李漢陽(yáng)

摘要：在通信系統(tǒng)中，常見(jiàn)數(shù)字接收機(jī)解調(diào)器中經(jīng)常會(huì)遇到高速信號(hào)抽取的問(wèn)題，這就會(huì)用到多速率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。在抽取前，需要設(shè)計(jì)合適的抗混疊濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。在抽取倍數(shù)較大的情況下，濾波器階數(shù)較多，其延遲時(shí)間和硬件消耗較大。本文提出了一種級(jí)聯(lián)濾波結(jié)構(gòu)，按照文中的參數(shù)，在同樣的濾波效果下，方案復(fù)雜度降低了90.7%。

關(guān)鍵詞：高速率信號(hào) 抗混疊 濾波器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）05-0000-00

通信系統(tǒng)中，常見(jiàn)數(shù)字接收機(jī)解調(diào)器中經(jīng)常會(huì)遇到高速信號(hào)抽取的問(wèn)題，這就會(huì)用到多速率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。在抽取前，需要設(shè)計(jì)合適的抗混疊濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。在抽取倍數(shù)較大的情況下，濾波器階數(shù)較多，其延遲時(shí)間和硬件消耗較大。本文提出了一種級(jí)聯(lián)濾波結(jié)構(gòu)，在同樣的濾波效果下，降低了信號(hào)處理的方案復(fù)雜度。

1參數(shù)設(shè)置

為了更好地描述上述問(wèn)題，本文以以下的參數(shù)為例進(jìn)行分析。令接收端接收到載波頻率為30MHz的模擬信號(hào)，ADC芯片以24MHz的采樣頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行帶通采樣，采樣數(shù)據(jù)進(jìn)入解調(diào)器，進(jìn)行的6MHz的數(shù)字正交下變頻，信號(hào)帶寬為50KHz，正交下變頻后信號(hào)采樣率為24MHz。24MHz的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)100倍降采樣后采樣率為240KHz的信號(hào)，處理后再次經(jīng)過(guò)40倍采樣用于其他處理。

2 100倍抽取方案設(shè)計(jì)

解調(diào)器涉及到多速率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，100倍降采樣及40倍降采樣都需要考慮信號(hào)的混疊問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)合適的抗混疊濾波器在抽取前對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。首先討論100倍降采樣濾波器設(shè)計(jì)。抽取前采樣率為24MHz，抽取比例100，抽取后采樣率為240KHz。由s上節(jié)的參數(shù)可知，倍抽取前抗混疊濾波器阻帶頻率不能大于120KHz，從而保證抽取后信號(hào)不會(huì)發(fā)生混疊。利用Matlab濾波器設(shè)計(jì)和分析工具fdatool對(duì)濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

由表1可知，在24MHz的采樣率下，一次性實(shí)現(xiàn)100倍降采樣需要抗混疊濾波器階數(shù)為1716，意味著輸入數(shù)據(jù)要與濾波器系數(shù)做1716次乘法及加法，硬件資源消耗大，濾波器延遲時(shí)間長(zhǎng)。

為了解決上述的多次乘法的問(wèn)題，可將抽取過(guò)程分解為5*5*4倍抽取的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)100倍降采樣過(guò)程：第一次倍抽取無(wú)需抗混疊濾波器（信號(hào)截止頻率為2.4MHz，噪聲最大帶寬為0.5MHz，小于截止頻率）；第二次倍抽取僅需要39階濾波器；第三次倍抽取僅需要69階濾波器；對(duì)比以上兩種方案，第二種級(jí)聯(lián)方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，資源消耗小。其參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。通過(guò)計(jì)算可知，采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)后，所需的乘法次數(shù)為39+69=108次，其方案復(fù)雜度降低了93.7%。

3 40倍抽取過(guò)程

從以上可以看出，采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的濾波器比直接抽取濾波器階數(shù)小，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，節(jié)省硬件資源。100倍抽取采用5*5*4倍抽取級(jí)聯(lián)的形式完成，40倍抽取則采用5*5*2倍抽取級(jí)聯(lián)的形式完成，其參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3所示?？芍?0倍的抽取采用多級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)后，方案復(fù)雜度降低了（363-46-25-17）/363=75.7%?？傮w方案復(fù)雜度降低了90.5%。

4 其他降低復(fù)雜度的方案

此外，可以將5倍、4倍、2倍抽取利用多相濾波實(shí)現(xiàn)，不僅降低對(duì)實(shí)時(shí)處理的要求因此，而且模塊可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用，提高效率。工程應(yīng)用中，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)資源要求比較高時(shí)，可以選擇使用半帶濾波器和CIC濾波器實(shí)現(xiàn)濾波及抽取過(guò)程。對(duì)于40倍抽取來(lái)說(shuō)，可以采用CIC濾波器實(shí)現(xiàn)5倍抽取，三級(jí)半帶濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)8倍抽取，每級(jí)濾波器系數(shù)10階左右，資源消耗低，計(jì)算速度快；若系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)處理要求很高，則建議采用多相濾波結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力及吞吐量。

5結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種級(jí)聯(lián)濾波結(jié)構(gòu)，在同樣的濾波效果下，將100倍抽取采用5*5*4倍抽取級(jí)聯(lián)的形式完成，40倍抽取采用5*5*2倍抽取級(jí)聯(lián)的形式完成，對(duì)兩種抽取分別降低了93.7%和75.7%，總體方案復(fù)雜度降低了90.7%，很好地減少了資源的消耗并降低了信號(hào)處理的延遲時(shí)間。

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