CN102158225B - 混频方法及数字控制震荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混频方法及数字控制振荡器，该混频方法包括：将输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加，并将相加得到的角度值进行截位；将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展；将截位后的角度值和扩展后的I、Q数据进行多次迭代操作；将迭代后的I、Q数据进行象限映射；将映射后的I、Q数据进行增益调整，以得到对应频点上的向量。通过本发明，采用将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，使得迭代数据位宽增加了，从而减少了由于截位操作所带来的噪声和误差，进而达到了提高数字控制震荡器性能的效果。

Description

混频方法及数字控制震荡器

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种混频方法数字控制振荡器。

背景技术

数字控制振荡器在通信系统中，常用于对信号或载波进行上下变频，将信号搬移到需要的频点上，传统的NCO多采用查表法，乘法器法和传统的CORDIC算法。

如图1所示，传统CORDIC实现的NCO主要包括：相位累加模块10、IQ象限转换模块20、迭代模块30和增益补偿模块40。传统CORDIC实现的NCO主要处理流程如下：

1)将输入的频率控制字进行累加；

2)将频率控制字再加上相位控制字；

3)将累加频率控制字加上相位控制字以后的结果进行截位，将结果作为待旋转角度beta0，开始进行迭代处理；

4)由于CORDIC算法旋转的极限角度只有90度，因此需要将角度固定到90度以内，需要在IQ象限转换IQ-quadrant converter模块20里进行象限转换；

5)首先将待旋转角度beta0减去arctan(1/2^i)＝45(i＝0)，将结果作为新的待旋转角度beta1，将输入的I、Q数据分别进行以下处理：I1＝I-(Q＞＞0)；Q1＝Q+(I＞＞0)(注释：＞＞表示右移的意思，＞＞0表示右移0位)，将I1和Q1作为新的I、Q数据，将beta1作为新的角度数据进行迭代操作；

6)将待旋转角度beta1减去di*arctan(1/2^i)(i＝1)，其中di的值取决于beta1，如果beta1＞0则di＝1，否则di＝-1，并将结果作为新的带旋转角度beta2，对I1和Q1进行处理：I2＝I1-di*(Q1＞＞1)；Q2＝Q1+di*(I1＞＞1)，将I2、Q2作为新的I、Q数据。

7)重复第6步，直到迭代15次为止；

8)由于CORDIC迭代具有一个增益，需要在增益补偿Constrant gain Remove模块40进行增益调整，最后I15、Q15两个数据即为待输出的NCO混频处理后的IQ数据。

由于CORDIC算法在实现NCO的时候，每一次迭代都会存在截掉低位的操作，因此引入了一些量化噪声，这些量化噪声在每一步都叠加起来的时候就变得不容忽视，在很大程度上影响了NCO的性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种混频方法及数字控制振荡器，以至少解决上述现有的数字控制震荡器由于截位操作而引入了一些量化噪声，从而导致性能不好的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种数字控制振荡器，包括：相位累加模块，用于对输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加，对相加得到的角度值进行截位操作并输出；IQ数据扩展模块，用于对所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，并输出扩展后的I、Q数据；迭代模块，分别与相位累加模块和IQ数据扩展模块相连，用于根据相位累加模块输出的角度值和IQ数据扩展模块输出的I、Q数据进行多次迭代，并输出迭代后的I、Q数据；IQ象限转换模块，与迭代模块相连，用于将迭代模块输出的迭代后的I、Q数据进行象限映射，并输出映射后的I、Q数据；增益补偿模块，与IQ象限转换模块相连，用于将IQ象限转换模块输出的I、Q数据进行增益调整，以得到对应频点上的向量。

进一步地，相位累加模块包括：第一累加器，用于对输入的频率控制字进行累加，并输出累加后的频率控制字；第二累加器，与第一累加器连接，用于将第一累加器输出的累加后的频率控制字与输入的相位控制字相加，并将相加得到的角度值进行截位操作后输出。

进一步地，相位累加模块还包括：第一选择器，输出端与第一累加器相连，用于对输入的多个频率控制字进行择一操作，并将所选择的频率控制字输出至第一累加器；第二选择器，输出端与第二累加器相连，用于对输入的多个相位控制字进行择一操作，并将所选择的相位控制字输出至第二累加器；第三选择器，输入端与第一累加器的输出端相连，用于将经第一累加器累加后的频率控制字进行一分多操作，并将分出的多路频率控制字输出。第四选择器，输入端与第三选择器相连，输出端与第一累加器相连，用于将第三选择器所输入的频率控制字进行多选一操作，并将所选择的频率控制字输出至第一累加器。

进一步地，截位后保留的角度值的数据位数大于需迭代的次数。

进一步地，IQ数据扩展模块通过低位补零的方式对所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展。

根据本发明的另一方面，提供了一种混频方法，包括：将输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加，并将相加得到的角度值进行截位；将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展；根据截位后的角度值和扩展后的I、Q数据进行多次迭代操作；将迭代后的I、Q数据进行象限映射；将映射后的I、Q数据进行增益调整，以得到对应频点上的向量。

进一步地，截位后保留的角度值的数据位数大于需迭代的次数。

进一步地，将输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加之前，还包括：对所输入的频率控制字和相位控制字进行多选一操作。

进一步地，将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，包括：在所输入的待混频的I、Q数据的低位进行补零。

进一步地，将截位后的角度值和扩展后的I、Q数据进行多次迭代操作之前，还包括：将截位后的角度值和扩展后的I、Q数据进行对齐操作。

通过本发明，采用将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，使得迭代数据位宽增加了，从而减少了由于截位操作所带来的噪声和误差，进而达到了提高数字控制震荡器性能的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的数字控制振荡器电路结构示意图；

图2是根据本发明实施例一的数字控制振荡器结构示意图；

图3是根据本发明实施例二的混频方法处理流程图；

图4是根据本发明实施例三的数字控制振荡器结构示意图；

图5是根据本发明实施例三的数字控制振荡器的处理流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图2是根据本发明实施例一的数字控制振荡器结构示意图，如图2所示，包括：相位累加模块10、IQ数据扩展模块20、迭代模块30、IQ象限转换模块40和增益补偿模块50。

其中，相位累加模块10，用于对输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加，对相加得到的角度值进行截位操作并输出。

IQ数据扩展模块20，用于对所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，并输出扩展后的I、Q数据。

迭代模块30，分别与相位累加模块10和IQ数据扩展模块20相连，用于对相位累加模块10输出的角度值和IQ数据扩展模块20输出的I、Q数据进行多次迭代，并输出迭代后的I、Q数据。

IQ象限转换模块40，与迭代模块相连30，用于将迭代模块30输出迭代后的I、Q数据进行象限映射，并输出映射后的I、Q数据。

增益补偿模块50，与IQ象限转换模块40相连，用于将IQ象限转换模块40输出的I、Q数据进行增益调整，以得到对应频点上的向量。

在本实施例中，通过将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，使得迭代数据位宽增加了，从而减少了由于截位操作所带来的噪声和误差，进而达到了提高数字控制震荡器性能的效果。

其中，在上述相位累加模块10中可以采用多路选择器对频率控制字和相位控制字进行选择，以实现对多个载波的处理。

其中，截位后保留的角度值的数据位数大于需迭代的次数。

其中，IQ数据扩展模块通过低位补零的方式对所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展。

实施例二

图3是根据本发明实施例二的混频方法处理流程图，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S301，将输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加，并将相加得到的角度值进行截位。

步骤S302，将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展。

步骤S303，将截位后的角度值和扩展后的I、Q数据进行多次迭代操作。

步骤S304，将迭代后的I、Q数据进行象限映射。

步骤S305，将映射后的I、Q数据进行增益调整，以得到对应频点上的向量。

在本实施例中，通过将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，使得迭代数据位宽增加了，从而减少了由于截位操作所带来的噪声和误差，进而达到了提高数字控制震荡器性能的效果。

其中，在步骤S301中，将输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加之前，可以对所输入的频率控制字和相位控制字进行多选一操作。并且截位后保留的角度值的数据位数大于需迭代的次数。

其中，在步骤S302中，通过对所输入的待混频的I、Q数据的低位进行补零来实现数据位的扩展。

其中，在步骤S303中，在迭代之前，需将截位后的角度值和扩展后的I、Q数据进行对齐操作。

实施例三

图4是根据本发明实施例三的数字控制振荡器结构示意图，如图4所示，该数字控制振荡器包括实施例一中的各功能模块。迭代模块30分别与相位累加模块10和IQ数据扩展模块20相连，将相位累加模块10和IQ数据扩展模块20所输入的角度值和I、Q数据迭代后输出至IQ象限转换模块40，经过IQ象限转换模块40的象限映射以及增益补偿模块50的增益调整、量化后，输出所需的对应频点上的向量。

相位累加模块10包括：第一选择器101、第二选择器102、第三选择器103、第四选择器104、第一累加器105和第二累加器106。上述各选择器可根据data_valid有效信号，对多个载波分别进行选择、累加。

其中，第一选择器101，输出端与第一累加器105的第一输入端相连，用于对输入的三个频率控制字进行择一操作，并将所选择的频率控制字输出至第一累加器105的第一输入端。

第二选择器102，输出端与第二累加器106的第一输入端相连，用于对输入的三个相位控制字进行择一操作，并将所选择的相位控制字输出至第二累加器106的第一输入端。

第三选择器103，输入端与第一累加器105的输出端相连，用于将经第一累加器105累加后的频率控制字进行一分多操作，并将分出的多路频率控制字输出至第四选择器104的输入端。

第四选择器104，输入端与第三选择器相连103相连，输出端与第一累加器105的第二输入端相连，用于将第三选择器103所输入的频率控制字进行多选一操作，并将所选择的频率控制字输出至第一累加器105的第二输入端。

第一累加器105，用于对输入的频率控制字进行累加，并输出累加后的频率控制字。

第二累加器106，与第一累加器105连接，用于将第一累加器105输出的累加后的频率控制字与输入的相位控制字相加，并将相加得到的角度值进行截位操作后输出至迭代模块30。

图5是根据本发明实施例三的数字控制振荡器的处理流程图，如图5所示，包括以下步骤：

步骤S501，首先对输入的频率控制字按照节拍进行累加，然后将累加角度值和相位控制字相加，接着进行截位操作，其中，截位操作的计算公式如下：

截位后保留的角度的位宽大小保证值迭代次数加2即可满足要求，系统中迭代15次，相位输出截取高17bit数据，且NCO采用3倍复用，可以使用数据有效信号data_valid，分别进行每个载波频点和相位的选择，累加，同时对3个载波进行处理，在频率控制字和相位累加的过程中，必须保证数据的正确选择和加法操作。

步骤S502，输入待混频的正交I/Q数据，这里需要说明的是，为了提高CORDIC直接混频NCO的性能，我们这里将输入的待混频的I/Q数据进行数据扩展操作，在低位补上5个数据“0”，这样就可以保证系统的SFDR在-100dbc，然后将低位补零后的数据和累加截位后的角度进行对齐，最后开始迭代操作，这样就可以很大程度的减少由于迭代操作中的截位所引入的噪声和误差。

步骤S503，从这里开始CORDIC迭代操作，具体的迭代过程为：首先将待旋转角度beta0减去arctan(1/2^i)＝45(i＝0)，将结果作为新的待旋转角度beta1，将输入的I、Q数据分别进行以下处理：I1＝I-(Q＞＞0)；Q1＝Q+(I＞＞0)(＞＞表示右移，＞＞0表示右移0位)，将I1和Q1作为新的I、Q数据。

步骤S504，将待旋转角度beta1减去di*arctan(1/2^i)(i＝1)，其中di的值取决于beta1，如果beta1＞0则di＝1，否则di＝-1，并将结果作为新的带旋转角度beta2，对I1和Q1进行处理：I2＝I1-di*(Q1＞＞1)；Q2＝Q1+di*(I1＞＞1)，将I2、Q2作为新的I、Q数据。

步骤S505重复步骤S504直到需要的15次迭代操作为止。

步骤S506，由于CORDIC算法旋转的极限角度只有90度，因此需要将角度固定到90度以内，将频率角度的高2位作为判断旋转象限的依准，将高2bit进行数据延迟，保证象限转换的数据和迭代输入的数据相对应，00～11分别代表1～4象限。对需要混频的输入数据x和y进行相应的处理，00：x+jy；01：-y+jx；10：-y-jx；11：x-jy。这样数据就被映射到了0～2∏的范围之内。由于在象限转换时，需要对角度的符号位和对应的迭代角度做处理，需要将ph_word[16:15]进行延迟，故此加入了REG。

步骤S507，由于CORDIC 15次迭代带来的固定增益，需要进行增益调整，将增益量化为11bit的数据，通过移位和加法操作进行处理，最后输出的数据即为所需要的对应频点上的向量，也即完成了信号频点的搬移。

在本发明的上述实施例中，采用较少的逻辑资源，实现了以前需要花费大量乘法器和ROM资源才能实现的NCO，从而很大程度的减少了实现的资源，并且通过将输入待混频的正交IQ数据，进行扩展操作，在低位补零，然后将低位补零后的数据和累加截位后的角度进行对齐后开始CORDIC迭代操作，在很大程度上减少由于截位操作所带来的噪声和误差；另外，本发明实施例中实现的NCO的迭代位宽，能满足系统对SFDR和SNR-100dbc和100db的性能需求，而且具有容易调节频率控制字和相位控制字等优点。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种数字控制振荡器，其特征在于，包括：

相位累加模块，用于对输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加，对相加得到的角度值进行截位操作并输出；

IQ数据扩展模块，用于对所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，并输出扩展后的I、Q数据，其中，所述IQ数据扩展模块通过低位补零的方式对所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展；

迭代模块，分别与所述相位累加模块和所述IQ数据扩展模块相连，用于根据所述相位累加模块输出的角度值和所述IQ数据扩展模块输出的I、Q数据进行多次迭代，并输出迭代后的I、Q数据；

IQ象限转换模块，与所述迭代模块相连，用于将所述迭代模块输出的迭代后的I、Q数据进行象限映射，并输出映射后的I、Q数据；

增益补偿模块，与所述IQ象限转换模块相连，用于将所述IQ象限转换模块输出的I、Q数据进行增益调整，以得到对应频点上的向量。

2.根据权利要求1所述的数字控制振荡器，其特征在于，所述相位累加模块包括：

第一累加器，用于对输入的频率控制字进行累加，并输出累加后的频率控制字；

第二累加器，与所述第一累加器连接，用于将所述第一累加器输出的累加后的频率控制字与输入的相位控制字相加，并将相加得到的角度值进行截位操作后输出。

3.根据权利要求2所述的数字控制振荡器，其特征在于，所述相位累加模块还包括：

第一选择器，输出端与所述第一累加器相连，用于对输入的多个频率控制字进行择一操作，并将所选择的频率控制字输出至所述第一累加器；

第二选择器，输出端与所述第二累加器相连，用于对输入的多个相位控制字进行择一操作，并将所选择的相位控制字输出至所述第二累加器；

第三选择器，输入端与所述第一累加器的输出端相连，用于将经第一累加器累加后的频率控制字进行一分多操作，并将分出的多路频率控制字输出；

第四选择器，输入端与所述第三选择器相连，输出端与所述第一累加器相连，用于将所述第三选择器所输入的频率控制字进行多选一操作，并将所选择的频率控制字输出至所述第一累加器。

4.根据权利要求1所述的数字控制振荡器，其特征在于，截位后保留的角度值的数据位数大于需迭代的次数。

5.一种混频方法，应用于数字控制振荡器，其特征在于，包括：

将输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加，并将相加得到的角度值进行截位；

将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展，其中，将所输入的待混频的I、Q数据进行数据位的扩展包括：在所输入的待混频的I、Q数据的低位进行补零；

根据所述截位后的角度值和所述扩展后的I、Q数据进行多次迭代操作；

将迭代后的I、Q数据进行象限映射；

将映射后的I、Q数据进行增益调整，以得到对应频点上的向量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，截位后保留的角度值的数据位数大于需迭代的次数。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将输入的频率控制字进行累加，然后将累加后的值与输入的相位控制字相加之前，还包括：

对所输入的频率控制字和相位控制字进行多选一操作。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述截位后的角度值和所述扩展后的I、Q数据进行多次迭代操作之前，包括：

将所述截位后的角度值和所述扩展后的I、Q数据进行对齐操作。