CN104767703B - 一种用于广播信号监测的数字信道化接收机*** - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，适用于广播信号监测机构对于多路时域重叠广播信号进行同步实时监测，并对异常广播信号录制取证。***包括前端信号接收模块、模数转换模块、数字信道化模块、子信道检测与解调模块以及子信道信号录制模块；其中数字信道化模块基于多相滤波器组技术将多路时域重叠广播采样信号在每个信道的输入端进行最大抽取率抽取，然后根据信道号存放到相应RAM地址中；当一个信道数据存放完备时，根据存储在ROM中的相应的信道号滤波器参数进行信道化滤波，实现FIR滤波器的时分复用。本发明实现多路时域重叠广播信号进行同步实时监测，提高了工作效率，且降低了***计算量，接收机噪声抑制达‑58dB。

Description

一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***

技术领域

本发明涉及一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，适用于广播信号监测机构对于多路时域重叠广播信号进行同步实时监测，并对非法广播信号录制取证。

背景技术

广播在中国社会快速发展的过程中扮演重要角色，其传播范围广，传播速度快，穿透力强，一直是传播信息的众多方式中一种不可替代的手段。随着广播技术的发展，广播信号的监测和管理也尤为重要。以往的广播信号监测采用一般的解调机，只能采用轮听的方式来对所有节目进行监听，监听工作效率比较低。

多相结构在信道化技术中发挥着重要的作用，采用该结构可以根据场景需求灵活设计滤波器组参数，而且相对于带通滤波器组的实现方法计算量大大减少。

发明内容

发明目的：本发明目的在于提供一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，实现多路时域重叠广播信号进行同步实时监测，以提高工作效率，并且根据广播信号的特征在硬件实现上采取FIR滤波器复用，进一步降低***计算量，节约硬件成本。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明提出一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，包括：

前端信号接收模块、模数转换模块、数字信道化模块、子信道检测与解调模块以及子信道信号录制模块；

所述前端信号接收模块用于接收多个频道的广播信号，输出多路时域重叠的模拟信号至所述模数转换模块；

模数转换模块用于将模拟信号转换成数字信号，并输出至数字信道化模块；

数字信道化模块用于基于多相滤波器组对多路时域重叠的数字信号进行信道化滤波，将各频道信号输出到相应的子信道中；

每个子信道检测与解调模块分别与多相滤波器组的对应的子信道输出端连接，用于对子信道数据进行频率和幅度的检测并进行解调；

每个子信道信号录制模块分别与一个子信道检测与解调模块的输出端连接，用于对相应的子信道数据进行录制。

进一步地，所述数字信道化模块中多相滤波器组原型滤波器的参数为：通带截止频率wp≥37.5k；阻带截止频率ws≤62.5k；阻带衰减Astop≥55dB；通带波动Apass≤0.01dB。

进一步地，所述模数转换模块输出的采样信号的抽取倍数等于子信道数量，在FPGA硬件实现时等效为一个时刻只有一个采样数据进入一个信道，进入信道的顺序为信道号的逆序顺序。

进一步地，所述数字信道化模块包括多个用于存放采样数据的RAM、多个用于存放滤波器系数的ROM、一个FIR滤波器、一个IDFT滤波器以及时序控制电路；每个RAM的深度为N，用于存储从0到N-1号频道的数据，RAM的个数为K，K表示每个子信道的滤波器的系数个数；时序控制电路控制各模块的起始工作时刻与各模块的有效输出使能；FIR滤波器用于按照信道号逆序的滤波顺序时分的对每个子信道的数据进行滤波；IDFT滤波器用于对FIR滤波后的数据进行IDFT滤波。

进一步地，当第N-1号(从0号开始编号)子信道数据首次在K个RAM中存放完备时，时序控制电路使能存取滤波器系数的有效信号，取出存储在ROM中的相应的信道滤波器参数，通过FIR滤波器进行信道化滤波，此后每个时刻都有下一个信道的数据存放完备，FIR滤波器轮转进行时分复用滤波。

进一步地，所述数字信道化模块还使用两个RAM将所述FIR滤波器输出的逆序的数据调整为正序的数据。

进一步地，所述子信道检测与解调模块通过Cordic算法检测子信道数据的幅度和瞬时频率。

进一步地，所述子信道信号录制模块包括一个是否录制选择开关，根据开关设置情况确定是否对相应的子信道数据进行录制。

本发明接收机***的工作过程为：首先，信号由前端信号接收模块接收、经模数转换模块量化后传输给数字信道化功能模块；然后，数字信道化模块基于多相滤波器组技术实现其功能，该模块将多路时域重叠的广播信号进行信道化滤波，将各频道分别在相应子信道中输出；接着，各子信道输出端口后连接着子信道检测与解调模块，该模块实现子信道数据的测频测幅度功能，并将子信道数据解调以供实时监听之用。最后，可以选择是否录制该子信道信号以供异常信道信号取证之用。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、采用数字信道化接收机实现广播信号监测，比起以往需要通过轮听方式监测广播信号的解调器，可以实现多路时域重叠广播信号进行同步实时监测，并通过信道检测、解调技术对异常广播信号录制取证，相当于多台解调器同时工作，工作效率得到提升。

2、采用多相滤波器组实现数字信道化滤波，比常用的FFT信道化滤波效果更好。首先是本***的通带波动小，为0.01dB，通带内十分平坦，而FFT的通带波动十分大、通带内几乎是不平坦的；其次本***阻带衰减大，达-58dB，而FFT的阻带衰减很小，只有-13dB；最后本***频率选择性好，信道交叠很少，过渡带十分陡峭，而FFT的过渡带很宽导致其信道交叠很大，频率选择性不好。

3、每个子信道输入端数据采取最大抽取倍数抽取，等效为每个时刻只有一个采样数据进入一个信道存储，为FIR滤波器提供了可时分复用的条件，节省乘法器资源N倍。

附图说明

图1为本发明接收机***的结构示意图；

图2为多相滤波器组结构图；

图3为最大抽取倍数的子信道数据等效输入效果图；

图4为最大抽取倍数的子信道数据输入时存放方式图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合实施例和说明书附图来对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明技术方案的具体实施方式，而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改和替换均落于本申请权利要求所限定的保护范围。

实施例：

如图1所示，本发明实施例公开的一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，前端信号接收模块与天线连接，接收多个频道的广播信号，输出多路时域重叠的模拟信号至模数转换模块；模数转换模块将模拟信号转换成数字信号后输出至数字信道化模块；数字信道化模块基于多相滤波器组对多路时域重叠的数字信号进行信道化滤波，将各频道信号输出到相应的子信道中；每个子信道检测与解调模块分别与多相滤波器组的对应的子信道输出端连接，每个子信道信号录制模块分别与一个子信道检测与解调模块的输出端连接。

本实施例***采取数字信道化接收机作为获取各频道信号的手段，可以将时域重叠的多路广播信号进行信道化滤波，同步获得多个频道的信号。在每个子信道输出端可以进行频道信号同步解调、检测，相当于多台解调机同步工作，工作效率大大提升。***关键设计在于基于多相滤波器组技术的数字信道化模块，广播信号的特征为每个频道带宽100k，频带中信号能量主要集中在距离中心频率左右37.5k的频率范围内，根据这个特征，可设计一个64通道的多相滤波器组，其原型滤波器的参数为：

●通带截止频率wp＝37.5k

●阻带截止频率ws＝62.5k

●阻带衰减Astop＝58dB

●通带波动Apass＝0.01dB

多相滤波器组用于实现多路时域重叠的广播信号的信道化滤波，其结构图如图2所示。根据该参数设计多相滤波器组性能优良，可以保证每个频道的信号能量区域信号不损失，相邻频道中间过渡带噪声抑制达-55dB以下。其中H₀(z)为***原型滤波器的Z变换，其滤波器系数为{h₀，h₁，…h_L-1}，长度为L，L＝768。N为子信道个数，N个滤波器E₀～E_N-1为原型滤波器的系数抽取后滤波器，H₀与E_i的关系如下

其中i＝0,1…N-1，第i号子滤波器从原型滤波器的i号下标开始进行抽取，m＝0,1…U-1，是原型滤波器系数抽取后的下标号，U为比L/N大的整数。

由于上述设计出的多相滤波器组相邻通带交叠很少，所以可以采取最大抽取速率，即抽取倍数等于信道数量。在这种情况下，多路时域重叠广播采样信号的输入就等效为，一个时刻只允许一个采样数据进入一个信道，而且进入信道的顺序为信道的逆序顺序。如图3所示。

数字信道化模块中包括多个用于存放采样数据的RAM、多个用于存放滤波器系数的ROM、一个FIR滤波器、一个IDFT滤波器以及时序控制电路；采样数据输入进信道中是通过将采样数据存放在相应RAM地址中实现的，在下一个时钟到来之时，要将信号移位到同一个信道的下一个RAM的同地址中，以防第一个RAM的数据被覆盖，原理如图4所示。图4中，每个RAM的深度为64，代表从0到63号频道的数据；一共有768/64＝12个RAM，代表每个信道的滤波器有12个系数，每个信道每次有12个数据与系数长度为12的FIR滤波器进行滤波运算。

当第一次信道数据存放完备时，即第63号信道的数据有效时，使能存取滤波器系数的有效信号，取出存储在ROM中63号信道滤波器参数，开始信道化滤波。如此每个时钟查找ROM，从中取出一个信道的滤波器参数参与滤波运算，查找的顺序按照逆信道号顺序查找。

因为每个时刻仅仅有一个数据存入一个信道，那么每个时刻也仅有一个信道的数据可以变为有效状态并参与FIR滤波，这种信号输出规律为FIR时分复用提供了条件。FIR滤波器按照信道号逆序的滤波顺序时分的对每个信道的数据进行滤波，由FIR滤波器消耗的乘法器可以由此节省N倍，所以本实例实际上只用到12个系数的乘法器。

FIR滤波器复用结构输出的数据由于是逆序的，需要进行调整成正序的。调整过程用两个RAM结构交替进行写入工作和输出工作就可以调整成正序输出数据。然后通过IDFT滤波器进行如图2结构中所示的IDFT滤波。

得到了N个子频道的并行同步输出数据后，在每个子信道输出端首先通过Cordic算法检测子信道数据的幅度和瞬时频率；然后通过模拟解调将子信道信号解调出来，由监听人员检测该频道的广播信号是否正常。如果异常，在子信道末端开关处可以决定是否要进行录制取证。

本发明实施例提供的数字信道化接收机***采用多相滤波器组技术，该技术可以根据广播信号的特征灵活定制滤波器组的滤波参数，可以达到满意的滤波效果，如通带波动小、阻带衰减大和频率选择性高，而且本发明采用最大抽取倍数的多相滤波器组，***计算量可以降到最低，乘法器消耗数量可以节省N倍，同时保证广播信号可以高保真多路同步输出，接收机噪声抑制达-60dB；基于Field-Programmable Gate Array(FPGA)实现，宽带信号可以被高速实时处理。

Claims (3)

1.一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，其特征在于，包括前端信号接收模块、模数转换模块、数字信道化模块、子信道检测与解调模块以及子信道信号录制模块；

所述前端信号接收模块用于接收多个频道的广播信号，输出多路时域重叠的模拟信号至所述模数转换模块；

模数转换模块用于将模拟信号转换成数字信号，并输出至数字信道化模块；

数字信道化模块基于多相滤波器组用于对多路时域重叠的数字信号进行信道化滤波，将各频道信号输出到相应的子信道中；

每个子信道检测与解调模块分别与多相滤波器组的对应的子信道输出端连接，用于对子信道数据进行频率和幅度的检测并进行解调；

每个子信道信号录制模块分别与一个子信道检测与解调模块的输出端连接，用于对相应的子信道数据进行录制；

所述数字信道化模块中多相滤波器组原型滤波器的参数为：通带截止频率wp≥37.5k；阻带截止频率ws≤62.5k；阻带衰减Astop≥ 55dB；通带波动Apass≤0.01dB；

所述模数转换模块输出的采样信号的抽取倍数等于子信道数量，在FPGA硬件实现时等效为一个时刻只有一个采样数据进入一个信道，进入信道的顺序为信道号的逆序顺序；

所述数字信道化模块包括多个用于存放采样数据的RAM、多个用于存放滤波器系数的ROM、一个FIR滤波器、一个IDFT滤波器以及时序控制电路；每个RAM的深度为N，用于存储从0到N-1号频道的数据，RAM的个数为K，K表示每个子信道的滤波器的系数个数；时序控制电路控制各模块的起始工作时刻与各模块的有效输出使能；FIR滤波器用于按照信道号逆序的滤波顺序时分的对每个子信道的数据进行滤波；IDFT滤波器用于对FIR滤波后的数据进行IDFT滤波；

当第N-1号子信道数据首次在K个RAM中存放完备时，时序控制电路使能存取滤波器系数的有效信号，取出存储在ROM中的相应的信道滤波器参数，通过FIR滤波器进行信道化滤波，此后每个时刻都有下一个信道的数据存放完备，FIR滤波器轮转进行时分复用滤波；

所述数字信道化模块还使用两个RAM将所述FIR滤波器输出的逆序的数据调整为正序的数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，其特征在于，所述子信道检测与解调模块通过Cordic算法检测子信道数据的幅度和瞬时频率。

3.根据权利要求1所述的一种用于广播信号监测的数字信道化接收机***，其特征在于，所述子信道信号录制模块包括一个是否录制选择开关，根据开关设置情况确定是否对相应的子信道数据进行录制。