专利名称：一种多速率处理中的滤波实现方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及通信技术领域的信号处理，特别是指一种多速率处理中的滤波实
现方法及装置。
背景技术：
在支持数字接口的芯片之间互连时，通常会遇到不同芯片之间的接口速率不同的 情况，这样就要求对数字接口的速率进行转换，通常采用插值_抗镜像/抗混叠滤波_抽取 的办法。 传统的抗镜像/抗混叠滤波过程采用Kaiser窗函数设计方法，Kaiser窗函数能 保持很小的带内波纹和锐截止特性，但是阶数往往很高，特别当转换因子很大的时候，滤波 器将设计的非常复杂。 现有技术中通常有两种降低复杂度的方法，一种采用IIR滤波器，另一种采用 CIC(cascade integrator comb，级联积分梳状)滤波。对于IIR滤波方法，虽然可以采用 很多算法实现近似的线性相位，但是过渡带比较宽，带外衰减不够，而且近似的线性相位对 信号还是有一定的损伤；对于CIC滤波方法，虽然可以大大降低乘法的复杂度，但是CIC滤 波器带内衰减很大，往往需要在后级做非线性补偿，而且CIC滤波不适应于抗混叠滤波和 抗镜像滤波的合并。 为了减小系统开销和群时延，通常需要采用多级插值/抽取的方法，如图l所示。 当转换因子很大的情况下，滤波过程往往需要工作在很高的采样速率上，带来很大的系统 开销。
发明内容
本发明实施例提出一种多速率处理中的滤波实现方法及装置，能够将滤波过程放 在低采样速率的节点上，从而在低速率下进行抗混叠/抗镜像滤波，并且减少了系统的计算量。 本发明的技术方案是这样实现的 —种多速率处理中的滤波实现方法，包括 根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解，得到上采样 因子Pi ; 根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解，得到下采样 因子Qi ; 将所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi进行组合，确定速率转换的级数N后 进行抗混叠/抗镜像滤波。 优选的，所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi的差值小于一预设阈值。
优选的，所述N小于4。 优选的，所述进行抗混叠/抗镜像滤波具体为
采用限制型的等波纹滤波器进行抗混叠/抗镜像滤波。
优选的，所述限制型的等波纹滤波器的结构表达式为 i/(Z) = XT:力0) * 其中，h(n)是滤波器的离散脉冲响应，H(Z)是系统响 应，N是滤波器阶数； 根据所述限制型的等波纹滤波器的特性完成抗混叠滤波和抗镜像滤波的复用。
优选的，根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解根据 以下公式进行 //(Z) = 2//p(Z0*Z-( —'");
; =0 所述Hp(Z)是第p个输入端支路的系统响应，H(Z)是整个原型滤波器的系统响应， 其共有P个输入端支路； 其中，//rw (Z) = SAO *尸+ "(Z P )—'';
/ =0 所述h (r*P+k)是p-l-k个支路上的离散脉冲响应，R是每个支路上的脉冲采样点 的个数。 优选的，根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解根据 以下公式进行 K(Z) = |J//p(Z0*Z—(尸一'-P);
产o 所述Hp(Z)是第p个输出端支路的系统响应，H(Z)是整个原型滤波器的系统响应， 其共有P个输出端支路；其中，//w— (Z) = Z /2(r *尸+ A:)(Z0一r; 所述h (r*P+k)是p-l-k个支路上的离散脉冲响应，R是每个支路上的脉冲采样点 的个数。
—种多速率处理中的滤波实现装置，包括 第一分解单元，用于根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多 项分解，得到上采样因子Pi ; 第二分解单元，用于根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多 项分解，得到下采样因子Qi ; 处理单元，用于将所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi进行组合，确定速率转 换的级数N; 抗混叠/抗镜像滤波器，用于进行抗混叠/抗镜像滤波。 优选的，所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi的差值小于一预设阈值。 优选的，所述抗混叠/抗镜像滤波器为限制型的等波纹滤波器。 优选的，所述限制型的等波纹滤波器的结构表达式为
//(Z) = Z,J。A(") * Z—"其中，h(n)是滤波器的离散脉冲响应，H(Z)是系统响 应，N是滤波器阶数； 所述限制型的等波纹滤波器还用于完成抗混叠滤波和抗镜像滤波的复用。
本发明技术方案先根据插值因子进行滤波过程的多项分解，再按照抽取因子进一 步分解，从而将滤波过程放在采样速率低的节点上，一方面减少了系统的计算量，降低了对 系统采样时钟的要求，降低了滤波器的有限字长效应带来的影响；另一方面在低速率下进 行抗混叠/抗镜像滤波，降低硬件实现的复杂度，提高系统的灵敏度。 进一步，抗混叠/抗镜像滤波器原型采用限制型的等波纹滤波器取代现有技术中 的Kaiser窗函数，仅需要比较少的滤波器阶数，从而能够实现较好的带内性能和较高的带 外衰减，并且根据限制型的等波纹滤波器特性将抗混叠滤波器和抗镜像滤波器进行合并设 计，减少了系统设计的复杂度，降低了计算量和系统的存储量。
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 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中数字接口采样速率的转换方法示意图； 图2为本发明一种多速率处理中的滤波实现方法优选实施例的流程示意图； 图3为抽取滤波器和插值滤波器复用示意图； 图4为本发明一种多速率处理中的滤波实现方法的结构示意图； 图5为本发明一种多速率处理中的滤波实现装置优选实施例的结构示意图； 图6为TDMA系统中资源复用结构示意图； 图7为TDMA系统中资源复用后的性能验证结果示意图。
具体实施例方式
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作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。 本发明提出的多速率处理中的滤波实现方法适用于以下几种情形(假设采样速
率的转换因子为P/Q，其中P和Q互质，P为插值因子，Q为抽取因子)
1、只含抽取的降采样过程，此时Q = 1 ;
2、只含插值的升采样过程，此时P = 1 ;
3、 P和Q比较大，需要N(N > 1)级速率转换；
4、P和Q都比较小，只需一级速率转换，此时N = 1。 在通信技术领域，情形3是大量存在的，所以本发明各实施例都以情形3为例说 明，可以理解，对于其它种类情形，本发明所述技术方案也是可以实现的。
参照图2，示出了本发明一种多速率处理中的滤波实现方法优选实施例的流程示 意图，包括步骤 步骤S210、根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解，得 到上采样因子Pi。 根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解根据以下公式 进行 7/(z) = ^^p(z0*z— 所述Hp(Z)是第p个输入端支路的系统响应，H(Z)是整个原型滤波器的系统响应， 其共有P个输入端支路； 其中，//尸—= ^^(" + ^:)(20-''。 所述h (R*P+k)是p-l-k个支路上的离散脉冲响应；R是每个支路上的脉冲采样点 的个数。 步骤S220、根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解，得 到下采样因子Qi。 根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解根据以下公式 进行 //(z) = U//p(zp)*z—(尸 )；其中，//尸—w(z) = Z* p+a)(z尸;t'。 所述公式与步骤S210中的公式不同的是，该公式中的P代表输出的支路个数， HP(Z)表示第p个输出端支路的系统响应，H(Z)是整个原型滤波器的系统响应。所述 h(r*P+k)是p-l-k个支路上的离散脉冲响应；R是每个支路上的脉冲采样点的个数。
举一个实施进行说明，假设滤波器原型是64阶，对(16 t 13 I )过程而言，滤波 器有16个输入支路，每个支路上有64/16 = 4个离散脉冲采样点。 步骤S230、将所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi进行组合，确定速率转换的 级数N后进行抗混叠/抗镜像滤波。 以 一 个具体实例对以上步骤进行 一 个说明，以P/Q = 384/325为 例，得到三级横向滤波器原型的阶数分别为48、24、1S阶，整体设计为 (16个13 I ) — (6个5 I ) — (3个5 I ) 。 Pi就是16/6/3， Qi为13/5/5。
本发明一个具体的实施例中，分解和组合按以下原则 1、每一级的速率转换过程中，上采样因子Pi和下采样因子Qi尽量接近，即上采样 因子Pi和所述下采样因子Qi的差值小于一预设阈值，以取得更高效的滤波器设计。
2 、转换因子应该按照逐次递减的原则。
3、速率转换级数N不要太多，最好小于4。 在一个优选方案中，所述步骤S210和步骤S220所要遵循的原则是分解后得到的上采样因子Pi和所述下采样因子Qi的差值小于一预设阈值，从而保证在每一级的速率转
换过程中，上采样因子Pi和下采样因子Qi尽量接近，以取得高效的滤波器设计，所述预设
阈值可以根据实际需求进行设计，本发明对此不进行限定。 进一步，所述确定的速率转换级数N不要太大，优选是N小于4。 其中，采用限制型的等波纹滤波器进行抗混叠/抗镜像滤波。 确定滤波器原型采用限制型的等波纹滤波器，有三个考虑的因素(l)带内波纹， 决定带内的非线性性能；(2)带外衰减，决定对镜像干扰和临带干扰消除的能力；(3)滤波 器阶数，决定过渡带的性能，为了实现高效的多项滤波结构，阶数应该为该级转换器的插值 因子的倍数(或者尽量接近于插值因子的倍数)。
所述限制型的等波纹滤波器的结构表达式为 //(Z) = * . 其中，h(n)是滤波器的离散脉冲响应，H(Z)是系统响应，N是滤波器阶数。 根据所述限制型的等波纹滤波器的特性完成抗混叠滤波和抗镜像滤波的复用。即
所述结构表达式所代表的限制型的等波纹滤波器既可进行抗混叠滤波，又可进行抗镜像滤
波，将抗混叠滤波和抗镜像滤波者合并到所述限制型的等波纹滤波器中完成，从而能够减
小系统设计的复杂度，降低计算量和系统的存储量。抗混叠滤波和抗镜像滤波复用后的限
制型的等波纹滤波器如图3所示，其中W表示滤波器截止角频率，复用后的滤波器截止角频
率Wn等于抽取滤波器(抗混叠滤波器)截止角频率W^im和插值滤波器(抗镜像滤波器)
截止角频率Wint，的最小值。 参照图4，为本发明一种多速率处理中的滤波实现方法的结构示意图。进一步，在TDMA(Time Division Multiple Address,时分多址)系统中，可以复用
高效的滤波过程，发射通道的转换过程为接收通道的逆过程，将抽取因子Qi和差值因子Pi
对应的变为差值因子和抽取因子即可。 复用结构如图6所示，对接收通道而言，各级转换因子是依次减小的，而对于发射 通道而言，各级转换因子是依次增大的，通过验证，能保证跟接收通道一致的性能，验证结 果如图7所示 本发明技术方案先根据插值因子进行滤波过程的多项分解，再按照抽取因子进一 步分解，从而将滤波过程放在采样速率低的节点上，一方面减少了系统的计算量，降低了对 系统采样时钟的要求，降低了滤波器的有限字长效应带来的影响；另一方面在低速率下进 行抗混叠/抗镜像滤波，降低硬件实现的复杂度，提高系统的灵敏度。 进一步，抗混叠/抗镜像滤波器原型采用限制型的等波纹滤波器取代现有技术中 的Kaiser窗函数，仅需要比较少的滤波器阶数，从而能够实现较好的带内性能和较高的带 外衰减，并且根据限制型的等波纹滤波器特性将抗混叠滤波器和抗镜像滤波器进行合并设 计，减少了系统设计的复杂度，降低了计算量和系统的存储量。 参照图5，示出了本发明一种多速率处理中的滤波实现装置优选实施例的结构示 意图。所述滤波实现装置包括第一分解单元、第二分解单元、处理单元和抗混叠/抗镜像 滤波器。 所述第一分解单元，用于根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解，得到上采样因子Pi 。 所述第二分解单元，用于根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程 的多项分解，得到下采样因子Qi 。 所述处理单元，用于将所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi进行组合，确定速 率转换的级数N。 所述抗混叠/抗镜像滤波器，用于进行抗混叠/抗镜像滤波。
其中，所述抗混叠/抗镜像滤波器为限制型的等波纹滤波器。
所述限制型的等波纹滤波器的结构表达式为 f(z)=* z—". 其中，h(n)是滤波器的离散脉冲响应，H(Z)是系统响应，N是滤波器阶数。
所述限制型的等波纹滤波器还用于完成抗混叠滤波和抗镜像滤波的复用。
所述装置实施例是与所述方法实施例相对应的，因此，所述装置及各组成部分的 工作的工作过程和工作原理在图2所示方法实施例中已经进行了详细描述，参照相关部分 的描述即可。 本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以 通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中， 该程序在执行时，包括如上述方法实施例的步骤，所述的存储介质，如磁碟、光盘、只读存 f诸i己十乙亍本(Read—Only Memory, ROM)或P道丰几存f诸i己十乙亍本(Random Access Memory, RAM)等。 在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，对各步骤的先后变化也在本发 明的保护范围之内。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种多速率处理中的滤波实现方法，其特征在于，包括根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解，得到上采样因子Pi；根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解，得到下采样因子Qi；将所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi进行组合，确定速率转换的级数N后进行抗混叠/抗镜像滤波。
2. 根据权利要求1所述的多速率处理中的滤波实现方法，其特征在于，所述上采样因 子Pi和所述下采样因子Qi的差值小于一预设阈值。
3. 根据权利要求1所述的多速率处理中的滤波实现方法，其特征在于，所述N小于4。
4. 根据要得要求1至3任一项所述的多速率处理中的滤波实现方法，其特征在于，所述 进行抗混叠/抗镜像滤波具体为采用限制型的等波纹滤波器进行抗混叠/抗镜像滤波。
5. 根据权利要求4所述的多速率处理中的滤波实现方法，其特征在于，所述限制型的 等波纹滤波器的结构表达式为^(Z) = IT=—0'W")^Z"7其中，h(n)是滤波器的离散脉冲响应，H(Z)是系统响应， N是滤波器阶数；根据所述限制型的等波纹滤波器的特性完成抗混叠滤波和抗镜像滤波的复用。
6. 根据权利要求5所述的多速率处理中的滤波实现方法，其特征在于，根据转换因子 P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解根据以下公式进行那)二它/^(Z尸"Z-(户-'")；所述Hp(Z)是第p个输入端支路的系统响应，H(Z)是整个原型滤波器的系统响应，其共 有P个输入端支路；其中，w (z) 二 f^(r *尸+"(zp:r;,-=0所述h (r*P+k)是p-l-k个支路上的离散脉冲响应，R是每个支路上的脉冲采样点的个数。
7. 根据权利要求5所述的多速率处理中的滤波实现方法，其特征在于，根据转换因子 P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解根据以下公式进行所述Hp(Z)是第p个输出端支路的系统响应，H(Z)是整个原型滤波器的系统响应，其共 有P个输出端支路；其中，*(Z) = *尸+ "(Z尸广；所述h (r*P+k)是p-l-k个支路上的离散脉冲响应，R是每个支路上的脉冲采样点的个数。
8. —种多速率处理中的滤波实现装置，其特征在于，包括第一分解单元，用于根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解，得到上采样因子Pi ;第二分解单元，用于根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解，得到下采样因子Qi ;处理单元，用于将所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi进行组合，确定速率转换的级数N;抗混叠/抗镜像滤波器，用于进行抗混叠/抗镜像滤波。
9. 根据权利要求8所述的多速率处理中的滤波实现装置，其特征在于，所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi的差值小于一预设阈值。
10. 根据权利要求8或9所述的多速率处理中的滤波实现装置，其特征在于，所述抗混叠/抗镜像滤波器为限制型的等波纹滤波器。
11. 根据权利要求9所述的多速率处理中的滤波实现装置，其特征在于，所述限制型的等波纹滤波器的结构表达式为<formula>formula see original document page 3</formula>，其中，h(n)是滤波器的离散脉冲响应，H(Z)是系统响应，N是滤波器阶数；所述限制型的等波纹滤波器还用于完成抗混叠滤波和抗镜像滤波的复用。
全文摘要
本发明公开了一种多速率处理中的滤波实现方法及装置。所述方法包括根据转换因子P/Q中的插值因子P对支路进行滤波过程的多项分解，得到上采样因子Pi；根据转换因子P/Q中的抽取因子Q对支路进行滤波过程的多项分解，得到下采样因子Qi；将所述上采样因子Pi和所述下采样因子Qi进行组合，确定速率转换的级数N后进行抗混叠/抗镜像滤波。通过本发明所述技术方案，能够将滤波过程放在低采样速率的节点上，从而在低速率下进行抗混叠/抗镜像滤波，并且减少了系统的计算量。
文档编号H03H17/00GK101729041SQ200910241228
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者李玉宝 申请人:北京天碁科技有限公司