CN101707577B - 固定分数倍采样偏差的仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数字通信技术领域的一种固定分数倍采样偏差的仿真装置，包括：发端仿真器、发端成形滤波器、信道仿真器、收端成形滤波器和收端仿真器，其中：发端仿真器与发射机基带相连传输基带数据，发端成形滤波器与发端仿真器相连传输加入偏差的数据，信道仿真器与发端成形滤波器相连传输基带发送数据，收端成形滤波器与信道仿真器相连传输基带接收数据，收端仿真器与收端成形滤波器相连传输经滤波的带偏差数据，收端仿真器输出还原的基带数据。本发明的有益效果是：对于较大的采样频率偏差(＞0.01)，在仿真装置的发端和收端分别使用资源占用很小的数据选择器，就实现了固定分数倍采样偏差在发端与收端的加入与补偿的实时连续仿真。

Description

固定分数倍采样偏差的仿真装置

技术领域

本发明涉及的是一种数字通信领域的装置，具体是一种固定分数倍采样偏差的仿真装置

背景技术

无线数字通信系统中，无论是基带数据速率，还是中频的载波频率，都不是基带系统的设计者可以随意选择的。然而当中频系统无法提供上采样后整数倍的载波频率时，直接进行频谱搬移将使发送信号频谱产生严重的，不可恢复的浑叠，严重影响接收性能。在这种情况下，解决办法是改变上采样倍数为分数倍，使其进行频谱搬移后不会产生浑叠。但采用分数倍的上采样频率将对系统的理论仿真造成严重的问题，原因在于现有的主流仿真工具都不支持分数倍的数据采样率的变化，因此无法对此情况下的系统性能进行仿真，对系统的设计造成障碍。对于分数倍上采样，实际上可以看作对于整数倍的上采样数据加入一个固定的，较大的采样频率偏差。因此，加入和补偿上述采样频率偏差的仿真装置便可以模拟出分数倍上采样的情况。

经对现有技术文献检索发现，熊箭博士在2004年电路与系统学术会议文集上提出的″Amemory-saved and polynomial-based timing simulator for all-digital receivers″(一种节省存储的及基于多项式的全数字接收机定时仿真器)，该文提出了一种可以模拟全数字接收机中，加入和补偿定时偏差的仿真器，该仿真器由插值器，采样钟误差估计器，环路滤波器，累加器和先进先出寄存器(FIFO)组成。研究标明，该仿真器对于较小的采样偏差(±10^-4之间)有很好的仿真效果，但对于较大的定时偏差(如＞0.01)的仿真，由于需要使用容量很大的FIFO而存在较大的困难。另一个方案是在插值器处断开仿真系统，将一段仿真时间下插值器输出数据，在累加器控制下进行数据的添加或删除后，全部记录与存储设备中，再由后继模块读取继续仿真，但该方案需要大量存储空间，且不能进行连续实时的仿真。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种固定分数倍采样偏差的仿真装置。通过在仿真装置的发端和收端分别使用数据选择器，实现了在极小存储空间使用情况下的连续实时固定分数倍采样偏差的仿真。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：发端仿真器、发端成形滤波器、信道仿真器、收端成形滤波器和收端仿真器，其中：发端仿真器的输入端与发射机基带相连传输基带数据，发端成形滤波器的输入端与发端仿真器的输出端相连传输加入偏差的数据，信道仿真器的输入端与发端成形滤波器的输出端相连传输基带发送数据，收端成形滤波器的输入端与信道仿真器的输出端相连传输基带接收数据，收端仿真器的输入端与收端成形滤波器的输出端相连传输经滤波的带偏差数据，收端仿真器的输出端输出还原的基带数据。

所述的发端仿真器是加入分数倍采样频率偏差的仿真器。

所述的发端成形滤波器是工作于非整数倍上采样频率的升根余弦成形滤波器。

所述的收端成形滤波器是工作于非整数倍下采样频率的匹配升根余弦成形滤波器。

所述的收端仿真器是补偿分数倍采样频率偏差的仿真器。

所述的发端仿真器包括：发端累加器、发端数字插值器和发端数据选择器，其中：基带数据分别传输给发端数字插值器和发端数据选择器，发端累加器与发端数字插值器的输入端相连传输所需数据与实际数据的采样点的归一化距离，发端数字插值器的输出端与发端数据选择器的输入端相连传输加入偏移采样数据，发端数据选择器的输出端与发端成形滤波器相连传输加入偏差的数据。

所述的发端数字插值器是Farrow(法瑞)结构的多项式数字插值器、查表式插值器和基于FFT(傅里叶变换)的数字插值器中的一种。

所述的发端数据选择器包括：发端串并转换器、发端数据调整器和发端并串转换器，其中：发端数字插值器的输出端与发端串并转换器的输入端相连传输偏移采样数据，基带数据传输给发端数据调整器，发端串并转换器的输出端与发端数据调整器的输入端相连传输并行的偏移采样数据，发端数据调整器的输出端与发端并串转换器的输入端相连传输并行的带采样频率偏差的数据，发端并串转换器的输出端与发端成形滤波器相连传输加入偏差的数据。

所述的发端成形滤波器包括：上采样处理模块和发端滤波模块，其中：上采样处理模块的输入端与发端仿真器相连传输加入偏差的数据；上采样处理模块的输出端与发端滤波模块的输入端相连传输分数倍上采样频率数据；发端滤波模块的输出端与信道仿真器相连传输基带发送数据。

所述的发端滤波模块采用有限冲击响应滤波器结构。

所述的收端成形滤波器包括：收端滤波模块和下采样处理模块，其中：收端滤波模块的输入端与信道仿真器相连传输基带接收数据，收端滤波模块的输出端与下采样处理模块的输入端相连传输分数倍上采样频率接收数据，下采样处理模块的输出端与收端仿真器相连传输经滤波的带偏差数据。

所述的收端滤波模块采用有限冲击响应滤波器结构。

所述的收端仿真器包括：收端累加器、收端数字插值器和收端数据选择器，其中：收端累加器的输入端和收端成形滤波器相连传输经滤波的带偏差数据，收端累加器的输出端与收端数字插值器的输入端相连传输当前接收数据与实际数据的采样点的归一化距离，收端数字插值器的输出端与收端数据选择器的输入端相连传输无偏移采样数据，收端数据选择器的输出端输出还原的基带数据。

所述的收端数字插值器是Farrow结构的多项式数字插值器、查表式插值器和基于FFT的数字插值器中的一种。

所述的收端数据选择器包括：收端串并转换器、收端数据调整器和收端并串转换器，其中：收端数字插值器的输出端与收端串并转换器的输入端相连传输偏移采样数据，收端成形滤波器与收端数据调整器的输入端相连传输经滤波的带偏差数据，收端串并转换器的输出端与收端数据调整器的输入端相连传输并行的偏移采样数据，收端数据调整器的输出端与收端并串转换器的输入端相连传输并行的还原基带数据，收端并串转换器的输出端输出串行的还原基带数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对于较大的采样频率偏差(＞0.01)，在仿真装置的发端和收端分别使用资源占用很小的数据选择器，就实现了固定分数倍采样偏差在发端与收端的加入与补偿的实时连续仿真。

附图说明

图1是实施例的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在本发明的技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于当前的实施例。

如图1所示，本实施例包括：发端仿真器1、发端成形滤波器2、信道仿真器3、收端成形滤波器4和收端仿真器5，其中：所述的发端仿真器1包括：发端累加器6、发端数字插值器7和发端数据选择器8；所述的发端成形滤波器2包括：上采样处理模块9和发端滤波模块10；所述的收端成形滤波器4包括：收端滤波模块11和下采样处理模块12；所述的收端仿真器5包括：收端累加器13、收端数字插值器14和收端数据选择器15；所述的发端数据选择器8包括：发端串并转换器16、发端数据调整器17和发端并串转换器18；所述的收端数据选择器15包括：收端串并转换器19、收端数据调整器20和收端并串转换器21。

本实施例中，基带数据分别传输给发端数字插值器7和发端数据调整器17，发端累加器6与发端数字插值器7的输入端相连传输所需数据与实际数据的采样点的归一化距离，发端数字插值器7的输出端与发端串并转换器16的输入端相连传输偏移采样数据，发端串并转换器16的输出端与发端数据调整器17的输入端相连传输并行的偏移采样数据，发端数据调整器17的输出端与发端并串转换器18的输入端相连传输并行的带采样频率偏差的数据，发端并串转换器18的输出端与上采样处理模块9的输入端相连传输加入偏差的数据，上采样处理模块9的输出端与发端滤波模块10的输入端相连传输分数倍上采样数据；发端滤波模块10的输出端与信道仿真器3的输入端相连传输基带发送数据，信道仿真器3的输出端与收端滤波模块11的输入端相连传输基带接收数据，收端滤波模块11的输出端与下采样处理模块12的输入端相连传输分数倍上采样的接收数据，下采样处理模块12的输出端与收端累加器13的输入端相连传输经滤波的带偏差数据，收端累加器13的输出端与收端数字插值器14的输入端相连传输当前接收数据与实际数据的采样点的归一化距离，收端数字插值器14的输出端与收端串并转换器19的输入端相连传输偏移采样数据，收端成形滤波器与收端数据调整器的输入端相连传输经滤波的带偏差数据，收端串并转换器19的输出端与收端数据调整器20的输入端相连传输并行的偏移采样数据，收端数据调整器20的输出端与收端并串转换器21的输入端相连传输并行的还原基带数据，收端并串转换器21的输出端输出串行的还原基带数据。

所述的发端仿真器1是加入分数倍采样频率偏差的仿真器，用于使仿真平台的采样频率达到所需的分数倍上采样频率。

所述的发端成形滤波器2是工作于非整数倍上采样频率的升根余弦成形滤波器，用于对发送数据进行上采和成形滤波，消除ISI及高频噪声。

所述的收端成形滤波器4是工作于非整数倍下采样频率的匹配升根余弦成形滤波器，用于对接收数据进行成形滤波和下采样，并消除ISI及高频噪声。

所述的收端仿真器5是补偿分数倍采样频率偏差的仿真器，用于将分数倍上采样频率还原为原数据率。

所述发端累加器6将根据既定累加步长，进行初值为0的模1累加运算。其中：累加步长由所需加入的采样频率偏差决定，其累加运算结果即为所需数据与实际数据的采样点的归一化距离。

所述的发端数字插值器7是Farrow结构的多项式数字插值器，该插值器在对输入数据进行线性滤波后，与发端累加器6的输出数据作对应的乘法和加法运算，可以得到加入采样偏差后采样点的数据。

所述的发端数据选择器8的作用是根据需加入的采样频率偏差增加或去除数据，并将数据并行输出至发端成形滤波器2。

所述上采样模块9完成对已加入偏差的数据的整数倍插零上采样，本实施例中采用两倍上采样。

所述的发端滤波模块10是有限冲击相应滤波器结构，该模块对经过上采样的已加入偏差的数据进行成形滤波处理，其中：频率响应的幅度响应由下式确定：

$G\left(f\right)=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{T}& \left(\right|f|\&le;1/2T-\mathrm{\&alpha;})\\ \sqrt{T}\cos (f-1/2T+\mathrm{\&alpha;})& (1/2T-\mathrm{\&alpha;}<|f|\&le;1/2T-\mathrm{\&alpha;})\\ 0& (1/2T+\mathrm{\&alpha;}<|f\left|\right)\end{array}\right.$

其中：d为滚降系数，

T_s为原始的符号速率。在通过群延时确定滤波器的阶数后，可以通过逆离散傅里叶变换IDFT得到滤波器的冲击响应，即滤波模块的抽头系数。

所述的收端滤波模块11是有限冲击响应滤波器结构，该模块对基带接收数据进行成形滤波处理，其抽头系数的求取方法与发端滤波模块10的抽头系数求取方法相同，但其滤波器级数可以不同，此处不再赘述。

所述下采样模块12完成分数倍上采样的接收数据的下采样操作，其下采样倍数与发端上采样模块9的上采样倍数相同。

所述的收端累加器13将根据既定累加步长，进行初值为0的模1累加运算。其中：累加步长由所需补偿的采样偏差决定，其累加运算结果即为当前接收数据与实际数据的采样点的归一化距离。

所述的收端数字插值器14是Farrow结构的多项式数字插值器。

所述的收端数据选择器15的作用是根据需加入的采样频率偏差增加或去除数据，作为还原基带数据输出。

所述的发端串并转换器16，其作用是将串行输入的偏移采样数据转化成多路并行的偏移采样数据，其通路数量由需要加入的采样频率偏差决定。

所述的发端数据调整器17，其工作模式有两种：数据添加与数据剔除，当需要加入正的采样频率偏差时，在并行偏移采样数据的最后一路之后增加当前基带数据作为最后一路输出；当需要加入负的采样频率偏差时，将并行偏移采样数据最后一路屏蔽后输出。

所述的发端并串转换器18，其作用是将并行的带采样频率偏差的数据转换成串行的带采样频率偏差的数据。

所述的收端串并转换器19，其作用是将串行输入的偏移采样数据转化成多路并行的偏移采样数据，其通路数量由需要补偿的采样频率偏差决定。

所述的收端数据调整器20，其工作模式有两种：数据添加与数据剔除，当需要补偿正的采样频率偏差时，将并行偏移采样数据最后一路屏蔽后输出；当需要补偿负的采样频率偏差时，在并行偏移采样数据的最后一路之后增加当前基带数据作为最后一路输出。

所述的收端并串转换器21，其作用是将并行的还原基带数据转换成串行的还原基带数据。

本实施例对于较大的采样频率偏差(＞0.01)，在仿真装置的发端和收端分别使用资源占用很小的数据选择器，就实现了固定分数倍采样偏差在发端与收端的加入与补偿的实时连续仿真。

Claims (6)

1.一种固定分数倍采样偏差的仿真装置，其特征在于，包括：发端仿真器、发端成形滤波器、信道仿真器、收端成形滤波器和收端仿真器，其中：发端仿真器的输入端与发射机基带相连传输基带数据，发端成形滤波器的输入端与发端仿真器的输出端相连传输加入偏差的数据，信道仿真器的输入端与发端成形滤波器的输出端相连传输基带发送数据，收端成形滤波器的输入端与信道仿真器的输出端相连传输基带接收数据，收端仿真器的输入端与收端成形滤波器的输出端相连传输经滤波的带偏差的数据，收端仿真器的输出端输出还原的基带数据；

所述的发端仿真器是加入分数倍采样频率偏差的仿真器；

所述的发端成形滤波器是工作于非整数倍上采样频率的升根余弦成形滤波器；

所述的收端成形滤波器是工作于非整数倍下采样频率的匹配升根余弦成形滤波器；

所述的收端仿真器是补偿分数倍采样频率偏差的仿真器；

所述的发端仿真器包括：发端累加器、发端数字插值器和发端数据选择器，其中：基带数据分别传输给发端数字插值器和发端数据选择器，发端累加器与发端数字插值器的输入端相连传输所需数据与实际数据的采样点的归一化距离，发端数字插值器的输出端与发端数据选择器的输入端相连传输并加入偏移采样数据，发端数据选择器的输出端与发端成形滤波器相连传输加入偏差的数据；

所述的发端数据选择器包括：发端串并转换器、发端数据调整器和发端并串转换器，其中：发端数字插值器的输出端与发端串并转换器的输入端相连传输偏移采样数据，基带数据传输给发端数据调整器，发端串并转换器的输出端与发端数据调整器的输入端相连传输并行的偏移采样数据，发端数据调整器的输出端与发端并串转换器的输入端相连传输并行的带采样频率偏差的数据，发端并串转换器的输出端与发端成形滤波器相连传输加入偏差的数据，将并行的带采样频率偏差的数据转换成串行的带采样频率偏差的数据；

所述的收端仿真器包括：收端累加器、收端数字插值器和收端数据选择器，其中：收端累加器的输入端和收端成形滤波器相连传输经滤波的带偏差的数据，收端累加器的输出端与收端数字插值器的输入端相连传输当前接收数据与实际数据的采样点的归一化距离，收端数字插值器的输出端与收端数据选择器的输入端相连传输无偏移采样数据，收端数据选择器的输出端输出还原的基带数据；

所述的收端数据选择器包括：收端串并转换器、收端数据调整器和收端并串转换器，其中：收端数字插值器的输出端与收端串并转换器的输入端相连传输偏移采样数据，收端成形滤波器与收端数据调整器的输入端相连传输经滤波的带偏差的数据，收端串并转换器的输出端与收端数据调整器的输入端相连传输并行的偏移采样数据，收端数据调整器的输出端与收端并串转换器的输入端相连传输并行的还原基带数据，收端并串转换器的输出端输出串行的还原基带数据，将并行的还原基带数据转换成串行的还原基带数据。

2.根据权利要求1所述的固定分数倍采样偏差的仿真装置，其特征是，所述的发端数字插值器是Farrow结构的多项式数字插值器、查表式插值器和基于FFT的数字插值器中的一种。

3.根据权利要求1所述的固定分数倍采样偏差的仿真装置，其特征是，所述的发端成形滤波器包括：上采样处理模块和发端滤波模块，其中：上采样处理模块的输入端与发端仿真器相连传输加入偏差的数据，上采样处理模块的输出端与发端滤波模块的输入端相连传输分数倍上采样频率数据，发端滤波模块的输出端与信道仿真器相连传输基带发送数据。

4.根据权利要求3所述的固定分数倍采样偏差的仿真装置，其特征是，所述的发端滤波模块采用有限冲击响应滤波器结构。

5.根据权利要求1所述的固定分数倍采样偏差的仿真装置，其特征是，所述的收端成形滤波器包括：收端滤波模块和下采样处理模块，其中：收端滤波模块的输入端与信道仿真器相连传输基带接收数据，收端滤波模块的输出端与下采样处理模块的输入端相连传输分数倍上采样频率接收数据，下采样处理模块的输出端与收端仿真器相连传输经滤波的带偏差的数据。

6.根据权利要求1所述的固定分数倍采样偏差的仿真装置，其特征是，所述的收端数字插值器是Farrow结构的多项式数字插值器、查表式插值器和基于FFT的数字插值器中的一种。

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