專利名稱：一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法與裝置，尤其涉及一種基于流水線設(shè)計(jì) 的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法與裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)字正交解調(diào)是全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)，特別是全數(shù)字彩色多普勒超聲成像系統(tǒng)不 可缺少的部分。正交解調(diào)后的信號(hào)包含兩個(gè)正交分量I和Q，IQ信號(hào)完整的保留了調(diào)制信 號(hào)的幅度信息和相位信息。用IQ信號(hào)既可以得到超聲回波的幅度信息，也可以利用相位信 息獲取血流或組織的多普勒頻移信息。在超聲成像系統(tǒng)中的數(shù)字正交解調(diào)是將同步分到兩個(gè)乘法器的RF信號(hào)分別與正 弦信號(hào)和余弦信號(hào)相乘，兩個(gè)乘法器的輸出分別經(jīng)過一個(gè)低通濾波器濾除倍頻分量，濾波 器輸出即為正交解調(diào)結(jié)果。此裝置包括兩個(gè)乘法器、兩個(gè)低通濾波器、正余弦參考信號(hào)發(fā)生 器以及濾波參數(shù)的存儲(chǔ)和控制。正交解調(diào)方案很多，早期是在模擬信號(hào)域進(jìn)行的，在數(shù)字技術(shù)廣泛采用的今天，數(shù) 字正交解調(diào)已經(jīng)成為主流。數(shù)字正交解調(diào)也可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，如Hilbert變換，四分之 一采樣頻率解調(diào)和中心頻率解調(diào)。這三種解調(diào)方式中，Hilbert變換計(jì)算復(fù)雜，也不是線性 相位，但是，Hilbert解調(diào)不用使用濾波器。一般仿真中傾向于使用Hilbert變換解調(diào)。四 分之一采樣頻率解調(diào)是一種使用資源最少的解調(diào)方式，因?yàn)閰⒖驾d頻是采樣頻率的四分之 一，因此參考信號(hào)的值只有三種可能，0，1，-1。這樣解調(diào)過程不需要使用乘法器，只需要根 據(jù)參考載波的值對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行賦0，直通或者反相就可以了。中心頻率解調(diào)采用和輸入信 號(hào)載波的中心頻率相同的sin和cos信號(hào)對(duì)輸入進(jìn)行解調(diào)，可以直接得到基帶信號(hào)，同時(shí)可 以獲得無偏的相位估計(jì)。另外，中心頻率解調(diào)濾波器容易設(shè)計(jì)，因?yàn)槭腔鶐盘?hào)，頻帶比較 固定，而四分之一采樣頻率解調(diào)由于是混頻解調(diào)，信號(hào)頻帶會(huì)隨輸入信號(hào)中心頻率不同而 變化。在現(xiàn)有的專利中，數(shù)字正交解調(diào)包括RF信號(hào)乘參考載波和低通濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)。 RF信號(hào)分兩路分別和正弦參考載波和余弦參考載波相乘，然后通過低通濾波器濾除二次分量。目前被廣泛使用的數(shù)字正交解調(diào)，主要是采用兩路完全一樣的硬件電路得到IQ 信號(hào)，即將RF信號(hào)分別輸入兩個(gè)乘法器與sin和cos相乘，然后各自進(jìn)行濾波，得到I分量 和Q分量，這樣至少需要兩個(gè)乘法器和兩個(gè)低通濾波器。低通濾波器是比較耗費(fèi)資源的，比 如一個(gè)32階的低通濾波器最少要用16個(gè)乘法器。圖1為一個(gè)超聲成像系統(tǒng)中常見的數(shù)字正交解調(diào)裝置。波束合成輸出的RF信號(hào) 分別放入兩個(gè)乘法器與正弦值和余弦值相乘，正弦值和余弦值是由正弦函數(shù)發(fā)生器和余弦 函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的。乘法器的輸出IpQ1進(jìn)入一低通濾波器，低通濾波器從濾波器參數(shù)存儲(chǔ) 器中讀取相應(yīng)濾波系數(shù)對(duì)輸入信號(hào)I1A1進(jìn)行濾波，輸出即為正交解調(diào)結(jié)果I、Q。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種采用流水線設(shè)計(jì)的數(shù)字正交解調(diào)的方法與裝置，該裝置應(yīng)用一路 解調(diào)電路完成I、Q兩路的輸出和濾波，將正、余弦信號(hào)分時(shí)復(fù)用成一路信號(hào)與RF信號(hào)相乘， 由此設(shè)計(jì)出的新裝置只需要一個(gè)乘法器、一個(gè)低通濾波器就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字正交解調(diào)，減少 了 FPGA中資源的消耗，并且如果選用速度足夠快的硬件，該裝置還可以用于多波束的正交解調(diào)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其包括以下步驟A.產(chǎn)生正、余弦參考信號(hào)；B.將正、余弦參考信號(hào)分時(shí)復(fù)用成一路信號(hào)輸出；C.將RF信號(hào)與分時(shí)復(fù)用的正余弦信號(hào)相乘；D.產(chǎn)生濾波器系數(shù)并控制其輸出；E.應(yīng)用相應(yīng)的濾波器系數(shù)對(duì)C步驟中相乘后的信號(hào)進(jìn)行濾波；F.求模處理并輸出信號(hào)。所述A步驟中用兩個(gè)存儲(chǔ)器分別存儲(chǔ)正弦表和余弦表，通過改變兩個(gè)存儲(chǔ)器讀地 址的步長得到不同頻率下的正、余弦函數(shù)，所述步長等于1024*4*中心頻率/系統(tǒng)的采樣頻率。所述的正弦表存儲(chǔ)器和余弦表存儲(chǔ)器中只存儲(chǔ)1/4周期的數(shù)值，在讀地址的高位 擴(kuò)展兩位作為象限的區(qū)分，用一個(gè)計(jì)數(shù)器按照步長對(duì)兩個(gè)存儲(chǔ)器的讀地址計(jì)數(shù)，讀地址的 最高兩位與象限以及正、余弦值符號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為00 第一象限，正弦值為正，余弦值為正01 第二象限，正弦值為正，余弦值為負(fù)10 第三象限，正弦值為負(fù)，余弦值為負(fù)11 第四象限，正弦值為負(fù)，余弦值為正。所述E步驟中的濾波方式采用的是有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法，根 據(jù)海明窗法的濾波器系數(shù)計(jì)算公式如下
((2ηπ ^
0.75+ 0.25 cos
J)
—-sin(iy η) ηπ
、式中Ν為濾波器階數(shù)，ω。為低通濾波器的截止頻率，ω。與抽取因子M的關(guān)系為
^ , _ N-\ N-I "Μ，π= ----所述D步驟中的濾波器系數(shù)在所述E步驟中將輸入信號(hào)延時(shí)2Ν拍再對(duì)稱相加，N 是濾波器階數(shù)。本發(fā)明求模運(yùn)算的一種優(yōu)選方案為所述F步驟中一方面用濾波器輸出的一路IQ 數(shù)據(jù)用一個(gè)乘法器進(jìn)行平方運(yùn)算，然后再將平方后的結(jié)果分成I2、Q2兩路信號(hào)，并對(duì)此兩路 信號(hào)相加開平方即完成求模運(yùn)算；另一方面將濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù)分成I、Q兩路，以 供后續(xù)信號(hào)處理。本發(fā)明求模運(yùn)算的另一種優(yōu)選方案為所述F步驟中將濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù) 分成兩路I、Q，該兩路信號(hào)一方面輸出做其他處理，一方面通過兩個(gè)乘法器進(jìn)行平方運(yùn)算得
5到I2、Q2，然后再相加求平方根，從而完成求模運(yùn)算。在求平方根之后有一低通濾波器。一種實(shí)現(xiàn)以上基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法的裝置，其包括一個(gè)乘 法器，用于將RF信號(hào)與正余弦參考信號(hào)相乘；一個(gè)濾波器，用于應(yīng)用相應(yīng)的濾波器系數(shù)對(duì) 來自乘法器的信號(hào)進(jìn)行濾波；一個(gè)正余弦函數(shù)發(fā)生器，用于產(chǎn)生正、余弦函數(shù)；一個(gè)多路選 擇器，用于將正、余弦值分時(shí)復(fù)用成一路信號(hào)輸出；一個(gè)濾波系數(shù)發(fā)生器，用于產(chǎn)生和控制 濾波器系數(shù)的輸出，所述乘法器輸出端連接所述濾波器輸入端，所述正余弦函數(shù)發(fā)生器輸 出端連接所述多路選擇器輸入端，所述多路選擇器輸出端連接所述乘法器輸入端，所述濾 波系數(shù)發(fā)生器輸出端連接所述濾波器輸入端。所述正余弦函數(shù)發(fā)生器中包括分別存儲(chǔ)正弦表和余弦表的兩個(gè)存儲(chǔ)器。在本發(fā)明中提出將RF信號(hào)在信號(hào)處理過程中采用流水線的設(shè)計(jì)方式，用一路解 調(diào)電路完成I、Q兩路的輸出和濾波，只需要一個(gè)乘法器和一個(gè)低通濾波器就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字 正交解調(diào)，這樣的設(shè)計(jì)不僅可以將硬件資源減少一倍，如果選用的硬件乘法器速度足夠快 (乘法器速度達(dá)到160MHz)，還可以用于雙波束，更使得硬件使用效率提高4倍。


圖1為現(xiàn)有的數(shù)字正交解調(diào)裝置示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)字正交解調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為現(xiàn)有的FIR濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的分時(shí)復(fù)用的FIR濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的求模處理方案一示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的求模處理方案二示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例的求模處理方案三示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例按照方法一設(shè)計(jì)出多波束中兩波束情況下的正交解調(diào)的結(jié) 構(gòu)框圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例兩波束的FIR濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施超聲成像系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明在超聲設(shè)備中，超聲波的中心頻率和信號(hào)帶寬都會(huì)沿深度有所變化，所以數(shù)字正 交解調(diào)裝置要求支持解調(diào)信號(hào)的中心頻率可變，帶寬可變。假設(shè)超聲回波信號(hào)的表達(dá)式 為
x(t) = A(t) cos(iy(0 χ t + φ{(diào) ))式中A(t)—低頻信號(hào)，其幅值隨深度的不同而變化ω (t)——回波的頻率。正交解調(diào)的過程可以分為以下兩步1) I1 ⑴=χ cos(iy(0 xt) = A(t) / 2(cos(^(0) + cos(2iy(0 χ t + φ( )))Q1 ⑴=x(t) χ sinO(i) xt) = -A(t) / 2(sin(^(0) - sin(2iy(0 χ t + φ{(diào) )))2)從1)中的兩個(gè)表達(dá)式可以看出，“⑴為⑴是由兩部分信號(hào)組成，一是頻率在 0附近的低頻信號(hào)，二是頻率在2 ω (t)附近的高頻信號(hào)，將I1UhQ1 (t)分別送入低通濾波 器，濾除高次諧波分量，假設(shè)低通濾波器的單位沖激響應(yīng)為h(t)，即
/(t) = Z1 (0 h{t) = Ait) / 2 χ cos(^(0)
Q(t) = Q1 (0 h{t) = A(t) / 2 χ sin(iKO)以上得到的I (t)、Q(t)即為正交解調(diào)的結(jié)果。正交解調(diào)將一路信號(hào)分成了相互正 交的兩路信號(hào)I和Q，I代表同相(In-phase)分量，Q代表正交(Quadrature)分量，解調(diào)出 的兩路信號(hào)保留了原信號(hào)的低頻調(diào)制分量。對(duì)I、Q求模，得其結(jié)果為A(t)/2，即為原信號(hào) 的幅度信息，這就是B型超聲成像的基礎(chǔ)，亦可對(duì)I、Q信號(hào)進(jìn)行其他相關(guān)處理可以得出血流 fn息等。如果按照?qǐng)D1的方式，對(duì)RF信號(hào)同時(shí)采用同樣的處理方式進(jìn)行數(shù)字正交解調(diào)，會(huì) 增加硬件資源的利用，所以在本發(fā)明中將采用流水線的設(shè)計(jì)方法來完成數(shù)字正交解調(diào)，這 樣便可以減少一個(gè)乘法器和一個(gè)濾波器，詳細(xì)見圖2。圖2為按照本發(fā)明的數(shù)字正交解調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。按照本發(fā)明的正交解調(diào)裝置 包括一個(gè)乘法器201，用于將RF信號(hào)與分時(shí)復(fù)用的正余弦值相乘；一個(gè)低通濾波器202， 應(yīng)用相應(yīng)的濾波器系數(shù)對(duì)來自乘法器201的信號(hào)進(jìn)行濾波；一個(gè)正余弦函數(shù)發(fā)生器203，用 于產(chǎn)生正、余弦參考信號(hào)；一個(gè)多路選擇器204，用于將正、余弦值分時(shí)復(fù)用成一路信號(hào)輸 出；一個(gè)濾波系數(shù)發(fā)生器205，用于產(chǎn)生和控制濾波器系數(shù)的輸出。下面詳細(xì)說明本發(fā)明正交解調(diào)裝置中正余弦函數(shù)發(fā)生器203的正、余弦函數(shù)的產(chǎn) 生。在正余弦函數(shù)發(fā)生器203中用兩個(gè)存儲(chǔ)器分別存儲(chǔ)正弦表和余弦表，由于sin和cos 函數(shù)存在奇偶對(duì)稱特性，所以正弦表存儲(chǔ)器和余弦表存儲(chǔ)器中只需存儲(chǔ)1/4周期的數(shù)值即 可，通過對(duì)兩個(gè)存儲(chǔ)器讀地址的控制以及數(shù)值符號(hào)的處理就能得到完整周期內(nèi)的正、余弦 函數(shù)，然后改變兩個(gè)存儲(chǔ)器讀地址的步長得到不同頻率下的正、余弦函數(shù)。假定系統(tǒng)的采 樣頻率為32Mhz，中心頻率為3. 5Mhz，存儲(chǔ)器的大小為1024，讀地址位寬為lObit，則對(duì)應(yīng) 3. 5Mhz頻率下的正、余弦函數(shù)，其存儲(chǔ)器的讀地址步長為1024X4X3. 5/32，用一個(gè)計(jì)數(shù)器 產(chǎn)生存儲(chǔ)器的讀地址，其計(jì)數(shù)步長就為前面所計(jì)算的值1024X4X3. 5/32，以此類推就可以 實(shí)時(shí)生成任意頻率的正、余弦函數(shù)。由于兩個(gè)存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)的是第一象限的正、余弦值，其符號(hào)位都為正，如果要得出 一個(gè)完整周期的正、余弦函數(shù)需要對(duì)數(shù)據(jù)的符號(hào)位進(jìn)行正負(fù)處理。所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要在讀 地址的高位擴(kuò)展2位作為象限的區(qū)分，用一個(gè)計(jì)數(shù)器按照一定步長對(duì)兩個(gè)存儲(chǔ)器的讀地址 計(jì)數(shù)，讀地址的最高2位(擴(kuò)展位)與象限以及正、余弦值符號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為00 第一象限，正弦值為正，余弦值為正。01 第二象限，正弦值為正，余弦值為負(fù)。10 第三象限，正弦值為負(fù)，余弦值為負(fù)。11 第四象限，正弦值為負(fù)，余弦值為正。由此可見，根據(jù)讀地址步長來改變正、余弦函數(shù)的頻率，根據(jù)存儲(chǔ)器讀地址的最高2位擴(kuò)展位來判斷正、余弦值的符號(hào)位，從而可以正確得出一個(gè)周期的正、余弦函數(shù)。
接著詳細(xì)說明本發(fā)明正交解調(diào)裝置中的低通濾波器202和濾波系數(shù)發(fā)生器205的 設(shè)計(jì)原理。在本發(fā)明中，濾波器采用的是有限沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法， 根據(jù)海明窗法的濾波器系數(shù)計(jì)算公式如下 式中Ν為濾波器階數(shù)，ω。為低通濾波器的截止頻率，ω。與抽取因子M的關(guān)系為
COc 彡 JI /M。在濾波系數(shù)發(fā)生器205中，先根據(jù)各種抽取因子M的值計(jì)算出低通濾波器的截止 頻率ω。，然后將ω。代入以上海明窗的濾波器系數(shù)計(jì)算公式，得出各組濾波器系數(shù)，然后按 照一定的規(guī)則將各組濾波系數(shù)存放在濾波系數(shù)發(fā)生器205的存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)在工作時(shí)，通 過判斷當(dāng)前抽取因子M的值來控制存儲(chǔ)器的讀地址，讀取該抽取因子M對(duì)應(yīng)的一組濾波器 系數(shù)。若FIR濾波器的階數(shù)為N，N個(gè)低通濾波系數(shù)具有偶對(duì)稱性h (η) = h (-η)
Ν-\令a0= h(0. 5)、&1 = h(l. 5)、a2 = h(2. 5)、A =厶(3.5)......aN = —)
y_1 2假設(shè)濾波器的階數(shù)N為32，常用的FIR濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于在本發(fā)明中濾波器的輸入信號(hào)是采用分時(shí)復(fù)用的結(jié)構(gòu)，在濾波器的設(shè)計(jì)上不 能用以上常規(guī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)濾波，因此在低通濾波器202中，因?yàn)檩斎胄盘?hào)為分時(shí)復(fù) 用，若要完成I信號(hào)和Q信號(hào)的濾波，需要將輸入信號(hào)延時(shí)2拍再對(duì)稱相加，才能在前后兩 個(gè)時(shí)鐘分別完成I信號(hào)和Q信號(hào)的濾波。假定濾波器的階數(shù)N為32，其濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具 體如圖4所示。對(duì)從低通濾波器202出來的一路分時(shí)復(fù)用的IQ數(shù)據(jù)的求模處理有三種方案。如圖5所示，方案一中一方面用濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù)用一個(gè)乘法器進(jìn)行平方 運(yùn)算，然后再將平方后的結(jié)果分成I2、Q2兩路信號(hào)，并對(duì)此兩路信號(hào)相加開平方即完成求模 運(yùn)算；另一方面將濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù)分成I、Q兩路，以供后續(xù)信號(hào)處理。如圖6所示，方案二中將濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù)分成兩路I、Q，該兩路信號(hào)一 方面輸出做其他處理，一方面通過兩個(gè)乘法器進(jìn)行平方運(yùn)算得到I2、Q2，然后再相加求平方 根，從而完成求模運(yùn)算。如圖7所示，方案三比方案二多了一個(gè)處理環(huán)節(jié)，在方案二的基礎(chǔ)之上，在
V/2 +Q2之后增加一低通濾波器，此濾波器用于配合再抽樣，防止再抽樣后頻譜混迭造成
信號(hào)失真。以上三種方案本質(zhì)上是一樣的，但是結(jié)構(gòu)上略有差異，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。方案一所用 乘法器較多，但此方案可以通過驗(yàn)證幅值間接驗(yàn)證IQ兩路的正確性。方案二較之方案一所 用的乘法器最少，可在黑白超系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)包絡(luò)信號(hào)的幅值輸出。方案三將低通濾波和防混 迭濾波器分開，目的是對(duì)幅值信號(hào)再抽樣不會(huì)影響到IQ信號(hào)，比較適用于彩超系統(tǒng)。在以上方案中如果選用速度快的乘法器，還可以實(shí)現(xiàn)多波束的數(shù)字正交解調(diào)，圖8 為按照方法一設(shè)計(jì)出多波束中兩波束情況下的正交解調(diào)的結(jié)構(gòu)框圖。在兩波束情況下，輸 入信號(hào)X(n)是采用分時(shí)復(fù)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入乘法器，所以在與正余弦參考載波相乘時(shí)乘
8法器中的以及后面濾波器的工作時(shí)鐘都比單波束情況下要快1倍，最后輸出第一波束I1A1 和第二波束的I2、Q2以及求模結(jié)果Ap A2。兩波束的數(shù)字正交解調(diào)中的低通濾波器的設(shè)計(jì)也有別于單波束的情況下，在兩波 束情況下，回波信號(hào)與正余弦信號(hào)均采用了分時(shí)復(fù)用的結(jié)構(gòu)，所以需要將進(jìn)入低通濾波器 的輸入信號(hào)延時(shí)4拍后再對(duì)稱相加，才能在前后四個(gè)時(shí)鐘內(nèi)分別完成Ip Q1^ 12、Q2的濾波。 假定濾波器的階數(shù)N為32，其濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體如圖9所示。所以在器件乘法器運(yùn)算速度的允許下，通過以上方式還可以設(shè)計(jì)出其他波束下的
數(shù)字正交解調(diào)。在已有的數(shù)字正交解調(diào)方案中均采用對(duì)RF信號(hào)分到兩個(gè)乘法器中分別與正弦值 和余弦值相乘，兩路輸出信號(hào)分別經(jīng)過低通濾波，形成IQ分量輸出。本發(fā)明提供的方法和 方案完全采用流水線方式工作，IQ信號(hào)對(duì)乘法器和低通濾波分時(shí)復(fù)用，較之原有的方案只 需要一個(gè)乘法器和一個(gè)低通濾波器，可以節(jié)省一倍的硬件資源，而且本發(fā)明在后續(xù)求模處 理上也比之前的方案少一個(gè)乘法器做平方運(yùn)算。如果選用乘法器速度比較高的FPGA，該方 案還可以用于雙波束，使得硬件使用效率提高四倍。圖10為一個(gè)超聲成像系統(tǒng)框圖。一個(gè)常規(guī)的B超成像流程為探頭發(fā)射出脈沖， 參與接收的各陣元接收到回波信號(hào)，然后經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換，在波束合成中以不同的延 時(shí)量相加得到射頻信號(hào)。射頻信號(hào)經(jīng)過正交解調(diào)后得到兩正交分量I、Q，根據(jù)成像模式的不 同送入亮度信號(hào)處理模塊、血流信號(hào)處理模塊或多普勒信號(hào)處理模塊。處理完畢后經(jīng)過數(shù) 字掃描轉(zhuǎn)換以圖像形式顯示在屏幕上。主控CPU負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制以及各模塊的參數(shù)更新。本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和精神，可以有多種變形方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明， 以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實(shí)施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本 發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，特征在于其包括以下步驟A.產(chǎn)生正、余弦參考信號(hào)；B.將正、余弦參考信號(hào)分時(shí)復(fù)用成一路信號(hào)輸出；C.將RF信號(hào)與分時(shí)復(fù)用的正余弦信號(hào)相乘；D.產(chǎn)生濾波器系數(shù)并控制其輸出；E.應(yīng)用相應(yīng)的濾波器系數(shù)對(duì)C步驟中相乘后的信號(hào)進(jìn)行濾波；F.求模處理并輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其特征在 于所述A步驟中用兩個(gè)存儲(chǔ)器分別存儲(chǔ)正弦表和余弦表，通過改變兩個(gè)存儲(chǔ)器讀地址的 步長得到不同頻率下的正、余弦函數(shù)，所述步長等于1024*4*中心頻率/系統(tǒng)的采樣頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其特征在 于所述的正弦表存儲(chǔ)器和余弦表存儲(chǔ)器中只存儲(chǔ)1/4周期的數(shù)值，在讀地址的高位擴(kuò)展 兩位作為象限的區(qū)分，用一個(gè)計(jì)數(shù)器按照步長對(duì)兩個(gè)存儲(chǔ)器的讀地址計(jì)數(shù)，讀地址的最高 兩位與象限以及正、余弦值符號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為00第一象限，正弦值為正，余弦值為正01第二象限，正弦值為正，余弦值為負(fù)10第三象限，正弦值為負(fù)，余弦值為負(fù)11第四象限，正弦值為負(fù)，余弦值為正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其特征在 于所述E步驟中的濾波方式采用的是有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法，根據(jù)海 明窗法的濾波器系數(shù)計(jì)算公式如下 式中N為濾波器階數(shù)，ω。為低通濾波器的截止頻率，ω。與抽取因子M的關(guān)系為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其特征在 于所述D步驟中的濾波器系數(shù)在所述E步驟中將輸入信號(hào)延時(shí)2Ν拍再對(duì)稱相加，N是濾 波器階數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其特征在 于所述F步驟中一方面用濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù)用一個(gè)乘法器進(jìn)行平方運(yùn)算，然后再 將平方后的結(jié)果分成i2、Q2兩路信號(hào)，并對(duì)此兩路信號(hào)相加開平方即完成求模運(yùn)算；另一方 面將濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù)分成I、Q兩路，以供后續(xù)信號(hào)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其特征在 于所述F步驟中將濾波器輸出的一路IQ數(shù)據(jù)分成兩路I、Q，該兩路信號(hào)一方面輸出做其 他處理，一方面通過兩個(gè)乘法器進(jìn)行平方運(yùn)算得到I2、Q2，然后再相加求平方根，從而完成求 模運(yùn)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法，其特征在 于在求平方根之后有一低通濾波器。
9.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法的 裝置，其特征在于其包括一個(gè)乘法器，用于將RF信號(hào)與正余弦參考信號(hào)相乘；一個(gè)濾波 器，用于應(yīng)用相應(yīng)的濾波器系數(shù)對(duì)來自乘法器的信號(hào)進(jìn)行濾波；一個(gè)正余弦函數(shù)發(fā)生器，用 于產(chǎn)生正、余弦函數(shù)；一個(gè)多路選擇器，用于將正、余弦值分時(shí)復(fù)用成一路信號(hào)輸出；一個(gè) 濾波系數(shù)發(fā)生器，用于產(chǎn)生和控制濾波器系數(shù)的輸出，所述乘法器輸出端連接所述濾波器 輸入端，所述正余弦函數(shù)發(fā)生器輸出端連接所述多路選擇器輸入端，所述多路選擇器輸出 端連接所述乘法器輸入端，，所述濾波系數(shù)發(fā)生器輸出端連接所述濾波器輸入端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的裝置，其特征 在于所述正余弦函數(shù)發(fā)生器中包括分別存儲(chǔ)正弦表和余弦表的兩個(gè)存儲(chǔ)器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于流水線設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)字正交解調(diào)的方法與裝置，該發(fā)放與裝置可以應(yīng)用一路解調(diào)電路完成I、Q兩路的輸出和濾波，將正、余弦信號(hào)分時(shí)復(fù)用成一路信號(hào)與RF信號(hào)相乘，由此設(shè)計(jì)出的新裝置只需要一個(gè)乘法器、一個(gè)低通濾波器就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字正交解調(diào)，減少了FPGA中資源的消耗，并且如果選用速度足夠快的硬件，該方法與裝置還可以用于多波束的正交解調(diào)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101912277SQ20101025031
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者劉胡平, 孟國海 申請(qǐng)人:深圳市藍(lán)韻實(shí)業(yè)有限公司