CN110210101B - 一种基于cem frm的动态非均匀窄过渡带滤波器组及设计方法 - Google Patents
一种基于cem frm的动态非均匀窄过渡带滤波器组及设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及滤波器组技术领域,具体涉及一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组及设计方法。本发明包括基于CEM FRM的分析滤波器组部分以及动态综合滤波器组部分。分析滤波器组部分包括延时模块、抽取模块、上支路延时模块、下支路原型滤波器模块、上支路屏蔽滤波器模块、下支路屏蔽滤波器模块、求和模块及IFFT模块。动态综合滤波器组部分包括:上支路屏蔽滤波器模块、下支路屏蔽滤波器模块、上支路延时模块、下支路原型滤波器模块、K倍插值模块、延时模块、求和模块及IFFT模块。设计方法包括基于CEMFRM的原型滤波器设计和屏蔽滤波器设计。本发明可以实现低复杂度的非均匀窄过渡带滤波器组,有效减少窄过渡带的非均匀滤波器组硬件资源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器组技术领域,具体涉及一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组及设计方法。
背景技术
软件无线电被定义为是这样一种无线电,即其接收端的数字化是在天线后面的某一级,比如在宽带滤波、低噪声放大器和用来把射频信号下变频到中频的混频器及其中频放大器/滤波器等级连部件的后端进行的,对于发射机的数字化则正好相反。软件无线电刚开始是从军事通信领域提出来的,但经过了十几年的研究和推广,软件无线电已经应用于包括民用移动通信、雷达、电子战、测绘,甚至电视广播等无线电工程的各个领域。
由于多速率信号处理技术是软件无线电中的一个重要技术。在对射频信号直接进行带通采样之后,我们得到的数据流速率很高,导致后续的信号处理速度跟不上,尤其是在一些对实时性有要求的系统中。所以我们需要对A/D后的数据流进行降速处理,多速率信号处理技术为这种降速处理的实现提供了理论的依据。
滤波器组是多速率信号处理技术的核心。滤波器组是一组具有共同的输入或者共同的相加后的输出的滤波器。滤波器组用来实现对信号频率的各种分量进行分解,然后我们可以根据需要对各个子信号进行不同的处理和传输。根据滤波器组的结构,我们可以将其分为两类:一类是均匀滤波器组,另一类是非均匀滤波器组。现如今,随着软件无线电的广泛应用和多速率信号处理技术的发展,我们的研究重点已经从均匀滤波器组转变为非均匀滤波器组。
目前,设计非均匀滤波器组有两种方法:直接法和间接法。直接法是根据非均匀滤波器组中各个子滤波器的参数要求直接设计出所需要的子滤波器;间接法是利用分析滤波器组和综合滤波器组组合的方式来设计非均匀滤波器组。首先利用分析滤波器组设计出均匀滤波器组,然后利用综合滤波器组合并分析滤波器组中子滤波器从而实现非均匀滤波器组。
由于在利用滤波器组技术对信号进行处理的过程中,信号会产生误差失真,主要有相位、幅度、混叠这三种误差,为了去除这三种误差,使整个滤波器组系统做到精确或者近似精确重构,解决方案是设计特性、结构不同的滤波器组,所以这三种误差的消除也推动了滤波器组理论的不断发展。其中,采用间接法设计非均匀滤波器组时产生的混叠误差的主要原因是滤波器组存在过渡带。为了尽可能降低混叠误差,需要设计出足够窄的过渡带的滤波器组。但是,滤波器的过渡带越窄,滤波器组的复杂度就越高,工程实现就越困难,所以需要解决窄过渡带滤波器组的复杂度高的问题。
申请号为CN201610133236.1的专利,一种FRM窄过渡带滤波器组结构和文献《调制滤波器组及其设计方法研究》仅涉及基于FRM的均匀滤波器组,与本发明结构不同;申请号为CN201710244799.2的专利,一种5G系统中基于FRM技术的FBMC收发系统的设计方法,是首先利用FRM技术对原型滤波器进行设计,然后经过离散傅里叶变换调制成综合滤波器组和分析滤波器组,不是动态的非均匀滤波器组结构;文献《基于非均匀滤波器组的动态信道化滤波》仅仅是基于DFT滤波器组的设计方法研究,没有涉及FRM技术,与本发明设计方法不同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组及设计方法,以降低窄过渡带滤波器组的结构设计复杂度,实现低复杂度的非均匀窄过渡带滤波器组。
第一方面,本发明实施例提供一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组,包括:基于CEM FRM的分析滤波器组部分以及基于CEM FRM的动态综合滤波器组部分。
第二方面,本发明实施例提供一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组设计方法,包括:
步骤一:根据滤波器组的设计需求确定非均匀滤波器组的分析滤波器组的子滤波器个数M,抽取倍数D以及滤波器组中合成的基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs,阻带衰减δa和插值倍数L;
步骤二:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器,并对所述的原型半带滤波器进行复指数调制,得到调制后的原型半带滤波器的系数的虚部;
步骤三:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中的屏蔽滤波器,并对所述的屏蔽滤波器进行复指数调制,并对得到的调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解;
步骤四:分别对所述的调制后的原型半带滤波器的虚部以及调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部的多相形式进行抽取,根据基于CEM FRM的分析滤波器组结构的各个模块组成,得到基于CEM FRM的分析滤波器组;
步骤五:根据滤波器组的设计需求确定基于CEM FRM的分析滤波器组中需要合并的子滤波器个数K,对调制后的原型半带滤波器和屏蔽滤波器分别进行K倍抽取,得到抽取后的调制的原型半带滤波器的虚部,再对抽取后的调制的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解,最后根据基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构的各个模块组成,得到基于CEM FRM的动态综合滤波器组;
步骤六:将所述的基于CEM FRM的分析滤波器组和基于CEM FRM的动态综合滤波器组进行组合,得到基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组;
本发明还包括这样一些结构特征:
所述步骤二,包括:
1)根据基于CEM FRM的滤波器的结构图,通过将通带截止频率ωp、阻带起始频率ωs和插值倍数L代入:
l=ceil(ωpL/2π)
得到基于CEM FRM的滤波器中的原型半带滤波器Fa(z)的通带截止频率θ和阻带起始频率φ,上式中,l为正整数,ceil(ωpL/2π)表示大于或等于ωpL/2π的最小整数,由计算得到的通带截止频率θ、阻带起始频率φ和阻带衰减δa即可设计出原型半带滤波器Fa(z);
2)令Na表示原型半带滤波器Fa(z)的阶数,对Fa(z)进行复指数调制,调制因子为ejn π/2,调制后得到的滤波器Fae(z)表达式为:
3)对滤波器Fae(z)进行L倍插值,得到插值后的F′ae(z)表达式为:
令F′ae(z)的单位采样响应为f′ae(n),f′ae(n)为复数,则可表示为:
f′ae(n)=f′ae,R(n)+f′ae,I(n)·j
那么,F′ae,I(z)的表达式为:
所述步骤三,包括:
1)屏蔽滤波器FMa(z)的通带截止频率ωpMa和阻带起始频率ωsMa分别为:
根据通带截止频率ωpMa,阻带起始频率ωsMa和阻带衰减δa即可设计出屏蔽滤波器FMa(z);
令FMae(z)的单位采样响应为fMae(n),fMae(n)为复数,则可以表示为:
fMae(n)=fMae,R(n)+fMae,I(n)·j
那么,FMae,R(z)和FMae,I(z)的表达式分别为:
FMae,R(z)和FMae,I(z)的多相表达式分别为:
所述步骤四,包括:
1)设计延时和D倍抽取模块,根据输入信号的采样率和输出信号的采样率确定抽取模块中抽取倍数D,第n个子信道的延时模块为z-n+1;
3)设计上支路屏蔽滤波器模块,下支路屏蔽滤波器模块及求和模块,第n个子信道的上支路屏蔽滤波器模块为FMa,R,n-1(zM/D),下支路屏蔽滤波器模块为FMa,I,n-1(zM/D),然后将下支路屏蔽滤波器模块的输出信号乘(-1)再与上支路屏蔽滤波器模块的输出信号相加;
4)设计IFFT模块,将第三步加和之后得到的输出信号作为M点IFFT模块的输入,得到的M个输出信号即为基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号;
所述步骤五,包括:
1)确定需要合并的基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号中的K个输出信号,其中,K≤M,K=2n,n为正整数;
3)选择基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号中的K个输出信号作为基于CEM FRM的动态综合滤波器组的输入信号,其中,K≤M;
4)设计IFFT模块,对这K个输入信号之后进行K点IFFT变换;
5)设计上支路屏蔽滤波和下支路屏蔽滤波模块,将K点IFFT的K个输出信号中的每个子信号都分成两个支路,将每个子信号分别进行上支路屏蔽滤波和下支路屏蔽滤波,第k个子信道的上支路屏蔽滤波器模块为下支路屏蔽滤波器模块为
6)设计上支路延时模块,下支路原型滤波器模块以及求和模块,第k个子信道的上支路和下支路屏蔽滤波器模块的输出信号将它们分别输入到上支路延时模块和下支路原型滤波器模块,其中,上支路延时模块的延时为下支路的原型滤波器模块为2F′ae,I(z1/M),下支路的原型滤波器模块的输出信号乘(-1)再与上支路延时模块的输出信号相加得到求和模块;
7)设计K倍插值模块和延时模块以及求和模块,将上述4)中得到的输出信号输入到插值模块中,插值倍数为K,最后输入到延时模块中,第k个子信道的延时模块的延时为z-k+1,最后将所有k个子信道的延时模块的输出进行加和,求得最后的输出信号y(n);
本发明的有益效果在于:本发明利用基于CEM FRM的分析滤波器组对信号频谱进行均匀划分,然后利用基于CEM FRM的动态综合滤波器组对信号进行动态综合,可以实现低复杂度的非均匀窄过渡带滤波器组。
附图说明
图1为本发明的基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组结构图;
图2为本发明的基于CEM FRM的分析滤波器组结构图;
图3为本发明的基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构图;
图4为本发明的基于CEM FRM的原型滤波器幅频特性仿真图;
图5为本发明的基于CEM FRM的分析滤波器组幅频特性仿真图;
图6为本发明的基于CEM FRM的动态综合滤波器组幅频特性仿真图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明做进一步描述:
本发明的技术方案是这样实现的:
一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组结构,该结构包括基于CEM FRM的分析滤波器组结构和基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构。
基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组的设计方法,包含如下步骤:
步骤1:确定基于CEM FRM的分析滤波器组的子滤波器个数M,抽取倍数D和滤波器组中合成的基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs,阻带衰减δ和插值倍数L。
步骤2:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器,并且对原型半带滤波器进行复指数调制,可以得到调制后的半带滤波器的系数的虚部。
步骤3:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中屏蔽滤波器,对屏蔽滤波器进行复指数调制,并且对调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解。
步骤4:分别对调制后的半带滤波器的虚部,调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部的多相形式进行抽取,并且根据图2中的基于CEM FRM的分析滤波器组结构的各个模块组成基于CEM FRM的分析滤波器组。
步骤5:确定基于CEM FRM的分析滤波器组中需要合并的子滤波器个数K,对调制后的基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器和屏蔽滤波器分别进行K倍抽取。可以得到抽取后的调制的基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器的虚部。然后再对抽取后的调制的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解。最后根据图3中基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构的各个模块组成基于CEM FRM的动态综合滤波器组。
步骤6:最后,将基于CEM FRM的分析滤波器组和基于CEM FRM的动态综合滤波器组进行组合,即可得到基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组。
更为具体的说,本发明的一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组设计方法,包括:
步骤1:根据滤波器组的设计需求确定非均匀滤波器组的分析滤波器组的子滤波器个数M,抽取倍数D以及滤波器组中合成的基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs,阻带衰减δa和插值倍数L。
步骤2:
第一步:图3为基于CEM FRM的滤波器结构图,根据ωp,ωs和L由式(1)~(3)得到基于CEM FRM的滤波器中的原型半带滤波器Fa(z)的通带截止频率θ和阻带起始频率φ:
其中,l为正整数,ceil(ωpL/2π)表示大于或等于ωpL/2π的最小整数。由计算得到的通带截止频率θ,阻带起始频率φ和阻带衰减δa即可设计出原型半带滤波器Fa(z)。
第二步:令Na表示原型半带滤波器Fa(z)的阶数,对Fa(z)进行复指数调制,调制因子为ejnπ/2,调制后得到的滤波器Fae(z)表达式为:
第三步:对滤波器Fae(z)进行L倍插值,可以得到插值后的F′ae(z)表达式:
令F′ae(z)的单位采样响应为f′ae(n)。f′ae(n)为复数,那么它可以表示为:
f′ae(n)=f′ae,R(n)+f′ae,I(n)·j#(6)
那么,F′ae,I(z)的表达式为:
步骤3:
第一步:屏蔽滤波器FMa(z)的通带截止频率ωpMa和阻带起始频率ωsMa分别为:
根据通带截止频率ωpMa,阻带起始频率ωsMa和阻带衰减δa即可设计出屏蔽滤波器FMa(z)。
调制后得到的滤波器FMae(z)表达式为:
令FMae(z)的单位采样响应为fMae(n)。fMae(n)为复数,那么它可以表示为:
fMae(n)=fMae,R(n)+fMae,I(n)·j#(13)
那么,FMae,R(z)和FMae,I(z)的表达式分别为:
FMae,R(z)和FMae,I(z)的多相表达式分别为:
步骤4:
第一步:设计延时和D倍抽取模块。根据输入信号的采样率和输出信号的采样率确定抽取模块中抽取倍数D,第n个子信道的延时模块为z-n+1。
第三步:设计上支路屏蔽滤波器模块,下支路屏蔽滤波器模块及求和模块。第n个子信道的上支路屏蔽滤波器模块为FMa,R,n-1(zM/D),下支路屏蔽滤波器模块为FMa,I,n-1(zM/D),然后将下支路屏蔽滤波器模块的输出信号乘-1再与上支路屏蔽滤波器模块的输出信号相加。
第四步:设计IFFT模块。将第三步加和之后得到的输出信号作为M点IFFT模块的输入,得到的M个输出信号即为基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号。
步骤5:
第一步:确定需要合并的基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号中的K个输出信号(K≤M,K=2n,n为正整数)。
第三步:选择基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号中的K个输出信号(K≤M)作为基于CEM FRM的动态综合滤波器组的输入信号。
第四步:设计IFFT模块。对这K个输入信号之后进行K点IFFT变换。
第五步:设计上支路屏蔽滤波和下支路屏蔽滤波模块。将K点IFFT的K个输出信号中的每个子信号都分成两个支路,将每个子信号分别进行上支路屏蔽滤波和下支路屏蔽滤波,第k个子信道的上支路屏蔽滤波器模块为下支路屏蔽滤波器模块为
第六步:设计上支路延时模块,下支路原型滤波器模块以及求和模块。第k个子信道的上支路和下支路屏蔽滤波器模块的输出信号将它们分别输入到上支路延时模块和下支路原型滤波器模块,其中,上支路延时模块的延时为下支路的原型滤波器模块为2F′ae,I(z1/M),下支路的原型滤波器模块的输出信号乘-1再与上支路延时模块的输出信号相加得到求和模块。
第七步:设计K倍插值模块和延时模块以及求和模块。将第四步得到的输出信号输入到插值模块中,插值倍数为K。最后输入到延时模块中,第k个子信道的延时模块的延时为z-k+1,最后将所有k个子信道的延时模块的输出进行加和,即可求得最后的输出信号y(n)。
为了验证本发明的有效性,根据上述设计方法进行了仿真实验。仿真系统的抽样率设置为960MHz,首先设计非均匀滤波器组中的分析滤波器组部分,分析滤波器组的子滤波器个数为16,抽取倍数也为16(临界抽取),基于CEM FRM的原型低通滤波器的归一化通带截止频率和阻带截止频率分别设置为0.0615和0.0635,阻带衰减设置为60dB,插值倍数L设置为32。首先,根据式(1)~(3)可以得到基于CEM FRM的原型低通滤波器的原型半带滤波器Fa(z),它的通带截止频率和阻带起始频率分别设置为0.468和0.532,阻带衰减为60dB,滤波器阶数为102。然后,根据式(8)~(9)可以得到屏蔽滤波器FMa(z)的归一化通带截止频率和阻带起始频率分别为0.047875和0.1046875,滤波器阶数为384,调制因子f0为-0.015625(f0=ω0/2π)。最终合成的FRM滤波器H(z)的幅频特性图如图4所示。然后根据步骤2~4,我们可以得到基于CEM FRM的分析滤波器组,其幅频特性图如图5所示。根据步骤5,我们分别在K为2和4时对动态综合滤波器组进行仿真,得到的基于CEM FRM的动态综合滤波器组幅频特性图如图6所示。
本发明中的一种基于复指数调制的频率响应屏蔽技术(CEM FRM)的动态非均匀窄过渡带滤波器组的结构,该结构包括基于CEM FRM的分析滤波器组结构和基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构。基于CEM FRM的分析滤波器组结构,该结构包含延时和抽取模块,上支路延时模块,下支路原型滤波器模块,上支路屏蔽滤波器模块,下支路屏蔽滤波器模块,求和模块和IFFT模块。基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构,该结构包括IFFT模块,上支路屏蔽滤波器模块,下支路屏蔽滤波器模块,上支路延时模块,下支路原型滤波器模块,求和模块以及延时和插值模块。
一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组的结构,所述的基于CEM FRM的分析滤波器组结构设计方法如下:
步骤1:确定基于CEM FRM的分析滤波器组的子滤波器个数M,抽取倍数D和滤波器组中合成的基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs,阻带衰减δ和插值倍数L。
步骤2:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器,并且对原型半带滤波器进行复指数调制,可以得到调制后的半带滤波器的系数的虚部。
步骤3:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中屏蔽滤波器,对屏蔽滤波器进行复指数调制,并且对调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解。
步骤4:分别对调制后的半带滤波器的虚部,调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部的多相形式进行抽取,并且根据图2中的基于CEM FRM的分析滤波器组结构的各个模块组成基于CEM FRM的分析滤波器组。
一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组的结构,所述的基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构设计方法如下:
步骤1:确定基于CEM FRM的分析滤波器组的子滤波器个数M,抽取倍数D和滤波器组中合成的基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs,阻带衰减δ和插值倍数L。
步骤2:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器,并且对原型半带滤波器进行复指数调制,可以得到调制后的半带滤波器的系数的虚部。
步骤3:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中屏蔽滤波器,对屏蔽滤波器进行复指数调制,并且对调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解。
步骤4:确定基于CEM FRM的分析滤波器组中需要合并的子滤波器个数K,对调制后的基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器和屏蔽滤波器分别进行K倍抽取。可以得到抽取后的调制的基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器的虚部。然后再对抽取后的调制的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解。最后根据基于CEMFRM的动态综合滤波器组结构中的各个模块组成基于CEM FRM的动态综合滤波器组。
步骤5:将基于CEM FRM的分析滤波器组和基于CEM FRM的动态综合滤波器组进行组合,即可得到基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组。
综上,本发明涉及滤波器组技术领域,具体涉及一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组及设计方法。本发明包括基于CEM FRM的分析滤波器组部分以及动态综合滤波器组部分。分析滤波器组部分包括延时模块、抽取模块、上支路延时模块、下支路原型滤波器模块、上支路屏蔽滤波器模块、下支路屏蔽滤波器模块、求和模块及IFFT模块。动态综合滤波器组部分包括:上支路屏蔽滤波器模块、下支路屏蔽滤波器模块、上支路延时模块、下支路原型滤波器模块、K倍插值模块、延时模块、求和模块及IFFT模块。设计方法包括基于CEM FRM的原型滤波器设计和屏蔽滤波器设计。本发明可以实现低复杂度的非均匀窄过渡带滤波器组,有效减少窄过渡带的非均匀滤波器组硬件资源消耗。
Claims (6)
2.一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组设计方法,包括权利要求1所述的基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组,其特征在于,步骤如下:
步骤一:根据滤波器组的设计需求确定非均匀滤波器组的分析滤波器组的子滤波器个数M,抽取倍数D以及滤波器组中合成的基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs,阻带衰减δa和插值倍数L;
步骤二:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中的原型半带滤波器,并对所述的原型半带滤波器进行复指数调制,得到调制后的原型半带滤波器的系数的虚部;
步骤三:根据基于CEM FRM的原型低通滤波器的通带截止频率ωp,阻带起始频率ωs和阻带衰减δ设计合成基于CEM FRM原型低通滤波器中的屏蔽滤波器,并对所述的屏蔽滤波器进行复指数调制,并对得到的调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解;
步骤四:分别对所述的调制后的原型半带滤波器的虚部以及调制后的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部的多相形式进行抽取,根据基于CEM FRM的分析滤波器组结构的各个模块组成,得到基于CEM FRM的分析滤波器组;
步骤五:根据滤波器组的设计需求确定基于CEM FRM的分析滤波器组中需要合并的子滤波器个数K,对调制后的原型半带滤波器和屏蔽滤波器分别进行K倍抽取,得到抽取后的调制的原型半带滤波器的虚部,再对抽取后的调制的屏蔽滤波器的系数的实部和虚部分别进行多相分解,最后根据基于CEM FRM的动态综合滤波器组结构的各个模块组成,得到基于CEM FRM的动态综合滤波器组;
步骤六:将所述的基于CEM FRM的分析滤波器组和基于CEM FRM的动态综合滤波器组进行组合,得到基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组。
3.根据权利要求2所述的一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组设计方法,其特征在于,所述步骤二,包括:
1)根据基于CEM FRM的滤波器的结构图,通过将通带截止频率ωp、阻带起始频率ωs和插值倍数L代入:
l=ceil(ωpL/2π)
得到基于CEM FRM的滤波器中的原型半带滤波器Fa(z)的通带截止频率θ和阻带起始频率φ,上式中,l为正整数,ceil(ωpL/2π)表示大于或等于ωpL/2π的最小整数,由计算得到的通带截止频率θ、阻带起始频率φ和阻带衰减δa即可设计出原型半带滤波器Fa(z);
2)令Na表示原型半带滤波器Fa(z)的阶数,对Fa(z)进行复指数调制,调制因子为ejnπ/2,调制后得到的滤波器Fae(z)表达式为:
3)对滤波器Fae(z)进行L倍插值,得到插值后的F′ae(z)表达式为:
令F′ae(z)的单位采样响应为f′ae(n),f′ae(n)为复数,则可表示为:
f′ae(n)=f′ae,R(n)+f′ae,I(n)·j
那么,F′ae,I(z)的表达式为:
4.根据权利要求3所述的一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组设计方法,其特征在于:所述步骤三,包括:
1)屏蔽滤波器FMa(z)的通带截止频率ωpMa和阻带起始频率ωsMa分别为:
根据通带截止频率ωpMa,阻带起始频率ωsMa和阻带衰减δa即可设计出屏蔽滤波器FMa(z);
令FMae(z)的单位采样响应为fMae(n),fMae(n)为复数,则可以表示为:
fMae(n)=fMae,R(n)+fMae,I(n)·j
那么,FMae,R(z)和FMae,I(z)的表达式分别为:
FMae,R(z)和FMae,I(z)的多相表达式分别为:
5.根据权利要求4所述的一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组设计方法,其特征在于:所述步骤四,包括:
1)设计延时和D倍抽取模块,根据输入信号的采样率和输出信号的采样率确定抽取模块中抽取倍数D,第n个子信道的延时模块为z-n+1;
3)设计上支路屏蔽滤波器模块,下支路屏蔽滤波器模块及求和模块,第n个子信道的上支路屏蔽滤波器模块为FMa,R,n-1(zM/D),下支路屏蔽滤波器模块为FMa,I,n-1(zM/D),然后将下支路屏蔽滤波器模块的输出信号乘(-1)再与上支路屏蔽滤波器模块的输出信号相加;
4)设计IFFT模块,将第三步加和之后得到的输出信号作为M点IFFT模块的输入,得到的M个输出信号即为基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于CEM FRM的动态非均匀窄过渡带滤波器组设计方法,其特征在于:所述步骤五,包括:
1)确定需要合并的基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号中的K个输出信号,其中,K≤M,K=2n,n为正整数;
3)选择基于CEM FRM的分析滤波器组的M个输出信号中的K个输出信号作为基于CEMFRM的动态综合滤波器组的输入信号,其中,K≤M;
4)设计IFFT模块,对这K个输入信号之后进行K点IFFT变换;
5)设计上支路屏蔽滤波和下支路屏蔽滤波模块,将K点IFFT的K个输出信号中的每个子信号都分成两个支路,将每个子信号分别进行上支路屏蔽滤波和下支路屏蔽滤波,第k个子信道的上支路屏蔽滤波器模块为下支路屏蔽滤波器模块为
6)设计上支路延时模块,下支路原型滤波器模块以及求和模块,第k个子信道的上支路和下支路屏蔽滤波器模块的输出信号将它们分别输入到上支路延时模块和下支路原型滤波器模块,其中,上支路延时模块的延时为下支路的原型滤波器模块为2F′ae,I(z1/M),下支路的原型滤波器模块的输出信号乘(-1)再与上支路延时模块的输出信号相加得到求和模块;
7)设计K倍插值模块和延时模块以及求和模块,将上述4)中得到的输出信号输入到插值模块中,插值倍数为K,最后输入到延时模块中,第k个子信道的延时模块的延时为z-k+1,最后将所有k个子信道的延时模块的输出进行加和,求得最后的输出信号y(n)。
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