一种嵌入式变采样多项滤波方法
【技术领域】
[0001] 本发明所属通信信号处理领域，研究重点为基于软件无线电的多信道接收机制。
【背景技术】
[0002] 组网通信往往利用频分的方式来划分多个信道以提升系统容量。通信设备的入网 过程需要侦听并解调多个频道上的信号，这要求接收机具有多信道的处理能力。多信道接 收机的主要难题是需要对整个频段进行搜索监听，以确定在哪个信道上出现信号。如果按 常规的超外差接收机设计，进行逐信道移频滤波及信号解调，往往会遗漏或丢失部分信道 上的信号，即无法进行全概率信号截获。
[0003] 利用软件无线电手段对数字信号处理流程进行变形，可以获得一种基于多相滤波 器组的信道化接收机。国内以西安电子科技大学苏涛教授为代表的团队已在该领域做出证 明。该架构能有效的将数据流由串形处理转化为N通道的降采样并行处理，但其缺陷是信道 带宽和降采样后的采样率数值相等，这不利于后续的时间同步处理。
[0004] 为了改变多相滤波器组的输出速率，国外有学者提出嵌入式变采样多项滤波。该 类文献虽说明了变采样多项滤波的可行性，但并未在原理上对其进行阐述，也缺少具体的 工程实现方法。本发明在数字信号处理领域对嵌入式变采样多项滤波的可行性加以证明， 并给出工程上的具体实现方法。
【发明内容】
[0005] 要解决的技术问题
[0006] 相比传统变频加低通滤波的多通道接收机，多项滤波接收机由于将降采样提前， 并将滤波器划分为N通道多项滤波器组，因此能极大减小计算量。但由于降采样系数N和频 道数D在数值上相等，因此该多项滤波接收机的一个特点是单频道的采样率f s '在数值上等 于频道带宽Bd。工程上为了便于信号时间同步的恢复，最优采样率fS〇pt = 2Ba (BaS码元速 率）。因此若多项滤波接收机的f s ' = 2Ba，则要求Bd = 2Ba。对于常用的调相方式(BPSK、QPSK 等)经过升余弦滚降滤波后，要求的最小频道带宽为Bd = I. 2~1.5Ba。因此若按最优采样设 计系统会造成频道的浪费，而按最小频道带宽设计系统在时间同步恢复的过程中往往需要 引入复杂的插值算法。
[0007] 为了同时满足对采样率和频道带宽的要求需要改变fs'，其根本途径是改变数据 更新率。若要改变数据更新率则需要在数学推导和工程实现两个层面上对原有多项滤波接 收机构架进行改进。
[0008] 技术方案
[0009] 步骤1:对输入信号S(n)进行缓存得到D'个信号，所述的D'为输入缓存个数，D'与 系统频道数D、全通道系统的输入采样率fs、期望单通道输出采样率fs'的关系式:D/D' = fs/fs'，D'〈D;
[0010] 步骤2:将缓存后的D'个信号均乘以相移系数其中m为信 号输入的批次号，P是频道号pe[0，D-l];
[0011] 步骤3:将相移后的信号进行搬移，所述的搬移方法:输入更新D '个数据后，寄存器 的状态更新等效于将前一状态寄存器第1行到D-D'行所有列的数据搬移到第D'+l到D行所 有列，然后把将前一状态第D-D'+l行到第D行第1到n-1列的数据搬移到第1行到D'行第2到η 列，最后将更新的D'个数据放入第1列的1到D'行;其中η是多项滤波器单通道长度；
[0012] 步骤4:将搬移后的信号输入到多项滤波器组进行滤波；
[0013] 步骤5:对滤波后的信号进行旋转，旋转的周期为per_r = LCM( |D'_D|，D)/|D'_D|， 其中LCM为最小公倍数运算符；
[0014] 步骤6:对旋转后的信号进行离散傅里叶变换DFT输出。
[0015]有益效果
[0016]本发明提出的一种嵌入式变采样多项滤波方法，通过改变数据更新率，使信道带 宽和降采样后的采样率数值都能达到最优。
【附图说明】
[0017]图Ia和图Ib分别为D' =D时，原有多项滤波架构和本发明的多项滤波架构示意图。
[0018] 图2a和图2b为一次数据更新前后，多项滤波寄存器的前一状态和后一状态。
[0019] 图3为变采样多项滤波的工程实现方法示意图。
[0020] 图4为16频道系统中频示意图。
[0021 ]图5低通滤波器的幅频响应。
[0022] 图6&、613、6〇、6(1为16频道系统，点频信号出现在第5频道的传统变频滤波16倍降采 样、12倍降采样，多项滤波，变采样多项滤波(12倍降采样)处理后系统第5频道的输出频谱。
[0023] 图7a、7b、7c、7d为16频道系统，点频信号出现在第5频道的传统变频滤波16倍降采 样、12倍降采样，多项滤波，变采样多项滤波(12倍降采样)处理后系统第4频道的输出频谱。
【具体实施方式】
[0024]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0025] 本发明包括嵌入式变采样多项滤波的数学证明和工程实现方法两个方面，主要包 含如下几个部分：
[0026] (1)对嵌入式变采样多项滤波的可行性进行数学推导证明；
[0027] (2)变化原有多项滤波系统结构以便于变采样多项滤波的实现。
[0028] (3)滤波寄存器搬移方法。
[0029 ] (4)基于FFT前数据旋转的变采样多项滤波的工程实现方法。
[0030] 下面分别对各部分进行具体描述：
[0031] (1)对嵌入式变采样多项滤波的可行性进行数学推导证明
[0032] 令:S(n)为输入信号，为第k频道的移频系数，hLP(n)为低通滤波器，yk(m)为 第k频道的输出信号。则：
[0033]
(LI)
[0034] 式1.1中，D为系统的频道数。原有多项滤波取n = mD，则输出数据更新率为D。为了 改变输出数据率取n=mD+q，其中q为时变参数，根据输出数据要求改变q值，则η可取任意自 然数。
[0035] 定义：SP-q(m)=S(mD_p+q)，hp(m)=hLP(mD+p)，则：
[0036]
[0037] U.3)
[0038] 则:
( !.4)
[0039] 对于变采样系统而言q随m变化，若需求的降采样率为D'则q=m(D'-D)。
[0040] 则： (1.5)
[0041] 稻
为前相移系数，随m而变化。由于相位因子以231为 周期，令r = (D-1)D'/D则的周期为per_0 = LCM(r，2)/r(其中LCM为最小公倍数运算 符)。
[0042] (2)变化原有多项滤波系统结构以便于变采样多项滤波的实现
[0043] 由（1)中的推导可知，为了进行基于变采样的