CN102281096A - 一种资源复用数字信道化实现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种资源复用数字信道化实现系统。包括2^m点符号调整模块、FIFO模块、N路乘法模块、N路加法模块、复数乘法模块、子带滤波器系数表、复数乘法系数表和2^m点FFT变换模块；所述FIFO模块包括N个首尾串连的FIFO，第1个FIFO的输出接第2个FIFO的输入，第2个FIFO的输出接第3个FIFO的输入，依次类推，N个FIFO每个周期都输出一个数据，共输出N组数据，FIFO的存储深度为2^m，所述N个FIFO实现输入数据的2^m次抽取。本发明可对硬件资源进行2^m倍复用，降低硬件资源开销，结构简单、通用，适用于多种带宽的数字信道化实现结构。

Description

一种资源复用数字信道化实现系统

技术领域

本发明涉及一种基于多相滤波结构的数字信道化实现系统，特别是一种能够对资源进行2^m倍复用的数字信道化实现系统，在移动卫星通信系统、软件化处理转发器卫星系统、地面移动通信系统以及各种数据收集系统中均有广泛应用。

背景技术

静止轨道移动通信卫星系统是面向个人用户服务的新型通信卫星系统，它能形成多个点波束对国土和海域进行广域覆盖，支持小型移动终端，能够面向移动终端和个人用户提供多种卫星通信业务。静止轨道移动通信卫星系统采用FDM的频率划分方式，在通信带宽内，放置个多个相邻的、存在一定保护间隔的子带信号。为了能够区分这些子带信号，并在基带对其进行交换，需要对基带馈源信号进行子带信道化，把多个在频率上由低到高依次排列的子带信号，变频为多个独立的基带子带信号。

为了提高频谱利用率和通信容量，国内和国际上在对子带信号进行排列时，子带带宽和相邻子带的频率间隔都非常小，使得使用的子带滤波器阶数高达五、六千阶，若采用传统的多相分路方法将使用超过五千个的乘法器进行多相滤波，在目前的工程水平上将是无法实现的。

现有数字信道化方法多根据项目的具体需求，设计适合于本项目技术指标的数字信道化的实现结构。这样的设计实现结构往往不具有通用性，如果技术指标有所变化则需要重新设计，降低了设计效率。

文献1“A Novel ASIC for all-digital onboard MulticarrierDemodulation of Symbol-Synchronous FDMA”(F.Quaranta，AleniaSpazio)给出了一种针对特定的3种速率进行数字分路实现结构；文献2“用TMS320C6x实现2^m路信号全数字化整体解调算法研究”(周德锁，田红心，刘强，易克初，西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，西安，电子学报，2000年第1期)以DSP实现为主，进行了32路，每路4.8Kbps的数字分路。另外，文献3《星上多载波解调技术研究》2006年无线电工程第36卷第10期；《星上多载波QPSK数字化解调关键技术研究》周德锁，西安电子科大博士论文，2000；文献4《基于FPGA的高速数字信道化算法的研究和实现》邵菲，西安电子科大硕士学位论文，2010；都对数字信道化的实现方法进行了介绍。

以上文献给出了不同应用背景下的数字信道化实现方式，都是针对特定项目采用特定结构来实现。例如文献1是针对特定的3种速率进行数字信道化，采用ASIC的实现方式；文献2以DSP为实现主，进行了32路，每路4.8Kbps的数字信道化；文献3、4中只给出一般的基于多相滤波的数字分路结构，或改进的多相滤波数字分路结构，并没有明确给出一种节省资源，能对资源进行复用的具体实现结构。在标准的多相分路结构中，如果要进行2^m路分路，则需要有2^m个多相支路，每个支路要独立进行符号调整、多相支路滤波和复数乘法，每个多相支路滤波器的阶数为子带滤波器阶数/2^m，标准结构共需要2^m个符号调整模块，2^m个多相支路滤波模块和2^m个复数乘法模块。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种对资源进行复用的数字信道化实现系统，能够节省硬件资源，结构简单，适用于多种带宽的数字信道化。

本发明包括如下技术方案：

一种资源复用数字信道化实现系统，包括2m点符号调整模块、FIFO模块、N路乘法模块、N路加法模块、复数乘法模块、子带滤波器系数表、复数乘法系数表和2^m点FFT变换模块，其特征在于：

所述2^m点符号调整模块对输入数据完成以2^m个时钟节拍为周期的乘+1或乘-1算法，完成输入数据与符号因子(-1)^(r-1)的相乘；

所述FIFO模块包括N个首尾串连的FIFO，第1个FIFO的输出接第2个FIFO的输入，第2个FIFO的输出接第3个FIFO的输入，依次类推，N个FIFO每个周期都输出一个数据，共输出N组数据，FIFO的存储深度为2^m，所述N个FIFO实现输入数据的2^m次抽取；

N路乘法模块和N路加法模块组成一个多相分路滤波模块，对N个FIFO的输出数据完成2^m倍资源复用的子带滤波；

复数乘法模块对滤波后的数据进行复数因子

的修正；

所述2^m点FFT变换模块对修正后的数据实现2^m路的数字信道化；

其中，符号因子(-1)^(r-1)和复数因子

中的r代表子带号。

子带滤波器系数表和复数乘法系数表分别存储子带滤波器的系数和复数因子

的实部和虚部。

资源复用倍数为2^m，等于信道化路数。

本发明与现有技术相比，其优点在于：本发明提出的实现结构能够对资源进行2^m倍复用，仅需要1个符号调整模块，1个多相支路滤波模块(由N路乘法模块和加法模块组成)和1个复数乘法模块即可完成标准多相分路结构完成的功能。信道化路数越多则资源复用次数越多，降低硬件资源开销越多。信道化路数越多，本发明的优势越明显；本发明实现结构简单、通用，参数配置灵活，能快速对信道化路数、带宽等技术指标进行更改，适用于多种带宽的数字信道化，极大的节省用户的开发时间，提高设计效率。

附图说明

图1为本发明一种2^m倍资源复用数字信道化实现系统结构图；

图2为数字信道化输出信号格式。

具体实施方式

如图1所示为本发明的2^m倍资源复用数字信道化实现系统，采用上述系统实现资源复用数字信道化的步骤如下：

(1)根据系统的输入条件确定系统的工作时钟和FIFO的存储深度，然后根据信道化滤波器阶数确定实现结构中的参数N以及FIFO的个数；

系统设计输入条件为：

a)信道化路数2^m，m＝1，2，3，...；

b)系统处理总带宽：子带间隔*2^m；

c)输入信号中频：基带零中频；

d)子带滤波器阶数：需为2^m的整数倍；

根据输入条件得到系统工作参数为：

a)N：等于子带滤波器阶数/2^m；

b)系统工作时钟：等于系统处理总带宽；

c)FIFO存储深度：2^m；

d)FIFO个数：N

(2)通过2^m点符号调整模块完成以2^m个时钟为周期的乘+1或乘-1算法，完成输入信号与符号因子(-1)^(r-1)的相乘，其中r代表子带号。本发明中把传统多相分路结构中多相支路滤波器前的符号因子(-1)^(r-1)调整到抽取之前进行，简化了实现结构。

(3)通过FIFO模块完成输入信号的2^m次抽取，且首尾相连的结构确保后续模块可以以简单的结构快速的进行2^m倍资源复用。FIFO模块将N个深度为2^m的FIFO首尾串连起来，第1个FIFO的输出接到第2个FIFO的输入，第2个FIFO的输出接到第3个FIFO的输入，依次类推，N个FIFO每个周期都输出一个数据，共输出的N对数据，每对数据包括实部和虚部数据。

(4)N路乘法模块包括N路实部乘法模块和N路虚部乘法模块，通过N路乘法模块对输入的N对数据分别进行实部和虚部的乘法运算，输出N对数据。

(5)通过N路实部加法模块对输入的N路实部数据求和，一路输出；通过N路虚部加法模块对输入的N路虚部数据求和，一路输出。

(6)通过复数乘法模块完成输入的实部和虚部数据的乘法的功能。FFT变换前输入信号需要乘一个复数因子

其中r代表子带号，2^m代表资源复用倍数，该功能需要一个复数乘法器。

(7)通过子带滤波器系数表存储子带滤波器的系数。

(8)通过复数乘法系数表存储复数因子的实部和虚部。

(9)通过2^m点FFT变换模块完成2^m点复数FFT。此FFT变换模块为串行输入，串行输出，根据FFT输出数据格式，本发明数字信道化输出信号格式如图2所示，2 ^m 个子带信号以2 ^m 为周期输出，每个周期输出一个子带信号的一个数据。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种资源复用数字信道化实现系统，包括2^m点符号调整模块、FIFO模块、N路乘法模块、N路加法模块、复数乘法模块、子带滤波器系数表、复数乘法系数表和2^m点FFT变换模块，其特征在于：

所述2^m点符号调整模块对输入数据完成以2^m个时钟节拍为周期的乘+1或乘-1算法，完成输入数据与符号因子(-1)^(r-1)的相乘；

所述FIFO模块包括N个首尾串连的FIFO，第1个FIFO的输出接第2个FIFO的输入，第2个FIFO的输出接第3个FIFO的输入，依次类推，N个FIFO每个周期都输出一个数据，共输出N组数据，FIFO的存储深度为2^m，所述N个FIFO实现输入数据的2^m次抽取；

N路乘法模块和N路加法模块组成一个多相分路滤波模块，对N个FIFO的输出数据完成2^m倍资源复用的子带滤波；

复数乘法模块对滤波后的数据进行复数因子

的修正；

所述2^m点FFT变换模块对修正后的数据实现2^m路的数字信道化；

其中，符号因子(-1)^(r-1)和复数因子

中的r代表子带号。

2.根据权利要求1所述的资源复用数字信道化实现系统，其特征在于：子带滤波器系数表和复数乘法系数表分别存储子带滤波器的系数和复数因子 ${(-1)}^{(r-1)}{e}^{-j\frac{\mathrm{\π}}{2^m}(r-1)}$ 的实部和虚部。

3.根据权利要求1所述的资源复用数字信道化实现系统，其特征在于：资源复用倍数为2^m，等于信道化路数。

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