专利名称：一种中频滤波装置及滤波方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯、数字信号处理及集成电路设计领域，尤其一种中频滤波装 置及滤波方法。
背景技术：
软件无线电技术(Software Radio，简称SDR)近年来成为了无线通讯的一个研究 热点，各大设备制造商竞相推出基于SDR的系统，传统的网络和基站系统正处于新老交替 的一个过渡时期1、分离式的基站架构的应用，使得基带处理单元(Base Band Unit，简称 BBU) —远端射频单元(RemoteRadio Unit，简称RRU)基站架构逐步成为了主流。2、基站小 型化成为了发展趋势。3、对基站的能耗和效率的要求越来越高，并成为了衡量基站的一个 关键技术指标。4、SDR技术的应用，使得2G、3G、4G通信技术可以平滑过渡和演进，甚至各 种制式的混模基站也成为了运营商的重要需求。各公司也纷纷建立基于SDR的软基站平 台，BBU-RRU的基站架构作为今后的主要基站形式，其发展趋势是小型化、低成本、低功耗 和多模式兼容。随着SDR技术的发展，数字中频处理的硬件实现方式(FPGA或ASIC实现)也随之 兴起，而且随着混模多模市场需求的增强，数字中频处理面临的成本、功耗、芯片面积的压 力也越来越大。需要处理更多的天线通道数目，需要支持更大的带宽需求，需要支持多种模 式的共模混模处理，都带来硬件实现面积的成倍膨胀。信号的中频处理分为上行链路处理和下行链路处理，如图1所示，下行链路 的处理过程为基带处理单元输出基带信号，在中频处理单元中依次经过成型滤波、插 值滤波、混频合路、削峰(Crest Factor Reduction，简称CFR)、数字预失真(Digital f^e-distortion，简称DPD)处理后，发送至数模转换器件(DAC)完成数模转换后发送至射 频处理单元；同时数字预失真(DPD)处理器件还根据射频处理单元经模数转换(ADC)后的 反馈信号进行预失真计算。如图2所示，下行链路的处理过程为射频处理单元将信号输入 中频处理单元，经过模数转换(ADC)后，在中频处理单元中经过混频处理，各载波分离，分 别进行抽取滤波、成型滤波后得到基带信号并发送至基带处理单元。由图1、图2可知，在中频处理的上下行链路中，成型滤波器、插值滤波器、抽取滤 波器是其中影响硬件资源的关键运算单元。以成型滤波为例，使用不同通信制式的成型滤 波器的系数不同，滤波器阶数也不同。通常的设计方法是每种制式对应一种成型滤波器，每 种制式对应的成型滤波器个数由具体的天线数、载波数决定。所以在支持多模和混模的方 案中，滤波器的数目将非常大。多模方式指同一套硬件电路可以支持多种制式的单模，混模 方式指可以支持多种制式的同时运行，假设共有N种单模制式，可以支持M种制式的混模， M是大于1小于N的整数，M 一般取2或3。目前的实现方案中，往往采用简单复制的方法来实现对更多天线数目、更宽带宽 以及多模、混模方式需求的支持，简单复制方法具体实现如下假设支持单天线需要一套中 频处理数字硬件单元，则支持两天线时，则采用两套相同的中频处理数字硬件单元实现；假设支持5M带宽需要一套中频处理数字硬件单元，则支持IOM带宽时采用两套相同的中频处 理数字硬件单元实现；假设处理单模制式时需要一套中频处理数字硬件单元，则支持混模 需求时，则分别采用多套数字硬件单元处理不同模式的中频处理。上述简单复制的方法实现简单，运算能力扩展容易，但带来硬件资源以及芯片面 积的极大浪费，造成基站体积的膨胀，功耗的上升，以及产口成本的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种中频滤波装置及滤波方法，在支持多模、混 模、多天线多载波场景中节省数字中频信息处理所需的硬件资源。为了解决上述问题，本发明提供了一种中频滤波装置，包括中频滤波器，包括相连 的滤波系数存储器和系数选择及控制单元；所述系数选择及控制单元的输出端与中频滤波 器相连；所述滤波系数存储器，用于存储所述中频滤波器在不同通信制式下的滤波系数； 所述系数选择及控制单元，用于从所述滤波系数存储器中提取所述中频滤波器工作下的通 信制式所对应的滤波系数并提供至所述中频滤波器；所述中频滤波器，用于使用从系数选 择及控制单元获知的滤波系数进行数据滤波处理。进一步地，上述中频滤波装置还具有以下特点所述系数选择及控制单元，用于在所述中频滤波装置运行在多模或混模通信方式 下，在所述中频滤波装置进行通信制式切换时，从所述滤波系数存储器提取出切换后的当 前通信制式对应的滤波系数，并输出至所述中频滤波器。进一步地，上述中频滤波装置还具有以下特点所述中频滤波装置运行多模通信方式或混模通信方式共包括N种单模制式，N为 大于等于1的整数，如果各单模制式下均满足Ci*Ai < F/Ni，则所述中频滤波器的个数为 1 ；否则，中频滤波器的个数为各单模制式下对应的Ci*Ai < F/Ni的值中最大值并向上取整 的结果；其中，Ci为第i个通信制式对应的载波数，Ai为第i个通信制式对应的天线数，F 为中频滤波器的工作时钟频率，M为第i个通信制式下中频滤波器的采样频率，i为大于等 于1并小于等于N的整数。进一步地，上述中频滤波装置还具有以下特点所述通信制式是指全球移动通讯系统通信制式、码分多址系统通信制式、通用移 动通信系统通信制式、长期演进系统通信制式、时分同步码分多址系统通信制式。进一步地，上述中频滤波装置还具有以下特点所述中频滤波器是以下中一个或任意两个的组合或三个的组合成型滤波器、插 值滤波器、抽取滤波器。为了解决上述问题，本发明还提供了一种中频滤波方法，包括在中频滤波装置中 存储中频滤波器在不同通信制式下的滤波系数；所述中频滤波装置运行于多模或混模通信 方式下时，提取所述中频滤波器工作下的通信制式所对应的滤波系数进行数据滤波处理。进一步地，上述中频滤波方法还具有以下特点所述中频滤波装置运行在多模通信方式或混模通信方式下，在所述中频滤波装置 进行通信制式切换时，提取出切换后的当前通信制式对应的滤波系数进行数据滤波处理。进一步地，上述中频滤波方法还具有以下特点
所述中频滤波装置运行多模通信方式或混模通信方式共包括N种单模制式，N为 大于等于1的整数，如果各单模制式下均满足Ci*Ai < F/Ni，则所述中频滤波器的个数为 1 ；否则，中频滤波器的个数为各单模制式下对应的Ci*Ai < F/Ni的值中最大值并向上取整 的结果；其中，Ci为第i个通信制式对应的载波数，Ai为第i个通信制式对应的天线数，F 为中频滤波器的工作时钟频率，M为第i个通信制式下中频滤波器的采样频率，i为大于等 于1并小于等于N的整数。进一步地，上述中频滤波方法还具有以下特点所述通信制式是指全球移动通讯系统通信制式、码分多址系统通信制式、通用移 动通信系统通信制式、长期演进系统通信制式、时分同步码分多址系统通信制式。进一步地，上述中频滤波方法还具有以下特点所述中频滤波器是以下中一个或任意两个的组合或三个的组合成型滤波器、插 值滤波器、抽取滤波器。本发明的中频滤波装置及滤波方法，可以在支持多模、混模、多天线多载波场景中 节省数字中频信息处理所需的硬件资源。
图1是现有技术中信号中频处理的下行链路的处理方式示意图；图2是现有技术中信号中频处理的上行链路的处理方式示意图；图3是实施例中中频滤波装置的结构图；
图4是滤波器运算单元结构图。
具体实施例方式如图3所示，中频滤波装置包括中频滤波器，还包括相连的滤波系数存储器和系 数选择及控制单元；系数选择及控制单元的输出端与中频滤波器相连。此中频滤波器是以 下中一个或任意两个的组合或三个的组合成型滤波器、插值滤波器、抽取滤波器；滤波系数存储器，用于存储中频滤波器在不同通信制式下的滤波系数。此滤波系 数存储器可以是一个单独的存储器器件，也可以是多个子存储器器件的组合。例如，中频滤 波器是成型滤波器时，可以有多个子存储器器件，每个子存储器器件存储一种通信制式的 成型滤波器的滤波系数。中频滤波器是成型滤波器和插值滤波器时，每个子存储器器件存 储一种通信制式下成型滤波器和插值滤波器的滤波系数，或者，还可以每个子存储器器件 存储一种通信制式下的一种滤波器的滤波系数。系数选择及控制单元，用于从滤波系数存储器中提取中频滤波器工作下的通信制 式所对应的滤波系数并提供至中频滤波器。具体的，在中频滤波装置运行在多模通信方式 或混模通信方式的情况下，在中频滤波装置进行通信制式切换时，从滤波系数存储器提取 出切换后的当前通信制式对应的滤波系数，并输出至中频滤波器。滤波系数存储器是多个 子存储器器件的组合时，系数选择及控制单元从相应的子存储器器件中提取中频滤波器工 作下的通信制式所对应的滤波系数。中频滤波器，用于使用从所述系数选择及控制单元获知的滤波系数进行数据滤波处理。
中频滤波器的结构如图4所示，主要包括延时单元Z—1、乘法器和加法器。aQ， a1 ... , %为滤波器系数，自滤波器系数存储器输入，χ (η)为输入数据，y (η)为输出数据。利用滤波器系数事先存储的方式可实现同一硬件对各种不同制式单模滤波共用， 不同制式可分别配置不同的系数来实现对各自的支持，系数的配置方法是向滤波器系数存 储器写入各制式对应的滤波器系数，此方法避免不同制式滤波器采用多个不同滤波器带来 的硬件资源浪费。利用滤波器时分复用技术可进一步节省硬件资源。中频滤波器工作于多模通信方式时，设中频滤波器的工作时钟频率为F，此多模通 信方式下下共包括N种单模制式，输入采样率分别为m，N2，. . .，Nn。则对应各种制式该滤 波器的可时分复用处理的复用比分别为F/Nl，F/N2, F/Nn。设N种制式对应的载波数 分别为Cl，C2, . . . , Cn天线数分别为Al，k2, ...，An。则对应各制式的处理能力的需求分 别为 C1*A1，C2*A2，· · ·，Cn*An。如果同时满足 C1*A1 < F/Nl, C2*A2 < F/N2, · · ·，Cn*An < F/Nn。则支持所有单模制式只需要1个该中频滤波器即可通过时分复用实现，否则，该 中频滤波器的个数是 C1*A1*N1/F，C2*A2*N2/F，. . .，Cn*An*Nn/F 中的最大值 Ci*Ai*Ni/F(i 为1到η之间的任意值)向上取整的结果。中频滤波器还可以工作于混模通信方式，所述的混模处理的前提是相对于单模处 理，硬件总的处理带宽不变，即原来由单模处理享有的带宽现在由几种混模通信方式共同 分享，所以硬件总的处理能力不变。混模方式下时分复用比单模方式下复杂许多，因为涉 及到几种制式的时分复用，如果用同一个滤波器实现，则需要切换滤波器系数，当前一种制 式在时分复用处理中结束时，需切换成下一种制式的滤波器系数进行计算，因此采用如图3 所示的滤波器结构，设置M个系数存储器对应混模方式中M种不同制式，由系数选择和控制 单元负责时分复用处理过程中系数存储器的切换以及控制滤波器的计算过程。采用滤波器 提取共用技术，避免采用M个滤波器分别处理M中混模通信方式的滤波，相当于将M个滤波 器的系数存储器都独立提取出来，在M个滤波器的运算单元部分，只保留其中一个滤波器 运算单元(当只需要1个滤波器就可以时分复用处理混模通信方式时)，而M个系数存储器 被保留下来，时分复用过程中通过切换系数存储器实现各个制式不同的滤波处理。从而节 省了硬件资源。在M个制式的混模通信方式下，某级滤波器，最多只需要M个系数存储器和 ceil(Ci*Ai*Ni/F)个滤波器运算单元，ceil为天花板函数。上述方法中，滤波器系数存储器提取共用技术可以很有效的提高混模方式下滤波 器复用度，极大降低混模方式下硬件资源消耗。本发明中的多模通信方式或混模通信方式中支持的单模通信制式包括以下制 式全球移动通讯系统(Global System for Mobile Communications，简称GSM)通信制 式、码分多址系统(Code-Division Multiple Access，简称CDMA)通信制式、通用移动通 信系统(Universal Mobile I^elecommunicationsSystem，简称 UMTS)通信制式、长期演 进系统(Long Term Evolution,简称LTE) 1. 4M通信制式、LTE3M通信制式、LTE5M通信制 式、LTE10M通信制式、LTE15M通信制式、LTE20M通信制式、时分同步码分多址系统(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，简称 TD-SCDMA)通信制式。为了更清楚地阐述本发明提出的方法和硬件装置的工作原理，下面结合具体的实 施例进行说明。
以成型滤波器设计为例进行说明，其它滤波器设计方法类似。按照要求，各制式成型滤波器的输入采样率及滤波器使用情况如下表所示
权利要求
1.一种中频滤波装置，包括中频滤波器，其特征在于，包括相连的滤波系数存储器和系数选择及控制单元；所述系数选择及控制单元的输出 端与中频滤波器相连；所述滤波系数存储器，用于存储所述中频滤波器在不同通信制式下的滤波系数；所述系数选择及控制单元，用于从所述滤波系数存储器中提取所述中频滤波器工作下 的通信制式所对应的滤波系数并提供至所述中频滤波器；所述中频滤波器，用于使用从系数选择及控制单元获知的滤波系数进行数据滤波处理。
2.如权利要求1所述的中频滤波装置，其特征在于，所述系数选择及控制单元，用于在所述中频滤波装置运行在多模或混模通信方式下， 在所述中频滤波装置进行通信制式切换时，从所述滤波系数存储器提取出切换后的当前通 信制式对应的滤波系数，并输出至所述中频滤波器。
3.如权利要求2所述的中频滤波装置，其特征在于，所述中频滤波装置运行多模通信方式或混模通信方式共包括N种单模制式，N为大于 等于1的整数，如果各单模制式下均满足Ci*Ai < F/Ni，则所述中频滤波器的个数为1 ；否 则，中频滤波器的个数为各单模制式下对应的Ci*Ai <F/M的值中最大值并向上取整的结 果；其中，Ci为第i个通信制式对应的载波数，Ai为第i个通信制式对应的天线数，F为中 频滤波器的工作时钟频率，M为第i个通信制式下中频滤波器的采样频率，i为大于等于1 并小于等于N的整数。
4.如权利要求1、2或3所述的中频滤波装置，其特征在于，所述通信制式是指全球移动通讯系统通信制式、码分多址系统通信制式、通用移动通 信系统通信制式、长期演进系统通信制式、时分同步码分多址系统通信制式。
5.如权利要求1、2或3所述的中频滤波装置，其特征在于，所述中频滤波器是以下中一个或任意两个的组合或三个的组合成型滤波器、插值滤 波器、抽取滤波器。
6.一种中频滤波方法，其特征在于，在中频滤波装置中存储中频滤波器在不同通信制式下的滤波系数；所述中频滤波装置 运行于多模或混模通信方式下时，提取所述中频滤波器工作下的通信制式所对应的滤波系 数进行数据滤波处理。
7.如权利要求6所述的中频滤波方法，其特征在于，所述中频滤波装置运行在多模通信方式或混模通信方式下，在所述中频滤波装置进行 通信制式切换时，提取出切换后的当前通信制式对应的滤波系数进行数据滤波处理。
8.如权利要求7所述的中频滤波方法，其特征在于，所述中频滤波装置运行多模通信方式或混模通信方式共包括N种单模制式，N为大于 等于1的整数，如果各单模制式下均满足Ci*Ai < F/Ni，则所述中频滤波器的个数为1 ；否 则，中频滤波器的个数为各单模制式下对应的Ci*Ai <F/M的值中最大值并向上取整的结 果；其中，Ci为第i个通信制式对应的载波数，Ai为第i个通信制式对应的天线数，F为中 频滤波器的工作时钟频率，M为第i个通信制式下中频滤波器的采样频率，i为大于等于1 并小于等于N的整数。
9.如权利要求6、7或8所述的中频滤波方法，其特征在于，所述通信制式是指全球移动通讯系统通信制式、码分多址系统通信制式、通用移动通 信系统通信制式、长期演进系统通信制式、时分同步码分多址系统通信制式。
10.如权利要求6、7或8所述的中频滤波方法，其特征在于，所述中频滤波器是以下中一个或任意两个的组合或三个的组合成型滤波器、插值滤 波器、抽取滤波器。
全文摘要
本发明公开了一种中频滤波装置及滤波方法，此中频滤波装置包括中频滤波器，包括相连的滤波系数存储器和系数选择及控制单元；所述系数选择及控制单元的输出端与中频滤波器相连；所述滤波系数存储器，用于存储所述中频滤波器在不同通信制式下的滤波系数；所述系数选择及控制单元，用于从所述滤波系数存储器中提取所述中频滤波器工作下的通信制式所对应的滤波系数并提供至所述中频滤波器；所述中频滤波器，用于使用从系数选择及控制单元获知的滤波系数进行数据滤波处理。本发明的中频滤波装置及滤波方法，可以在支持多模、混模、多天线多载波场景中节省数字中频信息处理所需的硬件资源。
文档编号H04B7/26GK102104391SQ20091026164
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者赵兴山 申请人:中兴通讯股份有限公司