[发明专利]一种数字中频动态范围扩展方法

说明书

本发明提出了一种数字中频动态范围扩展方法，还包括有效位检测单元、数据左移单元和输出数据增益调整单元，实现步骤如下：将一组分辨率为n位的整型ADC采样数据送入FPGA的RAM同时，同步进行数据有效位检测，一组ADC采样数据输入完毕时获得最大有效位数，记为M；将n‑M的差值送入FPGA的运算流水线，在数据左移单元内依次将每个ADC数据左移n‑M位；将左移后的数据送入中频数字信号处理单元，在此单元内，除最后一级乘法运算之外，对所有整型数据乘法运算的输出数据进行截取；将中频数字信号处理单元的输出数据的数据格式从整型转换为浮点型；对浮点型输出数据根据数据左移单元内的左移位数n‑M进行增益调整。

技术领域

本发明涉及无线电领域，特别涉及一种数字中频动态范围扩展方法。

背景技术

基于软件无线电原理的时频变换过程，其数字中频预处理包括下变频、滤波、加窗等过程，时频变换一般采取FFT运算，实现方案在DSP或FPGA内完成。为保证数据处理过程输出数据的信噪比与输入数据的一致，需要使用运算精度高的数据类型，即浮点型数据。

现有技术方案将整型采样数据转换成浮点型送入浮点DSP进行运算，或者在FPGA内以浮点型数据格式进行运算，如图1所示，其数据处理实现步骤如下：

首先，将ADC数据格式进行数据类型转换，从整型转换成浮点型；

然后，将浮点型数据送入数字中频信号处理单元进行数据计算。

现有技术的缺点如下：

(1)基于浮点DSP实现数字中频信号处理时，由于DSP是单指令周期串行运行模式，在数据率较高时，DSP无法实现实时处理速度的要求；

(2)如果在FPGA内都以浮点型数据格式进行运算，同样的乘法运算，浮点型数据所占资源量远多于整型数据，迫于有限的逻辑资源，此技术不适用于数字中频信号处理。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种新的数字中频动态范围扩展方法， 在不改变原有FPGA整型数据运算和数据截取的前提下减小数据截取对数字中频信噪比的恶化，扩展动态范围，同时满足数据处理的实时性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种数字中频动态范围扩展方法，还包括有效位检测单元、数据左移单元和输出数据增益调整单元，实现步骤如下：

步骤(1)，将一组分辨率为n位的整型ADC采样数据送入FPGA的RAM同时，同步进行数据有效位检测，一组ADC采样数据输入完毕时获得最大有效位数，记为M；

步骤(2)，将n-M的差值送入FPGA的运算流水线，在数据左移单元内依次将每个ADC数据左移n-M位；

步骤(3)，将左移后的数据送入中频数字信号处理单元，在此单元内，除最后一级乘法运算之外，对所有整型数据乘法运算的输出数据进行截取；

步骤(4)，将中频数字信号处理单元的输出数据的数据格式从整型转换为浮点型；

步骤(5)，对浮点型输出数据根据数据左移单元内的左移位数n-M进行增益调整。

可选地，设一采样数据为A(n)＝a₀2⁰+a₁2¹+a₂2²+…+a_n-22^n-2+a_n-12^m-1，a_i∈{0，1｝，0≤i≤n-1，一共有n位，最大有效位数为M，左移n-M位最大限度保留运算有效位数，左移后的数据记为A′(n)；

与其相乘的二进制数据设为m位，表示如下：