CN102118330A - 一种滤波系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滤波系统及其方法，属于数字通讯领域。该系统包括：接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号；对复用后的信号进行频段滤波处理，得到距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号；对距离通带较远的第一信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号，对距离通带较近的第二信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号；对第一、第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号和第二信号；对经延迟补偿处理的第一信号和第二信号进行合成处理，得到输出信号；其中，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同。本发明可以解决资源的消耗大和系统不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及数字通讯领域，特别涉及一种应用于高性能数字中频结构中的滤波系统及其方法。
背景技术
在当今的数字通讯系统如码分多址(CDMA，Code Division MultipleAccess)、全球微波互联接入(WIMAX，Worldwide Interoperability forMicrowave Access)系统基站中，数字中频结构由于其实现简单，兼容性强可通过现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)实现，通过更改烧录的程序即可兼容各种不同方案的通讯系统，成本低，性能稳定等特点，广泛得到应用。
当前基站前向的数字中频功能的核心为，通过插值滤波器将基带发出的零频的低数据率数据，转换为可调制到中频载波上的高数据率数据，而插值滤波器的作用在于在数据的速率变换过程中抑制掉相邻的镜像，其技术难点在于区别于前向链路的后端在前向链路的前端，数据速率较低随之相邻镜像的间距较窄，这就要求插值滤波器既有较高的阻带抑制，同时又要求有较窄的过渡带，以避免相邻镜像的混叠效应导致的信号失真，尤其是当需要同时调制两个不同的基带数据源到相邻的频点上，插值滤波器的邻道抑制性能更为重要，否则，两个基带数据源的数据就会发生混叠降低系统的前向性能。
目前，前向数字中频的镜像抑制滤波器多采用有限冲激响应(FIR FiniteImpulse Response)滤波器，这主要源于FIR滤波器的诸多优点：由于其冲激响应的有限性，使其在定点运算时的输出幅度易控性；易于实现线性相位，这样可以减小信道的相位失真；实现简单易于编程实现。
但由于FIR数字滤波器的局限性，使得在应对前向中频结构的邻道抑制上由于其过渡带较宽，使用FIR滤波器很难达到要求，而为了取得很好的过渡带性能就要大幅度提高其阶数，导致可编程器件资源的大量消耗增加成本。
无限冲击响应(IIR，Infinite Impulse Response)滤波器，由于其良好的过渡带性能使其在解决前向中频结构的邻道抑制的技术难点上远远优于FIR滤波器，通过仿真比较IIR椭圆滤波器和等波纹FIR滤波器的性能，当保持相同的过渡带性能，通带平坦度和阻带抑制度的前提下，12阶的椭圆IIR滤波器与621阶的等波纹FIR滤波器的性能基本相当。可见对于621阶的FIR滤波器其实现对可编程器件的资源的消耗几乎是不可接受的。而相对12阶的IIR滤波器其相对资源的消耗则少非常多。然而IIR滤波器也存在其缺点：
第一、IIR滤波器由于其反馈结构，导致当将其应用于定点数运算时，有限精度效应很可能导致其溢出。为了避免由于这种溢出造成的系统不稳定性，需要增加定点运算的精度，这就会增加资源的消耗。
第二、IIR滤波器的相位非线性问题，如果相位的非线性过于严重将导致基站的前向信号相位失真过大，对于IIR滤波器的使用必须解决其非线性相位的问题。目前业界对于非线性相位的解决方案会引起严重的幅度失真和计算的高度复杂性。
发明内容
本发明实施例提供了一种应用于高性能数字中频结构中的滤波系统及其方法，以解决现有技术中资源的消耗大和系统不稳定的问题，具体技术方案如下：
一种滤波系统，包括：
基带信号复用单元，用于接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号并输出；
子带滤波器组，用于接收复用后的信号，对所述复用后的信号进行频段滤波处理，得到距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号并输出；
FIR滤波器，用于接收距离通带较远的第一信号，对所述距离通带较远的第一信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号并输出；
IIR滤波器，用于接收距离通带较近的第二信号，对所述距离通带较近的第二信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号并输出；
第一相位补偿延迟单元，用于接收第一线性相位的信号，对所述第一线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号并输出；
第二相位补偿延迟单元，用于接收第二线性相位的信号，对所述第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第二信号并输出；
频段合成单元，用于接收所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号，对所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号进行合成处理，得到输出的信号；
其中，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同。
一种滤波方法，包括：
接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号并输出；
接收复用后的信号，对所述复用后的信号进行频段滤波处理，得到距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号并输出；
接收距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号，对所述距离通带较远的第一信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号并输出，对所述距离通带较近的第二信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号并输出；
接收第一线性相位的信号和第二线性相位的信号，对所述第一线性相位的信号和所述第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号并输出；
接收所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号，对所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号进行合成处理，得到输出的信号；
其中，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同
在本发明实施例中，通过对基带信号进行复用处理，可以减少资源的消耗；通过频段的划分，减小了输入到IIR滤波器的信号幅度，解决了IIR滤波器由于其无限冲击响应性质，导致当用定点数运算时，有限精度效应可能导致的溢出问题，同时，解决了使用IIR滤波器所带来的非线性相位问题，有利于提高系统的稳定性和实用性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的滤波系统的结构图。
图2是本发明实施例提供的滤波系统的详细结构图。
图3是本发明实施例提供的滤波方法的流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于：通过使用基带信号复用单元对信号进行复用处理，可以减少资源的消耗；通过频段的划分，减小了输入到IIR滤波器的信号幅度，解决了IIR滤波器由于其无限冲击响应性质，导致当用定点数运算时，有限精度效应可能导致的溢出问题，同时，解决了使用IIR滤波器所带来的非线性相位问题，有利于提高系统的稳定性和实用性。
下面结合附图及优选实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
本发明实施例提供了应用于高性能数字中频结构中的滤波系统，如图1所示，包括：
基带信号复用单元，用于接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号并输出；
子带滤波器组，用于接收复用后的信号，对该复用后的信号进行频段滤波处理，得到距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号并输出；
FIR滤波器，用于接收距离通带较远的第一信号，对该距离通带较远的第一信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号并输出；
IIR滤波器，用于接收距离通带较近的第二信号，对该距离通带较近的第二信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号并输出；
第一相位补偿延迟单元，用于接收第一线性相位的信号，对该第一线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号并输出；
第二相位补偿延迟单元，用于接收第二线性相位的信号，对该第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第二信号并输出；
频段合成单元，用于接收该经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号，对该经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号进行合成处理，得到输出的信号；
其中，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同。
进一步地，该距离通带较远为信号的上边界小于输入信号的通带的二分之一。
进一步地，该距离通带较近为信号的上边界大于输入信号的通带的二分之一。
进一步地，优选地，该IIR滤波器为IIR椭圆滤波器。
下面通过一个具体的示例对本发明实施例进行详细的描述，但该示例并不构成对本发明保护范围的限制。具体地
本发明实施例提供了一种应用于高性能数字中频结构中的滤波系统，如图2所示，包括：
基带信号复用单元，用于接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号并输出；
具体地，当前的基站多面向多载波多扇区应用，基带信号源的数量较多，对于使用可编程器件实现的前向数字中频结构，该基带信号复用单元将基带信号复用到可编程器件的上限工作频率，可以减少后续的资源使用，降低成本。
低频段子带滤波器，用于接收复用后的信号，对复用后的信号进行低频段滤波处理，得到低频段的信号并输出；
中频段子带滤波器，用于接收复用后的信号，对复用后的信号进行中频段滤波处理，得到中频段的信号并输出；
高频段子带滤波器，用于接收复用后的信号，对复用后的信号进行高频段滤波处理，得到高频段的信号并输出；
具体地，低频段子带滤波器、中频段子带滤波器和高频段子带滤波器可以组成一参数可调子的带滤波器组。如前所述，当使用IIR滤波器时存在两个缺点：即定点数运算时，有限精度效应可能导致其溢出；相位的非线性导致系统的相位失真严重。为解决这两个问题引入低频段子带滤波器、中频段子带滤波器和高频段子带滤波器组成的参数可调子带滤波器组。子带滤波器组的参数可调以适应不同类型的IIR滤波器要求，以该系统选用的IIR椭圆滤波器为例，首先设计12阶IIR椭圆滤波器，易见其相频特性呈现非线性特点，但根据其相位特性，在滤波器通带内的频率的两端，相位的线性度较好，随着频率向同频带的中点，其相位的非线性越严重，由这一特性可以得到，当要使用IIR椭圆滤波器进行滤波时，滤波器滤波的信号能量集中在IIR椭圆滤波器的频率高低两端时，滤波后信号的线性度越高；同时，易见所滤波信号的带宽越窄，相位的线性度越好。因此，采用可完全重建的子带滤波器组：
第一、设计低频段子带滤波器的频率响应为H(ejw)，则与低频段子带滤波器呈背对背关系的滤波器频域响应为H1(ejw)＝1-H0(ejw)，进而可以得到时域响应为h1(n)＝δ(n)-h0(n)，其中，δ(n)为单位脉冲信号。
第二、设计高频段子带滤波器频域响应为H2(ejw)。
第三，中频段子带滤波器的频域响应为H3(ejw)＝H1(ejw)-H2(ejw)，进而时域响应为h3(n)＝h1(n)-h2(n)。
通过以上过程，即可设计出可划分出3个频段的子带滤波器，将前向的复用输出的基带信号进行频段划分，不同的应用可采用不同的划分方法，本实施例中，优选地，可以将将基带信号划分为3个频段，即通带较宽的低频段以及通带较窄的中频和高频段。
FIR滤波器，用于接收低频段的信号，对所述低频段的信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号并输出；
具体地，参数可调子带滤波器组中低频段子带滤波器输出的低频段信号由于其原理混叠区，对过渡带的要求较低，可将其通过阶数较少的线性相位FIR滤波器。在本实施例中，FIR滤波器可以选用5倍插值的FIR滤波器，但本发明的保护范围并不限于此。
IIR滤波器，用于接收中频段的信号和高频段的信号，对所述中频段的信号和高频段的信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号并输出；
优选地，IIR滤波器为IIR椭圆滤波器。具体地，参数可调子带滤波器组的中频段子带滤波器输出的中频段信号，由于其较靠近中频点，相位的非线性较为严重，该频段的滤波器通带在三段中最窄，并由于其靠近混叠区，可以将其通过复用5倍插值IIR椭圆滤波器。
参数可调子带滤波器组的高频段子带滤波器输出的高频段信号由于其最为靠近混叠区，为保证整个系统的过渡带性能达到高阶FIR滤波器的要求，将其通入复用5倍插值IIR椭圆滤波器。
需要说明的是，参数可调子带滤波器组，通过划分出不同的频段，将前向的基带信号划分为不同的线性相位区间，在低频段，由于所划分出的信号远离混叠区，对过渡带的要求较低，可对其使用低阶的线性相位的FIR插值滤波器，保证其通带平坦度和阻带抑制度即可。对于中高频段的输出信号，由于其靠近混叠区，为保证整个系统的过渡带性能达到高阶FIR滤波器的性能，需对其复用IIR椭圆滤波器，这样就保证了系统的过渡带性能。
需要说明的是，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同。
第一相位补偿延迟单元，用于接收第一线性相位的信号，对所述第一线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号并输出；
第二相位补偿延迟单元，用于接收第二线性相位的信号，对所述第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第二信号并输出；
具体地，对于由IIR椭圆滤波器和FIR滤波器输出的不同频段划分的信号，由于其相频特性不同，信号经过滤波器的群延迟不同，为了使系统最后的输出信号的性能近似线性相位的特性，需对不同频段的信号进行相应的延迟处理，以达到最后输出的信号群延迟相同，进而达到系统输出的信号达到线性相位目的。至于如何对信号进行延迟补偿处理，因属于本领域公知技术，在此不再赘述。
频段合成单元，用于接收所述第一信号和第二信号，对所述第一信号和第二信号进行合成处理，得到输出的信号；
具体地，由于子带滤波器组中各个滤波器之间为完全重建型，可通过最后的频段合成单元将所划分的频段信号无失真重建。
该系统在使用相同的基带信号情况下，输出的信号幅度，和采用621阶等波纹滤波器滤波输出的幅度谱相比较，可见本实施例的所设计的系统的处理结果与采用621阶等波纹FIR滤波器的处理结果相比，在过渡带、邻道镜像抑制通带波动上的性能相当。比较该系统处理的输出信号的时域截取图形，采用621阶的FIR滤波器的输出信号的相同时间段时域截取图形，和直接采用12阶椭圆滤波器取代621阶的FIR滤波器的输出信号的时域截取图形可以得出，该系统处理的输出信号与经过621阶线性相位FIR滤波器处理后的输出信号时域上基本相同，而易见直接采用12阶IIR椭圆滤波器滤波后的输出信号由于IIR滤波器的非线性相位特性，导致其时域波形与621阶线性相位的FIR滤波器处理后的输出信号相比发生明显的失真，这说明该系统的处理近似逼近线性相位的特性。
301，接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号并输出；
302，接收复用后的信号，对该复用后的信号进行频段滤波处理，得到距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号并输出；
303，接收距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号，对该距离通带较远的第一信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号并输出，对该距离通带较近的第二信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号并输出；
304，接收第一线性相位的信号和第二线性相位的信号，对该第一线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号并输出，对该第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第二信号并输出；
305，接收该经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号，对该经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号进行合成处理，得到输出的信号；
其中，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同。
进一步地，该距离通带较远为信号的上边界小于输入信号的通带的二分之一。
进一步地，该距离通带较近为信号的上边界大于输入信号的通带的二分之一。
在本发明实施例中，通过对基带信号进行复用处理，可以减少资源的消耗；通过频段的划分，减小了输入到IIR滤波器的信号幅度，解决了IIR滤波器由于其无限冲击响应性质，导致当用定点数运算时，有限精度效应可能导致的溢出问题，同时，解决了使用IIR滤波器所带来的非线性相位问题，有利于提高系统的稳定性和实用性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、更改或者等同替换，而不脱离本发明和权利要求的精神和范围。
Claims (7)
1.一种滤波系统，其特征在于，包括：
基带信号复用单元，用于接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号并输出；
子带滤波器组，用于接收复用后的信号，对所述复用后的信号进行频段滤波处理，得到距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号并输出；
FIR滤波器，用于接收距离通带较远的第一信号，对所述距离通带较远的第一信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号并输出；
IIR滤波器，用于接收距离通带较近的第二信号，对所述距离通带较近的第二信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号并输出；
第一相位补偿延迟单元，用于接收第一线性相位的信号，对所述第一线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号并输出；
第二相位补偿延迟单元，用于接收第二线性相位的信号，对所述第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第二信号并输出；
频段合成单元，用于接收所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号，对所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号进行合成处理，得到输出的信号；
其中，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述距离通带较远为信号的上边界小于输入信号的通带的二分之一。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述距离通带较近为信号的上边界大于输入信号的通带的二分之一。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述IIR滤波器为IIR椭圆滤波器。
5.一种滤波方法，其特征在于，包括：
接收输入的基带信号，并对基带信号进行复用处理，得到复用后的信号并输出；
接收复用后的信号，对所述复用后的信号进行频段滤波处理，得到距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号并输出；
接收距离通带较远的第一信号和距离通带较近的第二信号，对所述距离通带较远的第一信号进行FIR滤波处理，得到第一线性相位的信号并输出，对所述距离通带较近的第二信号进行复用和滤波处理，得到第二线性相位的信号并输出；
接收第一线性相位的信号和第二线性相位的信号，对所述第一线性相位的信号和所述第二线性相位的信号进行延迟补偿处理，得到经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号并输出；
接收所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号，对所述经延迟补偿处理的第一信号和经延迟补偿处理的第二信号进行合成处理，得到输出的信号；
其中，FIR滤波器和IIR滤波器的插值倍数相同。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述距离通带较远为信号的上边界小于输入信号的通带的二分之一。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述距离通带较近为信号的上边界大于输入信号的通带的二分之一。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |