一種基于dft的非最大抽取系統(tǒng)綜合濾波器組構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于軟件無線電應(yīng)用領(lǐng)域，具體設(shè)及到寬頻帶數(shù)字收發(fā)系統(tǒng)、語音信號處 理系統(tǒng)W及多載波通信系統(tǒng)中的一種基于DFT的非最大抽取系統(tǒng)綜合濾波器組構(gòu)造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著軟件無線電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、視頻信號分析、語音信號分析、圖像信號處理、雷 達信號處理等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，數(shù)字信號的處理技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。數(shù)字信號處 理是電子戰(zhàn)與通信的基礎(chǔ)，而電子戰(zhàn)與通信是現(xiàn)代信息技術(shù)戰(zhàn)爭的兩大戰(zhàn)場，電子戰(zhàn)中的 許多技術(shù)在通信領(lǐng)域里同樣適用。濾波器組技術(shù)作為數(shù)字信號處理的關(guān)鍵技術(shù)之一，成為 了軟件無線電應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點。綜合濾波器組結(jié)構(gòu)設(shè)計及其構(gòu)造方法的研究是濾波器 組技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，優(yōu)化的綜合濾波器組結(jié)構(gòu)設(shè)計可W極大地提高系統(tǒng)性能，降低資源 消耗，對采用濾波器組結(jié)構(gòu)設(shè)計的軟件無線電應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]在綜合濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，專利《一種格形結(jié)構(gòu)綜合濾波器組的構(gòu)造方法》（申 請?zhí)枺?010100290218)采用了格形結(jié)構(gòu)構(gòu)造綜合濾波器組，用于圖像去噪領(lǐng)域，與本發(fā)明 結(jié)構(gòu)設(shè)計不同；文獻《綜合濾波器組優(yōu)化設(shè)計及其在圖像處理中的應(yīng)用》（武漢科技大學(xué) 博±論文，2014年）主要對圖像處理中的一維、二維綜合濾波器組優(yōu)化設(shè)計進行了研究，均 采用的是格形結(jié)構(gòu)，與本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計不同；文獻《皿TV音頻解碼綜合濾波器組算法優(yōu)化 及FPGA實現(xiàn)》（電子測量技術(shù)，2008年）主要圍繞音頻處理中的綜合濾波器組蝶形結(jié)構(gòu)的 FPGA實現(xiàn)問題研究，并未給出綜合濾波器組的具體構(gòu)造方法，與本
【發(fā)明內(nèi)容】
不同；文獻《基 于M通道LPPRFB的綜合濾波器對稱性與長度選擇方法研究》（儀器儀表學(xué)報，2009年）主 要是圍繞綜合濾波器的對稱性和長度選擇方法的研究，并未設(shè)及到綜合濾波器組的構(gòu)造方 法，與本發(fā)明專利有別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的提供了一種基于DFT的非最大抽取系統(tǒng)綜合濾波器組構(gòu)造方法。
[0005]本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的：
[0006] -種基于DFT的非最大抽取系統(tǒng)綜合濾波器組構(gòu)造方法，利用移頻模塊，將有待 綜合的M個子帶基帶復(fù)信號為K|>)，w二化1，...M-I分別乘W復(fù)指數(shù)調(diào)制因子，得到帶寬相 等、中屯、頻率等間隔排列的信號頻譜分布方式；再將M個信道的調(diào)制數(shù)據(jù)經(jīng)過傅立葉變換 模塊，對M個子信道進行離散傅立葉逆變換IDFT，得到變換后數(shù)據(jù)；然后對IDFT后的數(shù)據(jù) 進行濾波，再經(jīng)過上采樣進行D倍插值，得到M個子信道插值后數(shù)據(jù)；最后經(jīng)過延時模塊、求 和模塊，綜合出最終的目標(biāo)信號。
[0007] 分析濾波器組包含M個帶通濾波器，其Z變換定義為A狂)，m= 0, 1，...，M-I; 帶通濾波器具有相同的帶寬，每一個濾波器的中屯、頻率表示為《m，其中Wm= 2nm/M，m = 0，1，...，M-1 ;原型濾波器的單位沖擊響應(yīng)是h(n)=化[0]，...，h[N-l]}，濾波器長度 為N，即O《n《N-1，其Z變換為：
"，經(jīng)過DFT調(diào)制，第m個信道的帶通 濾波器為
，相應(yīng)的頻率響應(yīng)為：
I:其中，
:,綜合濾波器組表示為：
.信道數(shù)目M與 抽取倍數(shù)D之間的關(guān)系滿足非最大化抽取條件，即：M/D=F，F(xiàn)為大于1的正整數(shù)。
[0008] 綜合濾波器組構(gòu)造滿足如下特征條件：
[0010] 其中H狂）為分析濾波器組原型濾波器，G狂）為綜合濾波器組原型濾波器，K狂）為 中間處理單元頻率響應(yīng)，X狂）為輸入信號X(n)的Z變換，Y狂）為輸出信號y(n)的Z變換， M為信道數(shù)，D為抽取數(shù)；
[0011] 矩陣形式定義如下：
[001引矩陣表示式為：

[0022] 有用的信號轉(zhuǎn)換函數(shù)；
[0024] 為無用的信號混疊轉(zhuǎn)換函數(shù)；
[0026] 為零時：
[002引則有：
[0031] 為實現(xiàn)信號的有效傳輸，分析濾波器與綜合濾波器的中間處理部分的頻率響應(yīng) K狂）滿足：
[0032] Kmxm二EMXM
[0033] Emxm為M階單位矩陣；
[0035] 第m個信道的綜合濾波器頻率響應(yīng)為：
Fk狂）為G狂）的多 相分量，P為大于N/M的最小整數(shù)；當(dāng)M滿足1=2"，n= 0, 1,2...時，IDFT模塊可W用IFFT傅立葉變換替換。
[0038] 綜合濾波器組多相分支濾波器構(gòu)造過程如下：
[003引 （1)利用Remez函數(shù)設(shè)計綜合濾波器組原型濾波器，單位沖擊響應(yīng)為hn(n)= 化[0]，. . .，h陽-1]}，濾波器長度為N，即0《n《N-I，其Z變換為：'7 [Z]=(")二"，第 -CO m個信道的帶通濾波器為/2,,,[內(nèi)]=/2。[?]戶'。"'，，其中《m= 2 31k/K,k= 0, 1，. . .，K-1，相應(yīng)的頻 率響應(yīng)為：巧=
[0040] (2)設(shè)置信道數(shù)M= 16,抽取數(shù)D= 8,歸一化通帶截止頻率為0.065,阻帶起始頻 率分別為0. 114,濾波器階數(shù)N= 192,原型濾波器的系數(shù)*10 6如下：
[0041] h(n) = [-6. 728, -7. 634, -0. 111，-0. 145, -0. 176, -0. 194, -0. 192, -0. 159,..... ?]1X196
[0042] (3)將原型濾波器系數(shù)轉(zhuǎn)換成16X12的陣列，按照非最大抽取系統(tǒng)中設(shè)計參數(shù)
，綜合濾波器多相成分Fk狂2)相當(dāng)于在每個支路的多相濾波器間插一個0值，即 可得到16組多相成分Fk狂2)化=0,1，…15)，其中插0值之后的每個多相成分Fk狂2)為 24階。
[0043] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明公布的一種基于DFT的非最大抽取系統(tǒng)綜合濾波 器組構(gòu)造方法，不僅原型濾波器設(shè)計簡單，并且在約束條件相同的情況下，本發(fā)明可W得到 更好的阻帶衰減，減少運算量和硬件資源損耗。該方法將傳統(tǒng)的最大抽取系統(tǒng)推向適用性 更廣的非最大抽取系統(tǒng)，給出的基于DFT的綜合濾波器組構(gòu)造方法具有計算量小、靈活性 高的特點。
【附圖說明】
[0044] 圖1本發(fā)明復(fù)指數(shù)調(diào)制后子信道信號頻譜排列方式
[0045] 圖2非最大抽取系統(tǒng)濾波器組框圖
[0046] 圖3 -般的綜合濾波器結(jié)構(gòu)
[0047] 圖4本發(fā)明綜合濾波器組高效結(jié)構(gòu)
[0048] 圖5本發(fā)明原型濾波器頻率響應(yīng)
【具體實施方式】
[0049] 下面結(jié)合說明書附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施方案。
[0050]本發(fā)明提供了一種基于DFT的非最大抽取系統(tǒng)綜合濾波器組構(gòu)造方法，采用的具 體技術(shù)方案及其結(jié)構(gòu)流程主要包括W下幾個方面：首先利用移頻模塊，將有待綜合的M個 子帶基帶復(fù)信號為U;Mw= 〇，!，...M-1)分別乘W復(fù)指數(shù)調(diào)制因子，得到帶寬相等、中屯、 頻率等間隔排列的信號頻譜分布方式；再將M個信道的調(diào)制數(shù)據(jù)經(jīng)過傅立葉變換模塊，對M個子信道進行離散傅立葉逆變換（IDFT)，得到變換后數(shù)據(jù)；然后對IDFT后的數(shù)據(jù)進行濾 波，再經(jīng)過上采樣進行D倍插值，得到M個子信道插值后數(shù)據(jù)；最后經(jīng)過延時模塊、求和模 塊，綜合出目標(biāo)信號。本發(fā)明將傳統(tǒng)的最大抽取系統(tǒng)推向適用性更廣的非最大抽取系統(tǒng)，不 僅原型濾波器設(shè)計簡單，并且在約束條件相同的情況下，可W減少運算量和硬件資源損耗， 給出的基于DFT的非最大抽取系統(tǒng)綜合濾波器組構(gòu)造方法具有計算量小、靈活性高的特 點。
[0051] 為了完成上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案及其結(jié)構(gòu)流程主要包括W下幾個 方面：首先利用移頻模塊，將有待綜合的M個子帶基帶復(fù)信號為。z)，(w=化U.M--i)分別 乘W復(fù)指數(shù)調(diào)制因子，得到如圖1所示的帶寬相等、中屯、頻率等間隔排列的信號頻譜分布 方式；再將M個信道的調(diào)制數(shù)據(jù)經(jīng)過傅立葉變換模塊，對M個子信道進行離散傅立葉逆變換 (IDFT)，得到變換后數(shù)據(jù)；然后對IDFT后的數(shù)據(jù)進行濾波，再經(jīng)過上采樣進行D倍插值，得 到M個子信道插值后數(shù)據(jù)；最后經(jīng)過延時模塊、求和模塊，綜合出最終的目標(biāo)信號。
[0052] 如圖2所示的濾波器組框圖，已知分析濾波器組包含M個帶通濾波器，其Z變 換定義為Hm狂)，m= 0, 1，...，M-1。帶通濾波器具有相同的帶寬，每一個濾波器的中 屯、頻率表示為《m，其中Wm= 2 3im/M，m= 0, 已知原型濾波器的單位沖 擊響應(yīng)是h(n)=化[0]，...，h[N-l]}，濾波器長度為N，即0《n《N-l，其Z變換為：
，經(jīng)過DFT調(diào)制，第m個信道的帶通濾波器為i
相應(yīng)的
頻率響 同理可得綜合濾波器組可表 示為
[005引信道數(shù)目M與抽取倍數(shù)D之間的關(guān)系滿足：當(dāng)M/D= 1，即M=D時為最大化抽??； 當(dāng)M/D=F(F為大于1的整數(shù)）時，稱為非最大化抽取。
[0054] 定義分析濾波器與綜合濾波器的中間處理部分的頻率響應(yīng)為K狂)，則綜合出的目 標(biāo)信號可W表示為：
[005引將式（1)表示成矩陣形式，我們可