(硕士论文)现代通信系统中高效抽取滤波器技术研究.pdf

摘要数字滤波器是常用的数字信号处理系统。在软件无线电系统中,数字滤波器发挥非常关键的作用。现代通信设备要求大吞吐量信息的实时处理、便携式和低功耗的特点,对数字滤波器的效率提出了苛刻的要求,即要求处理速度尽可能高,电路面积尽可能小,消耗功率尽可能低。此三个要求必然相互对立,因此设计者往往使其相互妥协以满足用户要求。提高数字滤波器的效率,应该从两个方面入手。第一,研究数字滤波器的传递函数,以寻求最简捷的数学表达形式。级联积分一梳状滤波器是一种传递函数形式简捷,适用于软件无线电通信系统中处于高采样率的数字前端使用的高效抽取或内插滤波器。此外,半带滤波器是瞬ㄆ髦械囊恢殖头系数被简化的特殊的线性相位滤波器。第二,研究其实现结构,即实现传递函数的算法。分布式算法将乘累加运算中采样信号序列的对应二进制数据位形成地址,映射到数据表,其内容为各抽头系数的不’同组合后的累加。这样免去了乘法运算,大大提高了运算的速度。多相结构将高速滤波器分解成多路低速子滤波器,从而降低了系统功耗。首先研究了软件无线电中广泛使用的级联积分梳状滤波器。其次研究了软件无线电中广泛使用的基于分布式算法的半带滤波器,研究了其传递函数及频率特性。最后研究了数字滤波器的多相结构。对其中涉及的各种类型滤波器,通过实例进行了基于的理论仿真、基于的逻辑仿真和基于腇迪值腅仿真,得到了与理论吻合的波形和频谱,以及资源开销和功耗的仿真结果。关键词:软件无线电,数字滤波,级联积分梳状滤波器,半带滤波器,分布式算法,工程硕士学位论文现代通信系统中高效抽取滤波器技术研究
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髀软件无线电的基本概念现代通信技术飞快发展,软件无线叫际酢⑷现N尴叩统带无线ㄐ偶际跻殉晌=耆蛭尴叩缤ㄐ偶际跹芯康娜鹊恪R陨舷冉的通信技术其实现过程的核心思想仍然可以统一到软件无线电这一基本思想,因此研究软件无线电仍具有非常的现实意义。软件无线电收发设备,如果采用射频直接数字化方式,射频前端的功能可以简化,但对数字处理的要求提高,在目前技术条件下,在所有无线通信频段均采用射频直接数字化,由于器件速度跟不上,难度仍然很大【俊R虼四壳安捎帽冉险壑械姆椒ǎ对信号在中频进行宽带数字化处理,不仅在一定程度上简化了接收机前端电路设计,而且配以后续的数字化处理,具有较好的波形适应性、信号带宽适应性以及可扩展性数字接收机,目前有两种形式,第一种是零中频,其电路比较简化,但性能往往不能满足较高要求。另一种是采用数字变频的形式,其性能要好于前者,是目前普遍一采用的方法。无论是射频数字化,还是中频数字化,通常采用数字下变频,ú裳俾式低。数字下变频的核心技术之一是抽取技术。改变采样率并不是靠简单地改变系统的采样时钟来完成的,而是对采样的数据进行处理,通过抽取来降低数据的采样率,内插刺岣呤据的采样率,这就涉及到内插和抽取滤波器的设计。在软件无线电电台中,发送设备的数字上变频器ǔJ褂媚诓迓瞬ㄆ鳎邮丈璞傅氖窒卤淦灯通常使用抽取滤波器。抽取滤波器的核心思想,即在完成降低抽样率的同时,避免频谱产生混叠。在速率转换因子很大时,如果使用普通结构的数字滤波器的话,需要大量的系数存储单元和乘法器,这将会消耗大量的硬件、时间和功率。这就需要采用高效率滤波器。级联积分梳状滤波器和半带滤波器就是此类高效率滤波器。另外各种算法和运算结构如分布式算法、滤波器的多相结构和流水线结构等,成为目前高效滤波器,尤其是抽取内插滤波器的首选。本文将对软件无线电技术中数字下变频关键技术抽取滤波器高效性进行研究。.砑尴叩绲钠鹪工程硕士学位论文现代通信系统中高效抽取滤波器技术研究【.
软件无线电最初起源于军事通信。军用电台一般是根据某种特定用途设计的,功能单一。虽然有些电台基本结构相似,但其信号特点差异很大,例如工作频段、调制方式、波形结构、通信协议、编码方式或加密方式不同。这些差异极大地限制了不同电台之间的互通性,给协同作战带来困难。同样,民用通信也存在互通性问题,如现有移动通信系统的制式、频率各不相同,不能互通和兼容,给人们从事跨国经商、旅游等活动带来极大不便。为解决无线通信的互通性问题,各国军方进行了积极探索。,就是说其通路的调制波形是由软件确定的,即软件无线电是一种用软件实现物理层连接的无线通信设计。软件无线电的核心是将宽带疍、疉尽可能靠近天线,用软件实现尽可能多的无线电功能;其中心思想是在一个标准化、模块化的通用硬件平台上,通过软件编程,实现一种具有多通路、多层次和多模式无线通信功能的开放式体系结构。应用软件无线电技术,一个移动终端可以在不同系统和软件无线电的主要优点是它的灵活性