算子模块和调整滤波子模块；其中，所述调整滤波子模块，用于将所述有效位宽调整模块反馈的经过有效位宽截取的输出信号按时间顺序送入所述调整滤波子模块进行滤波，动态调整带宽参数从而提取出不同频段输出的平局能量送入所述误差计算子模块；所述误差计算子模块，用于将一时段内累积的所述平局能量与预设的能量门限作差，将差值送入所述误差累积子模块；所述误差累积子模块，用于对所述差值进行反馈累加后得到误差值，并发给所述移位指示模块。

进一步地，还包括：有效位宽调整门限模块，用于设置位宽截取模式的跳变门限并输出给所述移位指示模块，所述位宽截取模式的跳变门限包括：能量上门限和能量下门限；还用于根据新的位宽截取模式从所述待调整滤波器的输出信号中截取出相应的有效位宽后，获得信号r*2^n，其中，n为整数位截取因子，r为小数位截取因子。

进一步地，所述移位指示模块，包括：误差积分比较器和有效位宽设置子模块，其中，所述误差积分比较器，用于将所述误差累积子模块输入的误差值，分别与所述有效位宽调整门限模块设置的位宽截取模式的跳变门限比较，将比较结果送入所述有效位宽设置子模块；所述有效位宽设置子模块，用于根据所述比较结果调整有效位宽的截取位置，若所述误差值在所述能量上下门限之间，则设置整数位截取因子为0，小数位截取因子不变；若所述误差值大于所述能量上门限，则设置整数位截取因子为1，小数位截取因子除以2；若所述误差值小于所述能量下门限，则设置整数位截取因子为-1，小数位截取因子乘以2。

进一步地，还包括：积分时间选择模块，用于将相应的积分时间提供给所述误差计算子模块、误差累积子模块和移位指示模块，采用累加方式计算每一次位宽截取模式调整后的误差值。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种处理滤波器的有限精度效应的方法，包括：根据当前的位宽截取模式从待调整滤波器的输出信号中截取出相应的有效位宽后获得最终的输出信号；根据所述最终的输出信号进行反馈处理，对所述最终的输出信号进行滤波，提取出不同频段输出的平局能量，并根据所述平局能量与能量门限得到误差值；根据所述误差值与位宽截取模式的跳变门限进行比较，并依据结果调整有效位宽的截取位置，获得新的位宽截取模式，根据新的位宽截取模式对所述待调整滤波器的输出信号进行相应的有效位宽截取。

进一步地，所述根据所述最终的输出信号进行反馈处理，对所述最终的输出信号进行滤波，提取出不同频段输出的平局能量，并根据所述平局能量与能量门限得到误差值的步骤，包括：将所述最终的输出信号按时间顺序进行滤波，动态调整滤波时的带宽参数从而提取出不同频段输出的平局能量；将一时段内累加的所述平局能量与预设的能量门限作差，对所述差值进行反馈累加后得到所述误差值。

进一步地，所述位宽截取模式的跳变门限，包括：能量上门限和能量下门限；对所述待调整滤波器的输出信号进行相应的有效位宽截取后，获得信号r*2^n，其中，n为整数位截取因子，r为小数位截取因子。

进一步地，将所述误差值分别与所述位宽截取模式的跳变门限进行比较，根据比较结果调整有效位宽的截取位置，若所述误差值在所述能量上门限和能量下门限之间，则设置整数位截取因子为0，小数位截取因子不变；若所述误差值大于所述能量上门限，则设置整数位截取因子为1，小数位截取因子除以2；若所述误差值小于所述能量下门限，则设置整数位截取因子为-1，小数位截取因子乘以2。

进一步地，所述处理装置选择相应的积分时间，并根据所述积分时间采用累加方式获取每一次位宽截取模式调整后的误差值。

本发明的有益技术效果：

与现有固定截取滤波器等定点运算有效位的方法相比，本发明可显著提高***的性能，明显改善信号的信噪比；

由于加入了调整滤波模块，可根据不同通讯***的测试结果，选取不同的滤波参数，从预处理的信号中取出相应的带宽；

由于不同的通讯***(如WIMAX、CDMA)***的传输方式和信道环境不同，可通过选择不同的带宽，所选取得带宽越小***将越稳定，但同时就会损失一定的***灵敏度，而带宽的选取越大上限为待调整滤波器的输出带宽，***的灵敏度越好，但相反同时就会降低一定的***稳定性；

对于不同应用的通讯***，需通过具体的实验确定一个相对最佳的参数。

附图说明

图1是本发明实施例的装置结构示意图；

图2是本发明实施例的移位指示模块结构示意图；

图3是本发明实施例的调整滤波模块的频率响应示意图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明的核心在于：处理装置根据当前的位宽截取模式从待调整滤波器的输出信号中截取出相应的有效位宽后获得最终的输出信号；根据所述最终的输出信号进行反馈处理，对所述最终的输出信号进行滤波，提取出不同频段输出的平局能量，并根据所述平局能量与能量门限得到误差值；根据所述误差值与位宽截取模式的跳变门限进行比较，并依据结果调整有效位宽的截取位置，获得新的位宽截取模式，根据新的位宽截取模式对所述待调整滤波器的输出信号进行相应的有效位宽截取。

前级处理***连接待调整的滤波器101，输出信号给本发明的装置，这根据不同的通讯***模型不同，本实施实例采用WIMAX***模型；如图1所示，该装置包括：

一有效位宽调整模块102，用于根据移位指示模块104的输出，从滤波器101输出的全部有效位宽中截取出***要求的有效位宽，有效位的截取包括整数位和小数位的截取，截取后的结果可表示y＝r*2^n；其中，n为整数位截取因子和r为小数位截取因子；

一移位指示模块104，其输出为位宽的截取位置，输入为调整滤波模块109输出的误差值，移位指示模块104根据所述误差值的绝对值决定是否改变对滤波器101输出的有效位置的选择：当误差值的绝对值大于预先设置的位宽截取模式的跳变门限时改变有效位的截取位置，输出的截取位置包括整数位截取因子n和小数位截取因子r，其中1＜r＜2，通过改变输出给有效位宽调整模块102的值来实现；

一调整滤波模块109，用于根据所述有效位宽调整模块102输出的待调整滤波器101在当前位宽截取模式下截取的有效位宽，进行滤波并提取出不同频段输出的平局能量，将所述平局能量与预设能量门限作差，对所述差值进行反馈累加后得到误差值，并发给所述移位指示模块104。

调整滤波模块109，还可以具体包括：

一误差累积子模块105，采用反馈累加的方法根据误差计算子模块106送出的差值计算出误差值，并发给所述移位指示模块104；

一误差计算子模块106，通过计算当前位宽截取方式下，将调整滤波子模块107在一时段内输出的平局能量与预设能量门限作差，并将差值送入误差累积子模块105；所述时段为能量的积分时间长度，所述预设能量门限为***预先设置的标准能量值，用于计算误差；

一调整滤波子模块107，输入为有效位宽调整模块102输出的待调整滤波器101在当前位宽截取模式下截取的有效位宽，所述有效位宽按时间顺序串行进入调整滤波子模块107进行滤波(调整滤波子模块的参数可在线变更)，然后提取出所要的不同频段输出的平局能量，并送入误差计算子模块106，这样就达到调节误差能量计算的灵敏度随调整滤波器的带宽改变的目的。

当期望的***稳定性越高，显然就需要误差对突变的信号不敏感，即降低***灵敏度，这样只须减小调整滤波器的带宽，滤出误差能量中相对高频的成分，使误差的计算和后续的累加仅对低频分量敏感，极端情况下通过减小滤波器带宽可使***仅对误差中的直流分量起作用。

本发明的装置还包括：

一有效位宽调整门限模块103，随着***运行时，通过不断的调整滤波器101有效位宽的截取，最终误差计算子模块计算出的误差值应渐进趋近于0，为了进一步达到***稳定的目的，本模块设置了位宽截取模式的跳变门限(一般设置为能量上门限和下门限，这两个门限决定了位宽截取是向数据增益加大的方向还是向数据增益减小的方向调整，具体的调整策略可参考下图2及相应的文字描述)并输出给所述移位指示模块104，此模块将屏蔽掉大于门限的调整，减小了输出截取的波动范围，增强***的稳定性；

一积分时间选择模块108，每次有效位宽调整后，就会在新的位宽截取模式下对误差能量重新计算，如果积分时间不够充分容易导致对误差值的错判，误差计算子模块106、误差累积子模块105和移位指示模块104都参与了误差值的积分计算，因此，积分时间选择模块可选择不同的积分时间保证误差计算子模块106、误差累积子模块105和移位指示模块104对每一次位宽截取模式调整后的误差能量的充分计算。

以下将结合上述两个模块103和108的功能，详细阐述本发明的移位指示模块的内部结构及具体功能。

图2为移位指示模块结构示意图，包括：

两个误差积分比较器1041，用于将误差累积子模块105输入的误差值，分别与有效位宽调整门限模块103设置的能量上下门限相比较，将比较结果送入有效位宽设置子模块；

有效位宽设置子模块1042，做出如下判断：若误差累积子模块105输入的误差累加结果在预设能量上下门限之间，则有效位宽设置子模块输出整数位截取因子为0，小数位截取因子不变；若误差累积子模块105输入的误差累加结果大于预设能量上门限，则有效位宽设置子模块输出整数位截取因子为1，小数位截取因子除以2；若误差累积子模块105输入的误差累加结果小于预设能量下门限，则有效位宽设置子模块输出整数位截取因子为-1，小数位截取因子乘以2；通过这一调解过程，***经过一段时间后，会在移位指示模块104的输入误差能量趋近于0，小数位截取因子在<1，2>之间达到收敛状态；以及

误差累积重置子模块1043，在实际应用中其是误差累积子模块105的积分环路的一部分，其输入为误差累积子模块105，并将处理结果送回误差累积子模块105，当有效位宽设置子模块1042判断出应该进行位宽调整时，需要通知误差累积子模块105把位宽调整前误差累积子模块105的积分清0，从而对调整位宽后的误差进行重新计算。

图3为调整滤波模块的频率响应，本实施实例采用的滤波器为有限冲激响应(FIR)滤波器，该调整滤波模块对高于2M的频率成分进行抑制选出可用于我们的***的频带成分。

以下通过一个方法实施例来具体描述本发明。

前级处理***模拟的信号经过有限冲激响应滤波器101，输出的全精度数据送入有效位宽调整模块102，全精度数据在有效位宽调整模块102中经过移位处理后将移位后的数据送入调整滤波子模块107；

调整滤波子模块107将有效位宽调整模块102送入的数据使用当前的参数进行滤波，滤波后输出的平局能量送入误差计算子模块106，误差计算子模块106对从调整滤波子模块107输出的在一固定时段内的平局能量进行积分累加，并将累加后的数据与预设的能量门限相减，得到这一固定时段内的差值，之后输出给误差累积子模块105；

在误差累积子模块105中对误差计算子模块106计算的差值进行累加，并将累加结果送入移位指示模块104，同时有效位调整门限模块103将当前设置的有效位宽调整的能量上下门限送入移位指示模块104；

移位指示模块104根据误差累积子模块105送入的误差值，积分计算出对当前信号的有效位宽的截取是否改变以及此改变是否在有效位宽调整门限模块103所要求的能量上下门限范围内，若所计算出的移位满足有效位调整门限模块103所要求的上下门限范围，则相应改变有效位宽的截取因子调整截取位宽，并送入有效位宽调整模块102，有效位宽调整模块102根据这个截取位宽来对有限冲激响应滤波器模块101输出的有效位宽进行调整。

其与前述的装置的功能描述对应，不足之处参考上述装置部分的叙述，在此不一一赘述。

本发明的方法和装置通过能量逼近的方式，将输入滤波器的有效位宽较少的信号通过改变有效位截取的方式提高信号的信噪比；通过对信号先进行滤波，滤除信号中相对高频的分量，带宽等参数可调的滤波器可以通过调节滤波器的带宽直到达到所应用通讯***得稳定性需求；通过使用有效位宽调整门限模块，避免了信号的误差在预设能量门限震荡的情况，进一步提高了***的稳定性，可显著提高所应用***的动态范围。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种处理滤波器的有限精度效应的装置，其特征在于，包括：移位指示模块、调整滤波模块和有效位宽调整模块，其中，

所述调整滤波模块，用于对所述有效位宽调整模块反馈的经过有效位宽截取的输出信号进行滤波，并提取出不同频段输出的平均能量，根据所述平均能量与预设的能量门限得到误差值，并发给所述移位指示模块；

所述移位指示模块，用于根据所述误差值与位宽截取模式的跳变门限进行比较，并依据结果调整有效位宽的截取位置，获得位宽截取模式并通知所述有效位宽调整模块；

所述有效位宽调整模块，用于根据所述位宽截取模式从待调整滤波器的输出信号中截取出相应的有效位宽后输出，并反馈给所述调整滤波模块；

所述调整滤波模块，还包括：误差累积子模块、误差计算子模块和调整滤波子模块，其中，

所述调整滤波子模块，用于将所述有效位宽调整模块反馈的经过有效位宽截取的输出信号按时间顺序送入所述调整滤波子模块进行滤波，动态调整带宽参数从而提取出不同频段输出的平均能量送入所述误差计算子模块；

所述误差计算子模块，用于将一时段内累积的所述平均能量与预设的能量门限作差，将差值送入所述误差累积子模块；

所述误差累积子模块，用于对所述差值进行反馈累加后得到误差值，并发给所述移位指示模块。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

有效位宽调整门限模块，用于设置所述位宽截取模式的跳变门限并输出给所述移位指示模块，所述位宽截取模式的跳变门限包括：能量上门限和能量下门限；还用于根据新的位宽截取模式从所述待调整滤波器的输出信号中截取出相应的有效位宽后，获得的信号等于r与2的n次幂的乘积，其中，n为整数位截取因子，r为小数位截取因子。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述移位指示模块，包括：误差积分比较器和有效位宽设置子模块，其中，

所述误差积分比较器，用于将所述误差累积子模块输入的误差值，分别与所述有效位宽调整门限模块设置的位宽截取模式的跳变门限比较，将比较结果送入所述有效位宽设置子模块；

所述有效位宽设置子模块，用于根据所述比较结果调整有效位宽的截取位置，若所述误差值在能量上下门限之间，则设置整数位截取因子为0，小数位截取因子不变；若所述误差值大于所述能量上门限，则设置整数位截取因子为1，小数位截取因子除以2；若所述误差值小于所述能量下门限，则设置整数位截取因子为-1，小数位截取因子乘以2。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

积分时间选择模块，用于将相应的积分时间提供给所述误差计算子模块、误差累积子模块和移位指示模块，采用累加方式计算每一次位宽截取模式调整后的误差值。

5.一种处理滤波器的有限精度效应的方法，其特征在于，包括：

根据当前的位宽截取模式对待调整滤波器的输出信号进行相应的有效位宽截取，获得最终的输出信号；

根据所述最终的输出信号进行反馈处理，对所述最终的输出信号进行滤波，提取出不同频段输出的平均能量，并根据所述平均能量与预设的能量门限得到误差值；

根据所述误差值与位宽截取模式的跳变门限进行比较，并依据结果调整有效位宽的截取位置，获得新的位宽截取模式替换当前的位宽截取模式，根据新的位宽截取模式对所述待调整滤波器的输出信号进行相应的有效位宽截取；

所述根据所述最终的输出信号进行反馈处理，对所述最终的输出信号进行滤波，提取出不同频段输出的平均能量，并根据所述平均能量与能量门限得到误差值的步骤，进一步包括：

将所述最终的输出信号按时间顺序进行滤波，动态调整滤波时的带宽参数从而提取出不同频段输出的平均能量；

将一时段内累加的所述平均能量与预设的能量门限作差，对所述差值进行反馈累加后得到所述误差值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述位宽截取模式的跳变门限，包括：能量上门限和能量下门限；

对所述待调整滤波器的输出信号进行相应的有效位宽截取后，获得的信号等于r与2的n次幂的乘积，其中，n为整数位截取因子，r为小数位截取因子。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

将所述误差值分别与所述位宽截取模式的跳变门限进行比较，根据比较结果调整有效位宽的截取位置，若所述误差值在所述能量上门限和能量下门限之间，则设置整数位截取因子为0，小数位截取因子不变；若所述误差值大于所述能量上门限，则设置整数位截取因子为1，小数位截取因子除以2；若所述误差值小于所述能量下门限，则设置整数位截取因子为-1，小数位截取因子乘以2。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

处理装置选择相应的积分时间，并根据所述积分时间采用累加方式获取每一次位宽截取模式调整后的误差值。

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