基于matlab的软件无线电滤波器设计文献综述

1、毕业设计(论文文献综述软件无线电中的FIR滤波器设计1软件无线电的发展与应用软件无线电是最近几年在无线通信领域提出的一种新的通信系统体系结构,它的基本思想是以开放性、可扩展、结构最简的硬件为通用平台,把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。软件无线电是具有可重配置硬件平台的无线设备,可以跨多种通信标准。因为具有更低的成本、更大的灵活性和更高的性能,软件无线电已迅速成为军事、公共安全和商用无线领域的事实标准。SDR成为商用流行的主要原因之一是它能够对多种波形进行基带处理和数字中频(IF处理。IF处理将数字信号处理的领域从基带扩展到RF。支持基带和中频处理的能力增加了系统灵活性,同时减小

2、了制造成本。无线标准不断地发展,通过先进的基带处理技术如自适应调制编码、空时编码(STC、波束赋形和多入多出(MIMO天线技术,支持更高的数据速率。基带信号处理器件需要巨大的处理带宽,以支持这些技术中大计算量的算法。例如,美国军事联合战术无线系统(JTRS定义了军事无线中20多种。而数字滤波器在软件无线电中的有着非常重要的地位。调谐本振分波段滤波器放大放大DDCA/DDSP软件图1 宽带中频数字化软件无线电接收机框图2 数字滤波器国内外发展现状数字滤波在DSP(数字信号处理中占有重要地位。数字滤波器按实现的网络结构或者从单位脉冲响应,分为IIR(无限脉冲响应和FIR(有限脉冲响应滤波器。如果I

3、IR滤波器和FIR滤波器具有相同的性能,那么通常IIR滤波器可以用较低的阶数获得高的选择性,执行速度更快,所有的储存单元更少,所有既经济又高效。数字滤波器精确度高、使用灵活、可靠性高,具有模拟设备所没有的许多优点,已广泛地应用于各个科学技术领域,例如数字电视、语音、通信、雷达、声纳、遥感、图像、生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时代数字时代的到来,数字滤波技术已经成为一门及其重要的科学和技术领域。以往的滤波器大多采用模拟电路技术,但是,模拟电路技术存在很多难以解决的问题,例如,模拟电路元件对温度的敏感性,等等。而采用数字技术则避免很多类似的难题,当然数字滤波器在其他方面也有很多突出的优点都

4、是模拟技术所不能及的,所以采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向。由于我们所面对的工程问题越来越复杂,过去所依赖分析的技术已逐渐不敷使用。利用电脑来分析及解决工程问题已是当今工程师的必要工具。使用 matlab 软件进行科学计算,能够极大加快科研人员进行研究开发的进度,减少在编写程序和开发算法方面所消耗的时间和有限的经费,从而获得最大的效能。3数字滤波器的种类数字滤波器是数字信号处理技术的重要内容,作为一种电子滤波器,数位滤波器与完全工作在模拟信号域的模拟滤波器不同。数位滤波器工作在数字信号域,它处理的对象是经由采样器件将模拟信号转换而得到的数字信号。凡是可以使信号中特定的频率成分通过,

5、而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器,相当于频率“筛子”。 只要改变滤波器特性,就可以得到不同的输出。根据频率特性,可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。低通滤波器,通带0c w ,上截止频率为c w ;高通滤波器,通带为c w ,下截止频率为c w ;带通滤波器,通带为21c c w w ,上、下截止频率为1c w 、2c w 。滤波器的作用:(1将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比;(2滤掉不感兴趣的频率成分,提高分析精度;(3从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。(a低通(b高通(c带通(d带阻(e全通(jw e H (jweH (jwe

6、H (jw e H (jweH 2wwww w2222图3.1 数字滤波器类型4 FIR 滤波器FIR(Finite Impulse Response滤波器:有限长单位冲激响应滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件,它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性,同时其单位抽样响应是有限长的,因而滤波器是稳定的系统。因此,FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。有限长单位冲激响应(FIR 4.1 FIR 滤波器的特点滤波器有以下特点:(1 系统的单位冲激响应(n h 在有限个n 值处不为零2 系统函数(z H 在|z|0处收敛,极点全部在z = 0处(因果系统(

7、3 结构上主要是非递归结构,没有输出到输入的反馈,但有些结构中(例如频率抽样结构也包含有反馈的递归部分。4.2 FIR 滤波器的2种设计方法1窗函数法:窗函数法。常用的窗函数有以下几种, 矩形窗,三角窗,汉宁窗,海明窗,布拉克曼窗,凯泽窗(=7. 865。用窗函数设计步骤如以下所示: (1根据技术要求确定待求滤波器的单位取样响应(n h d 。如果给出待求滤 波器的频响为(jwd e h ,那么单位取样响应用式:dw e ehn h jwjwdd (2(-1=。(2根据对过渡带及阻带衰减的要求,选择窗函数的形式,并估计窗口长 度N 。设待求滤波器的过渡带用w 表示,它近似等于窗函数主瓣宽度。

8、(3根据式(n w n h n h d =,计算滤波器的单位取样响应(n h d 。(4验算技术指标是否满足要求。设计出的滤波器频率响应用下式计算:jwnN n jwen h eh -=1(首先是由滤波器的理想频率响应 ,得到理想滤波器的单位冲激响应根据过渡带及阻带衰减的要求,选择窗函数的形式 ,并估计窗口大小计算滤波器的单位冲激响应h(n=h d (nw(n受线性相位条件约束,要求h d (n、w(n均中心对称检验设计出的数字滤波器是否满足技术指标2频率抽样法数字信号处理作为一门极其重要的科学技术,在通信、语音、图像、自动控制等多领域得到了广泛应用。FIR 滤波器以其特有的线性相位特性在数字

9、信号处理中占有重要地位。现代FIR 数字滤波器已经研发出多种实现方法。频率采样设计法属FIR 滤波器设计法中的一种, 该设计法可以设计任意形状频率响应特性的FIR 滤波器。针对频率采样法的FIR 滤波器设计方式多种多样, 但总的设计原则应遵循如下步骤: ( 1 制定目标滤波器的理想的或者期望的频率响应H ( k 、阻带最小衰减s a 和截止频率c w 。( 2 确定理想频率响应的采样点数N 、过渡带采样点数M 、通带中采样点数BW, 过渡带频率采样值i T ( i = 1, 2, ., M 。其中, 若已指定 B, 则可根 据下式对N 进行确定:B /21(+M N在( 2 步骤中, 需要注意以下几个问题:1、 对于低通滤波器, 在过渡带宽内每增加一个过渡带频率采样值, 阻带衰减大约增加20dB ; 2、对于给定滤波器设计目标的过渡带频率采样值, 可以由最佳过程来确定。一个有用的最佳化目标, 是找出使阻带衰减最小的过渡带频率采样值1T 、2T 、.、m T 。参考文献 1 宋寿鹏数字滤波器的设计及工程应用J. 江苏大学出版社，2009， ：2-58. （2） 2 周开利、邓春晖. MATLAB 基础及其应用教程J. 北京大学出版社，20