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文檔簡介
1、眾所周知,數(shù)字濾波器在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用?,F(xiàn)代通信系統(tǒng)要求寬帶、實(shí)時(shí)處理、集成化和低功耗的特點(diǎn),對數(shù)字濾波器的性能提出了非常高的要求,其主要表現(xiàn)為,在滿足濾波性能要求的前提下,處理速度應(yīng)盡可能快,電路復(fù)雜度應(yīng)盡可能低,消耗功率應(yīng)盡可能小。在某些特殊條件下,還要求其參數(shù)能進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。而這些要求又相互制約,因此,這些要求成為從事現(xiàn)代通信系統(tǒng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的技術(shù)人員所面臨的一大挑戰(zhàn)。
如何設(shè)計(jì)一個(gè)滿足上述要求的
2、數(shù)字濾波器呢?首先,較快的處理速度和較低的電路復(fù)雜度以及較小的靜態(tài)功耗,均要求濾波器結(jié)構(gòu)比較簡單,從信號處理理論而言,其實(shí)可以歸結(jié)于尋求較簡捷的傳遞函數(shù)。級聯(lián)積分—梳狀(cascadedintegrator-comb,CIC)濾波器,由于其無乘法器、無系數(shù)存儲器,顯然是一種傳遞函數(shù)形式非常簡捷,效率極高的抽取或內(nèi)插濾波器,被廣泛地使用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中,尤其適用于高采樣率的數(shù)字前端使用。半帶濾波器是一種特殊的線性相位FIR濾波器。當(dāng)濾波器
3、的長度為奇數(shù)時(shí),其奇系數(shù)等于零(除中間點(diǎn)外),因此它可以比一般線性相位FIR濾波器減少一半的乘法器,而比普通全系數(shù)濾波器減少3/4的乘法器,因此它也是一種傳遞函數(shù)形式比較簡捷,效率較高的抽取或內(nèi)插濾波器,在現(xiàn)代通信系統(tǒng)也被經(jīng)常使用。其次,從實(shí)現(xiàn)方法而言,可以歸結(jié)于尋求高效率的算法。分布式算法將采樣信號序列的對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)形成地址,映射到一數(shù)據(jù)表,通過讀表實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算,可以極大地提高了運(yùn)算速度。多相濾波將高速濾波器分支成并行的多路低速子濾
4、波器,可以降低系統(tǒng)功耗。流水線將某一操作分解成時(shí)間上依次部分重疊的若干個(gè)子任務(wù),在大批量簡單而重復(fù)的運(yùn)算場合,如卷積、FIR或FFT等,也可以極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。再次,從實(shí)現(xiàn)的載體而言,可以歸結(jié)于尋求一種合適的物理器件。目前最適合作通信信號處理的物理器件主要有現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和數(shù)字信號處理(DSP)微處理器,前者適用于高速的數(shù)字前端頻帶信號處理,后者適用于低速的數(shù)字后端的基帶信號處理。
本文的研究線路可概括
5、為:從信號理論到算法理論,再到物理方法。首先,簡要闡述現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的變速率濾波和自適應(yīng)濾波的一些基本概念,介紹研究背景及所完成的主要研究工作。其次,研究高效率濾波器的傳遞函數(shù)特征,以通信系統(tǒng)數(shù)字前端常用的級聯(lián)積分梳狀濾波器(cascaded integrator comb,CIC)和半帶濾波器(HB Filter)兩種變速率濾波器為例,分別對其在數(shù)字下變頻中對多路2FSK和2PSK信號的的信道選擇過程進(jìn)行了基于Matlab的理論仿真和
6、基于Modelsim的邏輯仿真,得到了兩者吻合的波形和頻譜仿真結(jié)果。本文引入效用函數(shù)的概念,用于評價(jià)數(shù)字濾波器的工作效率。通過推演,得到了CIC濾波器和半帶濾波器的效用函數(shù),并對兩者進(jìn)行了比較。然后,研究了數(shù)字濾波器的三種高效率實(shí)現(xiàn)算法,即分布式算法、流水線結(jié)構(gòu)和多相結(jié)構(gòu),用基于三種算法的FIR抽取濾波器,對2FSK和2PSK信號的抽取濾波過程進(jìn)行了基于Matlab的理論仿真和基于Modelsim的邏輯仿真,得到了兩者吻合的波形和頻譜仿
7、真結(jié)果。接著在此基礎(chǔ)上,首先研究了基于FPGA的高效率濾波器的實(shí)現(xiàn)方法,基于EDA軟件QuartusⅡ的對2FSK和2PSK信號的抽取濾波進(jìn)行了物理層仿真和實(shí)際波形測試,得到了與理論和仿真吻合的波形,以及硬件資源消耗和功率消耗的仿真結(jié)果。其次研究了基于DSP微處理器的IIR和FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法,基于CCS開發(fā)軟件,對它們的濾除高低頻合成信號中高頻成分的過程進(jìn)行了仿真,得到了與理論吻合的波形和頻譜,并進(jìn)行了分析比較。最后,通過作者科研
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