[發(fā)明專利]基于邏輯電路的Farrow濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110325742.8
• 申請(qǐng)日: 2011-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN102412806B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳永紅;岳亮;茍春茂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京中興新軟件有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H03H9/46
• 分類號(hào): H03H9/46
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11240
• 代理人: 余剛,梁麗超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于邏輯電路的Farrow濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

Farrow濾波器最大的特點(diǎn)是能夠利用一組固定系數(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)任意采樣速率的變換。它的理論基礎(chǔ)基于連續(xù)時(shí)間模型，如圖1所示。

Farrow濾波器的作用就是將圖1的過程完全在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)：1)使用理想DAC和模擬濾波器h_a(t)將數(shù)字信號(hào)x(k)恢復(fù)為準(zhǔn)原始信號(hào)y_a(t)；2)對(duì)y_a(t)進(jìn)行重采樣得到速率變換后的數(shù)字信號(hào)y(l)。濾波器h_a(t)的性能決定輸出信號(hào)的時(shí)域和頻域質(zhì)量。

這種模擬過程的數(shù)字化完全可以由數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)和證明，分別可以得到插值和抽取兩種情況下Farrow濾波器的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)數(shù)學(xué)模型可以得到最抽象的邏輯硬件實(shí)現(xiàn)模型。

1、插值情況下

時(shí)間系數(shù)μ_l表示當(dāng)前輸出樣本與之前最近的輸入樣本之間的時(shí)間間隔，并對(duì)輸入采樣周期T_in歸一化，如圖2所示。

Farrow濾波器的插值結(jié)構(gòu)如圖3所示。每個(gè)輸出樣本y(l)的計(jì)算對(duì)應(yīng)一組輸入樣本，這組輸入樣本經(jīng)過M+1個(gè)子濾波器C_i(z)濾波，輸出的v_m(n_l)分別與(2μ_l-1)^m相乘并累加即可得到重采樣后的輸出樣本。子濾波器全部工作在輸入采樣速率下，v_m(n_l)與(2μ_l-1)^m的乘法運(yùn)算工作在輸出采樣速率下。

2、抽取情況下

時(shí)間系數(shù)μ_k表示當(dāng)前輸入樣本與之前最近的輸出樣本之間的時(shí)間間隔，并對(duì)輸出采樣周期T_out歸一化。Farrow濾波器的抽取結(jié)構(gòu)如圖4所示。每個(gè)輸出樣本y(l)的計(jì)算對(duì)應(yīng)一組輸入樣本，每個(gè)樣本與各自對(duì)應(yīng)的(2μ_k-1)^m相乘后，利用索引上下限將這組數(shù)據(jù)進(jìn)行分段累加，即在每個(gè)輸出采樣周期，累加器將計(jì)算好的一組數(shù)據(jù)(即輸入樣本)送入子濾波器C_i(z)，子濾波器輸出結(jié)果相加即得到抽取后的輸出樣本y(l)。該結(jié)構(gòu)中，輸入樣本與(2μ_k-1)^m的乘法運(yùn)算和累加器運(yùn)算工作在輸入采樣速率下，子濾波器全部工作在輸出采樣速率下。

Farrow濾波器用來做分?jǐn)?shù)延時(shí)的時(shí)候，不改變信號(hào)采樣速率，其數(shù)學(xué)模型和邏輯實(shí)現(xiàn)框圖可以視為插值情況下的一個(gè)特例。

前面的背景描述為Farrow濾波器的數(shù)學(xué)模型以及對(duì)應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)流程，這在很多公開的技術(shù)資料上均有研究和分析。目前關(guān)于Farrow濾波器的研究大多集中于如何尋找更優(yōu)的濾波器組C_i(z)以更好地滿足某個(gè)或某些信號(hào)處理應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)時(shí)域和頻域的性能要求。

Farrow濾波器一般分為軟件和邏輯硬件兩種實(shí)現(xiàn)方式。軟件實(shí)現(xiàn)即在數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，簡(jiǎn)稱DSP)等處理器芯片里面使用軟件程序進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算和實(shí)現(xiàn)，這適合于非實(shí)時(shí)計(jì)算或者數(shù)據(jù)采樣速率很低時(shí)候的實(shí)時(shí)計(jì)算。軟件實(shí)現(xiàn)可以全浮點(diǎn)進(jìn)行，完全使用Farrow濾波器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算即可。

實(shí)時(shí)的中頻信號(hào)的Farrow濾波器處理適合使用定點(diǎn)化的邏輯電路實(shí)現(xiàn)，此時(shí)數(shù)據(jù)采樣速率高，DSP處理器很難負(fù)擔(dān)這么大的運(yùn)算量。但是目前還沒有關(guān)于Farrow濾波器的定點(diǎn)邏輯電路實(shí)現(xiàn)方式。

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中現(xiàn)有Farrow濾波器硬件架構(gòu)不夠靈活，不支持在線配置速率的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有Farrow濾波器硬件架構(gòu)不夠靈活，不支持在線配置速率的問題，本發(fā)明提供了一種基于邏輯電路的Farrow濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法，以至少解決上述問題。