CN104320107B - 一种可变带宽cic滤波器的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变带宽CIC滤波器的设计方法。该设计方法是将CIC滤波器进行分解，然后选择其中一些滤波器进行锐化和内插，通过调节锐化与内插系数，变换滤波器通带带宽；采用滤波器分解与部分锐化技术，有效兼顾了宽通带和低旁瓣的要求，解决了带宽变更时必须离线设计的问题。与现有技术中的锐化和增加级联级数相比，本发明方法有效抑制了旁瓣、压缩了过渡带、扩展了通带且比较平稳，降低了资源消耗。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种可变带宽CIC滤波器的设计方法。
背景技术
无线电综合测试仪在分析中频频谱参数时，需要设计抽取滤波器以降低数据速率。在传统的CIC滤波器设计方法中，CIC滤波器的通带与旁瓣电平是一对矛盾，无法同时满足宽通带和低旁瓣的要求。或者通过牺牲旁瓣电平来增加通带宽度、或者通过减小通带宽度以换取对旁瓣电平的抑制，二者无法兼顾。
在工程实现中往往根据不同的要求对通带宽度和旁瓣幅度折衷平衡，在保证通带要求的前提下增加级联级数，压缩旁瓣电平。为了抑制旁瓣，一般采用增加滤波器级联级数、多相分解和锐化技术。增加级联级数会增大滤波器的结构，从而消耗更多的硬件资源。采用多相分解的结构实现滤波器的设计一定程度减小硬件资源的消耗，但只是在固定带宽下适用。锐化技术同样在少增加资源的前提下，能很好的抑制旁瓣，但同时也压缩通带，扩大过渡带宽。此外，带宽变更时需要重新离线设计获取新期望频域特性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种可变带宽CIC滤波器的设计方法，带宽变更时无须重新离线设计，在增加硬件资源不多的前提，有效抑制了旁瓣、压缩了过渡带、扩展了通带且比较平稳。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可变带宽CIC滤波器的设计方法，包括如下步骤：
S1、滤波器的分解
将CIC滤波器的抽取/内插因子分解成两部分相乘的形式，即R＝L*2k，其中，R为抽取/内插因子，L为能整除R的最小奇数；
原滤波器的传输函数为其中，M为延迟常数，N为级联数，z＝ej2 πf/R；
分解后的
S2、滤波器的部分锐化与部分内插
利用余弦滤波器对H1进行锐化，采用多项式对H0进行内插，锐化、内插后的传输函数表示为：
H′(z)＝(hcos*H1(z1))*[(Hz(z1)H0(z0))3*(4-3Hz(z1)H0(z0))]，
其中，ai为锐化参数；
a为内插参数；
S3、滤波器的实现结构
在分解后的CIC滤波器中间插入锐化与内插滤波器；
改变锐化参数，调节旁瓣衰减，同时微调3dB通带带宽；改变内插参数，调节3dB通带带宽和带内平坦度，同时微调旁瓣衰减；
S4、部分内插系数的拟合
滤波器的增益与输入的频率和锐化参数及内插参数有关；
Gain＝f(a0,a1,...,a2N,a,f)
f为标准频率，采用最小二乘拟合技术，根据通带f＝fc的增益、f＝1-fc时混叠衰减和的旁瓣衰减，得出锐化、内插参数，从而得到滤波器传输函数；当R为奇数时，k＝0，此时锐化参数为0，简化为内插模式；当R为2的整数次幂，L＝1，此时内插参数为0，简化为锐化模式。
本发明具有如下优点：
本发明方法是将CIC滤波器进行分解，然后选择其中一些滤波器进行锐化和内插，通过调节锐化与内插系数，变换滤波器通带带宽；采用滤波器分解与部分锐化技术，有效兼顾了宽通带和低旁瓣的要求；解决了带宽变更时必须离线设计的问题。
与现有技术中的锐化和增加级联级数相比，本发明方法有效抑制了旁瓣、压缩了过渡带、扩展了通带且比较平稳，降低了资源消耗。
附图说明
图1为本发明中可变带宽CIC滤波器的结构框图；
图2为采用传统的设计方法设计的CIC滤波器图像示意图；
图3为采用本发明设计方法设计的CIC滤波器图像示意图；
图4为采用本发明设计方法设计的CIC滤波器固定锐化参数，且内插参数分别为-8、-12、-24时的CIC滤波器部分图像示意图；
具体实施方式
本发明的基本思想是：将CIC滤波器进行分解，然后选择其中一些滤波器进行锐化和内插，通过调节锐化与内插系数，实现带宽的变更。
具体的，一种可变带宽CIC滤波器的设计方法，包括如下步骤：
S1、滤波器的分解
将CIC滤波器的抽取/内插因子分解成两部分相乘的形式，即R＝L*2k，其中，R为抽取/内插因子，L为能整除R的最小奇数；
原滤波器的传输函数为其中，M为延迟常数，N为级联数，z＝ej2 πf/R；
分解后的
S2、滤波器的部分锐化与部分内插
利用余弦滤波器对H1进行锐化，采用多项式对H0进行内插，锐化、内插后的传输函数表示为：
H′(z)＝(hcos*H1(z1))*[(Hz(z1)H0(z0))3*(4-3Hz(z1)H0(z0))]，
其中，ai为锐化参数；
a为内插参数；
S3、滤波器的实现结构
在分解后的CIC滤波器中间插入锐化与内插滤波器，如图1所示，其中，ai为锐化参数，i＝0、1、2…、2N，N为级联数，一般取值为5；a≤-8为内插参数。
改变锐化参数，调节旁瓣衰减，同时微调3dB通带带宽；改变内插参数，调节3dB通带带宽和带内平坦度，同时微调旁瓣衰减；
S4、部分内插系数的拟合
滤波器的增益与输入的频率和锐化参数及内插参数有关；
Gain＝f(a0,a1,...,a2N,a,f)
f为标准频率；采用最小二乘拟合技术，根据通带f＝fc的增益、f＝1-fc时混叠衰减和的旁瓣衰减；得出锐化、内插参数，从而得到滤波器传输函数；当R为奇数时，k＝0,此时锐化参数为0，简化为内插模式；当R为2的整数次幂，L＝1,此时内插参数为0，简化为锐化模式。
本发明技术方案的处理结果
首先设计一个R＝40、N＝5的CIC滤波器；然后采用本技术方案对CIC滤波器进行分解、锐化内插，设计一个带宽可变的CIC滤波器。
分解后，L＝5、k＝3；结果如图2、图3和图4所示。由图2、图3和图4可知：
在相同的抽取因子R和级联因子N的前提下，本技术方案的设计的CIC滤波器的在a＝-12时的3dB通带带宽为0.2517、旁瓣为-127.2625dB；传统方法设计的CIC滤波器的3dB通带带宽为0.2040、旁瓣为-66.2236dB。
在固定锐化参数的前提下，增大a到-8，3dB通带带宽增到0.3151、旁瓣略微有些恶化为-122.5375dB，带内平坦度恶化到-1.3114dB；减小a到-24，3dB通带带宽增到0.1815、旁瓣为-132.8375dB，旁瓣衰减稍有改善。
本发明通过调节锐化参数和内插参数，无需离线便可变更滤波器带宽，抑制旁瓣、压缩过渡带、扩展通带，较现有的传统CIC滤波器设计方法有较大的优势。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (1)
1.一种可变带宽CIC滤波器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、滤波器的分解
将CIC滤波器的抽取/内插因子分解成两部分相乘的形式，即R＝L*2k，其中，R为抽取/内插因子，L为能整除R的最小奇数；
原滤波器的传输函数为其中，M为延迟常数，N为级联数，z＝ej2πf/R；
分解后的
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S2、滤波器的部分锐化与部分内插
利用累积余弦滤波器对H1进行锐化，采用多项式对H0进行内插，锐化、内插后的传输函数表示为：
H′(z)＝(hcos*H1(z1))*[(Hz(z1)H0(z0))3*(4-3Hz(z1)H0(z0))]，
其中，
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a为内插参数；
S3、滤波器的实现结构
在分解后的CIC滤波器中间插入锐化与内插滤波器；
改变锐化参数，调节旁瓣衰减，同时微调3dB通带带宽；改变内插参数，调节3dB通带带宽和带内平坦度，同时微调旁瓣衰减；
S4、部分内插系数的拟合
滤波器的增益与输入的频率和锐化参数及内插参数有关；
Gain＝f(a0,a1,...,a2N,a,f)
f为标准频率，采用最小二乘拟合技术，根据通带f＝fc的增益、f＝1-fc时混叠衰减和的旁瓣衰减，得出锐化、内插参数，从而得到滤波器传输函数；当R为奇数时，k＝0，此时锐化参数为0，简化为内插模式；当R为2的整数次幂，L＝1，此时内插参数为0，简化为锐化模式。
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