[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于無線中程傳感網(wǎng)物理層的內(nèi)插數(shù)字濾波器裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810060066.4
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號: CN101282322A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬溢萍;施玉松;姜建;陳晨;劉海濤;姜華
• 申請（專利權(quán)）人: 中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L29/08;H04L12/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 沈志良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于OFDM(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，正交頻分復(fù)用)體制的無線中程傳感網(wǎng)絡(luò)的傳輸節(jié)點，尤其涉及其中的內(nèi)插數(shù)字濾波器。

背景技術(shù)

插值是在離散數(shù)據(jù)之間補(bǔ)充一些數(shù)據(jù)，使這組離散數(shù)據(jù)能夠符合某個連續(xù)函數(shù)。插值是數(shù)字信號處理中最基本和最常用的手段和方法，例如，圖像處理中可以通過插值實現(xiàn)圖像清晰度的改善。在基于OFDM的無線通信系統(tǒng)中，對一個OFDM符號進(jìn)行N次采樣，或者N點IFFT運(yùn)算所得到的N個輸出樣值往往不能真正地反映連續(xù)OFDM符號的變化特性，其原因在于：由于沒有使用過采樣，當(dāng)這些樣值點被送到A/D時，就有可能導(dǎo)致生成偽信號(alising)，這是系統(tǒng)中所不能允許的。這種偽信號表現(xiàn)就是，當(dāng)以低于信號中最高頻率兩倍的頻率進(jìn)行采樣時，即當(dāng)采樣值被還原之后，信號中將不再含有原有信號中的高頻成分，呈現(xiàn)出虛假的低頻信號。因此，針對這種偽信號現(xiàn)象，一般都需要對OFDM符號進(jìn)行上采樣，即在原有的采樣點之間在添加一些采樣點，構(gòu)成pN(p為整數(shù))個采樣值。這種過采樣的實施可以通過上采樣濾波實現(xiàn)。

在上采樣過程中，阻帶衰減主要用于信號頻域周期延拓分量的抑制；在下采樣過程中，濾波器主要用于濾除信號的帶外高斯噪聲。當(dāng)濾波器阻帶衰減達(dá)到一定的數(shù)值后，信號頻域的周期延拓分量和帶外噪聲對于系統(tǒng)性能的影響將變得微乎其微。因此加入濾波器的接收端系統(tǒng)在信噪比較低時，可以改善系統(tǒng)的性能。

數(shù)字濾波器的實現(xiàn)一般有3條途徑：(1)由通用DSP芯片編程實現(xiàn)；(2)選用已有的專用濾波器芯片實現(xiàn)；(3)根據(jù)系統(tǒng)要求自行設(shè)計濾波器，并用FPGA實現(xiàn)。隨著數(shù)字通信速率的快速提高，特別是無線寬帶傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)速率非常高，對濾波器的運(yùn)算速度的要求也愈來愈高。如此高速的濾波器如用通用DSP實現(xiàn)，則將占用該DSP的絕大部分運(yùn)算資源，使DSP幾乎不能承擔(dān)其他編解碼等任務(wù)。

這種情況下，最好的選擇是用FPGA硬件實現(xiàn)內(nèi)插和抽取數(shù)字濾波器裝置。濾波器有兩種：FIR(Finite?impulse?response，有限沖激響應(yīng))濾波器和IIR(Infinite?Impulse?Response，無限沖激響應(yīng))濾波器。IIR濾波器用于能夠容忍相位失真的系統(tǒng)中，而FIR濾波器則在需要線性相位、具備內(nèi)在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中使用。正因為這樣，很多系統(tǒng)設(shè)計都采用了FIR濾波器。我們所用到的濾波器主要有三種：FIR濾波器，以及FIR濾波器的兩種特殊濾波器，CIC(Cascaded?integrator-comb，級聯(lián)積分梳狀)濾波器和HBF(Half-Band?Filter，半帶濾波器)。

在傳統(tǒng)的可編程硬件采樣率變換系統(tǒng)中，用得更多的是兩類高效的數(shù)字濾波器：半帶濾波器和級聯(lián)積分梳狀濾波器。由于各自濾波器系數(shù)的特殊性，它們在節(jié)省運(yùn)算量和存儲量方面顯得特別有效果。但是系統(tǒng)性能比較差，通帶波紋較大，阻帶衰減較小，很難滿足基于OFDM體制的無線寬帶傳輸系統(tǒng)要求。而FIR可以實現(xiàn)通帶波紋較小，阻帶衰減較大的系統(tǒng)性能，但是傳統(tǒng)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，達(dá)到較高數(shù)據(jù)速率占用的硬件資源較多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供種應(yīng)用于無線中程傳感網(wǎng)物理層的內(nèi)插數(shù)字濾波器裝置。

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有的內(nèi)插數(shù)字濾波器裝置通帶波紋較大，阻帶衰減較小，占用硬件資源較多，無法滿足高速數(shù)據(jù)速率的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：發(fā)射機(jī)的內(nèi)插數(shù)字濾波器裝置，發(fā)射機(jī)的內(nèi)插數(shù)字濾波器包括基于FIR(Finite?impulse?response?filter，有限沖激響應(yīng)濾波器)的內(nèi)插數(shù)字濾波模塊和基于CIC(Cascaded?integrator-comb?filter，級聯(lián)積分梳狀濾波器)的內(nèi)插數(shù)字濾波模塊。

所述的FIR的內(nèi)插數(shù)字濾波模塊包括：包括移位寄存器延時模塊，乘法器模塊，系數(shù)選擇器模塊，累加器模塊，其中累加器模塊包括寄存器延時模塊和加法器模塊。移位寄存器模塊、系數(shù)選擇器模塊與乘法器模塊相連，乘法器與累加模塊中寄存器延時模塊相連。累加器模塊中的寄存器延時模塊與加法器相連。

移位寄存器延時模塊，用于將送入的基帶OFDM調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位存儲，延時后的數(shù)據(jù)送入乘法器與系數(shù)進(jìn)行相乘；

系數(shù)選擇器用于從待選擇的濾波器系數(shù)中依次選擇相應(yīng)的系數(shù)，送入乘法器模塊與移位寄存器延時模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘；

乘法器用于將寄存器延時模塊輸出的數(shù)據(jù)與系數(shù)選擇器輸出的系數(shù)進(jìn)行相乘；