本申請涉及數(shù)字下變頻器領(lǐng)域，尤其涉及一種可任意倍數(shù)重采樣的數(shù)字下變頻器。

背景技術(shù)：

數(shù)字下變頻指在超外差式接收機(jī)中經(jīng)過混頻后得到的中頻信號(hào)比原始信號(hào)的頻率低的一種混頻方式，是軟件無線電的核心技術(shù)之一。數(shù)字下變頻器由數(shù)控振蕩器(nco)、數(shù)字正交混頻模塊以及抽取濾波模塊構(gòu)成。在軟件無線電或者無線通信等領(lǐng)域，接收機(jī)接收從天線進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行一定級數(shù)的模擬下變頻，得到模擬中頻信號(hào)，然后再用adc(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)對中頻信號(hào)進(jìn)行采樣得到數(shù)字中頻信號(hào)，最后再對該數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，得到相應(yīng)的基帶信號(hào)。

現(xiàn)有的數(shù)字下變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程一般如圖1所示，輸入信號(hào)經(jīng)adc采樣后得到數(shù)字中頻信號(hào)，數(shù)字中頻信號(hào)與nco產(chǎn)生的正弦分量和余弦分量分別相乘后得到i、q兩路信號(hào)，然后對i、q兩路信號(hào)進(jìn)行cic抽取濾波、半帶濾波以及fir濾波等處理后，得到i、q兩路基帶信號(hào)。圖中的cic抽取濾波器一般都需要采取多級級聯(lián)的方法以達(dá)到足夠的帶外抑制；其中的半帶濾波也可能是多個(gè)半帶濾波器級聯(lián)；而最后一級fir濾波則主要用來實(shí)現(xiàn)一些補(bǔ)償功能、isi(碼間干擾)抑制等。

現(xiàn)有技術(shù)由于采取cic抽取濾波器和半帶濾波器組合來實(shí)現(xiàn)采樣率的轉(zhuǎn)換，因此只能支持整數(shù)倍的采樣率轉(zhuǎn)換，這樣的話就會(huì)給基帶信號(hào)的采樣率(或者帶寬)和adc的采樣率選擇和定標(biāo)帶來一定的限制；又由于采取cic濾波器和半帶濾波器組合的結(jié)構(gòu)，使得能夠支持的降采樣倍數(shù)有限，一般僅能支持有限的幾種降采樣倍數(shù)；而且因?yàn)閏ic濾波器通帶增益存在不一致性，往往在cic濾波器后面還需要增加一個(gè)補(bǔ)償濾波器，用于補(bǔ)償cic濾波器的通帶不平坦性，這就給實(shí)際的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)增加了復(fù)雜度和工作量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N可任意倍數(shù)重采樣的數(shù)字下變頻器，該數(shù)字下變頻器具備重采樣功能，可以直接支持任意倍數(shù)的有理數(shù)采樣率轉(zhuǎn)換，不需要采用cic濾波器和半帶濾波器，適用范圍廣，能夠支持設(shè)定范圍內(nèi)的任意倍數(shù)采樣率轉(zhuǎn)換。

本申請?zhí)峁┑囊环N可任意倍數(shù)重采樣的數(shù)字下變頻器，用于接收adc輸入的數(shù)字中頻信號(hào)，對所述數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理并輸出處理后得到的i、q兩路基帶信號(hào)，其特征在于，該數(shù)字下變頻器包括：

數(shù)控振蕩器，作為所述數(shù)字下變頻器的本振，輸出本振信號(hào)；

混頻器，接收所述數(shù)字中頻信號(hào)和本振信號(hào)，對所述數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻和數(shù)字解調(diào)，輸出i、q兩路信號(hào)；

重采樣模塊，與所述混頻器輸出端相連接，接收所述混頻器輸出的i、q兩路信號(hào)，對其分別進(jìn)行重采樣，降低信號(hào)的采樣率，使其采樣頻率由原始采樣頻率轉(zhuǎn)換為目標(biāo)采樣頻率；

fir濾波器，與所述重采樣模塊輸出端相連接，用于對重采樣后的所述重采樣模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行預(yù)調(diào)、頻帶選擇和濾波，輸出i、q兩路基帶信號(hào)。

進(jìn)一步，所述重采樣模塊包括：

相對位置計(jì)算器，獲取原始采樣頻率和目標(biāo)采樣頻率，獲取原始序列；根據(jù)原始采樣頻率和目標(biāo)采樣頻率，在原始序列的時(shí)間維度上計(jì)算目標(biāo)序列中各目標(biāo)樣點(diǎn)相對于離其最近的原始樣點(diǎn)的相對位置信息；所述原始序列是所述i、q兩路信號(hào)的各原始樣點(diǎn)分別組成的數(shù)據(jù)序列，所述目標(biāo)序列是重采樣后的采用目標(biāo)采樣頻率的各目標(biāo)樣點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)序列；

dds相位累加器，以頻率控制字為步進(jìn)值進(jìn)行累加，當(dāng)相對位置計(jì)算器運(yùn)算一次時(shí)，相位累加器累加一次；

溢出次數(shù)統(tǒng)計(jì)器，在dds相位累加器每次累加后統(tǒng)計(jì)該次累加過程中相位累加器的總溢出次數(shù)q，q(n)＝q(n-1)+m，m為相位累加器每次累加時(shí)的溢出次數(shù)值；

原始樣點(diǎn)選擇器，根據(jù)所述總溢出次數(shù)q，在原始序列中選擇連續(xù)的原始樣點(diǎn)作為參與原始樣點(diǎn)，參與原始樣點(diǎn)以原始樣點(diǎn)x(q)為起始原始樣點(diǎn)；

濾波系數(shù)產(chǎn)生器，根據(jù)各目標(biāo)樣點(diǎn)的相對位置信息，計(jì)算每個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)的濾波系數(shù)；

低通濾波器，根據(jù)所述濾波系數(shù)，對所選擇的原始樣點(diǎn)進(jìn)行濾波后輸出目標(biāo)樣點(diǎn)，得到目標(biāo)序列。

在一些實(shí)施例中，所述濾波系數(shù)產(chǎn)生器計(jì)算的每個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)所對應(yīng)的濾波系數(shù)的個(gè)數(shù)根據(jù)濾波器的長度確定，每個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)所需要的原始樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)與濾波系數(shù)的個(gè)數(shù)相同。

在一些實(shí)施例中，計(jì)算每個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)時(shí)，所述原始樣點(diǎn)選擇器所選擇的原始樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)與所述濾波系數(shù)產(chǎn)生器計(jì)算得到的濾波系數(shù)的個(gè)數(shù)相同。

在一些實(shí)施例中，所述dds相位累加器使用的頻率控制字與原始采樣頻率和目標(biāo)采樣頻率的比值成正比。

在一些實(shí)施例中，所述dds相位累加器使用的頻率控制字為

ftw＝round(2ⁿ×fs1/fs2)

式中，ftw表示頻率控制字；round(s)表示對s進(jìn)行四舍五入取整；fs1為原始采樣頻率；fs2為目標(biāo)采樣頻率；n為相位累加器位數(shù)。

在一些實(shí)施例中，所述相對位置計(jì)算器采用以下計(jì)算公式計(jì)算相對位置信息：

式中，index表示相對位置信息，mod(a,b)表示取a對b的模值；round(s)表示對s進(jìn)行四舍五入取整；fs1為原始采樣頻率；fs2為目標(biāo)采樣頻率；l為一個(gè)整數(shù)，并且滿足l≤2ⁿ；acc為相位累加器的相位值，其初始值為零；n為相位累加器位數(shù)。

在一些實(shí)施例中，所述濾波系數(shù)產(chǎn)生器計(jì)算濾波系數(shù)的公式為：

其中，p為濾波器長度。

在一些實(shí)施例中，所述低通濾波器進(jìn)行濾波的公式為：

在一些實(shí)施例中，所述混頻器為乘法器。

本申請的有益效果是：由于本申請?zhí)峁┑臄?shù)字下變頻器采用的重采樣模塊實(shí)時(shí)性較好、可以實(shí)現(xiàn)任意倍數(shù)的降采樣率轉(zhuǎn)換，且支持大范圍、大比例、高精度的降采樣率轉(zhuǎn)換，該數(shù)字下變頻器具有更大的靈活性和適應(yīng)性，可普遍應(yīng)用于各種制式下的軟件無線電或者通信系統(tǒng)中的數(shù)字下變頻系統(tǒng)；而且該數(shù)字下變頻器不需要使用cic濾波器、半帶濾波器和cic補(bǔ)償濾波器就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻，結(jié)構(gòu)簡單，利于軟硬件實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)數(shù)字下變頻技術(shù)原理圖；

圖2為本申請?zhí)峁┑囊环N可任意倍數(shù)重采樣的數(shù)字下變頻器結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本申請?zhí)峁┑囊环N重采樣模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本申請?zhí)峁┑闹夭蓸幽K獲取各目標(biāo)樣點(diǎn)的過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

請參考圖2，本申請?zhí)峁┝艘环N可任意倍數(shù)重采樣的數(shù)字下變頻器，該數(shù)字下變頻器用于接收adc輸入的數(shù)字中頻信號(hào)s(n)，對數(shù)字中頻信號(hào)s(n)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理并輸出基帶信號(hào)i和基帶信號(hào)q。

其中，數(shù)字中頻信號(hào)為s(n)＝a(n)cos[ω0+θ(n)]，ω0為數(shù)字中頻信號(hào)中心頻率。

該數(shù)字下變頻器4包括第一混頻器5、第二混頻器6、nco7、重采樣模塊10和fir濾波器9。

數(shù)控振蕩器(nco)7作為數(shù)字下變頻器的本振，在數(shù)字域內(nèi)對信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移，分別向第一混頻器5輸出本振信號(hào)余弦分量cos(ω0n)，向第一混頻器5輸出本振信號(hào)正弦分量sin(ω0n)。

第一混頻器5接收數(shù)字中頻信號(hào)s(n)和余弦分量cos(ω0n)，第二混頻器6接收數(shù)字中頻信號(hào)s(n)和正弦分量sin(ω0n)，第一混頻器5和第二混頻器6分別對數(shù)字中頻信號(hào)s(n)進(jìn)行數(shù)字下變頻和數(shù)字解調(diào)。第一混頻器5輸出的i路信號(hào)為xi(n)，第二混頻器6輸出的q路信號(hào)為xq(n)。其中，

優(yōu)選地，第一混頻器5和第二混頻器6為乘法器。

由此可見，因?yàn)槠浔菊?、兩路乘法器均采用?shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn),保證了i、q兩路在幅度一致性和較好的相位正交性。

重采樣模塊10與第一混頻器5輸出端和第二混頻器6輸出端相連接，其第一輸入端接收i路信號(hào)xi(n)，第二輸入端接收q路信號(hào)xq(n)，以信號(hào)xi(n)和xq(n)作為原始信號(hào)，對信號(hào)xi(n)和xq(n)分別進(jìn)行重采樣，使其采樣頻率由原始采樣頻率fs1轉(zhuǎn)換為目標(biāo)采樣頻率fs2，經(jīng)過重采樣后，重采樣模塊10的第一輸出端輸出的信號(hào)用yi(n)表示，第二輸出端輸出的信號(hào)用yq(n)表示。其中，fs2<fs1，重采樣模塊10對i、q兩路寬帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)了降采樣。為了表述方便，原始信號(hào)的各原始樣點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)序列稱為為原始序列；經(jīng)過重采樣后，輸出的信號(hào)的各目標(biāo)樣點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)序列稱為目標(biāo)序列。

fir濾波器9，用于對信號(hào)yi(n)和yq(n)進(jìn)行預(yù)調(diào)、頻帶選擇和濾波，保證數(shù)字下變頻器4輸出的信號(hào)具有任意幅頻特性的同時(shí)還具有嚴(yán)格的線性相頻特性以及單位抽樣響應(yīng)有限長，fir濾波器9的第一輸出端和第二輸出端分別輸出基帶信號(hào)i和基帶信號(hào)q。

需要指出的是，為了使fir濾波器9對信號(hào)的處理能夠不發(fā)生失真，信號(hào)的采樣速度必須滿足奈奎斯特定理，這樣就要求對信號(hào)進(jìn)行重采樣。

進(jìn)一步，本申請?zhí)峁┝艘环N重采樣模塊10可實(shí)現(xiàn)任意倍數(shù)的重采樣，參考圖3，重采樣模塊10包括：相對位置計(jì)算器12、dds相位累加器11、溢出次數(shù)統(tǒng)計(jì)器13、原始樣點(diǎn)選擇器14、濾波系數(shù)產(chǎn)生器15和低通濾波器16。

相對位置計(jì)算器12，獲取原始采樣頻率fs1和目標(biāo)采樣頻率fs2，根據(jù)原始采樣頻率fs1和目標(biāo)采樣頻率fs2，在原始序列的時(shí)間維度上計(jì)算目標(biāo)序列中各目標(biāo)樣點(diǎn)相對于離其最近的原始樣點(diǎn)的相對位置信息，因此，獲取一個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)需要計(jì)算一次相對位置信息。

在一些實(shí)施例中，以x(n)表示原始序列，以y(n)表示目標(biāo)序列，index表示相對位置信息，采用如下公式計(jì)算相對位置信息：

式中，mod(a,b)表示取a對b的模值；round(s)表示對s進(jìn)行四舍五入取整；fs1為原始采樣頻率；fs2為目標(biāo)采樣頻率；l為一個(gè)整數(shù)，并且滿足l≤2ⁿ；acc為dds相位累加器11的相位值，其初始值為零；n為相位累加器位數(shù)。

dds相位累加器11以頻率控制字ftw為步進(jìn)值進(jìn)行累加，相對位置計(jì)算器12每需要計(jì)算一次相對位置信息index(n)時(shí)，dds相位累加器11累加一次。相位累加器的相位值acc的計(jì)算公式如下：

acc(n)＝mod(acc(n-1)+ftw，2ⁿ)(1-4)

式中，mod(a,b)表示取a對b的模值；ftw＝round(2ⁿ×fs1/fs2)；n為相位累加器位數(shù)。

溢出次數(shù)統(tǒng)計(jì)器13在dds相位累加器11每累加完一次時(shí)，統(tǒng)計(jì)該次累加過程中相位累加器的總溢出次數(shù)q，用于調(diào)整參與原始樣點(diǎn)的起始原始樣點(diǎn)，而且，x(q)也表示計(jì)算目標(biāo)序列中各目標(biāo)樣點(diǎn)相對于離其最近的原始樣點(diǎn)，其中，q(n)＝q(n-1)+m，m為dds相位累加器11每次累加時(shí)的溢出次數(shù)值。

原始樣點(diǎn)選擇器14獲取原始序列x(n)，并根據(jù)總溢出次數(shù)q，在原始序列中選擇連續(xù)的原始樣點(diǎn)作為參與原始樣點(diǎn)，其中，參與原始樣點(diǎn)以原始樣點(diǎn)x(q)為起始原始樣點(diǎn)。所選擇的原始樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)與濾波系數(shù)產(chǎn)生器15計(jì)算得到的濾波系數(shù)個(gè)數(shù)相同，而濾波系數(shù)的個(gè)數(shù)根據(jù)濾波器的長度確定。在一些實(shí)施例中，濾波系數(shù)的個(gè)數(shù)與濾波器的長度p相同，因此選取的參與原始樣點(diǎn)可表示為{x(q)，x(q+1)，......，x(q+p-1)}。

濾波系數(shù)產(chǎn)生器15根據(jù)各目標(biāo)樣點(diǎn)的相對位置信息，計(jì)算每個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)的濾波系數(shù)，通過濾波系數(shù)產(chǎn)生器15計(jì)算得到的濾波系數(shù)為實(shí)時(shí)生成，濾波系數(shù)的可適應(yīng)性強(qiáng)，重采樣的實(shí)時(shí)性較好，可支持任意倍數(shù)的有理數(shù)重采樣。具體地，計(jì)算某個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)時(shí)需要用到的濾波器系數(shù)如下：

其中，p為濾波器長度，根據(jù)實(shí)現(xiàn)時(shí)的具體軟硬件環(huán)境，p值可以選取為8～32之間的值，l≤2ⁿ，n為相位累加器位數(shù)，index的值的范圍為0～(l-1)。

低通濾波器16根據(jù)所述濾波系數(shù)h(index,k)，對所選擇的原始樣點(diǎn)進(jìn)行濾波，并輸出各個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)，得到目標(biāo)序列，輸出采樣頻率為fs2的i、q兩路寬帶信號(hào)yi(n)和yq(n)，實(shí)現(xiàn)降采樣率轉(zhuǎn)換。該低通濾波器16具有非常一致的帶內(nèi)平坦性，產(chǎn)生的i/q基帶信號(hào)正交性比較好。具體地，多用濾波的公式為：

下面詳細(xì)介紹如何獲取各個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)。

參考圖4，為本申請?zhí)峁┑闹夭蓸幽K獲取各目標(biāo)樣點(diǎn)的過程示意圖，此時(shí)fs1>fs2。圖中，黑色實(shí)心圓點(diǎn)表示原始序列x(n)的各原始樣點(diǎn)，其采樣周期為t1＝1/fs1，相鄰兩個(gè)原始樣點(diǎn)的相位差為2π；實(shí)心五角星表示目標(biāo)序列y(n)的各目標(biāo)樣點(diǎn)，其采樣周期為t2＝1/fs2。在dds相位累加器11循環(huán)累加時(shí)，重復(fù)使用公式(1-4)計(jì)算相對位置信息，每獲取一個(gè)目標(biāo)樣點(diǎn)，dds相位累加器11每次累加，至少都會(huì)溢出一次。

如圖4所示，dds相位累加器11在a點(diǎn)，其相位值acc初始值為零，根據(jù)公式(1-2)，index(1)＝0，這時(shí)候輸出的第一個(gè)點(diǎn)為y(1)；之后，dds相位累加器11以頻率控制字ftw為步進(jìn)值進(jìn)行累加，dds相位累加器11先后到達(dá)b、c等位置，再依次確定目標(biāo)樣點(diǎn)y(2)、y(3)、…y(n)。

假設(shè)p＝8，需要在原始樣點(diǎn)x(n)中選擇8個(gè)參與原始樣點(diǎn)，在圖4中因原始樣點(diǎn)的初始點(diǎn)為x(1)，選擇q初始＝q(1)＝1。那么，

計(jì)算y(1)時(shí)，index(1)＝0，q(1)＝1，y(1)與x(1)重合；

計(jì)算y(2)時(shí)，dds相位累加器11從a點(diǎn)到b點(diǎn)，溢出了一次，在時(shí)間維度上跨越了原始樣點(diǎn)x(2)，離y(2)最近的原始樣點(diǎn)由x(1)變?yōu)閤(2)，index(2)＝ftw-2ⁿ，m＝1，q(2)＝q(1)+1＝2，q值增加了1，所選擇的參與原始樣點(diǎn)以原始樣點(diǎn)x(2)為起始原始樣點(diǎn)，因此計(jì)算y(2)的參與原始樣點(diǎn)為{x(2)，x(3)，......，x(9)}，根據(jù)公式(1-4)，

計(jì)算y(3)時(shí)，dds相位累加器11從b點(diǎn)到c點(diǎn)，又溢出了一次，在時(shí)間維度上跨越了原始樣點(diǎn)x(3)，離y(3)最近的原始樣點(diǎn)由x(2)變?yōu)閤(3)，index(3)＝2ftw-2*2ⁿ，此次累加時(shí)的溢出次數(shù)值m＝1，q(3)＝q(2)+1＝3，q值增加了1，所選擇的參與原始樣點(diǎn)以原始樣點(diǎn)x(3)為起始原始樣點(diǎn)，因此計(jì)算y(3)的參與原始樣點(diǎn)為{x(3)，x(3)，......，x(10)}，根據(jù)公式(1-4)，

依次類推，可獲取全部目標(biāo)樣點(diǎn)，得到目標(biāo)序列，即采樣率為fs2的目標(biāo)信號(hào)。其中，兩個(gè)相鄰的目標(biāo)樣點(diǎn)在時(shí)間維度上以周期t2的間隔排列。

由此可見，重采樣模塊10根據(jù)原始采樣頻率和目標(biāo)采樣頻率，巧妙地在原始序列的時(shí)間維度上計(jì)算各目標(biāo)樣點(diǎn)相對于離其最近的原始樣點(diǎn)的相對位置信息，根據(jù)該相對位置信息，直接實(shí)時(shí)計(jì)算獲取各目標(biāo)樣點(diǎn)時(shí)所需要的濾波系數(shù)，和根據(jù)計(jì)算相對位置信息時(shí)統(tǒng)計(jì)的總溢出次數(shù)，從原始序列中選擇所需要的參與原始樣點(diǎn)，然后根據(jù)該濾波系數(shù)對選擇的參與原始樣點(diǎn)進(jìn)行濾波，達(dá)到重采樣的目的，這樣的重采樣效率高、實(shí)時(shí)性較好，可支持任意倍數(shù)的有理數(shù)重采樣，根據(jù)需要可連續(xù)地獲得不同目標(biāo)采樣頻率的基帶信號(hào)。

綜上所述，由于本申請?zhí)峁┑臄?shù)字下變頻器采用的重采樣模塊實(shí)時(shí)性較好、可以實(shí)現(xiàn)任意倍數(shù)的降采樣率轉(zhuǎn)換，且支持大范圍、大比例、高精度的降采樣率轉(zhuǎn)換，該數(shù)字下變頻器具有更大的靈活性和適應(yīng)性，可普遍應(yīng)用于各種制式下的軟件無線電或者通信系統(tǒng)中；而且該數(shù)字下變頻器不需要使用cic濾波器、半帶濾波器和cic補(bǔ)償濾波器就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻，結(jié)構(gòu)簡單，利于軟硬件實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本申請的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。