[发明专利]低复杂度的宽带信号数字选频方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带信号的数字选频方法，确切地说，涉及一种在通信系统中用并行结构实现低通滤波器以及利用希尔伯特变换去除对正交支路数据处理的低复杂度的宽带信号数字选频方法，属于通信系统的数字选频技术领域。

背景技术

参见图1，介绍传统的数字选频方法，其信号处理过程主要包括：接收、选频和发送三个部分，其中接收和发送部分具有对称的结构。

由于通信系统中的天线接收和发送的信号都在极高的频带上，很难对其直接进行处理。因此通常要对其进行下变频操作，将信号由较高的频带搬移到较低的频带，以便利对信号的分析与处理。图1中的接收和发送两个部分就用于实现这个功能。天线接收到模拟信号后，首先将其在模拟域下变频到中频，在图1中即为乘以cos(w₁t)；其中，w₁为需要下变频到中频的频率差值，其数值的选取取决于具体采用的器件。接着，利用中频滤波滤出所需的信号，对其进行AD采样得到数字信号W。随后，对信号W进行下变频操作，使信号频谱搬移到零频附近而得到信号U，再对其进行选频操作得到信号V。最后，要对数字信号V进行上变频以及DA变换后，才能通过天线进行发送。在图1中，发送部分的操作即为接收部分的反操作。

参见图2，介绍图1中的选频模块的信号处理过程：假设输入信号U为具有四载波的多载波信号，U的频谱如图3(a)所示，其中，每个子载波的中心频点分别位于f_a、f_b、f_c和f_d。再假设希望选频模块从中选出两个子载波，即子载波(a)和子载波(c)，则可以对应得到所需提取的子载波的个数为2，即图2中m＝2，并且，f₁＝f_a，f₂＝f_c。

以子载波(c)的提取为例。对信号U乘以后，得到的信号A，所对应的频谱如图3(b)所示。随后，对信号A的I路数据和Q路数据(分别为信号的同相分量和正交分量)分别进行下采样和低通滤波，滤出子载波(c)对应的频带，得到信号C₁和C₂。然后，对C₁和C₂分别进行上采样和累加后，得到信号D，其频谱如图3(c)所示。再对信号D乘以，使该子载波恢复到原来的频带处，得到的信号V₂的频谱如图3(d)所示。类似地，在另一条支路对子载波(a)进行提取，就能够利用图2的选频方法，成功提取出所需的子载波信号V(如图3(e)所示)。

同样地，如果需要提取三个子载波：子载波(a)、子载波(b)和子载波(d)，就设定图2中的m＝3，并且，f₁＝f_a，f₂＝f_b，f₃＝f_d。

由上述过程可以看出，如果需要提取出m个子载波，就需要m个I/Q路并行分支。以GSM系统为例，目前的应用为最多提取32个子载波，且对I路和Q路的处理又是分别进行的，因而，总共有32×2＝64个并行分支(注：此处的每个并行分支都要包括图2中的下采样、低通滤波和上采样三个操作)。

参见图1可以看出，在传统选频方法中，存在两处复杂度较高的操作。一是在选频模块中，大部分的操作都必须对I路数据和Q路数据分别进行，因此，基带滤波、下采样和上采样等操作的计算量都是双倍的。另一是在图2的传统选频方法中，假设下采样模块前后的数据采样率分别为v₁和v₂。为保证时延需求，下采样后的信号速率不能太低，这会导致低通滤波器输入信号的过渡带宽相比采样率会很小。因此，在对输入信号进行低通滤波时，需要很高阶数的低通滤波器才能够正确滤出信号。这样就会导致硬件实现时，低通滤波器的实现逻辑非常复杂。