專利名稱：多通道梳狀濾波器及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多通道梳狀濾波器及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
科技日新月異，由于數(shù)字系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，如今大部分的現(xiàn)代化設(shè)備都是使用數(shù)字系統(tǒng)進行信號處理。模擬信號需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能在數(shù)字系統(tǒng)進行處理和存儲。隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，通信用戶急劇增加，現(xiàn)代通訊協(xié)議中都采用了高速多載波處理技術(shù)，這就要求相應(yīng)的通信產(chǎn)品也具有高速多載波處理能力。數(shù)字濾波器廣泛用于各種通訊系統(tǒng)，如高清電視，智能手機，電纜調(diào)制等。在采用高動態(tài)范圍和高信噪比的過采樣Σ AADC應(yīng)用中，濾波器扮演了重要角色，如高端音視頻傳輸、WiMAX (全球微波互聯(lián)接入)接收等?？焖僭鲩L的高速率和高帶寬需求，使傳統(tǒng)的濾波器無法工作在高速的時鐘頻率系統(tǒng)中。例如2G系統(tǒng)中的Σ AADC采樣頻率需要達到200KHz，3G系統(tǒng)中的Σ Λ ADC采樣頻率需要達到4MHz，而LTE (Long Term Evolution)系統(tǒng)中的Σ Λ ADC采樣頻率需要達到40MHz以上，下一代的移動通信技術(shù)將對數(shù)字信號處理的性能提出更高的要求。梳狀濾波器是數(shù)字信號處理中經(jīng)常使用的一種濾波器，不需要乘法單元，存儲空間也低于其他FIR (Finite Impulse Response)濾波器,并且容易擴展,這些優(yōu)點都提高梳狀濾波器的實用性和研究價值。通帶衰減是梳狀濾波器的主要問題之一，通過增加梳狀濾波器的階數(shù)，可以銳化梳狀濾波器的通帶特性。對于傳統(tǒng)梳狀濾波器，每增加I階，將增加2個加法器，并且為了保持精度，相應(yīng)數(shù)據(jù)位寬也會增加，加法器的速度將下降，面積也將增大。梳狀濾波器在窄頻帶的低頻濾波器實現(xiàn)上有著較高的效率，其主要功能是消除頻譜上信號頻段以外的噪聲，以防止采樣后噪聲被混入信號頻段，常在降頻采樣(抽取)和升頻采樣(內(nèi)插)時通常用做首級濾波器。如圖1所示，在降頻采樣(抽取)中應(yīng)用，梳狀濾波器102緊跟在Σ AADCIOI后，作為第一級濾波器，后級使用的半帶濾波器103、104用于平滑梳狀濾波器通帶特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多通道梳狀濾波器及其實現(xiàn)方法，能夠工作在數(shù)百兆赫茲(MHz)到吉赫茲(GHz)的Σ AADC過采樣系統(tǒng)中，可以在進行加減運算前降低工作頻率，在不增加面積和復(fù)雜度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高速梳狀濾波器，同時可以支持多個通道的數(shù)據(jù)進行梳狀濾波。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:本發(fā)明之一的一種多通道梳狀濾波器的實現(xiàn)方法，包括下列步驟:步驟一，選擇階數(shù)為N，抽取因子為M的第一梳狀濾波器(201);Ν和M均為正整數(shù)；步驟二，將所述第一梳狀濾波器(201)分解為呈多相并列結(jié)構(gòu)的第二梳狀濾波器(301),該第二梳狀濾波器(301)包括Ml個第一子通路、Ml-1個第一延時寄存器(307)和第二加法器(308)，其中:每個第一子通路包括一個階數(shù)為N，抽取因子為M2的第一分量梳狀濾波器(309)，以及連接在第一分量梳狀濾波器(309 )輸入端的第二抽取器(306 )，該第二抽取器(306 )的抽取率為Ml ；通過在每兩個第一子通路的輸入端之間連接一個所述第一延時寄存器(307)，將各第一子通道的輸入端匯總成一個總輸入端；各第一子通路的輸出端連接所述第二加法器(308)；Ml和M2均為正整數(shù)；步驟三，針對每個第一分量梳狀濾波器(309)，在其的每個第二單級積分器中第三D觸發(fā)器(304)到第三加法器(302)的路徑上加入一個移位寄存器或者RAM存儲器；在其的每個第二單級梳狀器中第四D觸發(fā)器(304’)到第二減法器(303)的路徑上加入一個移位寄存器或者RAM存儲器。上述的多通道梳狀濾波器的實現(xiàn)方法，其中，所述實現(xiàn)方法還包括:步驟四，在各第一子通道的總輸入端連接一個多路選擇器。上述的多通道梳狀濾波器的實現(xiàn)方法，其中，所述M = P*M1*M2，P表示相關(guān)系數(shù)。本發(fā)明之二的一種多通道梳狀濾波器，包括第一多路選擇器(411)、Ml個第二子通路、Ml-1個第二延時寄存器(407)和第四加法器(408)，其中:每個第二子通路包括一個階數(shù)為N，抽取因子為M2的第二分量梳狀濾波器(410)，以及連接該第二分量梳狀濾波器(410)輸入端的第四抽取器(406)，該第四抽取器(406)的抽取率為Ml ；通過在每兩個第二子通路的輸入端之間連接一個所述第二延時寄存器(407)，將各第二子通道的輸入端匯總成一個總輸入端，該總輸入端連接所述第一多路選擇器(411)的輸出端；各第二子通路的輸出端連接所述第四加法器(408)；第二分量梳狀濾波器(410)包括依次連接的N級級聯(lián)的第三積分器、第五抽取器
(405)和N級級聯(lián)的第三梳狀器，其中:第五抽取器(305)的抽取率為M2 ；所述第三積分器的輸入端連接所述第四抽取器(406)的輸出端；所述第三梳狀器的輸出端連接第四加法器(408)；每個第三單級積分器包括第五加法器(402)和第五D觸發(fā)器(404)，以及第五D觸發(fā)器(404)到第五加法器(402)路徑上的第一移位寄存器或者第一 RAM存儲器(409)；每個第三單級梳狀器包括第三減法器(403)和第六D觸發(fā)器(404’)，以及第六D觸發(fā)器(404’ )到第三減法器(403)路徑上的第二移位寄存器或者第二 RAM存儲器(409’ )；N、Ml和M2均為正整數(shù)。上述的多通道梳狀濾波器，其中，所述N級級聯(lián)的第三積分器指:依次相接的N個第三單級積分器；所述N級級聯(lián)的第三梳狀器指:依次相接的N個第三單級梳狀器。 上述的多通道梳狀濾波器，其中，每個第三單級積分器中:第五加法器(402)的輸入端作為第三單級積分器的輸入端；第五加法器(402)的輸出端連接第五D觸發(fā)器(404);第五D觸發(fā)器(404)的輸出端作為第三單級積分器的輸出端，并通過第一移位寄存器或者第一 RAM存儲器(409)連接第五加法器(402)；每個第三單級梳狀器中:第六D觸發(fā)器(404’ )和第三減法器(403)各自的輸入端相連作為第三單級梳狀器的輸入端；第六D觸發(fā)器(404’)的輸出端通過第二移位寄存器或者第二 RAM存儲器(409 ’)連接第三減法器(403 )，第三減法器(403 )的輸出端作為第三單級梳狀器的輸出端。上述的多通道梳狀濾波器，其中，所述第一、第二移位寄存器或者第一、第二 RAM存儲器(409、409，)各自的總長度為Ml。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過分解梳狀濾波器傳遞函數(shù)，優(yōu)化梳狀濾波器架構(gòu)，在不增加面積和復(fù)雜度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高速梳狀濾波器，能夠工作在數(shù)百兆赫茲(MHz)到吉赫茲(GHz)的Σ Λ ADC過采樣系統(tǒng)中，可以在進行加減運算前降低工作頻率，從而提高梳狀濾波器的整體工作頻率，適用于下一代移動通信系統(tǒng)。同時，本發(fā)明可以支持多個通道的數(shù)據(jù)進行梳狀濾波，多個分量都為相同的梳狀濾波器，結(jié)構(gòu)規(guī)則，利于硬件實現(xiàn)時的資源共享，降低硬件資源消耗，節(jié)約成本。


圖1是梳狀濾波器在一種典型應(yīng)用中的位置框圖；圖2是傳統(tǒng)梳狀濾波 器，即第一梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明分解后 的梳狀濾波器，即第二梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明優(yōu)化后的一多通道梳狀濾波器，即第三梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。梳狀濾波器的優(yōu)點有:無需乘法器；濾波系數(shù)無需存儲器；結(jié)構(gòu)規(guī)則無需外部時序控制等。缺點是通帶性能衰減，需要后級增加濾波器補償。梳狀濾波器的傳遞函數(shù)為:
權(quán)利要求
1.一種多通道梳狀濾波器的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括下列步驟: 步驟一，選擇階數(shù)為N，抽取因子為M的第一梳狀濾波器(201) #和M均為正整數(shù)；步驟二，將所述第一梳狀濾波器(201)分解為呈多相并列結(jié)構(gòu)的第二梳狀濾波器(301)，該第二梳狀濾波器(301)包括Ml個第一子通路、Ml-1個第一延時寄存器(307)和第二加法器(308)，其中: 每個第一子通路包括一個階數(shù)為N，抽取因子為M2的第一分量梳狀濾波器(309)，以及連接在第一分量梳狀濾波器(309 )輸入端的第二抽取器(306 )，該第二抽取器(306 )的抽取率為Ml ； 通過在每兩個第一子通路的輸入端之間連接一個所述第一延時寄存器(307)，將各第一子通道的輸入端匯總成一個總輸入端； 各第一子通路的輸出端連接所述第二加法器(308)； Ml和M2均為正整數(shù)； 步驟三，針對每個第一分量梳狀濾波器(309)，在其的每個第二單級積分器中第三D觸發(fā)器(304)到第三加法器(302)的路徑上加入一個移位寄存器或者RAM存儲器；在其的每個第二單級梳狀器中第四D觸發(fā)器(304’)到第二減法器(303)的路徑上加入一個移位寄存器或者RAM存儲器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道梳狀濾波器的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述實現(xiàn)方法還包括: 步驟四，在各第一子通道的總輸入端連接一個多路選擇器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2 所述的多通道梳狀濾波器的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述M=P*M1*M2, P表示相關(guān)系數(shù)。
4.一種多通道梳狀濾波器，其特征在于，包括第一多路選擇器(411)、Ml個第二子通路、Ml-1個第二延時寄存器(407)和第四加法器(408)，其中: 每個第二子通路包括一個階數(shù)為N，抽取因子為M2的第二分量梳狀濾波器(410)，以及連接該第二分量梳狀濾波器(410)輸入端的第四抽取器(406)，該第四抽取器(406)的抽取率為Ml ； 通過在每兩個第二子通路的輸入端之間連接一個所述第二延時寄存器(407)，將各第二子通道的輸入端匯總成一個總輸入端，該總輸入端連接所述第一多路選擇器(411)的輸出端； 各第二子通路的輸出端連接所述第四加法器(408)； 第二分量梳狀濾波器(410)包括依次連接的N級級聯(lián)的第三積分器、第五抽取器(405)和N級級聯(lián)的第三梳狀器，其中: 第五抽取器(305)的抽取率為M2 ； 所述第三積分器的輸入端連接所述第四抽取器(406)的輸出端； 所述第三梳狀器的輸出端連接第四加法器(408)； 每個第三單級積分器包括第五加法器(402)和第五D觸發(fā)器(404)，以及第五D觸發(fā)器(404)到第五加法器(402)路徑上的第一移位寄存器或者第一 RAM存儲器(409)； 每個第三單級梳狀器包括第三減法器(403)和第六D觸發(fā)器(404’)，以及第六D觸發(fā)器(404 ’)到第三減法器(403 )路徑上的第二移位寄存器或者第二 RAM存儲器(409 ’)；N、Ml和M2均為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多通道梳狀濾波器，其特征在于，所述N級級聯(lián)的第三積分器指:依次相接的N個第三單級積分器；所述N級級聯(lián)的第三梳狀器指:依次相接的N個第三單級梳狀器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多通道梳狀濾波器，其特征在于， 每個第三單級積分器中:第五加法器(402)的輸入端作為第三單級積分器的輸入端；第五加法器(402)的輸出端連接第五D觸發(fā)器(404);第五D觸發(fā)器(404)的輸出端作為第三單級積分器的輸出端，并通過第一移位寄存器或者第一 RAM存儲器(409)連接第五加法器(402)； 每個第三單級梳狀器中:第六D觸發(fā)器(404’ )和第三減法器(403)各自的輸入端相連作為第三單級梳狀器的輸入端；第六D觸發(fā)器(404’)的輸出端通過第二移位寄存器或者第二 RAM存儲器(409’)連接第三減法器(403)，第三減法器(403)的輸出端作為第三單級梳狀器的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的多通道梳狀濾波器，其特征在于，所述第一、第二移位寄存器或者第一、第二 RAM存儲器(409、409’ )各自的總長度為Ml。
全文摘要
本發(fā)明公開了多通道梳狀濾波器及其實現(xiàn)方法。本發(fā)明通過分解梳狀濾波器傳遞函數(shù)，優(yōu)化梳狀濾波器架構(gòu)，將梳狀濾波器分解為呈多相并列結(jié)構(gòu)的梳狀濾波器，并利用移位寄存器和RAM存儲器，在不增加面積和復(fù)雜度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高速多通道梳狀濾波，降低硬件資源消耗，節(jié)約成本，可以在進行加減運算前降低工作頻率，從而提高梳狀濾波器的整體工作頻率，適用于下一代移動通信系統(tǒng)。
文檔編號H03H17/02GK103117730SQ20121058512
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者潘科, 韓明 申請人:上海貝嶺股份有限公司