CN108199998A - 一种抗混叠滤波方法、装置和可编程逻辑器件 - Google Patents

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Abstract

本发明一方面提供一种抗混叠滤波方法，包括：将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理得到数字信号，该过采样处理的采样频率大于正常的采样频率；将该数字信号经过FFT（快速离散傅里叶变换处理）得到该数字信号的频域信号，该FFT的采样点数大于通信系统中规定的正常的FFT点数，以试图解决但由于通信系统中要求的抗混叠滤波器的过渡带频率窄，导致模拟滤波器设计困难，造价高的技术问题。

Description

一种抗混叠滤波方法、装置和可编程逻辑器件
技术领域
本发明涉及一种通信领域，具体涉及一种抗混叠滤波方法、装置和可编程逻辑器件。
背景技术
低压电力线网络使指利用低压电力线为通信媒介，将载波调制后的数据进行远距离传输的网络。低压电力线载波的应用主要是小区电能表抄表，路灯控制，以及智能家居等方面。电力线载波信道的缺点是干扰强，并且干扰的时变性强。频道选择性衰减大，且衰减和通信的距离相关。通信速率低，可靠性低。因此宽带电力线载波通信产品成为新的技术发展反向。这些通信产品普遍采用基于OFDM调制解调方式的通信技术。OＦＤＭ全称为正交频分复用（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ），其基本思想是把高速数据流经过串／并变换，分成几个低比特率的数据流，经过编码、交织，然后用这些低速率的数据流调制多个正交的子载波并迭加在一起构成发送模拟信号。每个数据流仅占用带宽的一部分，系统由许多子载波组成。在接收端用同样数量的载波对发送模拟信号进行相干接收，获得低速率信息数据后，再通过并／串变换得到原来的高速模拟信号。从而降低子载波上的码率，加长码元的持续时间，加强时延扩展的抵抗力。在ＯＦＤＭ中，各载波上的模拟信号频谱相互重叠，但载波间隔的选择要使这些载波在整个符号周期上正交，大大提高频谱利用率。宽带OFDM技术的通信速率迅速提高，同时，当通信设备检测到信道在某些载波上有衰减（通常它们所占的带宽小于通信带宽）时，发信端可以减少在这些载波上信息的传输速率（采用低阶的调制方式，比如别的载波用16QAM， 这个载波用QPSK），甚至不在这些载波上传输信息，以达到提高通信可靠性的目的。
在OFDM通信系统中，发送端的子载波调制采用反快速傅里叶变换，而接收端的子载波解调采用快速傅里叶变换处理。
以某宽带电力线OFDM通信系统为例，其OFDM技术的物理层发送的PPDU模拟信号帧由前导、帧控制和载荷数据组成。前导为周期性序列，每个符号的帧控制和载荷数据的载波个数为512个。物理层 OFDM 符号， 时域上是基于 25MHz 的时钟采样率。 数据经过 1024点 IFFT 后，加入循环前缀，形成 OFDM 符号，循环前缀由滚降间隔和保护间隔组成。
在对模拟模拟信号进行离散化时，采样频率至少应2倍于被分析的模拟信号的最高频率；否则可能出现因采样频率不够高，模拟模拟信号中的高频模拟信号折叠到低频段，出现频率混叠。为解决频率混叠，在对模拟模拟信号进行离散化采集前，采用低通滤波器滤除高于1/2采样频率的频率成份。为了使这些模拟信号的频率满足奈奎斯特采样定理所规定的范围，除去采集的一些不确定模拟信号对有用模拟信号造成的干扰，并最大程度地抑制或消除混叠现象对数据采集的影响，就需要利用抗混叠滤波器对无用模拟信号进行衰减和滤除。在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度。衡量低通滤波器性能的指标主要包括以下几方面：带内波纹度：通带的幅值精度指标、阻带下降斜率、滤波器落差，现有的技术中常常使用模拟滤波器作为抗混叠滤波器，但由于部分标准要求的抗混叠滤波器的过渡带频率窄，导致模拟滤波器设计困难，造价高目前没有解决方案。
发明内容
图1是现有技术的一种抗混叠滤波器指标图。图1所示为某宽带电力线OFDM通信系统， 现有技术的在标准中，采样速率是25Mhz， 采用1024点的FFT， 总共有1~512 个子载波，每个子载波的宽度为24.414KHZ。 该系统规定了加载有效数据的子载波的编号为490，即11.96MHz。 在这种情况下，ADC前的抗混叠滤波器设计非常困难。因为抗混叠滤波器是全模拟器件，最高通带频率和最低止带频率之间的过渡带特别窄，设计非常困难。通常性能不好，不是损伤有用模拟信号，就是让带外干扰和噪声混入有用模拟信号中。
本公开提供一种抗混叠滤波方法、装置和可编程逻辑器件，以试图解决但由于部分标准要求的抗混叠滤波器的过渡带频率窄，导致模拟滤波器设计困难，造价高的技术问题。
本公开一方面提供一种抗混叠滤波方法，包括：将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理得到数字信号，该过采样处理的采样频率FN大于F，F为OFDM通信系统预定义的采样频率；将该数字信号经过离散傅里叶变换处理得到该数字信号的频域信号，该离散傅里叶变换处理的处理长度LN大于L，L为OFDM通信系统预定义的离散傅里叶变换处理的处理长度。
进一步地，包括：将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理之前，该模拟信号经过模拟滤波器滤波处理。
进一步地，F=25MHZ，L=1024。
进一步地，该模拟信号为OFDM通信系统使用的模拟信号，用于宽带电力线载波通信领域。
进一步地，OFDM通信系统所使用的子载波频率为=(F/L) *N，其中N为 0~（L/2）-1。
进一步地， LN＝（L/F）*FN。
本公开另外一方面提供一种抗混叠滤波装置，包括：模数转换器，用于将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理得到数字信号，该过采样处理的采样频率FN大于F，F为OFDM通信系统预定义的采样频率；离散傅里叶变换处理器，将该数字信号经过离散傅里叶变换处理得到该数字信号的频域信号，该离散傅里叶变换处理的处理长度LN大于L，L为OFDM通信系统预定义的离散傅里叶变换处理的处理长度。
进一步地，该装置还包括：模拟滤波器，用于将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理之前，对该模拟信号滤波处理。
本公开另一方面提供一种可编程逻辑器件，包括上述的装置。
图2是本公开实施例的一种抗混叠滤波器的指标图，同样以该宽带电力线OFDM通信系统为例，如果我们采用采样频率37.5MHZ， 这样，ADC前的混叠滤波器的通带频率还是11.95MHZ， 止带频率是25.55MHZ，由于过渡频率比较大，模拟抗混叠滤波器，非常容易实现。在37.5MHZ的ADC之后采用非1024点的FFT变换，将时域模拟信号变为频域信号，模拟信号在频域进行处理，利用非1024点离散傅里叶变换处理器的存在降低模拟滤波器设计要求的。 在37.5MHZ采样的情况下，可以采用1536点的FFT。如果25MHZADC采样速率，1024点FFT，则每个子载波在（25M/1024）* M的频率点上,，M= 0~511。如果是37.5MHZADC采样速率，则需1536点 FFT， 每个子载波在37.5M/1536 * N的频率点上,，N= 0~767。1536点FFT之后，N大于511编号的子载波不进行处理。本公开解决了由于部分标准要求的抗混叠滤波器的过渡带频率窄，导致模拟滤波器设计困难，造价高的技术问题，本公开使用基于OFDM技术的宽带电力线载波通信的抗混叠滤波器实现为优选实施例，但在其它由于抗混叠滤波器的过渡带频率窄，导致模拟滤波器设计困难，造价高的情况下同样适用。
附图说明
图1是现有技术的一种抗混叠滤波器指标图；
图2是本公开实施例的一种抗混叠滤波器的指标图；
图3是本公开实施例的一种抗混叠滤波方法流程图；
图4是公开实施例的一种抗混叠滤波装置示意图；
图5是公开实施例的一种OFDM抗混叠滤波装置示意图。
具体实施方式
本公开一方面提供一种抗混叠滤波方法，图3是本公开实施例的一种抗混叠滤波方法流程图，如图3所示，包括：
S301：将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理得到数字信号，该过采样处理的采样频率FN大于F，F为OFDM通信系统预定义的采样频率；
S302：将该数字信号经过离散傅里叶变换处理得到该数字信号的频域信号，该离散傅里叶变换处理的处理长度LN大于L，L为OFDM通信系统预定义的离散傅里叶变换处理的处理长度。
进一步地，包括：将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理之前，该模拟信号经过模拟滤波器滤波处理。
进一步地，F=25MHZ，L=1024。
进一步地，该模拟信号为OFDM通信系统使用的模拟信号，用于宽带电力线载波通信领域。
进一步地，OFDM通信系统所使用的子载波频率为=(F/L) *N，其中N为 0~（L/2）-1。
进一步地， LN＝（L/F）*FN。
以某宽带电力线OFDM载波通信系统为例，在标准中25MHZ是ADC采样率，采用1024点FFT， 其每个子载波落在（25MHZ/1024）xM的频率点上，M= 0~511。 如果采样频率是f_ADC, n_FFT 点FFT，则每个子载波对应于 f_ADC/n_FFT * N 的频率点上，N = 0~ n_FFT -1。 为降低模拟抗混叠滤波器的复杂度，本公开增加采样速率，比如如果选择37.5MHZ, 为保证FFT后的频率点和采用25MHZ采样率1024点FFT的频率点一样，FFT的点数选择为 1536，需要指出的是通常FFT的点数是2的幂， 但是其它的点数的FFT也存在，本公开技术方案正是利用这一点，明显降低模拟抗混叠滤波器的设计难度。如果是37.5MHZ的ADC采样速率，则需要1536点 FFT， 每个子载波在37.5M/1536xN的频率点上，N= 0~767。后续需要选择FFT后编号0~511号子载波做解调，N大于511的子载波不进行处理。0~511号子载波的频率和25MHZ，1024FFT编号0~511点上的一样，因此不影响后续的频域信号处理。在本发明实施例中，37.5MHZ只是一个例子。具体的选择可以根据实际需要选择，如果选择50MHZ，FFT的点数选择为2048点。选择FFT编号0~511点子载波上的模拟信号做解调。
本公开另一方面提供一种抗混叠滤波装置，图4是公开实施例的一种抗混叠滤波装置示意图；如图4所示，包括：模数转换器41，用于将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理得到数字信号，该过采样处理的采样频率FN大于F，F为OFDM通信系统预定义的采样频率；离散傅里叶变换处理器42，将该数字信号经过离散傅里叶变换处理得到该数字信号的频域信号，该离散傅里叶变换处理的处理长度LN大于L，L为OFDM通信系统预定义的离散傅里叶变换处理的处理长度。
进一步地，图5是公开实施例的一种OFDM抗混叠滤波装置示意图，如图5所示，该装置还包括：模拟滤波器53，用于将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理之前，对该模拟信号滤波处理。
本公开另一方面提供一种可编程逻辑器件，包括权利要求上述装置。
本公开还包括一种可编程逻辑器件，包括上述的的装置。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种抗混叠滤波方法，其特征在于，包括：
将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理得到数字信号，所述过采样处理的采样频率FN大于F，F为OFDM通信系统预定义的采样频率；
将所述数字信号经过离散傅里叶变换处理得到所述数字信号的频域信号，所述离散傅里叶变换处理的处理长度LN大于L，L为OFDM通信系统预定义的离散傅里叶变换处理的处理长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理之前，所述模拟信号经过模拟滤波器滤波处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，F=25MHZ，L=1024。
4.根据权利要求1~3所述的方法，其特征在于，所述模拟信号为OFDM通信系统使用的模拟信号，用于宽带电力线载波通信领域。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于, OFDM通信系统所使用的子载波频率为=(F/L) *N，其中N为 0~（L/2）-1。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于, LN＝（L/F）*FN。
7.一种抗混叠滤波装置，包括：
模数转换器，用于将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理得到数字信号，所述过采样处理的采样频率FN大于F，F为OFDM通信系统预定义的采样频率；
离散傅里叶变换处理器，将所述数字信号经过离散傅里叶变换处理得到所述数字信号的频域信号，所述离散傅里叶变换处理的处理长度LN大于L，L为OFDM通信系统预定义的离散傅里叶变换处理的处理长度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
模拟滤波器，用于将模拟信号通过模数转换器进行过采样处理之前，对所述模拟信号滤波处理。
9.一种可编程逻辑器件，包括权利要求7~8的装置。
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