CN111769845B - 一种加权叠加信道化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加权叠加信道化方法，其包括以下步骤：S1、设置信道化参数；S2、获取滤波器的通带参数和阻带参数；S3、获取滤波器的阶数和系数；S4、将输入的中频信号进行复数混频，得到复基带信号；S5、对复基带信号进行分段锁存；S6、将分段锁存的数据和滤波器系数对应加权；S7、将所有加权结果编号后进行分组，并对每个组内数据进行求和，得到每组的和值；S8、对每组的和值进行相位校正，得到相位校正后的数据；S9、将相位校正后的数据进行快速傅里叶变换，得到各输出子信道的输出结果，完成加权叠加信道化。本发明可以有效的降低系统的运算量，并可以提高系统信号处理的实时性。

Description

一种加权叠加信道化方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种加权叠加信道化方法。

背景技术

在软件无线电系统中，高速、宽带的数字信号需要经过信道分离和数字变频技术后变换为基带信号。但此时所有的基带信号都处于严重的过采样状态。过采样状态虽然有利于提高信号的信噪比，但其过高的输出数据率要求后续的信号处理要有很高的处理速度。因此数字信号处理前端还需要在保证信号不失真的情况下有效的降低信号的数据率。

在数字中频接收机结构中，在AD采样后需要接一个数字下变频模块将信号混频至基带并降低数据率，再进行后续的数字信号处理与分析。此模块具有两个功能，混频和抽取滤波。当需求的输出子信道数很多时的时候，普通的数字下变频方案对系统的数据处理速度要求高且资源占用多。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种加权叠加信道化方法解决了现有下变频方案资源消耗大的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种加权叠加信道化方法，其包括以下步骤：

S1、设置信道化参数，包括输入采样率、输出子信道个数和抽取倍数；

S2、根据输入采样率和输出子信道个数获取滤波器的通带参数；根据输入采样率和抽取倍数获取滤波器的阻带参数；

S3、获取滤波器的阶数和系数；

S4、将输入的中频信号进行复数混频，得到复基带信号；

S5、根据抽取倍数和滤波器阶数对复基带信号进行分段锁存；

S6、将分段锁存的数据和滤波器系数对应加权，得到数量与滤波器阶数相等的加权结果；

S7、将所有加权结果编号后进行分组，并对每个组内数据进行求和，得到每组的和值；

S8、对每组的和值进行相位校正，得到相位校正后的数据；

S9、将相位校正后的数据进行快速傅里叶变换，得到各输出子信道的输出结果，完成加权叠加信道化。

进一步地，步骤S2中根据输入采样率和输出子信道个数获取滤波器的通带参数的具体方法为：

根据公式：

获取滤波器的通带参数W_p；其中Fs为输入采样率，K为输出子信道个数。

进一步地，步骤S2中根据输入采样率和抽取倍数获取滤波器的阻带参数的具体方法为：

根据公式：

获取滤波器的阻带参数W_s；其中Fs为输入采样率，D为抽取倍数。

进一步地，步骤S3的具体方法为：

获取滤波器的阶数L，并基于通带参数和阻带参数采用最小二乘法得到阶数为L时滤波器的系数h(n)。

进一步地，步骤S4的具体方法为：

根据公式：

X＝X_i×e^-j2πft

对输入的中频信号X_i进行复数混频，得到复基带信号X；其中j为虚数单位，π为圆周率，f为中频信号X_i的频率，t为时间，e为常数。

进一步地，步骤S5的具体方法为：

对复基带信号每隔D个点开始锁存一次，每次锁存的点位为L，完成对复基带信号进行分段锁存；其中D为抽取倍数，L为滤波器阶数。

进一步地，步骤S6的具体方法为：

对每次锁存的L个数据和滤波器系数h(n)一一对应相乘，得到L个加权结果；其中L为滤波器阶数。

进一步地，步骤S7中将所有加权结果编号后进行分组的具体方法为：

将所有加权结果从1开始依次编号，将所有加权结果分为K组，使第k组内包含第k+qK个加权结果；其中K为输出子信道个数，k＝0,1,2,...,K，q为整数且

L为滤波器阶数。

进一步地，步骤S8的具体方法为：

根据公式：

对第k组和值

进行相位校正，得到第k组和值

相位校正后的数据

其中j为虚数单位，π为圆周率，m为数据点序号。

本发明的有益效果为：

1、本发明把运算环节安排在抽取之后，可以有效的降低系统的运算量，并可以提高系统信号处理的实时性。在需求多个输出子信道的情况下，由于部分资源的复用，可以更明显的降低资源消耗。

2、本发明的输出子信道个数、输入信号的采样率、抽取倍数和滤波器阶数均可以在一定范围内任意选择，更加灵活并且适用性强。

3、本发明在最初的混频时得到复基带信号，可以节省一半的子信道数量，并且无需额外进行复指数调制。

4、本发明在进行相位矫正时利用数据移位替代混频，可以减少运算量。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为滤波器幅频响应图；

图3为实施例中输入信号的频谱图；

图4为实施例中所有输出子信道信号的频谱图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该加权叠加信道化方法包括以下步骤：

S1、设置信道化参数，包括输入采样率、输出子信道个数和抽取倍数；

S2、根据输入采样率和输出子信道个数获取滤波器的通带参数；根据输入采样率和抽取倍数获取滤波器的阻带参数；

S3、获取滤波器的阶数和系数；

S4、将输入的中频信号进行复数混频，得到复基带信号；

S5、根据抽取倍数和滤波器阶数对复基带信号进行分段锁存；

S6、将分段锁存的数据和滤波器系数对应加权，得到数量与滤波器阶数相等的加权结果；

S7、将所有加权结果编号后进行分组，并对每个组内数据进行求和，得到每组的和值；

S8、对每组的和值进行相位校正，得到相位校正后的数据；

S9、将相位校正后的数据进行快速傅里叶变换，得到各输出子信道的输出结果，完成加权叠加信道化。

步骤S2中根据输入采样率和输出子信道个数获取滤波器的通带参数的具体方法为：根据公式：

获取滤波器的通带参数W_p；其中Fs为输入采样率，K为输出子信道个数。

步骤S2中根据输入采样率和抽取倍数获取滤波器的阻带参数的具体方法为：根据公式：

获取滤波器的阻带参数W_s；其中Fs为输入采样率，D为抽取倍数。

步骤S3的具体方法为：获取滤波器的阶数L，并基于通带参数和阻带参数采用最小二乘法得到阶数为L时滤波器的系数h(n)，在此过程中，生成的滤波器系数的幅频响应、相位响应如图2所示，图2中上下图的横坐标均为归一化的频率，上图的纵坐标为幅度值，单位dB；下图的纵坐标为相位值。

步骤S4的具体方法为：根据公式：

X＝X_i×e^-j2πft

对输入的中频信号X_i进行复数混频，得到复基带信号X；其中j为虚数单位，π为圆周率，f为中频信号X_i的频率，t为时间，e为常数。混频时采用复数混频已经完成实信号至基带复信号的转换，无需在信道化输出时额外进行复指数调制。并且与实信号相比，复信号没有冗余的负频谱部分，在信道化时不会产生无用的子信道。

步骤S5的具体方法为：对复基带信号每隔D个点开始锁存一次，每次锁存的点位为L，完成对复基带信号进行分段锁存；其中D为抽取倍数，L为滤波器阶数。

步骤S6的具体方法为：对每次锁存的L个数据和滤波器系数h(n)一一对应相乘，得到L个加权结果；其中L为滤波器阶数。

步骤S7中将所有加权结果编号后进行分组的具体方法为：将所有加权结果从1开始依次编号，将所有加权结果分为K组，使第k组内包含第k+qK个加权结果，即第k组包含第k、k+K、k+2K、…、k+L-K个加权结果；其中K为输出子信道个数，k＝0,1,2,...,K，q为整数且

L为滤波器阶数。由于分组后求得的和值个数与子信道个数相同，因此后续进行的FFT计算的长度也与子信道个数相同。FFT后得到的结果即为各子信道的数据，不存在无效数据占用运算资源。

步骤S8的具体方法为：根据公式：

对第k组和值

进行相位校正，得到第k组和值

相位校正后的数据

其中j为虚数单位，π为圆周率，m为输入数据点序号，k＝0,1,2,...,K，K为输出子信道个数。

在具体实施过程中，为了简化对每组的和值进行相位校正的运算，将公式

带入FFT运算式可得：

其中

为FFT输出数据，n为输出数据序号，N为FFT点数，W_N为旋转因子，mod为取模运算。上述计算方式采用对数据进行距离为(mD)_modK的循环移位的方式进行相位矫正，由于混频需要乘法和指数运算，而移位只是单纯的数据搬移无需运算，因此采用移位替代混频的方式对于每个数据点可以减少一次指数计算和一次乘法运算。在算法实现时，对于一个子信道数为8的信道化结构，采用这样的方式可以减少10％的DSP资源和50％的BRAM资源。

在本发明的一个实施例中，输入信号如图3所示，设定输入采样率为6.4M，输入信号为双频信号，信号频率为1.83M和1.77M。个子信道输出信号的频谱如图4所示，设定输出子信道的个数为8，抽取倍数为5。根据计算可得，信号频率为1.83M的信号应在第2子信道输出，输出频率的信号频率应为230KHz。信号频率为1.77M的信号同样应在第2子信道输出，输出频率的信号频率应为170KHz，与图4中显示的结果相符。

综上所述，本发明把运算环节安排在抽取之后，可以有效的降低系统的运算量，并可以提高系统信号处理的实时性。在需求多个输出子信道的情况下，由于部分资源的复用，可以更明显的降低资源消耗。

Claims (8)

1.一种加权叠加信道化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置信道化参数，包括输入采样率、输出子信道个数和抽取倍数；

S2、根据输入采样率和输出子信道个数获取滤波器的通带参数；根据输入采样率和抽取倍数获取滤波器的阻带参数；

S3、获取滤波器的阶数和系数；

S4、将输入的中频信号进行复数混频，得到复基带信号；

S5、根据抽取倍数和滤波器阶数对复基带信号进行分段锁存；

S6、将分段锁存的数据和滤波器系数对应加权，得到数量与滤波器阶数相等的加权结果；

S7、将所有加权结果编号后进行分组，并对每个组内数据进行求和，得到每组的和值；

S8、对每组的和值进行相位校正，得到相位校正后的数据；

S9、将相位校正后的数据进行快速傅里叶变换，得到各输出子信道的输出结果，完成加权叠加信道化；

所述步骤S4的具体方法为：

根据公式：

X＝X_i×e^-j2πft

对输入的中频信号X_i进行复数混频，得到复基带信号X；其中j为虚数单位，π为圆周率，f为中频信号X_i的频率，t为时间，e为常数。

2.根据权利要求1所述的加权叠加信道化方法，其特征在于，所述步骤S2中根据输入采样率和输出子信道个数获取滤波器的通带参数的具体方法为：

根据公式：

获取滤波器的通带参数W_p；其中Fs为输入采样率，K为输出子信道个数。

3.根据权利要求1所述的加权叠加信道化方法，其特征在于，所述步骤S2中根据输入采样率和抽取倍数获取滤波器的阻带参数的具体方法为：

根据公式：

获取滤波器的阻带参数W_s；其中Fs为输入采样率，D为抽取倍数。

4.根据权利要求1所述的加权叠加信道化方法，其特征在于，所述步骤S3的具体方法为：

获取滤波器的阶数L，并基于通带参数和阻带参数采用最小二乘法得到阶数为L时滤波器的系数h(n)。

5.根据权利要求1所述的加权叠加信道化方法，其特征在于，所述步骤S5的具体方法为：

对复基带信号每隔D个点开始锁存一次，每次锁存的点位为L，完成对复基带信号进行分段锁存；其中D为抽取倍数，L为滤波器阶数。

6.根据权利要求1所述的加权叠加信道化方法，其特征在于，所述步骤S6的具体方法为：

对每次锁存的L个数据和滤波器系数h(n)一一对应相乘，得到L个加权结果；其中L为滤波器阶数。

7.根据权利要求1所述的加权叠加信道化方法，其特征在于，所述步骤S7中将所有加权结果编号后进行分组的具体方法为：

将所有加权结果从1开始依次编号，将所有加权结果分为K组，使第k组内包含第k+qK个加权结果；其中K为输出子信道个数，k＝0,1,2,...,K，q为整数且

L为滤波器阶数。

8.根据权利要求1所述的加权叠加信道化方法，其特征在于，所述步骤S8的具体方法为：

根据公式：

对第k组和值

进行相位校正，得到第k组和值

相位校正后的数据

其中j为虚数单位，π为圆周率，m为数据点序号。

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