專利名稱：一種用于水聲通信接收機(jī)的數(shù)字下變頻器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水聲通信接收機(jī)的數(shù)字下變頻器及方法。
背景技術(shù)：
水聲通信機(jī)常用于海洋環(huán)境觀測中數(shù)據(jù)傳輸?shù)葓龊?，一般采用自帶電池的方式，功耗成為一個(gè)重要課題。采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的水聲通信接收機(jī)中的數(shù)字下變頻功能模塊，實(shí)現(xiàn)從AD (模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換)采樣后的高采樣率通帶信號(hào)，到低采樣率基帶信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這一轉(zhuǎn)換過程計(jì)算量較大，耗費(fèi)的功耗較大，影響接收機(jī)的使用。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中水聲通信接收機(jī)示意圖。其采用傳統(tǒng)的數(shù)字下變頻方法，即采用基于正交混頻的方法，實(shí)現(xiàn)從通帶信號(hào)到復(fù)基帶信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這一方法需要對(duì)接收到的信號(hào)做以下處理:接收帶通濾波、正交混頻、低通濾波和抽取。其中，低通濾波和抽取需要對(duì)正交混頻后的實(shí)部和虛部分別處理。接收帶通濾波和正交混頻必須在高采樣率下處理，不能和抽取器結(jié)合，因而總的計(jì)算量較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)水聲通信接收機(jī)中的數(shù)字下變頻處理，提出新的算法，可以節(jié)省正交混頻處理過程，大大節(jié)省處理過程的計(jì)算量，從而有效地降低解決水聲通信接收機(jī)的功耗。在第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提出一種用于水聲通信接收機(jī)的數(shù)字下變頻器，其所述數(shù)字下變頻器包括第一支路、第二支路以及合并模塊，所述第一支路，用于根據(jù)接收到的通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)；所述第二支路，用于根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻虛部數(shù)據(jù)；所述合并模塊，根據(jù)所述下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)以及下變頻虛部數(shù)據(jù)生成復(fù)基帶數(shù)據(jù)。在第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提出一種用于水聲通信接收機(jī)的數(shù)字下變頻方法，所述方法包括:根據(jù)接收到的通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)；根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻虛部數(shù)據(jù)；根據(jù)所述下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)以及下變頻虛部數(shù)據(jù)生成復(fù)基帶數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)水聲通信接收機(jī)中的數(shù)字下變頻提出一種新的處理方法，省去正交混頻處理步驟，降低了計(jì)算量，有利于降低功耗。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中水聲通信接收機(jī)示意圖；圖2是基于希爾伯特濾波的下變頻處理中各級(jí)信號(hào)的頻譜示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的通信接收機(jī)數(shù)字下變頻結(jié)構(gòu)的一種示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字下變頻結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)實(shí)部、虛部用到的兩支路濾波器的沖激響應(yīng)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的下變頻結(jié)構(gòu)整體幅頻響應(yīng)曲線示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例的通信接收機(jī)數(shù)字下變頻結(jié)構(gòu)中濾波部分的另一種示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種低計(jì)算量的水聲通信接收機(jī)數(shù)字下變頻方法以及相應(yīng)的通信接收機(jī)，以滿足水聲通信機(jī)低功耗的要求，從而方便通信接收機(jī)的使用——至少同一電池能夠?yàn)樵撏ㄐ沤邮諜C(jī)的續(xù)航能力得到加強(qiáng)。水聲通信接收機(jī)在工作時(shí)會(huì)對(duì)水聲信號(hào)進(jìn)行米樣,米樣率一般為水聲信號(hào)中心頻率的整數(shù)倍。為便于敘述，本發(fā)明實(shí)施例中將水聲信號(hào)中心頻率設(shè)置為8kHz，采樣率為64kHz。要說明的是這僅僅是一種工作場景，只是為了方便敘述和理解，不能構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的任何限制。假設(shè)接收信號(hào)為r (n)，其經(jīng)過接收濾波器處理，去除帶外信號(hào)分量。假設(shè)所述接收濾波器的單位沖擊響應(yīng)序列為h (n)。那么經(jīng)過接收濾波器后的信號(hào)應(yīng)該為中，其中符號(hào) 表示求兩個(gè)信號(hào)的卷積。A (n)經(jīng)過延遲濾波器后得到信號(hào)O =咖。同時(shí)將ri(n)經(jīng)過希爾伯特濾波器h2(n)，得到信號(hào)，其中h2(n)的延遲量等于M。根據(jù)希爾伯特濾波的性質(zhì)，可以知道實(shí)信號(hào)rjn)對(duì)應(yīng)的解析信號(hào)為
(n)=r2 ( ) + j 'f (H)，其中 J=A。所述接收信號(hào)r(n)，接收濾波后的信號(hào)F1 (n)，解析信號(hào)r2 (n)，三者的頻譜如圖2中(a) (b) (c)所示。r2(n)的頻譜集中在中心頻率附近，并且存在以下關(guān)系:`
( ) = r(n) [/J!( ) 5( -M)] + jr(n) [；J1( )0A2( )](I )可見，接收信號(hào)經(jīng)過接收濾波器后的解析信號(hào)r2(n)的實(shí)部，可以通過帶觀恥、波器和延遲器級(jí)聯(lián)而成的濾波器得到，而解析信號(hào)r2 (n)的虛部則可以通過帶通濾波和希爾伯特濾波器的級(jí)聯(lián)濾波器得到。要說明的是，在具體實(shí)踐中，所述帶通濾波器和延遲器級(jí)聯(lián)而成的濾波器也可以是一個(gè)濾波器，其同時(shí)具備所述帶通以及延遲的功能。如果將解析信號(hào)r2 (n)進(jìn)行復(fù)頻率混頻到零中頻，則得到 ，再進(jìn)行8倍速率的抽取，得到降采樣率后的復(fù)基帶信號(hào)為r, (m) = r2 (/7)exp|-j2jc^^ ||B.8 = ; (Sm)exp|-j2n8m| = f； (8 i)可見，可將r2 (n)直接進(jìn)行8倍抽取得到復(fù)基帶信號(hào)，即r3 (m) = r2 (n) n = 8m (2)r3(m)的頻譜如圖2中(d)所示?？梢姮F(xiàn)有技術(shù)中的將接收信號(hào)進(jìn)行接收濾波、正交混頻、降采樣率的處理過程，等效于本發(fā)明實(shí)施例的通過公式(I)和公式(2)完成由r(n)處理得到!^!!!)的處理過程。公式⑴和公式⑵的處理過程僅包含濾波和抽取過程，實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示，相對(duì)于傳統(tǒng)的方法計(jì)算量大大簡化。實(shí)踐中，可以利用加窗算法設(shè)計(jì)出接收帶通濾波器Ii1 (n)和希爾伯特濾波h2(n),經(jīng)過簡單卷積操作即可得到公式⑴中的句和兩個(gè)濾波器，它們的單位沖擊響應(yīng)如圖4所示。圖3中上下兩支路濾波器并行連接得到的整個(gè)濾波器的幅頻響應(yīng)曲線如圖5所示，可以看出，此時(shí)下變頻處理濾波器的幅頻響應(yīng)對(duì)帶外的抑制超過60dB，完全能夠滿足水聲通信機(jī)接收機(jī)的要求。要說明的是，在具體實(shí)踐中，所述帶通濾波器和希爾伯特濾波器在物理形式上也可以是一個(gè)濾波器，其同時(shí)具備所述帶通以及希爾伯特濾波功倉泛。特別地，如圖6所示，數(shù)字下變頻結(jié)構(gòu)圖中上下兩個(gè)支路中涉及的濾波器都可以分別與后級(jí)的抽取器合并，采用多相濾波器實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，圖6中抽取濾波前信號(hào)相當(dāng)于圖3中64KHz采樣率通帶信號(hào)，而抽取濾波后信號(hào)則相當(dāng)于圖3中SKHz復(fù)基帶信號(hào)。圖6中的多相濾波器系數(shù)分別取值為:dk (n) = h (k+8n), k = 0, I, 2,..., 7 (3)其中h(n)序列取值為咖聲小-M)序列或丨序列，分別用于實(shí)現(xiàn)圖3中的實(shí)部或虛部處理的兩個(gè)濾波器。采用圖6結(jié)構(gòu)，計(jì)算量進(jìn)一步得到簡化，且不影響處理性能。本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)水聲通信接收機(jī)中的數(shù)字下變頻提出一種新的處理方法，省去正交混頻處理步驟，降低了計(jì)算量，有利于降低功耗。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例模塊及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本申請(qǐng)的范圍。結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM),電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。需要指出的是，以上僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，具有專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)的技術(shù)人員可以由以上實(shí)施實(shí)例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，因此凡是根據(jù)本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何的變化、修改與改進(jìn)，都被本發(fā)明的專利范圍所覆蓋。即，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于水聲通信接收機(jī)的數(shù)字下變頻器，其特征在于，所述數(shù)字下變頻器包括第一支路、第二支路以及合并模塊， 所述第一支路，用于根據(jù)接收到的通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)； 所述第二支路，用于根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻虛部數(shù)據(jù)； 所述合并模塊，根據(jù)所述下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)以及下變頻虛部數(shù)據(jù)生成復(fù)基帶數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字下變頻器，其特征在于， 所述第一支路包括第一帶通濾波器、延遲濾波器以及第一抽取器，所述第一帶通濾波器、延遲濾波器以及第一抽取器依次串聯(lián)； 所述第二支路包括第二帶通濾波器、希爾伯特濾波器以及第二抽取器，所述第二帶通濾波器、希爾伯特濾波器以及第二抽取器依次串聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字下變頻器，其特征在于， 所述第一支路包括第一多相濾波器，所述第一多相濾波器包含多個(gè)濾波支路，每個(gè)濾波支路由單位延遲器、支路抽取器和支路濾波模塊組成； 所述第二支路包括第二多相濾波器，所述第二多相濾波器包含多個(gè)濾波支路，每個(gè)濾波支路由單位延遲器、支路抽取器和支路濾波模塊組成。
4.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字下變頻器，其特征在于，所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的系數(shù)相同。
5.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字下變頻器，其特征在于，所述第一抽取器和第二抽取器的抽取倍數(shù)相同。
6.一種用于水聲通信接收機(jī)的數(shù)字下變頻方法，其特征在于，所述方法包括: 根據(jù)接收到的通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻虛部數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)以及下變頻虛部數(shù)據(jù)生成復(fù)基帶數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字下變頻方法，其特征在于，所述根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)，具體為:利用第一帶通濾波器、延遲濾波器以及第一抽取器根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)，所述第一帶通濾波器、延遲濾波器以及第一抽取器依次串聯(lián)；所述根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻虛部數(shù)據(jù)，具體為:利用第二帶通濾波器、希爾伯特濾波器以及第二抽取器生成下變頻虛部數(shù)據(jù)，所述第二帶通濾波器、希爾伯特濾波器以及第二抽取器依次串聯(lián)。
8.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字下變頻方法，其特征在于，所述根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)，具體為:利用第一多相濾波器生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)，所述第一多相濾波器包含多個(gè)濾波支路，每個(gè)濾波支路由單位延遲器、支路抽取器和支路濾波模塊組成，各個(gè)支路濾波模塊的系數(shù)根據(jù)第一帶通濾波器的系數(shù)生成；所述根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻虛部數(shù)據(jù)，具體為:利用第二多相濾波器生成下變頻虛部數(shù)據(jù)，所述第二多相濾波器包含多個(gè)濾波支路，每個(gè)濾波支路由單位延遲器、支路抽取器和支路濾波模塊組成，各個(gè)支路濾波模塊的系數(shù)根據(jù)第二帶通濾波器的系數(shù)以及所述希爾伯特濾波器的系數(shù)生成。
9.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字下變頻方法，其特征在于，所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的系數(shù)相同。
10.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字下變頻方法，其特征在于，所述第一抽取器和第二抽取器的抽取倍數(shù) 相同。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例涉及一種用于水聲通信接收機(jī)的數(shù)字下變頻器及方法，所述數(shù)字下變頻器包括第一支路、第二支路以及合并模塊。所述第一支路，用于根據(jù)接收到的通帶信號(hào)生成下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)；所述第二支路，用于根據(jù)所述通帶信號(hào)生成下變頻虛部數(shù)據(jù)；所述合并模塊，根據(jù)所述下變頻實(shí)部數(shù)據(jù)以及下變頻虛部數(shù)據(jù)生成復(fù)基帶數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)水聲通信接收機(jī)中的數(shù)字下變頻提出一種新的處理方法，省去正交混頻處理步驟，降低了計(jì)算量，有利于降低功耗。
文檔編號(hào)H04B1/16GK103117759SQ20131001952
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者武巖波, 朱敏, 朱維慶, 邢澤平 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所