一種資源復用的完全重構(gòu)子帶分析器的制造方法
【專利摘要】一種資源復用的完全重構(gòu)子帶分析器，包括內(nèi)插模塊、2m點符號調(diào)整模塊、FIFO模塊、N路乘法模塊、N路加法模塊、復數(shù)乘法模塊、子帶濾波器系數(shù)表、復數(shù)乘法系數(shù)表、2m點FFT模塊和完美濾波器因子調(diào)整模塊。本發(fā)明可對硬件資源進行2m倍復用，降低硬件資源開銷，結(jié)構(gòu)簡單、通用，參數(shù)配置靈活，能快速對子帶分析的路數(shù)、速率、帶寬等技術(shù)指標進行更改，適用于多種帶寬、速率的子帶分析器的實現(xiàn)，能夠廣泛地應用在移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)、軟件化處理轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星系統(tǒng)、地面移動通信系統(tǒng)以及各種數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中。
【專利說明】一種資源復用的完全重構(gòu)子帶分析器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于完全重構(gòu)多相濾波結(jié)構(gòu)的子帶分析器，特別是一種能夠?qū)Y 源進行2-倍復用的完全重構(gòu)子帶分析器，可應用于移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)、軟件化處理轉(zhuǎn)發(fā)器 衛(wèi)星系統(tǒng)、地面移動通信系統(tǒng)以及各種數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中。

【背景技術(shù)】
[0002] 地基波束形成系統(tǒng)在地面形成波束，需要把星上上百個饋源接收或者發(fā)射的信號 在星地之間實時傳輸。相比于星上波束形成系統(tǒng)，地基波束形成系統(tǒng)可以極大的提升波束 形成的靈活性，衛(wèi)星在軌后可以靈活、快速的增加、消除及重構(gòu)點波束，以適應不同軌道位 置、業(yè)務變化及新型應用；可以在地面進行自適應波束形成及波束調(diào)零等復雜信號處理； 衛(wèi)星與體制無關(guān)，可以非常容易的實現(xiàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的體制升級。
[0003] 地基波束形成系統(tǒng)中饋源接收的信號要實時傳送到地面，即星上下行饋電通道中 行波管放大器（TWTA)要同時承擔上百個信號的功率放大任務，此時如果地面存在干擾， 則TWTA將多承擔上百個信號的功率放大，這將極大的浪費星上寶貴的功率資源，甚至導致 TWTA嚴重飽和，整個系統(tǒng)無法正常工作。饋源中存在的干擾信號也將會降低接收端的信號 平均功率與噪聲平均功率的比值（S/N)，進而降低系統(tǒng)的通信性能，嚴重時無法進行通信。 基于以上原因，需要通過完全重構(gòu)濾波器技術(shù)對帶內(nèi)干擾進行抑制，達到系統(tǒng)鏈路抗干擾 的目的。
[0004] 完全重構(gòu)濾波器技術(shù)需要突破完全重構(gòu)子帶分析技術(shù)等。子帶分析是從頻率上將 頻分復接的多個信道分離出來，使不同的子帶信道直接對應不同的終端業(yè)務應用，它的性 能直接影響系統(tǒng)的應用性能。完全重構(gòu)濾波器階數(shù)一般高達五、六千階，子帶分析器若采用 傳統(tǒng)的多相分路方法將使用超過五千個的乘法器進行多相濾波，在目前的工程水平上將是 無法實現(xiàn)的。
[0005] 文獻 1 "Efficient Wideband Channelizer for Software Radio Systems Using Modulated PR Filterbanks，'（Wajih A. A, Gordon L. S. IEEE Transactions on Signal P rocessing，52 (10)，2004, pp. 2807-2820)提出了一種基于調(diào)制濾波器組的非均勻信道化濾 波器的方法，由于充分利用了調(diào)制濾波器組的多相濾波結(jié)構(gòu)以及電路的等價交換等性質(zhì)， 相對于傳統(tǒng)的數(shù)字下變頻方向，具有運算量小、硬件復雜度低等優(yōu)點。該技術(shù)中所采用的分 析濾波器組和綜合濾波器組均是由同一個原型濾波器組經(jīng)過復指數(shù)調(diào)制得到，并且滿足完 全重構(gòu)條件。然而，所需要的原型濾波器隨著信道化路數(shù)增加和濾波器阻帶增益的減少而 迅速增加，不利于工程實現(xiàn)。
[0006] 文獻"基于NPR調(diào)制濾波器組的動態(tài)信道化濾波"（李冰，鄭瑾，葛臨東，信息工程 大學信息工程學院，鄭州，電子學報，2007年第6期）給出了動態(tài)信道化濾波方法，以更新 能量檢測的方式實現(xiàn)動態(tài)的信道化處理，而無需改變分析濾波器組，但并未涉及具體的工 程實現(xiàn)。
[0007] 文獻《近似完全重構(gòu)DFT調(diào)制濾波器組的設計》熊艷平，西安電子科技大學碩士學 位論文，2008,以及文獻《近似重構(gòu)余弦調(diào)制濾波器組的設計》胡阿麗，西安電子科技大學碩 士學位論文，2007都對近似完全重構(gòu)信道化的實現(xiàn)方法進行了介紹。但是文獻中只給出了 調(diào)制濾波器的設計和性能分析，并沒有明確給出具體的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：為了降低子帶分析器所使用的硬件資源，提高設計效 率，提供了一種資源進行2 m倍復用的完全重構(gòu)子帶分析器，子帶分析路數(shù)越多則資源復用 次數(shù)越多，降低硬件資源開銷也就越多，且結(jié)構(gòu)簡單、通用，能快速對子帶分析的路數(shù)、速 率、帶寬等技術(shù)指標進行更改，適用于多種帶寬、速率的子帶分析，極大的節(jié)省用戶的發(fā)開 時間，提1?設計效率。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種資源復用的完全重構(gòu)子帶分析器，包括內(nèi)插模塊、 2m點符號調(diào)整模塊、FIFO模塊、N路乘法模塊、N路加法模塊、復數(shù)乘法模塊、子帶濾波器系 數(shù)表、復數(shù)乘法系數(shù)表、2 m點FFT模塊和完美濾波器因子調(diào)整模塊，其中：
[0010]內(nèi)插模塊：將外部輸入的基帶零中頻數(shù)字信號的每順序2Π 個點作為一個子帶，在 每個子帶之間插入2m個零后送至2m點符號調(diào)整模塊，m為正整數(shù)；
[0011] 2Π 點符號調(diào)整模塊：以2Π +1個時鐘為周期，對從內(nèi)插模塊輸入的信號中的各子 帶分別與符號因子（-1)(1^進行相乘運算后送至FIFO模塊；其中r為子帶的序號，r = 0, 1, 2, 3. . . , 2m+1 ；
[0012] FIFO模塊：包括N個首尾相連的深度均為2m的FIFO,第一個FIFO接收2m點符號 調(diào)整模塊的輸出信號，同時，N個FIFO每個周期都向外輸出一個數(shù)據(jù)，共輸出N組數(shù)據(jù)至N 路乘法模塊；N = (Μ/2·^)+1，Μ為子帶濾波器的階數(shù)；
[0013] Ν路乘法模塊：包括2Ν個乘法器，前Ν個乘法器將FIFO模塊輸出的Ν組數(shù)據(jù)的實 部與子帶濾波器系數(shù)表的每一行對應相乘后送入N路加法模塊；后N個乘法器將FIFO模塊 輸出的N組數(shù)據(jù)的虛部與子帶濾波器系數(shù)表的每一行對應相乘后送入N路加法模塊；
[0014] 子帶濾波器系數(shù)表：采用2m行N列的矩陣AA存儲子帶濾波器的系數(shù)供N路乘法 模塊調(diào)用，矩陣AA的前2- 1行由矩陣A的右側(cè)補一列零得到，矩陣AA的后2-1行由矩陣A 的左側(cè)補一列零得到，矩陣A為2-1行N-1列，將子帶濾波器的系數(shù)順序截成2-1段，每一段 的N-1個系數(shù)為矩陣A的一行；
[0015] N路加法模塊：包括第一加法器和第二加法器，第一加法器將N路乘法模塊的N個 實部乘法結(jié)果進行相加得到實部值并送至復數(shù)乘法模塊；第二加法器將N路乘法模塊的N 個虛部乘法結(jié)果進行相加得到虛部值并送至復數(shù)乘法模塊；
[0016] 復數(shù)乘法模塊：將N路加法模塊輸出的實部值和虛部值組成復數(shù)，并與復數(shù)乘法 系數(shù)表中存儲的復數(shù)因子按照子帶的序號進行復數(shù)乘法運算并將運算結(jié)果 送至2m點FFT模塊；

【權(quán)利要求】
1. 一種資源復用的完全重構(gòu)子帶分析器，其特征在于：包括內(nèi)插模塊、2m點符號調(diào)整模 塊、FIFO模塊、N路乘法模塊、N路加法模塊、復數(shù)乘法模塊、子帶濾波器系數(shù)表、復數(shù)乘法系 數(shù)表、2 m點FFT模塊和完美濾波器因子調(diào)整模塊，其中： 內(nèi)插模塊：將外部輸入的基帶零中頻數(shù)字信號的每順序2Π 個點作為一個子帶，在每個 子帶之間插入2m個零后送至2m點符號調(diào)整模塊，m為正整數(shù)； 2m點符號調(diào)整模塊：以2Π+1個時鐘為周期，對從內(nèi)插模塊輸入的信號中的各子帶 分別與符號因子（-1)6^進行相乘運算后送至FIFO模塊；其中r為子帶的序號，r = 0, 1, 2, 3. . . , 2m+1 ； FIFO模塊：包括N個首尾相連的深度均為2m的FIFO,第一個FIFO接收2m點符號調(diào)整 模塊的輸出信號，同時，N個FIFO每個周期都向外輸出一個數(shù)據(jù)，共輸出N組數(shù)據(jù)至N路乘 法模塊；N = (Μ/2·^)+1，Μ為子帶濾波器的階數(shù)； Ν路乘法模塊：包括2Ν個乘法器，前Ν個乘法器將FIFO模塊輸出的Ν組數(shù)據(jù)的實部與 子帶濾波器系數(shù)表的每一行對應相乘后送入N路加法模塊；后N個乘法器將FIFO模塊輸出 的N組數(shù)據(jù)的虛部與子帶濾波器系數(shù)表的每一行對應相乘后送入N路加法模塊； 子帶濾波器系數(shù)表：采用2m行N列的矩陣AA存儲子帶濾波器的系數(shù)供N路乘法模塊 調(diào)用，矩陣AA的前2-1行由矩陣A的右側(cè)補一列零得到，矩陣AA的后2-1行由矩陣A的左 側(cè)補一列零得到，矩陣A為2- 1行N-1列，將子帶濾波器的系數(shù)順序截成2-1段，每一段的 N-1個系數(shù)為矩陣A的一行； N路加法模塊：包括第一加法器和第二加法器，第一加法器將N路乘法模塊的N個實部 乘法結(jié)果進行相加得到實部值并送至復數(shù)乘法模塊；第二加法器將N路乘法模塊的N個虛 部乘法結(jié)果進行相加得到虛部值并送至復數(shù)乘法模塊； 復數(shù)乘法模塊：將N路加法模塊輸出的實部值和虛部值組成復數(shù)，并與復數(shù)乘法系數(shù) 表中存儲的復數(shù)因子按照子帶的序號進行復數(shù)乘法運算并將運算結(jié)果送至 2m點FFT模塊； 復數(shù)乘法系數(shù)表：存儲復數(shù)因子的實部和虛部供復數(shù)乘法模塊調(diào)用； 2m點FFT模塊：以串行輸入、串行輸出的方式，對復數(shù)乘法模塊輸入的信號進行2Π 點復 數(shù)FFT并送至完美濾波器因子調(diào)整模塊； 完美濾波器因子調(diào)整模塊：將常量和與k有關(guān)的變量進行相乘，作 為重構(gòu)子帶濾波器的系數(shù)，其中k = 0, 1，…，2m-l ;將k等于0, 1，…，2m-l時重構(gòu)子帶濾波 器的系數(shù)與2m點FFT模塊輸出的第1，2,…，2m個值對應相乘后向外部輸出。
【文檔編號】H04L5/00GK104301085SQ201410572010
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】馬楠, 張璐, 張寧, 張映南, 樓大年 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所