【正文】 要求。設(shè)待求濾波器的過渡帶用表示，它近似等于窗函數(shù)主瓣寬度。如果給出待求濾波器的頻響為，那么單位取樣響應(yīng)應(yīng)用式（225）求出。 （226） 其中窗函數(shù)w(n)可以有多種形式，常見的有矩形窗、三角形窗、漢寧窗、海明窗、布萊克曼窗和凱撒窗等。(1)窗函數(shù)法窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的基本原理是:從所要求的理想濾波器的頻率響應(yīng)出發(fā)，經(jīng)過傅立葉反變換導(dǎo)出。（3）選擇合適的FIR濾波器結(jié)構(gòu)，并利用有限精度數(shù)值實(shí)現(xiàn)這個(gè)濾波器。FIR濾波器的設(shè)計(jì)步驟一般包括:（1）根據(jù)工程設(shè)計(jì)的要求，確定FIR濾波器的性能指標(biāo)。設(shè)N為偶數(shù)，則有:（3），N=奇數(shù)，有 （220）令m=(N1)/2n,則有： （221）（4）h(n)=h(Nn1),N=偶數(shù)，有： （222） 令m=N/2n，則有 （223） ，） FIR濾波器通常有直接型、級(jí)聯(lián)型、格型、頻率抽樣型等幾種結(jié)構(gòu)。（2）h (n) =h(Nn1),N=偶數(shù)，推導(dǎo)情況和前面N=奇數(shù)相似，不同點(diǎn)是由于N=偶數(shù)，Hg(w)中沒有單獨(dú)項(xiàng)，相等的項(xiàng)合并成N/2項(xiàng)。（1）h(n)=h(Nn1)N為奇數(shù)，幅度函數(shù)H(w)為: (214) 式中，h (n)對(duì)((N1) /2偶對(duì)稱，余弦項(xiàng)也對(duì)(N1) /2偶對(duì)稱，可以以(N1)/2為中111，把兩兩相等的項(xiàng)進(jìn)行合作，由于N是奇數(shù)，故余下中間項(xiàng)n=(N1)/2。如果滿足下式: （211）滿足(211)式為第二類線性相位。注意,這里H(w)不同于, H(w)為w的實(shí)函數(shù)，可能取負(fù)值，而總是正值。 FIR帶通濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)數(shù)字濾波器的輸入為x(n)、輸出為y(n)，沖激相應(yīng)為h(n)，根據(jù)FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，可知它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為: （26）在上節(jié)中曾提到，數(shù)字濾波器可以用兩種形式來實(shí)現(xiàn)—有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)和無限沖激相應(yīng)濾波器((IIR)。第一，四種方法專用性強(qiáng)，應(yīng)用受到很大的限制。利用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)FIR濾波器，由于實(shí)現(xiàn)的是硬件并行算法，因此特別適用于某些實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合。第五， 采用FPGA/CPLD設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。這些特點(diǎn)都非常適合數(shù)字信號(hào)處理中的濾波器設(shè)計(jì)的有效實(shí)現(xiàn)，并且它速度快，成本低，在過去的20多年的時(shí)間里，軟件可編程的DSP器件幾乎統(tǒng)治了商用數(shù)字信號(hào)處理硬件的市場(chǎng)。第三， 用通用的可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)，DSP處理器是專為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的，如TI公司的TMS320CX系列，AD公司的ADSP2IX, ADSP210X系列等。雖可采用多片擴(kuò)展來滿足，但會(huì)增加體積和功耗，因而在實(shí)際中受到一定限制?；蛘呃糜?jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的濾波器，再分析濾波結(jié)果。 （3）性能分析和計(jì)算機(jī)仿真上兩步的結(jié)果是得到以差分或系統(tǒng)函數(shù)或沖激響應(yīng)描述的濾波器。通常采用理想的數(shù)字濾波器模型。 長(zhǎng)度為T的濾波器(階數(shù)為N1)，計(jì)算量為N/2數(shù)量級(jí)。運(yùn)用線性相位響應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn): 只包含實(shí)數(shù)算法，不涉及復(fù)數(shù)運(yùn)算。在工程實(shí)際中，這種指標(biāo)最受歡迎。第二種指標(biāo)是相對(duì)指標(biāo)。第一種是絕對(duì)指標(biāo)。因此，指標(biāo)的形式一般在頻域中給出幅度和相位響應(yīng)。數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的基本步驟如下： （1）確定指標(biāo)在設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器之前，必須首先根據(jù)工程實(shí)際的需要確定濾波器的技術(shù)指標(biāo)。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法有多種，如雙線性變換法、窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、插值逼近法和Chebyshev逼近法等等。這種濾波器一般需要用遞歸模型來實(shí)現(xiàn)，因此有時(shí)也稱之為遞歸濾波器。在軟件無線電濾波器的設(shè)計(jì)中，也采用FIR濾波器來進(jìn)行設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。在數(shù)字信號(hào)處理的許多領(lǐng)域中，常常需要濾波器具有線型相位，對(duì)FIR數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)h(n)施加一定的約束，就可以很容易地做到這一點(diǎn)。(3)結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)中(例如頻率抽樣結(jié)構(gòu))也包含有反饋的遞歸部分。有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個(gè)n值處不為零。（3）結(jié)構(gòu)上存在著輸出到輸入的反饋，也就是結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。它們的系統(tǒng)函數(shù)為：N1階FIR濾波器 （24） N階IIR濾波器 （25）無限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)((IIR)濾波器有以下幾個(gè)特點(diǎn):（1）系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)是無限長(zhǎng)的。但是這些濾波器可以作為逼近的標(biāo)準(zhǔn)。一般數(shù)字濾波器從功能上分類，也可以分成低通、高通、帶通和帶阻等濾波器?，F(xiàn)代濾波器按照隨機(jī)信號(hào)內(nèi)部的一些統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，從干擾中最佳地提取信號(hào)。一類稱為經(jīng)典濾波器，即一般濾波器，特點(diǎn)是輸入信號(hào)中有用頻率和希望濾除的頻率成分各占不同的頻帶，通過一個(gè)合適選頻濾波器達(dá)到濾波的目的。如果使用模數(shù)相互轉(zhuǎn)換，就可以使用數(shù)字濾波器對(duì)模擬信號(hào)濾波。所以，數(shù)字濾波器和模擬濾波器實(shí)現(xiàn)的功能相同，只是信號(hào)形式和實(shí)現(xiàn)濾波的方法不同。該軟件主要完成數(shù)字濾波(可變寬帶)以及解調(diào)等信號(hào)處理任務(wù)，這樣，就可以通過在軟件上加載不同的程序來完成對(duì)不同體制、不同帶寬以及不同種類信號(hào)的接收解調(diào)等信號(hào)處理任務(wù)，這樣就對(duì)信號(hào)環(huán)境的適應(yīng)性以及可擴(kuò)展性就大大提高了。 值得指出的是，上述帶通采樣定理適用的前提條件是:只允許在其中的一個(gè)頻帶上存在信號(hào)，而不允許在不同的頻帶上同時(shí)存在信號(hào)，否則將會(huì)引起信號(hào)的混疊。 式(2l)用帶通信號(hào)的中心頻率場(chǎng)和頻帶寬度B也可以表示為: （22）式中，,n取能滿足B(B為頻帶寬度)的最大整數(shù)。Nyquist采樣定理討論了頻譜分布在(0,)上的基帶信號(hào)的采樣問題,而在適用的軟件無線電模式,我們從中頻開始全數(shù)字化,因?yàn)橛杏眯盘?hào)只是占據(jù)了整個(gè)中頻帶寬的一部分,所以如果將整個(gè)帶寬進(jìn)行采樣,不僅數(shù)據(jù)非常大,而且也包含很多無用信息,我們只需要進(jìn)行帶通采樣。所以,對(duì)于寬頻帶工作的軟件無線電臺(tái)是無法采用Nyquist采樣技術(shù)來采樣的。由于軟件無線電所覆蓋地范圍一般都要求比較寬,作為軟件無線電,只有這樣寬的頻段才能有廣泛地適應(yīng)性,這也是它的最突出的特點(diǎn)之一。Nyquist采樣定理可以表達(dá)如下:Nyquist采樣定理:設(shè)有一個(gè)頻率帶限信號(hào)x(t),其頻帶限制在(0,)內(nèi),如果以不小于角的采樣速率對(duì)x(t)進(jìn)行等間隔采樣,得到時(shí)間離散的采樣信號(hào)x(n)=x(nT)(其中T=1/為采樣間隔),則原信號(hào)x(t)將被所得到的采樣值x(n)完全確定。所以,軟件無線電首先面臨地問題是如何對(duì)工作頻帶內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,也就是如何對(duì)感興趣地模擬信號(hào)進(jìn)行采樣,這些既是最基本,但也是軟件無線電信道處理技術(shù)中最關(guān)鍵的問題,對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論與闡述,為軟件無線電研究奠定了理論基礎(chǔ)。在這一章中介紹了軟件無線電中信道處理所涉及的一些基礎(chǔ)理論,并且針對(duì)軟件無線電中對(duì)不同頻段濾波器的需求,給出了濾波器的理論以及它的設(shè)計(jì)流程。FIR數(shù)字濾波器是指用有限精度算法實(shí)現(xiàn)的,完成信號(hào)濾波處理功能的離散時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng),其輸入是一組由模擬信號(hào)取樣和量化得到的數(shù)字量,其輸出是經(jīng)過變換得另一組數(shù)字量。第五章對(duì)兩種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了總結(jié)分析并對(duì)今后工作進(jìn)行了展望。在CCS開發(fā)環(huán)境下,將通過軟件編程得到信號(hào)初始數(shù)據(jù),用DSP匯編語言程序進(jìn)行運(yùn)行軟件的數(shù)據(jù)接口,并實(shí)現(xiàn)在CCS下的數(shù)字濾波,將濾波后的數(shù)據(jù)通過圖形化界面反映出來,以此評(píng)估DSP對(duì)不同信道的處理效果。軟件無線電信道處理的關(guān)鍵技術(shù)在于獲得不同信道的信息,這就需要設(shè)計(jì)不同的濾波器,本章對(duì)數(shù)字化FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了深入的研究,在其數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,利用Matlab軟件進(jìn)行了不同信道參數(shù)提取和仿真。論文將按照下面的描述進(jìn)行內(nèi)容的安排：第一章在分析軟件無線電的起源、研究現(xiàn)狀以及存在問題的基礎(chǔ)上,提出了本課題研究的目的與意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛,程度也越來越復(fù)扎,因而對(duì)于算法及實(shí)現(xiàn)的研究更顯重要。硬件實(shí)現(xiàn)指的是根據(jù)數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)模型和算法,設(shè)計(jì)專用數(shù)字信號(hào)處理器,使計(jì)算程序全部硬件化。軟件實(shí)現(xiàn)指的是在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行編輯好的程序。該系統(tǒng)選擇TMS320VC5509芯片為處理芯片，該芯片具有性能（最高可達(dá)到200MHz的處理速度）、功耗低、接口多、外設(shè)豐富的特點(diǎn)，其良好的開發(fā)環(huán)境CCS，可以實(shí)現(xiàn)各種算法的仿真設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，完成信道處理算法的仿真，并根據(jù)選擇的算法需求，選擇合適的外圍芯片，設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)，在硬件平臺(tái)上完成軟件的設(shè)計(jì)，經(jīng)反復(fù)調(diào)試，使系統(tǒng)指標(biāo)符合要本論文在論述了軟件無線電技術(shù)的背景、研究現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、以及它的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了本課題研究的目的和意義,找出了信道處理技術(shù)的關(guān)鍵是在于對(duì)不同頻帶的信號(hào)進(jìn)行接收處理,亦即設(shè)計(jì)不同的濾波器在通用硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。在CCS開發(fā)環(huán)境下,將通過軟件編程得到信號(hào)初始數(shù)據(jù),用DSP匯編語言程序進(jìn)行運(yùn)行軟件的數(shù)據(jù)接口,并實(shí)現(xiàn)在CCS下的數(shù)字濾波,將濾波后的數(shù)據(jù)通過圖形化界面反映出來,以此評(píng)估DSP對(duì)不同信道的處理效果。、研究手段和可行性分析第一，濾波器的設(shè)計(jì)：軟件無線電信道處理的關(guān)鍵技術(shù)在于獲得不同信道的信息,這就要設(shè)計(jì)不同的濾波器,對(duì)數(shù)字化FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了深入的研究,在其數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,利用Matlab軟件進(jìn)行了不同信道參數(shù)提取和仿真。這樣的結(jié)構(gòu)具有較高的可實(shí)現(xiàn)特點(diǎn),其A/D和D/A轉(zhuǎn)換在中頻進(jìn)行,DSP實(shí)時(shí)處理在低頻進(jìn)行,數(shù)百M(fèi)OPS的處理能力要求易于滿足。由于DSP處理能力的制約,在射頻完成信息的軟件處理,目前是非常困難的。進(jìn)入DSP處理,最終由D/A變換為基帶信息提供給終端。對(duì)所傳送的模擬基帶信息,先通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字基帶碼,然后由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)通信電臺(tái)的各種功能,最后經(jīng)寬帶D/A變換出符合要求的射頻信號(hào)。美國(guó)陸軍正在研制新一代三頻段的超高頻戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信中斷,以實(shí)現(xiàn)真正意義上的互通。目前己取得一些重要研究成果,確定了各模塊應(yīng)滿足的性能指標(biāo)。而FRAMES項(xiàng)目則對(duì)自適應(yīng)天線在軟件無線電中的使用作了認(rèn)真研究。其中,為了實(shí)現(xiàn)多波段、多模式的可編程軟件無線電結(jié)構(gòu),FIRST項(xiàng)目做了大量研究,內(nèi)容涉及如何提供多媒體業(yè)務(wù)以及RF硬件和DSP信號(hào)處理算法。在國(guó)外,軟件無線電的研究項(xiàng)目除早己展開speakeasy，還有ACTS,RACE,Speetrum Ware,SORT，SLATS，PROMURA等。20世紀(jì)80年代,美國(guó)率先在軍事系統(tǒng)中開始了軟件無線電的研究、開發(fā)和試驗(yàn)。1992年5月,MITRE公司的Joe Mitola在美國(guó)電信系統(tǒng)會(huì)議(National Telesystems Conferenee)上首次明確提出了軟件無線電的概念,其基本思想是:以通過硬件為基本平臺(tái),將寬帶A/D,D/A盡可能靠近天線,把盡可能多的無線通信功能用軟件來實(shí)現(xiàn),從而將無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)逐步轉(zhuǎn)移到軟件開發(fā)上來。20世紀(jì)80年代,美國(guó)率先在軍事系統(tǒng)中開始了軟件無線電的研究、開發(fā)和試驗(yàn)?？傮w而言,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)軟件無線電的研究正處于各種應(yīng)用的具體研究實(shí)踐階段。但目前國(guó)內(nèi)的研究多處于試驗(yàn)階段,尚未有比較成熟的軟件無線電產(chǎn)品問世。研究軟件無線電的實(shí)際應(yīng)用對(duì)象。目前我國(guó)正在研究開發(fā)第二代同步軌道航天測(cè)控設(shè)備的方案中,其核心就是引入軟件無線電技術(shù),采用其綜合基帶模式、大規(guī)模地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),極大地提高了系統(tǒng)地靈活性、可靠性和可維護(hù)性。2002年5月28日,國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部組織專家,對(duì)清華大學(xué)電子工程系和北京郵電大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)的國(guó)家自然基金資助的重點(diǎn)項(xiàng)目“軟件無線電理論與技術(shù)及其在個(gè)人通信中的應(yīng)用”進(jìn)行了驗(yàn)收。試驗(yàn)平臺(tái)由一些硬件(包括射頻部分,以及由FPGA等實(shí)現(xiàn)的中頻部分)和帶有NIC的高速局域網(wǎng)組成。同年,我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金就設(shè)立了有關(guān)軟件無線電技術(shù)的重大研究課題:由清華大學(xué)和北京郵電大學(xué)合作完成,這表明了我國(guó)對(duì)軟件無線電技術(shù)地重