本发明涉及通信技术领域，更具体的说，涉及一种信号处理方法及装置。
背景技术：
窄带物联网NB-IOT是目前物联网众多标准技术当中最热门、最被看好的一项技术，可以说这是一个前景广阔的全新技术领域。
如今，在具体的NB-IOT使用场景中，下行的接收设备的使用率远多于发射设备，在接收设备中，现有的NB-IOT接收方案主要侧重于基带信号同步、小区搜索等信号处理部分，不涉及天线接收之后的数字中频滤波部分。
因此，亟需一种能够实现数字中频滤波的方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种信号处理方法及装置，以解决没有能够实现数字中频滤波的方法的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种信号处理装置，包括：
模数转换模块，用于将天线接收的中频信号进行模数转换，得到数字信号；
数字中频处理模块，用于对所述数字信号进行初步数字中频滤波和速率匹配得到中间信号，将所述中间信号进行二次数字中频滤波和速率匹配得到处理后的信号；其中，所述处理后的信号用于发送至数字信号处理DSP处理模块；
增益控制模块，用于根据所述中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制。
优选地，所述数字中频处理模块包括：
混频器，用于对所述数字信号进行变频处理，得到两路正交基带信号；
第一抽取滤波器，用于对每路正交基带信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到两路第一速率信号；其中，两路所述第一速率信号为所述中间信号；
第二抽取滤波器，用于对每路所述第一速率信号进行八倍抽取以及滤波处理，得到两路第二速率信号；
成形滤波器，用于对每路所述第二速率信号进行杂散噪声滤波处理，得到两路滤波后的第二速率信号；
第三抽取滤波器，用于对每路所述滤波后的第二速率信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到所述处理后的信号。
优选地，还包括：
模式配置模块，用于根据外接设备输入的设备参数，对所述混频器、所述第一抽取滤波器、所述第二抽取滤波器、所述成形滤波器、所述第三抽取滤波器以及所述增益控制模块的参数进行设置。
优选地，所述增益控制模块用于根据所述数字中频处理模块在进行滤波和速率匹配的过程中得到的中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制时，具体用于：
将所述中间信号以及所述数字信号分别与相应的参考功率作比较，根据比较结果确定所述中频信号的增益值，根据所述增益值对所述中频信号进行增益控制。
一种信号处理方法，包括：
模数转换模块将天线接收的中频信号进行模数转换，得到数字信号；
数字中频处理模块对所述数字信号进行初步数字中频滤波和速率匹配得到中间信号，将所述中间信号进行二次数字中频滤波和速率匹配得到处理后的信号；其中，所述处理后的信号用于发送至数字信号处理DSP处理模块；
增益控制模块根据所述中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制。
优选地，所述数字中频处理模块对所述数字信号进行数字中频滤波和速率匹配，得到处理后的信号，包括：
混频器对所述数字信号进行变频处理，得到两路正交基带信号；
第一抽取滤波器对每路正交基带信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到两路第一速率信号；其中，两路所述第一速率信号为所述中间信号；
第二抽取滤波器对每路所述第一速率信号进行八倍抽取以及滤波处理，得到两路第二速率信号；
成形滤波器对每路所述第二速率信号进行杂散噪声滤波处理，得到两路滤波后的第二速率信号；
第三抽取滤波器对每路所述滤波后的第二速率信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到所述处理后的信号。
优选地，还包括：
模式配置模块根据外接设备输入的设备参数，对所述混频器、所述第一抽取滤波器、所述第二抽取滤波器、所述成形滤波器、所述第三抽取滤波器以及所述增益控制模块的参数进行设置。
优选地，增益控制模块根据所述数字中频处理模块在进行滤波和速率匹配的过程中得到的中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制，包括：
将所述中间信号以及所述数字信号分别与相应的参考功率作比较，根据比较结果确定所述中频信号的增益值，根据所述增益值对所述中频信号进行增益控制。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种信号处理方法及装置，本发明中模数转换模块将天线接收的中频信号进行模数转换，得到数字信号，数字中频处理模块对所述数字信号进行滤波和速率匹配，得到处理后的信号，将所述处理后的信号发送至DSP处理模块，即本发明中能够实现数字中频滤波，解决了现有技术中没有数字中频滤波的方法的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种信号处理装置的结构示意图；
图2为本发明提供的另一种信号处理装置的结构示意图；
图3为本发明提供的一种数字中频处理模块的结构示意图；
图4为本发明提供的一种时隙结构图的结构示意图；
图5为本发明提供的一种增益控制模块的结构示意图；
图6为本发明提供的一种信号处理方法的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种信号处理装置，参照图1，可以包括：
模数转换模块101，用于将天线接收的中频信号进行模数转换，得到数字信号；
数字中频处理模块102，用于对所述数字信号进行初步数字中频滤波和速率匹配得到中间信号，将所述中间信号进行二次数字中频滤波和速率匹配得到处理后的信号；其中，所述处理后的信号用于发送至数字信号处理DSP处理模块；
增益控制模块103，用于根据所述中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制。
本实施例中，参照图2，各个模块的工作过程可以为：
经过天线进入模数转换模块101的140MHz中频信号首先经过模数转换模块101进行数模转换，将模拟信号转换为61.44Msps的数字信号，其信号中心频点在17.12MHz。其中，模数转换模块可以为AD模数转换模块。
模数转换模块101输出信号传递给数字中频处理模块102，对所述数字信号进行数字中频滤波和速率匹配，得到处理后的信号，即得到1.92Msps数字信号。同时模数转换模块101输出61.44Msps数字信号传递给增益控制模块103进行AGC自动增益控制处理操作。其中，增益控制模块可以为自动增益控制AGC自动增益控制模块。
数字中频处理模块102将处理后的1.92Msps数字信号通过SRIO串行接口模块105被送入数字信号处理DSP处理模块106中进行后续的同步解调等后续处理，同时数字中频处理模块102在处理中分出一路30.72Msps采样数据I/Q(基带信号)，即中间信号，传递给增益控制模块103进行AGC自动增益控制处理操作。
增益控制模块103主要在设计中起到对输入的中频信号的增益进行自动控制，通过计算中频信号的增益值，与参考值进行比对，进行环路反馈调整，从而调整模数转换模块前端的可变增益放大器VGA以及数控衰减器DATT，线性调整输入信号的增益，达到可以快速捕获信号的目的。
本实施例中数字中频处理模块102、增益控制模块103、SRIO串行接口模块105都是基于现场可编程门阵列FPGA实现的。模数转换模块101、DSP处理模块106为专有芯片实现。SRIO串行接口模块105是FPGA与DSP处理模块106进行数据传送的接口模块，经过数字中频处理模块102处理完成处理后的信号，如1.92Msps数据速率NB-IOT信号通过SRIO串行接口模块105传送给DSP处理模块105进行后续的数字信号处理操作。同时DSP处理模块105对FPGA的相应配置也会通过SRIO串行接口模块105传送给FPGA。
需要说明的是，图2中的模式配置模块104在下述内容中进行详细介绍。
本实施例中，模数转换模块将天线接收的中频信号进行模数转换，得到数字信号，数字中频处理模块对所述数字信号进行滤波和速率匹配，得到处理后的信号，将所述处理后的信号发送至DSP处理模块，即本发明中能够实现数字中频滤波，解决了现有技术中没有数字中频滤波的方法的问题。
可选的，在上一个实施例的基础上，所述数字中频处理模块102包括：
混频器，用于对所述数字信号进行变频处理，得到两路正交基带信号；
第一抽取滤波器，用于对每路正交基带信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到两路第一速率信号；其中，两路所述第一速率信号为所述中间信号；
第二抽取滤波器，用于对每路所述第一速率信号进行八倍抽取以及滤波处理，得到两路第二速率信号；
成形滤波器，用于对每路所述第二速率信号进行杂散噪声滤波处理，得到两路滤波后的第二速率信号；
第三抽取滤波器，用于对每路所述滤波后的第二速率信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到所述处理后的信号。
其中，第一抽取滤波器可以为FIR2倍抽取滤波器，第二抽取滤波器可以为积分器梳状滤波器CIC 8倍抽取滤波器。成形滤波器可以为FIR成形滤波器，第三抽取滤波器可以为FIR 2倍抽取整形滤波器。
本实施例中，参照图3，各个模块的工作过程可以为：
首先经过模数转换模块的61.44MspsI/Q数字信号经过混频器，即图2中的数字控制振荡器NCO 1021，进行数字下变频，将数字信号由中心频点在17.12MHz搬移到零中频，同时分离出I/Q两路正交基带信号，即61.44Msps采样数据(基带信号)。
由于NB-IOT协议规定NB-IOT信号的带宽为180KHz，加上20KHz的保护间隔带宽，共200KHz，所以最终设计要求滤波器滤除带外噪声，得到200KHz有效带宽NB-IOT数字信号。两路正交基带信号经过第一抽取滤波器，即图中的第一级FIR 2倍抽取滤波器1022，将61.44Msps采样数据进行2倍抽取，从而得到30.72Msps采样数据I/O(基带信号)，即第二速率信号。此时，FIR 2倍抽取滤波器1022设置为低通滤波器，通带频率Fpass＝1MHz，阻带频率Fstop＝2.5MHz，幅度衰减40db，经过实际测试，这样做既可以满足滤波要求，同时使用的FPGA中的DSP48E资源也是最合理的。通过此设置，初步滤除了NB-IOT信号的带外噪声，同时兼顾了设备的资源利用，降低了实现的难度和设备的成本。
将两路第二速率信号，即所述30.72Msps采样数据I/O(基带信号)传递给第二级积分器梳状滤波器CIC 8倍抽取滤波器1023进行8倍抽取，同时分出一路传递给增益控制模块103，作为自动增益控制的一个依据。经过CIC 8倍抽取后的数据速率为3.84Msps，即得到两路第二速率信号。
将CIC 8倍抽取滤波器1023中所述3.84Msps采样数据I/O(基带信号)传递给成形滤波器，即图中的第三级FIR成形滤波器1024，FIR成形滤波器设置为低通滤波器，经过第三级FIR成形滤波器后的数据速率没有改变，依旧是3.84Msps。但是进一步滤除了杂散噪声，提高信号的信噪比，得到了两路滤波后的第二速率信号。
FIR成形滤波器1024输出的3.84Msps采样数据I/O(基带信号)传递给第三抽取滤波器，即图中的最后一级FIR 2倍抽取整形滤波器1025，进行2倍抽取滤波操作，得到最终1.92Msps采样数据I/O(基带信号)，即处理后的信号。此信号作为后续DSP数字信号处理的依据。此FIR 2倍抽取整形滤波器1025设置为低通滤波器，通带频率Fpass＝100KHz，阻带频率Fstop＝150KHz，幅度衰减20db，经过实际测试，此时既可以满足最后一级将完整的NB-IOT有效信号滤波干净，同时资源消耗也较小。
需要说明的是，本实施例中将最终的处理后的信号设置为1.92Msps采样数据I/O(基带信号)的原因是：
从上述内容可以看出，信号速率由61.44Msps变为1.92Msps(这里所有数据速率均指的是I/Q单路数据速率，合路数据速率计算需要乘2)，数据速率缩减32倍，这是由NB-IOT协议本身数据格式所决定的。由于NB-IOT下行采用OFDM(正交频分复用)技术，为了克服OFDM所特有的符号间干扰，所以引入了CP(循环前缀)的概念。CP的长度与覆盖半径有关，一般情况下配置普通CP即可，NB-IOT系统中采用普通CP，15KHz子载波间隔，其传输控制协议TCP＝160′Ts(OFDM symbol(数据符号)#0),TCP＝144′Ts(OFDM symbol(数据符号)#1to#6)。此时一个slot(0.5ms)内有7个symbol(数据符号)。所述时隙结构如图4所示。其中时间单位Ts＝1/(2048*15000)＝1/30720000s。
图4为NB-IOT普通循环前缀(normal CP)时隙结构图。时隙结构图采用普通CP的方式。
由于后续DSP处理需要数据的原则是：
1、由采样定理得到，采样数据速率要大于2倍的带宽，防止信号发生混叠，即NB-IOT信号采样速率要大于200KHz；
2、最终的数据采样速率要尽可能保持与时钟(122.88MHz)的整数倍关系，以便于在信号处理上的分频倍频，抽取滤波等操作，降低整体资源的消耗，保证信号的可靠性；
3、尽可能低的数据速率，便于后续DSP对数据进行分析处理，降低整体运算量。
由以上三点可以得知，取160/2048/144三个时隙长度的最大公约数为32，即在信号处理上将信号的数据速率降为输入61.44Msps数字信号的1/32，数据速率就是上述最终要求的1.92Msps。通过4级滤波器的抽取滤波等操作，将信号数据速率变为1.92Msps，时隙结构由160/2048/144采样个数变为10/64/9，总时隙长度不变，达到了NB-IOT协议要求及设备处理要求。
可选的，在本实施例的基础上，还包括：
模式配置模块，用于根据外接设备输入的设备参数，对所述混频器、所述第一抽取滤波器、所述第二抽取滤波器、所述成形滤波器、所述第三抽取滤波器以及所述增益控制模块的参数进行设置。其中，外接设备可以是上位机。
模式配置模块104可以是基于现场可编程门阵列FPGA实现的。
模式配置模块104的作用是扩大设备用途，兼容以往模式，从而降低设备成本，提高设备利用率。该模块通过控制数字中频滤波模块102及自动增益控制模块103，达到相应模式的切换。
各个滤波器的参数是通过模式配置模块104进行配置的。具体的，模式配置模块可以根据上位机的指令接收来自SRIO串行接口模块的控制信号，进而通过控制以上滤波器及混频器达到多模式可配置的功能。在FPGA中，通过预先储存好多个模式的滤波器参数文件，在滤波器设置过程中加入控制指令信号，达到多个参数文件可切换选择，从而实现多个模式下不同滤波器参数的切换与选择，提高系统的利用率。
此外，模式配置模块还能够实现增益控制模块的参数配置。
本实施例中，经过多级滤波器实现了滤波和速率匹配的目的，同时提高了NB-IOT信号处理的可靠性，同时兼顾了FPGA的资源消耗，降低了开发成本以及难度。
另外，设计了模式配置模块，可以通过上位机进行模式切换，保证NB-IOT窄带物联网下行接收设备需要与之前的通信制式相兼容，提高了系统的利用率，降低了总体成本。
可选的，在图1对应的实施例的基础上，增益控制模块用于根据所述数字中频处理模块在进行滤波和速率匹配的过程中得到的中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制时，具体用于：
将所述中间信号以及所述数字信号分别与相应的参考功率作比较，根据比较结果确定所述中频信号的增益值，根据所述增益值对所述中频信号进行增益控制。
具体的，参照图5，可变增益放大器VGA的增益控制通过由VGA 1033、模数转换模块101、数字中频处理模块102、功率检测模块1034、滤波模块1035、线性校正模块1036和限幅模块1037组成的反馈环路实现。功率检测模块1034检测计算出来自模数转换模块101的61.44Msps数字信号和数字中频处理模块102输出的30.72Msps采样数据，与设置的参考功率相比较，结果作为反馈量，进入到反馈环路，最终通过限幅模块1037进行限幅。由于可变增益放大器VGA的增益范围是受限的，所以它的增益边界确定了限幅模块的上下边界。
数控衰减器DATT 1031的增益控制是在可变增益放大器VGA 1033反馈环路基础上加上数控衰减器DATT 1031、模拟下变频器1032、施密特选择器1038组成,对于超出VGA增益边界的信号，通过施密特选择器1038的增益补偿机制控制数控衰减器DATT 1031的输出，使环路的稳态和暂态响应不受影响，无线信号在模数转换模块101前达到较高的电平。通过施密特选择器1038的适当设置,可使得数控衰减器DATT 1031的增益控制范围小于可变增益放大器VGA1033的增益控制范围,从而避免了环路的振荡,保证了系统的稳定性。
可变增益放大器VGA 1033的增益与控制电平成指数关系，线性校正模块1036，对这种非线性增益调整，进行线性化校正。具体方法是，在环路中引入指数运算的逆运算，即对数运算，从而实现增益的线性控制。
本实施例中，本系统增加了结合数字中频处理模块的AGC自动增益控制功能，能够解决在NB-IOT窄带物联网环境下，多小区快速切换造成射频增益控制存在滞后或切换不及时的问题，从而提高了系统的可靠性与稳定性。
可选的，在上述信号处理装置的实施例的基础上，本发明的另一实施
提供了一种信号处理方法，其特征在于，包括：
S11、模数转换模块将天线接收的中频信号进行模数转换，得到数字信号；
S12、数字中频处理模块对所述数字信号进行初步数字中频滤波和速率匹配得到中间信号，将所述中间信号进行二次数字中频滤波和速率匹配得到处理后的信号；其中，所述处理后的信号用于发送至数字信号处理DSP处理模块；
S13、增益控制模块根据所述中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制。
本实施例中，模数转换模块将天线接收的中频信号进行模数转换，得到数字信号，数字中频处理模块对所述数字信号进行滤波和速率匹配，得到处理后的信号，将所述处理后的信号发送至DSP处理模块，即本发明中能够实现数字中频滤波，解决了现有技术中没有数字中频滤波的方法的问题。
需要说明的是，本实施例中的各个步骤的具体过程，请参照上述实施例中的相应说明，在此不再赘述。
可选的，在上一个的信号处理方法的实施例的基础上，所述数字中频处理模块对所述数字信号进行数字中频滤波和速率匹配，得到处理后的信号，包括：
混频器对所述数字信号进行变频处理，得到两路正交基带信号；
第一抽取滤波器对每路正交基带信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到两路第一速率信号；其中，两路所述第一速率信号为所述中间信号；
第二抽取滤波器对每路所述第一速率信号进行八倍抽取以及滤波处理，得到两路第二速率信号；
成形滤波器对每路所述第二速率信号进行杂散噪声滤波处理，得到两路滤波后的第二速率信号；
第三抽取滤波器对每路所述滤波后的第二速率信号进行二倍抽取以及滤波处理，得到所述处理后的信号。
进一步，还包括；
模式配置模块根据外接设备输入的设备参数，对所述混频器、所述第一抽取滤波器、所述第二抽取滤波器、所述成形滤波器、所述第三抽取滤波器以及所述增益控制模块的参数进行设置。
本实施例中，经过多级滤波器实现了滤波和速率匹配的目的，同时提高了NB-IOT信号处理的可靠性，同时兼顾了FPGA的资源消耗，降低了开发成本以及难度。
另外，设计了模式配置模块，可以通过上位机进行模式切换，保证NB-IOT窄带物联网下行接收设备需要与之前的通信制式相兼容，提高了系统的利用率，降低了总体成本。
需要说明的是，本实施例中的各个步骤的具体过程，请参照上述实施例中的相应说明，在此不再赘述。
可选的，在图6对应的信号处理方法的实施例的基础上，增益控制模块根据所述数字中频处理模块在进行滤波和速率匹配的过程中得到的中间信号以及所述数字信号，对所述中频信号进行环路增益控制，包括：
将所述中间信号以及所述数字信号分别与相应的参考功率作比较，根据比较结果确定所述中频信号的增益值，根据所述增益值对所述中频信号进行增益控制。
本实施例中，本系统增加了结合数字中频处理模块的AGC自动增益控制功能，能够解决在NB-IOT窄带物联网环境下，多小区快速切换造成射频增益控制存在滞后或切换不及时的问题，从而提高了系统的可靠性与稳定性。
需要说明的是，本实施例中的各个步骤的具体过程，请参照上述实施例中的相应说明，在此不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。