一種數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波器及濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波器，還涉及一種數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用軟件無線電技術(shù)的數(shù)字中頻接收機(jī)，DDC、CIC抽取濾波器和可配置系數(shù)FIR濾波器的級聯(lián)成為基帶變換和信號帶寬控制的經(jīng)典數(shù)字信號處理方法。由于FIR濾波器是中頻檢波前的最后一級且是最窄一級濾波器，其帶寬和形狀決定了進(jìn)入中頻檢波器的信道帶寬和形狀，故稱之為中頻帶寬成形濾波器。
[0003]對于實時性要求較高的應(yīng)用，DDC、CIC抽取濾波器和可配置系數(shù)FIR濾波器都需要在FPGA中實現(xiàn)，其中FIR濾波器在FPGA內(nèi)部的實現(xiàn)需要占用大量邏輯門和乘法器資源，故設(shè)計多個不同階數(shù)的FIR濾波器，通過切換實現(xiàn)帶寬的大范圍調(diào)整在工程應(yīng)用中是不可行的，而通過修改FIR濾波器的配置系數(shù)只能實現(xiàn)非常有限的帶寬調(diào)諧。
[0004]在許多應(yīng)用中，尤其是頻譜分析應(yīng)用中要求實現(xiàn)中頻信道帶寬的大范圍調(diào)諧，目前其帶寬變化比要求高達(dá)10的5到6次數(shù)量級，現(xiàn)有的方法是通過改變CIC抽取濾波器的抽取因子實現(xiàn)的。但隨著抽取比的增大，數(shù)字中頻檢波數(shù)據(jù)率會反比減小，當(dāng)中頻檢波數(shù)據(jù)率低于設(shè)計要求的視頻檢波數(shù)據(jù)率時，一種辦法是延長頻譜分析時間降低視頻檢波數(shù)據(jù)率，另一種辦法是通過內(nèi)插滿足視頻檢波要求。
[0005]這兩種方法或者會降低頻譜分析的性能，或者會增加設(shè)計的復(fù)雜性，原因是都沒有從源頭上解決數(shù)據(jù)率降低的問題。
[0006]在頻譜分析應(yīng)用中，帶寬成形濾波器用于實現(xiàn)頻譜分辨，為實現(xiàn)不同測試頻寬下頻譜分辨率的優(yōu)化，要求成形濾波器帶寬可大范圍調(diào)諧。
[0007]采用數(shù)字中頻技術(shù)的頻譜分析儀，其數(shù)字中頻信號處理架構(gòu)由ADC模擬中頻采集+DDC數(shù)字下變頻+CIC抽取濾波+FIR成形濾波4個基本部分組成。設(shè)ADC的采樣時鐘頻率為fs，CIC抽取濾波器的抽取因子為D，F(xiàn)IR成形濾波器的歸一化帶寬為BW，忽略CIC抽取濾波器對帶寬的影響，則頻譜分辨率RBW可表達(dá)為:
[0008]RBW = BWXfs + D (1)
[0009]由此可見，抽取因子D取不同的數(shù)值，RBW隨之改變。因D的取值范圍為大于1的整數(shù)，故通過修改抽取因子D可實現(xiàn)頻譜分辨率的大范圍調(diào)諧。
[0010]通過修改抽取因子D可實現(xiàn)頻譜分辨率的大范圍調(diào)諧，意味著D的取值需要在很大的范圍內(nèi)改變。抽取后的中頻數(shù)據(jù)率會下降為&的D分之一，故當(dāng)D的取值很大時，中頻檢波數(shù)據(jù)率會變得很低，實際上已遠(yuǎn)低于后級信號處理能力。
[0011]當(dāng)中頻檢波數(shù)據(jù)率低于視頻檢波信號處理最低數(shù)據(jù)率要求時，降低視頻檢波數(shù)據(jù)率會反比增加頻譜分析時間，即降低頻譜分析速度；采用擬合內(nèi)插的方式提高中頻檢波數(shù)據(jù)率不能客觀的反映真實頻譜的時域波動特征，還會增加設(shè)計的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提出一種數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波器及濾波方法，替代傳統(tǒng)的通過改變CIC抽取濾波器抽取因子D實現(xiàn)中頻信道帶寬大范圍調(diào)諧的方案，避免因中頻檢波數(shù)據(jù)率降低造成頻譜分析速度變慢和設(shè)計復(fù)雜化。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0014]—種數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波器，包括:中頻采樣ADC、DDC數(shù)字下變頻器、CIC積分梳狀濾波器；
[0015]中頻采樣ADC對經(jīng)過選頻的模擬中頻信號進(jìn)行采樣量化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字中頻信號；將ADC采樣數(shù)據(jù)送入DDC下變頻器，與NC0數(shù)字本振信號混頻，將數(shù)字中頻信號下變頻至零中頻；將零中頻數(shù)據(jù)送入CIC積分梳狀濾波器，由外部控制器根據(jù)帶寬調(diào)諧需要配置梳狀濾波器階數(shù)，其輸出為經(jīng)過帶寬調(diào)理的數(shù)字中頻。
[0016]上述數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波器，還包括抗混疊抽取濾波器，抗混疊抽取濾波器位于DDC數(shù)字下變頻器和CIC積分梳狀濾波器之間；
[0017]將零中頻數(shù)據(jù)送入抗混疊抽取濾波器，由外部控制器配置抽取比，實現(xiàn)對零中頻信號的抗混疊濾波和數(shù)據(jù)抽取。
[0018]可選地，抗混疊抽取濾波器采用半帶抽取濾波器。
[0019]可選地，抗混疊抽取濾波器采用CIC積分梳狀抽取濾波器。
[0020]本發(fā)明還提供了一種數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波方法，包括中頻采樣ADC、DDC數(shù)字下變頻器、CIC積分梳狀濾波器，濾波步驟如下:
[0021]步驟⑴，中頻采樣ADC對經(jīng)過選頻的模擬中頻信號進(jìn)行采樣量化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字中頻信號；
[0022]步驟(2)，將ADC采樣數(shù)據(jù)送入DDC下變頻器，與NC0數(shù)字本振信號混頻，將數(shù)字中頻信號下變頻至零中頻；
[0023]步驟(3)，將零中頻數(shù)據(jù)送入CIC積分梳狀濾波器，由外部控制器根據(jù)帶寬調(diào)諧需要配置梳狀濾波器階數(shù)，其輸出為經(jīng)過帶寬調(diào)理的數(shù)字中頻，用于后級信號處理。
[0024]上述數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波方法，還包括抗混疊抽取濾波器，抗混疊抽取濾波器位于DDC數(shù)字下變頻器和CIC積分梳狀濾波器之間；
[0025]將零中頻數(shù)據(jù)送入抗混疊抽取濾波器，根據(jù)設(shè)計需要由外部控制器配置抽取比，實現(xiàn)對零中頻信號的抗混疊濾波和數(shù)據(jù)抽取。
[0026]可選地，抗混疊抽取濾波器采用半帶抽取濾波器。
[0027]可選地，抗混疊抽取濾波器采用CIC積分梳狀抽取濾波器。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:
[0029](1)通過改變CIC積分梳狀濾波器的階數(shù)實現(xiàn)帶寬調(diào)理，不會降低數(shù)字中頻數(shù)據(jù)率;
[0030](2)用CIC積分梳狀濾波器替代FIR濾波器用作帶寬成形濾波器，無需乘法運(yùn)算，設(shè)計簡單，F(xiàn)PGA實現(xiàn)邏輯資源占用少；
[0031](3)在頻譜分析儀應(yīng)用中，抽取因子僅用于調(diào)節(jié)中頻檢波輸出數(shù)據(jù)率和視頻檢波輸出數(shù)據(jù)率之間的比例關(guān)系，很容易做到各種視頻檢波類型數(shù)據(jù)處理條件的優(yōu)化；
[0032](4)不再需要視頻檢波輸出數(shù)據(jù)的內(nèi)插處理，從而簡化設(shè)計。
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本發(fā)明數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波器的原理框圖。
【具體實施方式】
[0035]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036]本發(fā)明的數(shù)字中頻可變帶寬成形濾波器，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:中頻采樣ADC、DDC數(shù)字下變頻器、CIC積分梳狀濾波器，優(yōu)選地，當(dāng)設(shè)計中需要降低中頻輸出數(shù)據(jù)率時，還包括抗混疊抽取濾波器，抗混疊抽取濾波器的位置須位于DDC數(shù)字