软件无线电的目标就是在一个通用的硬件平台 上， 通过加载相应的软 件来改变空中接口。 对于不同釆样率的通信标准和协议， 软件无线电中常 用的策略是不管输入信号的符号速率多少都使 用一个固定的速率进行釆 样， 然后对这些不同步的釆样值进行数字釆样率转 换（ SRC )以达到符号同 步的要求。

釆样率转换的问题可归纳为一个重釆样的过程 ， 原理如图 1 所示。 首 先对于以釆样周期为 ^Τ ι的输入离散信号 ^χ ( )通过理想的数模变换器 ( DAC ) 重建为模拟信号 ^χ 。 ^(ί )； 然后再对模拟信号以所需的釆样周期为 进行重釆样 得到釆样信号 y( ^M7 ^) , 其中， ^A 。W为连续时间滤波器以防止釆样率转换� �信 号频谱产生的镜像或者混叠现象，通常 ^A 。w也是一个低通滤波器。将上述过 程可以下式来表示： y(mT ₂ ) = ^x(kT _l ) h(mT ₂ -kT _l ) 上式中， ^表示向下取整。 ^e [M为当前样本在釆样周期 ⁷ ;内的位置。 基于多项式拟合的 Farrow滤波器实现方案就其本质而言就是利用多 项 式分段函数来拟合低通滤波器的时域响应 ^A 。W , 通常可用下式来表示： 其中， w为低通滤波器的分段数； ("， ⁷ ^称为多项式的基函数， Γ为 段间隔； M为多项式最高次幂。 目前， 主流设计方案中的基函数是釆用下 式：

此时的滤波器的分段数为偶数， 并且其系数是偶对称的， 也即满足:

不同 Farrow滤波器由于其结构上的区别在实现釆样率 转换时会有不同 的功能和效果。 通常， 经典 Farrow滤波器结构实现的具有记好的去镜像功 能， 因而适合于插值滤波； 而转置 Farrow滤波器结构具有艮好的去混叠功 能， 因此适合于抽取滤波。 由于经典 Farrow滤波器和转置 Farrow滤波器在 结构上的区别， 目前通常要用两套电路分别来实现各自的功能 。 发明内容

本发明的目的是提供一种数字釆样率的转换装 置和方法， 以解决现有 技术需要两套电路来分别实现插值滤波器结构 和抽取滤波器结构的技术问 题。

为了实现上述目的， 提供一种数字釆样率的转换装置， 用于将输入的 具有第一釆样周期的第一釆样值序列转换为具 有第二釆样周期的第二釆样 值序列输出， 其中， 该装置包括多相滤波器， 以及多相滤波器中设置的第 一开关、 第二开关和第三开关；

所述多相滤波器， 用于当第一釆样周期大于第二釆样周期时， 控制所 述第一开关处于第一状态， 并通过控制所述第二开关和所述第三开关， 使 得第一乘法器上无第一归一化距离的输入， 在第二乘法器上有第二归一化 距离的输入； 当第一釆样周期小于第二釆样周期时， 控制所述第一开关处 于第二状态， 并通过控制所述第二开关和所述第三开关， 使得第一乘法器 上有第一归一化距离的输入， 在第二乘法器上无第二归一化距离的输入。

优选地， 所述多相滤波器进一步包括： 多个子滤波器级； 多个子滤波 器级中每个子滤波器级的输入端都连接有第一 开关， 在第一开关处于第一 状态时， 所述多个子滤波器级中的第一级直接接收所述 第一釆样值序列， 所述多个子滤波器级中、 除所述第一级外的其它级直接连接到第一乘法 器 的输出端； 在第一开关处于第二状态时， 所述多个子滤波器级中的第一级 通过累加器接收所述第一釆样值序列， 所述多个子滤波器级中、 除所述第 一级外的其它级通过累加器连接到所述第一乘 法器的输出端；

所述所有的第一乘法器串联连接， 且每个第一乘法器上都连接有所述 第二开关； 所述第二开关用于在所述第一开关处于第二状 态时， 控制所述 第二釆样值序列与所述第一釆样值序列之间的 第一归一化距离的输入； 所述多个子滤波器级中、 最后一级的输出端与第二乘法器的输入端相 连接， 所述多个子滤波器级中、 除最后一级外的其它级中的每一级的输出 端与第一加法器的输入端相连接， 所述不同的第一加法器之间通过第二乘 法器串联连接， 每个第二乘法器的输出端与第一加法器的输入 端相连接， 与所述多个子滤波器级中、 第一级的输出端相连接的第一加法器的输出端 用于输出所述第二釆样值序列；

每个所述第二乘法器上都连接有第三开关； 所述第三开关用于在所述 第一开关处于第一状态时， 控制所述第二釆样值序列与所述第一釆样值序 列之间的第二归一化距离的输入。

优选地， 所述的转换装置， 其中， 所述多相滤波器中转换滤波器用于 釆用公式 计算时域冲激响应；

其中， 时域冲激响应的分段数为奇数个， 即 w为偶数，基函数的最高次 幂 M为整数， T为分段周期；

T )为基函数；

使所述系数 满足:

优选地， 所述的转换装置， 其中， 所述多相滤波器， 进一步用于在所 述第一釆样周期与所述第二釆样周期的比值为 L/M , L和 M为互质的正整 数， 且 L大于 M的情况下， 控制所述第一开关处于第一状态， 第 m个釆样 时刻的第二釆样值对应于第 k个釆样时刻的第一釆样值， 其中， m为整数， ^k = L ^mM / ^L+1 / ² J，计算第 m个釆样时刻的第二釆样值与第 k个时刻的第一釆样 值之间的所述第二归一化距离为：

_Mkl = mM/L- [mM/L+ 且 _0·5≤ _Al < 0·5； 其中， L为第一釆样周期； Μ为 第二釆样周期。

优选地， 所述的转换装置， 其中， 所述多相滤波器， 进一步用于在所 述第一釆样周期与所述第二釆样周期的比值为 L/M , L和 Μ为互质的正整 数， 且 L小于 Μ的情况下， 控制所述第一开关处于第二状态， 所述累加器 用于实现从第 kl个釆样时刻的第一釆样值累加到第 k2个釆样时刻的第一 釆样值的积分累加， 其中， kl < k2, 第 m个釆样时刻的第二釆样值对应的 累加时刻为： ； 其中， L为第一釆样周期;

M为第二釆样周期。

优选地， 所述的转换装置， 其中， 所述多相滤波器， 进一步用于计算 输出信号中的第 m个釆样时刻的第二釆样值与输入信号中的第 k个釆样时 刻的第一釆样值之间的归一化距离为：

其中， _{fe e} [H，fe ₂ ] ; L为第一釆样周期； M为第二釆样周期。

优选地， 所述的转换装置， 其中， 每个子滤波器级包括： 偶数阶的有 限脉冲响应滤波器； 所述偶数阶的有限脉冲响应滤波器的系数为奇 对称。

优选地， 所述的转换装置， 其中， 在所述第一开关处于第一状态时， 该装置还包括： 在多相滤波器前面级联一个整数倍的插值有限 脉冲响应滤 波器。

优选地， 所述的转换装置， 其中， 在所述第一开关处于第二状态时， 该装置还包括： 在多相滤波器后面级联一个整数倍的抽取有限 脉冲响应滤 波器。

另一方面， 提供一种应用本发明实施例的数字釆样率的转 换装置进行 数字釆样率转换的方法， 用于将输入的具有第一釆样周期的第一釆样值 序 列转换为具有第二釆样周期的第二釆样值序列 输出， 其中， 该方法包括： 当第一釆样周期大于第二釆样周期时， 控制第一开关处于第一状态， 并通过控制第二开关和第三开关， 使得第一乘法器上无第一归一化距离的 输入， 在第二乘法器上有第二归一化距离的输入； 当第一釆样周期小于第二釆样周期时， 控制第一开关处于第二状态， 并通过控制第二开关和第三开关， 使得所述第一乘法器上有第一归一化距 离的输入， 在所述第二乘法器上无第二归一化距离的输入 。

该方法还包括： 釆用公式 , 计算多相滤波器中 转换滤波器的时域冲激响应；

其中， 时域冲激响应的分段数为奇数个， 即 w为偶数，基函数的最高次 幂 M为整数， T为分段周期；

T )为基函数；

0， t为其它值 使所述系数 ^e »w满足： c

本发明的技术效果在于：

通过设置三个开关， 只需控制开关的状态， 即可实现插值或抽取时的 釆样率转换， 将插值滤波器结构和抽取滤波器结构统一起来 了， 增强了釆 样率转换装置的灵活性， 简化了滤波器的硬件实现架构， 提高了数据吞吐

附图说明

图 1为现有技术的釆样率转换的原理示意图；

图 2为本发明一实施例的数字釆样率的转换装置� �原理结构示意图； 图 3为本发明另一实施例的数字釆样率的转换装� �的原理结构示意图 图 4为本发明又一实施例的数字釆样率的转换装� �的原理结构示意图 图 5为本发明又一实施例的数字釆样率的转换装� �的原理结构示意图； 图 6为本发明又一实施例的 Farrow滤波器中转换滤波器的时域冲激响 应图。 具体实施方式

为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图及具 体实施例对本发明进行详细描述。

图 2为本发明一实施例的数字釆样率的转换装置� �结构示意图。 本发 明实实施例的数字釆样率的转换装置的用于将 输入的具有第一釆样周期 T _in 的第一釆样值序列转换为具有第二釆样周期 T。 _ut 的第二釆样值序列，如图 2 , 包括： 多相滤波器 100, 所述多相滤波器又包括：

多个子滤波器级， 每个所述子滤波器级的输入端都连接有一第一 开关 ( K1 ), 在第一开关处于第一状态时： 所述多个子滤波器级中的第一级直接 接收所述第一釆样值序列， 所述多个子滤波器级中、 除所述第一级外的其 它级直接连接到一第一乘法器 101的输出端； 在第一开关处于第二状态时， 所述多个子滤波器级中的第一级通过一累加器 接收所述第一釆样值序列， 所述多个子滤波器级中、 除所述第一级外的其它级通过一累加器连接到 所 述第一乘法器的输出端；

所述所有的第一乘法器 101 串联连接， 且每个第一乘法器上都连接有 一第二开关（K2 ), 该第二开关用于在所述第一开关处于第二状态 时， 控制 所述第二釆样值序列与所述第一釆样值序列之 间的第一归一化距离 μ _η 的输 入；

所述多个子滤波器级中、 最后一级的输出端与一第二乘法器 102 的输 入端相连接， 所述多个子滤波器级中、 除最后一级外的其它级中的每一级 的输出端与一第一加法器 103 的输入端相连接， 所述不同的第一加法器之 间通过一第二乘法器串联连接， 每一第二乘法器的输出端与一第一加法器 的输入端相连接， 与所述多个子滤波器级中第一级的输出端相连 接的第一 加法器的输出端用于输出所述第二釆样值序列 ；

每一所述第二乘法器上都连接有一第三开关（ K3 ), 第三开关用于在所 述第一开关处于第一状态时， 控制所述第二釆样值序列与所述第一釆样值 序列之间的第二归一化距离 ₂ 的输入。

示例性地， 如图 2所示， 第一开关 K1处于第一状态时， K1拨向 I向， 没有累加器的支路接通； 第一开关 K1处于第二状态时， K2拨向 D向， 有 累加器的支路接通。 本发明实施例的实现过程中， 在 L大于 M时， K1拨 向 I向，使没有累加器的支路接通，且第二开关� �开，第三开关闭合，此时， 多相滤波器实现为插值式滤波器； 在 L小于 M时， K1拨向 D向， 使有累 加器的支路接通， 且第二开关闭合， 第三开关打开， 此时， 多相滤波器实 现为抽取式滤波器。

如图 2所示， x ( k ), k为整数， 表示第 k个输入信号， 即第 k个第一 釆样值； y ( m ), m为整数， 表示第 m个釆样时刻的输出信号， 即第 m个 第二釆样值。

优选地， 本发明的实施例提供了一种基于多项式拟合的 通用的 Farrow 滤波器， 该通用的 Farrow滤波釆用多相滤波器结构。该通用 Farrow滤波器 的设计方案将经典滤波器结构和转置滤波器结 构统一起来， 对于插值和抽 取时仅通过开关电路来实现以增加釆样率转换 装置的灵活性， 同时也简化 了 Farrow结构的硬件结构。

在本发明实施例的具体实现中， 上述多个第一开关可设置成联动开关； 同样的， 多个第二开关也可设置成联动开关， 多个第三开关也可设置成联 动开关。

图 3为本发明另一实施例的数字釆样率的转换装� �的原理结构示意图。 本发明的该实施例中， 基于多项式拟合的 Farrow滤波器中转换滤波器的时 域冲激响应表达式如下：

N M

h(t) =∑∑c _m (n) f _m (n,T,t)

η=Ο ϊ?ρ=0

其中， 冲激响应的分段数为奇数个， 即 w为偶数， Μ为整数， Τ为分段 基函数为: for r<t <(n+l)r

同时， 时域低通滤波器的时域响应满足奇对称性， 也即使系数 满 足:

具体实现中， 每一所述子滤波器级包括： 偶数阶的有限脉冲响应滤波 器， 所述有限脉冲响应滤波器的系数为奇对称。

对于进行插值和抽取时的釆样率转换， 传统的 Farrow滤波器分别釆用 经典的 Farrow结构和转置的 Farrow结构加以实现，而本发明中对于进行插 值和抽取时仅通过三个开关电路来实现插值和 抽取时的釆样率变换， 原理 结构如图 3所示。 设输入信号的釆样周期为 输出信号的釆样周期为 ^， 并设 ^{Τ Τ} 。 = ^L I ^M , 其中 £和 A 为两个互质的正整数。

该例中， 具体的技术方案与实施步骤如下：

a, 通用 Farrow滤波器釆用 （M+1 ) ( N+1 ) 的多相滤波器结构， 即 总共有 A +l个子滤波器级，每一滤波器级包括一个子滤� ��器，每个子载波器 是抽头数为 w+i的 FIR滤波器， 其中抽头系数奇对称。

b , 当输入的第一釆样值序列的第一釆样周期大于 输出的第二釆样值序 列的第二釆样周期时即£>^时表示插值， 此时闭合 K3断开 K2, 并将 K1 拔向 I方向， 第 m个釆样时刻的输出信号 对应于为第 L-^ + i/2j个釆 样时刻的输入信号 X ( k ) , 此时， 输出输入信号之间的归一化距离， 可表示 为 _k 、 , 并满足 _0·5≤ _Al < 0·5。

C , 当输入的第一釆样值序列的第一釆样周期小于 输出的第二釆样值序 列的第二釆样周期时即当 < A 时即表示抽取， 此时闭合 K2断开 K3 , 并将 K1拔向 D方向， 此状态下， 累加器用于实现从第 kl个釆样时刻的第一釆 样值累加到第 k2釆样个时刻的第一釆样值的积分累加，其中� �� ^∑ 来表示 该积分累加过程， 也即是对从 kl 即 1¾。 时刻的输入信号一直累加存储到 k2即 1¾^釆样时刻的输入信号。 其中 kl < k2, 即 k^e^ kupp^对于第 个 输出即第 m个釆样时刻的输出， 对应的累加时刻为：

(m_l/2) M/Le難集

― l^ M/L不属于難集

其中 W，W分别表示向下和向上取整； 表示当前的输出 ^与第 fe _e [Η， ]个输入信号之间的归一化距离， 可表示为^ , 并满足 -0.5 < μ, ₂ < 0.5 在本发明其它实施例的釆样率转换装置中， 优选地， 对于进行插值的 釆样率变换处理， 可以在 Farrow滤波器前级联一个整数倍插值有限脉冲响 应 （FIR, Finite Impulse Response )滤波器； 而对于进行抽取的釆样率变换 处理， 可以在 Farrow 滤波器后面级联一个整数倍抽取 FIR滤波器以提高 Farrow滤波器在进行插值和抽取时的性能。 具体地， 可参照图 4和图 5所 示。 图 4中， Farrow滤波器实现为插值滤波器。 图 5中， Farrow滤波器实 现为抽取滤波器。

本发明一实施例的数字釆样率的转换装置， 釆用适合于插值和抽取的 通用 Farrow滤波器的结构， 主要有以下几个特点： ( 1 ) Farrow滤波器釆用 （M+l ) ( N+l ) 的多相滤波器结构； 且每 个子滤波器级中的子滤波器的抽头系数为奇数 个， 这有利于滤波后信号的 定时接收； 其次每个子滤波器的釆用奇对称的 FIR滤波器， 这样可以减少 乘法器的个数。

( 2 )通过对开关电路进行控制对实现插值滤波和� �取滤波操作， 其优 点首先是统一了 Farrow滤波器实现结构， 简化了硬件实现架构； 其次， 对 于插值和抽取处理， 统一结构中的多相滤波器都是工作在低釆样率 下， 从 而可以提高数据吞吐率。

( 3 )对于插值和抽取处理时， 通过级联对应的 FIR滤波器， 可以提高 带外抑制和去除镜像， 从而可以提高 Farrow滤波器进行插值和抽取处理的 性能。

本发明实施例还提供了一种应用本发明上述各 实施例的数字釆样率的 转换装置进行数字釆样率转换的方法， 用于将输入的具有第一釆样周期的 第一釆样值序列转换为具有第二釆样周期的第 二釆样值序列输出， 包括如 下步骤：

当第一釆样周期大于第二釆样周期时， 控制所述第一开关处于第一状 态， 控制所述第二、 第三开关， 使得所述第一乘法器上无第一归一化距离 的输入， 在所述第二乘法器上有第二归一化距离的输入 ；

当第一釆样周期小于第二釆样周期时， 控制所述第一开关处于第二状 态， 控制所述第二、 第三开关， 使得所述第一乘法器上有第一归一化距离 的输入， 在所述第二乘法器上无第二归一化距离的输入 。

本发明实施例还提供了一种应用本发明上述各 实施例的数字釆样率的 转换装置进行数字釆样率转换的方法， 用于将输入的具有第一釆样周期的 第一釆样值序列转换为具有第二釆样周期的第 二釆样值序列输出， 其中， 该方法为； 使多相滤波器中转换滤波器的时域冲激响应表 达式为如下所示：

N M

h(t) =∑∑c _m (n)f _m (n,T,t)

η=Ο ϊ?ρ=0

其中， 冲激响应的分段数为奇数个， 即 w为偶数， Μ为整数， Τ为分段 周期；

基函数为：

使所述系数 满足：

-n) m为 ί^

, 、 ^ n = N/2+l,...,N

-c _m (N-n) m为鑛 本发明的实施例针对数字信号处理中釆样率变 换 ( SRC )提供了一种通 用釆样率转换的方法和装置， 釆用基于多项式的 SRC滤波器结构原理将适 合插值的经典 Farrow滤波器以及适合抽取的转置 Farrow滤波器综合到统一 的滤波器结构下， 对于进行插值和抽取仅通过开关电路来实现以 增加釆样 率变换的灵活性， 并且简化的硬件实现架构， 提高了数据吞吐量； 且由于 釆用了偶数阶的 FIR滤波器作为子滤波器， 有利于滤波后的符号定时接收； 进一步地， 由于子载波器的系数为奇对称， 使乘法器的个数减少了一半； 最后， 通过级联 FIR滤波器可以提高 Farrow滤波器在进行插值和抽取时的 性能。

下面对本发明实施例的数字釆样率的转换装置 和方法的具体应用进行 说明。具体地，在数字中频处理芯片项目中， 下行链路的数字上变频（DUC ) 处理模块需要将各种制式成型后的基带信号进 行上变频至一个固定的釆样 率， 此时的处理可以通过本发明的转换装装置来实 现插值滤波过程； 上行 链路的数字下变频 （DDC )处理模块需要将各种制式由一个较高的釆样� � 变换至各自的基带釆样率， 此时的处理可以通本发明的转换装置来实现抽 取滤波过程。 具体实施步骤如下：

图 6为本发明实施例的 Farrow滤波器中转换滤波器的时域响应图， 其 中 N=10, M=4, 即 Farrow滤波器是釆 5 x 11多相滤波器结构。

DUC处理模块中， 对于各种制式成型后的基带信号先通过一个半 带滤 波器进行 2倍插值变换； 然后再通过 Farrow滤波器进行插值处理变换至所 需的釆样率， 其中的 Farrow滤波器进行插值处理时的相关步骤可参见 上文 所述的 L>M时的处理过程。

DDC处理模块中， 对于输入为较高釆样率下的各种制式接收信号 先通 过 Farrow滤波器进行抽取处理， 输出釆样率为其所需釆样率的 2倍； 然后 再通过半带滤波器进行 2倍抽取变换至所需的釆样率， 其中的 Farrow滤波 器进行抽取处理时的相关步骤可参见上文所述 的 L < M时的处理过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的 普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以作出若干改进 和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。