專利名稱：在頻域中的分數頻率和采樣速率改變的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線電接收機系統(tǒng)，以及更具體地，涉及頻域中在對信號的數字濾波中的頻率和采樣速率調整。
背景技術：
隨著移動電話變得更加復雜以及能夠支持多種不同的無線電標準，比如全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、增強型數據速率GSM演進(EDGE)、通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)、碼分多址 2000 (CDMA2000)和時分同步碼分多址(TD-SCMA)等等，對數字領域中的高度自適應信道濾波的需求變得空前的強烈。移動電話的無線電接收機已經包括了大量的數字信號處理。大多數使用的數字濾波器基于有限脈沖響應(FIR)模塊或無限脈沖響應(IIR)模塊，HR或 UR模塊在時域中處理有用信號。這在功率效率和面積占用方面是足夠的，但是這在設計容易度和自適應性方面存在嚴重的不足。在頻域內執(zhí)行數字濾波能提供等價的性能，但是在設計容易度、自適應性和控制方面有顯著的改進。響應于移動電話周圍的信號-干擾環(huán)境根據需要來提供選擇性的數字濾波器使得能夠顯著地節(jié)約電池消耗。已經提出了在頻域內的高度自適應數字濾波，作為軟件定義無線電(SDR)中的重要創(chuàng)新，例如在 Tim Hentschel 等人的"The DigitalFront-End of Software Radio Terminals”，IEEE Personal Communication, p. 6-12，1999 年 8 月中描述的。這種在頻域中的高度自適應數字濾波提供了比傳統(tǒng)時域數字濾波機制更大的固有靈活性和直觀控制。 將來多模式移動電話將是這種技術的核心受益者。對頻率平移的需求主要出現(xiàn)在支持窄帶無線電標準(如，GSM和EDGE)的用于低 IF操作的接收機中。將中頻(IF)從零頻率移開將減小Ι/f噪聲的影響以及幫助消除DC偏移。當頻率平移發(fā)生在數字領域時，可以在基帶調制解調器中解調之前將有用信號移回零。 需注意，重要的是能夠將頻率平移任意的量(如果仍然較小的話)。應該注意，如果在時域內實現(xiàn)，則頻率平移包括在采樣速率下對信號的重復的復數乘法，這會消耗大量的計算資源和電池功率。移動電話的多模式需求意味著多比特速率，同樣意味著當有用信號通過無線電設備的數字部分時針對有用信號需要多個采樣速率。然而，優(yōu)選地針對所有模式使用單個采樣和時鐘頻率，而不管需要的比特速率。這就要求在無線電設備的輸出處使用分數速率匹配(即，通常是抽取)，使得以正確的時間戳將數據傳遞到基帶調制解調器。此外，現(xiàn)有的無線電系統(tǒng)基于在時域中對固定的抽取濾波器陣列和可編程信道濾波器的使用，在所述現(xiàn)有的無線電系統(tǒng)中，使用一種類別或者其它類別的插補方案來實現(xiàn)反旋和采樣速率改變。這兩個操作可以占數字接收機硬件的功耗的30%。相應地，有利的是在頻域中執(zhí)行這些操作，因為額外的功耗很少或沒有額外的功耗
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種方法和實現(xiàn)方式，所述方法和實現(xiàn)方式使能作為頻域信號處理的一部分，來調節(jié)特定的臨界信號參數。因此，該方法包括使用具有預定分辨率的離散傅里葉變換將信號變換到頻域； 對頻域中的信號進行濾波；使用離散傅里葉逆變換(IDFT)將濾波后的信號變換回時域，以產生輸出信號；其中，將頻域中的信號的箱頻率(頻率分量)平移實數量；以及將輸出信號的采樣速率改變實數因子。采用這種方法，可以通過重新分配頻域中的信號的箱頻率，來實現(xiàn)信號的精確頻率平移。這可以在幾處進行第一，在DFT之后濾波之前；第二，在濾波之后IDFT之前；或者第三，兩者的結合。通過這種方法，可以將有用信號的頻率移位至任意在零Hz和士二分之一采樣頻率之間的新頻率，受到由尼奎斯特(Nyquist)施加的限制。因此，包括非常少量的信號處理。此外，采用這種方法，可以通過調節(jié)IDFT運算的最小相位步長來實現(xiàn)將采樣速率改變無理數因子。信號的時域分量保持正交，只要它們全部是使用多個這種最小相位步長來生成的。此外，可以保持對每個傅里葉分量的最終相位值的獲知，以確保與下一個信號塊的信號連續(xù)性。因此，與執(zhí)行基本IDFT所需的信號處理功率相比，采樣速率變化不會消耗超出該信號處理功率或在該信號處理功率以上的附加信號處理功率。該過程也假定沒有違反尼奎斯特(Nyquist)采樣速率定理。通過根據權利要求10的用于對時間上離散的信號進行數字濾波的裝置，還實現(xiàn)了至少一個目的。因此，該裝置包括第一變換器，使用具有預定分辨率的離散傅里葉變換將信號變換到頻域；至少一個平移器，將頻域中的信號的箱頻率平移實數量；頻域濾波器，對頻域中的信號進行濾波；第二變換器，使用離散傅里葉逆變換將信號變換回時域，以產生輸出信號；其中，所述第二變換器包括用于將輸出信號的采樣速率改變實數因子的裝置。需注意該裝置可以有利地用在無線電接收機系統(tǒng)中。此外，根據本發(fā)明的方法能以硬件、軟件或者兩者的結合來實現(xiàn)?？傊?，本發(fā)明的基本思想在于高效地調整信號的頻率和采樣速率，并在頻域中執(zhí)行這些操作，從而實現(xiàn)很少的額外功耗或沒有額外功耗。除了提供頻率平移和采樣速率轉換，該裝置還使得更容易響應于干擾水平的改變來進行濾波器調整。在頻域中，既容易檢測干擾水平的改變，又容易使用信道濾波器來采取對抗這種改變的措施。優(yōu)選實施例和本發(fā)明更多的改進由獨立權利要求的從屬權利要求說明。應該理解本發(fā)明的裝置和方法具有相似和/或等同的優(yōu)選實施例和有益效果。


參考下文描述的實施例的說明，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯。在以下附圖中，附圖是示意性繪制的，而不是按實際比例繪制的，不同附圖中相同的附圖標記(如果有的話)可以指相應的元素。本領域技術人員將清楚，在不背離本發(fā)明的精神的前提下，本發(fā)明替換的但是等效的實施例是可能的，本發(fā)明的范圍僅由權利要求限定。圖1為示出了根據本發(fā)明實施例的裝置的示意圖，所述裝置用作無線電接收機系統(tǒng)的一部分；
圖2為示出了根據本發(fā)明方法的實施例的流程圖；圖3為更詳細說明了在時域中的箱頻率的平移的示意圖；圖4為示出了根據本發(fā)明實施例的輸出信號的示例的曲線圖，所述輸出信號的采樣速率已經改變。
具體實施例圖1為示出了無線電接收系統(tǒng)的簡化示例的示意圖，其中，更詳細地示出了用于頻域數字信號處理的裝置30。來自RF前端10的輸入信號被輸入到模數轉換器(ADC) 20 中。在這種情況下，ADC的20是過采樣類型的，比如西格瑪德爾塔調制器，因此信號在解調之前需要抽取。第一變換器31使用離散傅里葉變換(DFT)將來自于ADC 20的信號變換到頻域，此后，應用濾波函數33，然后第二變換器32使用離散傅里葉逆變換(IDFT)以及應用采樣速率改變(SRC)，來將該信號平移回時域。頻域處理的重要特征是在濾波之前和/或之后，在感測點a和/或b(圖1中的橢圓)感測無線電信號的頻率含量。這種感測便于響應于外部干擾環(huán)境的改變來調整濾波器特性。應注意，DFT分辨率可以是工廠設定的、由控制器預先計算的、或者隨著信號特性的改變而即時計算的。雖然這里沒有示出，可以有若干DFT運算緊密配合地工作來最小化處理負荷。此外，不排除使用快速傅里葉變換(FFT)。頻率平移可以由濾波器模塊33任意側的至少一個變換器36、36’來提供，由于這主要是對箱頻率的重新標記，所以額外的處理開銷非常小。分數重采樣(SRC)發(fā)生在濾波器塊33之后，作為第二變換器32中IDFT運算的一部分。以下將給出頻移操作和速率匹配操作的更多的細節(jié)?，F(xiàn)在更詳細地描述頻率平移的方面。圖2為示出了本文提出的方法的示例實現(xiàn)方式的流程圖，根據本發(fā)明實施例，該方法用于頻率平移和采樣速率調整。圖3為更詳細地示出了在圖2中步驟3，3’中執(zhí)行的箱頻率的平移過程的示意圖。根據頻率平移的第一實施例，在步驟Sl中，使用DFT，將具有低IF(fl)的輸入信號(在圖2的頂部以及在圖3(a)中示出)變換到頻域，從而產生復箱系數..13-2，13-1，130， bl··.等(圖 3)。在步驟S2，通常將箱系數乘以頻域濾波器的系數。在步驟S3，在信號通過步驟S2的頻域濾波器之后應用頻移。箱頻率通常包括整數索引值與箱頻率間隔的乘積。然而，作為本實施例的一部分， 在步驟S4中，索引值均作為實數被調節(jié)，即，同時具有整數部分和分數部分，使得有用信號 (如圖2的下部和圖3(b)中所示)相對于零Hz處或接近零Hz的頻率移動了 Δ ·。有效地，在圖3中的初始DFT箱系數Bl (即，b_2，b_l，b0, bl等)被重新標記，以與新的頻率集合相關聯(lián)。因此，箱值Bv被分配給新的箱索引X。這產生了平移了 Af的新的箱系數B2。可以用非常少的處理資源來實現(xiàn)這一點。箱間隔保持不變。在變換的第一實施例中，在信號通過頻域濾波器(步驟S》之后應用頻移(步驟 S3)。然而，一般來說，可以可選地(i)在步驟S3’中在DFT之后立即應用頻移；(ii)在步驟S3中剛好在IDFT/SRC之前應用頻移；或者(iii)在步驟S3和S3’中在濾波步驟S2之前和之后應用頻移。
因此，在變換的第二實施例中，其中，使用選項(i)，DFT箱的索引值被修改，IDFT 的索引仍然是整數值。這允許信道濾波器為實數，即，以零為中心。在變換的第一實施例中，其中，使用選項(ii)，信道濾波器為復數，即，不對稱的， IDFT箱的索引必需被修改。在變換的第三實施例中，其中，實現(xiàn)選項(iii)，當在兩個位置應用相等的頻率偏移時，在DFT和IDFT(步驟Sl和S4)中均可得到潛在的益處。這允許在DFT和IDFT中使用公共的正弦和余弦值集合，因此節(jié)約了計算時間和存儲空間?，F(xiàn)在更詳細地描述采樣速率改變方面。分數采樣速率改變(SRC)在步驟S4中作為 IDFT函數的一部分來實現(xiàn)。在沒有任何采樣速率改變的情況下，可以通過將箱系數的大小乘以適當相位的余弦函數，然后將余弦函數的全集加在一起，來產生IDFT輸出。每個余弦的自變量(即，相位)為應用到每個箱(依據輸入信號的行為)上的固定相位與最小相位步長和箱索引數值的乘積之和。最小相位步長由2π/Ν給出，其中N等于DFT的長度(即， 采樣的個數)和箱頻率的總數。直接(S卩，整數)下采樣方法可以針對原始集合的僅每第η個采樣來計算IDFT輸出采樣，其中η為整數。這等價于將最小相位步長縮放因子η。為了有效，還假設高于新采樣頻率的頻率的箱系數為零或者非常小(即必須不違反尼奎斯特定理)。對于分數(或者實數)速率改變，以實數(無理數)來縮放最小相位步長，以適合所需的輸出采樣速率。這將會產生具有新的(并且恒定的)采樣間隔的新的輸出采樣集合。如果在沒有采樣速率改變的情況下IDFT的輸出由下式給出
權利要求
1.一種對時間上離散的信號進行數字濾波的方法，包括 使用具有預定分辨率的離散傅里葉變換將信號變換到頻域； 對頻域中的信號進行濾波；使用離散傅里葉逆變換將濾波后的信號變換回時域，以產生輸出信號； 其中，將頻域中的信號的箱頻率平移實數量；以及將輸出信號的采樣速率改變實數因子。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，箱頻率的平移是分兩部分來執(zhí)行的，分別在對頻域中的信號進行濾波之前和之后。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，平移箱頻率的兩部分應用相同的實數量。
4.根據權利要求1至3之一所述的方法，其中，離散傅里葉變換的預定分辨率是由控制器預先計算的。
5.根據權利要求1至3之一所述的方法，其中，離散傅里葉變換的預定分辨率是由控制器響應于信號特性的改變來實時計算的。
6.根據權利要求1至3之一所述的方法，其中，響應于信號特性的改變，來調整在頻域中濾波的濾波器特性。
7.根據權利要求1至3之一所述的方法，其中，箱頻率的平移包括使用實數量來重新標記所述箱頻率。
8.根據權利要求1至3之一所述的方法，其中，采樣速率的改變包括將離散傅里葉逆變換的最小相位步長縮放實數因子。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，存儲數列中相應的最后一個采樣的傅里葉分量的相位，以確保與下一個信號數據塊的連續(xù)性。
10.一種用于對時間上離散的信號進行數字濾波的裝置，包括 第一變換器，使用具有預定分辨率的離散傅里葉變換將信號變換到頻域； 至少一個平移器，將頻域中的信號的箱頻率平移實數量；頻域濾波器，對頻域中的信號進行濾波；第二變換器，使用離散傅里葉逆變換將信號變換回時域，以產生輸出信號； 其中，所述第二變換器包括調整器，被配置為將輸出信號的采樣速率改變實數因子。
11.根據權利要求10所述的裝置，進一步包括頻譜分析器，在濾波之前和/或之后分析頻域中的信號的特性；以及控制器，響應于信號特性的改變，來調整頻域濾波器的濾波器特性和/或第一變換器的分辨率。
12.根據權利要求10或11所述的裝置，其中，所述至少一個平移器通過使用實數量重新標記箱頻率，來平移所述箱頻率。
13.根據權利要求10或11所述的裝置，其中，所述第二變換器通過將離散傅里葉逆變換的最小相位步長縮放實數因子，來改變輸出信號的采樣速率。
14.根據權利要求13所述的裝置，所述裝置存儲數列中相應的最后一個采樣的傅里葉分量的相位，以確保與下一個信號數據塊的連續(xù)性。
15.一種無線電接收機系統(tǒng)，包括如權利要求10至14之一所述的裝置。
16. 一種計算機程序產品，包括存儲指令的機器可讀介質，所述指令當被加載到計算機設備時，使計算機設備能執(zhí)行如權利要求1至9之一所述的方法。
全文摘要
一種對時間上離散的信號進行數字濾波的裝置(30)方法，包括使用離散傅里葉變換將信號變換(31)到頻域；對頻域中的信號進行濾波(33)，其中，可以響應于干擾環(huán)境的改變根據需要來實時地調整濾波器響應；使用離散傅里葉逆變換將濾波后的信號變換(32)回時域，以產生輸出信號；其中，將頻域中的信號的箱頻率平移實數量；以及將輸出信號的采樣速率改變實數因子。
文檔編號H04L25/03GK102342069SQ200980152877
公開日2012年2月1日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2008年12月29日
發(fā)明者布里安·約翰·明尼斯, 羅伯特·法菲爾德 申請人:Nxp股份有限公司