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多相抽取滤波

多相抽取滤波
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

带外抑制效果。带外信号如下

X1=exp(j*2*Pi(0:999)*21/100);

画出多相滤波器对带外信号X1的时域响应以及它的幅频响应;

构造一个带内及带外信号的合成信号,如下

X2=X1+exp(j*2*Pi(0:999)*1.5/100);

画出多相滤波器对带外信号X1的时域响应以及它的幅频响应.

1.滤波器设计

由上一节可知:多相滤波形式中各个子道的滤波器实际为原抽取滤波器等效多相形式各个系数进行重构后所得到的滤波器。所以,设计的核心还是要对原滤波器的性能、阶数、系数有确切的认识后才能进行。在这里利用MATLAB中的滤波器设计工具fdatool按照题目所要求的滤波器性能进行设计,生成所需滤波器的参数。设计的参数设置如图2所示,生成滤波器的系数如图1所示

图1

图2

然后将滤波器多相形式中的每个子带滤波器的系数逐一获得,过程如下:

h0=filter_coe(1:5:65);

h1=filter_coe(2:5:66);

h2=filter_coe(3:5:67);

h3=filter_coe(4:5:68);

h4=filter_coe(5:5:69);

2.子带信号抽取

然后利用downsample函数以及对信号自变量进行简单的移位得到每个子道的待处理信号,过程如下:

y1=downsample(x2,5);

t=t+1;

y2=downsample(x2,5);

t=t+1;

y3=downsample(x2,5);

t=t+1;

y4=downsample(x2,5);

t=t+1; %%%%%%%%%%%??????×óμàμ?D?o???DDD?o??àó|μ??ó3ù%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

y5=downsample(x2,5); %%%%%%%%%%%??×óμàD?o???DD5±?3éè?

之后对每个子道的信号进行滤波处理(与多相滤波器系数进行卷积)过程如下:

y1_filter=conv(y1,h0); %%%%%%%%%%??????×óμàD?o???2¨

y2_filter=conv(y2,h1);

y3_filter=conv(y3,h2);

y4_filter=conv(y4,h3);

y5_filter=conv(y5,h4);

最后求和:

y_sample_practical=y1_filter+y2_filter+y3_filter+y4_filter+y5_filter;

得到抽取后的实际信号。

三、结果分析

1.待抽取信号波形及频谱.

2.利用decimate函数获得的理想抽样信号波形和频谱

3.实际进行多相滤波时的波形及频谱

分析:由于多相滤波器的性能肯定不是理想滤波器的性能,所以输出信号的反应能力需

要一个逐渐“抬起”的过程。但总体来看,与理想情况相比失真还是较小的。

程序:

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%D?o?3éè??÷μ??à?à??2¨?é?¤%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%

clc;

clear;

t=0:999;

x1=exp(j*2*pi*(t)*21/100); %%%′?ía?éè?D?o?

x2=x1+exp(j*2*pi*(t)*1.5/100); %%%%′y?μ?ù?êD?o?

figure(1); %%%?-D?o?2¨D??μ?×subplot(2,1,1);

stem(x2);

title('′y2é?ùD?o?2¨D?')

xlabel('t');ylabel('x2')

subplot(2,1,2);

x2_dsample=decimate(x2,5);

x2_fft=fft(x2);

x2_jw=abs(x2_fft);

plot(x2_jw);

title('′y2é?ùD?o?D?o??μ?×');

xlabel('w');ylabel('x2_jw');

figure(2); %%%àí??2é?ùoóμ?2¨D??μ?×

subplot(2,1,1);

stem(x2_dsample);

x2_fft=fft(x2);

title('àí??5±?3éè?oóμ?D?o?2¨D?')

xlabel('t');ylabel('x2_ideal_sample')

subplot(2,1,2);

x2_s_fft=fft(x2_dsample);

x2_djw=abs(x2_s_fft);

plot(x2_djw);

title('àí??3éè?oóμ??μ?×');

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%

filter_coe=[0.000970901370435345,0.000694455614508237,0.0003928052124 45594,-0.000402683462001256,-0.00155442824349306,-0.00267687592548342 ,-0.00323266620155247,-0.00274210445610719,-0.00103685309921385,0.001 55179338328282,0.00418360871213802,0.00573633456217277,0.005231467168 16728,0.00231297769666173,-0.00242022931618224,-0.00742000311708443,-0.0106122780749474,-0.0101573483478657,-0.00529778714829308,0.0030514

2354409011,0.0122725305661450,0.0187125784185694,0.0189314576071086,0 .0111519820961392,-0.00361629539195533,-0.0212646837287722,-0.0353458 965790170,-0.0388153305272291,-0.0262759448274400,0.00398464080046948 ,0.0488682379773236,0.100744427308079,0.149148670287429,0.183******** 0274,0.195884990563207,0.183478420440274,0.149148670287429,0.10074442 7308079,0.0488682379773236,0.00398464080046948,-0.0262759448274400,-0 .0388153305272291,-0.0353458965790170,-0.0212646837287722,-0.00361629 539195533,0.0111519820961392,0.0189314576071086,0.0187125784185694,0. 0122725305661450,0.00305142354409011,-0.00529778714829308,-0.01015734 83478657,-0.0106122780749474,-0.00742000311708443,-0.0024202293161822 4,0.00231297769666173,0.00523146716816728,0.00573633456217277,0.00418 360871213802,0.00155179338328282,-0.00103685309921385,-0.002742104456 10719,-0.00323266620155247,-0.00267687592548342,-0.00155442824349306, -0.000402683462001256,0.000392805212445594,0.000694455614508237,0.000 970901370435345;]

h0=filter_coe(1:5:65);

h1=filter_coe(2:5:66);

h2=filter_coe(3:5:67);

h3=filter_coe(4:5:68);

h4=filter_coe(5:5:69); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%à?ó?fdatool1¤??éè??·?o?òa?óμ???2¨?÷£?2¢éù3???2¨?÷?μêy£??aà?ê?67?×μ?FIR??2¨?÷%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%òò?aê?5±?3éè?£??ùò?′óé?ê?μ???2¨?÷?μêy?D??3???ò???×óμà?à?à??2¨?÷μ??μêy£?·?±e?ah0,h1,h2,h3,h4;%%%%%%%%%%%%%

y1=downsample(x2,5);

t=t+1;

y2=downsample(x2,5);

t=t+1;

y3=downsample(x2,5);

t=t+1;

y4=downsample(x2,5);

t=t+1; %%%%%%%%%%%??????×óμàμ?D?o???DDD?o??àó|μ??ó3ù%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

y5=downsample(x2,5); %%%%%%%%%%%??×óμàD?o???DD5±?3éè?

y1_filter=conv(y1,h0); %%%%%%%%%%??????×óμàD?o???2¨y2_filter=conv(y2,h1);

y3_filter=conv(y3,h2);

y4_filter=conv(y4,h3);

y5_filter=conv(y5,h4);

figure(3);

subplot(2,1,1);

y_sample_practical=y1_filter+y2_filter+y3_filter+y4_filter+y5_filter; stem(y_sample_practical);

title('éè??5±?3éè??ù??DD?à?à??2¨oóμ?2¨D?');

subplot(2,1,2);

y_sample_practical_jw=fft(y_sample_practical);

yabs=abs(y_sample_practical_jw);

plot(yabs);

title('éè??5±?3éè??ù??DD?à?à??2¨oóμ??μ?×');

多相滤波器的设计概要

摘要 软件雷达是现代雷达的重要发展方向。其中数字化中频接收系统是关键技术之一。本论文以某雷达数字化接收系统为背景,主要研究其中的关键技术——多相滤波器的原理及设计与仿真。为了更好的理解,本文同时对数字滤波器作了简单的介绍,包括滤波器的定义、分类与实现方式。对无线电中的两个最基础的概念内插与抽取也做了介绍。对多相滤波器的原理进行了详细的说明,从公式推导上进行了理论实现的方法与可能。讨论了多相滤波如何实现信道化。最后介绍了数字滤波器的设计步骤并实现了多相滤波器的MATLAB仿真。 关键词:多相滤波器、软件无线电、数字滤波器。 Abstract Software radar is an important developing direction of modern radar. Which digital intermediate frequency receiving system is the key technical one. This paper taking a radar system for background, digital receiving main research key technology - multiphase the principle of filter and design and simulation. In order to better understanding of digital filter, the paper also makes brief introduction, including the definition, classification and filter implementation. The two most basic to radio the concept interpolation and extract presented also. The principle of multiphase filter for a detailed instructions from the formula, the method to realize the theory with possible. Discusses how to realize the multiphase filtering channelized. At last, the paper introduces the design procedures of the digital filter and realize the multiphase filter MATLAB simulation. Keywords: multiphase filter, software radio, digital filters

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

巴特沃斯数字低通滤波器要点说明

目录 1.题目........................................................ .................................. .2 2.要求........................................................ (2) 3.设计原理........................................................ . (2) 3.1 数字滤波器基本概念......................................................... (2) 3.2 数字滤波器工作原理......................................................... (2) 3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法......................................................... .. (4) 3.5实验所用MATLAB函数说

明 (5) 4.设计思路........................................................ .. (6) 5、实验内容........................................................ . (6) 5.1实验程序......................................................... . (6) 5.2实验结果分析......................................................... . (10) 6.心得体会........................................................ . (10) 7.参考文献........................................................ . (10) 一、题目:巴特沃斯数字低通滤波器 二、要求:利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器,通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ,通带最大衰减为0.5HZ,阻带最小衰减为10HZ,画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ。用此信号验证

等波纹低通滤波器的设计及与其他滤波器的比较

燕山大学 课程设计说明书题目:等波纹低通滤波器的设计 学院(系):里仁学院 年级专业:仪表10-2 学号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称:

燕山大学课程设计(论文)任务书 院(系):电气工程学院基层教学单位:自动化仪表系 2013年7月5日

摘要 等波纹最佳逼近法是一种优化设计法,它克服了窗函数设计法和频率采样法的缺点,使最大误差(即波纹的峰值)最小化,并在整个逼近频段上均匀分布。用等波纹最佳逼近法设计的FIR数字滤波器的幅频响应在通带和阻带都是等波纹的,而且可以分别控制通带和阻带波纹幅度。这就是等波纹的含义。最佳逼近是指在滤波器长度给定的条件下,使加权误差波纹幅度最小化。与窗函数设计法和频率采样法比较,由于这种设计法使滤波器的最大逼近误差均匀分布,所以设计的滤波器性能价格比最高。阶数相同时,这种设计法使滤波器的最大逼近误差最小,即通带最大衰减最小,阻带最小衰减最大;指标相同时,这种设计法使滤波器阶数最低。实现FIR数字滤波器的等波纹最佳逼近法的MATLAB信号处理工具函数为remez和remezord。Remez函数采用数值分析中的remez多重交换迭代算法求解等波纹最佳逼近问题,求的满足等波纹最佳逼近准则的FIR数字滤波器的单位脉冲响应h(n)。由于切比雪夫和雷米兹对解决该问题做出了贡献,所以又称之为切比雪夫逼近法和雷米兹逼近法。 关键词:FIR数字滤波器 MATLAB remez函数 remezord函数等波纹

目录 摘要---------------------------- ----------------------------------------------------------------2 关键字------------------------------------------------------------------------------------------2 第一章第一章数字滤波器的基本概-------------------------------------------------4 1.1滤波的涵义----------------------------------------------------------------------4 1.2数字滤波器的概述-------------------------------------------------------------4 1.3数字滤波器的实现方法-------------------------------------------------------4 1.4 .数字滤波器的可实现性------------------------------------------------------5 1.5数字滤波器的分类-------------------------------------------------------------5 1.6 FIR滤波器简介及其优点----------------------------------------------------5- 第二章等波纹最佳逼近法的原理-------------------------------------------------------5 2.1等波纹最佳逼近法概述-------------------------------------------------------9 2.2.等波纹最佳逼近法基本思想-------------------------------------------------9 2.3等波纹滤波器的技术指标及其描述参数介绍---------------------------10 2.3.1滤波器的描述参数-----------------------------------------------------10 2.3.2设计要求-----------------------------------------------------------------10 第三章matlab程序------------------------------------------------------------------------11 第四章该型滤波器较其他低通滤波器的优势及特点--------------------12 第五章课程设计总结---------------------------------------------------------------------15 参考文献资料-------------------------------------------------------------------------------15

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:

低通滤波器设计整理

1、低通滤波器(LPF) 低通滤波器是用来通过低频信号,衰减或抑制高频信号。 如图13-2(a)所示,为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成,其中第一级电容C接至输出端,引入适量的正反馈,以改善幅频特性。 图13-2(a)二阶低通滤波器电路图 图13-2(b)二阶低通滤波器电路仿真图 电路性能参数: 二阶低通滤波器的通带增益

截止频率,它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器(HPF) 与低通滤波器相反,高通滤波器用来通过高频信号,衰减或抑制低频信号。 只要将图13-2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换,即可变成二阶有源高通滤波器,如图13-3所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反,其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系,仿照LPH分析方法,不难求得HPF的幅频特性。 图13-3 二阶高通滤波器电路图 电路性能参数A uf、f0、Q各量的函义同二阶低通滤波器 3、带通滤波器(BPF)

图13-4 二阶带通滤波器 这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过,而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过,而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图13-4所示。 电路性能参数: 通带增益中心频率 通带宽度选择性 的比例就可改变频宽而不影响中心频率。 此电路的优点是改变R f和R 4 4、带阻滤波器(BEF) 如图13-5所示,这种电路的性能和带通滤波器相反,即在规定的频带内,信号不能通过(或受到很大衰减或抑制),而在其余频率范围,信号则能顺利通过。

射频直采多相抽取信道化滤波器设计仿真

% author:张宗卫 % description:多相抽取滤波器设计仿真 % date:2020.2.2 %使用带通采样定律对射频信号直接采样,fs=6.2M,载波9.8M,经过采样后频谱搬移至2.6m, %针对目前比较流行的204B接口,数据随路时钟clk=fs/4,一个时钟周期传输四个采样点,特别适合%多相抽取滤波器设计,该仿真使用此滤波器结构设计了带通滤波器实现载波9.8M和9.79M信号的 %分离,适合用于信道化滤波器设计。 clc clear all load('Bpf2600Coe.mat')%导入滤波器参数,该滤波器为fc1经过带通采样后 fs=620*10e3;%采样频率 f1=980*10e3; f2=979*10e3; % step1 产生脉冲 L=600000; t=1/fs:1/fs:L/fs; am=zeros(1,L); TPulse=125; t1=(4/1000)*fs; t2=400000; t3=424800; for i=1:(4/1000)*fs am(i)=sin(2*pi*TPulse*t(i)); end for i=1:t1 ts(i)=sin(2*pi*TPulse*t(i)); end j=1; for i=t2+1:t3 am(i)=ts(j); j=j+1; end figure(1) plot(t,am,'r'); title('脉冲调制信号'); %step2 将脉冲信号加调制 fc1=sin(2*pi*f1*t)*2^14;% 调制1 fc2=sin(2*pi*f2*t)*2^14;% 调制2 fs1=am.*fc1; fs2=am.*fc2; %第一个脉冲为fc1频率的调制,第二个脉冲为fc2频率的调制 for i=1:L if(i

滤波器截止频率与频响曲线的关系

截止频率 | | (2013-10-07 23:50:04) 转载▼ 分类:Vision 在物理学和电机工程学中,一个系统的输出信号的能量通常随输入信号的频率发生变 化(频率响应)。截止频率(英语:Cutoff frequency —)是指一个系统的输出信号能量开始大幅下降(在带阻滤波器中为大幅上升)的边界频率。 概述 电子滤波器等信号传输通道中的诸如低通、高通、带通、带阻等频带特性都应用了截止频率的概念。截止频率有时被定义为电子滤波器的导通频带和截止频带的交点,例如电路标称输出信号减3分贝的位置的频率。在带阻滤波器中,截止频率则被定义在输出信号能量大幅上升(或大幅下降)、失去“阻止”(或失去“通过”)信号效果的位置。在波导管或者天线的例子中,截止频率通常包括上限频率和下限频率。 截止频率的概念除了在电子工程有广泛应用,截止频率的概念还在等离子区振荡中 有所应用。 电子学 参见:波德图及分贝 在电子学中,截止频率是电路(例如导线、放大器、电子滤波器)输出信号功率超出或低于 传导频率时输出信号功率的频率。通常截止频率时输出功率为传导频率的一半,在波德图上

相当于为降低3分贝的位置所表示的功率,因为此时功率比例它:①将能m传到频带上的 Slk^fwdl 输出功率[2]。 低通滤波器的截止频率 右图所示为一个一阶的低通滤波器。它的截止频率由下式决定: 严—翻字 当信号频率低于这个截止频率时,信号得以通过;当信号频率高于这个截止频率时, 信号输出将被大幅衰减。这个截止频率即被定义为通带和阻带的界限。 高通滤波器的截止频率 右图所示为一个一阶的高通滤波器。它的截止频率由下式决定: JQ_2TT RC固 当信号频率高于这个截止频率时,信号得以通过;当信号频率低于这个截止频率时, 信号输出将被大幅衰减。这个截止频率即被定义为通带和阻带的界限。

【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

基于GNURadio的多相滤波器设计与实现设计

基于GNURadio的多相滤波器设计与实现设计

毕业设计 基于GNU Radio多相滤波器的设计与实现 摘要:线电是无线通信领域提出的新的通信系统结构,主要以拓展性,结构简单化地硬件作为通用平台,以可替换的软件来实现更多的通信功能。GNU Radio 是用软件来定义无线电波发射和接收的方式,与硬件相结合,搭建无线电通信系统的开源软件系统,使得无线电领域所遇到的数字调制问题变成软件问题。本文以GNU Radio为基础,实现多相滤波器系统。对多相滤波器做了简单的介绍,包括滤波器的组成模块,实现原理,同时讨论了多相滤波器如何实现信道化,最后介绍了滤波器的设计步骤,分析实现多相滤波器仿真结果。 关键词:软件无线电,GNU Radio,多相滤波器

目录 一、引言 (3) 1.1、软件无线电的介绍 (3) 1.2、GNU Radio的产生和应用现状 (4) 1.3、本课题的主要工作 (4) 二、软件无线电和GNU Radios的原理 (5) 2.1、软件无线电系统的结构和特征 (5) 2.2、GNURadio的介绍 (6) 2.3、GNURadio安装与使用 (7) 2.3.1、 Ubuntu的安装 (7) 2.3.2、GNU Radio的安装 (8) 三、多相滤波器理论原理及其应用 (10) 3.1、多相滤波器的理论知识 (10) 3.1.1、采样定律 (10) 3.1.2、多采样滤波器 (11) 3.1.3 、互换等效性 (14) 3.1.4、重采样 (15) 3.2、FIR滤波器的概念与结构 (16) 3.3、滤波器的信道化选择 (18) 3.4、多相滤波结构的作用 (19) 四、GNURadio的多相滤波器系统设计和实现 (20) 4.1、GNR Radio多相滤波器的基本组建 (20) 4.2、基于GNU Radio设计多相滤波器设计流程图 (21) 4.3、相滤波器的设计 (21) 五、实验结果 (25) 六、总结 (28) 参考文献 (29)

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/bb276643.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。

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

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)[

基于多相滤波技术的ESM/ELINT接收机的设计与实现

基于多相滤波技术的ESM/ELINT接收机的设计与实现 本文针对雷达技术发展对接收机的发展提出的新要求,研究了目前市场上现有的接收机技术,提出了基于多相滤波技术的ESM/ELINT接收机技术,并在硬件设计与实现方面进行了详细的论证和描述,进一步提高了国内在雷达信号采集处理等方面技术水平。 标签:多相滤波接收机 随着雷达技术的发展,对雷达数字接收机提出了越来越高的要求,雷达数字接收机的瞬时带宽会越来越宽,采样频率会越来越高,由于信号处理能力和采样能力之间的差距有可能长期存在,因此如何解决解决数据“瓶颈”是数字接收机的关键问题之一。宽带数字接收机作为新一代数字接收机,其实现方案是目前研究的一个热点,国内外对此都有一定的研究。目前市场产品一是利用基于PCI总线的工控机作为主机,利用TI公司的DSP芯片TMS320C31作为处理器实现多路并行FFT,瞬时带宽为1GHz,采样频率为125MHz,通道延时为0.3nS。二是宽带高效下变频基于FPGA实现的引导式接收机。 一、总体设计与实现 多相滤波ESM/ELINT接收机由数据采集处理器和主计算机两部分构成。数据采集处理器主要实现宽带信号的采集和处理,给出信号的有关参数。主计算机主要实现信号的分选和识别。数据采集处理器由四部分构成:第一部分是用来实现宽带信号高速带通采样的数据采集卡,其采样频率为 2.25GHz,量化位数为8bit,信号的输入频率范围为1.1GH~2.7GHz。数据采集卡和多相滤波器之间通过专用的高速数据总线连接,实现信号的实时传输。第二部分是多相滤波器,该滤波器将整个输入频段划分成16个子信道,每个子信道的有效宽度为19.25MHz,输出数据位数为8bit,输出数据率为68.125Mbyte/S,该滤波器可以采用FPGA实现。第三部分是用来进行信道化后处理的并行处理阵列,并行处理阵列可以利用多DSP并行处理卡构成,由于多相滤波ESM/ELINT接收机的输出信道出现同时到达信号的概率并不高,因此在每个信道处理过程中可以不考虑同时到达信号问题,但整个1GHz频带内很可能会出现同时到达多信号,因此每个信道都有自己独立的并行处理卡。处理卡和多相滤波器之间利用专用高速数据总线连接,处理结果通过计算机通用总线送主计算机进行后续处理。第四部分是并行存储阵列,这部分由硬盘阵列和相应的控制电路构成,每一个信道可以对应一组硬盘,由并行处理卡上的存储器构成海量缓冲器,以保证信号的连续存储,采用这种方式可以有效解决宽带信号的实时录取问题,可录取的信号宽度将会扩展到1GHz。基于多相滤波技术的ESM/ELINT接收机硬件结构,如下图所示: 二、多相濾波器的设计与实现 多相滤波器的设计是实现ESM/ELINT接收机的核心问题,为此设计了一种基于延时采样的交叉信道化多相滤波器。由于采样频率高达2.25GHz,相应的多

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