一種異步成形濾波器設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種通用異步成形濾波器設(shè)計方法，屬于無線通信物理層技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)的傳輸帶寬的有限的，而信號的頻譜寬度是無限的，在有 限的帶寬中傳輸帶寬無限的信號，會造成信號時域波形的失真，引起碼間串?dāng)_，為了有效利 用頻譜、消除碼間串?dāng)_，需要對發(fā)送信號進(jìn)行成形濾波。
[0003] 傳統(tǒng)的成形濾波器設(shè)計通常采用整數(shù)倍成形方式，即濾波輸出采樣速率為輸入信 號速率的整數(shù)倍，運樣設(shè)計的優(yōu)點是易于硬件實現(xiàn)，缺點是要求基帶處理時鐘必須是所處 理信號速率的整數(shù)倍，而通常情況下，所給時鐘源與信號速率都不具備整數(shù)倍關(guān)系，需要通 過外接數(shù)字頻率合成器設(shè)備來達(dá)到分?jǐn)?shù)倍變頻的目的，增加了硬件開銷。由此可見，設(shè)計一 種異步成形濾波器，使得對于任意速率的基帶信號，經(jīng)過成形濾波器后輸出的采樣速率都 為基帶處理時鐘，是非常有必要的。
[0004] 中國專利CN204258746和CN1042189提出了一種分?jǐn)?shù)倍內(nèi)插成型濾波器實現(xiàn)方法， 該濾波器包括數(shù)據(jù)同步模塊、分段濾波模塊、重采樣模塊、數(shù)控振蕩器控制模塊。數(shù)控振蕩 器控制模塊根據(jù)基帶調(diào)制速率輸入產(chǎn)生慢溢出標(biāo)志送給數(shù)據(jù)同步模塊產(chǎn)生慢同步數(shù)據(jù)輸 出，慢同步數(shù)據(jù)輸出經(jīng)過分段濾波模塊產(chǎn)生濾波器組輸出，濾波器組輸出和快溢出標(biāo)志和 分?jǐn)?shù)時延濾波器時延經(jīng)過重采樣模塊產(chǎn)生成型濾波數(shù)據(jù)。該發(fā)明通過在整數(shù)倍成型濾波器 后接重采樣模塊實現(xiàn)分?jǐn)?shù)倍成型濾波輸出，需要的乘法器和加法器數(shù)量較多，消耗資源量 大，且時序控制困難，時延較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是，針對常規(guī)成形濾波器設(shè)計只能實現(xiàn)整數(shù)倍成形，應(yīng)用范圍受限，增 加硬件開銷等問題，提出了一種異步成形濾波器設(shè)計方法，可實現(xiàn)任意輸入信號速率到基 帶處理時鐘的成形濾波輸出，不受限于整數(shù)倍關(guān)系，可在任意基帶處理時鐘，任意信號速率 下使用，具備較強(qiáng)的通用性，當(dāng)系統(tǒng)時鐘源與信號速率不具備整數(shù)倍關(guān)系時，節(jié)省了硬件開 銷;方法實現(xiàn)簡單，工程實現(xiàn)復(fù)雜度低，對于可編程邏輯器件等開發(fā)平臺，只需要一個NCO控 制模塊和成形濾波器即可實現(xiàn)異步成形輸出，無需通過重采樣模塊實現(xiàn)異步時序，時序控 制簡單，占用資源較小;接口簡單，易于模塊化實現(xiàn)，便于移植。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是：
[0007] -種異步成形濾波器設(shè)計方法，包括查找表生成模塊、NCO控制模塊和成形濾波器 模塊，其中，查找表生成模塊用于產(chǎn)生成形濾波器系數(shù)并制作查找表，NCO控制模塊用于產(chǎn) 生輸入信號速率及樣點相位信息，成形濾波器模塊用于實現(xiàn)從輸入信號速率到基帶處理時 鐘的成形輸出，包括W下步驟：
[000引步驟1，根據(jù)給定的濾波器參數(shù)通過查找表生成模塊生成成形濾波器的成形系數(shù)， 同時查找表生成模塊根據(jù)成形濾波器的成形系數(shù)制作查找表；
[0009] 步驟2,根據(jù)輸入信號速率通過NCO控制模塊產(chǎn)生輸入信號速率時鐘及樣點相位信 息；
[0010] 步驟3,根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，通過成形濾波器模塊實現(xiàn)從輸入信號速率到基帶處理時鐘 的成形輸出。
[0011] 所述步驟1中根據(jù)給定的濾波器參數(shù)通過查找表生成模塊生成成形濾波器，同時 查找表生成模塊根據(jù)成形濾波器的成形系數(shù)制作查找表的方法，如下：
[0012] 步驟11，根據(jù)基帶處理時鐘頻率fm，輸入信號速率fs，得到成形濾波器的成形倍數(shù) R：
[0014] 其中，「'1表示向上取整，K表示成形倍數(shù)R的位寬，fm表示基帶處理時鐘頻率，fs表 示輸入信號速率。根據(jù)調(diào)制器系統(tǒng)給定滾降系數(shù)a和濾波器相關(guān)長度Nt, W及成形倍數(shù)R即 可制作成形濾波器；
[0015] 步驟12,根據(jù)給定的量化精度對步驟11得到的成形濾波器進(jìn)行成形系數(shù)量化，將 浮點型成形系數(shù)量化成合適位寬的整數(shù)；
[0016] 步驟13,對步驟12中的成形濾波器的成形系數(shù)進(jìn)行截短，得到截短后的濾波器系 數(shù)F:
[0017] 步驟14,根據(jù)濾波器相關(guān)長度化和步驟11得到的成形倍數(shù)R對步驟13中得到的截 短后的濾波器系數(shù)F進(jìn)行分組，生成成形濾波器系數(shù)矩陣：
[0019] 其中，巧表示系數(shù)矩陣中的第i行第j列元素，R表示成形倍數(shù)，Nt表示濾波器相關(guān) 長度。
[0020] 步驟15,根據(jù)步驟14得到的成形濾波器系數(shù)矩陣獲取每列最大量化位寬：
[0022] 其中，Mj表示第j列最大量化位寬，符號H表示向上取整，I ? I表示取絕對值， 表示i = i，2,…，R個元素中的最大值，巧表示系數(shù)矩陣中的第i行第j列元素；
[0023] 步驟16,按照步驟15得到的每列最大量化位寬，將步驟14得到的成形濾波器系數(shù) 矩陣中的系數(shù)表示為二進(jìn)制數(shù)，若^；^ /()，則將其轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼形式;將各行對應(yīng)列合并，生成 二進(jìn)制數(shù)組：
[002引其中，B嗦示數(shù)組中的第
i個元素，(巧表示將巧轉(zhuǎn)換為位寬為M撕二進(jìn)制數(shù)，& 表示將比特位并置，元素BI的位寬M為M = I; ，M康示第j列最大量化位寬，R表示數(shù)組長 片： 度；
[00%]步驟17,將步驟16生成的二進(jìn)制數(shù)組按照所用開發(fā)系統(tǒng)規(guī)定的查找表格式生成二 進(jìn)制查找表：
[0028] 所述步驟2中根據(jù)輸入信號速率通過NCO控制模塊產(chǎn)生輸入信號速率時鐘及樣點 相位信息的方法如下：
[0029] 步驟21，根據(jù)基帶處理時鐘頻率fm、輸入信號速率fs生成頻率控制字私
[0031] 其中，科'表示頻率控制字，fm表示基帶處理時鐘頻率、fs表示輸入信號速率，N為NCO 控制模塊的累加精度；
[0032] 步驟22,根據(jù)步驟21得到的頻率控制字通過頻率積分實現(xiàn)瞬時相位輸出：
[003；3]錢=[巧一I + 巧]mod 2、；
[0034] 其中，輝.表示第n個基帶處理時鐘nTm時的瞬時相位，mod表示取余函數(shù)，犯表示頻 率控制字，N為NCO控制模塊的累加精度；
[0035] 步驟23,根據(jù)步驟22得到的瞬時相位通過NCO控制模塊溢出標(biāo)志產(chǎn)生輸入信號速 率時鐘的時鐘使能信號：
[0036] 當(dāng)鉛_1+A >2"時，NCO控制模塊中的瞬時值溢出，提取溢出標(biāo)志，將該溢出標(biāo)志作 為輸入信號速率時鐘的時鐘使能信號；
[0037] 步驟24,通過NCO控制模塊高位獲取需要的成形樣點相位信息：
[0038] 根據(jù)步驟11得到的成形倍數(shù)R的位寬K，得到第n個基帶處理時鐘時的成形樣點相 位Pn:
[00例戶"=(0,)r睪刊；
[0040] 其中，Pn表示第n個基帶處理時鐘時的成形樣點相位，碑表示第n個基帶處理時鐘 nTm時的瞬時相位，表示提取位寬為N的二進(jìn)制數(shù)的第a至b位。
[0041] 所述步驟3中根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，通過成形濾波器模塊實現(xiàn)從輸入信號速率到基帶處 理時鐘的成形輸出的方法如下：
[0042] 步驟31，設(shè)置深度為2化的數(shù)據(jù)寄存器，對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存：
[0043] 數(shù)據(jù)寄存器采用FIFO結(jié)構(gòu)，利用NCO控制模塊給出的輸入信號速率時鐘的時鐘使 能信號，在時鐘使能信號有效時讀取輸入數(shù)據(jù)并更新寄存器，該數(shù)據(jù)寄存器的深度為2化；
[0044] 步驟32,根據(jù)NCO控制模塊給出的成形樣點相位信息和生成的查找表，提取2化個 成形濾波器系數(shù)：
[0045] 使用步驟1中生成的二進(jìn)制查找表和步驟24中NCO控制模塊給出的成形樣點相位 信息通過W下方法獲取成形濾波器的全部系數(shù)，將第n個基帶處理時鐘時的讀取地址表示 為：
[0046] \ . A = not 巧
[0047] 式中，Al表示查找表的讀取地址1，用W提取前半段的成形濾波器系數(shù)，A2表示查找 表的讀取地址2,用W提取后半段的成形濾波器系數(shù)。Pn表示第n個基帶處理時鐘時的成形 樣點相位，not表示按位取反；
[004引則可得到成形濾波器的第k個系數(shù)Ck:
[0050] 式中，Ck表示成形濾波器的第k個系數(shù)，Al表示查找表的讀取地址1，A2表示查找表 的讀取地址2，Ta表示查找表中地址A對應(yīng)的元素，M表示元素Bi的位寬，化表示濾波器相關(guān)長 度，M。和M如;1等于0，（.您一W表示提取位寬為M的二進(jìn)制數(shù)的第a至b位；
[0051] 步驟33,將緩存的數(shù)據(jù)與成形濾器系數(shù)對應(yīng)位置相乘；
[0052] 對于單比特輸入數(shù)據(jù)，直接根據(jù)輸入比特將成形濾波器系數(shù)取正或取負(fù)即可；對 于多進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)，需要2Nt個乘法器；
[0053] 步驟34,根據(jù)步驟32得到的成形濾波器的第k個系數(shù)Ck,可得到第n+nd個基帶處理 時鐘時成形輸出數(shù)據(jù)：
[0055] 其中，y(n+nd)表示第n+nd個基帶處理時鐘時的成形輸出數(shù)據(jù)，nd表示由乘法器和 加法器造成的時延，Ck表示成形濾波器的第k個系數(shù)，Dk表示在第n個基帶處理時鐘時數(shù)據(jù)寄 存器中的第k個數(shù)據(jù);所需加法器個數(shù)為2NT-1。
[0056] 優(yōu)選的：所述步驟11中成形濾波器為平方根升余弦濾波器，該平方根升余弦濾波 器階數(shù)為2R化+1。
[0057] 優(yōu)選的：所述步驟13中對成形濾波器的成形系數(shù)的右半