專利名稱：一種數(shù)字中頻濾波方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適合與移動通信網絡中射頻直放站或數(shù)字電視轉發(fā)器的數(shù)字中頻技術領域，尤其是一種數(shù)字中頻濾波方法。
背景技術：
在移動通信迅速發(fā)展的今天，無論何種無線通信的覆蓋區(qū)域都將產生弱信號區(qū)和盲區(qū)，而對一些偏遠地區(qū)和用戶數(shù)不多的盲區(qū)，采用直放站來實現(xiàn)信號覆蓋是一種必要的和低成本的解決方案。在3G網絡即將到來的今天，市場對直放站提出了新的要求。作為3G的主流標準之一的WCDMA標準，已經在歐洲成熟應用，也將成為我國3G網絡的采用標準之一。由于WCDMA系統(tǒng)可采用單載波或多載波頻率配置方案，中頻信號帶寬可從5MHz變化到20MHz，這對WCDMA直放站的中頻濾波器設計提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，采用普通的模擬濾波器在成本上特別是靈活性已不能滿足要求，需要采用數(shù)字化技術。目前已有的有關WCDMA中的數(shù)字中頻濾波器帶寬最大只有15MHz左右，這樣最多只能配置3個載波，且中頻頻率較低，一般在40MHz以下，這對后面上變頻器的設計制作不利。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要解決上述現(xiàn)有技術的缺陷，而提供一種數(shù)字中頻濾波方法，該方法采用新穎的數(shù)字中頻濾波器頻率配置方案，也可應用于數(shù)字電視轉發(fā)器中。
本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的這種數(shù)字中頻濾波方法，主要包括下述步驟1、將輸入頻率為140MHz，并且?guī)捫∮?1.25MHz的模擬中頻信號，通過A/D模塊采樣，在第一奈奎斯特區(qū)，得到A/D轉換后數(shù)字中頻頻率F1為15Mhz的信號，該信號的頻譜結構與140MHz輸入信號的頻譜結構完全相同；2、將中頻頻率F1為15Mhz的信號通過數(shù)字濾波模塊作濾波處理，數(shù)字濾波模塊的輸出數(shù)據(jù)速率為62.5MHz；將數(shù)字濾波模塊的輸出信號通過2倍內插及低通濾波模塊一先作2倍內插，即在原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到125MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；
3、先對2倍內插及低通濾波模塊一的輸出信號與20MHz本振通過混頻濾波模塊作混頻運算，混頻后的信號中在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率F2為35MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號，再對該信號濾波，混頻濾波模塊的數(shù)據(jù)速率為125MHz；4、先對混頻濾波模塊的輸出信號通過2倍內插及高通濾波模塊作2倍內插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到250MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作高通濾波，濾波后在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率F3為90MHz的且與其他頻譜塊不重疊，但頻譜與A/D前的頻譜成鏡像關系的信號；5、先對2倍內插及高通濾波模塊的輸出信號通過2倍內插及低通濾波模塊二作2倍內插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到500MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；6、將2倍內插及低通濾波二的輸出信號與250MHz本振通過混頻模塊進行信號混頻，在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率為160MHz的信號，且160MHz的信號頻譜結構與A/D輸入信號的結構相同，該信號經D/A模塊輸出及低通或帶通濾波后即可得到中心頻率為160MHz的中頻輸出。
本發(fā)明所述A/D模塊的采樣速率為62.5MHz，采樣的信號帶寬要大于155MHz。
本發(fā)明所述的數(shù)字濾波模塊可以依據(jù)具體的應用要求，實現(xiàn)不同的濾波特性，如WCDMA數(shù)字中頻濾波中可配置成數(shù)字濾波模塊帶寬為10MHz，可選通二路相鄰載波配置的WCDMA信號，即每路WCDMA信號帶寬5MHz；又如在DVB-T數(shù)字中頻濾波中，根據(jù)模式的不同，可設計成6MHz、7MHz、8MHz三種濾波帶寬。
本發(fā)明有益的效果是本發(fā)明可實現(xiàn)對輸入中頻140MHz的信號濾波，并可實現(xiàn)多種信道濾波特性，并可將輸出中頻提升到160MHz，以更便于后面上變頻器的制作。
●輸入中頻信號、輸出中頻信號采用不同的頻率，輸入中頻140MHz，輸出中頻160MHz；●A/D、D/A采用不同的特定的采樣速率，A/D的采樣速率為62.5MHz，D/A的采樣速率為500MHz；●采用了數(shù)字混頻技術實現(xiàn)了輸入、輸出頻率的不同頻變換。


圖1是本發(fā)明的原理方框圖；圖2是本發(fā)明中140MHz中頻信號經62.5MHzA/D采樣后的頻譜示意圖；圖3是本發(fā)明中在WCDMA直放站應用中數(shù)字濾波器的一種頻率特性示意圖；圖4是本發(fā)明中2倍內插及低通濾波模塊一的輸出信號頻譜示意圖；圖5是本發(fā)明中2倍內插及低通濾波模塊一與20MHz正弦信號混頻后頻譜示意圖；圖6是本發(fā)明中混頻濾波模塊的輸出頻譜示意圖；圖7是本發(fā)明中2倍內插及高通濾波模塊的輸出頻譜示意圖；圖8是本發(fā)明中2倍內插及低通濾波模塊二的輸出頻譜示意圖；圖9是本發(fā)明中混頻模塊的輸出頻譜示意圖；附圖標記說明A/D模塊1，數(shù)字濾波模塊2，2倍內插及低通濾波模塊一3，混頻濾波模塊4，倍內插及高通濾波模塊5，2倍內插及低通濾波模塊二6，混頻模塊7，D/A模塊8，62.5MHz A/D采樣時鐘9，20MHz本振10，250MHz本振11，500MHz D/A轉換時鐘12。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步介紹這種數(shù)字中頻濾波方法，主要包括下述步驟1、將輸入頻率為140MHz，并且?guī)捫∮?1.25MHz的模擬中頻信號，通過采樣速率為62.5MHz的A/D模塊1采樣，采樣的信號帶寬要大于155MHz。在第一奈奎斯特(Nyquist)區(qū)，得到A/D轉換后數(shù)字中頻頻率F1為15Mhz的信號，該信號的頻譜結構與140MHz輸入信號的頻譜結構完全相同。如圖2所示，只要中頻信號帶寬小與31.25MHz，采樣信號的頻譜塊相互不會混疊。
A/D模塊1的選用主要是要考慮采樣速率、帶寬、A/D數(shù)據(jù)位數(shù)的要求。A/D的采樣速率要能夠達到62.5MHz的要求，A/D能采樣的信號帶寬要滿足大于155MHz的要求，A/D數(shù)據(jù)位數(shù)要考慮滿足應用的S/N信噪比要求。TI公司的AD5411，AD公司的AD6644等能滿足WCDMA直放站數(shù)字中頻的技術指標要求。
2、將中頻頻率F1為15Mhz的信號通過數(shù)字濾波模塊2作濾波處理，濾波特性要求視應用場合而定。數(shù)字濾波模塊2的輸出數(shù)據(jù)速率為62.5MHz；如對WCDMA直放站的應用場合，一種可能的特定的濾波模板如下圖3所示，圖3中的橫坐標表示頻率，單位為MHz。該模式的濾波器帶寬為10MHz，可選通二路相鄰載波配置的WCDMA信號每路WCDMA信號帶寬5MHz。將數(shù)字濾波模塊2的輸出信號通過2倍內插及低通濾波模塊一3先作2倍內插，即在原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到125MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作低通濾波，濾波后數(shù)據(jù)頻譜結構示意圖如圖4所示，A處所示為低通濾波特性。為簡單起見，圖4中的頻譜塊未考慮數(shù)字濾波模塊2特性的影響。
3、先對2倍內插及低通濾波模塊一3的輸出信號與20MHz本振10通過混頻濾波模塊4作混頻運算，可得到如圖5所示的頻譜結構示意圖。20MHz本振10可在FPGA中用NCO數(shù)字壓控振蕩器來實現(xiàn)?；祛l后的信號中在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率F2為35MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號，再對該信號用帶通濾波器濾出后的信號頻譜示意圖如圖6所示，B處所示為帶通濾波特性，混頻濾波模塊4的數(shù)據(jù)速率為125MHz。
4、先對混頻濾波模塊4的輸出信號通過2倍內插及高通濾波模塊5作2倍內插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到250MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作高通濾波，濾波后數(shù)據(jù)頻譜結構示意圖如下圖7所示。圖7中在第一奈奎斯特區(qū)有中心頻率F3為90MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號，但頻譜與A/D前的頻譜成鏡像關系，C處所示為高通濾波特性。
5、先對2倍內插及高通濾波模塊5的輸出信號通過2倍內插及低通濾波模塊二6作2倍內插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到500MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作低通濾波，濾波后數(shù)據(jù)頻譜結構示意圖如下圖8所示，D處所示為低通濾波特性。
6、將2倍內插及低通濾波模塊二6的輸出信號與250MHz本振11通過混頻模塊7進行信號混頻，由于250MHz本振信號的數(shù)據(jù)率為500MHz，250MHz信號經抽樣后的信號實際上可視為+1-1+1-1……序列，混頻運算實際上是2倍內插及低通濾波6的輸出序列與+1-1+1-1……序列的相乘運算。經混頻運算后可得到下圖9所示輸出頻譜示意圖。由圖9中可知，在第一奈奎斯特Nyquist區(qū)有只有中心頻率為160MHz的信號，且160MHz的信號頻譜結構與A/D輸入信號的結構相同。該信號經D/A輸出及低通或帶通濾波后即可得到中心頻率為160MHz的中頻輸出。
工作原理說明如圖1所示，圖1中數(shù)字濾波模塊2、2倍內插及低通濾波模塊一3、混頻濾波模塊4、20MHz本振10可由FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯陣列)實現(xiàn)，F(xiàn)PGA的選用主要是考慮FPGA的容量及速度。Atera公司的Cyclone II系列EP2C35、EP2C50等芯片可滿足要求，F(xiàn)PGA中的數(shù)字濾波模塊2、2倍內插及低通濾波模塊一3、混頻濾波模塊4、20MHz本振10是通過對FPGA下載特定的配置程序生成的，配置程序是通過EDA工具軟件，采用VHDL或其他編程語言生成。2倍內插及高通濾波模塊5、2倍內插及低通濾波6、混頻7、D/A8、250MHz本振11可由帶內插功能的D/A實現(xiàn)，帶內插功能的D/A芯片選用主要是考慮速度及功能是否滿足要求，TI公司的DAC5687芯片的速度及功能可完全滿足本專利的實施要求，帶內插功能的D/A芯片的具體功能是由單片機向D/A中寄存器加載特定的配置數(shù)據(jù)產生的。62.5MHz A/D采樣時鐘9由外部時鐘電路提供。500MHz D/A轉換時鐘12即可由外部時鐘電路提供，也可用由帶內插功能的D/A內部的時鐘電路產生。9、10、11、12單元的頻率是由基于同一參考頻率源產生的，因而是同步于同一參考頻率源的。圖中的Fs1、Fs2、Fs3、Fs4表示各信號節(jié)點的數(shù)據(jù)采樣速率，15MHz、35MHz、95MHz、160MHz表示各節(jié)點信號的中心頻率。
框圖中的有關頻率關系●模擬中頻信號輸入頻率Fin＝140MHz●A/D轉換后數(shù)字域中頻頻率F1＝Fin-2Fs1＝15MHz●在數(shù)字中頻處理單元中混頻后的頻率F2＝F1+Fo＝35MHz Fo為20MHz本振頻率●在D/A帶內插功能中2倍內插及高通濾波后頻率F3＝2Fs1-F2＝90MHz●在D/A帶內插功能中4倍內插濾波及混頻后的頻率F4＝4Fs1-F3＝160MHz●DAC5687輸出頻率Fout＝F4＝160MHz除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種數(shù)字中頻濾波方法，其特征是該方法主要包括下述步驟1.1)、將輸入頻率為140MHz，并且?guī)捫∮?1.25MHz的模擬中頻信號，通過A/D模塊(1)采樣，在第一奈奎斯特區(qū)，得到A/D轉換后數(shù)字中頻頻率F1為15Mhz的信號，該信號的頻譜結構與140MHz輸入信號的頻譜結構完全相同；1.2)、將中頻頻率F1為15Mhz的信號通過數(shù)字濾波模塊(2)作濾波處理，數(shù)字濾波模塊(2)的輸出數(shù)據(jù)速率為62.5MHz；將數(shù)字濾波模塊(2)的輸出信號通過2倍內插及低通濾波模塊一(3)先作2倍內插，即在原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到125MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；1.3)、先對2倍內插及低通濾波模塊一(3)的輸出信號與20MHz本振(10)通過混頻濾波模塊(4)作混頻運算，混頻后的信號中在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率F2為35MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號，再對該信號濾波，混頻濾波模塊(4)的數(shù)據(jù)速率為125MHz；1.4)、先對混頻濾波模塊(4)的輸出信號通過2倍內插及高通濾波模塊(5)作2倍內插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到250MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作高通濾波，濾波后在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率F3為90MHz的且與其他頻譜塊不重疊；1.5)、先對2倍內插及高通濾波模塊(5)的輸出信號通過2倍內插及低通濾波模塊二(6)作2倍內插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點間插一個0值數(shù)據(jù)，內插后的數(shù)據(jù)速率提高到500MHz，然后再對內插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；1.6)、將2倍內插及低通濾波模塊二(6)的輸出信號與250MHz本振(11)通過混頻模塊(7)進行信號混頻，在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率為160MHz的信號，且160MHz的信號頻譜結構與A/D輸入信號的結構相同，該信號經D/A模塊(8)輸出后即可得到中心頻率為160MHz的中頻輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字中頻濾波方法，其特征是所述A/D模塊(1)的采樣速率為62.5MHz，采樣的信號帶寬要大于155MHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字中頻濾波方法，主要包括下述步驟將輸入頻率為140MHz，并且?guī)捫∮?1.25MHz的模擬中頻信號，通過A/D模塊采樣后依次通過數(shù)字濾波模塊作濾波處理，通過2倍內插及低通濾波模塊一先作2倍內插再對內插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；通過混頻濾波模塊作混頻運算，通過2倍內插及高通濾波模塊作2倍內插再對內插后的數(shù)據(jù)作高通濾波，通過2倍內插及低通濾波模塊二的輸出信號與250MHz本振通過混頻模塊進行信號混頻，該信號經D/A模塊輸出及低通或帶通濾波后即可得到中心頻率為160MHz的中頻輸出。本發(fā)明有益的效果是本發(fā)明可實現(xiàn)對輸入中頻140MHz的信號濾波，并可實現(xiàn)多種信道濾波特性，并可將輸出中頻提升到160MHz，以更便于后面上變頻器的制作。
文檔編號H03H17/02GK1988379SQ20061015545
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月26日 優(yōu)先權日2006年12月26日
發(fā)明者張福洪, 吳志堅, 張國鋒, 戴紹港, 徐益欣, 欒慎吉, 洪杭迪 申請人:浙江三維通信股份有限公司, 杭州電子科技大學