21成形濾波器設(shè)計(編輯修改稿)
2024-09-27 13:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 tor b,CIC)”濾波器。 CIC 濾波器（也稱為 Hogenauer濾波器）已經(jīng)被證明是在高速抽取或插值系統(tǒng)中非常有效的單元。主要應(yīng)用就是無線通 信，其中包括以 RF（ Radio Frequency，射頻）或者 IF（ Intermediate Frequency，中頻）為采樣速率的信號需要降低到基帶。由于其不需要復(fù)雜的乘法運算，因此非常適合于前端的高速濾波。 本系統(tǒng) FPGA 前端采樣速率為 ， 128 倍抽取。如果采用 199 階FIR 濾波器，做一次卷積運算大概需要 100 次乘法運算， 100 次移位運算和 99次加法運算，這將直接導(dǎo)致系統(tǒng)前端的負(fù)荷非常大，而且需要占用大量的邏輯資源。因此我們選擇更加有效的級聯(lián)積分梳狀結(jié)構(gòu)，即 CIC 濾波器。 CIC 濾波器 是一種基于零極點相抵消得 FIR 濾波器 ， 它由積分和梳狀兩部分組成 ， 其結(jié)構(gòu)原理如圖 7 所 示。 其表達式可以寫為下式 ： 11 0( 1 )( ) [ ]( 1 )R M N RMN N k NIC N kzH z H H zz? ? ?? ??? ? ?? ? (24) 其頻率響應(yīng)可以寫成下式： si n( ) [ ]si n( / )NMfHf fR??? (25) 其中 N， R， M 分別表示濾波器中積分和梳狀部分的級數(shù)，抽取率的大小以及差分延時的大小。 CIC 的性能指標(biāo)主要由旁瓣抑制 A，阻帶衰減 ? ，以及帶內(nèi)容差 ? 等參數(shù)指標(biāo)決定。它們與參數(shù) N， R， M 的關(guān)系分別為 ( ) dBAN?? 20lgNb? ?? 2 0 lgs i nbN b?? ??? (26) 其中 b 表示帶寬比例因子。 圖 7 給出了一個三階 CIC 濾波器，該濾波器包括一個三階積分器 和一個三階梳狀部分，并且采樣速率降低了 R 倍，即 R 倍抽取。高抽取速率濾波器的延遲數(shù)量 D 的典型值是 1 或 2。 設(shè)濾波器輸入字寬為 M 位， D = 2，即 DR = 2R，需要的內(nèi)部字寬為23 log ( 2 )N M R?? ，以保證不會產(chǎn)生運行時間溢出。 N 位 N 位 N 位 N 位 N 位 N 位I I IC CCR1z ?? ?Dz ?－ 圖 7 三級 CIC 濾波器，每級 N 位 綜合考慮帶外衰減特性和帶內(nèi)容差問題， CIC 濾波器的級聯(lián)數(shù)不宜過大， 本系統(tǒng)中 采用三級 32 倍抽取的 CIC 濾波器。圖 為 FPGA 中同相支路數(shù)據(jù)濾波前后的譜特性分析，濾波后的頻譜中不斷衰減的梳狀部分清晰可見。 如果 CIC 的級數(shù)過大，抽取倍數(shù)過多，通帶的衰減將會導(dǎo)致信號失真，這時我們需要對通帶進行補償 。 由于本系統(tǒng)中抽取倍數(shù)并不高，所以 補償濾波器的設(shè)計這里不做過多討論。 匹配相關(guān)器的同步捕獲 數(shù)字匹配相關(guān)是偽隨機序列的一種快速捕獲方法，能大大縮小捕獲時間。在捕獲過程中，接收信號與本地序列連續(xù)地進行相關(guān)運算，每進行一次相關(guān)運算得到的相關(guān)結(jié)果都與一門限相比較。由于本地序列是靜止的，相關(guān)過程相當(dāng)于接收信號滑 過本地序列，每來一個數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個相關(guān)結(jié)果，當(dāng)滑到兩個序列的相位對齊時，必有一個很高的相關(guān)峰輸出，此時本地序列與接收信號同步。 匹配濾波器的相關(guān)運算結(jié)果為 1( , ) ( , ) ( , )0LI Q n I Q n I QnS u m D a t a C????? (27) 其中， nC 為偽隨機碼， L 為偽隨機碼序列長度。相關(guān)峰為 22IQMag Sum Sum?? (28) 本文系統(tǒng)采用仿真提出的能量檢測法，幀頭包含 L 位巴克碼， BPSK 調(diào)制方式，而數(shù)據(jù)采用 π/4DQPSK 調(diào)制方式，同時實現(xiàn)位同步和幀同步。 根據(jù)巴克碼序列的自相關(guān)特性，先對 I、 Q 兩路分別做滑動相關(guān)，窗口長度為 L，然后將相關(guān)的結(jié)果平方相加。簡單起見，實際系統(tǒng)中只抽取四路，主時鐘頻率為四倍符號速率，流水線設(shè)計。為方便描述，給出如下并行結(jié)構(gòu)圖： 下 變 頻 信 號濾 波抽 取濾 波抽 取IQ并串變換并串變換相 關(guān) 累 加（ 減 ） 器 1巴 克 碼 產(chǎn) 生 器相 關(guān) 累 加（ 減 ） 器 4相 關(guān) 累 加（ 減 ） 器 4相 關(guān) 累 加（ 減 ） 器 1............2222......??
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