專利名稱：多速率數(shù)字收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字收發(fā)器的信號處理方法，涉及使用此方法的數(shù)字接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。
背景技術(shù)：
圖1是一般的數(shù)字收發(fā)器的原理圖，其中由天線發(fā)送/接收無線電頻率(RF)，隨后濾波，放大，向上變換/向下變換為中頻(IF)。在接口10接收/發(fā)射后，用D/A和A/D塊11\12信號被變換為模擬/數(shù)字信號。數(shù)字前端塊13執(zhí)行數(shù)字的向上/向下變換和數(shù)字信號的采樣率變換?；鶐SP塊14執(zhí)行準(zhǔn)備信號發(fā)送/接收所必須的所有數(shù)據(jù)處理。
在下面的討論中，不失一般性的集中在接收機(jī)方面。
圖2是RF/IF塊的原理圖。RF信號由RF濾波器20濾波，并用低噪聲放大器(LNA)放大?；祛l器22向下變換RF信號為IF。IF濾波器23除去由混頻處理產(chǎn)生的所有不希望的信號。
圖3是執(zhí)行頻率向下變換和降低采樣率的常規(guī)數(shù)字前端接收機(jī)的原理圖。由模擬-數(shù)字(A/D)變換器12采樣無線電頻率(RF)信號或中頻信號(IF)。用產(chǎn)生混頻采樣的信號為同相的(I)和正交的(Q)基帶信號的正弦和余弦信號的數(shù)控振蕩器(NCO)32的輸出，由數(shù)字混頻器30、31向下混頻采樣的信號到基帶。然后由低通濾波器H(Z)濾波基帶I和Q信號衰減帶外的信號。然后在抽取器33、34中由因數(shù)M向下采樣濾波的信號，僅保留M分之一的樣本降低采樣率。
用如在圖4中所示的計算的有效的多相位結(jié)構(gòu)執(zhí)行濾波和向下采樣的操作。
在變換器37中輸入信號是串行到并行變換為M個子信號，變換器37立即降低采樣率為輸入采樣率的1/M。N個分接濾波器H(Z)的濾波器劃分為運(yùn)行在1/M原始采樣率的N/M個分接子濾波器H0(Z)，H1(Z)，H2(Z)，Hm-1(Z)。多相位結(jié)構(gòu)比原始結(jié)構(gòu)需要少M(fèi)倍的數(shù)字運(yùn)算。在加法器中重新結(jié)合子濾波器的輸出。
圖5是H(Z)為N個分接FIR濾波器和M＝2的多相位濾波器的原理圖。
在左邊可以看到抽取器41后的FIR濾波器40的標(biāo)準(zhǔn)原理圖。等效的多相位結(jié)構(gòu)包括串行到并行的變換器42，分別有奇數(shù)和偶數(shù)樣本的兩個輸出。由偶數(shù)濾波器部件h0，h2，h4等處理偶數(shù)樣本，由奇數(shù)部件h1，h3等處理奇數(shù)樣本，在加法器43中相加結(jié)果，產(chǎn)生有輸入信號一半采樣率的信號。
本發(fā)明提出在圖3中的數(shù)字前端的計算復(fù)雜性，提出多載波信號的計算的有效結(jié)構(gòu)。提出的問題是●在運(yùn)行于A/D采樣率的A/D后，立即使用NCO數(shù)字信號變換為基帶。
●數(shù)字信號變換為復(fù)數(shù)信號(實(shí)部和虛部)，這樣后面兩路的操作是完全相同的。
●NCO只對基帶執(zhí)行單個載波的調(diào)諧，這樣濾波器H(Z)是衰減其它載波的低通濾波器，如所要求的向下采樣降低了采樣率。
●為了接收寬帶信號中的所有數(shù)字化的載波，必須實(shí)現(xiàn)數(shù)字化數(shù)字前端的并行部分，這樣相當(dāng)大的增加了多載波的接收機(jī)的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
為了從寬帶范圍中的載波頻率希望的信道獲得信息，本發(fā)明提供了處理在Fs速率采樣寬帶載波頻率獲得的數(shù)字信號的方法，方法包括(a)變換采樣的輸入信號為M個子信號，其中M是大于1的整數(shù)，各子信號有等于Fs/M的采樣率；(b)子信號作用到帶通濾波器的M-信道庫，每個帶通濾波器在寬帶范圍中有不同的通帶；(c)從包含載波頻率的信道的一個濾波器選擇輸出；(d)到下一個循環(huán)排除在希望的信道中的頻率前，用在步驟c)選擇的輸出作為輸入重復(fù)步驟a)，b)和c)。
這樣，本發(fā)明提供了數(shù)字前端的新穎技術(shù)，用多速率濾波器庫同時實(shí)現(xiàn)多帶抽取和向下變換，此技術(shù)相當(dāng)可觀的減小計算的復(fù)雜性。
在步驟a)，b)和c)的每次迭代中，由M因數(shù)減小了在處理的信號的采樣頻率和帶寬，這樣同時初步實(shí)現(xiàn)抽取和向下變換。在步驟d)后實(shí)現(xiàn)信號到復(fù)數(shù)I和Q信號的變換，在這一點(diǎn)采樣率已降低。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法中，對步驟a)，b)和c)的每次重復(fù)M值是相同的，優(yōu)選的為2，由此在庫中的每兩個濾波器可以通過作用在濾波器的庫中的頻帶的一半。濾波器是正交鏡向?yàn)V波器。
本發(fā)明也提供根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理數(shù)字信號的設(shè)備，和合并此設(shè)備的接收機(jī)。在權(quán)利要求8到11中列出設(shè)備優(yōu)選的特征。
上面描述的方法可以用于處理發(fā)送的信號。這樣本發(fā)明的另一方面提供處理發(fā)送的數(shù)字信號的方法，包括步驟(a)作用信號到M信道的濾波器庫；(b)并行到串行變換從濾波器庫中的M濾波器輸出的信號，產(chǎn)生內(nèi)插信號，它的采樣率是輸入信號的采樣率的M倍，由內(nèi)插處理產(chǎn)生的鏡像已從內(nèi)插信號濾去；(c)在得到希望的采樣率和/或信號帶寬前重復(fù)步驟a)和b)。
本發(fā)明也提供如在權(quán)利要求20中所述的處理發(fā)送的數(shù)字信號的設(shè)備，和合并在此設(shè)備中的發(fā)射機(jī)。在權(quán)利要求21到25中列出設(shè)備的優(yōu)選特征。


下面參考附圖作為例子描述本發(fā)明的實(shí)例。
圖1是典型的通常使用的一般數(shù)字收發(fā)器的框圖；圖2是顯示用于圖1的收發(fā)器的r.f.塊的典型部件的框圖；圖3說明常規(guī)的數(shù)字前端接收機(jī)；圖4說明執(zhí)行濾波和向下采樣操作的多相位結(jié)構(gòu)的例子；圖5說明顯示在圖4中有抽選因數(shù)2的一般類型的特殊的多相位結(jié)構(gòu)；圖6(a)和(b)顯示均勻的和多標(biāo)準(zhǔn)寬帶信號的模擬頻譜；
圖7顯示在圖6中的信號在數(shù)字化后的數(shù)字頻譜；圖8是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的多相位結(jié)構(gòu)的框圖；圖9說明正交鏡向?yàn)V波器(QMF)的特征；圖10說明多相位半波帶QMF濾波器庫；圖11(a)，(b)和(c)顯示各濾波器典型的輸入譜和輸出譜；圖12是迭代兩個信道濾波器庫的原理圖；圖13是多速率接收機(jī)結(jié)構(gòu)的框圖；圖14是實(shí)現(xiàn)向上采樣和頻率向上變換的常規(guī)數(shù)字前端發(fā)射機(jī)的原理圖；圖15顯示內(nèi)插的多相位實(shí)現(xiàn)；圖16是兩個信道的合成濾波器庫的原理圖；圖17顯示圖16的電路的多相位實(shí)現(xiàn)；圖18顯示如在圖17中的多相位濾波器庫，其中濾波器限于半波帶濾波器；圖19是圖18的進(jìn)一步簡化；圖20是合并圖19的濾波器庫的完全的發(fā)射機(jī)部分的原理圖；圖21顯示輸入到圖18的電路和從圖18的電路輸出的信號的圖形。
具體實(shí)施例方式
下面參考圖3，A/D 12采樣多載波IF信號，IF信號包括許多集中在IF頻率的均勻間隔的等帶寬信號，或包括許多代表如在圖6中顯示的不同符號率的多標(biāo)準(zhǔn)無線電的不相等帶寬的信號。
由包括一個或多個如在圖2中的串行到并行的部分的寬帶RF部分產(chǎn)生在圖5中的信號，串行到并行的部分能向下變換希望的頻帶到特殊的IF頻率。
為了簡化結(jié)構(gòu)，我們需要保證數(shù)字化的信號集中在采樣率的四分之一，利用固定的IF頻率等于采樣頻率四分之一的奇數(shù)倍。
數(shù)字化后整個頻帶集中在0和Fs/2之間，并如在圖7中周期的重復(fù)。
在以前的技術(shù)中在抽選以前(圖3)，多載波信號變換為運(yùn)行在A/D同樣高的采樣頻率的基帶復(fù)數(shù)信號。
在下面描述的新的設(shè)計中，在數(shù)字化后信號通過實(shí)數(shù)系數(shù)多速率濾波器庫傳遞，抽選需要的帶通信號同時不轉(zhuǎn)到DC也實(shí)現(xiàn)近似的向下變換，這樣剩余實(shí)數(shù)信號，這減小必須濾波在實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)信道的信號的復(fù)雜性。
用多相位結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濾波器庫。圖8顯示我們設(shè)計的框圖的多相位雙信道濾波器庫結(jié)構(gòu)，其中h0和g0分別是滿足正交鏡向?yàn)V波器(QMF)關(guān)系的低通和高通濾波器。
g0(n)＝(-1)nh0(n)G0(ω)＝H0(-ω)濾波器形成如在圖9中所示的約采樣率的四分之一的鏡向?qū)ΨQ。
輸入信號x(n)作用到串行到并行變換器60，提供承擔(dān)交替樣本的兩個信號信道。所有的樣本作用到濾波器h0和g0，濾波器輸出加到加法器61，62，提供從濾波器h0的輸出信號x0(n)和從濾波器g0的x(n)。
當(dāng)要求的原型濾波器設(shè)計時濾波器庫就確定。限定原型濾波器h0為半波帶濾波器，可進(jìn)一步簡化圖8中的結(jié)構(gòu)。
其中N是奇數(shù)的半波帶FIR低通濾波器H(z)=Σn=-N-1/2N-1/2h(n)z-n]]>有滿足以下關(guān)系的脈沖響應(yīng)h(2n)=cn=00otherwise,]]>其中n是常數(shù)多相位形式的濾波器成為H(z)＝c+z-1Hodd(z2)根據(jù)這些原理，圖8減小為完全由原型的低通濾波器h0決定的圖10。在圖8和圖10中相同的部分有相同的數(shù)字。
設(shè)計多相位原型濾波器需要的濾波器響應(yīng)波形由保護(hù)頻率帶(鄰近信道的分離)對信道的中心頻率間隔，濾波器帶通增益均勻性，信道衰減要求和信道數(shù)指定?；镜臑V波器設(shè)計能存儲在存儲器中，對特殊的應(yīng)用改變系數(shù)作簡單的配置。
信號x(n)進(jìn)入到由因數(shù)2立即降低采樣率的串行到并行的變換器，濾波的信號產(chǎn)生抽選的信號x0(n)和x1(n)。
圖11顯示由圖10的結(jié)構(gòu)已處理的多載波多速率信號的例子。
信號向下采樣為新的采樣頻率Fs1，同時折回Fs/4以上的信號(向下采樣)。這樣代表兩個數(shù)據(jù)率(標(biāo)準(zhǔn))的兩個不同信號現(xiàn)在分離為有全部采樣率下限的并行信號。
如在圖12中顯示的圖11的結(jié)構(gòu)可迭代為，進(jìn)一步分離要進(jìn)一步處理要求的信道。
用濾波器庫執(zhí)行要求的抽取后，以最低的可能采樣率，對各信道實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)到復(fù)數(shù)的變換，產(chǎn)生在DC中心基帶I&Q信號。此外可以由DSP實(shí)現(xiàn)I&Q信號采樣率的進(jìn)一步精細(xì)調(diào)制，匹配特殊標(biāo)準(zhǔn)的字符率。
圖13顯示在接收機(jī)模式中新的多速率結(jié)構(gòu)。這樣，已在圖1中顯示的數(shù)字前端包括顯示在圖10中的典型的多速率濾波器庫，它的輸出作用到信道選擇裝置70。信道選擇裝置70決定選擇那一個信道或頻帶，決定需要多少濾波處理的迭代。最后的輸出變換為隨后處理的復(fù)數(shù)信號I和Q。
圖14是實(shí)現(xiàn)向上采樣和頻率向上變換的常規(guī)數(shù)字前端發(fā)射機(jī)的原理圖?；鶐&Q信號是由向上采樣器133，134的因數(shù)M，在各個樣本之間插入M-1個零的第一向上采樣。在頻域中，這建立了基帶譜的M-1個鏡像。濾波器H(z)是也稱為鏡像拒絕濾波器的內(nèi)插濾波器。NCO向上混合(向上變換)內(nèi)插信號到數(shù)字到模擬變換器IF頻率。
如在接收機(jī)部分，在I&Q部件以更高的采樣率執(zhí)行所有的計算的集中運(yùn)算。目的是由計算有效的多速率濾波器庫代替它，同時實(shí)現(xiàn)向上采樣和頻率向上變換。
圖15顯示內(nèi)插運(yùn)算的多相位實(shí)現(xiàn)。濾波器H(z)分解為M個并行濾波器，這里以低的采樣率執(zhí)行濾波，然后用并行到串行變換器137組合并行的信號形成向上采樣的信號。輸出采樣率是輸入采樣率的M倍。
對剩余的部分我們集中在M＝2的情況，濾波器是有N個系數(shù)(分接頭)的FIR濾波器。
圖16顯示2信道的合成濾波器庫，其中組合兩個不同的信號X1和X2形成有兩倍采樣率的信號X。濾波器h1和g1分別是關(guān)于在圖9中的低通和高通濾波器。它們等效于濾波器h0和g0。
在圖17中顯示圖16的多相位實(shí)現(xiàn)。
X1(n)和X2(n)兩個信號是在分離的頻帶上要發(fā)送的兩個分離的基帶信號，使得不互相干擾，使得它們能由接收機(jī)恢復(fù)。這樣，信號作用到各濾波器hn和gn，它的輸出作用到并行到串行變換器140，141產(chǎn)生有更高采樣率的信號Xn。
限制是半波帶濾波器的濾波器作為接收機(jī)部分，圖17簡化為圖18。
可以看到下半部濾波器是上半部濾波器簡單的反向版本。如在圖18中所示的各樣本通過濾波器c和h傳遞，這樣從一個建立兩個樣本產(chǎn)生向上采樣信號。
圖18可簡化為圖19作為遞歸的2信道濾波器庫，其中信道選擇塊150確定向上變換選擇的輸入信號要求的遞歸數(shù)，由選擇系數(shù)的符號(即，倒數(shù)或非倒數(shù))確定放入此部分。
圖20顯示有數(shù)字IF部分的完全的發(fā)射機(jī)的原理圖。這相似于反向信道后有信號的圖13。
基帶I&Q信號是復(fù)數(shù)到向上變換為接近于零頻率Fi的實(shí)數(shù)，信道選擇塊決定信號上頻率和下頻率放在那里，決定在D/A前向上變換信號到IF要求的遞歸數(shù)。
圖21顯示作用到圖18的信號X1(n)，X2(n)和X(n)的原理圖。帶寬是雙倍的，兩個輸入信號一起存放，并同時向上采樣和向上變換。如果只選擇一個信道然后僅一個信號向上采樣和向上變換。
參考圖20，如果從并行串行變換器160輸出回饋到信道選擇塊150的信號有不是足夠的帶寬/采樣率，信號再作用到濾波器h和c向上采樣和向上變換。
權(quán)利要求
1.一種在采樣率Fs采樣載波頻率寬帶獲得的數(shù)字信號的方法，以便從在寬帶中的載波頻率的期望的信道獲得信息，方法包括(a)變換采樣的輸入信號為M個子信號，其中，M是大于1的整數(shù)，各子信號有等于Fs/M的采樣率；(b)子信號作用到M個信道庫，每個帶通濾波器在寬帶中具有不同通帶；(c)從包含載波頻率信道的濾波器之一選擇輸出；(d)在下一重復(fù)排除所要求的信道中的頻率前，用在步驟c)選擇的輸出作為輸入，重復(fù)步驟a)，b)和c)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟(d)后，輸出信號變換為復(fù)數(shù)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于各重復(fù)步驟a)，b)和c)的M值是相同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于步驟a)，b)和c)的至少一個運(yùn)行M＝2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于當(dāng)M＝2時，各濾波器傳遞作用在濾波器庫的頻帶的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于濾波器是正交鏡向?yàn)V波器。
7.一種在Fs速率采樣寬帶載波頻率獲得的數(shù)字信號的數(shù)字信號處理器，以便從寬帶范圍中的載波頻率期望的信道獲得信息，處理器包括裝置，用于變換采樣的輸入信號為M子信號，其中，M是大于1的整數(shù)，各子信號有等于Fs/M的采樣率；M一信道濾波器庫，每個濾波器在接收各自子信號的寬帶范圍中有不同的通帶；裝置，從包含載波頻率的信道的一個濾波器選擇輸出；裝置，從選擇裝置的輸出排除的所要求的信道中的頻率前，選擇的信號回饋到變換裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字信號處理器，其特征在于還包括裝置，用于變換來自選擇裝置的輸出為復(fù)數(shù)信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的數(shù)字信號處理器，其特征在于M＝2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字信號處理器，其特征在于各個濾波器傳遞作用到濾波器庫的通帶頻率的一半。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的數(shù)字信號處理器，其特征在于濾波器是正交鏡向?yàn)V波器。
12.一種無線電接收機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求7到11任一個所述的數(shù)字信號處理器。
13.一種處理發(fā)送的數(shù)字信號的方法，包括步驟(a)作用信號到M信道濾波器庫；(b)并行到串行變換來自濾波器庫中的M濾波器輸出的信號，以產(chǎn)生內(nèi)插信號，內(nèi)插信號的采樣率是輸入信號采樣率的M倍，由內(nèi)插處理產(chǎn)生的鏡像已從內(nèi)插信號濾去；(c)在得到希望的采樣率和/或信號帶寬前重復(fù)步驟a)和b)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于數(shù)字信號是復(fù)數(shù)信號的形式，并在步驟(a)前變換為實(shí)數(shù)信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于對步驟(a)和(b)的每次重復(fù)M是相同的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12，13或14所述的方法，其特征在于對步驟(a)和(b)的至少一個重復(fù)M＝2。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于當(dāng)M＝2時，濾波器是正交鏡向?yàn)V波器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于在步驟(a)的至少一個傳遞前信號反向。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)要發(fā)送信號的頻帶確定信號是否反向。
20.一種處理發(fā)送的數(shù)字信號的設(shè)備，包括M信道濾波器庫；并行到串行變換的裝置，用于變換從濾波器庫接收的并行信號為串行信號；串行輸出是內(nèi)插信號，內(nèi)插信號的采樣率是輸入信號的采樣率的M倍，由內(nèi)插處理產(chǎn)生的鏡像已從內(nèi)插信號濾去；裝置，在得到希望的采樣率前，回饋串行輸出信號到M信道濾波器庫。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于還包括裝置，用于變換復(fù)數(shù)信號為實(shí)數(shù)信號，變換裝置的輸出作用到濾波器庫。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的設(shè)備，其特征在于M＝2。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于濾波器是正交鏡向?yàn)V波器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備其特征在于還包括裝置，用于在信號作用到濾波器庫前反向信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于反向裝置合并在信道選擇裝置中，信道選擇裝置根據(jù)要發(fā)送信號的頻帶確定是否反向信號。
26.一種無線電發(fā)送機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求20到25任一個所述的設(shè)備。
全文摘要
在多速率數(shù)字收發(fā)器中，在接收時同時抽取信號，并在迭代處理中初步向下變換，變窄接收的寬帶為期望的信道，在發(fā)送時迭代內(nèi)插信號獲得期望的采樣率/帶寬。
文檔編號H04L1/00GK1568608SQ02820264
公開日2005年1月19日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月5日
發(fā)明者阿達(dá)南·阿德南尼 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社