《Jhquvc东南大学多采样率数字滤波器在软件无线电中应用研究报告文库 .docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Jhquvc东南大学多采样率数字滤波器在软件无线电中应用研究报告文库 .docx（18页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精品名师归纳总结生命是永恒不断的制造，由于在它内部包蕴着过剩的精力，它不断流溢，越出时间和空间的界限， 它不停的追求，以形形色色的自我表现的形式表现出来。泰戈尔本文由毕韬贡献pdf文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。东南高校 硕士学位论文多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用争辩姓名 : 何健雄 申请学位级别 :硕士 专业 : 信号与信息处理指导老师 : 吴镇扬 20050601摘要摘要多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用争辩硕士争辩生 : 何健雄 导师 : 吴镇扬教授东南高校无线电工程系继模拟到数字 , 固定通信到移动通信之后, 软件无线电技术是
2、第三次通信技术领域的革命. 多 采样率转换技术是实现软件无线电通信系统对各种通信标准兼容的关键. 多采样率数字滤波器广泛应用于软件无线电中 , 它能降低信号处理的复杂度, 增加应用的灵敏性 .本文第一分析了软件无线电中带通采样, 内插和抽取等多采样率数字信号处理技术, 从最大限 度降低系统运算速度要求和削减系统储备空间动身, 将软件无线电采样率转换过程分为整数倍转换和非整数倍转换两个步骤来实现, 并详细的争辩非整数倍采样率的转换方法.其次对软件无线电中各种多采样率数字滤波器的特性进行了详细的分析争辩, 并对软件无线电数字下变频常用芯片 HsP50214B 的结构原理进行分析 , 着重争辩了其中
3、的采样速率转换过程.最终 , 对 HsP50214B中所接受的积分梳状 cIc,半带 船, 有限冲激响应 FIR 数字滤波器的进行了争辩和设计, 并作了数字下变频DDc和信道分别的仿真试验, 结果说明 , 多采样率数字滤波器在软件无线电的应用, 能在保持有用信息不缺失的基础上实现采样率变换, 显著的降低系统运算速度 , 节省系统储备空间 , 有助于减轻后续处理系统的复杂性, 保证系统的实时处理 .关键词。软件无线电。采样率。抽取。内插: 滤波器。数字下变频垒璺 . 坠.一ABSTRACT THEIMPLICATIoN oF MULTI-SAMPLE RATEDIGlTALFIIrER 矾 So
4、FT ARE JiaIlxiong,Supenrisor:WU RADIOZllen-yallg Calldidate:HERadio Engineermg Department,Southeast UniVersi可so竹 ware Radio Tecllnology SWRhas beenreco印 ized di舀 talas the thirdtransfo皿in thetelecommunication打 eld after the aIlalog commuIlication to mobile communjcation.The commIIIlication,fixed com
5、munication to playsanmulti-s姗 pIe mteconversionSRCtechnique essential pan in可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结enablmgtheSWR systemtomatchmum-coIIlrnunicationstandards.Multi-sample-ratedlgital nltewhich reduces mecomplexltyin handl.mg.signals锄 d enhaI】ces the nexibil磅 of implication function,is widelyused inme
6、 field This essay 0fSWR. fi僦 ly makesa research onband passs啪 pling applied in SWRsystem,inteI.polation and ondecima廿 on in multi.sample rate network and,on ttle baSis ofreducing the requjrementtocalculation speedthe minimum a11d memory space,divides the SRC system into two parts:decimation system f
7、or integralorf犯 tor a11d for矗甚 ctional fhctotirrational fktoL and fu曲 er dlscussesin detail the conversion of factional Secondlythewidely used in essay mal【 es afunller a11aIysis onthe characteristics ofV撕 0usmultls 锄 pIe rate nltersSWR,Inaddition,tlle essay analyses ttle st兀 lcmre of丹 equency-shi丘
8、ing chip HSP50214B In swR circumstance,putting the em曲 aSis on血 e processofs舢 pling rateconversion. nlters like CIC,HB a11d FIR, onFinally,t11e essay discusses a工 1d researches on廿 le design of some whicharedigi诅 lused in HSP50214B.Besides,we made provesasimulation experhnem可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结D
9、DC柚 d signal diversion, call,on血 e result of which that me implication ofmulti-samplera 的 di 西 tal 6lter i11 soft,Vare radio廿 le basis of realizing SRC,promjnently reduce therequirement of system calcul 鲥叽 speed aIld thememo叮 space and th。refore countmuch in reducing back_stage hafldling complexity
10、and securing the systematic halldling.m due tim e.1ey words:sofhvareradjo,sample mte,decimati011,i11terpola廿 on,filteL digi诅 l down conVert东南高校学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的争辩:L作及取得的争辩成果 . 尽我所知, 除了文中特殊加以标注和致谢的的方外, 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的争辩成果,也不包含为获得东南高校或其它训练机构的学位或证啪而使用过的材料. 与我一同 :f作的同志对本争辩所做的任何贡献均已 在
11、论文中作了明确的说明并表示了谢意.争辩生签名 :. 互垒垒鲴 . 目期 :. 奎 .&: 出东南高校学位论文使用授权声明东南高校 , 中国科学技术信息争辩所, 国家倒批馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档 , 可以接受影印 , 缩印或其他复制手段储存论文. 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一样. 除在保密期内的保密论文外 , 答应论文被查阅和借阅, 可以公布 包括刊登 论文的全部或部分内容 . 论文的公布 包括刊登 授权东南高校争辩生院办理.争辩生签名 : 曼垒鱼筮导师签名 : 姜塑日期 : 坦 : : 塑第一章绪论第一章绪论1.1 软件无线电通信的进展状况和前景继模拟通信到数字
12、通信, 固定通信到移动通信之后, 软件无线电是第三次世界通信技术领域的革命 . 所谓软件无线电 , 实际上是一种宽频段 , 支持多模式 , 由软件实现的无线通信模式. 它使用通用的便件平台 , 将接收到的模拟信号尽可能靠近天线进行数字化 , 它接受模块化设计原就 , 具有 开放式ISO/0SI 体系结构 , 用软件来实现无线通信功能 , 从而使无线通信系统具有软件可移植性和功 能可编程性 , 便于系统互联和功能升级 .1. .软件无线电的概念最早在1992 年 5 月美国电信系统会议上由MITRE公司的 J.Mit01a首次明确提出, 之后快速风靡全球,1995年 5 月 IE 髓 co un
13、ication Magazin曲寺别发表了一期无线电专刊, 全面系统的介绍了软件无线电与数字无线电的区分, 硬件和软件的实现方法, 性能分析及其结构, 为软件无线电的一些关键技术的争辩供应了理论基础. 1996年 10 月我国将软件无线电技术列入国家863 方案中的通信争辩工程. 近年来软件无线电技术己被广泛应用于陆的移动通信, 卫星移动通信与全球通信系统 , 成为解决数字移动通信中多种一不同标准问题的正确选择方式.软件无线电的完全数字化, 宽频带内的完全可编程性, 系统功能的可扩充性 , 系统实现的模块化 各模块间的物理, 电气性能指标符合统一, 开放的接口标准等特性囊括了朱来通信技术进展的
14、主要趋势, 而现代运算机技术, 微处理器技术 ,DSP 处理技术 ,VLsIcs以及 AsIcS 技术的广泛应用 ,又为软件无线电的实现供应了软件及硬件基础. 因此可以说 , 软件无线电技术正是为实现将来通信技术孕育而生的 .6。1.2 软件无线电的关键技术,.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结软件无线电技术的优势是明显的, 但本身的进展过程也是i目难的 , 由于软件无线电技术的进展和推广应用依靠于以下几项关键技术: 1.宽带射频段的关键技术软件无线电台掩盖的频段为2MHz 2000 删 z, 因此, 其射频段应具有接入多仓波段甚至掩盖全波段的功能 , 致使其频率很高, 带宽很宽
15、 , 而现有技术无法研制出这种全频段天线, 通常的方法是把工作频段分为 2 30MHz,30M 500z,500M 2000 姗 Z 三段进行实现 , 在确定程度 , 上解决了这个难题 .2.A/D变换技术.ADC的采样速率和采样辨论率直接限制了软件无线电中数字信号的起点和终点, 而这位置的确定又影响到系统软件化操作的才能. 近年来 , 由于无线数字信号处理应用进展, 使 ADC在采样速率和采样辨论率方面有了很大的提高 . 但离实际的软件无线电需求仍有较大的差距. 现在的解决方法主要是接受多个 ADc 并行处理或接受抑制信号动态范畴的算法降低对A/D 变换的辨论率的要求 . 3.数字前端的实现
16、技术数字前端即数字中高频部分 , 主要完成 sRC采样率变换 , 信道抽取以及与各种通信标准适配东南高校硕士学位论文的功能 . 这一部分是整个数字信号处理中运算速度最快, 运算量最大 , 功耗昂多的部分, 也是实现 软件无线电技术的瓶颈之一 . 4.多 DSP技术 软件无线电的灵敏和可配置才能的基础在于数字处理技术, 而其核心就是 DsP 单元 , 限于目前的 芯片处理才能 , 单独的 DSP无法承担软件无线电所要求的数字信号处理, 所以必需接受多 DSP技术 . 5.软件下载技术软件无线电设备要想自如的在不同制式的通信网络漫游, 就必需使用灵敏的动态下载技术 , 这 对于系统的要求是很高的.
17、 现在常见的解决方法有静态下载技术和半静态下载技术两种.711.3 本课题的主要争辩内容和意义1. 本课题的争辩背景和意义 综观软件无线电关键技术 , 发觉采样率转换技术是整个软件无线电通信系统中的一个重要组成部分 , 在其关键技术数字前端技术和多 DsP处理技术中处于比较重要的位置 , 特殊是实现软件无线电结构的关键部分 . 因此 , 对软件无线电中的多采样率转换技术进行争辩具有特殊重要的意义 . 第一 , 采样率变换是实现软件无线电通信系统对各种通信标准兼容的关键 . 依据目前现状 , 各种移动通信标准很多 , 新旧体制混杂 , 不同标准的信号的符号速率 或 chip 速率 是不同的 .
18、而不同标准所对应的数字信号 , 在正交调制后使用抽样判决的方法复原码元信息时 , 要求码元速率与抽取系统的输出速率必需中意特定的关系 如整数倍关系 等. 以最常见的 GsM,Is 一 95 及 UIlTSuniyersalM0be Telecommunicationsystems为例 , 他们的符号速率存在着咀显的差别, 如 GsM们比特速率为 270.83Ksa 叩 1es/ 秒,Is 一 95 的码元速率为 1.2288Mchip/ 秒,UMTs 的码元速率为 3.84Mchips/ 秒. 对每一个码元符号要取两个采样点 , 所以这三种通信制式所需要的采样率分别为 GsM一 541.6Ks
19、a Dles/ 秒,Is 一 95 1.2288Mchip/ 秒,uMTs 一 3.84Mchips/ 秒.采样率转换技术就是要完成软件无线电技术所要解决的使用通用硬件平台处理多种不同通信标准的信号这一功能 . 工程中 , 在设计软件无线电硬件平台时, 通常使 ADc 工作在一个固定的采样频率上,然后通过采样率转换将信号的采样率转换到中意不同标准要求的数值上, 进而使用 DSP 进行后续 处理. 同时由于上述固定的采样频率要高于任何一种标准所对应的采样频率, 必定会导致其数值非常高 , 而实际的信号带宽比 ADc 输出的信号带宽要小得多, 所以在 A/D 变换后应尽可能早的进行采样率变换 ,
20、这对减小整个系统的功耗和减小后级处理的复杂度都具有特殊重要的意义.其次 , 采样率变换是缓解DsP 处理 瓶颈 的有效手段软件无线电的最终目的是将尽可能多的通信功能接受软件实现, 因此运算量很大. 以中频段的数字处理为例:12.5姗 z 的移动蜂房波段用30.72 唧 z 采样率采样 , 将频率搬移 , 滤波和抽取 , 至少要求对每个样本作100 次以上操作 , 这等于 3000MIPs 每秒百万次 的处理要求 , 尽管具有这种速度的DSP 已显现 , 但一般价格上可接受 , 实际上可使用的DsP 处理才能只有儿百MIPs. 因此在实时操作中 , DSP 成为了实现软件无线电的 瓶颈 .采样率
21、转换技术与数字下变频技术的结合是解决这一问题的有效方法. 用数字下变频实现从输2第一章绪论入的宽带高速数据流的数字信号中提取所需的窄带信号, 使用采样率转换技术降低采样率, 将高速数据流变成当前 DsP 可实时处理的低速数据流, 借助多 DsP 并行处理 .最终, 采样率变换是降低对A/D 前端模拟器件要求的需要软件无线电中选择采样速率时, 不但要中意 Nyquist定理, 而且要考虑 A/D 前端的抗混叠模拟滤波器的可实现性 . 一般通过提高采样率来降低对模拟抗混叠滤波器的要求, 但同时会给后期处理增加了很大的运算负担 . 因此可咀在进行后期处理之前通过转换采样速率得到较低速率的, 与符号速
22、率成整数倍的采样信号, 以此来削减后期数字处理的运算量.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结基于上述三种考虑 , 对软件无线电中采样率转换技术的基本理论及硬件实现的争辩显得尤为重要. 2.本课题主要的争辩内容如下:第一 , 对软件无线电中带通采样, 内插和抽取等多采样率数字信号处理技术进行了争辩 , 从最 大限度降低系统运算速度要求和削减系统储备空间动身, 将软件无线电采样率转换过程分为整数倍 转换和非整数倍转换两个步骤来实现. 详细争辩非整数倍采样率的转换方法, 包括转换因子为有理数和无理数的不同实现方法 , 并通过多相结构和级联结构等形式实现任意倍数的采样率转换.其次, 对软件
23、无线电中常用到的各种多采样率数字滤波器特性进行了详细的分析争辩, 如适合于 D=2 倍抽取或内插的半带滤波器。适合于高速抽取和内插的积分梳状cIc 滤波器。能有效降低计算复杂度的多相滤波器。能精确有效重建信号的正交镜像滤波器QMF组。量化误差稳健 , 时延单元最少的滤波器组格型结构。高效灵敏的树状结构滤波器组等 .最终, 对软件无线电数字下变频常用芯片HsP50214B 的结构原理进行分析, 对其中所接受的cIc, HB,FIR 数字滤波器的设计方法进行了争辩, 并对 cIc,|IB,FIR数字滤波器和重采样分数倍采样率转换滤波器的级联实现进行了仿真试验, 结果说明 , 多采样率数字滤波器在软
24、件无线电的应用, 能够 在实现采样率变换 , 保持有用信息刁j 最失的基础上显著的降低系统运算速度, 节省系统储备空间,减轻后续处理级的负担.东南高校硕士学位论文其次章软件无线电中的多采样率信号处理技术所谓多采样率是指在一个系统中存在着两个或两个以上的采样率, 利用多采样率转换技术便于信号的储备 , 传送, 处理 , 可以削减工作量 . 软件无线电的基本理论是带通采样定理, 在前置窄带滤波器的协作下 , 接受几个有限的采样频率就能实现对整个工作频带内的射频信号进行直接采样数字化 , 然后通过软件或信号处理算法完成对各种类型或各种调制样式信号的解调, 处理 . 带通采样 定理的应用大大降低了所需
25、的射频采样速率. 为后面的实时处理奠定了基础. 【8 】2.1 信号采样理论软件无线电的核心是对天线感应的射频模拟信号尽可能的直接进行数字化, 将其变换为适应于数字信号处理 DsP或运算机处理的数据流, 然后通过软件 算法 来完成各种功能, 使其具有 更好的可扩展性和适应性 . 所以 , 软件无线电第一面临的问题就是如何对工作频带 例如 O.1MHz 一 2GHz内的信号进行数字化, 也就是如何对所感爱好的模拟信号进行采样.采样的速率应该取多大 .软件无线电中的采样有些什么特殊性.本节关于软件无线电的信号采样理论将回答这个问题 .2.1.1 基本采样理论 -Nyquist采样定理Nyquist
26、采样定理 : 设有一个频率带限信号xf,频带限制在 0, 厶, 假如以不小于厂尸2 厶的 采样速率对 xf 进行等间隔采样 , 得到时间离散的采样信号zH=xot 其中 t=1/ 正称为采样间隔 , 就原信号 zfn将被所得到的采样值zn 完全的确定 .1也就说 . 假如以不低于信号最高频率两倍的采样速率对带限信号进行采样, 那么所得到的离散采样值就能精确的确定原信号.采样信号之频谱为原信号频谱之频移后的多个叠加. 假如原信号 zf 的频谱如图 2.1a 所示 ,就抽样信号的频谱如图21b 所示 图中 H=2刁名 .一.HqoH一衄崖 :m m 二咯一咐O吩a,L咐协图 2.1 采样前后的信号
27、频谱血一 Ho.H吐 b图 22 信号重构滤波器4其次章软件无线电中的多采样率信号处理由图 2 1b 可见, 以 缈中包含有 Z 珊的频谱成分 , 如图中阴影部分所示 . 而且只要中意以下条件 :D, 2 国 H 或疋 2 厶2.1就阴影部分不会与其他频率成分相混叠. 这时只需用一个带宽不小于H 的低通滤波器 , 就能滤出 原先可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的信号 xr,如图 22 所示 .图 2 2b 所示的理想滤波器对应的冲击响应Af 为: 【8】呻 M,睾 =等脚当兀 =2 厶时 : f=勋 Hf.2_z2 3式中 ,. 妇x= 业称为采样函数 .依据图 2.2a 有
28、用符号 +表示卷积运算 : xf=x。f+ 矗f=艟卜叫叫小= x 一瓦pf一t+f = xot-.%国.f一,z 瓦 . = x 勋 矾卜 石 2.4式2.4 为采样定理的数学表达式, 即只要采样频率正中意式2.1,带限信号工 f 可以由其取样值T月来精确的表示 . 采样定理的意义在于, 时间上连续的模拟信号可以用时问上离散的采样来取代.2.1.2 带通信号采样理论Nyquist采样定理只争辩了其频率分布在o, 厶上的基带信号的采样问题, 假如信号的频率分布在某一有限的频带 ,L,厶上时 , 那么该如何对这样的带限信号 见图 2.3a 】进行采样了 . 当然 , 依据 Nyquist采样定理
29、 , 仍然可以按工 2 厶的采样速率来进行采样. 但是人们很快就会想到 r 当厶占=厶一 时, 也就是当信号的最高频率厶远远大于其信号带宽B 时, 假如仍然按 Nyquist采样率来采样的话, 就其采样频率会很高 , 以致难以实现 , 或者后处理的速度也中意不了要求 .由于带通信号本身的带宽并不愿定很宽, 那么自然会想到能不能接受比Nyquist采样率更低的速率来采样了 .甚至以两倍带宽的采样速率来采样了.这就是带通采样理论要回笞的问题. 东南高校硕士学位论文jH雨 tn觅南危 , 曲魑鳢 伴音1-圈 23 带通信号的频谱带通采样定理嘲 : 设一个频率带限 xf,其频带限制在 , 厶内, 假如
30、其采样速率正中意:兀: 紫.f2门+11P叫 2_5式中 , 取能中意以 2 厶一 的最大整数 O,1,2, , 就用六进行等间隔采样所得到的信号采样 HI 能精确的确定原信号xf.式2-5 用带通信号的中心频率五和频带宽度曰也可表示为:式中 , 五=学, 取能中意工 2BB 为频带宽度 的最大正整数 .明显 , 当兀=等,B= 厶时 ,m=o, 式2 6就是 Nyquist采样定理 , 即中意 : 工=2 厶.由式 2_6 可见 , 当频带宽度 B定时 , 为了能用最低采样速率即两倍频带宽度速率 六=2B对带通信号进行采样, 带通信号的中心频率必需中意:厶=羔2-6兀: 譬掣 B或兀 +厶=
31、2n+1 占a2.7四也即信号的最高 或最低 频率是带宽的整数倍 ,7 如图 2-3b 所示 图中只画出了正频率部分, 负频率部分是对称的 . 也就是说位于图 2 3b 任何一个中心频率为厶=0,I,2,3, 带宽为口的带通信号均可以用同样的采样频率正=2B 对信号进行采样 , 这些采样均能精确的表示位于不同频段 中心频率不同 的原信号 f,zl ,%f, . ,上述带通采样定理适用的前提条件是: 只答应在其中的一个频带上存在信号, 而不答应在不同的频带上同时存在信号, 否就将会引起信号混叠. 例如当在 2 口,3 功频带上存在信号时 如图 2.3b阴影部分所示 , 那么在其他任何频带上就不能
32、同时存在信号. 为中意这一前提条件, 可以接受跟踪滤波器的方法来解决 , 即在采样前先进行滤波 , 如图 24 所示 , 也就是当需要对某一个中心频率的带通信号进行采样时 , 就先把跟踪滤波器调到与之对应的中心频率厶上, 滤出所感爱好的带通信号可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结矗,然后再进行采样 , 以防止信号混叠 . 这样的跟踪滤波器称之为抗混叠滤波器. 明显, 假如滤6其次章软件无线电中的多采样率信号处理波器理想的话 , 接受同一采样速率f=2B 就能实现对整个工作频带 如 O.1I丑 l 1GE 乜 上的射频信号进行数字化 .例如取 B=25胁 , 通过调剂理想跟踪滤波器的
33、中心频率, 就能实现对 0.1 且 Z 的 1G爿频段 内任何一个信道 信道间隔 25t 胁上的带通信号进行采样数字化, 然后用软件方法进行解调分析.上述频带宽度B 不仅只限于某一信号的带宽, 单从对模拟信号的采样数字化来讲, 这里的日应懂得为处理带宽 , 也就是说在这一处理带宽内可以同时存在多个信号, 而不只限于一个信号 .图 2-4 带通信号的采样图 2.5 带通信号采样的频率对应关系带通采样的结果是把位于 加,+1B0=O,1,2, 不同频带上的信号都用位于0,B 上相同的基带信号频谱来表示. 但要留意的是这种表示在为奇数时, 其频率对应关系是相对中心频率 反 折的, 即奇数通带上的高频
34、重量对应基带上的低频重量, 奇数通带上的低频重量对应基带上的高频重量 . 例如在 B,2 口上的高 , 低频两个信号与采样后在O, 日上的信号对应关系如图2 5 所示 .而偶数频带与采样后的数字基带谱是高, 低频率重量一一对应的 见图 2.5. 这种奇 , 偶频带有别的频率对应关系在带通信号采样定理实际应用时是需要特殊留意的.1 2.2 采样率变换技术多采样率转换技术是指对信号的采样率进行抽取或内插处理, 以便于信号的储备 , 传送和处理 ,依据信号的详细情形 如工作频率 , 带宽 , 处理目的 不同 , 所接受的方法也不一样. 本节介绍软件无线电中常用的采样率转换技术 , 如整数倍的抽取和内
35、插, 分数倍的抽取和内插 , 转换率的多级实现和带通信号的采样率变换等.2.2.1 整数倍抽取所谓整数倍抽取是指把原始采样序列x0每隔 D 一 1个数据取一个 , 以形成一个新序列xDm, 即:%m=x国 2-8式中 ,D 为正整数 , 抽取过程如图 2.6 所示 , 抽取器用符号表示就如图2 7 所示 . 很明显假如 xn序列的采样率为工, 就其无模糊带宽为六 /2. 当以 D 倍抽取率对 x 肝进行抽取后得到的抽取序列x.m 之采样率为工 /D, 其无模糊带宽为正 /2D, 当 x 含有大于正 /2D 的频率重量时 , % 朋就必定产生频谱混叠, 导致从 x. 聊中无法复原 x 胛中小于六
36、 /2D 的频率重量信号 .17一堡堕查主堡主堂堡笙壅盟屯口型 图 2.6 整数倍抽取图 2 7 抽取器的符号表示图 2-8 抽取前后 D22 的频谱结构 混叠 可以证明 , 抽取序列的频谱 离散傅氏变换 xD0. 为抽取前原始序列之频谱x0,. 经频移和 D倍展宽后的 D 个频谱的叠加和 , 如式 2.9. 7x.ce.,= 。 i 萋。 xkJ 一 2d,.cz.,图 2-8 给出了抽取前后频谱结构的变化图. 由图可见 , 抽取后的频谱 zD发生了严肃混叠 , 使得从 .%0中已无法复原出 z0 中所感爱好的信号频谱重量. 但是假如第一用一数字滤波器 滤波器的带宽为 丌/D 对 xe.进行
37、滤波 , 使 X0中只含有小于万 /D 的频率重量 对应模拟频率为告工, 再进行 D 倍抽取 , 就抽取后的频谱就不会发生混叠, 如图 2 9 所示 , 这样%p中频谱成分与J0 中的频谱成分是一一对应的. 或者说 %0一可以精确的表示x.,进一步可以说膏 .可以精确的表示 . 中小于吾或云正的频率重量信号. 所其次章软件无线电中的多采样率信号处理以这时对 x0. 进行的处理可用对xD0. 的处理来代替 , 但后者的数据流速率只有前者的D分之一 , 人大降低了对后处理速度的要求.堕逦一匹图 2.9 抽取 D=2前屙的频谱结构 无混叠 图 2-10 完整的抽取器方框图置低通滤波器可以省去.。 l
38、l么. h一月.口 2 口可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结m通过上述分析可以得出一个完整的D 倍抽取器结构如图2-lo所示. 图中日口 e 为其带宽小于石/D 的低通滤波器 . 但有点需要指出 , 即当原始信号的频谱分工0 本身就小于石 /D 时, 就前2.2.2 整数倍内插所谓整数倍内插就是指在两个原始抽样点之间插入廿1零值 , 如设原始抽样序列为z 竹, 就内 插后的序列 z,m 为:麒 m:Jz 弘肛 0,+ 耻 2. Io,其它内插过程如图 2 1la,2一 11b 所示 , 内插的符号表示如图2 一 12 所示. 2.1 o下面争辩内插器的信号频谱x,0 咖与原始频谱
39、 x0. 之间的关系 , 由于 z, 除了以为 Jr 白整数倍处为 z 罢外, 其余为零 , 所以有 :9东南高校硕士学位论文z心= z,mz = zm 弦7=X0.把 z=P 代入式 2.42 可得内插后的信号频谱为: 2 11x,0=Xe 2.12由式 2-12 可见, 内插后的信号频谱为原始序列谱经借压缩后得到的谱. 图 2.13 给出了内插前后的频谱结构 . 其中图 2-13b 为内插后未经过滤波的频谱图, 这时在 x,0.中不仅含有z0.的基 带重量 如图中阴影部分所示, 而且仍含有其频率大于万/,的高频成分 称其为 e.的高频镜像, 为了从盖,0 中复原原始谱 , 就必需对内柄后的
40、信号进行低通滤波 滤波器带宽为玎 /,滤波后的频谱结构如图2-12c 所示 , 这时的内插序列Z,m 将如图 2 12c 所示 . 也就是说原先插入的零值点变为zn 的精确内插值, 经过内插大大提高了时域辨论率 留意通过抽取就提高了频域分辨率 . 171口6图 2.1l整数倍内插竺P图 2.12 内插器的符号表示10从上述分析得出一个完整的踞内插器的结构如图2 14 所示, 图中 Hb0. 为带宽小于刀 /, 的低通滤波器 . 值得指出的是利用内插 插入零点 不仅可以提高时域辨论率, 而且也可以用来提高输出信号的频率. 从 ,0 的频谱结构可以看出, 这时只要用一个带通滤波器取出,0 的高 频
41、成分即可, 带通滤波器日 ,0.的频率特性为 :其次章软件无线电中的多采样率信号处理日.,:j1,n等 s【 I n 一 1等Io,其它2.13和原始谱6 滤波前iZ八一 .xc.J., -fI: j :。.: : :. : j-:。i 。 j 。 卜。 ce,.,图 2.13 内插 I=2 前后的频谱结构图 l 图 2.14 完整的内插器方框图一避砌八一讹垒八吟 Il L 以一 幼|l l 撕 八一舻, 习翌区习一啪图 215 提高输出频率 上变频 的内插器方框图2.2.3 非整数倍采样率的变换可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结前面争辩的整数倍抽取和内插实际上是采样率变换的一种
42、特殊情形, 即整数倍变换的情形, 然而 在实际中往往会遇到非整数倍即分数倍变换的情形.假设分数倍变换的变换比为肟口/,明显分数倍变换可以通过先进行倍内插再进行赡抽取来实现, 如图2 16a 所示 . 要留意的是必需内插在前, 抽取在后 , 以确保其中间序列S 的基带谱宽度不小于原始输入序列谱 z 月或输出序列谱 _ym的基带谱宽度 , 否就将会引起信号失真 .1五啦亘虱踮鸯 . 6盟 丑互五卜乎 东南高校硕士学位碱文图 2.16 采样率的分数倍 D/, 变换从图 2-16 可以看出 , 两个级联的低通滤波器H10, 日 20 工作在相同的采样率=玑,所以 H.e,H2 可以用一个组合滤波器来代
43、替, 如图 2-16b 所示 , 组合滤波器日0 的频率特性应中意 :酢 1: 灿陋协 等, 云lo,其它,.州,也就是说组合滤波器的截止频率应取日1g 和日 2 0 两个滤波截止频率的最小值.整数倍抽取是在原序列的位置上进行疏值处理, 抽取后的采样值仍是在原M 的位置上 , 只是采样 间隔变大, 因此整数倍抽取实现较简洁. 而抽取因子为分数或无理数时, 通常接受的方法是在原序列的采样点之间进行内插或外插从而得到新的采样值. 这必定导致实现起来比较复杂. 小数倍抽取既是指抽取因子为l 2 之间的值. 有两种可能的情形, 即抽取因子为有理数和抽取因子为无理数的情况. 191 1. 抽取因子为有理数 8 设抽取因子 r= D, 和口为互质的整数. 这一般只适用于 , 和口都不太大的情形 这里如 rl就为内插 ,r. 一种最直接的实现分数倍抽取的方法是对输入序列先进行I倍内插 , 然 后通过低通滤波器 , 再进行 D 倍抽取 , 这样 , 假如和口比较大, 将使滤波运算在很高的采样率下进行,导致运算量急剧