直接结构半带抽取滤波器

低通插值滤波器说明书

The University of South China 数字信号处理课程设计 说明书 学院名称 指导教师 班级 学号 学生姓名 2010年6 月

设计一个按因子I=5的内插器，要求镜像滤波器通带最大衰减为 0.1dB ，阻带最小衰减为30dB ，过渡带宽不大于20/π，设计FIR 滤波器系数h(n) 一、初始设计 （1） 幅度指标 可以两种方式给出。第一种，叫做绝对指标，它提出了对幅度回应函数|H （jw)| 的要求。这些指标一般可直接用于FIR 滤波器。第二种方法叫做相对指标，它以分贝（dB ）值的形式提出要求，其定义为： 0|)(|| )(|log 20max 10≥-=jw jw e H e H dB 经过定义中所包含的归一化，所有滤波器的相对幅频特性最高处的值为0dB ，由于定义式中有一个负号，幅频特性小的地方，其dB 值反而是正的。 绝对指标： [0,wp]段叫通带，δ1是在理想通带中能接受的振幅波动或（容限） [ws, ]段叫做阻带，δ2是阻带中能接受的振幅波动或（容限） [wp,ws]叫做过渡带，在此段上幅度回应通常没有限制，也可以给些弱限制。 低通滤波器的典型幅度指标 相对指标（dB ）: p R 是通带波动的dB 值； s A 是阻带衰减的dB 值。 由于绝对指标中的)1(|)(|1max δ+=jw H ，因此 011log 201 1 10 >+--=δδp R ， ) (ωj e G c ω 1 1+ p 1- p s p s

11log 201 2 10 >>+-=δδs A 逆向的关系为 20 20 1101101p p R R --+-= δ 20 20 1210 10 )1(s s A A --≈+=δδ （2）低通FIR 滤波器阶数的估计 π ωωδδ2/)(6.1413)lg(20p s s p N ---≈ （3）滤波器结构分析： 整数倍内插器的 FIR 直接实现 整数I 倍内插是在已知的相邻两个原采样点之间等间隔插入I-1个新的采样值。对已知的采样序列)(11T n x 进行D/A 转移，得道原来的模拟信号)(t x a ，然后再对)(t x a 进行较高采样率的采样得到)(22T n y ，这里 21IT T = I 为大于1的整数，称为内插因子。 整数倍内插是先在已知采样序列)(11T n x 的相邻两个样点之间等间隔插入I-1个0值点，然后进行低通滤波器，即可获得I 倍内插的结果。内插方案如图所示： )(11T n x )(22T n v )(22T n y 图中↑ I 表示在)(11T n x 相邻样点之间插入I-1个0值采样，称为零值内插器。 )(11T n x 、)(22T n y 的傅里叶变换为：)(1 jw e X 、)(2jw e Y ，二者均为周期函数，若二 者都用模拟频率Ω表示，则 (1jw e X =)(1T j e X Ω，周期为11/2T sa π=Ω； )(2jw e Y =)(2T i e Y Ω，周期为2sa Ω=112)//(2/2sa I I T T Ω==ππ。 )(22T n v =?? ??? ±±=其它当 02,,0n )(212I I I T n x ↑ I )(22T n h

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计之欧阳家百创编

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计 欧阳家百（2021.03.07） FIR(fini te impulse response)滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位冲激响应是有限的，没有输入到输出的反馈，系统稳定。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。在工程实践中，往往要求对信号处理要有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。随着可编程逻辑器件的发展，使用FPGA 来实现FIR滤波器，既具有实时性，又兼顾了一定的灵活性，越来越多的电子工程师采用FPGA器件来实现FIR滤波器。 1 FIR滤波器工作原理 在进入FIR滤波器前，首先要将信号通过A／D器件进行模数转换，使之成为8bit的数字信号，一般可用速度较高的逐次逼进式A／D转换器，不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR 滤波器，滤波器输出的数据都是一串序列，要使它能直观地反应出来，还需经过数模转换，因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D／A模块。FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主导

的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以设计出高速的FIR数字滤波器。 2 16阶滤波器结构 在滤波过程中实现抽取，对于抽取率为N的抽取滤波器而言，当进来N个数据时滤波器完成1次滤波运算，输出1次滤波结果。抽取滤波器的结果和先滤波后抽取的结果是一致的，只是对于同样的数据，进行滤波运算的次数大大减少。在数字系统中采用拙取滤波器的最大优点是增加了每次滤波的可处理时间，从而达到实现高速输入数据的目的。采样数据与滤波器系数在控制电路的作用下，分别对应相乘并与前一个乘积累加，经过多次(有多少阶就要多少次)反复的乘累加最后输出滤波结果，将相同系数归类，16阶滤波器公式： 乘法器的数量减少一半，但加法器的数量增多了，但相对乘法运算来说，加法运算所占用的资源少的多，运算的速度也快得多。 3 滤波器系数的求取 使用Matlab集成的滤波器设计工具FDAtool，可以完成多种滤波器的数值设计、分析与评估，设计16阶低通滤波器参数如下： 采样频率：Fs为50MHz，滤波器归一化截止频率：Fc为0．4MHz，输入数据位宽：8位，输出数据宽度：16位FDAtool

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计 FIR(fini te impulse response)滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位冲激响应是有限的，没有输入到输出的反馈，系统稳定。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。在工程实践中，往往要求对信号处理要有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。随着可编程逻辑器件的发展，使用FPGA来实现FIR滤波器，既具有实时性，又兼顾了一定的灵活性，越来越多的电子工程师采用FPG A器件来实现FIR滤波器。 1 FIR滤波器工作原理 在进入FIR滤波器前，首先要将信号通过A／D器件进行模数转换，使之成为8bit的数字信号，一般可用速度较高的逐次逼进式A／D转换器，不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR滤波器，滤波器输出的数据都是一串序列，要使它能直观地反应出来，还需经过数模转换，因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D／A模块。FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主导的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以设计出高速的FIR数字滤波器。

2 16阶滤波器结构 在滤波过程中实现抽取，对于抽取率为N的抽取滤波器而言，当进来N个数据时滤波器完成1次滤波运算，输出1次滤波结果。抽取滤波器的结果和先滤波后抽取的结果是一致的，只是对于同样的数据，进行滤波运算的次数大大减少。在数字系统中采用拙取滤波器的最大优点是增加了每次滤波的可处理时间，从而达到实现高速输入数据的目的。采样数据与滤波器系数在控制电路的作用下，分别对应相乘并与前一个乘积累加，经过多次(有多少阶就要多少次)反复的乘累加最后输出滤波结果，将相同系数归类，16阶滤波器公式： 乘法器的数量减少一半，但加法器的数量增多了，但相对乘法运算来说，加法运算所占用的资源少的多，运算的速度也快得多。 3 滤波器系数的求取 使用Matlab集成的滤波器设计工具FDAtool，可以完成多种滤波器的数值设计、分析与评估，设计16阶低通滤波器参数如下：

抽取滤波器

6 到 14-Bit Delta Sigma ADC 数据表 DelSigMulti V 1.2 001-65734 Rev. ** Single Slope 8-Bit ADC Data Sheet Copyright ? 2009-2010 Cypress Semiconductor Corporation. All Rights Reserved. 调制器顺序抽取 率分辨率 采样 率 (CLK=2 MHz) 采样 率 (CLK=8 MHz) 抽取滤波器 数量 SC 模块闪存RAM 通道 （I/O 引脚） CY8C28x45, CY8C28x43, CY8C28x52, CY8C28x33, CY8C28x23 132615625.062500.02214832 1647.57812.531250.02215632 112893906.315625.02218552 125610.51953.17812.52218552 232815625.062500.02218752 264107812.531250.02221672 2128123906.315625.02221672 2256141953.17812.52221672 132615625.062500.03618063 1647.57812.531250.03619263 112893906.315625.03623493 125610.51953.17812.53623493 232815625.062500.03621563 264107812.531250.03625793 2128123906.315625.03625793 2256141953.17812.53625793 132615625.062500.04820074 1647.57812.531250.04821674 112893906.315625.048271114 125610.51953.17812.548271114 232815625.062500.04824374 264107812.531250.048298114 2128123906.315625.048298114 2256141953.17812.548298114 Cypress Semiconductor Corporation?198 Champion Court?San Jose,CA95134-1709?408-943-2600

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计FIR(fini te impulse response)滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位冲激响应是有限的，没有输入到输出的反馈，系统稳定。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。在工程实践中，往往要求对信号处理要有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。随着可编程逻辑器件的发展，使用FPG A来实现FIR滤波器，既具有实时性，又兼顾了一定的灵活性，越来越多的电子工程师采用FPGA器件来实现FIR滤波器。 1 FIR滤波器工作原理 在进入FIR滤波器前，首先要将信号通过A／D器件进行模数转换，使之成为8bit的数字信号，一般可用速度较高的逐次逼进式A／D转换器，不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR滤波器，滤波器输出的数据都是一串序列，要使它能直观地反应出来，还需经过数模转换，因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D／A模块。FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主导的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以设计出高速的FIR数字滤波器。

2 16阶滤波器结构 在滤波过程中实现抽取，对于抽取率为N的抽取滤波器而言，当进来N个数据时滤波器完成1次滤波运算，输出1次滤波结果。抽取滤波器的结果和先滤波后抽取的结果是一致的，只是对于同样的数据，进行滤波运算的次数大大减少。在数字系统中采用拙取滤波器的最大优点是增加了每次滤波的可处理时间，从而达到实现高速输入数据的目的。采样数据与滤波器系数在控制电路的作用下，分别对应相乘并与前一个乘积累加，经过多次(有多少阶就要多少次)反复的乘累加最后输出滤波结果，将相同系数归类，16阶滤波器公式： 乘法器的数量减少一半，但加法器的数量增多了，但相对乘法运算来说，加法运算所占用的资源少的多，运算的速度也快得多。 3 滤波器系数的求取 使用Matlab集成的滤波器设计工具FDAtool，可以完成多种滤波器的数值设计、分析与评估，设计16阶低通滤波器参数如下：

基于内插滤波器符号同步的实现

基于内插滤波器符号同步的实现 陈卫东,孙 栋,张华冲 (中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081) 摘 要:比较了同步采样和异步采样条件下符号同步实现方法的不同,在全数字接收机中需要采用内插方法来实现符号同步,内插滤波器是一种线性时变滤波器,在工程中可以采用多项式内插函数来近似,采用FARROW 结构实现。在此基础上介绍了内插法符号同步环路的结构,组成单元,其中详细介绍了内插控制器和定时误差检测器的原理。在AWGN 信道中针对QAM 64信号进行了仿真和实现,眼图和星座图恢复良好,该符号同步环路可以应用于侦察接收机的解调器中。 关键词:全数字接收机;内插滤波器;符号同步 中图分类号:TN914.42 文献标识码:A 文章编号:1003-3114(2009)06-53-3 Design of Symbol Synchronization Circuit Based on Interpolation C HE N Wei dong,SUN Dong,ZHANG Hua chong (The 54th Research Insti tute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China) Abstract :In traditional demodulator synchronization sampling is used.In all di g i tal recei ver based on the non synchronization samplin g timing recovery is achieved with the help of interpolator.Cubic interpolator,interpolation controller and Gardner Algoithm for symbol timing error detection are introduced in detail i n this paper.The performance of the design is well i n si mulation.The desi gn is implemented in XILINX FPGA and i t can be applied to demodulation for reconnaissance receiver. Key words:all digital receiver;interpolator;symbol synchronization 收稿日期:2009-09-01 作者简介:陈卫东(1968-),男,高级工程师。主要研究方向:通信信号处理、软件无线电。 0 引言 符号同步的主要任务是从接收到的信号中估计出恢复时钟相位与最佳采样位置的相位误差信息,并根据该信息,将本地采样时钟调整到能够对码元进行最佳检测的相位上,得到信号的最佳采样值,这些采样值中包含判决时刻的信号值。 传统的数字化解调器一般采用零中频方案,需要零中频信道单元把中频信号变换为I Q 两路零中频信号,再进行A/D 采样,定时恢复是通过调整AD 采样时钟相位来完成的,这种接收机定时恢复环路结构简单,但是环路包含模拟单元,模拟器件的非线性,稳定性较差,会对定时恢复的精度,可靠性造成影响。在全数字接收机中,A/D 采样在中频完成,数字下变频确保了I Q 幅度、相位的一致性,定时恢复环路完全在数字域实现。在具体实现中,整个环路可以在一片FPGA 芯片内完成,可靠性与稳定性得到了很大提高。符号同步是全数字接收机中的一个关键技术。 传统的解调器采用同步采样方式,即符号同步 环路锁定后,采样时钟频率是符号速率的整倍数,采样点中包含了判决时刻。在全数字接收机中,采用异步采样方式,即采样时钟频率与发送端时钟频率不相关,而是一个固定时钟频率,采样点中不包含判决时刻。由于采样不同步而引入的定时速率和相位误差,需要用数字信号处理的方法来补偿,即通过定时误差估值控制内插滤波器对采样得到的信号样本值进行插值运算,从而得到信号在最佳采样时刻的近似值。内插滤波器即是完成这一功能必须的环节。 1 内插原理 Gardner 在其文献中给出了速率转换模型来分析内插滤波器,该模型如图1 所示。 图1 内插滤波器速率转换模型 设发送的线性调制符号周期为T,T s 为采样周期。在全数字接收机中,由于T s 的定时来源于独立 工程实践及应用技术

【CN110113029A】一种FIR抽取滤波器的数据处理方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910374927.4 (22)申请日 2019.05.07 (71)申请人 中国科学院电子学研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路19 号 (72)发明人 赵博　李士东　柳青　纪奕才　 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 周天宇 (51)Int.Cl. H03H 17/00(2006.01) H03H 17/02(2006.01) H03H 17/04(2006.01) (54)发明名称 一种FIR抽取滤波器的数据处理方法 (57)摘要 一种FIR抽取滤波器的数据处理方法，包括： S1，将滤波器分解为个子滤波器，其 中，N为滤波器中系数的个数，D为子滤波器中系数的个数；S2，为每一子滤波器定义一初始值为0的数据寄存器；S3，接收到待滤波数据后，每一子滤波器分别根据其系数和相应的数据寄存器的值对待滤波数据进行乘加处理；S4，判断已滤波数据的个数是否为D的整数倍，若不是，每一子滤波器将其乘加结果保存至相应的数据寄存器，否则，每一子滤波器将其乘加结果保存至其前一个子滤波器相应的数据寄存器，清零最后一个子滤波器相应的数据寄存器，并输出第一个子滤波器的乘加结果。该方法占用的硬件资源与存储资源都较少，且可以实时输出抽取滤波后的结果，计 算效率高。权利要求书2页 说明书5页 附图4页CN 110113029 A 2019.08.09 C N 110113029 A

1.一种FIR抽取滤波器的数据处理方法，包括： S1， 将滤波器分解为个子滤波器，其中，N为所述滤波器中系数的个数，D为所述子滤波器中系数的个数； S2，为每一所述子滤波器定义一数据寄存器； S3，接收到待滤波数据后，每一所述子滤波器分别根据其系数和相应的数据寄存器的值对所述待滤波数据进行乘加处理； S4，判断已滤波数据的个数是否为D的整数倍，若不是，每一所述子滤波器将其乘加结果保存至相应的数据寄存器，否则，每一所述子滤波器将其乘加结果保存至其前一个子滤波器相应的数据寄存器，清零最后一个所述子滤波器相应的数据寄存器，并输出第一个所述子滤波器的乘加结果。 2.根据权利要求1所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，所述步骤S2还包括： 为每一所述子滤波器设置一相应的长度为D的循环移位寄存器，所述循环移位寄存器用于存放相应的所述子滤波器的系数。 3.根据权利要求2所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，所述步骤S4之后还包括： S5，每一所述循环移位寄存器中存放的系数循环移动1位； S6，重复执行步骤S3-S5，直至无所述待滤波数据。 4.根据权利要求3所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，所述循环移动1位为向左循环移动1位或向右循环移动1位。 5.根据权利要求1所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，所述步骤S1之前还包括： S0，当N不等于D的整数倍时，在所述滤波器中系数的末端添加个系数0。 6.根据权利要求5所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，所述步骤S1包括： 从左至右， 在所述滤波器的个系数中选取D个系数以形成第一个所述子滤波器，重复上述操作，直至形成第个所述子滤波器。 7.根据权利要求1所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，所述步骤S3中对所述待滤波数据进行乘加处理包括： 将所述待滤波数据与所述子滤波器的第一系数相乘，并与该子滤波器相应的数据寄存器中的值相加。 8.根据权利要求7所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，当所述已滤波数据的个数不是D的整数倍时： T n＝T n′+x·V n′(0) 其中，n＝1，2，……，x为待滤波数据，T n为待滤波数据处理后第n个数据寄存器的值，T n′为待滤波数据处理前第n个数据寄存器的值，V n′(0)为第n个子滤波器的第一系数。 9.根据权利要求7所述的FIR抽取滤波器的数据处理方法，其中，当所述已滤波数据的个数是D的整数倍时： T n＝T n+1′+x·V n+1′(0) 权　利　要　求　书1/2页 2 CN 110113029 A

高通滤波器原理及分类

高通滤波器：英文名称为high-pass filter，又称低截止滤波器、低阻滤波器，允许高于某一截频的频率通过，而大大衰减较低频率的一种滤波器。它去掉了信号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。 高通滤波器是一种让某一频率以上的信号分量通过，而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。后者是用以频率为自变量的函数表示，一般情况下它是一个以复变量jω为自变量的的复变函数，以H（jω）表示。它的模H（ω）和幅角φ（ω）为角频率ω的函数，分别称为系统的“幅频响应”和“相频响应”，它分别代表激励源中不同频率的信号成分通过该系统时所遇到的幅度变化和相位变化。可以证明，系统的“频率响应”就是该系统“冲激响应”的傅里叶变换。当线性无源系统可以用一个N阶线性微分方程表示时，频率响应H（jω）为一个有理分式，它的分子和分母分别与微分方程的右边和左边相对应。 高通滤波器原理及分类 高通滤波器按照所采用的器件不同进行分类的话，会有源高通滤波器、无源高通滤波器两类。 无源高通滤波器：无源高通滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。 实际滤波器的基本参数：理想滤波器是不存在的，其特性只需截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，故需用更多参数来描述。 高通滤波器技术指标有：

ch7数字滤波器的结构习题解答

7.6 习题 7-1. 已知某数字系统的系统函数为 ) 25.06.0)(4.0()(2 3 +--=z z z z z H 试分别画出直接型、级联型、并联型结构框图。 解： 将H (z )表示为 3 21 1.049.011 )(----+-= z z z z H 由此可画出系统的直接型结构框图，如下图(a)所示。由于系统有一单实数极点和一对共轭复数极点，故将H (z )表示实系数一阶、二阶子系统的乘积，即 2 1125.06.011 4.011)(---+--= z z z z H 由此可画出系统的级联型结构框图，如下图(b)所示。故将H (z )表示实系数一阶、二阶子系统之和 2 11 125.06.015882.00588.04.019412.0)(----+-++-=z z z z z H 由此可画出系统的并联型结构框图，如下图(c)所示。 x [k ] y [k ] x [k ] y [k ] (a) 直接型结构 (b) 级联型结构

x [k ] y [k ] (c) 并联型结构 7-2. 一线性时不变系统用题7-2图的流图实现。 (1) 写出该系统的差分方程和系统函数； (2) 计算每个输出样本需要多少次实数乘法和实数加法？ 题7-2图 解： (1) 2121211311 )(--------= z z z z z H 43127411 ---++-=z z z ][]4[2]3[7]1[4][k f k y k y k y k y =-+-+-- (2) 每个输出样本需要4次实数乘法和4次实数加法 7-3. 已知FIR DF 的系统函数为 )221)(1()(211---+-+=z z z z H 试分别画出直接型、级联型结构框图。 解： 由H (z )可以画出FIR DF 的级联型结构框图，如下图(b)所示。将H (z )表示为 3121)(--+-=z z z H ，可以画出FIR DF 的直接型结构框图，如下图(a)所示。

抽取滤波器

基于多核DSP 处理器的插值和抽取滤波器的设计 熊鹏鹏 北京邮电大学电信工程学院，北京（100876） E-mail ：xiongpengpeng@https://www.wendangku.net/doc/8f442544.html, 摘 要：插值和抽取滤波器被广泛应用于现代通信系统中，然而基于传统DSP 或者FPGA 的滤波器，具有数据率低和占用资源多的缺点。为了克服这些缺点，本文针对一种多核DSP 处理器, 提出了一种新的变速率滤波器设计方法。并且以WiMAX802.16e 系统为例，详细给出了方法的实现流程。实践证明本文中的算法能够很好的实现处理速度与占用资源的折衷。 关键词：插值,抽取,多相滤波法，多核DSP 处理器，picoArray，AE 1. 引言 在实际的工作中，经常会遇到抽样率转换的问题，要求一个数字系统能工作在多抽样率（multirate ）状态。例如，对于同时具有语音、视频、数据等多种媒体的传输，由于存在不同的频率成分，所以该系统应该具有多种抽样率，并自动完成抽样率的转换；又如，为了减少抽样率太高造成的数据的冗余，而需要降低抽样率；再如信号在具有不同时钟频率的系统之间传输时，为了便于信号的处理、编码、传输和存储，则要求根据时钟频率对信号抽样率加以转换[1]。如今，建立在抽样率转换理论基础上的多抽样率数字信号处理已经成为数字信号处理这门学科中的一项重要内容[2]。 2. 多相分解 抽样率的转换有多种方法可以实现，其中采用数字滤波器的方法是最直接也是最合理的方法。由于FIR （有限冲激响应）滤波器的参数非常对称，其基本的滤波操作是移位和乘累加操作，其中卷积部分的运算量占整个运算量的绝大部分。因此为了减少运算量，提高运算速度，首先介绍一下多相分解的滤波器设计方法[3]。 将一个序列表示成M 组子序列的叠加，其中每一组都由该序列中每隔M 个一次延迟的序列值所组成，这就得到了一个序列的多相分解。多相分解后，插值和抽取子滤波器的个数 等于插值或抽取的倍数。具体的说，考虑某一冲激响应()h n ， 将其分解成M 组子序列()k h n 如下： () ()0 k h n k n M h n +=?=??的整倍数其他 将这些子序列依次延迟相加就能恢复原冲激响应()h n ，即 1 0()()M k k h n h n k ?==?∑ 抽取滤波器的多相实现框图和插值滤波器的多相实现框图分别如图1和图2所示。从图中可以看出，目标滤波器被分解为若干子滤波器的并联。

插值滤波器设计

插值滤波器设计 1 项目背景 1.1 多采样率数字滤波器 多采样率就是有多个采样率的意思。前面所说的FIR，IIR滤波器都是只有一个采样频率，是固定不变的采样率，然而有些情况下需要不同采样频率下的信号。 按照传统的速率转换理论，我们要实现采样速率的转换，可以这样做，假如有一个有用的正弦波模拟信号，AD采样速率是f1，现在我需要用到的是采样频率是f2的信号，传统做法是将这个经过f1采样后的信号进行DA转换，再将转换后的模拟信号进行以f2采样频率的抽样，得到采样率为f2的数字信号，至此完成采样频率的转换 但是这样的做法不仅麻烦，而且处理不好的话会使信号受到损伤，所以这种思想就被淘汰了，现在我们用到的采样率转换的方法就是抽取与内插的思想。 1.2 抽取 先来总体来解释一下抽取的含义：前面不是说，一个有用的正弦波模拟信号经采样频率为f1的抽样信号抽样后得到了数字信号，很明显这个数字信号序列是在f1频率下得到的，现在，假如我隔几个点抽取一个信号，比如就是5吧，我隔5个点抽取一个信号，是不是就是相当于我采用了1/5倍f1的采样频率对模拟信号进行采样了？所以，抽取的过程就是降低抽样率的过程，但是我们知道，这是在时域的抽样，时域的抽样等于信号在频域波形的

周期延拓，周期就是采样频率，所以，为了避免在频域发生频谱混叠，抽样定理也是我们要考虑的因素 下面来具体来介绍 如上图所示，假如上面就是某一有用信号经采样频率f1抽样得到的频谱，假设这时候的采样频率为8Khz，可以通过数格子得到，从0到F1处有8个空格，每个空格代表1Khz，有些朋友可能会问，这不是在数字频域吗，单位不是π吗，哪来的hz？是的，这里是数字频域，采样频率F1处对应的是2π，这里只是为了好解释，我们用模拟频率来对应数字频率。 上面是采样频率为8K的数字信号频域图，现在我要对这个数字信号进行时域抽取，从而来降低信号的采样率，我们知道，一旦我们对数字信号进行时域抽取，那么采样率下降，

明德扬-基于FPGA的插值滤波器设计

插值滤波器设计 1项目背景 1.1多采样率数字滤波器 多采样率就是有多个采样率的意思。前面所说的FIR，IIR滤波器都是只有一个采样频率，是固定不变的采样率，然而有些情况下需要不同采样频率下的信号。 按照传统的速率转换理论，我们要实现采样速率的转换，可以这样做，假如有一个有用的正弦波模拟信号，AD采样速率是f1，现在我需要用到的是采样频率是f2的信号，传统做法是将这个经过f 1采样后的信号进行DA转换，再将转换后的模拟信号进行以f2采样频率的抽样，得到采样率为f2的数字信号，至此完成采样频率的转换 但是这样的做法不仅麻烦，而且处理不好的话会使信号受到损伤，所以这种思想就被淘汰了，现在我们用到的采样率转换的方法就是抽取与内插的思想。 1.2抽取 先来总体来解释一下抽取的含义：前面不是说，一个有用的正弦波模拟信号经采样频率为f1的抽样信号抽样后得到了数字信号，很明显这个数字信号序列是在f1频率下得到的，现在，假如我隔几个点抽取一个信号，比如就是5吧，我隔5个点抽取一个信号，是不是就是相当于我采用了1/5倍f1的采样频率对模拟信号进行采样了？所以，抽取的过程就是降低抽样率的过程，但是我们知道，这是在时域的抽样，时域的抽样等于信号在频域波形的周期延拓，周期就是采样频率，所以，为了避免在频域发生频谱混叠，抽样定理也是我们要考虑的因素 下面来具体来介绍 图561 如上图所示，假如上面就是某一有用信号经采样频率f1抽样得到的频谱，假设这时候的采样频率为8Khz，可以通过数格子得到，从0到F1处有8个空格，每个空格代表1Khz，有些朋友可能会问，这不是在数字频域吗，单位不是π吗，哪来的hz？是的，这里是数字频域，采样频率F1处对应的是2π，这里只是为了好解释，我们用模拟频率来对应数字频率。

FIR抽取滤波器的工作原理

摘 要：本文介绍了ＦＩＲ抽取滤波器的工作原理，重点阐述了用ＸＣ２Ｖ１０００实现ＦＩＲ抽取滤波器的方法，并给出了仿真波形和设计特点。关键词：ＦＩＲ抽取滤波器；流水线操作；ＦＰＧＡ 用ＦＰＧＡ实现抽取滤波器比较复杂，主要是因为在ＦＰＧＡ中缺乏实现乘法运算的有效结构，现在，ＦＰＧＡ中集成了硬件乘法器，使ＦＰＧＡ在数字信号处理方面有了长足的进步。本文介绍了一种采用Ｘｉｌｉｎｘ公司的ＸＣ２Ｖ１０００实现ＦＩＲ抽取滤波器的设计方法。 具体实现结构设计基于抽取滤波器的工作原理，本文采用ＸＣ２Ｖ１０００实现了一个抽取率为２、具有线性相位的３阶ＦＩＲ抽取滤波器，利用原理图和ＶＨＤＬ共同完成源文件设计。图１是抽取滤波器的顶层原理图。其中，ｃｌｏｃｋ是工作时钟，ｒｅｓｅｔ是复位信号，ｅｎａｂｌｅ是输入数据有效信号，ｄａｔａ＿ｉｎ（１７：０）是输入数据，ｄａｔａ＿ｏｕｔ（１７：０）是输出数据，ｖａｌｉｄ是输出数据有效信号。ａｄｄｅｒ１８是加法器模块，ｍｕｌｔ１８是乘法器模块，ａｃｃ３６是累加器模 块，ｓｉｇｎａｌ＿３６ｔｏ１８是数据截位器模块，ｆｉｒ＿ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ是控制器模块。控制器定时向加法器、乘法器和累加器发送数据或控制信号，实现流水线操作。 图１ 抽取滤波器顶层原理图 控制器控制器是抽取滤波器的核心模块，有两个功能：一是接收输入数据，二是向其它模块发送数据和控制信号。它根据加法器、乘法器和累加器的时序特性，有规律地向加法器发送抽头数据，向乘法器发送系数，向累加器发送控制信号，让加法器、乘法器和累加器在每个时钟周期都完成指定的任务，从而实现流水线操作。控制器用ＶＨＤＬ语言描述，用寄存器存放抽头和系数。加法器加法器的输入和输出都是１８　ｂｉｔ，用ＶＨＤＬ语言描述实现。它有两个工作时钟的延迟，在输入数据准备好的情况下，第一个时钟得出相加结果，第二个时钟把相加结果锁存输出。乘法器乘法器为１８　ｂｉｔ输入，３６　ｂｉｔ输出，用库元件ＭＵＬＴ１８Ｘ１８Ｓ和３６　ｂｉｔ锁存器实现。ＭＵＬＴ１８Ｘ１８Ｓ是ＸＣ２Ｖ１０００自带的１８×１８　ｂｉｔ硬件乘法器，单个时钟就可完成乘法运算。３６　ｂｉｔ锁存器工作于时钟的上升沿，用ＶＨＤＬ语言描述。乘法器（ｍｕｌｔ１８）也有两个工作时钟的延时，在输入数据准备好的情况下，第一个时钟得出相乘结果，第二个时钟把相乘结果锁存输出。加法器和乘法器采用锁存输出的结构，虽然增加了一个工作时钟的延迟，但有利于抽取滤波器稳定的工作，提高可靠性。累加器３６　ｂｉｔ累加器用于累加乘法器的输出，得出滤波结果。它有一个控制端口ｃｌｒ，当ｃｌｒ为高电平时，输出前一轮累加结果，并初始化，开始新一轮累加；当ｃｌｒ为低电平时，进行累加运算。累加器用ＶＨＤＬ语言描述。数据截位器数据截位器用ＶＨＤＬ语言描述，用于把累加器的３６ｂｉｔ输出进行取舍处理，一般截掉数据低位部分，保留数据高位。为了对抽取滤波器进行功能仿真，这里截掉数据高１８ｂｉｔ，保留数据低１８ｂｉｔ。工作过程及功能仿真下面以抽取滤波器完成一次抽取滤波的全过程为例，说明抽取滤波器的工作过程。假设时钟１、时钟２、时钟３和时钟４控制器已接收了数据ｘ（ｎ－３）、ｘ（ｎ－２）、ｘ（ｎ－１）和ｘ（ｎ），那么，时钟５：控制器向加法器发送数据ｘ（ｎ）和ｘ（ｎ－３）；时钟６：加法器进行ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）运算；控制器向加法器发送数据ｘ（ｎ－１）和ｘ（ｎ－２）；时钟７：加法器进行ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）运算，输出ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）运算结果。控制器向乘法器发送系数ｈ（０）；时钟８：加法器输出ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）运算结果，乘法器进行ｈ（０）［　ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）］运算，控制器向乘法器发送系数ｈ（１）；时钟９：乘法器进行ｈ（１）［　ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）］运算，输出ｈ（０）［ ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）］运算结果。控制器向累加器发送控制信号（ｃｌｒ为高电平）；时钟１０：乘法器输出ｈ（１）［ ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）］运算结果。累加器初始化，开始累加操作。控制器向累加器发送控制信号（ｃｌｒ为低电平）；时钟１１：累加器进行累加运算：ｈ（０）［　ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）］＋　ｈ（１）［　ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）］。控制器向累加器发送控制信号（ｃｌｒ为高电平），控制器输出滤波数据有效信号（ｖａｌｉｄ为高电平）；时钟１２：累加器输出ｈ（０）［

基于MATLAB的数字插值滤波器设计

EDA 课程设计报告 滤波器设计参数：根据要求，要设计一个输入8位，输出8位的17阶线性相位FIR 滤波器，所以采用图2(a)的方式，其中输入信号范围为：[±99，0，0，0， ±70，0，0，0， ±99，0，0，0， ±70，…]，此滤波器 Fs 为44kHz,Fc 为10.4kHz 。 （一）FIR 数字滤波器理论简述 有限冲激响应（FIR ）数字滤波器和无限冲激响应（IIR ）数字滤波器广泛应用于数字信号处理系统中。IIR 数字滤波器方便简单，但它相位的非线性，要求采用全通网络进行相位校正，且稳定性难以保障。FIR 滤波器具有很好的线性相位特性，使得它越来越受到广泛的重视。 有限冲击响应（FIR ）滤波器的特点： 1 既具有严格的线性相位，又具有任意的幅度； 2 FIR 滤波器的单位抽样响应是有限长的，因而滤波器性能稳定； 3只要经过一定的延时，任何非因果有限长序列都能变成因果的有限长序列，因而能用因果系统来实现； 4 FIR 滤波器由于单位冲击响应是有限长的，因而可用快速傅里叶变换(FFT)算法来实现过滤信号，可大大提高运算效率。 5 FIR 也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。 6 FIR 滤波器比较大的缺点就是阶次相对于IIR 滤波器来说要大很多。 FIR 数字滤波器是一个线性时不变系统（LTI ），N 阶因果有限冲激响应滤波器可以用传输函数H （z ）来描述， ()()N k k H z h k z -==∑ (0.1) 在时域中，上述有限冲激响应滤波器的输入输出关系如下： [][][][][]N k y n x n h n x k h n k ==*=-∑ (0.2) 其中，x [n ]和y [n ]分别是输入和输出序列。 N 阶有限冲激响应滤波器要用N ＋1个系数描述，通常要用N+1个乘法器和N 个两输入加法器来实现。乘法器的系数正好是传递函数的系数，因此这种结构称为直接型结构，可通过式（1.2）来实现，如图1。

多相抽取滤波

2013年4月 信号抽取的多相形式实现 一、理论基础 理论情况下对信号进行多速率处理时，要在信号的抽取之前和信号的插值之后进行信号的限带滤波。因为抽取是信号频谱扩展的过程、插值是信号频谱压缩的过程，若不进行限带滤波，则抽取后信号频谱在周期延拓扩展的过程中将会引起频谱的混叠造成信号的改变，使信号信息产生变化；同理，插值的过程没有限带时，也将会使我们不感兴趣的冗余信息压缩进信号的频谱中，造成信号携带信息的改变，使信号失真。理论框图如下： 内插器及其框图表示 但这显然不是最优化的处理方法：因为多速率信号处理的核心目的之一就是在不改变信号携带信息的条件下降低信号的流速率，以减轻对信号处理器件的运算速度的压力，来最大化的提高系统效能。可理论框图中：滤波器分别放置在抽取器之前和内插器之后。而这两个位置恰恰是信号流速率相较另一侧更高的一端，显然这会加大硬件的处理负担。 由于这次实验是对抽取进行验证所以下文内容只讨论抽取的结构优化过程。我们通过对限带滤波器h[n]的Z变换进行分析，结构变化可以发现H(z)可以转化为如下形式：

()()n n H z h n z +∞ -=-∞ =?∑ ()()() 1 M n k M k n H z z h nM k z -+∞ --==-∞ =+∑∑ ()()()n n k k n n E z e n z h nM k z +∞ +∞ --=-∞=-∞ == +∑ ∑ ()() 1 M k M k k H z z E z --==∑ 再根据，抽取与滤波器之间的恒等变换，可以把抽取系统转化等效的多相形式表示如下：

可见等效结构中：滤波器的运算是在对信号进行抽取之后的，这就显而易见的降低了原信号的信号流速率，使后续对信号处理过程的运算量大大的降低了。这就体现出了多相滤波形式的一大优势，并且还可以根据后续处理的要求，采取不同的多相形式来提高系统的效率，节省了系统的内部资源。 2.实验过程 上一节对多相滤波形式的优势及实用性进行了分析和阐述。这一节将对其实现过程进行叙述。 (作业题目： 5．设计一个5路5:1多相减采样滤波器满足下面的参数要求: 输入样值频率: 100kHz 通带: 0-8kHz 带内波纹: 0.1dB 阻带: 12-50kHz 阻带抑制: 60dB 输出样值频率: 20kHz 试设计一个滤波器,通过如下带外信号的1000个样本处理来测试

匹配滤波器原理

数字通信课程设计 匹配滤波器

摘要 在通信系统中，滤波器是重要的部件之一，滤波器特征的选择直接影响数字信号的恢复。在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，使滤波器输出有用信号成分尽可能强；抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减少噪声对信号判决的影响。对最佳线性滤波器的设计有一种准则是使滤波器输出信噪比在特定时刻到达最大，由此导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。在数字通信中，匹配滤波器具有广泛的应用。因此匹配滤波器是指滤波器的性能与信号的特征取得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。本文设计并仿真了一种数字基带通信系统接收端的匹配滤波器。 一、课程设计的目的 通过本次对匹配滤波器的设计，让我们对匹配滤波器的原理有更深一步的理 解，掌握具体的匹配滤波器的设计方法与算法。 二、课程设计的原理 设接收滤波器的传输函数为)(f H ,冲击响应为)(t h ,滤波器输入码元)(t s 的持续时间为s T ,信号和噪声之和)(t r 为 )()()(t n t s t r += s T t ≤≤0 式中，)(t s 为信元，)(t n 为白噪声。 并设信元)(t s 的频谱密度函数为)(f S ,噪声)(t n 的双边功率谱密度为 2/0n P n =,0n 为噪声单边功率谱密度。 假定滤波器是线性的，根据叠加定理，当滤波器输入信号和噪声两部分时，滤波器的输出也包含相应的输出信号和输出噪声两部分，即 )()()(00t n t s t y += 由于：)()()()()()(2 * f P f H f P f H f H f P R R Y == )(f P R 为输出功率谱密度，)(f P R 为输入功率谱密度，2/)(0n f P R = 这时的输出噪声功率0N 等于 ? ?∞ ∞ -∞ ∞ -=?=df f H n df n f H N 2 02 0)(22)( 在抽样时刻0t 上，输出信号瞬时功率与噪声平均功率之比为

滤波器的基本原理

滤波器的基本原理 1.滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰 都具有衰减作用。其基本原理有三种： A）利用电容通高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线（共模），或将火线高频干扰电流导入零线（差模）； B）利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源； C）利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可 2电源滤波器高频插入损耗的重要性 尽管各种电磁兼容标准中关于传导发射的限制仅到30MHz （旧军标到50MHz，新军标到 10MHz ），但是对传导发射的抑制绝不能忽略高频的影响。因为，电源线上高频传导电流会导致辐射，使设备的辐射发射超标。另外，瞬态脉冲敏感度试验中的试验波形往往包含了很高的频率 成份，如果不滤除这些高频干扰，也会导致设备的敏感度试验失败。 电源线滤波器的高频特性差的主要原因有两个，一个是内部寄生参数造成的空间耦合，另一个是滤波器件的不理想性。因此，改善高频特性的方法也是从这两个方面着手。 内部结构：滤波器的连线要按照电路结构向一个方向布置，在空间允许的条件下，电感与电 容之间保持一定的距离，必要时，可设置一些隔离板，减小空间耦合。 电感：按照前面所介绍的方法控制电感的寄生电容。必要时，使用多个电感串联的方式。 差模滤波电容：电容的引线要尽量短。要理解这个要求的含义：电容与需要滤波的导线（火线和零线）之间的连线尽量短。如果滤波器安装在线路板上，线路板上的走线也会等效成电容的 引线。这时，要注意保证时机的电容引线最短。 共模电容：电容的引线要尽量短。对这个要求的理解和注意事项同差模电容相同。但是，滤波器的共模高频滤波特性主要靠共模电容保证，并且共模干扰的频率一般较高，因此共模滤波电 容的高频特性更加重要。使用三端电容可以明显改善高频滤波效果。但是要注意三端电容的正确 使用方法。即，要使接地线尽量短，而其它两根线的长短对效果几乎没有影响。必要时可以使用 穿心电容，这时，滤波器本身的性能可以维持到1GHz以上。 特别提示：当设备的辐射发射在某个频率上不满足标准的要求时，不要忘记检查电源线在这 个频率上的共模传导发射，辐射发射很可能是由这个共模发射电流引起的。 3滤波器的选择