專利名稱：基于可編程邏輯器件的插值cic濾波器及實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理的多速率轉換，特別涉及基帶數(shù)字信號處理中DDC (Digital Down Converter,數(shù)字下變頻)/DUC (Digital Up Converter,數(shù)字上變頻)的速率轉換。
背景技術：
隨著數(shù)字信號處理的速率越來越快，數(shù)字信號處理的多速率轉換的應用 越來越普遍，尤其是在軟件無線電中的應用更為廣泛。軟件無線電所基于的 理論之一是帶通采樣定理，采樣率越高越好，有利于系統(tǒng)的簡化。另外對于 一個頻率很高的射頻信號進行采樣時，提高采樣率有利于提高釆樣信號的量 化信噪比，這就有必要在解調(diào)端對信號進行下抽樣，CIC濾波器就是進行多 速率轉換的常用器件之一。在數(shù)字基帶處理部分，通常先對信號進行數(shù)字上變頻(DUC)處理， DUC裝置的基本結構如圖1所示，包括RRC (升余弦)濾波器、半帶(HB ) 濾波器和CIC濾波器。CIC濾波器是級聯(lián)積分梳狀濾波器的縮寫，由于CIC 濾波器只需要加法器而不需要乘法器，因此實現(xiàn)起來非常簡單，而且節(jié)省硬 件資源，被廣泛的使用。CIC濾波器通常用在速率最高的一級。CIC濾波器 的基本結構如圖2所示，CIC濾波器是由梳狀器和積分器組成，對于插值濾 波器來說，前面是梳狀器，后面是積分器；抽取濾波器正好相反，前面是積 分器，后面是濾波器。CIC濾波器可以基于FPGA(可編程邏輯器件)實現(xiàn)，在FPGA實現(xiàn)CIC 濾波器的過程中，會產(chǎn)生以下幾個問題一、CIC濾波器由于積分器會導致 溢出的問題，所以需要對輸入數(shù)據(jù)的位寬進行擴展來解決。二、 CIC濾波器 的阻帶衰減和過渡帶特性不是很好， 一般是通過CIC濾波器的級聯(lián)來改善， 但是CIC濾波器級聯(lián)的階數(shù)又會使溢出問題更加嚴重，這就需要擴展更多位，導致一個惡性循環(huán)。同時，現(xiàn)有技術的CIC濾波器級聯(lián)帶來的一個缺點就是會多占用很多寄存器資源?，F(xiàn)有的CIC濾波器的級聯(lián)都是如圖3所示的結構。公開號為CN1635706，
公開日為2005年7月6日，名稱為"一種CIC濾波器及其實現(xiàn)方法"的中 國發(fā)明專利申請中就公開了一種CIC濾波器及實現(xiàn)方法首先將數(shù)據(jù)信號 輸入一梳狀濾波器組進行濾波，所述梳狀濾波器組由若干梳狀濾波器級聯(lián)而 成；然后將濾波后的數(shù)據(jù)信號輸入一保持器；再后將保持器輸出的數(shù)據(jù)信號 經(jīng)一積分器組輸出，所述積分器組由若干積分器級聯(lián)而成，與所述梳狀濾波 器組的級數(shù)相同。這種結構的濾波器的梳狀器和積分器是分開實現(xiàn)的，當濾 波器的階數(shù)改變時，梳狀器和積分器的級聯(lián)個數(shù)都要相應改變，設計時需要 較大的修改，不利于模塊化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波器及實現(xiàn)方法，可以解決現(xiàn)有技術的多級級聯(lián)中位寬擴展而占用過多寄存器資源的問題，同時可以實現(xiàn)CIC濾波器級聯(lián)的模塊化。為了解決上述問題，本發(fā)明提供的基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波 器的實現(xiàn)方法，包括以下步驟(1) 對輸入的數(shù)據(jù)信號進行插值；(2) 將插值后的數(shù)據(jù)信號輸入一濾波器組；(3) 所述濾波器組對所述插值后的數(shù)據(jù)信號進行處理，并輸出處理后 的數(shù)據(jù)信號。進一步地，所述步驟(l)中，所述插值為在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值 后插入數(shù)值"0"。進一步地，所述步驟(l)中，在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入數(shù)值 "0"的個數(shù)為R-l個，所述R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。進一步地，所述步驟(l)中，所述插值為在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值 后插入當前數(shù)值。進一步地，所述步驟(1)中，在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入當前數(shù)值的個數(shù)為R-1個，所述R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。進一步地，所述濾波器組由至少兩個單階CIC濾波器串聯(lián)而成，每個單 階CIC濾波器由梳狀器和積分器串聯(lián)而成。本發(fā)明提供的基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波器，包括一插值模塊 和一濾波器組，其中，所述插值模塊，用于對輸入的數(shù)據(jù)信號進行插值；所述濾波器組，用于對所述插值模塊插值后的數(shù)據(jù)信號，進行處理，并 輸出處理后的數(shù)據(jù)信號。進一步地，所述插值模塊用于在輸入的數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入R-l個數(shù)值"0"，所述R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。進一步地，所述插值才莫塊用于在輸入的數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入R -l個當前數(shù)值，所迷R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。進一步地，所述濾波器組由至少兩個單階CIC濾波器串聯(lián)而成，每個單 階CIC濾波器由梳狀器和積分器串聯(lián)而成。本發(fā)明的基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波器及實現(xiàn)方法，與現(xiàn)有技 術相比，由于優(yōu)化了 CIC濾波器的設計結構，每階的輸入輸出數(shù)據(jù)位寬保 持一致，這樣自然級聯(lián)下來，避免了設計中需要進行位寬擴展的問題，大量 節(jié)省設計中占用的寄存器資源，同時也使CIC濾波器更容易模塊化，只需 要簡單的重復調(diào)用即可完成階數(shù)的擴展。


圖l是對信號進行數(shù)字上變頻處理的流程圖； 圖2是現(xiàn)有技術中 一種CIC濾波器的基本結構圖； 圖3是現(xiàn)有技術中一種級聯(lián)CIC濾波器的基本結構圖； 圖4是本發(fā)明的一單階CIC濾波器的基本結構圖； 圖5是本發(fā)明的插值CIC濾波器的結構示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明優(yōu)化了 CIC濾波器級聯(lián)的結構，把梳狀器和積分器的組合成一個 單階的CIC濾波器，通過單階CIC濾波器串聯(lián)來達到同樣的級聯(lián)目的，實現(xiàn)了模塊化。下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明 的限定。一個單階CIC濾波器的結構如圖4所示，它包括一個梳狀器和一個積分 器，梳狀器和積分器串聯(lián)在一起構成一個單階CIC濾波器。圖中z—m和z^ 中的M和1分別表示數(shù)據(jù)延時單元的個數(shù)。圖5是按照本發(fā)明實現(xiàn)N階CIC濾波器級聯(lián)的結構框圖。在實例中，N表示CIC濾波器級聯(lián)的單元數(shù)，R表示插值的倍數(shù)。本實 施例包括一個插值模塊和一個CIC濾波器組。CIC濾波器組由N (或者N -1)個單階CIC濾波器串聯(lián)而成，單階CIC濾波器由梳狀器和積分器構成。利用上述N階CIC濾波器級聯(lián)對數(shù)據(jù)信號進行處理的過程是由插值模塊對輸入的數(shù)據(jù)信號進行插值處理，并將插值后的數(shù)據(jù)信號輸 入一濾波器組；濾波器組對插值后的數(shù)據(jù)信號進行處理，并輸出處理后的數(shù)據(jù)信號。上述處理過程中，數(shù)據(jù)信號從輸入到插值輸出，到經(jīng)過每一個單階的 CIC濾波器的輸出，每一步的處理過程中，數(shù)據(jù)輸入輸出的位寬不變。其中，插值模塊對數(shù)據(jù)信號進行插值可以有如下兩種實現(xiàn)方法a、 在數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插"0";b、 在數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入當前的值。例如，要實現(xiàn)R倍插值的N階CIC濾波器，設輸入序列為(dl,d2,d3,d4), 則按方法a進行插值處理后輸出的序列為(dl, 0, 0...0, d2, 0， 0…0, d3, 0, 0…0， d4, 0, 0…0)，其中dl, d2, d3， d4后面各有(R-1)個0;按方法b進行插值處理后輸出的序列為(dl, dl...dl， d2， d2…d2, d3，d3…d3， d4, d4…d4),即在dl后插入(R - 1)個dl, d2后插入(R-l) 個d2， d3后插入(R-l)個d3, d4后插入(R - 1)個d4,處理后的數(shù)據(jù) 信號dl， d2, d3, d4的個數(shù)各有R個。其中，對于實現(xiàn)N階的CIC濾波器， 如果按照方式a插值，需要串聯(lián)N個單階的CIC濾波器；如果按照b方式 插值，只需要串聯(lián)N-1個單階的CIC濾波器。
權利要求
1、一種基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波器的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)對輸入的數(shù)據(jù)信號進行插值；(2)將插值后的數(shù)據(jù)信號輸入一濾波器組；(3)所述濾波器組對所述插值后的數(shù)據(jù)信號進行處理，并輸出處理后的數(shù)據(jù)信號。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述插值為在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入數(shù)值 "0"。
3、 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入數(shù)值"0"的個數(shù) 為R-1個，所述R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。
4、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(l)中，所述插值為在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入當前數(shù)值。
5、 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，在所述數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入當前數(shù)值的個數(shù) 為R-l個，所述R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。
6、 如權利要求1 ~5中任意一項所述的方法，其特征在于，所述濾波器組由至少兩個單階CIC濾波器串聯(lián)而成，每個單階CIC濾 波器由梳狀器和積分器串聯(lián)而成。
7、 一種基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波器，其特征在于，包括一 插值^^莫塊和一濾波器組，其中，所述插值模塊，用于對輸入的數(shù)據(jù)信號進行插值；所述濾波器組，用于對所述插值模塊插值后的數(shù)據(jù)信號，進行處理，并 輸出處理后的數(shù)據(jù)信號。
8、 如權利要求7所述的插值CIC濾波器，其特征在于，所述插值模塊用于在輸入的數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入R-1個數(shù)值 "0"，所述R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。
9、 如權利要求7所述的插值CIC濾波器，其特征在于，所述插值模塊用于在輸入的數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)值后插入R- 1個當前數(shù) 值，所述R為要實現(xiàn)的插值倍數(shù)。
10、 如權利要求7 ~ 9中任意一項所述的插值CIC濾波器，其特征在于，所述濾波器組由至少兩個單階CIC濾波器串聯(lián)而成，每個單階CIC濾 波器由梳狀器和積分器串聯(lián)而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波器及實現(xiàn)方法。該方法包括通過一插值模塊對輸入的數(shù)據(jù)信號進行插值；將插值后的數(shù)據(jù)信號輸入一濾波器組；所述濾波器組對所述插值后的數(shù)據(jù)信號進行處理，并輸出處理后的數(shù)據(jù)信號。本發(fā)明的基于可編程邏輯器件的插值CIC濾波器及實現(xiàn)方法，與現(xiàn)有技術相比，由于優(yōu)化了CIC濾波器的設計結構，每階的輸入輸出數(shù)據(jù)位寬保持一致，這樣自然級聯(lián)下來，避免了設計中需要進行位寬擴展的問題，大量節(jié)省設計中占用的寄存器資源，同時也使CIC濾波器更容易模塊化，只需要簡單的重復調(diào)用即可完成階數(shù)的擴展。
文檔編號H03H17/06GK101222213SQ200810004400
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權日2008年1月22日
發(fā)明者艷 廖, 峰 王, 莫毅群 申請人:中興通訊股份有限公司