一種濾波系統及其方法

2023-10-23 16:18:22 2

專利名稱：一種濾波系統及其方法
技術領域：
本發明涉及數字通訊領域，特別涉及一種應用於高性能數字中頻結構中的濾波系 統及其方法。
背景技術：
在當今的數字通訊系統如碼分多址(CDMA，Code Division MultipleAccess)、 ^ it it ^ 5 K ^ Λ (WIMAX, Worldwide Interoperability forMicrowave Access) % 統基站中，數字中頻結構由於其實現簡單，兼容性強可通過現場可編程門陣列(FPGA， Field-Programmable Gate Array)、數位訊號處理器(DSP, Digital Signal Processing) 實現，通過更改燒錄的程序即可兼容各種不同方案的通訊系統，成本低，性能穩定等特點， 廣泛得到應用。當前基站前向的數字中頻功能的核心為，通過插值濾波器將基帶發出的零頻的低 數據率數據，轉換為可調製到中頻載波上的高數據率數據，而插值濾波器的作用在於在數 據的速率變換過程中抑制掉相鄰的鏡像，其技術難點在於區別於前向鏈路的後端在前向鏈 路的前端，數據速率較低隨之相鄰鏡像的間距較窄，這就要求插值濾波器既有較高的阻帶 抑制，同時又要求有較窄的過渡帶，以避免相鄰鏡像的混疊效應導致的信號失真，尤其是當 需要同時調製兩個不同的基帶數據源到相鄰的頻點上，插值濾波器的鄰道抑制性能更為重 要，否則，兩個基帶數據源的數據就會發生混疊降低系統的前向性能。目前，前向數字中頻的鏡像抑制濾波器多採用有限衝激響應(MR FiniteImpulse Response)濾波器，這主要源於HR濾波器的諸多優點由於其衝激響應的有限性，使其在 定點運算時的輸出幅度易控性；易於實現線性相位，這樣可以減小信道的相位失真；實現 簡單易於編程實現。但由於FIR數字濾波器的局限性，使得在應對前向中頻結構的鄰道抑制上由於其 過渡帶較寬，使用^R濾波器很難達到要求，而為了取得很好的過渡帶性能就要大幅度提 高其階數，導致可編程器件資源的大量消耗增加成本。無限衝擊響應(IIR，Infinite Impulse Response)濾波器，由於其良好的過渡帶 性能使其在解決前向中頻結構的鄰道抑制的技術難點上遠遠優於FIR濾波器，通過仿真比 較HR橢圓濾波器和等波紋^R濾波器的性能，當保持相同的過渡帶性能，通帶平坦度和阻 帶抑制度的前提下，12階的橢圓UR濾波器與621階的等波紋HR濾波器的性能基本相當。 可見對於621階的HR濾波器其實現對可編程器件的資源的消耗幾乎是不可接受的。而相 對12階的IIR濾波器其相對資源的消耗則少非常多。然而HR濾波器也存在其缺點第一、HR濾波器由於其反饋結構，導致當將其應用於定點數運算時，有限精度效 應很可能導致其溢出。為了避免由於這種溢出造成的系統不穩定性，需要增加定點運算的 精度，這就會增加資源的消耗。第二、UR濾波器的相位非線性問題，如果相位的非線性過於嚴重將導致基站的前 向信號相位失真過大，對於IIR濾波器的使用必須解決其非線性相位的問題。目前業界對於非線性相位的解決方案會引起嚴重的幅度失真和計算的高度複雜性。

發明內容
本發明實施例提供了一種應用於高性能數字中頻結構中的濾波系統及其方法，以 解決現有技術中資源的消耗大和系統不穩定的問題，具體技術方案如下一種濾波系統，包括基帶信號復用單元，用於接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到 復用後的信號並輸出；子帶濾波器組，用於接收復用後的信號，對所述復用後的信號進行頻段濾波處理， 得到距離通帶較遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號並輸出；HR濾波器，用於接收距離通帶較遠的第一信號，對所述距離通帶較遠的第一信號 進行FIR濾波處理，得到第一線性相位的信號並輸出；UR濾波器，用於接收距離通帶較近的第二信號，對所述距離通帶較近的第二信號 進行復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號並輸出；第一相位補償延遲單元，用於接收第一線性相位的信號，對所述第一線性相位的 信號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號並輸出；第二相位補償延遲單元，用於接收第二線性相位的信號，對所述第二線性相位的 信號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第二信號並輸出；頻段合成單元，用於接收所述經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第 二信號，對所述經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號進行合成處理， 得到輸出的信號；其中，HR濾波器和IIR濾波器的插值倍數相同。一種濾波方法，包括接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到復用後的信號並輸出；接收復用後的信號，對所述復用後的信號進行頻段濾波處理，得到距離通帶較遠 的第一信號和距離通帶較近的第二信號並輸出；接收距離通帶較遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號，對所述距離通帶較遠 的第一信號進行HR濾波處理，得到第一線性相位的信號並輸出，對所述距離通帶較近的 第二信號進行復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號並輸出；接收第一線性相位的信號和第二線性相位的信號，對所述第一線性相位的信號和 所述第二線性相位的信號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號和經延遲補 償處理的第二信號並輸出；接收所述經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號，對所述經延 遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號進行合成處理，得到輸出的信號；其中，HR濾波器和UR濾波器的插值倍數相同在本發明實施例中，通過對基帶信號進行復用處理，可以減少資源的消耗；通過頻 段的劃分，減小了輸入到UR濾波器的信號幅度，解決了 UR濾波器由於其無限衝擊響應性 質，導致當用定點數運算時，有限精度效應可能導致的溢出問題，同時，解決了使用HR濾 波器所帶來的非線性相位問題，有利於提高系統的穩定性和實用性。


圖1是本發明實施例提供的濾波系統的結構圖。圖2是本發明實施例提供的濾波系統的詳細結構圖。圖3是本發明實施例提供的濾波方法的流程圖。
具體實施例方式本發明的核心思想在於通過使用基帶信號復用單元對信號進行復用處理，可以 減少資源的消耗；通過頻段的劃分，減小了輸入到IIR濾波器的信號幅度，解決了 HR濾波 器由於其無限衝擊響應性質，導致當用定點數運算時，有限精度效應可能導致的溢出問題， 同時，解決了使用HR濾波器所帶來的非線性相位問題，有利於提高系統的穩定性和實用 性。下面結合附圖及優選實施方式對本發明技術方案進行詳細說明。本發明實施例提供了應用於高性能數字中頻結構中的濾波系統，如圖1所示，包 括基帶信號復用單元，用於接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到 復用後的信號並輸出；子帶濾波器組，用於接收復用後的信號，對該復用後的信號進行頻段濾波處理，得 到距離通帶較遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號並輸出；HR濾波器，用於接收距離通帶較遠的第一信號，對該距離通帶較遠的第一信號進 行FIR濾波處理，得到第一線性相位的信號並輸出；UR濾波器，用於接收距離通帶較近的第二信號，對該距離通帶較近的第二信號進 行復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號並輸出；第一相位補償延遲單元，用於接收第一線性相位的信號，對該第一線性相位的信 號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號並輸出；第二相位補償延遲單元，用於接收第二線性相位的信號，對該第二線性相位的信 號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第二信號並輸出
頻段合成單元，用於接收該經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二 信號，對該經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號進行合成處理，得到 輸出的信號；其中，HR濾波器和UR濾波器的插值倍數相同。進一步地，該距離通帶較遠為信號的上邊界小於輸入信號的通帶的二分之一。進一步地，該距離通帶較近為信號的上邊界大於輸入信號的通帶的二分之一。進一步地，優選地，該IIR濾波器為HR橢圓濾波器。下面通過一個具體的示例對本發明實施例進行詳細的描述，但該示例並不構成對 本發明保護範圍的限制。具體地本發明實施例提供了一種應用於高性能數字中頻結構中的濾波系統，如圖2所 示，包括基帶信號復用單元，用於接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到復用後的信號並輸出；具體地，當前的基站多面向多載波多扇區應用，基帶信號源的數量較多，對於使用 可編程器件實現的前向數字中頻結構，該基帶信號復用單元將基帶信號復用到可編程器件 的上限工作頻率，可以減少後續的資源使用，降低成本。低頻段子帶濾波器，用於接收復用後的信號，對復用後的信號進行低頻段濾波處 理，得到低頻段的信號並輸出；中頻段子帶濾波器，用於接收復用後的信號，對復用後的信號進行中頻段濾波處 理，得到中頻段的信號並輸出；高頻段子帶濾波器，用於接收復用後的信號，對復用後的信號進行高頻段濾波處 理，得到高頻段的信號並輸出；具體地，低頻段子帶濾波器、中頻段子帶濾波器和高頻段子帶濾波器可以組成一 參數可調子的帶濾波器組。如前所述，當使用HR濾波器時存在兩個缺點即定點數運算 時，有限精度效應可能導致其溢出；相位的非線性導致系統的相位失真嚴重。為解決這兩 個問題引入低頻段子帶濾波器、中頻段子帶濾波器和高頻段子帶濾波器組成的參數可調子 帶濾波器組。子帶濾波器組的參數可調以適應不同類型的HR濾波器要求，以該系統選用 的UR橢圓濾波器為例，首先設計12階UR橢圓濾波器，易見其相頻特性呈現非線性特點， 但根據其相位特性，在濾波器通帶內的頻率的兩端，相位的線性度較好，隨著頻率向同頻帶 的中點，其相位的非線性越嚴重，由這一特性可以得到，當要使用HR橢圓濾波器進行濾波 時，濾波器濾波的信號能量集中在HR橢圓濾波器的頻率高低兩端時，濾波後信號的線性 度越高；同時，易見所濾波信號的帶寬越窄，相位的線性度越好。因此，採用可完全重建的子 帶濾波器組第一、設計低頻段子帶濾波器的頻率響應為H(e>)，則與低頻段子帶濾波器呈 背對背關係的濾波器頻域響應為H1(Z) = I-Htl(Z),進而可以得到時域響應為h = δ (n)-hQ(n)，其中，δ (η)為單位脈衝信號。第二、設計高頻段子帶濾波器頻域響應為吐(eJw)。第三，中頻段子帶濾波器的頻域響應為H3 (eJw) = H1 (eJw) -H2 (eJw)，進而時域響應為 h3 (η) = Ii1 (η) _h2 (η)。通過以上過程，即可設計出可劃分出3個頻段的子帶濾波器，將前向的復用輸出 的基帶信號進行頻段劃分，不同的應用可採用不同的劃分方法，本實施例中，優選地，可以 將將基帶信號劃分為3個頻段，即通帶較寬的低頻段以及通帶較窄的中頻和高頻段。FIR濾波器，用於接收低頻段的信號，對所述低頻段的信號進行FIR濾波處理，得 到第一線性相位的信號並輸出；具體地，參數可調子帶濾波器組中低頻段子帶濾波器輸出的低頻段信號由於其原 理混疊區，對過渡帶的要求較低，可將其通過階數較少的線性相位HR濾波器。在本實施例 中，HR濾波器可以選用5倍插值的HR濾波器，但本發明的保護範圍並不限於此。UR濾波器，用於接收中頻段的信號和高頻段的信號，對所述中頻段的信號和高頻 段的信號進行復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號並輸出；優選地，UR濾波器為UR橢圓濾波器。具體地，參數可調子帶濾波器組的中頻段 子帶濾波器輸出的中頻段信號，由於其較靠近中頻點，相位的非線性較為嚴重，該頻段的濾波器通帶在三段中最窄，並由於其靠近混疊區，可以將其通過復用5倍插值UR橢圓濾波器。參數可調子帶濾波器組的高頻段子帶濾波器輸出的高頻段信號由於其最為靠近 混疊區，為保證整個系統的過渡帶性能達到高階HR濾波器的要求，將其通入復用5倍插值 HR橢圓濾波器。需要說明的是，參數可調子帶濾波器組，通過劃分出不同的頻段，將前向的基帶信 號劃分為不同的線性相位區間，在低頻段，由於所劃分出的信號遠離混疊區，對過渡帶的要 求較低，可對其使用低階的線性相位的HR插值濾波器，保證其通帶平坦度和阻帶抑制度 即可。對於中高頻段的輸出信號，由於其靠近混疊區，為保證整個系統的過渡帶性能達到高 階FIR濾波器的性能，需對其復用UR橢圓濾波器，這樣就保證了系統的過渡帶性能。需要說明的是，FIR濾波器和IIR濾波器的插值倍數相同。第一相位補償延遲單元，用於接收第一線性相位的信號，對所述第一線性相位的 信號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號並輸出；第二相位補償延遲單元，用於接收第二線性相位的信號，對所述第二線性相位的 信號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第二信號並輸出；具體地，對於由UR橢圓濾波器和HR濾波器輸出的不同頻段劃分的信號，由於其 相頻特性不同，信號經過濾波器的群延遲不同，為了使系統最後的輸出信號的性能近似線 性相位的特性，需對不同頻段的信號進行相應的延遲處理，以達到最後輸出的信號群延遲 相同，進而達到系統輸出的信號達到線性相位目的。至於如何對信號進行延遲補償處理，因 屬於本領域公知技術，在此不再贅述。頻段合成單元，用於接收所述第一信號和第二信號，對所述第一信號和第二信號 進行合成處理，得到輸出的信號；具體地，由於子帶濾波器組中各個濾波器之間為完全重建型，可通過最後的頻段 合成單元將所劃分的頻段信號無失真重建。該系統在使用相同的基帶信號情況下，輸出的信號幅度，和採用621階等波紋濾 波器濾波輸出的幅度譜相比較，可見本實施例的所設計的系統的處理結果與採用621階等 波紋HR濾波器的處理結果相比，在過渡帶、鄰道鏡像抑制通帶波動上的性能相當。比較該 系統處理的輸出信號的時域截取圖形，採用621階的HR濾波器的輸出信號的相同時間段 時域截取圖形，和直接採用12階橢圓濾波器取代621階的HR濾波器的輸出信號的時域截 取圖形可以得出，該系統處理的輸出信號與經過621階線性相位FIR濾波器處理後的輸出 信號時域上基本相同，而易見直接採用12階UR橢圓濾波器濾波後的輸出信號由於UR濾 波器的非線性相位特性，導致其時域波形與621階線性相位的HR濾波器處理後的輸出信 號相比發生明顯的失真，這說明該系統的處理近似逼近線性相位的特性。301，接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到復用後的信號並輸 出；302，接收復用後的信號，對該復用後的信號進行頻段濾波處理，得到距離通帶較 遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號並輸出；303，接收距離通帶較遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號，對該距離通帶較 遠的第一信號進行FIR濾波處理，得到第一線性相位的信號並輸出，對該距離通帶較近的第二信號進行復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號並輸出；304，接收第一線性相位的信號和第二線性相位的信號，對該第一線性相位的信號 進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號並輸出，對該第二線性相位的信號進 行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第二信號並輸出；305，接收該經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號，對該經延 遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號進行合成處理，得到輸出的信號；其中，HR濾波器和UR濾波器的插值倍數相同。進一步地，該距離通帶較遠為信號的上邊界小於輸入信號的通帶的二分之一。進一步地，該距離通帶較近為信號的上邊界大於輸入信號的通帶的二分之一。在本發明實施例中，通過對基帶信號進行復用處理，可以減少資源的消耗；通過頻 段的劃分，減小了輸入到UR濾波器的信號幅度，解決了 UR濾波器由於其無限衝擊響應性 質，導致當用定點數運算時，有限精度效應可能導致的溢出問題，同時，解決了使用HR濾 波器所帶來的非線性相位問題，有利於提高系統的穩定性和實用性。最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參 照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明 進行修改、更改或者等同替換，而不脫離本發明和權利要求的精神和範圍。
權利要求
1.一種濾波系統，其特徵在於，包括基帶信號復用單元，用於接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到復用 後的信號並輸出；子帶濾波器組，用於接收復用後的信號，對所述復用後的信號進行頻段濾波處理，得到 距離通帶較遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號並輸出；HR濾波器，用於接收距離通帶較遠的第一信號，對所述距離通帶較遠的第一信號進行 FIR濾波處理，得到第一線性相位的信號並輸出；UR濾波器，用於接收距離通帶較近的第二信號，對所述距離通帶較近的第二信號進行 復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號並輸出；第一相位補償延遲單元，用於接收第一線性相位的信號，對所述第一線性相位的信號 進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號並輸出；第二相位補償延遲單元，用於接收第二線性相位的信號，對所述第二線性相位的信號 進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第二信號並輸出；頻段合成單元，用於接收所述經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信 號，對所述經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號進行合成處理，得到 輸出的信號；其中，HR濾波器和UR濾波器的插值倍數相同。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述距離通帶較遠為信號的上邊界小於輸 入信號的通帶的二分之一。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述距離通帶較近為信號的上邊界大於輸 入信號的通帶的二分之一。
4.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述IIR濾波器為HR橢圓濾波器。
5.一種濾波方法，其特徵在於，包括接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到復用後的信號並輸出； 接收復用後的信號，對所述復用後的信號進行頻段濾波處理，得到距離通帶較遠的第 一信號和距離通帶較近的第二信號並輸出；接收距離通帶較遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號，對所述距離通帶較遠的第 一信號進行FIR濾波處理，得到第一線性相位的信號並輸出，對所述距離通帶較近的第二 信號進行復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號並輸出；接收第一線性相位的信號和第二線性相位的信號，對所述第一線性相位的信號和所述 第二線性相位的信號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處 理的第二信號並輸出；接收所述經延遲補償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號，對所述經延遲補 償處理的第一信號和經延遲補償處理的第二信號進行合成處理，得到輸出的信號； 其中，HR濾波器和UR濾波器的插值倍數相同。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述距離通帶較遠為信號的上邊界小於輸 入信號的通帶的二分之一。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述距離通帶較近為信號的上邊界大於輸 入信號的通帶的二分之一。
全文摘要
本發明公開了一種濾波系統及其方法，屬於數字通訊領域。該系統包括接收輸入的基帶信號，並對基帶信號進行復用處理，得到復用後的信號；對復用後的信號進行頻段濾波處理，得到距離通帶較遠的第一信號和距離通帶較近的第二信號；對距離通帶較遠的第一信號進行FIR濾波處理，得到第一線性相位的信號，對距離通帶較近的第二信號進行復用和濾波處理，得到第二線性相位的信號；對第一、第二線性相位的信號進行延遲補償處理，得到經延遲補償處理的第一信號和第二信號；對經延遲補償處理的第一信號和第二信號進行合成處理，得到輸出信號；其中，FIR濾波器和IIR濾波器的插值倍數相同。本發明可以解決資源的消耗大和系統不穩定的問題。
文檔編號H04L25/03GK102118330SQ20091021589
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者金琦 申請人:中興通訊股份有限公司