1.本发明属于数字信号处理系统
技术领域：
：，具体涉及一种数字采样信号的插值补偿方法。
背景技术：
：：2.数字信号系统中通常会对模拟信号进行模数转换，通过一个特定频率进行采样和分析。原则上要求发送端和接收端的采样频率必须一致。如果双方的晶振系统有偏差，采样频率不一致，存在一定的偏差，则会导致接收端的信号有相位漂移，出现严重的失真，造成解调信号的接收性能出现严重下降。很多通信系统的晶振频率都存在几十甚至几百个ppm的误差，而保证系统接收的偏差容忍度的最低要求都在0.1ppm以内。如此高的要求必须保证采样偏差估计精度高。比如带宽较宽的数字信号，虽然满足了奈奎斯特采样定律要求，如果用简单的线性插值或低阶多项式处理，则很难复现真实采样的信号，因而接收性能也会降低很多，甚至在信噪比非常高的情况下也无法正常接收。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种数字采样信号的插值补偿方法，用以解决简单的线性插值难以复现真实采样信号的问题。4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种数字采样信号的插值补偿方法，包括以下步骤：5.1)获取数字采样信号s0(n)，计算频偏补偿前、后采样率的相对偏差ε，并对相对偏差ε进行放大，且放大倍数为2a，a为正整数；6.2)根据采样索引n和放大2a倍后的相对偏差ε′求出第一相对采样偏移变量εn，对第一相对采样偏移变量εn进行如下计算以得到第二相对采样偏移变量m：其中，floor(·)为向下取整函数，ceil(·)为向上取整函数，并生成临时数组x(k)＝s0(j)，其中，k＝0,1,2,…,k-1，j＝n+m-kh,…,n+m+kh，n从[kh，l]中遍历取值，kh＝floor(k/2)，k为插值点数，取奇数，l表示需要输出的数据长度；[0007]3)将第一相对采样偏移变量εn缩小2a倍，并结合第二相对采样偏移变量m和sinc函数的量化精度n，n＝2b，且b为正整数，求出临时整数变量εnm；[0008]4)将临时数组x(k)、插值点数k和临时整数变量εnm输入到sinc核模块进行如下处理，以得到采样补偿输出s(n)：[0009]①根据临时整数变量εnm，生成索引值[0010]②进行累加运算：其中，码表sinctable包含有n*k个元素，且各元素取值根据量化精度n由sinc函数求得；[0011]③依据累加运算结果得到采样补偿输出s(n)。[0012]其有益效果为：本发明不再利用简单线性插值，而是利用sinc核模块，提前计算好若干个特定的sinc值放到码表中，采用查表并相乘累加实现插值补偿，不需要实时计算复杂的sinc函数，使用时根据取址位置按顺序读取k个值来参与加权，能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号；而且本发明根据获取的数字采样信号的数据，通过简单的计算相对偏移变量来确定被加权的输入采样数据，实现起来简单快速。[0013]进一步地，步骤2)中，第一相对采样偏移变量εn为：εn＝ε′*n。[0014]其有益效果为：通过计算第一相对采样偏移变量εn，以确定被加权的输入采样数据，实现起来简单快速，进而能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号。[0015]进一步地，当n＜kh时的输入信号s0(n)直接输出，不做插值处理。[0016]进一步地，步骤3)中，临时整数变量εnm为：εnm＝round((εn/2a-m)*n)，其中，round(·)为按指定位数对数值进行四舍五入的函数。[0017]其有益效果为：通过计算临时整数变量εnm，以确定被加权的输入采样数据，实现起来简单快速，进而能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号。[0018]进一步地，步骤4)的步骤②中，码表sinctable中各元素为：其中，round(·)为按指定位数对数值进行四舍五入的函数，i＝0,1,2,···,n-1，k＝-kh,…,kh，u为正整数；步骤4)的步骤③中将累加结果缩小2u倍得到采样补偿输出s(n)。[0019]其有益效果为：利用sinc核模块，先计算若干个特定的sinc值放到码表中，使用时根据取址位置按顺序读取k个值来参与加权，不需要实时计算复杂的sinc函数，再将累加结果缩小2u倍得到采样补偿输出s(n)，能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号。[0020]进一步地，a的取值范围为32≤a≤64。[0021]其有益效果为：a的取值范围为32≤a≤64，能够通过合理的放大倍数，保证实际计算时的量化精度，进而能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号。[0022]进一步地，b的取值范围为5≤b≤7。[0023]其有益效果为：b的取值范围为5≤b≤7，能够通过合理的放大倍数，保证实际计算时的量化精度，进而能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号。[0024]进一步地，u的取值范围为12≤u≤20。[0025]其有益效果为：u的取值范围为12≤u≤20，能够通过合理的放大倍数，保证实际计算时的量化精度，进而能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号。[0026]进一步地，步骤1)中，频偏补偿前、后采样率的相对偏差ε：其中δf为采样偏差，fs为频偏补偿后的采样率。[0027]进一步地，k的取值范围为5≤k≤19。[0028]其有益效果为：k的取值范围为5≤k≤19能够保证sinc函数在实际计算时的精度，进而能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号。附图说明[0029]图1是本发明的实现插值补偿方法的流程图。具体实施方式[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。[0031]数字采样信号的插值补偿方法实施例：[0032]下面先对本发明方法所使用的的数学理论基础进行介绍。[0033]假定采样信号的带宽是b，采样偏差是δfhz，频偏补偿前的采样率是f′s，恢复后的采样率是fs，这个是已知常量，且δf＜＜fs(此处“＜＜”为远小于的含义)，则相对偏差为[0034][0035]事先算好常量和之后，工程实现需要进行定点量化处理，由于fs通常很大，求倒数势必要求除法模块在精度和复杂度上做较高要求，极大的提升了除法的设计要求。公式(1)则可以免去除法操作，这对具体工程实现还是很有用的。假设采样信号为s0(n)，n＝0,1,2,…，则补偿方案如下步骤所示：[0036]1、令n＝kh，开始以下步骤计算。n＜kh的输入信号s0(n)直接输出，不做插值处理。这里的kh＝k＞＞1，并向下取整，(这里的“＞＞”为计算机语言中的二进制上的右移操作，以下出现“＞＞”皆为此意，此处即将k值缩小21倍)，插值点数k的取值范围为5≤k≤19且取奇数，默认值是13。[0037]2、首先做如下相对采样偏移变量计算：[0038]εn＝ε′*nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(2)[0039]其中，ε′为ε放大2a(a的取值范围为32≤a≤64且a为正整数)倍后的相对采样偏移变量，εn为第一相对采样偏移变量。[0040][0041]其中，m为第二相对采样偏移变量，floor(·)为向下取整函数，ceil(·)为向上取整函数。[0042]生成临时数组：[0043]x(k)＝s0(j)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(4)[0044]其中，k＝0,…,k-1，j＝n+m-kh,…,n+m+kh。[0045]3、生成临时整数变量：[0046]εnm＝round((εn/2a-m)*n)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(5)[0047]其中，round(·)为按指定位数对数值进行四舍五入的函数，这里的n是sinc函数的近似计算量化精度，即把[-0.5,0.5)等间隔细分的精度，n＝2b，b的取值范围为5≤b≤7且b为正整数，这里默认取n＝32分割。[0048]4、把临时数组x(k)、插值点数k和临时整数变量εnm输入到sinc核模块得到采样补偿输出s(n)。[0049]5、令n＝n+1，重复步骤2、3和4，直到所有需要插值的数据输出。[0050]sinc核模块具体通过查表并相乘累加实现，实现步骤如下：[0051]①事先根据n*k个元素的量化精度由sinc函数求得码表sinctable[n*k]，16比特位宽，有符号。具体计算基于以下公式：[0052][0053]其中，i＝0,1,2,···,n-1，k＝-kh,…,kh，u的取值范围为12≤u≤20且u取整数，此处u取15为例。排列顺序是以i＝0得到k个值，再i＝1得到k个值，如此反复n次，得到n*k个值，依次存到码表sinctable中。[0054]②利用公式(5)求得的整数εnm，生成如下索引值，[0055][0056]③令i＝0，sum＝0。[0057]④做如下累加运算，即[0058]sum＝sum+x(i)*sinctable[index*k+i]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(8)[0059]⑤令i＝i+1，重复步骤4，直到i＝k-1。[0060]⑥对sum进行右移操作，即[0061]s＝sum＞＞uꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(9)[0062]⑦s即为原始采样信号s0进行插值之后的信号输出。[0063]基于上述理论基础，可实现本发明的数字采样信号的插值补偿方法。下面对该方法进行详细介绍。[0064]数字通信系统的接收装置中，假定adc模数转换的采样频率fs＝25mhz，采样偏差是δfhz，需要输出数据长度l，频偏补偿前的采样率是f′s＝fs+δf。在工程实现上为了尽可能的保证量化精度，下面的处理统一进行2的48次方放大。如图1所示，具体实现操作步骤如下：[0065]1、针对极小数ε进行量化放大，即根据公式(1)，做近似计算，并放大2的48次方：[0066]ε′＝δf*11258999-(((δf*δf)*120892582)》》28)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(10)[0067]2、令n＝kh，开始以下步骤计算。n＜kh的输入信号s0(n)直接输出，不做插值处理。[0068]3、根据公式(2)得到εn，进而根据公式(3)做等效量化放大计算，如ε＞0时：[0069]m＝(εn+140737488355328)》》48ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(11)[0070]4、根据公式x(k)＝s0(j)，k＝0,…,k-1，j＝n+m-kh,…,n+m+kh，生成临时数组x(k)，k＝0,…,k-1，k的默认值是13。[0071]5、由于εn已经量化放大，根据公式(5)生成临时变量εnm需要做如下转换：[0072]εnm＝(εn＞＞41)-(m＜＜7)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(12)[0073]n的默认值为32，为了提高精度，取n＝128，这里的“＜＜”为计算机语言中的二进制上的左移操作，此处即将m值放大27倍。[0074]把x(k)，k和εnm输入到sinc核模块得到采样补偿输出s(n)。[0075]6、令n＝n+1，重复步骤3、4和5，直到l个插值后的数据输出。[0076]综上，本发明具有以下特点：[0077]本发明不再利用简单线性插值，而是利用sinc核模块，提前计算好若干个特定的sinc值放到码表中，采用查表并相乘累加实现插值补偿，不需要实时计算复杂的sinc函数，使用时根据取址位置按顺序读取k个值来参与加权，能够确保高精度和高可靠性的还原插值，复现真实采样信号；而且本发明根据获取的数字采样信号的数据，通过简单的计算相对偏移变量来确定被加权的输入采样数据，实现起来简单快速。当前第1页12当前第1页12
技术特征：1.一种数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取数字采样信号s0(n)，计算频偏补偿前、后采样率的相对偏差ε，并对相对偏差ε进行放大，且放大倍数为2
a
，a为正整数；2)根据采样索引n和放大2
a
倍后的相对偏差ε
′
求出第一相对采样偏移变量ε
n
，对第一相对采样偏移变量ε
n
进行如下计算以得到第二相对采样偏移变量m：其中，floor(
·
)为向下取整函数，ceil(
·
)为向上取整函数，并生成临时数组x(k)＝s0(j)，其中，k＝0,1,2,
…
,k-1，j＝n+m-k
h
,
…
,n+m+k
h
，n从[k
h
，l]中遍历取值，k
h
＝floor(k/2)，k为插值点数，取奇数，l表示需要输出的数据长度；3)将第一相对采样偏移变量ε
n
缩小2
a
倍，并结合第二相对采样偏移变量m和sinc函数的量化精度n，n＝2
b
，且b为正整数，求出临时整数变量ε
nm
；4)将临时数组x(k)、插值点数k和临时整数变量ε
nm
输入到sinc核模块进行如下处理，以得到采样补偿输出s(n)：
①
根据临时整数变量ε
nm
，生成索引值
②
进行累加运算：其中，码表sinctable包含有n*k个元素，且各元素取值根据量化精度n由sinc函数求得；
③
依据累加运算结果得到采样补偿输出s(n)。2.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，步骤2)中，第一相对采样偏移变量ε
n
为：ε
n
＝ε
′
*n。3.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，当n＜k
h
时的输入信号s0(n)直接输出，不做插值处理。4.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，步骤3)中，临时整数变量ε
nm
为：ε
nm
＝round((ε
n
/2
a-m)*n)，其中，round(
·
)为按指定位数对数值进行四舍五入的函数。5.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，步骤4)的步骤
②
中，码表sinctable中各元素为：其中，round(
·
)为按指定位数对数值进行四舍五入的函数，i＝0,1,2,
···
,n-1，k＝-k
h
,
…
,k
h
，u为正整数；步骤4)的步骤
③
中将累加结果缩小2
u
倍得到采样补偿输出s(n)。6.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，a的取值范围为32≤a≤64。7.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，b的取值范围为5≤b≤7。8.根据权利要求5所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，u的取值范围为12≤u≤20。9.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，步骤1)中，频偏
补偿前、后采样率的相对偏差ε：其中δf为采样偏差，f
s
为频偏补偿后的采样率。10.根据权利要求1所述的数字采样信号的插值补偿方法，其特征在于，k的取值范围为5≤k≤19。
技术总结本发明属于数字信号处理系统技术领域，具体涉及一种数字采样信号的插值补偿方法。包括以下步骤：1)获取数字采样信号s0(n)，计算频偏补偿前、后采样率的相对偏差ε，并对相对偏差ε进行放大，且放大倍数为2
技术研发人员：楼红伟 黄雄科
受保护的技术使用者：深圳智微电子科技有限公司
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2022/11/1
