專利名稱：基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線移動通信無線接入技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的基于數(shù)字中頻技術(shù)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)一般包含了射頻接收子系統(tǒng)、數(shù)字中頻處理子系統(tǒng)、基帶信號處理子系統(tǒng)和后臺處理子系統(tǒng)等。射頻接收子系統(tǒng)實現(xiàn)信號從RF到IF的轉(zhuǎn)換處理；數(shù)字中頻處理子系統(tǒng)實現(xiàn)模擬IF到數(shù)字基帶I、Q的數(shù)據(jù)處理，基帶數(shù)字信號處理子系統(tǒng)，完成同步和解調(diào)處理，后臺處理實現(xiàn)通信接口控制、接口電平的轉(zhuǎn)換以及與外界計算機(jī)的互連等。其中，射頻放大和下變頻子系統(tǒng)一般采用超外差或是零中頻的設(shè)計方式，超外差式系統(tǒng)的諧波和雜散抑制較難實現(xiàn)，而零中頻式系統(tǒng)容易出現(xiàn)DC(直流)偏移。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，一般將射頻接收模塊和數(shù)字下變頻集中在一個芯片上實現(xiàn)，容易出現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號的相互干擾，影響了接收機(jī)的性能，而且，由于混入較多的模擬電路，系統(tǒng)指標(biāo)一致性不好，調(diào)試比較復(fù)雜。雖然部分接收機(jī)將射頻接收模塊和數(shù)字下變頻利用不同專用芯片實現(xiàn)，但專用芯片由于靈活性不強(qiáng)，適用性大大降低，而且，專用芯片無法校正由于I、Q信號相位、幅度不平衡而導(dǎo)致的本振泄漏。
中國專利CN1472903A公開了一種CDMA接收機(jī)系統(tǒng)。該接收機(jī)采用了常規(guī)的數(shù)字中頻處理技術(shù)實現(xiàn)，將射頻接收模塊和數(shù)字下變頻利用不同專用芯片實現(xiàn)，系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，不利于利用可編程邏輯器件來實現(xiàn)，系統(tǒng)成本較高，同時，需要使用大動態(tài)的A/D轉(zhuǎn)換器來滿足系統(tǒng)的動態(tài)要求，對A/D的性能要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，本發(fā)明大大提高了接收機(jī)的接收動態(tài)范圍，很好的抑制帶外雜散、消除本振泄漏有效減少接收機(jī)的頻率偏移，有效提高接收機(jī)的接收靈敏度。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，包括射頻接收子系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)、時鐘子系統(tǒng)、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)、微芯片控制子系統(tǒng)及自動頻率控制子系統(tǒng)，所述射頻接收子系統(tǒng)的輸出端依次通過A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)與數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸入端連接、所述時鐘子系統(tǒng)、微芯片控制子系統(tǒng)的輸出端分別與射頻接收子系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)、數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸入端連接，所述自動頻率控制子系統(tǒng)的輸入端與數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸出端連接，所述自動頻率控制子系統(tǒng)的輸出端與射頻接收子系統(tǒng)的輸入端連接。
所述數(shù)字下變頻子系統(tǒng)包括A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊、特殊數(shù)字本振模塊、混頻處理模塊、倍數(shù)可變抽取濾波模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、直流本振抑制模塊、載波功率統(tǒng)計模塊，所述A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊的輸出端依次通過混頻處理模塊、倍數(shù)可變抽取濾波模塊、增益調(diào)節(jié)模塊與直流本振抑制模塊的輸入端連接，所述特殊數(shù)字本振模塊的輸出端與混頻處理模塊的輸入端連接，所述直流本振抑制模塊的輸出端與載波功率統(tǒng)計模塊的輸入端連接。
所述A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊包括AGC控制模塊、A/D數(shù)據(jù)處理模塊以及控制處理模塊，所述AGC控制模塊的輸出端通過A/D數(shù)據(jù)處理模塊與控制處理模塊的輸入端連接，所述控制處理模塊的輸出端與AGC控制模塊的輸入端連接；所述倍數(shù)可變抽取濾波模塊包括抽取濾波系統(tǒng)、補(bǔ)償濾波器及整形濾波器，所述抽取濾波器通過補(bǔ)償濾波器與整形濾波器連接。
所述抽取濾波系統(tǒng)包括抽取濾波器，多路復(fù)用器及分路器，所述多路復(fù)用器通過抽取濾波器與分路器連接，所述補(bǔ)償濾波器是CFIR濾波器或IIR濾波器。
所述抽取濾波器是FIR或IIR濾波器。
所述射頻接收子系統(tǒng)包括射頻帶通濾波器、模擬ATT、放大器、混頻器、本振LO以及抗混迭帶通濾波器，所述射頻帶通濾波器的依次通過模擬ATT、放大器、混頻器與抗混迭帶通濾波器的輸入端連接，所述本振LO的輸出端與混頻器的輸入端連接。
所述數(shù)字下變頻子系統(tǒng)用CPLD、FPGA、DSP和ASIC芯片中任意一種實現(xiàn)。
基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號處理方法，包括以下步驟(1)射頻接收子系統(tǒng)對接收的射頻信號進(jìn)行處理，將射頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M中頻信號輸出到A/D轉(zhuǎn)換器；(2)A/D轉(zhuǎn)換器將接收的模擬中頻信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出高速率的數(shù)字中頻信號到數(shù)字下變頻子系統(tǒng)；
(3)數(shù)字下變頻子系統(tǒng)對數(shù)字中頻信號進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，輸出低速基帶信號到基帶信號處理子系統(tǒng)；(4)基帶信號處理子系統(tǒng)對接收的低速基帶信號進(jìn)行同步、信道解碼、信道估計以及載波搜索處理。
所述步驟(3)數(shù)字下變頻信號處理包括以下步驟(a)A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊中對來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行衰減以及放大處理，并將衰減以及放大處理后的數(shù)字中頻信號輸出到混頻模塊。
(b)A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊輸出的數(shù)字中頻信號與特殊數(shù)字本振模塊提供的本振信號通過混頻處理模塊進(jìn)行混頻處理，輸出基帶信號；(c)基帶信號通過倍數(shù)可變抽取濾波模塊，實現(xiàn)對基帶信號的抽取濾波處理，濾波后的信號經(jīng)過增益調(diào)節(jié)模塊、時延調(diào)整模塊以及直流本振抑制處理模塊，輸出低速的基帶信號。
所述步驟(b)中特殊數(shù)字本振模塊產(chǎn)生的本振信號的頻率是A/D轉(zhuǎn)換模塊采樣率fs的 其相位偏移為0，所述本振信號是 和 所述n為整數(shù)；所述步驟(c)中濾波處理過程是將I、Q兩路數(shù)據(jù)信號交織起來分為M組數(shù)據(jù)，并對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行乘法和累加處理。
所述M組數(shù)據(jù)為10組數(shù)據(jù)，該10組數(shù)據(jù)分別為I路的DDC00和Q路的0 DDC1形成第一組，I路的-DDC20和Q路的0-DDC3形成第二組，I路的DDC40和Q路的DDC50形成第三組，I路的-DDC60和Q路的0-DDC7形成第四組，I路的DDC80和Q路的0 DDC9形成第五組，I路的-DDC100和Q路的0 -DDC11形成第六組，I路的DDC120和Q路的0 DDC13形成第七組，I路的-DDC140和Q路的0 -DDC15形成第八組，I路的DDC160和Q路的0 DDC17形成第九組，I路的-DDC180和Q路的0 -DDC19形成第十組。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和有益效果1、本發(fā)明降低對前端A/D器件的要求，在數(shù)字下變頻處理中進(jìn)行AGC控制，提高了A/D的動態(tài)范圍，大大提高了接收機(jī)的接收動態(tài)范圍。
2、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)易于利用可編程邏輯器件來實現(xiàn)，可以組建多種形式的中頻系統(tǒng)，形成不同功能、制式和接口的數(shù)字接收機(jī)。
3、本發(fā)明可以在可編程邏輯器件中實現(xiàn)高性能的數(shù)字濾波、本振抑制等處理，很好的抑制帶外雜散以及消除本振泄漏，大大提高接收機(jī)的性能。
4、本接收機(jī)可以結(jié)合數(shù)字下變頻系統(tǒng)和射頻接收子系統(tǒng)實現(xiàn)自動頻率控制功能，根據(jù)數(shù)字信號所計算頻率的偏差，然后通過調(diào)整RF的頻偏，實現(xiàn)接收機(jī)的自動頻率控制，有效減少接收機(jī)的頻率偏移，提高接收機(jī)的接收靈敏度。


圖1是基于數(shù)字中頻技術(shù)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)原理框圖；圖2是現(xiàn)有采用全數(shù)字AGC的CDMA接收機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4是本發(fā)明基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的射頻接收子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字下變頻子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖6是采用常規(guī)的抽取濾波器實現(xiàn)的框架圖；圖7是本發(fā)明采用的抽取濾波器的實現(xiàn)框架圖；圖8是本發(fā)明采用的抽取濾波器的數(shù)據(jù)處理原理圖；圖9是本發(fā)明采用的抽取濾波器的具體實現(xiàn)圖；圖10是本發(fā)明的I、Q數(shù)據(jù)分組圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例如圖1所示，基于數(shù)字中頻技術(shù)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)包括施主天線、射頻接收子系統(tǒng)、數(shù)字中頻處理子系統(tǒng)、基帶信號處理子系統(tǒng)、后臺處理子系統(tǒng)，所述射頻接收子系統(tǒng)實現(xiàn)信號從到IF的轉(zhuǎn)換處理；數(shù)字中頻處理子系統(tǒng)實現(xiàn)模擬IF到數(shù)字基帶I、Q的轉(zhuǎn)換處理，基帶數(shù)字信號處理子系統(tǒng)，完成同步和解調(diào)處理，后臺處理實現(xiàn)通信接口控制、接口電平的轉(zhuǎn)換以及與外界計算機(jī)的互連等。
如圖2所示，采用全數(shù)字AGC的CDMA接收機(jī)系統(tǒng)包括中頻解調(diào)單元和基帶信號處理單元所述的中頻解調(diào)單元接收模擬的中頻信號，輸出數(shù)字基帶信號，包括順序連接的A/D變換器、正交解調(diào)器、數(shù)字下變頻和成型濾波器、信號功率檢測器、自動增益控制參數(shù)生成器和量化表；所述的信號功率檢測器和自動增益控制參數(shù)生成器順序連接；所述的信號功率檢測器是測量成型濾波器輸出的數(shù)字基帶的功率采集信號的能量，所述的自動增益控制參數(shù)生成器向所述的量化表輸出AGC參數(shù)，用于保證基帶信號輸出在一定的范圍之內(nèi)，所述的中頻解調(diào)單元輸出的數(shù)字基帶信號由成型濾波器輸出的數(shù)字基帶的功率采集信號查詢量化表后輸出。
如圖3所示，本發(fā)明基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)包括射頻接收子系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)、時鐘子系統(tǒng)、微芯片控制子系統(tǒng)及自動頻率控制子系統(tǒng)、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)，所述射頻接收子系統(tǒng)的輸出端依次通過A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)與數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸入端連接、所述時鐘子系統(tǒng)、微芯片控制子系統(tǒng)的輸出端分別與射頻接收子系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)、數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸入端連接，所述自動頻率控制子系統(tǒng)的輸入端與數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸出端連接，所述自動頻率控制子系統(tǒng)的輸出端與射頻接收子系統(tǒng)的輸入端連接。
基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號處理方法，包括以下步驟(1)射頻接收子系統(tǒng)對接收的射頻信號進(jìn)行處理，將射頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M中頻信號輸出到A/D轉(zhuǎn)換器；(2)A/D轉(zhuǎn)換器將接收的模擬中頻信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出高速率的數(shù)字中頻信號到數(shù)字下變頻信號；(3)數(shù)字下變頻子系統(tǒng)對數(shù)字中頻信號進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，輸出低速基帶信號到基帶信號處理子系統(tǒng)；(4)基帶信號處理子系統(tǒng)對接收的低速基帶信號進(jìn)行同步、信道解碼、信道估計以及載波搜索處理。
所述時鐘子系統(tǒng)為整個系統(tǒng)各個子系統(tǒng)和模塊提供參考時鐘信號，并負(fù)責(zé)數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的時鐘管理和分發(fā)，實現(xiàn)時鐘的分頻、倍頻等處理；所述微芯片控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)測和控制，可以通過系統(tǒng)總線和接收機(jī)系統(tǒng)的各個子模塊進(jìn)行監(jiān)控和告警處理。若某一子系統(tǒng)或是子模塊出現(xiàn)工作異常，進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位處理，和進(jìn)行告警上報處理，微芯片控制子系統(tǒng)還整個系統(tǒng)的程序下載和更新，如FPGA、DSP程序的下載；所述自動頻率控制子系統(tǒng)主要實現(xiàn)整個接收機(jī)系統(tǒng)的自動頻率校正，以調(diào)整接收機(jī)接收信號與輸入信號的出現(xiàn)的頻率偏差，需要根據(jù)所接收到的基帶速據(jù)，計算頻率的偏差，通過調(diào)節(jié)電壓值來調(diào)整RF的偏差。自動頻率中，所選用的晶振的控制電壓需要很穩(wěn)定，抗干擾。否則會導(dǎo)致晶振的頻率不穩(wěn)定。
如圖4所示，本發(fā)明基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的射頻接收子系統(tǒng)包括射頻帶通濾波器、模擬ATT、放大器、混頻器、本振LO以及抗混迭帶通濾波器，所述射頻帶通濾波器的依次通過、模擬ATT、放大器、混頻器與抗混迭帶通濾波器的輸入端連接，所述本振LO的輸出端與混頻器的輸入端連接。模擬中頻信號頻率范圍限定在60MHz～200MHz，便于射頻子系統(tǒng)和數(shù)字中頻處理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。雖然射頻子系統(tǒng)的構(gòu)成比較復(fù)雜，但這樣的處理，使得輸出帶寬適中的寬帶模擬中頻信號，不需要超高速的采樣，后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換處理可以大大簡化。
如圖5所示，本發(fā)明基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字下變頻子系統(tǒng)包括A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊、特殊數(shù)字本振模塊、混頻處理模塊、倍數(shù)可變抽取濾波模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、直流本振抑制模塊、載波功率統(tǒng)計模塊，所述A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊的輸出端依次通過混頻處理模塊、倍數(shù)可變抽取濾波模塊、增益調(diào)節(jié)模塊與直流本振抑制模塊的輸入端連接，所述特殊數(shù)字本振模塊的輸出端與混頻處理模塊的輸入端連接，所述直流本振抑制模塊的輸出端與載波功率統(tǒng)計模塊的輸入端連接。
所述A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊包括AGC控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及控制處理模塊，所述AGC控制模塊的輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與控制處理模塊的輸入端連接，所述控制處理模塊的輸出端與AGC控制模塊的輸入端連接。該AGC控制模塊和控制處理模塊組成反饋控制系統(tǒng)，AGC控制模塊根據(jù)控制處理模塊發(fā)出的決策和控制信號，根據(jù)A/D的特性，實現(xiàn)對輸入信號的衰減以及放大處理，以起到保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換器的同時，提高A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍?？刂铺幚砟K完成輸出給AGC控制模塊的控制信號功能外，還必須具備如下一些功能根據(jù)后續(xù)處理需求，將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合混頻處理的并行或是串行數(shù)據(jù)。
所述混頻處理模塊，為了提高數(shù)據(jù)處理效率，常規(guī)上需要利用可編程邏輯器件中的專用硬件乘法器來實現(xiàn)，但根據(jù)特殊數(shù)字本振所提供的本振信號，該混頻處理只需利用少量的LUT即可實現(xiàn)，而且，實現(xiàn)過程中只涉及到乘以1和-1處理，不需要為防止數(shù)據(jù)溢出而進(jìn)行的位數(shù)擴(kuò)展處理，節(jié)約了可編程邏輯器件的資源。
所述特殊數(shù)字本振模塊為數(shù)字下變頻器提供本振源，該特殊數(shù)字本振的特性如下其頻率對應(yīng)為A/D采樣率fs的 相位偏移為0。這樣，該數(shù)字本振所形成的cos和sin信號對應(yīng)為 和 (其中n為整數(shù))。由此可知cos對應(yīng)1 0 -1 0 1 0 -1 0……；sin對應(yīng)0 1 0 -1 0 1 0 -1……。顯然，該本振信號無需利用可編程邏輯器件中的ROM表來實現(xiàn)，節(jié)約了可編程邏輯器件的ROM資源；該特殊本振的引入，也使得本下變頻系統(tǒng)的實現(xiàn)架構(gòu)將區(qū)別于以往的數(shù)字下變頻器，同時，采用該特殊本振，也便于可編程邏輯器件的實現(xiàn)。
所述倍數(shù)可變抽取濾波模塊包括抽取濾波系統(tǒng)、補(bǔ)償濾波器及整形濾波器，所述抽取濾波系統(tǒng)通過補(bǔ)償濾波器與整形濾波器連接。其中補(bǔ)償濾波器可以選用CFIR濾波器、IIR濾波器或其它形式的濾波器。倍數(shù)可變抽取濾波模塊根據(jù)基帶信號處理要求，實現(xiàn)對輸入中頻信號可變倍數(shù)的抽取和濾波處理。抽取的倍數(shù)將根據(jù)系統(tǒng)要求、信號特性以及器件承受度等進(jìn)行折中考慮和選定。如果抽取濾波器通帶內(nèi)衰減滿足要求，可以旁路該補(bǔ)償濾波器。最后整形濾波器主要目的是對整個信道進(jìn)行整形濾波處理，可以采用時分復(fù)用可編程邏輯器件的資源來設(shè)計濾波器，提高資源的利用率。在實際系統(tǒng)設(shè)計中，為了降低系統(tǒng)時延以及減少可編程器件的資源利用，如果抽取濾波器通帶內(nèi)衰減滿足要求，可以旁路補(bǔ)償濾波器，也可以將抽取濾波器和補(bǔ)償濾波器利用一個濾波器實現(xiàn)，也可以將補(bǔ)償濾波器和整形濾波器利用一個濾波器來實現(xiàn)，也可以將倍數(shù)可變抽取濾波模塊利用一個帶補(bǔ)償特性的抽取濾波器來實現(xiàn)。
所述增益調(diào)節(jié)模塊實現(xiàn)對下變頻系統(tǒng)增益的控制和調(diào)節(jié)，輸出正確的信號，以充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍，該增益調(diào)節(jié)隨算法處理流程不同，自動進(jìn)行相應(yīng)的增益控制。
所述直流本振模塊抑制實現(xiàn)抵消下變頻處理中，由于A/D轉(zhuǎn)換器引入的直流信號以及算法截位處理等所引入的直流信號，提高系統(tǒng)性能。由于利用可編程邏輯器件實現(xiàn)數(shù)字下變頻算法，需要在處理過程中，不斷進(jìn)行截位處理，而二進(jìn)制補(bǔ)碼在截位時，會使得負(fù)數(shù)變得更負(fù)，正數(shù)變得更正，導(dǎo)致輸出的數(shù)據(jù)幅度不平衡，出現(xiàn)直流泄漏。所以，可以采用“對稱舍入”算法來抑制直流泄漏，也可以采用直流濾波的方法實現(xiàn)對直流的抑制，還可以采用其他的方法來進(jìn)行直流的抑制，如求取信號的均值，對信號進(jìn)行補(bǔ)償處理。
本發(fā)明中的數(shù)字下變頻子系統(tǒng)，該系統(tǒng)數(shù)字下變頻信號處理包括以下步驟(a)A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊中接收來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字中頻信號，對該數(shù)字中頻信號進(jìn)行衰減以及放大處理從而保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換器，并將衰減以及放大處理后的數(shù)字中頻信號輸出到混頻模塊。
(b)A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊輸出的數(shù)字中頻信號與特殊數(shù)字本振模塊提供的本振信號通過混頻處理模塊進(jìn)行混頻處理，輸出基帶信號；(c)基帶信號通過倍數(shù)可變抽取濾波模塊，實現(xiàn)對基帶信號的抽取濾波處理，濾波后的信號經(jīng)過增益調(diào)節(jié)模塊以及直流本振抑制處理模塊，輸出低速的基帶信號。
如圖6所示，常規(guī)的抽取濾波器通常需要兩個抽取濾波器來實現(xiàn)抽取濾波處理，這樣，非常浪費可編程邏輯器件的資源。傳統(tǒng)的節(jié)約資源的方法，就是采用時分復(fù)用，但在此類設(shè)計中，采用時分復(fù)用，只有提高可編程邏輯器件的時鐘頻率，這樣，對可編程邏輯器件的要求會比較高。
如圖7所示，本發(fā)明提供的抽取濾波系統(tǒng)包括抽取濾波器，多路復(fù)用器(MUX)及分路器(DEMUX)，所述多路復(fù)用器(MUX)通過抽取濾波器與分路器(DEMUX)連接。其中抽取濾波器可采用FIR、IIR濾波器或其它形式的濾波器。
根據(jù)該系統(tǒng)，本發(fā)明提出了一種解決方法，根據(jù)混頻后，I、Q信號的特性，優(yōu)化濾波器結(jié)構(gòu)，利用時分復(fù)用可編程邏輯資源的方式，只用一個抽取濾波器，即可實現(xiàn)對I、Q數(shù)據(jù)的抽取濾波處理。而且，該方法無需提高可編程邏輯器件的工作時鐘頻率，降低了對可編程邏輯器件的要求，在這里可以將I、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行如圖10分組。
本發(fā)明對I、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，分組的數(shù)目為10組，所述10組數(shù)據(jù)分別為I路的DDC00和Q路的0 DDC1形成第一組，I路的-DDC20和Q路的0 -DDC3形成第二組，I路的DDC40和Q路的DDC50形成第三組，I路的-DDC60和Q路的0 -DDC7形成第四組，I路的DDC80和Q路的0 DDC9形成第五組，I路的-DDC100和Q路的0 -DDC11形成第六組，I路的DDC120和Q路的0 DDC13形成第七組，I路的-DDC140和Q路的0 -DDC15形成第八組，I路的DDC160和Q路的0 DDC17形成第九組，I路的-DDC180和Q路的0 -DDC19形成第十組。
利用多路選擇該多路復(fù)用器(MUX)對輸入的I、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行選通處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分組，只需使用同一個抽取濾波器，完成對I、Q數(shù)據(jù)的抽取和濾波處理，最后，利用DEMUX(分路器)進(jìn)行濾波后I、Q數(shù)據(jù)的分離。
如圖8所示，本發(fā)明可采用一個4倍抽取的20階濾波系統(tǒng)對60MSPS速率的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，第一次采樣點A出現(xiàn)在濾波系統(tǒng)的如下階次中1、5、9、13、17；第二次采樣點B出現(xiàn)在濾波系統(tǒng)的如下階次中2、6、10、14、18；第三次采樣點C出現(xiàn)在濾波系統(tǒng)的如下階次中3、7、11、15、19；第四次D采樣點出現(xiàn)在濾波系統(tǒng)的如下階次中4、8、12、16、20；第五次采樣點出現(xiàn)在濾波系統(tǒng)的如下階次中1、5、9、13、17…由此可知，第五次采樣點所出現(xiàn)的濾波系統(tǒng)的階次與第一次采樣點相同，第六次采樣點所出現(xiàn)的濾波系統(tǒng)的階次與第二次采樣點相同，依次類推，這樣，可以對20個濾波系統(tǒng)系數(shù)進(jìn)行分組，分成四組，每組進(jìn)行循環(huán)移位，簡化設(shè)計。同時，濾波系統(tǒng)每次只需5次乘法處理，無需進(jìn)行20次乘法處理，即可輸出濾波后15MSPS速率的數(shù)據(jù)，節(jié)約了可編程邏輯器件中專用乘法器硬件資源的使用。乘法處理后的的累加運算，可以使用單獨的流水線加法處理，但為了節(jié)約可編程邏輯器件的資源，該處累加運算可以采用時分累加處理方法，時分復(fù)用可編程邏輯資源。
如圖9所示，本發(fā)明采用的抽取濾波器，該抽取濾波器的工作頻率是15MHZ，由于采用4∶1的抽取處理，可知，采樣點A以15MHZ的間隔出現(xiàn)在濾波器的階數(shù)為1 5 9 13 17(1對應(yīng)濾波器的第1階系數(shù))，采樣點B以15MHZ的間隔出現(xiàn)在在濾波器的階數(shù)為26101418，以此類推。雖然數(shù)據(jù)輸入速率是60MSPS，但可編程邏輯器件輸出數(shù)據(jù)頻率是15MHz，所以，可編程邏輯器件工作在60MHz的頻率下，就可以時分復(fù)用資源，實現(xiàn)對I、Q兩路數(shù)據(jù)的抽取和濾波處理。
所述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，包括射頻接收子系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)、時鐘子系統(tǒng)、微芯片控制子系統(tǒng)及自動頻率控制子系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)字下變頻子系統(tǒng)，所述射頻接收子系統(tǒng)的輸出端依次通過A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)與數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸入端連接、所述時鐘子系統(tǒng)、微芯片控制子系統(tǒng)的輸出端分別與射頻接收子系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)、數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸入端連接，所述自動頻率控制子系統(tǒng)的輸入端與數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸出端連接，所述自動頻率控制子系統(tǒng)的輸出端與射頻接收子系統(tǒng)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字下變頻子系統(tǒng)包括A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊、特殊數(shù)字本振模塊、混頻處理模塊、倍數(shù)可變抽取濾波模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、直流本振抑制模塊、載波功率統(tǒng)計模塊，所述A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊的輸出端依次通過混頻處理模塊、倍數(shù)可變抽取濾波模塊、增益調(diào)節(jié)模塊與直流本振抑制模塊的輸入端連接，所述特殊數(shù)字本振模塊的輸出端與混頻處理模塊的輸入端連接，所述直流本振抑制模塊的輸出端與載波功率統(tǒng)計模塊的輸入端連接；所述射頻接收子系統(tǒng)包括射頻帶通濾波器、模擬ATT、放大器、混頻器、本振LO以及抗混迭帶通濾波器，所述射頻帶通濾波器的依次通過、模擬ATT、放大器、混頻器與抗混迭帶通濾波器的輸入端連接，所述本振LO的輸出端與混頻器的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊包括AGC控制模塊、A/D數(shù)據(jù)處理模塊以及控制處理模塊，所述AGC控制模塊的輸出端通過A/D數(shù)據(jù)處理模塊與控制處理模塊的輸入端連接，所述控制處理模塊的輸出端與AGC控制模塊的輸入端連接；所述倍數(shù)可變抽取濾波模塊包括抽取濾波系統(tǒng)、補(bǔ)償濾波器及整形濾波器，所述抽取濾波器通過補(bǔ)償濾波器與整形濾波器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述抽取濾波系統(tǒng)包括抽取濾波器，多路復(fù)用器及分路器，所述多路復(fù)用器通過抽取濾波器與分路器連接，所述補(bǔ)償濾波器是CFIR濾波器或IIR濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述抽取濾波器是FIR或IIR濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字下變頻子系統(tǒng)用CPLD、FPGA、DSP和ASIC芯片中任意一種實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟(1)射頻接收子系統(tǒng)對接收的射頻信號進(jìn)行處理，將射頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M中頻信號輸出到A/D轉(zhuǎn)換器；(2)A/D轉(zhuǎn)換器將接收的模擬中頻信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出高速率的數(shù)字中頻信號到數(shù)字下變頻子系統(tǒng)；(3)數(shù)字下變頻子系統(tǒng)對數(shù)字中頻信號進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，輸出低速基帶信號到基帶信號處理子系統(tǒng)；(4)基帶信號處理子系統(tǒng)對接收的低速基帶信號進(jìn)行同步、信道解碼、信道估計以及載波搜索處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字信號處理方法，其特征在于，所述步驟(3)數(shù)字下變頻信號處理包括以下步驟(a)A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊中對來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行衰減以及放大處理，并將衰減以及放大處理后的數(shù)字中頻信號輸出到混頻模塊；(b)A/D數(shù)據(jù)處理和AGC控制模塊輸出的數(shù)字中頻信號與特殊數(shù)字本振模塊提供的本振信號通過混頻處理模塊進(jìn)行混頻處理，輸出基帶信號；(c)基帶信號通過倍數(shù)可變抽取濾波模塊，實現(xiàn)對基帶信號的抽取濾波處理，濾波后的信號經(jīng)過增益調(diào)節(jié)模塊、時延調(diào)整模塊以及直流本振抑制處理模塊，輸出低速的基帶信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字信號處理方法，其特征在于，所述步驟(b)中特殊數(shù)字本振模塊產(chǎn)生的本振信號的頻率是A/D轉(zhuǎn)換模塊采樣率fs的 其相位偏移為0，所述本振信號是 和 所述n為整數(shù)；所述步驟(c)中濾波處理過程是將I、Q兩路數(shù)據(jù)信號交織起來分為M組數(shù)據(jù)，并對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行乘法和累加處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種數(shù)字下變頻子系統(tǒng)的數(shù)字下變頻信號處理方法，其特征在于，所述M組數(shù)據(jù)為10組數(shù)據(jù)，該10組數(shù)據(jù)分別為I路的DDC0O和Q路的O DDC1形成第一組，I路的-DDC2O和Q路的O-DDC3形成第二組，I路的DDC4O和Q路的DDC5O形成第三組，I路的-DDC6O和Q路的O-DDC7形成第四組，I路的DDC8O和Q路的O DDC9形成第五組，I路的-DDC10O和Q路的O-DDC11形成第六組，I路的DDC12O和Q路的O DDC13形成第七組，I路的-DDC14O和Q路的O-DDC15形成第八組，I路的DDC16O和Q路的O DDC17形成第九組，I路的-DDC18O和Q路的O-DDC19形成第十組。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于特殊數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括射頻接收子系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)、時鐘子系統(tǒng)、微芯片控制子系統(tǒng)及自動頻率控制子系統(tǒng)，所述射頻接收子系統(tǒng)的輸出端依次通過A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻子系統(tǒng)與數(shù)字基帶信號處理子系統(tǒng)的輸入端連接，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低、利于用可編程邏輯器件來實現(xiàn)、對A/D的性能要求較低且系統(tǒng)集成度較高。
文檔編號H04L27/38GK101075814SQ20071002794
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者胡應(yīng)添, 張遠(yuǎn)見, 羅漫江 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司