CN105915193A

CN105915193A - 一种用于多相滤波器的改进生成方法

Info

Publication number: CN105915193A
Application number: CN201610446815.1A
Authority: CN
Inventors: 李桓; 谢严朋
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: CN105915193B

Abstract

本发明公开了一种用于多相滤波器的改进生成方法，属于无线电技术领域。本发明包括下列步骤：根据工作需求参数，基于FIR滤波器的窗函数法生成FIR滤波器；将FIR滤波器分成n个第一子滤波器，形成n路多相滤波器组，其中n≥2；再将FIR滤波器分为n个第二子滤波器，将调整通带后的第二子滤波器作为基带滤波器，两个相邻的第一子滤波器之间增加一个基带滤波器，所增加的基带滤波器的通带在所连接的两个第一子滤波器的阻带之间。本发明用于多相滤波器，可以有效消除滤波器组之间的谱间干扰。

Description

一种用于多相滤波器的改进生成方法

技术领域

本发明涉及软件无线电技术领域，具体来说，是涉及对多相滤波器进行改进。

背景技术

软件无线电***的理想结构是低通采样结构，低通采样结构采样的射频信号的带宽最宽，能够并行处理的通道数最多。由于低通采样结构对所有波段内的信号采用的是同一采样频率，因此经数字变频后的基带信号都处于严重的过采样状态。过采样虽然有利于提高信号的信噪比，但其过高的输出数据率要求后续的信号处理要具有很高的处理速度。因此，如何保证在信号不失真的前提下有效的降低信号的数据率，从而降低后续同步、解调等信号处理的速度，成为数字信号处理的前端部分的重要任务。这种信号采样率变化的理论称为多速率信号处理理论。

多速率信号处理的目的就是在不使信号失真的前提下改变信号的采样率。减小信号采样率以减小数据冗余的过程称为信号的抽取；增大信号的采样率以增加数据冗余的过程称为信号的内插。所谓整数倍抽取是指把原始采样序列x(n)每隔(D-1)个数据取一个，以形成一个新序列x_D(m)＝x(mD)。由于抽取后的频谱产生了严重的混叠，使得从抽取后的信号频域X_D(e^jω)中已经无法恢复出感兴趣的信号频谱分量。但是，如果首先采用一数字滤波器对原信号的频域X(e^jω)进行滤波，使X(e^jω)中只含有小于π/D的频率分量，再进行D倍抽取，则抽取后的频谱就不会发生混叠，经过抽取，数据流数率只有以前的1/D，大大降低了对后续处理(解调分析等)的速度要求。

滤波器是软件无线电***处理中核心的部分，用于滤出杂散/噪声、信道选择等，基于数字滤波器的冲击响应的Z变换可以得到抽取处理中数字滤波器的多相结构。但是，在实际工程中，想要生成理想滤波器是不可能的，这就使得在多相滤波时，当信号落在两个滤波器之间时，两个滤波器可能都有信号输出，从而使得对信号的频段判定出现偏差，影响后续处理。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供一种类似于“理想”的滤波器，从而可以解决在多相滤波器中可能出现的谱图干扰。

本发明的一种用于多相滤波器的改进生成方法，包括以下步骤：

步骤1：根据工作需求参数，基于FIR(Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器)滤波器的窗函数法生成FIR滤波器；

步骤2：将FIR滤波器分成n(n≥2)个第一子滤波器，形成n路多相滤波器组，n的具体取值取决于工作需求；

步骤3：再将FIR滤波器分为n个第二子滤波器，将调整通带后的第二子滤波器作为基带滤波器，在两个相邻的第一子滤波器之间增加一个基带滤波器，所增加的基带滤波器的通带在所连接的两个第一子滤波器的阻带之间，，且基带滤波器的通带W_P与阻带W_S满足2W_P≥W_S，即用对应的基带滤波器覆盖之前相邻通道的直接频段，通过逻辑判断重新划分滤波器的带宽。

因为在现有的方式生成的多相滤波器组中，因为滤波器不能做到理想，两个通道之间就会有重叠部分，而当信号出现在这个区域时，相邻两个通道都会判断信号出现，就会出现频谱干扰，而通过增加额外滤波器(本发明的基带滤波器)在两个第一子滤波器的相邻位置，就可以把这块区域的带宽重新划分，把其带宽变窄，在干扰区域的频带就落入了增加的基带滤波器中，原有通道间将不会出现谱间干扰，即将宽带带通滤波器通过逻辑划分成为较为窄带的相邻滤波器组。这个滤波器组就是“理想”的滤波器组。

进一步的，步骤1的具体方法为：

步骤101：在MATLAB中，输入工作需求参数，基于FIR滤波器的窗函数法生成FIR滤波器，得到FIR滤波器的工作参数；

步骤102：将FIR滤波器的工作参数保存至文本文档。

进一步的，步骤2的具体方法为：

基于FIR滤波器的工作参数，得到n个第一子滤波器的工作参数，并在FPGA的ROM核存储单元设置一个长度为n的数组，用于存储各第一子滤波器的工作参数。用FPGA中的ROM核存储保存有FIR滤波器的系数的文本，只要ROM的地址固定，每次输出的数据都将是不变的，从而简化多相滤波器的生成过程。

因此在生成两个相邻第一子滤波器之间的基带滤波器时，可以从FPGA的ROM核读取第一子滤波器的工作参数，作为指定相邻第一子滤波器之间的基带滤波器，并基于指定相邻第一子滤波器的阻带调整所述基带滤波器的通带，从而简化实现。例如将步骤1生成的FIR滤波器分为子滤波器0～子滤波器8(子滤波器0～子滤波器8的通带依次从低到高)，取第子滤波器0作为子滤波器0与子滤波器1之间的基带滤波器(定义为基带滤波器0)，基于子滤波器0与子滤波器1的阻带调整基带滤波器0的通带，即其通带在子滤波器0与子滤波器1的阻带之间，同理，取第子滤波器1作为子滤波器1与子滤波器2之间的基带滤波器并调整期通带，以此类推，可以得到其他相邻子滤波器之间的基带滤波器。

本发明的有益效果是，可以有效消除滤波器组之间的谱间干扰。

附图说明

图1是实施例的实现***流程。

图2是多相滤波器组的实现示意图。

图3是在现有的多相滤波器组的通道上增加辅助通道的示意图。

图4是本发明实施例生成的“理想”多相滤波器组。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。

本实例提供了一种基于本发明的用于多相滤波器的改进生成方法而得到的多相滤波器，本实施例基于FPGA的数字电路，处理的信号是经过ADC采样的数字信号，采样率为1.25GHz，每个通道的带宽为156.25MHz。本实施例中只处理100MHz到500MHz的信号，即只需要使用多相滤波器中第一个到第三个通道。

如图1所示，是实施例的***流程图，包括ADC数据采样以及对其采样数据进行补码转化，将处理完的数据送入多相滤波器通道，滤波之后进行8点并行FFT，接着对每一路通道进行1024点串行FFT，最后进行门限判定，确定信号是在哪个频段。

本实例中，用于多相滤波器的改进生成方法，包括以下步骤：

S1：基于FIR滤波器的窗函数法生成FIR滤波器；

基于工作需求参数(通带W_p＝π/8，阻带W_s＝3π/16，阻带纹波as＝65db)，使用MATLAB设计一个Kaiser窗低通FIR滤波器，就可以得到低通FIR滤波器的工作参数，并将该工作参数保持至文本文档。

由于只针对带宽为100MHz到500MHz的信号。在1.25GHz的采样率下，做8相多相滤波器，每个通道的通带带宽为156.25MHz，根据数字信号滤波器的特点，有：

通道(1)的频率范围为：78.125MHz-234.375MHz；

通道(2)的频率范围为：234.375MHz-390.625MHz；

通道(3)的频率范围为：390.625MHz-546.875MHz。

S2：将生成的低通FIR滤波器运用于n路多相滤波器组：参见图2，将步骤S1生成的低通FIR滤波器分成8个子滤波器(也称子带滤波器)：通带从低到高依次为子滤波器0～子滤波器7，也就是将128阶滤波器变成为8个16阶滤波器，在FPGA的ROM核存储单元设置一个长度为8的数组(图2中的Coe0～Coe7)，用于存储各子滤波器的工作参数，每一个Coe里面存储的就是子滤波器的工作参数，从而形成了8路多相滤波器组。即在处理时，将对应子滤波器的工作参数与采样数据进行卷积运算，得出的结果再进行8点FFT运算。

S3：在每两个相邻的子滤波器之间加一个基带滤波器，该基带滤波器的通带在连接的子滤波器的阻带之间，且基带滤波器的通带W_P与阻带W_S满足2W_P≥W_S：基于子滤波器生成指定相邻的子滤波器之间的基带滤波器，本实施例中，只需要使用8路多相滤波器中第一个到第三个通道，因此需要用到前面两个子带滤波器来增加额外的基带滤波器，即用基于第一个子滤波器(子滤波器0)生成的基带滤波器覆盖第一个通道和第二通道直接的频段，得到通道4，用基于第二个子滤波器生成的的基带滤波器覆盖第二个通道和第三通道直接的频段，得到通道5，覆盖之前的通道，如图3所示。从而得到本实施例所生成的“理想”多相滤波器组，如图4所示。

将新生成的8路多相滤波器组的频段范围求出，就可以很好的判断每个信号所处的频段了。8路多相滤波器组的频段范围为：

通道编号	频率	1024点FFT Index序号范围
			通道1	[100M～195.3125M)	[654～256)^①
通道2	[273.4375M～351.5625M)	[767～256)
			通道3	[429.6875M～546.875M)	[767～256)
通道4(辅助通道1)	[195.3125M～273.4375M)	[767～256)
			通道5(辅助通道2)	[351.5625M～429.6875M)	[767～256)

①FFT输出的Index序号从0～1023周期出现。理论上通道1测量范围从117.1875M开始，但由于不使用其低频方向相邻滤波器，因此忽略通道0对100M～117.1875M的影响。

在数据经过1024点串行FFT计算之后，在图1所示的门限判别模块设立一个指数Index，对落在带内的信号的判别采用常规判别处理即可，如：

(1)对于通道1-3，检测谱线值大小是否高于预设门限以及Index是否在[767,256)范围内，如果在则认为该通道有信号出现，否者无。注意：就算该滤波器有高于门限的谱线，但是不在[767,256)范围内，同样认为没有信号。

(2)对通道4-5，按照步骤1来做，不同在于保留[256,767)范围内的信号。

上述判别算法中指数Index为串行FFT模块中FFT核中所输出的10bit数据。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims

1.一种用于多相滤波器的改进生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据工作需求参数，基于FIR滤波器的窗函数法生成FIR滤波器；

步骤2：将FIR滤波器分成n个第一子滤波器，形成n路多相滤波器组，其中n≥2；

步骤3：再将FIR滤波器分为n个第二子滤波器，将调整通带后的第二子滤波器作为基带滤波器，在两个相邻的第一子滤波器之间增加一个基带滤波器，所增加的基带滤波器的通带在所连接的两个第一子滤波器的阻带之间，且基带滤波器的通带W_P与阻带W_S满足2W_P≥W_S。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体为：

步骤102：将FIR滤波器的工作参数保存至文本文档。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中，基于生成的FIR滤波器的工作参数，得到n个第一子滤波器的工作参数，并在FPGA的ROM核存储单元设置一个长度为n的数组，用于存储各第一子滤波器的工作参数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3为，从FPGA的ROM核读取第一子滤波器的工作参数，作为指定相邻第一子滤波器之间的基带滤波器，并基于指定相邻第一子滤波器的阻带调整所述基带滤波器的通带：基带滤波器的通带在所连接的两个第一子滤波器的阻带之间，且基带滤波器的通带W_P与阻带W_S满足2W_P≥W_S。