CN101335730B - 输入输出同频的单通道数字选频系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输入输出同频的单通道数字选频系统，包括ADC子系统、单通道数字中频处理子系统、MCU控制子系统及D/A转换器，单通道数字中频处理子系统分别与ADC子系统、D/A转换器及MCU控制子系统相连，MCU控制子系统还分别与ADC子系统及D/A转换器相连。根据数字选频系统的输入和输出频率的相同性，在设计时，利用DDC和DUC系统的对称性，提供一种结构简化的单通道数字选频系统。本发明结构简单，资源复用率高，可行性强，应用前景好，可应用于GSM、CDMA、DCS、JDC、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等通信体制的基站、基站子系统、数字射频拉远系统、数字直放站和载波调度等系统。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种输入输出同频的单通道数字选频系统及其实现方法。
背景技术
在无线通信系统多标准、多体制以及无线电频谱资源缺乏的背景下，无线通信系统的互通性日益重要，传统无线通信系统已很难满足通信发展的需要。软件无线电技术为解决上述问题提供了一个可行的方法，极大推动了移动通信技术的快速发展。
软件无线电技术基于数字信号处理理论，采用软件无线电技术，具有如下优点：
(1)数字本振信号以及数字I、Q信号可以做到绝对正交；
(2)利用数字滤波器实现通道选频，其特性可以现场编程，因此，适用于接收和处理多载波、多模式信号，解决它们的互通互连问题；
(3)数字信道处理技术，提升了系统的性能；
(4)电路元件的一致性好，基本可以消除温飘和非线性失真等问题。
正是由于软件无线电技术的优点，使得该技术在如今的移动通信产品中得到了广泛的应用。
传统基于软件无线电技术的单通道数字选频系统，如图1所示：主要由ADC模数转换模块、DDC处理模块、基带信号处理模块、DUC处理模块以及DAC数模转换模块五个部分组成。其中ADC模数转换模块主要实现对输入模拟中频信号的模数转换处理，输出高速的数字中频信号。DDC处理模块实现对数字中频信号的混频、抽取和滤波处理，基带信号处理实现对信号的噪声抑制、组帧、解帧、串并转换和并串转换等处理，DUC处理模块实现对信号的数据内插、滤波和调制处理，输出中频的数字I、Q信号，DAC数模转换模块主要将DUC模块输出的数字中频I、Q信号转换为模拟中频信号。该单通道数字选频系统通过DDC和DUC滤波器的滤波性能，实现对带外信号的滤波处理，保证带内信号的无失真恢复。
图2所示为传统的数字中频处理子系统的DDC和DUC框架示意图。传统的数字中频处理子系统主要由依次相连的DDC处理模块、基带成型滤波器和DUC处理模块组成。其中DDC处理模块包括混频模块、NCO(数控振荡器)生成模块、DDC自适应判决器、倍数可变抽取滤波器，DUC处理模块包括倍数可变内插滤波器组和I、Q信号多级调制模块。所述NCO生成模块的其中两个输出端分别与混频模块的一个输入端相连，混频模块两个输出端依次与DDC自适应判决器、倍数可变抽取滤波器、基带成型滤波器、倍数可变内插滤波器组和I、Q信号多级调制模块相连接。
该传统数字中频处理子系统信号处理流程如下：数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块进行混频处理，形成I、Q信号，I、Q信号分别进入DDC自适应判决器、倍数可变抽取滤波器、基带成型滤波器、倍数可变内插滤波器组和I、Q信号多级调制模块，输出调制后的数字中频I、Q信号。其中，DDC自适应判决器根据I、Q信号的数据速率、处理带宽等特性信息，自适应的选择符合速率、带宽等要求的数据抽取倍数以及滤波器系数；倍数可变抽取滤波器接收来自DDC自适应判决器的输出信息以及I、Q信号，并根据DDC自适应判决器的输入信息，对I、Q信号进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、Q信号；经过抽取滤波处理后的I、Q信号进入基带成型滤波器进行带内补偿及带外抑制处理，生成基带I、Q信号；倍数可变内插滤波器组接收来自基带成型滤波器输出的基带I、Q信号，并选择合适的内插倍数，进行数据的内插和滤波处理，输出经过合适内插滤波处理后的I、Q信号；经过倍数可变内插滤波器组内插和滤波处理后的I、Q信号输入到I、Q信号多级调制模块进行多级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、Q信号。
从上面的信号处理流程来分析，可知传统的单通道数字选频系统由多个独立模块组成，需要耗费较多的资源，实现策略复杂，尤其在应用于输入和输出同频率的数字选频系统时，由于频率的对称性，在系统实现的时候，更显得结构复杂、资源复用率低，成本高，可行性差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种资源复用率高、可行性强、结构简单、系统成本低的输入输出同频的单通道数字选频系统。
本发明的另一目的在于提供上述输入输出同频的单通道数字选频系统的实现方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种输入输出同频的单通道数字选频系统，包括ADC子系统、单通道数字中频处理子系统、MCU(微处理器)控制子系统及D/A转换器；所述MCU控制子系统分别与ADC子系统及D/A转换器相连接；所述单通道数字中频处理子系统包括依次连接的DDC子系统、接口模块、DUC子系统，所述DDC子系统、接口模块、DUC子系统分别与MCU控制子系统相连，DDC子系统同时与所述ADC子系统相连，DUC子系统与D/A转换器相连；所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器及DDC成型滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的DUC成型滤波器、M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成，所述DDC成型滤波器经接口模块与DUC成型滤波器相连，所述NCO生成模块同时与DUC中的I、Q信号调制模块相连。
作为结构形式的一种变化，本输入输出同频的单通道数字选频系统包括ADC子系统、单通道数字中频处理子系统、MCU(微处理器)控制子系统及D/A转换器；所述MCU控制子系统分别与ADC子系统及D/A转换器相连接；所述单通道数字中频处理子系统包括依次连接的DDC子系统、基带成型滤波器、接口模块、DUC子系统，所述DDC子系统、接口模块、DUC子系统分别与MCU控制子系统相连，DDC子系统同时与所述ADC子系统相连，DUC子系统与D/A转换器相连；所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成；所述M倍抽取滤波器经基带成型滤波器、接口模块与M倍内插滤波器组相连，所述NCO生成模块同时与DUC中的I、Q信号调制模块相连接。
上述两输入输出同频的单通道数字选频系统中，DDC和DUC结构非常对称，DDC具备M倍抽取处理，相应的DUC就有M倍内插处理，这样就完全确保输入输出数据速率是完全相同的。DDC中具有混频处理，相应的，DUC具有单级I、Q信号调制模块，因此在DDC混频处理的数据速率与DUC中I、Q信号调制处理的数据速率是完全一样的。
所述ADC子系统包括A/D转换器、自动增益控制(AGC)判决器及AGC控制器，所述A/D转换器的输出端依次与AGC判决器、AGC控制器相连接后接入A/D转换器的输入端，所述A/D转换器同时与MCU控制子系统、混频模块相连。
所述M倍抽取滤波器由单级M倍抽取滤波器组成，M倍内插滤波器由单级M倍内插滤波器组成。
所述M倍抽取滤波器由多级抽取滤波器组组成，M倍内插滤波器由与多级抽取滤波器组对应的多级内插滤波器组组成。
一种利用上述输入输出同频的单通道数字选频系统实现单通道数字选频的方法，包括下述步骤：
(1)所述ADC子系统中的A/D转换器接入原始模拟中频信号，并根据MCU控制子系统输入的控制信号对原始模拟中频信号进行模数转换成为原始数字中频信号，然后输入到AGC判决器；
(2)AGC判决器根据输入信号的特性，生成相应的控制信息输入到AGC控制器中；
(3)AGC控制器根据AGC判决器输入的控制信息，对前端模拟中频信号进行放大或衰减处理，然后输出原始数字中频信号到所述DDC子系统；
(4)DDC子系统根据MCU控制子系统输入的控制信号，对A/D转换器输入的原始数字中频信号依次进行混频、抽取及滤波处理、带外补偿及带外抑制处理，然后输出基带I、Q信号到所述接口模块；
(5)接口模块根据MCU控制子系统输入的控制信号，对输入的基带I、Q信号进行系统工作时钟域转换、增益调节后输入所述DUC子系统；
(6)DUC子系统根据MCU控制子系统输入的控制信号，对由接口模块输入的基带I、Q信号依次进行数据内插及滤波处理、一级混频和调制处理后转换成与原始数字中频信号相同频率的数字中频I、Q信号输入到所述D/A转换器；
(7)D/A转换器根据MCU控制子系统输入的控制信号，对输入的数字中频I、Q信号进行数模转换处理，输出模拟中频信号。
上述方法中，当所述单通道数字中频处理子系统包括依次连接的DDC子系统、接口模块、DUC子系统，所述DDC子系统、接口模块、DUC子系统分别与MCU控制子系统相连，DDC子系统同时与所述ADC子系统相连，DUC子系统与D/A转换器相连；所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器及DDC成型滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的DUC成型滤波器、M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成，所述DDC成型滤波器经接口模块与DUC成型滤波器相连，所述NCO生成模块同时与DUC中的I、Q信号调制模块相连时，步骤(4)所述DDC子系统对A/D转换器输入的原始数字中频信号依次进行混频、抽取及滤波处理、带外补偿及带外抑制处理，然后输出基带I、Q信号到所述接口模块，具体包括以下步骤：
(4-1)A/D转换器输入的原始数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中进行混频处理，然后输出零中频I、Q信号到所述M倍抽取滤波器；
(4-2)M倍抽取滤波器对零中频I、Q信号进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、Q信号到所述DDC成型滤波器；
(4-2)DDC成型滤波器对I、Q信号进行带外补偿及带外抑制处理，生成基带I、Q信号输入所述接口模块；
步骤(6)所述DUC子系统对由接口模块输入的基带I、Q信号依次进行数据内插及滤波处理、一级混频和调制处理，具体包括以下步骤：
(6-1)所述DUC成型滤波器接收接口模块输入的基带I、Q信号，然后根据系统滤波要求，对信号进行成型滤波处理；
(6-2)M倍内插滤波器组对输入的基带I、Q信号进行M倍的数据内插和滤波处理，然后输入所述I、Q信号调制模块；
(6-3)I、Q信号调制模块对M倍内插滤波器组输出的I、Q信号以及NCO生成模块的产生cos和sin信号进行一级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、Q信号到所述D/A转换器。
上述方法中，当所述单通道数字中频处理子系统包括依次连接的DDC子系统、基带成型滤波器、接口模块、DUC子系统，所述DDC子系统、接口模块、DUC子系统分别与MCU控制子系统相连，DDC子系统同时与所述ADC子系统相连，DUC子系统与D/A转换器相连；所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成；所述M倍抽取滤波器经基带成型滤波器、接口模块与M倍内插滤波器组相连，所述NCO生成模块同时与DUC中的I、Q信号调制模块相连接时，步骤(4)所述DDC子系统对A/D转换器输入的数字信号依次进行混频、抽取及滤波处理、带外补偿及带外抑制处理，然后输出基带I、Q信号到所述接口模块，具体包括以下步骤：
(4-1)A/D转换器输入的数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中进行混频处理，然后输出零中频I、Q信号到所述M倍抽取滤波器；
(4-2)M倍抽取滤波器对零中频I、Q信号进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、Q信号到所述基带成型滤波器；
(4-3)基带成型滤波器对I、Q信号进行带外补偿及带外抑制处理，生成基带I、Q信号输入所述接口模块；
步骤(6)所述DUC子系统对由接口模块输入的基带I、Q信号依次进行数据内插及滤波处理、一级混频和调制处理后转换成数字中频信号输入到所述D/A转换器，具体包括以下步骤：
(6-1)M倍内插滤波器组对输入的基带I、Q信号进行M倍的数据内插和滤波处理，然后输入所述I、Q信号调制模块；
(6-2)I、Q信号调制模块对M倍内插滤波器组输出的I、Q信号以及NCO生成模块的产生cos和sin信号进行一级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、Q信号到所述D/A转换器。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
(1)基于软件无线电技术，大大提高产品的重用性和可扩展性，可以满足当今多种通信体制并存的客观需求，在保持硬件平台不变的情况下，升级系统中的软件，即可适应不同应用场合的需求；
(2)采用数字滤波的方法，滤波器的带内波动可以做的很小，带外抑制可以做的很高，提高了信号滤波的性能，数字滤波器的相位具有很好的线性特性，避免了相位非线性对系统性能的影响；
(3)根据输入输出信号的相同频率的特性，设计结构完全对称的DDC和DUC子系统，系统结构可以简化，可行性高；
(4)DDC和DUC子系统的对称性，DUC采用单级调制的方法，简化设计，同时可以复用DDC中的数字本振源的资源，节约硬件资源，降低系统成本；
(5)本发明系统AGC控制器、AGC判决器与A/D转换器形成一个AGC反馈系统，对输入到A/D转换器的模拟中频信号进行AGC控制处理，提高了A/D的动态范围，降低了系统对前端A/D转换器的性能要求；
(6)本发明适用于单载波窄带信号处理系统，也可以适用于单载波宽带信号处理系统，易于实现数字选频系统的小型化和微型化；
(7)本数字选频系统适用于无线、光纤、自由空间光通信(FSO)、直放站等数字直放站系统，适用于载波池调度系统、数字射频拉远系统和基站子系统等。
附图说明
图1是传统的基于软件无线电的示意图；
图2是传统的的单通道数字选频系统中的DDC和DUC框架示意图；
图3是本发明输入输出同频的单通道数字选频系统的结构示意图；
图4是本发明中一种对称性DDC和DUC结构示意图；
图5是本发明中另一种对称性DDC和DUC结构示意图；
图6是本发明中DDC抽取滤波组的结构示意图；
图7是本发明中DUC内插滤波组的结构示意图；
图8是DUC中NCO生成模块与I、Q信号调制模块的连接示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图3所示，本发明输入输出同频的单通道数字选频系统，包括ADC子系统、单通道数字中频处理子系统、MCU控制子系统及D/A转换器，所述单通道数字中频处理子系统包括依次连接的DDC子系统、接口模块、DUC子系统，DDC子系统、接口模块、DUC子系统分别与MCU控制子系统相连，所述ADC子系统包括A/D转换器、AGC判决器及AGC控制器，所述A/D转换器的输出端依次与AGC判决器、AGC控制器相连接后接入A/D转换器的输入端，所述A/D转换器同时与MCU控制子系统、DDC子系统相连，D/A转换器及MCU控制子系统相连接。
所述接口模块主要用于对DDC子系统和DUC子系统的系统工作时钟域的切换和增益调节。
所述A/D转换器是本发明系统的关键器件之一，用于接收输入的原始模拟中频信号，并根据MCU子系统输入的转换带宽、转换速率、输出数据位数等指标参数信号，对该模拟中频信号进行模数转换处理，输出高速率的数字中频信号。由于传统的单通道数字中频处理子系统对A/D转换器的要求较高，一般需要高速、宽动态范围的A/D转换器，因此，为了降低对前端A/D转换器的要求，本发明输入输出同频的单通道数字选频系统添加了AGC控制器及AGC判决器，以提高A/D的动态范围。所述A/D转换器、AGC判决器和AGC控制器形成一个AGC反馈系统，以实现对输入到A/D转换器的模拟中频信号进行AGC控制处理。
所述ADC子系统中的AGC控制处理流程如下：经过A/D转换器后的原始数字信号输入到AGC判决器中，AGC判决器根据输入信号的幅度、能量、功率等特性，生成相应的控制信息，再输入到AGC控制器中；AGC控制器根据AGC判决器提供的控制信息，实现对前端模拟中频信号的放大或衰减处理，即当前端输入信号幅度过大，则进行衰减处理，以防止模拟中频信号超过A/D变换器的最大输入电平范围，而引起量化的过载失真，当前端输入信号幅度过小，为提高数字选频系统的接收灵敏度，需要对输入信号进行放大处理。AGC控制器在起到保护A/D转换器的同时，能增大A/D转换器的动态范围，提高数字选频系统的性能。
所述MCU控制子系统负责整个数字选频系统的工作参数的配置和控制以及数字选频系统工作状态的监测；MCU控制子系统的输出端分别与A/D转换器、DDC子系统、接口模块、DUC子系统及D/A转换器的输入端相连，以实现对A/D转换器、DDC子系统、接口模块、DUC子系统以及D/A转换器的监测、告警和控制处理。
其中，MCU子系统可以控制数字选频系统的A/D转换器的转换带宽、转换速率、输出数据位数等指标参数；可以控制D/A转换器的转换带宽、转换速率、输出数据位数等指标参数；可以控制DDC子系统、DUC子系统的速率选择、滤波器计数选择等参数；可以控制整个单通道数字中频处理子系统的增益等；可以通过系统总线同数字选频系统的各个子模块进行实时监控和告警处理，若某一子系统或是子模块出现工作异常，则进行系统复位处理及进行告警上报处理。MCU控制子系统还提供整个系统的程序下载和更新，如FPGA、DSP程序的下载。
所述D/A转换器也是本系统的关键部分之一，它主要接收来自单通道数字中频处理子系统的DUC子系统的输出信号，实现对数字中频信号的数模转换处理，输出模拟中频信号。D/A转换器转换精度以及交调指标，对本系统的性能有很大的影响。所以，需要根据选频系统的应用需求，结合系统相应的指标要求，合理的选择相应的D/A转换器。
对于单通道的窄带信号，只要系统的输入和输出频点相同，可以使用本发明中的数字选频系统；对于宽带信号，由于其也可以视为一个单通道的信号，仅仅差别在于其信号带宽很宽而已，也可以使用本发明中的数字选频系统。因此，本发明在实际使用中，可以表现为宽带单载波数字选频系统，也可以表征为窄带单载波数字选频系统，如对于GSM系统，可以形成带宽200kHz的单一GSM载波窄带数字选频系统或是带宽为24MHz的宽带单载波数字选频系统。
本数字选频系统可适用于无线、光纤、FSO(Free Space Optical Communication：自由空间光通信)直放站等数字直放站系统，也可以适用于载波池调度系统、数字射频拉远系统和基站子系统等。
图4是本发明中一种对称性DDC和DUC的结构示意图。所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器及DDC成型滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的DUC成型滤波器、M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成；所述DDC成型滤波器经接口模块与DUC成型滤波器相接。所述NCO生成模块与DUC中的I、Q信号调制模块相连接，其连接示意图如同8所示：I、Q信号调制模块，包括4个乘法器，2个加法器，4个乘法器以2个为1组分别接入2个加法器，所述4个乘法器分别与M倍内插滤波器组和NCO生成模块并连。所述混频模块与A/D转换器相连接，I、Q信号调制模块与D/A转换器相连接。
该DDC子系统对信号的处理流程如下：
(1)A/D转换器输入的原始数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中进行混频处理，然后输出零中频I、Q信号到所述M倍抽取滤波器；
(2)M倍抽取滤波器对零中频I、Q信号进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、Q信号到所述DDC成型滤波器；
(3)DDC成型滤波器对I、Q信号进行带外补偿及带外抑制处理，生成基带I、Q信号输入所述接口模块。
然后，接口模块根据MCU控制子系统输入的控制信号，对DDC子系统输出的基带I、Q信号进行系统工作时钟域转换、增益调节后后输入所述DUC子系统。
该DUC子系统对信号的处理流程如下：
(1)所述DUC成型滤波器接收接口模块输出的基带I、Q信号，然后根据系统滤波要求，对信号进行成型滤波处理；
(2)M倍内插滤波器组对输入的基带I、Q信号进行M倍的数据内插和滤波处理，然后输入所述I、Q信号调制模块；
(3)I、Q信号调制模块对M倍内插滤波器组输出的I、Q信号以及NCO生成模块的产生cos和sin信号进行一级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、Q信号到所述D/A转换器。
从该结构可以看到，DDC和DUC结构非常对称，DDC具备M倍抽取处理，相应的DUC就有M倍内插处理，这样就完全确保输入输出数据速率是完全相同的。DDC中具有混频处理，相应的，DUC具有单级I、Q信号调制模块，尤其重要的是，由于在DDC混频处理的数据速率与DUC中I、Q信号调制处理的数据速率是完全一样的，而且，输入信号频率和输出信号频率是完全相同的，这样，DDC的参考本振信号与DUC的参考本振信号的绝对值是完全一样的，仅仅是相位相差180度而已，因此，可以使用同一个参考本振源。如DDC需要一个10MHz的本振源，对应的，DUC需要一个-10MHz的本振源，因此，只要控制相位即可实现DDC和DUC共用一个参考本振源。
DDC成型滤波器和DUC成型滤波器实现对基带信号的成型滤波处理，采用两级成型滤波处理，可以两组低阶数的滤波器实现要求的选频特性。当然，也可以将两级成型滤波器合成一级成型滤波器，对应的，就形成另一种对称性的数字中频处理系统。
图5是本发明中另一种对称性DDC和DUC的结构示意图。该单通道数字中频处理子系统中的DDC子系统、接口模块之间还设置有基带成型滤波器，所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成；所述M倍抽取滤波器经基带成型滤波器、接口模块与M倍内插滤波器组相连接，所述NCO生成模块与DUC中的I、Q信号调制模块相连接；，其连接示意图如同8所示：I、Q信号调制模块，包括4个乘法器，2个加法器，所述4个乘法器分别与M倍内插滤波器组和NCO生成模块并连，4个乘法器以2个为1组分别接入2个加法器。所述混频模块与A/D转换器相连接，I、Q信号调制模块与D/A转换器相连接。该DDC子系统对信号的处理流程如下：
(1)A/D转换器输入的原始数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中进行混频处理，然后输出零中频I、Q信号到所述M倍抽取滤波器；
(2)M倍抽取滤波器对零中频I、Q信号进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、Q信号到所述基带成型滤波器；
(3)基带成型滤波器对I、Q信号进行带外补偿及带外抑制处理，生成基带I、Q信号输入所述接口模块；
然后，接口模块根据MCU控制子系统输入的控制信号，对DDC子系统输出的基带I、Q信号进行系统工作时钟域转换、增益调节后输入所述DUC子系统。
该DUC子系统对信号的处理流程如下：
(1)M倍内插滤波器组对输入的基带I、Q信号进行M倍的数据内插和滤波处理，然后输入所述I、Q信号调制模块；
(2)I、Q信号调制模块对M倍内插滤波器组输出的I、Q信号以及NCO生成模块的产生cos和sin信号进行一级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、Q信号到所述D/A转换器。
如图4和图5所示，单通道数字中频处理子系统的DDC子系统主要是对数字中频信号进行数字混频、抽取和数字滤波等处理，实现把中频信号搬移到零中频，将高速率的数字信号抽取为低速率的基带数字信号的功能。
如图4和图5所示，单通道数字中频处理子系统的DUC子系统用于实现将生成的基带I、Q信号进行内插、数字滤波和数字混频等处理，把信号调制到预定的中频，将低速率的数字信号内插为满足中频Nyquist(尼奎斯特)采样定理的数字信号。
所述的M倍抽取滤波器可以由一级M倍抽取滤波器组组成，也可以由多级抽取滤波器组组成，如图6所示的M倍抽取滤波器由3级抽取滤波器组成，分别进行N倍抽取滤波、P倍抽取滤波一级Q倍抽取滤波处理，并满足M＝N×P×Q。一般情况下，只需要使用1～2级抽取滤波器即可。
相应的，根据DDC和DUC的对称性要求，M倍内插滤波器也可以由一级M倍内插滤波器组成，也可以由多级内插滤波器组组成，如图7由3级内插滤波器组成，分别进行Q倍内插滤波、P倍内插滤波以及一级N倍内插滤波处理，并满足M＝Q×P×N。一般情况下，只需要使用1～2级内插滤波器即可。需要特别注意的是，抽取滤波器的N、P和Q必须和内插滤波器的Q、P和N分别一一对应，形成一个对称关系。
所述的M倍抽取滤波器和DDC成型滤波器可以为FIR、IIR、CIC、HB滤波器或其它形式的滤波器。
所述M倍内插滤波器组中的滤波器和DUC成型滤波器可以为FIR、IIR、CIC、HB滤波器或其它形式的滤波器。
本系统中的数字信号处理技术可以利用专用ASIC实现，也可以利用DSP、FPGA、CPLD、EPLD等可编程逻辑器件实现。本系统可应用于GSM、CDMA、DCS、JDC、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等通信体制的基站、基站子系统、数字射频拉远系统、数字直放站和载波调度等系统。
本发明主要根据输入和输出信号频率的相同性，在设计DDC和DUC的时候，将输入DDC的数据速率和DUC输出的数据速率选为相同的数据速率，这样，设计的时候，DDC信号抽取倍数和DUC信号内插倍数是完全一样的，这样，也保证了DDC和DUC系统设计的完全对称性。DDC和DUC系统的对称性，为资源的复用提供了前提条件。因此，为了达到DDC和DUC的对称性，本发明DUC设计采用单级数据调制的方式，摒弃传统的多级I、Q数据调制的处理，简化DUC的架构，同时，正是DDC和DUC设计的对称性，确保DUC的数字本振源完全可以采用DDC数字本振源，无需额外引入更多的数字本振源，节约资源，降低系统成本。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种输入输出同频的单通道数字选频系统，其特征在于：一种输入输出同频的单通道数字选频系统，包括模数转换ADC子系统、单通道数字中频处理子系统、微处理器MCU控制子系统及D/A转换器；所述单通道数字中频处理子系统包括DDC子系统、接口模块、DUC子模块，所述MCU控制子系统的信号分别输出至ADC子系统、D/A转换器、DDC子系统、接口模块以及DUC子模块；
所述DDC子系统由NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器及DDC成型滤波器组成，所述DUC子模块由DUC成型滤波器、M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成；原始模拟中频信号输入至ADC子系统，ADC子系统的输出信号依次经DDC子系统的混频模块、M倍抽取滤波器及DDC成型滤波器输出至接口模块；
接口模块的输出信号依次经DUC子模块的DUC成型滤波器、M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块输出至D/A转换器；
同时，NCO生成模块的信号分别输出至混频模块和I、Q信号调制模块。
2.一种输入输出同频的单通道数字选频系统，其特征在于：作为结构形式的一种变化，本输入输出同频的单通道数字选频系统包括ADC子系统、单通道数字中频处理子系统、MCU控制子系统及D/A转换器；所述单通道数字中频处理子系统包括DDC子系统、基带成型滤波器、接口模块、DUC子模块；所述MCU控制子系统的信号分别输出至ADC子系统、D/A转换器、DDC子系统、基带成型滤波器、接口模块以及DUC子模块；
所述DDC子系统由NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器组成，所述DUC子模块由M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成；原始模拟中频信号输入至ADC子系统，ADC子系统的输出信号依次经混频模块、M倍抽取滤波器、基带成型滤波器输出至接口模块；
接口模块的输出信号依次经M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块输出至D/A转换器；
同时，NCO生成模块的信号分别输出至混频模块和I、Q信号调制模块。
3.根据权利要求1或2所述的输入输出同频的单通道数字选频系统，其特征在于：所述ADC子系统包括A/D转换器、AGC判决器及AGC控制器，所述A/D转换器的输出端依次与AGC判决器、AGC控制器相连接后接入A/D转换器的输入端，所述A/D转换器同时与MCU控制子系统、混频模块相连。
4.根据权利要求1或2所述的输入输出同频的单通道数字选频系统，其特征在于：所述M倍抽取滤波器由单级M倍抽取滤波器组成，M倍内插滤波器由单级M倍内插滤波器组成。
5.根据权利要求1或2所述的输入输出同频的单通道数字选频系统，其特征在于：所述M倍抽取滤波器由多级抽取滤波器组组成，M倍内插滤波器由与多级抽取滤波器组对应的多级内插滤波器组组成。
6.一种利用权利要求1～5任一项所述系统实现的单通道数字选频方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)所述ADC子系统中的A/D转换器接入原始模拟中频信号，并根据MCU控制子系统输入的控制信号对原始模拟中频信号进行模数转换成为数字中频信号，然后输入到AGC判决器；
(2)AGC判决器根据输入信号的特性，生成相应的控制信息输入到AGC控制器中；
(3)AGC控制器根据AGC判决器输入的控制信息，对前端模拟中频信号进行放大或衰减处理，然后输出原始数字中频信号到所述DDC子系统；
(4)DDC子系统根据MCU控制子系统输入的控制信号，对A/D转换器输入的原始数字中频信号依次进行混频、抽取及滤波处理、带外补偿及带外抑制处理，然后输出基带I、Q信号到所述接口模块；
(5)接口模块根据MCU控制子系统输入的控制信号，对输入的基带I、Q信号进行系统工作时钟域转换、增益调节后输入所述DUC子系统；
(6)DUC子系统根据MCU控制子系统输入的控制信号，对由接口模块输入的基带I、Q信号依次进行数据内插及滤波处理、一级混频和调制处理后转换成与原始数字中频信号相同频率的数字中频I、Q信号输入到所述D/A转换器；
(7)D/A转换器根据MCU控制子系统输入的控制信号，对输入的数字中频I、Q信号进行数模转换处理，输出模拟中频信号。
7.根据权利要求6所述的单通道数字选频方法，其特征在于：当所述单通道数字中频处理子系统包括依次连接的DDC子系统、接口模块、DUC子系统，所述DDC子系统、接口模块、DUC子系统分别与MCU控制子系统相连，DDC子系统同时与所述ADC子系统相连，DUC子系统与D/A转换器相连；所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器及DDC成型滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的DUC成型滤波器、M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成，所述DDC成型滤波器经接口模块与DUC成型滤波器相连，所述NCO生成模块同时与DUC中的I、Q信号调制模块相连时，步骤(4)所述DDC子系统对A/D转换器输入的原始数字中频信号依次进行混频、抽取及滤波处理、带外补偿及带外抑制处理，然后输出基带I、Q信号到所述接口模块，具体包括以下步骤：
(4-1)A/D转换器输入的原始数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中进行混频处理，然后输出零中频I、Q信号到所述M倍抽取滤波器；
(4-2)M倍抽取滤波器对零中频I、Q信号进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、Q信号到所述DDC成型滤波器；
(4-2)DDC成型滤波器对I、Q信号进行带外补偿及带外抑制处理，生成基带I、Q信号输入所述接口模块；
步骤(6)所述DUC子系统对由接口模块输入的基带I、Q信号依次进行数据内插及滤波处理、一级混频和调制处理，具体包括以下步骤：
(6-1)所述DUC成型滤波器接收接口模块输入的基带I、Q信号，然后根据系统滤波要求，对信号进行成型滤波处理；
(6-2)M倍内插滤波器组对输入的基带I、Q信号进行M倍的数据内插和滤波处理，然后输入所述I、Q信号调制模块；
(6-3)I、Q信号调制模块对M倍内插滤波器组输出的I、Q信号以及NCO生成模块的产生cos和sin信号进行一级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、Q信号到所述D/A转换器。
8.根据权利要求6所述的单通道数字选频方法，其特征在于：当所述单通道数字中频处理子系统包括依次连接的DDC子系统、基带成型滤波器、接口模块、DUC子系统，所述DDC子系统、接口模块、DUC子系统分别与MCU控制子系统相连，DDC子系统同时与所述ADC子系统相连，DUC子系统与D/A转换器相连；所述DDC子系统由依次连接的NCO生成模块、混频模块、M倍抽取滤波器组成，所述DUC子系统由依次连接的M倍内插滤波器组及I、Q信号调制模块组成；所述M倍抽取滤波器经基带成型滤波器、接口模块与M倍内插滤波器组相连，所述NCO生成模块同时与DUC中的I、Q信号调制模块相连接时，步骤(4)所述DDC子系统对A/D转换器输入的数字信号依次进行混频、抽取及滤波处理、带外补偿及带外抑制处理，然后输出基带I、Q信号到所述接口模块，具体包括以下步骤：
(4-1)A/D转换器输入的数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中进行混频处理，然后输出零中频I、Q信号到所述M倍抽取滤波器；
(4-2)M倍抽取滤波器对零中频I、Q信号进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、Q信号到所述基带成型滤波器；
(4-3)基带成型滤波器对I、Q信号进行带外补偿及带外抑制处理，生成基带I、Q信号输入所述接口模块；
步骤(6)所述DUC子系统对由接口模块输入的基带I、Q信号依次进行数据内插及滤波处理、一级混频和调制处理后转换成数字中频信号输入到所述D/A转换器，具体包括以下步骤：
(6-1)M倍内插滤波器组对输入的基带I、Q信号进行M倍的数据内插和滤波处理，然后输入所述I、Q信号调制模块；
(6-2)I、Q信号调制模块对M倍内插滤波器组输出的I、Q信号以及NCO生成模块的产生cos和sin信号进行一级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、Q信号到所述D/A转换器。
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