[发明专利]用于级联积分梳状抽取器的补偿滤波器的设计方法和系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及通信信号处理，特别涉及使用凸优化技术(convex optimization)设计的补偿滤波器，如用于级联积分梳状抽取器。

【背景技术】

在个人和企业每天的日常生活中使用的通信系统已经几乎无处不在。有线通信网络和无线通信网络，包括公共交换电话网(PSTN)、因特网、蜂窝网络、有线电视传输系统、本地局域网(LAN)、城域网(MAN)中、以及广域网(WAN)，都已经广泛用于现代生活中，使语音、数据、多媒体等通讯更为便利。

在运行中，提供这些通信的通信系统使用各种信号处理技术，例如在基带频率和载波和/或中间频率之间进行信号的上变频和/或下变频、调制和/或解调信号、提供信号滤波和整形、提供干扰消除和/或减轻等。通常情况下，会使用连续信号采样，如用于模数转换。这种连续信号采样的采样频率通常要高于奈奎斯特频率(即过采样)。过采样信号通常是下采样到一个更低的频率，用于在基带中的进一步处理。例如，抽取器(decimator)模块可用于对过采样信号进行下采样，以提供一个基带信号，再由特定通信系统中的其它模块进一步处理。

由于其相对简单，级联积分梳状(CIC)抽取器是其中一种最常用的抽取器，用于对过采样信号进行下采样。通常，CIC抽取器是由一个或多个积分器和梳状滤波器组成。在对过采样信号进行抽样时，将输入信号送入一个或多个级联积分器、一个下采样器、和一个或多个梳状部分(在数量上等于积分器的数目)。图1A显示了CIC抽取器100A的方框图，是一个具有差分延迟M和抽取因子R的L-级CIC滤波器。该CIC滤波器的频率响应可表示为其中R是抽取率，M是每级的样本数，L是滤波器的级数。从图1A中可以看出，CIC滤波器的数字实现仅需要加法和减法，和其他抽取器相比，这显著降低了功耗和硬件资源要求。

图2A和图2B显示不同级CIC抽取器的幅度响应。具体地，图2A显示CIC抽取器的幅度响应，而图2B提供了CIC抽取器的通带的放大图。从图2A的曲线图可以看出，该CIC滤波器具有高通带衰减(passband drop)和低阻带抑制。虽然阻带抑制可以随级数的增加而增加，但在通带内的衰减会相应地变得更坏，这在许多应用中是不能接受的。从图2A和图2B中可以清楚地看到，获得目标频率响应，额外的线性相位滤波是必要的，以补偿在通带衰减，并提高阻带抑制。因此，在图1B所示的CIC抽取器100B包括补偿滤波器101，连接到CIC滤波器的输出端，以提供一定程度的线性相位滤波。

已经有多种技术试图解决上述补偿滤波器设计的问题。但是，一些只考虑了通带衰减。例如，美国专利号6279019中的补偿滤波器的设计采用内插二阶多项式来补偿通带衰减，其中阻带抑制并没有提高或者甚至变得更加糟糕。类似地，一些只考虑阻带抑制。例如，美国专利号6993464中的补偿滤波器的设计采用有限脉冲响应(FIR)滤波器设计，通过窗口方法用于频谱整形，以增加阻带抑制，其中通带衰减没有改善，甚至更加恶化。虽然有些技术已经既考虑了通带衰减又考虑了阻带抑制，但是这些技术仍然提供不了需要的实施。例如，美国专利号7035888中的补偿滤波器的设计采用高阶锐化多项式，其中通带越宽和阻带抑制越大，多项式的阶数就越高。使用这样的高阶多项式，实施起来不可避免地需要乘法器，从而导致相对复杂和费资源的解决方案。在“了解CIC补偿滤波器(Understanding CIC Compensation Filters)”文中(Altera公司，应用注解455，2007年4月)，通带和阻带的改进是基于FIR滤波器的。但是，在补偿滤波器的设计中，CIC滤波器的频率特性并没有充分利用。

【发明内容】

本发明涉及使用凸优化方法优化设计一种改进的补偿滤波器的系统和方法，该补偿滤波器可用于抽取器。例如，本发明实施例的补偿滤波器可以用于CIC抽取器。根据本发明的实施例，补偿滤波器是以最低阶来逼近目标频带上的一个目标频率响应而设计的。另外，各实施例中的补偿滤波器是以通带衰减和阻带抑制的改善为目标而优化设计的，如能满足通带内指定的峰值波纹和/或满足阻带内一组目标子带上规定的峰值误差。