低复杂度IIR数字移频移相器及方法技术

本发明专利技术公开了低复杂度IIR数字移频移相器及方法，采集原信号后利用两路并行的IIR滤波器得到两路互为正交的滤波信号；然后根据移频需要确定基点并迭代得出所有的调制参数，根据调制参数进行移频；将互为正交的信号分别相乘所移相位的余弦值、正弦值后，通过加法器完成移相；最后缓存并输出信号。优点在于，利用两个IIR滤波器生成两路互为正交的滤波信号，可以有效降低以往的滤波阶数，大大减少了系统的延时，降低时间复杂度。每个调制参数均是通过两个基点迭代得出，每一次的迭代运算只需消耗小量乘法和加法，在DSP中加法乘法运算所消耗的资源均可达到纳秒级，因此每一次迭代过程所消耗的计算资源非常小。

【技术实现步骤摘要】
低复杂度IIR数字移频移相器及方法
本专利技术涉及移频移相器，尤其涉及低复杂度的基于IIR滤波器的移频移相器。本专利技术同时还涉及移频移相方法，尤其涉及低复杂度的基于IIR滤波器的移频移相方法。
技术介绍
现实生活中，移频移相器有较为广泛的用途。例如，音频系统的声反馈抑制，通过对声信号引入4至7Hz的频移，打破正向反馈条件，从而达到声反馈抑制的效果。由于移频移相器有较大带宽，较好的稳定性，因此可以根据需要应用于其他的相关场景。信号进行频率搬移，本质上就是对基带信号进行调制，普通调制就是将原始信号乘以对应移频频率的余弦值。这样做虽然可以得到移频信号，但也同样引入了以基带频率为中心的负向移频信号，为了消除这个负向移频信号，实际中采用的均是单边带调制。传统的移频移相器多采用FIR型希尔伯特滤波器，为了达到较好的效果FIR型希尔伯特滤波器通常需要上百阶甚至几百阶，因此引入了较大的延迟，并且由于参数过多，在进行系统配置时也较为麻烦。其次移频过程中的两个调制参数：余弦参数cos(2πΔft)和正弦参数sin(2πΔft)通常都是采用直接存储法，将1/4周期的余弦值数据存入系统中，在移频时通过查表的方式对信号进行调制。以6Hz的余弦值为例，当采样频率为48KHz时，需要存储2000个点。虽然随着技术发展，当今嵌入式系统的存储空间越来越大，但是当面临多频移情况的使用环境时，直接存储的方法将消耗大量的存储空间，这将严重的加大系统的空间复杂度。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术目的在于提供一种基于IIR滤波器有效降低空间复杂度和时间复杂度的移频移相器。本专利技术所述的低复杂度IIR数字移频移相器，其特征在于，包括：信号采集单元，用于采集原信号x(wt)，将原信号输入IIR滤波单元；IIR滤波单元，用于过滤原信号并输出互为正交的第一滤波信号S(t)和第二滤波信号S’(t)；所述的IIR滤波单元包括第一IIR滤波器和第二IIR滤波器，第一第二IIR滤波器均由双二阶IIR型滤波单元级联构成；第一IIR滤波器还包括延时单元，所述的延时单元用于将第一IIR滤波器输出的第一滤波信号比第二IIR滤波器输出的第二滤波信号延时单数倍半周期；移频单元，用于根据移频需要确定基点及基点的正余弦值，根据基点的正余弦值迭代生成调制参数，根据调制参数将第一滤波信号移频得到第一移频信号x(w’t)、将第二滤波信号移频得到第二移频信号x’(w’t)；所述的第一移频信号与第二移频信号互为正交；移相单元，用于将互为正交的信号分别相乘所移相位的余弦值、正弦值后，通过加法器完成移相；输出单元，用于缓存并输出移频和/或移相后的信号。本专利技术所述的低复杂度IIR数字移频移相器，其优点在于：首先，利用两个IIR滤波器生成两路互为正交的滤波信号，这相比使用FIR滤波器动辄就得上百阶甚至几百阶而言，可以有效降低滤波阶数，从而明显的减少了系统的延时，降低了系统的时间复杂度。根据信号与系统的相关原理，本系统为因果系统，欲保证因果系统的稳定性，只需使系统的极点全部位于系统零极点图的单位圆内即可。通过对本系统的仿真发现，两个IIR滤波器的极点均在单位圆内，因此保障了系统的稳定性，克服了IIR滤波器原有的缺点。其次，每个调制参数均是通过两个基点迭代得出，每一次的迭代运算只需消耗小量乘法和加法，在DSP(数字信号处理)中加法乘法运算所消耗的资源均可达到纳秒级，因此每一次迭代过程所消耗的计算资源非常小。而对于系统的空间压力也只需要记录最初的两个基点数值，空间复杂度相对以往明显下降。最后，滤波后或移频后的两路输出信号均为互相正交，因此对于二次移频或二次移相的操作迭代性很强。可根据实际开发需要，进行多次移频或多次移相操作，相比传统的将移频信号再通过希尔伯特滤波器的处理方法而言，既方便又快捷。优选的，所述的信号采集单元采集满一帧信号后响应中断，然后进行相关的滤波及移频和/或移相运算处理，直至该帧信号移频和/或移相完毕。优选的，所述的移频单元根据基点的正余弦值迭代生成调制参数过程中，迭代周期超过阈值时，从基点重新迭代。避免迭代周期增加时，迭代产生的正余弦值存在偏差，例如在6Hz频移下，可在完成8000次迭代之后重新从基点开始迭代。优选的，所述的调制参数包括余弦参数cos(2πΔft)和正弦参数sin(2πΔft)；所述的移频单元将第一滤波信号乘以余弦参数、将第二滤波信号乘以正弦参数后，通过加法器得到第一移频信号；所述的移频单元将第一滤波信号乘以负的正弦参数、将第二滤波信号乘以余弦参数后，通过加法器得到第二移频信号。本专利技术所述的低复杂度IIR数字移频移相方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、初始化各功能单元；S2、采集原信号x(wt)；S3、将原信号同时输入第一IIR滤波器、第二IIR滤波器后得到互为正交的第一滤波信号S(t)和第二滤波信号S’(t)；若无需进行移频仅需移相则进入步骤S6，若需进行移频则进入步骤S4；S4、根据移频需求得出基点及基点的余弦值和正弦值，根据基点的余弦值和正弦值迭代得出调制参数；S5、根据调制参数将第一滤波信号移频得到第一移频信号x(w’t)、将第二滤波信号移频得到第二移频信号x’(w’t)；所述的第一移频信号与第二移频信号互为正交；若无需移相操作则进入步骤S7，若需要移相操作则进入步骤S6；S6、将互为正交的信号分别相乘所移相位的余弦值、正弦值后，通过加法器完成移相；S7、缓存并输出移频和/或移相后的信号。优选的，所述的步骤S2中，采集满一帧信号后响应中断，然后进行相关的滤波及移频和/或移相运算处理，直至该帧信号移频和/或移相完毕。优选的，所述的步骤S3中，第一IIR滤波器通过延时使第一IIR滤波器输出的第一滤波信号比第二IIR滤波器输出的第二滤波信号延时单数倍半周期。优选的，所述的步骤S4中，根据基点的正余弦值迭代生成调制参数过程中，迭代周期超过阈值时，从基点重新迭代。优选的，所述的调制参数包括余弦参数cos(2πΔft)和正弦参数sin(2πΔft)；将第一滤波信号乘以余弦参数、将第二滤波信号乘以正弦参数后，通过加法器得到第一移频信号；将第一滤波信号乘以负的正弦参数、将第二滤波信号乘以余弦参数后，通过加法器得到第二移频信号。附图说明图1是本专利技术低复杂度IIR数字移频移相器的结构示意图。图2是本专利技术低复杂度IIR数字移频移相器的系统框图。图3是本专利技术所述滤波单元的结构示意图。图4是本专利技术低复杂度IIR数字移频移相方法的流程图。具体实施方式如图1、2所示，本专利技术所述的低复杂度IIR数字移频移相器，主要包括了：信号采集单元，用于采集原信号x(wt)；采集满一帧信号后响应中断，然后进行相关的滤波及移频和/或移相运算处理，直至该帧信号移频和/或移相完毕，将原信号输入IIR滤波单元。IIR滤波单元，用于过滤原信号并输出互为正交的第一滤波信号S(t)和第二滤波信号S’(t)。移频单元，用于根据移频需要确定基点及基点的正余弦值，根据基点的正余弦值迭代生成调制参数，根据调制参数将第一滤波信号移频得到第一移频信号x(w’t)、将第二滤波信号移频得到第二移频信号x’(w’t)；所述的第一移频信号与第二移频信号互为正交。移相单元，用于将互为正交的信号分别相乘所移相位的余本文档来自技高网...

【技术保护点】
低复杂度IIR数字移频移相器，其特征在于，包括：信号采集单元，用于采集原信号x(wt)，将原信号输入IIR滤波单元；IIR滤波单元，用于过滤原信号并输出互为正交的第一滤波信号S(t)和第二滤波信号S’(t)；所述的IIR滤波单元包括第一IIR滤波器和第二IIR滤波器，第一第二IIR滤波器均由双二阶IIR型滤波单元级联构成；第一IIR滤波器还包括延时单元，所述的延时单元用于将第一IIR滤波器输出的第一滤波信号比第二IIR滤波器输出的第二滤波信号延时单数倍半周期；移频单元，用于根据移频需要确定基点及基点的正余弦值，根据基点的正余弦值迭代生成调制参数，根据调制参数将第一滤波信号移频得到第一移频信号x(w

【技术特征摘要】
1.低复杂度IIR数字移频移相器，其特征在于，包括：信号采集单元，用于采集原信号x(wt)，将原信号输入IIR滤波单元；IIR滤波单元，用于过滤原信号并输出互为正交的第一滤波信号S(t)和第二滤波信号S’(t)；所述的IIR滤波单元包括第一IIR滤波器和第二IIR滤波器，第一第二IIR滤波器均由双二阶IIR型滤波单元级联构成；第一IIR滤波器还包括延时单元，所述的延时单元用于将第一IIR滤波器输出的第一滤波信号比第二IIR滤波器输出的第二滤波信号延时单数倍半周期；移频单元，用于根据移频需要确定基点及基点的正余弦值，根据基点的正余弦值迭代生成调制参数，根据调制参数将第一滤波信号移频得到第一移频信号x(w’t)、将第二滤波信号移频得到第二移频信号x’(w’t)；所述的第一移频信号与第二移频信号互为正交；移相单元，用于将互为正交的信号分别相乘所移相位的余弦值、正弦值后，通过加法器完成移相；输出单元，用于缓存并输出移频和/或移相后的信号。2.根据权利要求1所述低复杂度IIR数字移频移相器，其特征在于，所述的信号采集单元采集满一帧信号后响应中断，然后进行相关的滤波及移频和/或移相运算处理，直至该帧信号移频和/或移相完毕。3.根据权利要求1所述低复杂度IIR数字移频移相器，其特征在于，所述的移频单元根据基点的正余弦值迭代生成调制参数过程中，迭代周期超过阈值时，从基点重新迭代。4.根据权利要求1所述低复杂度IIR数字移频移相器，其特征在于，所述的调制参数包括余弦参数cos(2πΔft)和正弦参数sin(2πΔft)；所述的移频单元将第一滤波信号乘以余弦参数、将第二滤波信号乘以正弦参数后，通过加法器得到第一移频信号；所述的移频单元将第一滤波信号乘以负的正弦参数、将第二滤波信号乘以余弦参数后，通过加法器得到第二移频信号。5.低复杂度IIR数字移频移相方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永键，陆许明，燕斌，
申请(专利权)人：中山大学花都产业科技研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44