CN101667818B - 对实信号进行信道化处理的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种对实信号进行信道化处理的方法及装置，所述方法包括：接收某一多通道实信号后，对所述多通道实信号进行分路延时得到2D路数据；将所述2D路数据分别进行2D倍抽取，并交替改变所述抽取后的每一路数据的符号；将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理；对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号，并对每一路复信号进行复指数调制；对所述调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号。本发明由于在多相处理前端进行比现有技术高2倍的抽取处理，因此降低了后续信号处理的复杂度；并且由于对复指数调制部分进行了优化处理，从而降低了现有滤波器组信道化结构的复杂度，解决了系统资源耗费过高的问题。

Description

对实信号进行信道化处理的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种对实信号进行信道化处理的方法及装置。

背景技术

基于多相结构的信道化滤波是宽带数字接收机和软件无线电的关键技术之一，它能将中频信号或基带信号中的多个相互独立的子带信号进行分离以便后续的数字信号处理，中频信号或基带信号通常称为实信号，每个实信号都是包含了多个信道信号的多通道信号。多相滤波器组以其结构简单，计算复杂度低等优点用于实现匹配滤波以完成定时恢复的功能，当子带信号较多时，对实信号进行基于多相滤波结构的信道化处理可以极大节省计算量。

参见图1，为现有技术中对实信号进行基于多相滤波结构的信道化处理的结构示意图。其中S(n)表示输入的多通道信号；Z^-1表示单位延迟；↓D表示多通道信号中包含D个信道的信号，即需要对多通道信号进行D倍抽取；

是每个通道所乘的第一级权值，m表示的是每个通道输入的第几个符号；h_i(m)i＝0，1，…D-1表示的是多向分解的第i个子滤波器；↓2是指对多通道信号进行2倍抽取；

表示第i个通道的第二级权值；最后进行D点的DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅立叶变换)后分别输出D个信道的信号，其中DFT可以用FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)实现。

在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现由于引入多相分解，这种结构将D倍抽取器放在各个子滤波器h_i(m)i＝0，1，…D-1前面实现，每条支路的数据速率均降低为原来的1/D，各个支路的滤波器阶数也是整个滤波器阶数的1/D，因此降低了运算量。但是，由于对多通道信号进行2倍抽取在进行滤波和第一级乘法器之后，即经过滤波运算后的数据有一半将会被弃用，浪费了系统资源；而且各个子滤波器的输入信号已经是经过复指数调制的复信号，因此提高了信道化处理的复杂度。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种对实信号进行信道化处理的方法及装置，以解决现有信道化处理复杂度高，且浪费系统资源的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

一种对实信号进行信道化处理的方法，包括：

接收某一多通道实信号后，对所述多通道实信号进行分路延时得到2D路数据；

将所述2D路数据分别进行2D倍抽取，并交替改变所述抽取后的每一路数据的符号；

将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理；

对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号，并对每一路复信号进行复指数调制；

对所述调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号。

所述对多通道实信号进行分路延时得到2D路数据包括：

预先设置分路延时模块，所述分路延时模块具有一个输入端口和2D个输出端口；

将所述多通道实信号输入所述分路延时模块后输出2D路顺序延时的数据。

所述将2D路数据分别进行2D倍抽取具体为：对于所述2D路数据中的第I路数据，顺序从所述第I路数据中的第I个数据开始抽取，后续每隔2D个数据抽取一个数据，所述I属于0至2D-1。

所述交替改变所述抽取后的每一路数据的符号具体为：将所述每一路数据中的第奇数个数据乘以-1，第偶数个数据保持不变。

所述将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理包括：

预先设置多相分解滤波器；

将所述改变符号后的2D路数据分别输入相应的滤波器。

所述对滤波处理后的2D路数据合成D路复信号包括：

将所述滤波处理后的2D路数据划分为前D路数据和后D路数据；

分别将所述前D路数据和所述后D路数据中顺序相同的两路数据合成为一个复信号，得到D路复信号。

当所述D为奇数时，还包括：对所述后D路数据进行变符号操作。

一种对实信号进行信道化处理的装置，包括：

接收单元，用于接收某一多通道实信号；

延时单元，用于对所述多通道实信号进行分路延时得到2D路数据；

抽取单元，用于将所述2D路数据分别进行2D倍抽取；

改变单元，用于交替改变所述抽取后的每一路数据的符号；

滤波单元，用于将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理；

合成单元，用于对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号；

调制单元，用于对所述D路复信号中的每一路复信号进行复指数调制；

输出单元，用于对所述调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号。

所述延时单元包括：

延时预设单元，用于预先设置分路延时模块，所述分路延时模块具有一个输入端口和2D个输出端口；

数据延时单元，用于将所述多通道实信号输入所述分路延时模块后输出2D路顺序延时的数据。

所述抽取单元具体用于，对于所述2D路数据中的第I路数据，顺序从所述第I路数据中的第I个数据开始抽取，后续每隔2D个数据抽取一个数据，所述I属于0至2D-1；

所述改变单元具体用于，将所述每一路数据中的第奇数个数据乘以-1，第偶数个数据保持不变。

所述滤波单元包括：

滤波器预设单元，用于预先设置多相分解滤波器；

输入滤波单元，用于将所述改变符号后的2D路数据分别输入相应的滤波器。

所述合成单元包括：

数据划分单元，用于将所述滤波处理后的2D路数据划分为前D路数据和后D路数据；

变符号单元，用于当所述D为奇数时，对所述后D路数据进行变符号操作；

数据合成单元，用于分别将所述前D路数据和所述后D路数据中顺序相同的两路数据合成为一个复信号，得到D路复信号。

可见，在本发明实施例中，接收某一多通道实信号后，对多通道实信号进行分路延时得到2D路数据，将2D路数据分别进行2D倍抽取，并交替改变所述抽取后的每一路数据的符号，将改变符号后的2D路数据进行滤波处理，对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号，并对每一路复信号进行复指数调制，对调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号。本发明由于在多相处理前端进行比现有技术的多相滤波器组信道化结构高2倍的抽取处理，因此降低了后续信号处理的复杂度；并且由于对复指数调制部分进行了优化处理，从而降低了现有滤波器组信道化结构的复杂度，解决了系统资源耗费过高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有进行基于多相滤波结构的信道化处理的结构示意图；

图2为实信号的信道划分结构示意图

图3为本发明对实信号进行信道化处理的方法的第一实施例流程图；

图4为本发明对实信号进行信道化处理的方法的第二实施例流程图；

图5为本发明对实信号进行信道化处理的应用结构示意图；

图6为本发明对实信号进行信道化处理的装置的实施例框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种对实信号进行信道化处理的方法及装置，接收某一多通道实信号后，对多通道实信号进行分路延时得到2D路数据，将2D路数据分别进行2D倍抽取，并交替改变所述抽取后的每一路数据的符号，将改变符号后的2D路数据进行滤波处理，对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号，并对每一路复信号进行复指数调制，对调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，并使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请实施例中技术方案作进一步详细的说明。

鉴于实际信道化处理中通常处理的都是实信号，因此硬件实现通常都是针对实信号进行信道化的。实信号具有频谱对称性，其数字谱如下式所示：

${\mathrm{\ω}}_k=(k-\frac{2D-1}{4})\·\frac{2\mathrm{\π}}{D}$

式中，k＝0，1，2…D-1表示第k个子带的归一化角频率；D为数据抽取倍数。如图2为实信号的信道划分结构示意图。信道划分的目的是为了把整个频段分成若干段，并分别搬移到零中频，再通过低通滤波器滤波以提出所需要的各个子带内的信号。本发明在给定的信道频谱划分方案的条件下，基于多相滤波思想，并结合实信号的频谱特点，推导并建立了实信号完全抽取多向滤波器组信道化信道模型。

参见图3，为本发明对实信号进行信道化处理的方法的第一实施例流程图：

步骤301：接收某一多通道实信号后，对多通道实信号进行分路延时得到2D路数据。

步骤302：将2D路数据分别进行2D倍抽取，并交替改变抽取后的每一路数据的符号。

步骤303：将改变符号后的2D路数据进行滤波处理。

步骤304：对滤波处理后的2D路数据合成D路复信号，并对每一路复信号进行复指数调制。

步骤305：对调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号。

参见图4，为本发明对实信号进行信道化处理的方法的第二实施例流程图，该实施例详细示出了对实信号进行信道化处理的过程：

步骤401：预先设置分路延时模块和多相分解滤波器，分路延时模块具有一个输入端口和2D个输出端口。

步骤402：接收某一多通道实信号。

步骤403：将多通道实信号输入分路延时模块后输出2D路顺序延时的数据。

步骤404：对2D路数据中的第I路数据，顺序从第I路数据中的第I个数据开始抽取，后续每隔2D个数据抽取一个数据。

其中，D为整数，I属于0至2D-1。

步骤405：将每一路抽取后的数据中的第奇数个数据乘以-1，第偶数个数据保持不变。

步骤406：将改变符号后的2D路数据分别输入相应的滤波器。

步骤407：将滤波处理后的2D路数据划分为前D路数据和后D路数据。

步骤408：判断D是否为奇数，若是，则执行步骤409；否则，执行步骤410。

步骤409：对后D路数据进行变符号操作。

步骤410：分别将前D路数据和后D路数据中顺序相同的两路数据合成为一个复信号，得到D路复信号。

步骤411：对每一路复信号进行复指数调制。

步骤412：对调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号，结束当前流程。

参见图5，为一种应用上述方法实施例的信道化处理结构示意图。

其中，s(n)表示输入的待进行信道化处理的实信号，该实信号为包含了D路信道数据的多通道信号；Z^-1表示单位时延；↓2D表示抽取倍数，即y_k′(m)＝S(2mD)，其中y_k′(m)，k＝0，1，…D-1，表示D路数据中2D倍抽取的输出；(-1)^m表示对每个一路抽取后的第m个信号的加权因子；h_i(m)，i＝0，…2D-1表示原型低通滤波器的2D倍多相分解系数；后面是D个复用器，用于将两路信号组合成一个复信号，功能可表示为y_pk＝I_k+(-1)^DQ_k；为复合后D个通道的加权因子；最后是用一个D点FFT高效实现的DFT。

该结构可以应用在数字接收机中，用于数字中频或者基带处理，作为信道化处理的关键部件。首先，将中频或者基带待处理的D路多通道信号s(n)通过一个分路延时模块，此模块有一个输入端口和2D个输出端口(2D个Z^-1)；然后将此2D路输出分别进行2D倍抽取，将每支路数据中每2D个数据保留一个，即第一路取第1，第2D+1......个位置的数据，第二路取第2，第2D+2......个位置的数据，第三路取第3，第2D+3......个位置的数据，以此类推；每个支路有一个交替符号变换器，将抽取后的数据交替改变符号，该过程可以用FPGA实现时，因为一个负数可以用其绝对值的补码表示，该操作可以用对定点数据进行按位取反后加一高效实现，从而节省乘法器资源；对输出的2D路数据进行多相滤波时，主要是将各个支路信号和多相分解的滤波器进行正确对应；对于滤波后输出的2D路数据，其中，假设I_i，i＝0，…D-1表示前D路数据，Q_i，i＝0，…D-1表示后D路数据，将I_i路和Q_i路中i值一致的两路输出数据合成一个复信号，最终合成输出D路数据，其中，如果D为奇数时，要对Q路的数据进行变符号操作，也可以用按位取反后加一来实现对合成的D路数据分别进行复指数调制，然后是对每个通道处理后的复数进行D点FFT，得到的输出信号为D路通道的D个基带信号。

下面对上述图5所示信道化处理结构和现有图1所示信道化处理结构的复杂度进行分析对比。

设实现整个滤波器组的代价函数为C，用于表示每个信道输出一个数据所用的乘法次数。采用现有信道化处理的多相滤波器组的代价函数如下式所示：

$C_{\mathrm{PFB}}=D{{\log }_2}^D+\frac{4K}{\mathrm{\Δf}}+8D$

上式中，D为信道划分数，Δf为滤波器组原型滤波器的过渡带宽，由于数字滤波器的过渡带宽与滤波器阶数成反比，令K为滤波器阶数与过渡带宽倒数的对应因子。

应用本发明信道化处理的完全多相滤波器组的代价函数如下式所示：

$C_{\mathrm{WPFB}}=D{{\log }_2}^D+\frac{K}{\mathrm{\Δf}}+7D$

比较以上两式可知，本发明信道化处理结构具有更低的计算复杂度，因此更适合于硬件实现；并且本发明实施例中，滤波器前后的两次实数乘法均可以通过取反和移位简单实现，因此可以节省硬件实现时的乘法资源。

与本发明对实信号进行信道化处理的方法的实施例相对应，本发明还提供了对实信号进行信道化处理的装置的实施例。

参见图6，为本发明对实信号进行信道化处理的装置的实施例框图。

该装置包括：接收单元600、延时单元610、抽取单元620、改变单元630、滤波单元640、合成单元650、调制单元660和输出单元670。

其中，接收单元600，用于接收某一多通道实信号；

延时单元610，用于对所述多通道实信号进行分路延时得到2D路数据；

抽取单元620，用于将所述2D路数据分别进行2D倍抽取；

改变单元630，用于交替改变所述抽取后的每一路数据的符号；

滤波单元640，用于将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理；

合成单元650，用于对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号；

调制单元660，用于对所述D路复信号中的每一路复信号进行复指数调制；

输出单元670，用于对所述调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号。

具体的，延时单元610可以包括(图6中未示出)：延时预设单元，用于预先设置分路延时模块，所述分路延时模块具有一个输入端口和2D个输出端口；数据延时单元，用于将所述多通道实信号输入所述分路延时模块后输出2D路顺序延时的数据。

进一步，抽取单元620可以具体用于，对于所述2D路数据中的第I路数据，顺序从所述第I路数据中的第I个数据开始抽取，后续每隔2D个数据抽取一个数据。

进一步，改变单元630可以具体用于，将所述每一路数据中的第奇数个数据乘以-1，第偶数个数据保持不变。

具体的，滤波单元640可以包括(图6中未示出)：滤波器预设单元，用于预先设置多相分解滤波器；输入滤波单元，用于将所述改变符号后的2D路数据分别输入相应的滤波器。

具体的，合成单元650可以包括(图6中未示出)：数据划分单元，用于将所述滤波处理后的2D路数据划分为前D路数据和后D路数据；变符号单元，用于当所述D为奇数时，对所述后D路数据进行变符号操作；数据合成单元，用于分别将所述前D路数据和所述后D路数据中顺序相同的两路数据合成为一个复信号，得到D路复信号。

通过以上的实施方式的描述可知，本发明由于在多相处理前端进行比现有技术的多相滤波器组信道化结构高2倍的抽取处理，因此降低了后续信号处理的复杂度；并且由于对复指数调制部分进行了优化处理，从而降低了现有滤波器组信道化结构的复杂度，解决了系统资源耗费过高的问题。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明可用于各种软件无线电系统、宽带数字接收机、语音编码、图像变换、通信信号处理、雷达等方面。虽然滤波器组在不同的应用场合有着不同的结构，但其基本原理是一样的，即将输入信号从频域分解为多个子带信号。本发明可以利用各种软件执行，也可以用在FPGA、DSP等数字信号处理器中。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (9)

1.一种对实信号进行信道化处理的方法，其特征在于，包括：

接收某一多通道实信号后，对所述多通道实信号进行分路延时得到2D路数据；

将所述2D路数据分别进行2D倍抽取，并交替改变所述抽取后的每一路数据的符号；

将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理；

对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号，并对每一路复信号进行复指数调制；

对所述调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号；其中，

所述将2D路数据分别进行2D倍抽取具体为：对于所述2D路数据中的第I路数据，顺序从所述第I路数据中的第I个数据开始抽取，后续每隔2D个数据抽取一个数据，所述I属于0至2D-1；

所述对滤波处理后的2D路数据合成D路复信号包括：

将所述滤波处理后的2D路数据划分为前D路数据和后D路数据；

分别将所述前D路数据和所述后D路数据中顺序相同的两路数据合成为一个复信号，得到D路复信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对多通道实信号进行分路延时得到2D路数据包括：

预先设置分路延时模块，所述分路延时模块具有一个输入端口和2D个输出端口；

将所述多通道实信号输入所述分路延时模块后输出2D路顺序延时的数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交替改变所述抽取后的每一路数据的符号具体为：将所述每一路数据中的第奇数个数据乘以-1，第偶数个数据保持不变。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理包括：

预先设置多相分解滤波器；

将所述改变符号后的2D路数据分别输入相应的滤波器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述D为奇数时，还包括：对所述后D路数据进行变符号操作。

6.一种对实信号进行信道化处理的装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收某一多通道实信号；

延时单元，用于对所述多通道实信号进行分路延时得到2D路数据；

抽取单元，用于将所述2D路数据分别进行2D倍抽取；

改变单元，用于交替改变所述抽取后的每一路数据的符号；

滤波单元，用于将所述改变符号后的2D路数据进行滤波处理；

合成单元，用于对所述滤波处理后的2D路数据合成D路复信号；

调制单元，用于对所述D路复信号中的每一路复信号进行复指数调制；

输出单元，用于对所述调制后的每一路复信号进行D点FFT后，输出D路基带信号；其中，

所述抽取单元具体用于，对于所述2D路数据中的第I路数据，顺序从所述第I路数据中的第I个数据开始抽取，后续每隔2D个数据抽取一个数据，所述I属于0至2D-1；

所述合成单元包括：

数据划分单元，用于将所述滤波处理后的2D路数据划分为前D路数据和后D路数据；

变符号单元，用于当所述D为奇数时，对所述后D路数据进行变符号操作；

数据合成单元，用于分别将所述前D路数据和所述后D路数据中顺序相同的两路数据合成为一个复信号，得到D路复信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述延时单元包括：

延时预设单元，用于预先设置分路延时模块，所述分路延时模块具有一个输入端口和2D个输出端口；

数据延时单元，用于将所述多通道实信号输入所述分路延时模块后输出2D路顺序延时的数据。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述改变单元具体用于，将所述每一路数据中的第奇数个数据乘以-1，第偶数个数据保持不变。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波单元包括：

滤波器预设单元，用于预先设置多相分解滤波器；

输入滤波单元，用于将所述改变符号后的2D路数据分别输入相应的滤波器。

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