CN109687826B - 一种基于模型设计的多通道下变频方法、装置和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于模型设计的多通道下变频方法、装置和存储介质。在系统级层面设计好的数据获取模型，通过通过中频信号跨时钟处理模块将不同时域的中频信号转化为同时域中频信号，通过BRAM模块将上位机发送的控制参数和滤波器系数解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数，根据DDS混频模块控制字控制DDS混频模块生成中频本地载波，与同时域中频信号生成中频基带信号，以中频基带信号和级联滤波器组参数作为输入在级联滤波器组中完成滤波，得出降采样基带信号。本发明的技术方案能够同时对多个信号进行多通道处理，极大地简化了系统的复杂度，提高了下变频处理的效率，提高了系统的可靠性和应用范围。

Description

一种基于模型设计的多通道下变频方法、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及软件无线电领域，特别是一种基于模型设计的多通道下变频方法、装置和存储介质。
背景技术
目前，随着卫星通信和雷达探测等领域的快速发展，数字下变频是软件无线电系统的关键技术之一。数下变频技术在卫星通信、导航模拟器、雷达等领域应用非常广泛，采用数字下变频可以将射频基带数据搬移到零频，然后进行对信号进行编码解码、调制解调和滤波等操作需要处理的数据量越来越大，因此在通信系统中下变频器的好坏直接影响产品的整体性能，下变频器成为通信系统设计的重点和难点。目前最常见的下变频器大部分都是单通道模式，在对多个信号同时处理时需要设置多个下变频器，导致通信系统的体积较大，设计较为复杂，从而导致成本高昂，可靠性较差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于模型设计的多通道下变频方法、装置和存储介质，在实际应用中能根据数据获取模型中的各数据处理模块同时处理多路信号，实现多通道下变频，简化系统设计，提高可靠性。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供了一种基于模型设计的多通道下变频方法，包括以下步骤：
获取AD子板采集到的不同时域的中频信号，通过中频信号跨时钟处理模块转化为同时域中频信号；
获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数；
将所述DDS混频模块控制字传递至DDS混频模块中，生成中频本地载波，所述同时域中频信号与中频本地载波相乘，得出中频基带信号；
将所述中频基带信号、级联滤波器组参数传递至级联滤波器组中完成多路降采样滤波，输出降采样基带信号。
进一步，所述BRAM模块包括BRAM数据存储模块、BRAM数据读取模块和BRAM数据解析模块。
进一步，所述获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数具体包括以下步骤：
上位机通过软核将控制参数和滤波器系数写入至所述BRAM数据存储模块中；
BRAM数据读取模块检测到数据使能信号有效后，读取所述BRAM数据存储模块中的控制参数和滤波器系数，并发送至BRAM数据解析模块中完成解析。
进一步，所述级联滤波器组参数和滤波器系数通过AXI总线接口传输；所述中频基带信号通过FIFO接口传输。
进一步，所述同时域中频信号包括I路信号和Q路信号；所述中频本地载波包括cosine载波和sine载波；所述中频基带信号包括I路信号与cosine载波相乘得出的I路基带信号和Q路信号与sine载波相乘得出的I路基带信号。
进一步，所述级联滤波器组中依次包括CIC滤波器、HB滤波器和FIR滤波器。
第二方面，本发明提供了一种基于模型设计的多通道下变频装置，包括以下装置：
中频信号转化单元，用于获取AD子板采集到的不同时域的中频信号，通过中频信号跨时钟处理模块转化为同时域中频信号；
解析单元，用于获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数；
中频基带信号获取单元，将所述DDS混频模块控制字传递至DDS混频模块中，生成中频本地载波，所述同时域中频信号与中频本地载波相乘，得出中频基带信号；
降采样基带信号获取单元，用于将所述中频基带信号、级联滤波器组参数传递至级联滤波器组中完成多路降采样滤波，输出降采样基带信号。
进一步，还包括以下装置：
BRAM数据存储模块写入单元，用于上位机通过软核将控制参数和滤波器系数写入至所述BRAM数据存储模块中；
解析参数获取单元，用于BRAM数据读取模块检测到数据使能信号有效后，读取所述BRAM数据存储模块中的控制参数和滤波器系数，并发送至BRAM数据解析模块中完成解析。
第三方面，本发明提供了一种基于模型设计的多通道下变频设备，包括至少一个控制处理器和用于与至少一个控制处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个控制处理器执行的指令，指令被至少一个控制处理器执行，以使至少一个控制处理器能够执行如上所述的基于模型设计的多通道下变频方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的基于模型设计的多通道下变频方法。
第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使计算机执行如上所述的基于模型设计的多通道下变频方法。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：本发明采用了一种基于模型设计的多通道下变频方法、装置和存储介质。在系统级层面设计好的数据获取模型，通过中频信号跨时钟处理模块将不同时域的中频信号转化为同时域中频信号，通过BRAM模块将上位机发送的控制参数和滤波器系数解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数，根据DDS混频模块控制字控制DDS混频模块生成中频本地载波，与同时域中频信号生成中频基带信号，以中频基带信号和级联滤波器组参数作为输入在级联滤波器组中完成滤波，得出降采样基带信号。相对比起现有技术的单通道技术方案，本发明的技术方案能够同时对多个信号进行多通道处理，极大地简化了系统的复杂度，提高了下变频处理的效率，提高了系统的可靠性和应用范围。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一提供的一种基于模型设计的多通道下变频方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的一种基于模型设计的多通道下变频方法中应用的下变频系统结构图；
图3是本发明实施例一提供的一种基于模型设计的多通道下变频方法中的BRAM模块进行解析的流程图；
图4是本发明实施例一提供的一种基于模型设计的多通道下变频方法的完整步骤图；
图5是本发明实施例二提供的一种基于模型设计的多通道下变频装置的装置示意图；
图6是本发明实施例三提供的一种基于模型设计的多通道下变频设备的结构示意图。
具体实施方式
目前，数字下变频是软件无线电系统的关键技术之一。随着经济的发展，现代社会朝着数字化、信息化的方向发展，数下变频技术在卫星通信、导航模拟器、雷达等领域应用非常广泛，采用数字下变频可以将射频基带数据搬移到零频，然后进行对信号进行编码解码、调制解调和滤波等操作；在常规的设计中会采用面积换取速度的做法进行多通道下变频设计以满足与AD电路转化速率相匹配。在通信系统中下变频器的好坏直接影响产品的整体性能，下变频器成为通信系统设计的重点和难点。
数字下变频器由数字震荡控制器模块、混频模块以及CIC滤波器、HB滤波器和FIR滤波器等模块级联而成对信号进行抽取滤波。数字下变频器构成复杂，设计难度大，且前最常见的下变频器大部分都是单通道模式，当通道数量增加时，存在体积大、研发成本高、可靠性差、信道隔离程度小，一致性差等问题。而随着卫星通信和雷达探测等领域的快速发展，需要处理的数据量越来越大，常常也需要对多个信号同时处理，传统多通道下变频器难以满足现今的通信要求。
本发明采用了一种基于模型设计的多通道下变频方法、装置和存储介质。在系统级层面设计好的数据获取模型，通过中频信号跨时钟处理模块将不同时域的中频信号转化为同时域中频信号，通过BRAM模块将上位机发送的控制参数和滤波器系数解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数，根据DDS混频模块控制字控制DDS混频模块生成中频本地载波，与同时域中频信号生成中频基带信号，以中频基带信号和级联滤波器组参数作为输入在级联滤波器组中完成滤波，得出降采样基带信号。相对比起现有技术的单通道技术方案，本发明的技术方案能够同时对多个信号进行多通道处理，极大地简化了系统的复杂度，提高了下变频处理的效率，提高了系统的可靠性和应用范围。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
参照图1和图2，本发明实施例提供了一种基于模型设计的多通道下变频方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取AD子板采集到的不同时域的中频信号，通过中频信号跨时钟处理模块转化为同时域中频信号；
步骤S2，获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数；
步骤S3，将所述DDS混频模块控制字传递至DDS混频模块中，生成中频本地载波，所述同时域中频信号与中频本地载波相乘，得出中频基带信号；
步骤S4，将所述中频基带信号、级联滤波器组参数传递至级联滤波器组中完成多路降采样滤波，输出降采样基带信号。
其中，在本实施例中的步骤S1中，优选设置中频信号跨始终处理模块对采集到的中频信号是不同时域的中频信号进行转化，并且转化成与处理系统相同的时域，有利于解决输入信号的时域不相同的情况，使得输入至系统中的信号属于相同时域，提高了系统的适用范围。
其中，在本实施例中，BRAM模块还优选地根据控制参数解析出档位选择参数、增益系数和滤波器重载系数，分别发送至系统中的多速率档位选择模块、增益控制模块和系数重载模块；所述多速率档位选择模块输出档位系数至级联滤波器组中，实现对级联滤波器组的工作档位的控制；所述增益控制模块与级联滤波器组的输出端相连接，即用于对输出的降采样基带信号进行增益，实现对变频器输出信号的功率进行控制；所述系统重载模块与级联滤波器组相连接，用于在外界场景发送变化时向级联滤波器组发送系统重载信号，可根据实际需求重载级联滤波器组的系数，减少整个控制系统重构时间，提高产品性能加强了系统的可移植性，能够适用于更多的场景。
进一步，在本发明的另一个实施例中，所述BRAM模块包括BRAM数据存储模块、BRAM数据读取模块和BRAM数据解析模块。
其中，在本实施例中，优选采用双端口BRAM作为数据存储单元，通过AXI总线接口接受上位机通过软核传递的控制参数和滤波器系数。
参考图3进一步，在本发明的另一个实施例中，所述获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数具体包括以下步骤：
步骤S21，上位机通过软核将控制参数和滤波器系数写入至所述BRAM数据存储模块中；
步骤S22，BRAM数据读取模块检测到数据使能信号有效后，读取所述BRAM数据存储模块中的控制参数和滤波器系数，并发送至BRAM数据解析模块中完成解析。
其中，在本实施例中，优选采用如下读写机制：一个位宽为32bit的数据，对应4个不同的地址，因此BRAM数据读取模块每次读取BRAM存储单元中的数据时采用步长每次加四的读取策略。
其中，在本实施例中，BRAM数据解析模块优选使用Verilog程序来实现数据解析和控制，根据约定好的帧格式，判断BRAM读地址(addrb)和数据(doutb)的对应关系来对不同的参数系数接口模块进行赋值。
进一步，在本发明的另一个实施例中，所述级联滤波器组参数和滤波器系数通过AXI总线接口传输；所述中频基带信号通过FIFO接口传输。
进一步，在本发明的另一个实施例中，所述同时域中频信号包括I路信号和Q路信号；所述中频本地载波包括cosine载波和sine载波；所述中频基带信号包括I路信号与cosine载波相乘得出的I路基带信号和Q路信号与sine载波相乘得出的I路基带信号。
进一步，在本发明的另一个实施例中，所述级联滤波器组中依次包括CIC滤波器、HB滤波器和FIR滤波器。
其中，在本实施例中，由于级联滤波器组包含多个通道，优选每个通道均有CIC滤波器、HB滤波器和FIR滤波器三级级联构成。输入的基带信号首先经过CIC滤波器进行一级抽取滤波，CIC滤波器输出信号直接进入HB滤波器进行二级抽取滤波，HB滤波器输出信号进入FIR滤波器进行三级滤波。然后在复制N路，构成多通道数字下变频器。
参考图4，另外，本发明的另一个实施例还提供了一种基于模型设计的多通道下变频方法，包括以下步骤：
步骤S100，获取AD子板采集到的不同时域的中频信号，通过中频信号跨时钟处理模块转化为同时域中频信号；
步骤S200，上位机通过软核将控制参数和滤波器系数写入至所述BRAM数据存储模块中；
步骤S210，BRAM数据读取模块检测到数据使能信号有效后，读取所述BRAM数据存储模块中的控制参数和滤波器系数，并发送至BRAM数据解析模块中解析出出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数；
步骤S300，将所述DDS混频模块控制字传递至DDS混频模块中，生成中频本地载波，所述同时域中频信号与中频本地载波相乘，得出中频基带信号，所述中频基带信号包括I路信号与cosine载波相乘得出的I路基带信号和Q路信号与sine载波相乘得出的I路基带信号；
步骤S400，将所述中频基带信号、级联滤波器组参数传递至级联滤波器组中完成多路降采样滤波，输出降采样基带信号。
其中，本实施例在系统级层面设计好的数据获取模型，通过中频信号跨时钟处理模块将不同时域的中频信号转化为同时域中频信号，通过BRAM模块将上位机发送的控制参数和滤波器系数解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数，根据DDS混频模块控制字控制DDS混频模块生成中频本地载波，与同时域中频信号生成中频基带信号，以中频基带信号和级联滤波器组参数作为输入在级联滤波器组中完成滤波，得出降采样基带信号。相对比起现有技术的单通道技术方案，本发明的技术方案能够同时对多个信号进行多通道处理，极大地简化了系统的复杂度，提高了下变频处理的效率，提高了系统的可靠性和应用范围。
参照图5，本发明的实施例二还提供了一种基于模型设计的多通道下变频装置，在该基于模型设计的多通道下变频装置1000中，包括但不限于：中频信号转化单元1100、解析单元1200、中频基带信号获取单元1300和降采样基带信号获取单元1400。
其中，中频信号转化单元1100，用于获取AD子板采集到的不同时域的中频信号，通过中频信号跨时钟处理模块转化为同时域中频信号；
解析单元1200用于获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数；
中频基带信号获取单元1300将所述DDS混频模块控制字传递至DDS混频模块中，生成中频本地载波，所述同时域中频信号与中频本地载波相乘，得出中频基带信号；
降采样基带信号获取单元1400用于将所述中频基带信号、级联滤波器组参数传递至级联滤波器组中完成多路降采样滤波，输出降采样基带信号。
进一步，本发明的另一个实施例中，还包括但不限于：BRAM数据存储模块写入单元1210和解析参数获取单元1220。
其中，BRAM数据存储模块写入单元1210用于上位机通过软核将控制参数和滤波器系数写入至所述BRAM数据存储模块中；
解析参数获取单元1220用于BRAM数据读取模块检测到数据使能信号有效后，读取所述BRAM数据存储模块中的控制参数和滤波器系数，并发送至BRAM数据解析模块中完成解析。
需要说明的是，由于本实施例中的基于模型设计的多通道下变频装置与上述的基于模型设计的多通道下变频方法基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本装置实施例，此处不再详述。
参照图6，本发明的实施例三还提供了一种基于模型设计的多通道下变频设备，该基于模型设计的多通道下变频设备6000可以是任意类型的智能终端，例如手机、平板电脑、个人计算机等。
具体地，该基于模型设计的多通道下变频设备6000包括：一个或多个控制处理器6001和存储器6002，图6中以一个控制处理器6001为例。
控制处理器6001和存储器6002可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
存储器6002作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于模型设计的多通道下变频设备对应的程序指令/模块，例如，图5中所示的中频信号转化单元1100和解析单元1200。控制处理器6001通过运行存储在存储器6002中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行基于模型设计的多通道下变频装置1000的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的基于模型设计的多通道下变频方法。
存储器6002可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据基于模型设计的多通道下变频装置1000的使用所创建的数据等。此外，存储器6002可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器6002可选包括相对于控制处理器6001远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该基于模型设计的多通道下变频设备6000。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器6002中，当被所述一个或者多个控制处理器6001执行时，执行上述方法实施例中的基于模型设计的多通道下变频方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至S4，图3中的方法步骤S21至S22，实现图5中的单元1100-1400的功能。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，例如，被图6中的一个控制处理器6001执行，可使得上述一个或多个控制处理器6001执行上述方法实施例中的基于模型设计的多通道下变频方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至S4，图3中的方法步骤S21至S22，实现图5中的单元1100-1400的功能。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ReadOnly Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种基于模型设计的多通道下变频方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取AD子板采集到的不同时域的中频信号，通过中频信号跨时钟处理模块转化为同时域中频信号；
获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数具体包括以下步骤:上位机通过软核将控制参数和滤波器系数写入至BRAM数据存储模块中,BRAM数据读取模块检测到数据使能信号有效后，读取所述BRAM数据存储模块中的控制参数和滤波器系数，并发送至BRAM数据解析模块中完成解析;
所述BRAM模块包括所述BRAM数据存储模块、所述BRAM数据读取模块和所述BRAM数据解析模块;
将所述DDS混频模块控制字传递至所述DDS混频模块中，生成中频本地载波，所述同时域中频信号与中频本地载波相乘，得出中频基带信号；
将所述中频基带信号、级联滤波器组参数传递至级联滤波器组中完成多路降采样滤波，输出降采样基带信号；
所述级联滤波器组中依次包括CIC滤波器、HB滤波器和FIR滤波器，然后再复制N路，构成多通道数字下变频器。
2.根据权利要求1所述的一种基于模型设计的多通道下变频方法，其特征在于：所述级联滤波器组参数和滤波器系数通过AXI总线接口传输；所述中频基带信号通过FIFO接口传输。
3.根据权利要求1所述的一种基于模型设计的多通道下变频方法，其特征在于：所述同时域中频信号包括I路信号和Q路信号；所述中频本地载波包括cosine载波和sine载波；所述中频基带信号包括I路信号与cosine载波相乘得出的I路基带信号和Q路信号与sine载波相乘得出的I路基带信号。
4.一种基于模型设计的多通道下变频装置，其特征在于，包括以下装置：
中频信号转化单元，用于获取AD子板采集到的不同时域的中频信号，通过中频信号跨时钟处理模块转化为同时域中频信号；
解析单元，用于获取BRAM模块中的控制参数和滤波器系数，解析出DDS混频模块控制字和级联滤波器组参数；
中频基带信号获取单元，将所述DDS混频模块控制字传递至DDS混频模块中，生成中频本地载波，所述同时域中频信号与中频本地载波相乘，得出中频基带信号；
降采样基带信号获取单元，用于将所述中频基带信号、级联滤波器组参数传递至级联滤波器组中完成多路降采样滤波，输出降采样基带信号。
5.根据权利要求4所述的基于模型设计的多通道下变频装置，其特征在于，还包括以下装置：
BRAM数据存储模块写入单元，用于上位机通过软核将控制参数和滤波器系数写入至所述BRAM数据存储模块中；
解析参数获取单元，用于BRAM数据读取模块检测到数据使能信号有效后，读取所述BRAM数据存储模块中的控制参数和滤波器系数，并发送至BRAM数据解析模块中完成解析。
6.一种基于模型设计的多通道下变频设备，其特征在于：包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器所通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1-3任一项所述的一种基于模型设计的多通道下变频方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1-3任一项所述的一种基于模型设计的多通道下变频方法。
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