CN107104659B - 一种针对lte载波的数字滤波方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对LTE载波的数字滤波方法及装置，方法包括以下步骤：调节输入信号和/或输出信号的采样率使适应***需求的步骤；按照信号带宽大小，将不大于5MHz带宽的信号分为一组，由滤波模块A处理；将大于5MHz带宽的信号分为另外一组，由滤波模块B处理；滤波模块B处理后的信号，进一步经过时延调整模块处理，从而保证滤波模块A和滤波模块B两路信号时延的一致性；控制模块完成解析载波带宽、控制滤波模块A和滤波模块B切换以及控制时延调整模块的步骤。本发明能够解决某些特定LTE接收机设备中需要实时切换多种带宽载波滤波的问题，合理降低滤波***的设计复杂度。
Description
技术领域
本发明属于无线通信***的滤波技术领域，特别涉及一种针对LTE载波的数字滤波方法及装置。
背景技术
LTE(Long Term Evolution)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术。采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。3GPP LTE的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低***延迟；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置六种带宽，分别是：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。
FIR(Finite Impulse Response)滤波器，有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归性滤波器，是数字信号处理***中最基本的单元。它的特点是可以实现任意幅频特性，并且保持严格的线性相频特性。因为其单位抽样响应是有限长的，所以该类型的滤波器是稳定的***。FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有很广泛的应用。
FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)以其内部逻辑的并行运行，高速工作时钟，丰富的输入输出管脚资源，集成高速串行收发模块，特定接口协议的IP-Core(Intellectual Property Core，知识产权核)资源等优势，广泛用于通信硬件设备***中，完成板级逻辑控制、接口转换、数据传输、算法处理等功能。
为了适配各种LTE的网络带宽配置情形及满足后级信号处理需求，需要设计一种方法实现针对LTE信号的实时切换六种带宽的滤波功能，达到FPGA的处理速度和占用资源两方面最优的效果，并合理降低滤波***的设计复杂度。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种针对LTE载波的数字滤波方法，其能够解决某些特定LTE接收机设备中需要实时切换多种带宽载波滤波的问题，实现了FPGA的处理速度和占用资源两方面最优的效果，合理降低滤波***的设计复杂度。
本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种针对LTE载波的数字滤波装置，能够解决某些特定LTE接收机设备中需要实时切换多种带宽载波滤波的问题，实现了FPGA的处理速度和占用资源两方面最优的效果，合理降低滤波***的设计复杂度。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种针对LTE载波的数字滤波方法，包括以下步骤：
1、调节输入信号和/或输出信号的采样率使适应***需求的步骤；
2、按照信号带宽大小，将不大于5MHz带宽的信号分为一组，由滤波模块A处理，在一定采样率上进行滤波；将大于5MHz带宽的信号分为另外一组，由滤波模块B处理，在一定采样率上进行滤波；
3、滤波模块B处理后的信号，进一步经过时延调整模块处理，从而保证滤波模块A和滤波模块B两路信号时延的一致性；
4、控制模块完成解析载波带宽、控制滤波模块A和滤波模块B切换以及控制时延调整模块的步骤。
优选的，调节输入信号和/或输出信号的采样率的步骤包括：选择合理的采样率进行滤波，当采样率高于滤波需求时，进行若干次2倍抽取操作，将采样率降低到一定值；当采样率低于滤波需求时，进行若干次2倍插值操作，将采样率提高到一定值；并将滤波后的采样率调整到同一采样率上。
进一步的，对不大于5MHz带宽的信号以采样率7.68Msps进行滤波；对大于5MHz带宽的信号以采样率30.72Msps进行滤波。
优选的，所述方法还包括步骤：分析滤波模块A和滤波模块B的滤波过程得到两个模块的时延差，将该时延差作为参数写入到时延调整模块。
进一步的，当滤波模块A或滤波模块B的滤波器系数更改时，需再次分析两个路径的时延差，并更新到时延调整模块。
优选的，对不同带宽的信号应用FIR系数重载功能实时按照所选择滤波带宽对信号进行滤波：系数重载模块根据控制模块下发的载波带宽值选择不同的滤波系数，按照特定时序将选定的滤波系数加载到系数重载FIR滤波器，系数重载FIR滤波器完成相应的滤波功能。
优选的，不大于5MHz带宽的信号包括1.4MHz、3MHz、5MHz三种情形，大于5MHz带宽的信号包括10MHz、15MHz、20MHz三种情形。
一种针对LTE载波的数字滤波装置，包括滤波模块A、滤波模块B、时延调整模块和控制模块；
滤波模块A包括依次连接的两级2倍抽取的半带滤波器、第一系数重载FIR滤波器和两级2倍插值的半带滤波器；
滤波模块B包括第二系数重载FIR滤波器，同时滤波模块B和时延调整模块相连；
输入信号按照带宽分为两路，不大于5MHz带宽的信号由滤波模块A处理后输出，大于5MHz带宽的信号由滤波模块B和时延调整模块处理后输出；控制模块完成解析载波带宽、控制滤波模块A和滤波模块B切换，以及控制时延调整模块的功能。
优选的，系数重载FIR滤波器与系数重载模块相连，系数重载模块存储不同带宽的滤波器系数。
优选的，时延调整模块基于双口RAM实现。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明根据LTE网络协议的六种可配置带宽，分为两组，选择合理的采样率进行滤波，可以达到更好的滤波效果，降低滤波处理的复杂度，有效节省FPGA的乘法器等资源。
2、本发明应用FIR系数重载功能能够实时按照所选择滤波带宽对信号进行滤波。
3、本发明通过使用时延调整模块保证两组滤波处理分支的时延一致。
附图说明
图1是实施例的处理模块示意图；
图2是实施例的多级滤波示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
LTE网络的六种带宽分别是：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz以及20MHz。按照带宽大小，将带宽为1.4MHz、3MHz、5MHz三种情形分为一组，在较低采样率7.68Msps上进行滤波；带宽为10MHz、15MHz、20MHz三种情形分为另外一组，在较高采样率30.72Msps上进行滤波。如图1所示，滤波模块A处理低采样率的载波，滤波模块B处理高采样率的载波。滤波模块A完成小于5MHz带宽的信号滤波；滤波模块B完成大于5MHz带宽的信号滤波。由于带宽小于5MHz的一路滤波处理相比带宽大于5MHz的一路滤波处理更多的使用了FIR滤波，并且在较低的采样率上进行滤波，故带宽小于5MHz的一路信号的时延更大。为保证两路信号时延的一致性，在带宽大于5MHz的信号处理后，加入一个时延调整模块。控制模块完成解析载波带宽、控制切换开关，以及控制时延调整模块的功能。
具体的，设定输入为采样率为122.88Msps的零中频I或Q数据，输出为采样率为30.72Msps的零中频数据，如图2所示。
待处理的数据为采样率122.88Msps的宽带零中频I或Q数据，根据***需求将该宽带信号按LTE的六种带宽进行滤波；滤波后的零中频I或Q数据需要以采样率30.72Msps传输给后面的模块。由于输入信号的采样率为122.88Msps，需要进行两次2倍抽取，将采样率降低到30.72Msps，以满足带宽为10MHz、15MHz、20MHz的信号滤波需求。将采样率30.72Msps的信号进行两次2倍抽取，采样率降低到7.68Msps，以满足带宽为1.4MHz、3MHz、5MHz的信号滤波需求。由于***要求该模块的输出信号采样率为30.72Msps，故需要将采样率为7.68Msps的一组信号进行两次2倍插值操作，得到采样率为30.72Msps的数据。
这里采用半带滤波器进行2倍抽取或2倍插值操作并滤波。首先将采样率122.88Msps的信号经过两级2倍抽取的半带滤波器，采样率降为30.72Msps。此处分为两个分支。分支B处理带宽为10MHz、15MHz和20MHz的信号，在采样率降低为30.72Msps时进行滤波处理，可以兼顾带宽20MHz的情况。分支A需要再经过两级2倍抽取的半带滤波器，采样率降为7.68Msps。在采样率为7.68Msps的基础上对带宽1.4MHz、3MHz和5MHz的信号进行滤波处理，可以兼顾带宽5MHz的情况。分支A再经过两级2倍插值的半带滤波器将采样率提高到30.72Msps，与分支B的采样率相同，便于后续处理。
在两个处理分支中分别使用具有系数重载功能的FIR滤波器，由系数重载模块根据控制模块下发的载波带宽值选择不同的滤波系数，按照特定时序将选定的滤波系数加载到系数重载FIR，系数重载FIR完成相应的滤波功能。如图2所示，两组信号的FIR滤波器各自对应系数重载模块A和系数重载模块B。系数重载模块A存储带宽为1.4MHz、3MHz、5MHz的滤波器系数，系数重载模块B存储带宽为10MHz、15MHz、20MHz的滤波器系数，两个系数重载模块完成向对应的系数重载FIR加载系数的功能。
时延调整模块基于双口RAM实现，用于调整分支A和分支B的时延一致性。由于分支A的处理复杂，且在较低的采样率下完成滤波操作，相比分支B引入的时延较大。为了保证两个分支处理的时延一致，故在分支B中加入一个时延调整模块。根据分析分支A和分支B的滤波过程得到两个分支的时延差，将该时延差作为参数写入到时延调整模块。当分支A或分支B的滤波器系数更改时，需再次分析两个路径的时延差，并更新到时延调整模块。
最后，根据控制模块的载波带宽值判定选择哪个分支的输出数据。这样的设计方案充分考虑了节省资源和降低设计复杂度的问题，能够满足LTE信号处理过程中实时切换滤波带宽，优化了滤波***的复杂度，并保证了***时延的一致性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种针对LTE载波的数字滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、调节输入信号和/或输出信号的采样率使适应***需求；
S2、按照信号带宽大小，将不大于5MHz带宽的信号分为一组，由滤波模块A处理，在一定采样率上进行滤波；将大于5MHz带宽的信号分为另外一组，由滤波模块B处理，在一定采样率上进行滤波；
S3、滤波模块B处理后的信号，进一步经过时延调整模块处理，从而保证滤波模块A和滤波模块B两路信号时延的一致性；
S4、控制模块完成解析载波带宽、控制滤波模块A和滤波模块B切换以及控制时延调整模块的步骤。
2.根据权利要求1所述的针对LTE载波的数字滤波方法，其特征在于，步骤S1包括：选择合理的采样率进行滤波，当采样率高于滤波需求时，进行若干次2倍抽取操作，将采样率降低到一定值；当采样率低于滤波需求时，进行若干次2倍插值操作，将采样率提高到一定值；并将滤波后的采样率调整到同一采样率上。
3.根据权利要求1所述的针对LTE载波的数字滤波方法，其特征在于，步骤S2中对不大于5MHz带宽的信号以采样率7.68Msps进行滤波；对大于5MHz带宽的信号以采样率30.72Msps进行滤波。
4.根据权利要求1所述的针对LTE载波的数字滤波方法，其特征在于，步骤S3还包括步骤：分析滤波模块A和滤波模块B的滤波过程得到两个模块的时延差，将该时延差作为参数写入到时延调整模块。
5.根据权利要求4所述的针对LTE载波的数字滤波方法，其特征在于，当滤波模块A或滤波模块B的滤波器系数更改时，再次分析两个路径的时延差，并更新到时延调整模块。
6.根据权利要求1所述的针对LTE载波的数字滤波方法，其特征在于，步骤S2中对不同带宽的信号应用FIR系数重载功能实时按照所选择滤波带宽对信号进行滤波：系数重载模块根据控制模块下发的载波带宽值选择不同的滤波系数，按照特定时序将选定的滤波系数加载到系数重载FIR滤波器，系数重载FIR滤波器完成相应的滤波功能。
7.根据权利要求1所述的针对LTE载波的数字滤波方法，其特征在于，不大于5MHz带宽的信号包括1.4MHz、3MHz、5MHz三种情形，大于5MHz带宽的信号包括10MHz、15MHz、20MHz三种情形。
8.一种基于权利要求1所述的方法的针对LTE载波的数字滤波装置，其特征在于，包括滤波模块A、滤波模块B、时延调整模块和控制模块；
滤波模块A包括依次连接的两级2倍抽取的半带滤波器、第一系数重载FIR滤波器和两级2倍插值的半带滤波器；
滤波模块B包括第二系数重载FIR滤波器，同时滤波模块B和时延调整模块相连；
输入信号按照带宽分为两路，不大于5MHz带宽的信号由滤波模块A处理后输出，大于5MHz带宽的信号由滤波模块B和时延调整模块处理后输出；控制模块完成解析载波带宽、控制滤波模块A和滤波模块B切换，以及控制时延调整模块的功能。
9.根据权利要求8所述的针对LTE载波的数字滤波装置，其特征在于，系数重载FIR滤波器与系数重载模块相连，系数重载模块存储不同带宽的滤波器系数。
10.根据权利要求8所述的针对LTE载波的数字滤波装置，其特征在于，时延调整模块基于双口RAM实现。
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