一种基于SoC的动态可配数字下变频系统及其方法与流程

本发明涉及无线电领域，具体是指一种基于soc的动态可配数字下变频系统及其方法。

背景技术：

在数字中频接收机中，信号通过天线接收，再经过模拟端的数字下变频将信号变频至合适的中频，通过adc将模拟中频信号输出为高速的数字中频信号，然后经过数字下变频器的变频、抽取和低通滤波之后变为低速的基带信号，最后将基带信号送至dsp进行后续的解调、抗干扰、自适应、抗衰落等处理。数字下变频器的具体流程为，数字下变频器对adc采样后的数据与数控振荡器nco进行正交混频，nco为所需窄带信号的中心频率，将数字中频信号变换至基带，再根据基带带宽和采样率的关系作适当的抽取和滤波，最终输出i、q两路信号，从而达到降低采样率的作用。

数字下变频技术(ddc)作为软件无线电的核心技术之一，在射频模拟端(ad)和后级数字信号处理端(dsp)起着桥梁作用，不仅将所需窄带信号提取出来搬移至基带，而且大大降低分离后的窄带信号采样率，成功解决了dsp处理过程中ad速度过高的问题，同时解决了过大的资源消耗及数字化程度和运算速度的提高问题。

由于接收机功能要求的提高，对于带宽可变、调谐精度等要求愈加明显，传统的数字下变频技术采用ip核实现的形式不仅会占用大量的资源，而且使得代码的通用性极低，维护性差，实时处理能力弱。

技术实现要素：

基于以上问题，本发明提供了一种基于soc的动态可配数字下变频系统及其方法，结合soc的可编程特点，通过处理器下发一系列数字下变频器所需参数，极大的提高了其灵活性。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于soc的动态可配数字下变频系统，包括如下：

数控振荡器，所述数字振荡器采用cordic算法，能在产生本振的同时完成信号变频；

桶形移位器，用于对经过第一cic滤波器和第二cic滤波器的i路基带信号和q路基带信号的增益进行自动截位；

第一cic滤波器，用于对经过变频后的i路基带信号和q路基带信号进行固定倍数抽取；

第二cic滤波器，用于对经过变频后的i路基带信号和q路基带信号进行可变倍数抽取；

fir滤波器，用于对经过第二cic滤波器抽取后的i路基带信号和q路基带信号进行固定倍数抽取和整形滤波；

抽取模块，用于储存抽取倍数的比例分配参数；

处理器，用于调用fir滤波器的系数以及下发数据和参数。

一种数字下变频方法，采用一种基于soc的动态可配数字下变频系统，，包括如下步骤：

s1、模拟数字转换器将接收机的模拟中频信号输出为数字中频信号，计算数字下变频器将数字中频信号与数控振荡器进行正交混频所需的频率控制字pinc和迭代次数i；

s2、数字下变频器对经过模拟数字转换器采样后的数字中频信号与数控振荡器进行正交混频，将数字中频信号变换至基带，并产生i路基带信号和q路基带信号；

s3、根据步骤s2的基带带宽确定相应的采样率fout，并根据采样率fout得到抽取倍数d，将抽取倍数d按比例分配至第一cic滤波器、第二cic滤波器和fir滤波器，所述第一cic滤波器、第二cic滤波器和fir滤波器抽取倍数d的分配比例作为参数下发给抽取模块；

s4、设计fir滤波器，并导出该fir滤波器的系数，将该系数按照倒序的方式进行分组，供处理器调用，所述每组fir滤波器的系数个数n为fir滤波器总的系数个数与fir滤波器分配比例的比值；

s5、利用移位器自动截位步骤s2中的i路基带信号和q路基带信号，并将i路基带信号和q路基带信号分别输入第一cic滤波器，按照抽取模块中记录的第一cic滤波器抽取倍数d的分配比例进行信号抽取，并利用移位器自动截位第一cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号；

s6、步骤s5中第一cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号分别作为第二cic滤波器的输入信号，按照抽取模块中记录的第二cic滤波器抽取倍数d的分配比例进行信号抽取，并利用移位器自动截位第二cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号；

s7、步骤s6中第二cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号分别作为fir滤波器的输入信号，按照抽取模块中记录的fir滤波器抽取倍数d的分配比例进行信号抽取，根据步骤s4中对fir滤波器的系数分组情况，产生相应组数的降采样信号，每组降采样信号与步骤s4中对应组的系数进行乘累加，至此完成数字下变频功能。

进一步，所述步骤s1中，所述计算频率控制字pinc的公式为：

其中，freq手动设置的正交混频频率，fclk为接收机的系统时钟频率，n为相位累加器的位宽；所述计算迭代次数i的公式为：

进一步，所述步骤s3中，抽取倍数d的公式为：

其中，fclk为接收机的系统时钟频率。

进一步，所述步骤s3中，第一cic滤波器、第二cic滤波器和fir滤波器抽取倍数d的分配比例为d1、d2、d3，其中d＝d1*d2*d3。

进一步，所述d1和d3为固定分配比例，d2为可变分配比例，其中，d2随采样率fout的变化而变化。

进一步，所述步骤s4中，所述每组fir滤波器的系数个数n的公式为：

n＝l/d3；

其中，l为fir滤波器总的系数个数。

进一步，所述步骤s4中，fir滤波器系数按照下列倒序的方式进行分组：

0：0，d3，2*d3，……，(n-1)*d3；

1：1，d3+1，2*d3+1，……，(n+1)*d3；

……

n-1：d3-1，2*d3-1，3*d3-1，……，n*d3-1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过处理器调用各模块运作，第一cic滤波器、第二cic滤波器和fir滤波器的参数实时配置，能够显著提高接收机的工作效率，极大的提高了其灵活性。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

数控振荡器，所述数字振荡器采用cordic算法，能在产生本振的同时完成信号变频；

桶形移位器，用于对经过第一cic滤波器和第二cic滤波器的i路基带信号和q路基带信号的增益进行自动截位；

第一cic滤波器，用于对经过变频后的i路基带信号和q路基带信号进行固定倍数抽取；

第二cic滤波器，用于对经过变频后的i路基带信号和q路基带信号进行可变倍数抽取；

fir滤波器，用于对经过第二cic滤波器抽取后的i路基带信号和q路基带信号进行固定倍数抽取和整形滤波；

抽取模块，用于储存抽取倍数的比例分配参数；

处理器，用于调用fir滤波器的系数以及下发数据和参数。

如图1所示，一种数字下变频方法，采用一种基于soc的动态可配数字下变频系统，包括如下步骤：

s1、计算正交混频所需的频率控制字pinc和迭代次数i；

模拟数字转换器将接收机的模拟中频信号输出为数字中频信号，计算数字下变频器将数字中频信号与数控振荡器进行正交混频所需的频率控制字pinc和迭代次数i；

其中，计算频率控制字pinc的公式为：

其中，freq手动设置的正交混频频率，fclk为接收机的系统时钟频率，n为相位累加器的位宽；所述计算迭代次数i的公式为：

上述结果作为参数，下发给数字下变频器。

s2、正交混频，将数字中频信号变换至基带；

数字下变频器根据步骤s1的参数，对经过模拟数字转换器采样后的数字中频信号与数控振荡器进行正交混频，将数字中频信号变换至基带，并产生i路基带信号和q路基带信号。

s3、计算抽取倍数d，并按比例分配至第一cic滤波器、第二cic滤波器和fir滤波器；

根据步骤s2的基带带宽确定相应的采样率fout，由公式得到抽取倍数d，将抽取倍数d按比例分配至第一cic滤波器、第二cic滤波器和fir滤波器，可得第一cic滤波器的分配比例为d1、第二cic滤波器的分配比例为d2、fir滤波器的分配比例为d3，将d1、d2、d3作为参数下发给抽取模块，具体地，通过抽取倍数可知，接收机的系统时钟频率fclk固定，采样率fout根据步骤s2的基带带宽而改变，因此，抽取倍数d是可变的，另外，此实施例中，d和d1、d2、d3之间满足d＝d1*d2*d3的关系，d1和d3均为固定比例分配，因此，d2为可变分配比例，其中，d2随采样率fout的变化而变化。

s4、设计fir滤波器，根据多相滤波算法对fir滤波器系数进行分组。

根据基带带宽、矩形系数、镜像抑制等要求，使用matlab自带fdatool设计工具，设计fir滤波器，并导出该fir滤波器的系数，将该系数按照倒序的方式进行分组，供处理器调用，所述每组fir滤波器的系数个数n为fir滤波器总的系数个数与fir滤波器分配比例的比值，其中，每组fir滤波器的系数个数n的公式为：n＝l/d3，l为fir滤波器总的系数个数；fir滤波器系数按照下列倒序的方式进行分组：

0：0，d3，2*d3，……，(n-1)*d3；

1：1，d3+1，2*d3+1，……，(n+1)*d3；

……

n-1：d3-1，2*d3-1，3*d3-1，……，n*d3-1；

分组完成后进行保存，供处理器进行调用。

s5、对第一cic滤波器按照抽取模块中记录的分配比例进行信号的抽取；

利用移位器自动截位步骤s2中的i路基带信号和q路基带信号，并将i路基带信号和q路基带信号分别输入第一cic滤波器，按照抽取模块中记录的第一cic滤波器分配比例d1进行信号抽取，并利用移位器自动截位第一cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号；

s6、对第二cic滤波器按照抽取模块中记录的分配比例进行信号的抽取；

步骤s5中第一cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号分别作为第二cic滤波器的输入信号，按照抽取模块中记录的第二cic滤波器分配比例d2进行信号抽取，并利用移位器自动截位第二cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号；

通过上述步骤s5～s6，第一cic滤波器和第二cic滤波器的系数都为1，因此，只有加减运算，没有乘法运算，处理速率提高，适合作为第一级抽取和进行大抽取因子的工作方式，但由于第一cic滤波器和第二cic滤波器过滤带和阻带衰减特性不是很好，通常都是多级级联使用，因此需人为的外部参数配置，因此引入一个抽取模块，对分配比例进行提前分配，第一cic滤波器和第二cic滤波器均根据抽取模块中记录的分配比例进行信号抽取；经过第一cic滤波器和第二cic滤波器，能有效的滤除基带带宽以外的信号，配合级联数的增加有效抑制了阻带信号。

s7、对fir滤波器按照抽取模块中记录的分配比例进行信号的抽取，产生的降采样信号与步骤s4中fir滤波器的系数进行乘累加；

由于cic类型的滤波器不能单独使用，因此cic类型的滤波器后面一定的有一个fir滤波器进行补偿，与信道进行整形滤波，因此，将步骤s6中第二cic滤波器输出的i路基带信号和q路基带信号分别作为fir滤波器的输入信号，按照抽取模块中记录的fir滤波器分配比例d3进行信号抽取，根据步骤s4的分组情况，产生相应组数的降采样信号，每组降采样信号与步骤s4中对应组的系数进行乘累加，至此完成数字下变频功能。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。