[发明专利]一种基于坐标旋转数值计算算法的数字下变频器

说明书

技术领域

本发明属于软件无线电接收机领域，涉及一种用于数字中频接收机中的数字下变频器的实现结构，具体涉及一种基于坐标旋转数值计算算法(coordinate rotation digital compute，CORDIC)的数字下变频器。

背景技术

当前无线通信系统繁多，由于各种不同通信系统的工作频段、调制方式、波形结构、通信协议等原理、结构上存在差异，极大限制了不同系统之间的互通。传统以硬件为主的通信体制已无法解决这一问题，所以软件无线电技术发展起来。软件无线电的思想主要是强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能用可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线电功能。数字下变频是软件无线的核心部分之一，数字下变频器的功能决定了软件无线电系统的性能。如何设计高精度，高集成度，宽频带，低功耗的数字下变频器是当前软件无线电研究的热点。

传统数字下变频器分为三个部分：数控振荡器，数字混频器，抽取滤波器。数控振荡器一般采用查表法，原理比较简单，但是存在以下缺点：数控振荡器中存储正弦值消耗较大的静态存取器资源，增大了芯片的面积。随着精度的要求提高，所需要静态存取器成指数增长，所以只能适应精度要求低的场合。包含独立的数字混频器，消耗较多的系统资然。此外查表法下边频器的变频范围受到乘法器、累加器以及静态存取器的读取速率制约。

CORDIC算法，作为产生离散正弦信号的另一种有效途径，已经越来越受到青睐。其基本思想是通过一系列逐次递减的、与运算级数相关角度的往复偏摆以逼近最终需要达到的旋转角度。后来出现了采用CORDIC算法实现的数字下变频器。该算法仅利用加法和移位两种运算通过迭代方式进行矢量旋转，不仅可以用来计算正弦、余弦、极坐标和直角坐标变换与反变换、反正切、矢量求模，而且通过对CORDIC算法的逆运算还可以实现反正弦和反余弦函数的计算。其使用流水线结构，只要简单的加减和移位操作就实现了混频功能，省略了计算要求很高的数字混频器。但是其所能支持的中频范围受到流水线结构和模数转换器速度的制约。Virtuallyscaling-free adaptive CORDIC rotator，(自适应比例缩小的CORDIC旋转计算器，Techniques，Maharatna，K.；Troya，A.；Banerjee，S.；Grass，E.，Computersand Digital，Volume 151，Issue 6，18 Nov.2004 page(s)：448-556)和Mixed-scaling-rotation CORDIC(MSR-CORDIC)algorithm and architecturefor scaling-free high-performance rotational operations(采用MSR-CORDIC算法的高效旋转计算器，Zhi-Xiu Lin；An-Yeu Wu，，ICASSP′03，2003 IEEEInternational Conference on Volume 2，6-10 April 2003，Page(s)：653-656)均提出了提高CORDIC计算能力的办法，主要思想是减小两级流水线之间的组合逻辑单元的延时提高流水线单元的时钟频率；或者采用改进的每级旋转角度可变的CORDIC算法。这些方法对精度和频率的提高有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于坐标旋转数值计算算法的数字下变频器，该数字下变频器具有宽频带、高精度、高集成度和低功耗的特点。

本发明提供的基于坐标旋转数值计算算法的数字下变频器，其特征在于：它包括依次串接的坐标旋转数值计算器、输出信号配置器和可编程抽取滤波器；动态参数配置器的输入端接外部控制信号，其输出端分别与上述各部件的输入端相接，相位控制字累加器的输入端与动态参数配置器的输出端，其输出端分别与相位控制字配置器及输出信号配置器的输入端相接，相位控制字配置器的输出端接坐标旋转数值计算器的输入端，坐标旋转数值计算器的另一个输入端接外部的待变频信号，可编程抽取滤波器的输出作为整个器件的输出；

动态参数配置器用于接收来自外部动态配置控制器的控制信号，对整个系统的参数进行系统配置，并分别发送给相位控制字累加器，坐标旋转数值计算器、输出信号配置器和可编程抽取滤波器；

相位控制字累加器将相位步进控制字进行累加，再将累加值与初始相位控制字相加，将相加得到的高位控制信号分别输出至相位控制字配置器和输出信号配置器；