專利名稱：具有多相結(jié)構(gòu)的數(shù)字式接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字式接收機(jī)，尤其是一種從多通道離散時(shí)間數(shù)據(jù)中抽取特定通道數(shù)據(jù)的裝置。
數(shù)字式接收機(jī)接收離散時(shí)間數(shù)據(jù)，并從其中抽取出所需的通道數(shù)據(jù)，而所接收的離散時(shí)間數(shù)據(jù)是由模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器從多通道模擬信號轉(zhuǎn)換來的。
如

圖1所示，傳統(tǒng)的數(shù)字式接收機(jī)包括乘法器10和12，一個(gè)本機(jī)振蕩器14及一個(gè)低通濾波器(LPT)16。該LPT16可以是一個(gè)分選的低通FIR(有限沖激響應(yīng))濾波器。
在操作中，加到數(shù)字式接收機(jī)輸入端的輸入信號S[n]是由I通道分量和Q通道分量組成。輸入信號S[n]的一個(gè)例子可由下式給出S[n]=I[n]·cosWsn+Q[n]·sinWsn……(1)其中I[n]·cosWsn及Q[n]·sinWsn表示分別代表I通道分量和Q通道分量。
輸入信號S[n]通過乘法器10和12與對應(yīng)通道的中頻信號sin[Wsn]及cos[Wsn]相乘，并分別產(chǎn)生一個(gè)基帶信號及一個(gè)高頻信號。該中頻信號cos[Wsn]及sin[Wsn]是由本機(jī)振蕩器14產(chǎn)生的。由乘法器10及12產(chǎn)生的基帶信號及高頻信號被送到LPF16,LPF16濾除高頻分量，并僅通過用戶需要接收的基帶信號。
在如上所述的數(shù)字式接收器的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)檩斎胄盘朣[n]是經(jīng)采樣被數(shù)字轉(zhuǎn)換過的信號，所以乘法器10及12應(yīng)該與輸入信號S[n]的采樣速率具有相同的數(shù)據(jù)處理速率。如果輸入信號S[n]的采樣速率很高，則乘法器10及12的數(shù)據(jù)處理速率也應(yīng)該高，以便以高采樣速率處理輸入信號S[n]。在這種情況下，有一個(gè)缺點(diǎn)，即如果數(shù)字式接收機(jī)是通過使用商用DSP(數(shù)字信號處理器)芯片而實(shí)現(xiàn)，則具有高數(shù)據(jù)處理速率的乘法器應(yīng)由芯片提供。即便乘法器是由芯片實(shí)現(xiàn)的，該復(fù)雜的乘法器也會對其它處理器有影響，因此，不能使用DSP芯片。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)通過在其后部安放的一個(gè)乘法器來減小負(fù)載，以使具有一個(gè)低數(shù)據(jù)處理速率的數(shù)字式接收機(jī)。
為達(dá)到上述目的，這里提供了一個(gè)本發(fā)明的多相結(jié)構(gòu)的數(shù)字式接收機(jī)，它具有由給定的采樣速率轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字輸入信號，并包括對輸入信號或?qū)η懊嫜訒r(shí)器的一個(gè)輸出順序延時(shí)的多個(gè)延時(shí)器；具有第一下采樣器的第一支路，用于根據(jù)輸入信號的獨(dú)有特性，而在可能的范圍內(nèi)降低輸入信號的采樣速率；多個(gè)下采樣器，用于根據(jù)輸入信號的獨(dú)有特性，而在可能的范圍內(nèi)降低輸入信號的采樣速率；一個(gè)第一濾波器，用于從接收到的來自第一下采樣器的信號中僅濾波所需通道的信號；多個(gè)濾波器，用于從接收到的來自多個(gè)下采樣器的信號中濾波所需通道的信號；一個(gè)第一加法器，用于將第一濾波器的輸出加到緊隨的濾波器的一個(gè)輸出上；多個(gè)加法器，分別用來將前面加法器的一個(gè)輸出加到相應(yīng)的濾波器上；與第一支路具有相同結(jié)構(gòu)的一個(gè)第二支路，第一和第二支路依據(jù)延時(shí)器是對稱的；第一乘法器，用來將第一支路的最后一個(gè)加法器的輸出乘以e-jWsMn；第二乘法器，用來將第二支路的最后一個(gè)加法器的輸出乘以ejWsMn；第二加法器，用來將第一及第二乘法器的輸出彼此相加，以產(chǎn)生一個(gè)與I通道相應(yīng)的信號；第三加法器，用來在第一與第二乘法器的輸出之間產(chǎn)生一個(gè)差值；第三乘法器，用來將第三加法器的輸出乘以一個(gè)復(fù)數(shù)，以產(chǎn)生一個(gè)與Q通道相對應(yīng)的信號。
現(xiàn)在結(jié)合附圖進(jìn)行下述詳細(xì)的說明，使本發(fā)明以上的及其它的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見圖1是傳統(tǒng)的數(shù)字式接收機(jī)的框圖；圖2是本發(fā)明最佳實(shí)施例的具有多相結(jié)構(gòu)的數(shù)字式接收機(jī)的框圖；圖3顯示了傳統(tǒng)數(shù)字式接收機(jī)的一個(gè)支路結(jié)構(gòu)；以及圖4顯示了圖3中數(shù)字式接收機(jī)的一個(gè)支路結(jié)構(gòu)。
相應(yīng)于本發(fā)明的一個(gè)輸入信號是由數(shù)字式接收機(jī)中前面的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字信號。很顯然使用規(guī)定的采樣頻率將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。對模擬信號采樣的采樣速率是由采樣頻率決定的。如果采樣頻率提高了，采樣速率與之成正比地增加。在以下說明中，使用了上述術(shù)語對前面解釋過的內(nèi)容沒有再額外地說明。
根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的數(shù)字式接收機(jī)，如圖2所示，包括加法器216-1,……,216-n,222-1,……,222-n,230及232，濾波器214-0,……,214-n及220-0,……,220-n，下采樣器212-0,……,212-n及218-0,……,218-n，延時(shí)器210-1,……,210-n，及乘法器224,226及228。
下采樣器(down-sampler)212-0,……,212-n及218-0,……,218-n接收具有任一頻率(采樣速率)fs的離散時(shí)間信號x[n]，并根據(jù)輸入信號x[n]的獨(dú)有特性在可能范圍內(nèi)降低采樣速率。雖然未在圖2中顯示出，但頻率fs表示與輸入級相連的A/D轉(zhuǎn)換器中使用的采樣頻率。
濾波器214-0,……,214-n及220-0,……,220-n具有原形濾波器的多相結(jié)構(gòu)，該多相結(jié)構(gòu)具有一種功能，用來將圖1所示的分選(decimating)的低通FIR濾波器的一個(gè)輸出與包含所需通道中頻的一個(gè)復(fù)數(shù)增益相乘。該多相結(jié)構(gòu)在IEEE，第73卷，1990年1月，第56-93頁，Vaidyanathan所寫“Multirate Digital Filters,Filter Banks,Polyphase Networks,and Application”(多速率數(shù)字濾波器、濾波器組、多相網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用)中予以說明。
延時(shí)器210-1,……,210-n中的每一個(gè)將輸入信號x[n]分別延遲一個(gè)采樣周期。
根據(jù)每個(gè)采樣數(shù)據(jù)，加法器216-1,……,216-n及222-1,……,222-n將由濾波器或由前面的加法器及濾波器產(chǎn)生的兩個(gè)信號彼此相加。更詳細(xì)地說，加法器216-1將由濾波器214-0及214-1產(chǎn)生的兩個(gè)信號彼此相加。加法器222-1將由濾波器220-0及220-1產(chǎn)生的兩個(gè)信號彼此相加。根據(jù)每個(gè)采樣數(shù)據(jù)，加法器232及230在乘法器224及226產(chǎn)生的信號之間形成一個(gè)和信號及一個(gè)差信號。其它加法器中的每一個(gè)將由前面的加法器及相應(yīng)的濾波器產(chǎn)生的兩個(gè)信號彼此相加。
乘法器224產(chǎn)生一個(gè)通過將采樣數(shù)據(jù)乘以e-jWsMn而得到的信號。乘法器226產(chǎn)生一個(gè)通過將采樣數(shù)據(jù)乘以ejWsMn而得到的信號。
延時(shí)器210-1,……,210-n彼此相連，以便能將輸入信號x[n]順序延遲一個(gè)采樣周期。下采樣器212-0,……,212-n及濾波器214-0,……,214-n成雙地與加法器216-1,……,216-n所述輸入端連在一起。只有下采樣器212-0及濾波器214-0成雙地連接在一個(gè)輸入信號端及加法器216-1之間。下采樣器212-1,……,212-n及濾波器214-1,……,214-n成雙地連接在延時(shí)器210-1,……,210-n的輸出端及加法器216-1,……,216-n之間。
下采樣器218-0,……,218-n、濾波器220-0,……,220-n及加法器222-1,……,222-n與下采樣器212-0,……,212-n、濾波器214-0,……,214-n及加法器216-1,……,216-n依延時(shí)器210-1,……,210-n為基礎(chǔ)具有對稱結(jié)構(gòu)。即，依延時(shí)器210-1,……,210-n為基礎(chǔ)，其兩側(cè)具有相同的結(jié)構(gòu)。以下，下采樣器212-0,……,212-n,濾波器214-0,……,214-n及加法器216-1,……,216-n將被稱為第一支路；下采樣器218-0,……,218-n，濾波器220-0,……,220-n及加法器222-1,……,222-n將被稱為第二支路。
第一支路的加法器216-n的輸出與乘法器224相連，第二支路的加法器222-n的輸出與乘法器226相連。乘法器224及226的輸出都與加法器230及232相連。加法器230的輸出與乘法器228相連。
操作時(shí)，圖2中的數(shù)字式接收機(jī)與圖1中的數(shù)字式接收機(jī)在接收輸入信號上有很大的不同。在圖1的數(shù)字式接收機(jī)中，通過A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號被乘以一個(gè)正弦信號cos[]及sin[]，之后該合成信號被傳送到下一級。然而在圖2的數(shù)字式接收機(jī)中，具有被下采樣器的下速率M降低了速率的信號與正弦信號cos[]及sin[]相乘，并將合成信號傳送到下一級?？梢岳斫?，通過放置在數(shù)字式接收機(jī)后部的乘法器224及226，正弦信號cos[]及sin[]與具有被下速率M降低了速率的輸入信號相乘。由于下采樣器的下速率(down rate)M依賴于輸入信號，所以容易理解所有下采樣器都有它自己的下速率。
圖2中的數(shù)字式接收機(jī)可由兩個(gè)支路進(jìn)行操作。接收到的來自A/D轉(zhuǎn)換器的離散時(shí)間信號通過(M-1)個(gè)延時(shí)器210-1,……,210-n。在這種情況下，由于存在有不通過延時(shí)器而處理輸入信號的下采樣器及濾波器，所以延時(shí)的量比與下速率M相應(yīng)的值小1。延時(shí)器210-1,……,210-n的輸出與M個(gè)濾波器214-0,……,214-n及220-0,……,220-n并行地卷積。濾波器214-0,……,214-n及220-0,……,220-n具有濾波器的多相結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有一個(gè)功能，即將圖1所示FIR濾波器的一個(gè)輸出乘以一個(gè)復(fù)數(shù)增益，該增益包含一個(gè)所需通道的中頻Ws。濾波器214-0,……,214-n的所述輸出及濾波器220-0,……,220-n的所述輸出都彼此相加，并分別乘以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)數(shù)增益e-jWsMn及ejWsMn。將該相乘結(jié)果彼此相加，因此得到一個(gè)所需通道的I分量。
類似地，為得到Q分量，先計(jì)算出兩個(gè)支路上輸出信號的差，并將該差值乘以-j，如同由正弦信號cos[]及sin[]的相關(guān)特性中所知道的那樣。
用一個(gè)數(shù)學(xué)公式，在圖3中指出了圖1中數(shù)字式接收機(jī)的模型。圖3所示的一個(gè)輸出信號y[n]可由下式給出y[n]=Σrh[Mn-r]·x[r]·coswsr----(2)]]>其中x[n]是一個(gè)通過A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號，Ws是所需通道的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的中頻，h[n]是一個(gè)系統(tǒng)脈沖響應(yīng)，M是下速率。
圖3中的結(jié)構(gòu)被分為圖4中所示的兩個(gè)支路的情況將會由以下等式導(dǎo)出。上述等式(2)可由以下等式(3)表示。即y[n]=Σrh[Mn-r]·x[r]·cosWsr]]>=Σrh[Mn-r]·x[r]·(ejwsr+e-jwsr2)]]>=12Σrh[Mn-r]·x[r]·(ejwsr+e-jwsr)]]>=12Σrh[Mn-r]·x[r]·(ejws(Mn-Mn+r)+e-jws(Mn-Mn+r))]]>=12ejWsMnΣrh[Mn-r]·x[r]·e-jWs(Mn-r)]]>+12e-jWsMnΣrh[Mn-r]·x[r]·ejWs(Mn-r)----(3)]]>所述乘法器在冪函數(shù)的低速率下工作。濾波器410a及410b可分別由1/2{h[n]e-jWsn}]]>及1/2{h[n]ejWsn},]]>表示。
圖4中所指示的濾波器410a和410b被改進(jìn)為多相濾波器。下采樣器412a和412b和濾波器410a及410b可用“Noble恒等式”互換位置。在有關(guān)Vaidyanathand的“Multirate System and Filter Banks”(多速率系統(tǒng)和濾波器組)第199至122頁，Englewood Cilffs，1993年，中有“Nobel恒等式”的詳細(xì)內(nèi)容。
在圖2的數(shù)字式接收機(jī)中，由“Noble恒等式”，下采樣器412a及412b，被與濾波器410a及410b互換位置。圖2中所示的濾波器214-0，……，214-n的Z變換Hws,K(Z)如下HWs,K(Z)=ΣnhWs(K+Mn)Z-n,]]>0≤K≤M-1如圖2所示濾波器220-0，……，220-n的Z變換H-Ws,K(Z)如下H-Ws,K(Z)=Σnhh-Ws(K+Mn)Z-n,]]>0≤K≤M-1
其中，HWs,K(Z)是多相濾波器hWs[n]的Z變換，H-Ws,K(Z)是多相濾波器h-Ws[n]的Z變換。
在由上述等式(3)及“Noble恒等式”構(gòu)造的數(shù)字式接收機(jī)中，輸入信號x[n]通過下采樣器212-0及218-0加到濾波器214-0及220-0上。將經(jīng)過濾波器214-0及220-0的被HWs,K(Z)及H-Ws,k(Z)濾波的輸出提供給加法器216-1及222-1。輸入信號x[n]被延時(shí)器210-1,……,210-n依次延時(shí)，之后加到下采樣器212-1,……,212-n及218-1至218-n，在這些下采樣器中其采樣速率被降低。將下采樣器212-1,……,212-n及218-1至218-n的輸出通過濾波器214-1,……214-n及220-1,……,220-n進(jìn)行濾波。濾波器214-1,……,214-n及220-1,……,220-n的輸出被提供給加法器216-1至216-n和222-1,……222-n。用提供給加法器216-1和222-1的兩個(gè)信號產(chǎn)生一個(gè)要加到下一級的加法器上的和信號。將加法器216-n和222-n的輸出信號加到乘法器224和226上，并被分別乘以e-jWsMn和ejWsMn。乘法器224和226的輸出被加到加法器230上。該加法器230在乘法器224和226的輸出之間產(chǎn)生一個(gè)差信號。該加法器230的輸出被加到乘法器228，并被乘以-j，因此產(chǎn)生了一個(gè)Q通道信號。將乘法器224和226的輸出加到加法器232，以產(chǎn)生一個(gè)和信號。由加法器232產(chǎn)生的該和信號是對應(yīng)I通道的最終輸出信號y[n]。
如上所述，在信號的獨(dú)有特性的范圍內(nèi)，本發(fā)明的有多相結(jié)構(gòu)的數(shù)字式接收機(jī)通過使用“Noble恒等式”減小了輸入端的信號速率。以高處理速率處理輸入信號的數(shù)字式接收機(jī)可由商用的DSP實(shí)現(xiàn)。因?yàn)楦鶕?jù)多相結(jié)構(gòu)的獨(dú)有特性來并行處理信號是可能的，所以根據(jù)本發(fā)明的該數(shù)字式接收機(jī)比傳統(tǒng)數(shù)字式接收機(jī)的信號處理速率要快。因此，系統(tǒng)的效率最高。
雖然參照一定的最佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了圖示和說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，任何依據(jù)本發(fā)明作出的各種形式和細(xì)節(jié)的變化都包括在本發(fā)明權(quán)利要求定義的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種具有按給定采樣速率轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸入信號的多相結(jié)構(gòu)的數(shù)字式接收機(jī)，其特征是，該數(shù)字式接收機(jī)包括多個(gè)延時(shí)器，用來對所述輸入信號或前面延時(shí)器的輸出順序進(jìn)行延時(shí)；第一支路，包括第一下采樣器；多個(gè)下采樣器；第一濾波器；多個(gè)濾波器；第一加法器及多個(gè)加法器，其中第一下采樣器用來根據(jù)所述輸入信號的獨(dú)有特性，在可能范圍內(nèi)降低所述輸入信號的采樣速率，所述多個(gè)下采樣器用來根據(jù)所述輸入信號的獨(dú)有特性，在可能范圍內(nèi)降低所述輸入信號的采樣速率，所述第一濾波器用來從接收到的來自所述第一下采樣器的信號中僅濾波所需通道的信號，所述多個(gè)濾波器用來從接收到的來自所述多個(gè)下采樣器的信號中僅濾波所需通道的信號，所述第一加法器用來將第一濾波器的輸出與緊隨的濾波器的輸出相加，所述多個(gè)加法器用來分別將前面加法器的輸出加到相應(yīng)的濾波器上；第二支路，具有與所述第一支路相同結(jié)構(gòu)，所述第一和第二支路依所述延時(shí)器為基礎(chǔ)是對稱的；第一乘法器，用來將第一支路的最后一個(gè)加法器的輸出乘以e-jWsMn；第二乘法器，用來將第二支路的最后一個(gè)加法器的輸出乘以ejWsMn；第二加法器，用來將所述第一和第二乘法器的輸出彼此相加，以產(chǎn)生一個(gè)與I通道相對應(yīng)的信號；第三加法器，用來在所述第一和第二乘法器的輸出之間產(chǎn)生差值；以及第三乘法器，用來將所述第三加法器的輸出乘以一個(gè)復(fù)數(shù)，以產(chǎn)生一個(gè)與Q通道相對應(yīng)的信號。
2．如權(quán)利要求1的數(shù)字式接收機(jī)，其特征是，構(gòu)成所述第二支路的濾波器用Z變換濾波所需通道，Z變換由下式給出H-Ws,K(Z)=Σnh-Ws(K+Mn)Z-n,]]>0≤K≤M-1其中M是下速率。
3．如權(quán)利要求2的數(shù)字式接收機(jī)，其特征是，構(gòu)成所述第一支路的所述濾波器用Z變換濾波所需通道，Z變換由下式給出HWs,K(Z)=ΣnhWs(K+Mn)Z-n,]]>0≤K≤M-1其中M是下速率。
4．如權(quán)利要求3的數(shù)字式接收機(jī)，其特征是，構(gòu)成所述第一和第二支路的所述濾波器中的每一個(gè)都具有多相結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種具有多相結(jié)構(gòu)的數(shù)字式接收機(jī),其中將乘法器安裝在數(shù)字式接收機(jī)的后部,并且將下采樣器位于該乘法器的前面,由此可在比輸入信號速率要低的速率上處理信號。
文檔編號H04L5/02GK1214585SQ9812032
公開日1999年4月21日 申請日期1998年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月29日
發(fā)明者崔鎮(zhèn)圭 申請人:三星電子株式會社