群时延滤波器系数的计算方法以及滤波器的模拟系统技术方案

技术编号:14469376 阅读:83 留言:0更新日期:2017-01-21 01:08
本发明专利技术公开了一种群时延滤波器系数的计算方法以及滤波器的模拟系统,涉及卫星通信技术领域,用于提高系统的稳定性,且在FPGA上容易实现。其中,群时延滤波器系数的计算方法包括:对原始的群时延特性进行逆快速傅里叶变换,得到时域信号p(n);对得到的时域信号p(n)进行修正,得到时域值c,其中时域值c包括幅频特性和相频特性;对幅频特性和相频特性分别进行快速傅里叶变换;根据快速傅里叶变换后的幅频特性的值和相频特性的值,计算得到初始群时延滤波器系数;根据FPGA需求的长度截断初始群时延滤波器系数,得到群时延滤波器系数。本发明专利技术用于模拟卫星信道中数据的传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星通信
,尤其涉及一种群时延滤波器系数的计算方法以及滤波器的模拟系统
技术介绍
宽带卫星通信系统的高速数据传输达到了几百Mbit/s,在高速数据传输的过程中,群时延(系统在某频率处的相位对于频率的变化率)在宽带卫星通信的通道(以下简称信道)中的传播会影响宽带卫星通信的传输,使传输的高速数据失真。目前对于群时延造成的传输的高速数据的失真(以下简称群时延失真)可通过群时延滤波器中的群时延滤波器系数进行调整。高速数据通过群时延滤波器后允许有一定的时域延时,但不希望产生在频域上产生波形的失真。群时延滤波器一般都是IIR滤波器,而该IIR滤波器的滤波器系数中分子分母上都有数据,这样就会使得数据在通过该IIR滤波器时系统的输出不仅和当前的输入有关,而且还与之前的输出有关,使得系统的滤波稳定性差,资源消耗也比较大,故比较难在FPGA(Field-ProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)中实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种群时延滤波器系数的计算方法以及滤波器的模拟系统,用于提高系统的稳定性,且在FPGA上容易实现。为达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:本专利技术的第一方面提供一种群时延滤波器系数的计算方法,该群时延滤波器系数的计算方法包括:步骤一、对原始的群时延特性进行逆快速傅里叶变换,得到时域信号p(n);其中,群时延为相位移,ω为角频率;群时延的均值k为频率点,k的取值范围为0至N-1,N为快速傅里叶变换或逆快速傅里叶变换的长度。步骤二、对得到的时域信号p(n)进行修正,得到时域值c,其中时域值c包括幅频特性和相频特性。步骤三、对幅频特性和相频特性分别进行快速傅里叶变换。步骤四、根据快速傅里叶变换后的幅频特性的值和相频特性的值,计算得到初始群时延滤波器系数。步骤五、根据FPGA需求的长度截断初始群时延滤波器系数,得到群时延滤波器系数。群时延滤波器系数的计算方法还包括:在步骤一之前,对群时延滤波器进行频响特性的设置;对群时延滤波器的频域进行对称处理和去直流处理。群时延滤波器系数的计算方法还包括:在步骤二和步骤三之间设计阶跃信号,以及在步骤四和步骤五之间,对初始群时延滤波器系数进行希尔伯特变换,将初始群时延滤波器系数中的实部作为群时延的不同频率点下的频域时延。步骤三中对幅频特性进行快速傅里叶变换包括:使用公式对幅频特性进行快速傅里叶变换,其中,|H(ω)|为快速傅里叶变换后的幅频特性的值,n的取值范围为1至N的正整数,N为快速傅里叶变换的长度,τS为群时延在各个频率点的时延值。步骤三中对相频特性进行快速傅里叶变换包括:使用公式对相频特性进行快速傅里叶变换,其中,θ(ω)为快速傅里叶变换后的相频特性的值,n的取值范围为1至N的正整数,N为快速傅里叶变换的长度,τS为群时延在各个频率点的时延值。步骤四包括:根据公式hh=IFFT(H(ω))=IFFT(H(ω)|·exp(jθ))计算群时延滤波器系数,其中,hh为群时延滤波器系数,|H(ω)|为快速傅里叶变换后的幅频特性的值,θ为群时延滤波器系数的相位信息,ω为角频率,j为虚部表示符号。根据上述计算群时延滤波器系数的方法可知,本专利技术根据已知的原始的群时延特性,最终得到群时延滤波器系数,并且本专利技术计算出的群时延滤波器系数可根据需求剪成相应的长度,因此资源消耗较小,容易在FPGA中实现。本专利技术的第二方面提供一种滤波器的模拟系统,该滤波器的模拟系统适用于信道模拟器,用于模拟信道中的数据的传输,在该滤波器的模拟系统中,适用通过上述本专利技术的第一方面所涉及的群时延滤波器系数的计算方法计算得到的群时延滤波器系数。滤波器的模拟系统包括:模数变换模块,用于将信道模拟器中的模拟信号转变为数字信号;与模数变换模块相连的数字变频模块,用于对数字信号进行正交解调之后,抽取二分一数字信号进行频率的变换;与数字变频模块相连的滤波模块,用于利用滤波器对频率变换后的数字信号进行滤波;与滤波模块相连的数字模拟转换模块,用于将滤波后的数字信号转换成模拟信号输出。数字变频模块包括正交解调单元和频率变换单元,其中,正交解调单元用于对数字信号进行正交解调;频率变换单元用于抽取正交解调后的数字信号的二分一进行频率变换。滤波模块包括定点化处理单元,用于将滤波器中的群时延滤波器系数乘以219.8,除以220之后,利用24BIT存储群时延滤波器系数。滤波模块还包括与定点化处理单元相连的截取单元,用于截掉20BIT的滤波后的数字信号。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中的群时延-频率曲线图;图2为本专利技术实施例一中群时延滤波器系数的计算方法的流程图一;图3为本专利技术实施例一中群时延滤波器系数的计算方法的流程图二;图4为本专利技术实施例一中群时延滤波器系数截断前后的数值对比曲线图;图5为本专利技术实施例一中群时延频域特性对比曲线图一;图6为本专利技术实施例一中群时延频域特性对比曲线图二;图7为本专利技术实施例二中滤波器的模拟系统的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是,本专利技术中所涉及的的滤波器均为FIR滤波器。为了本领域技术人员更好的理解“群时延”,以举例的方式给出群时延的定义:宽带卫星通信系统中电离层的充电粒子的减缓了无线电信号在信道中的传播,超过自由空间传播时间的时间延迟可称为群时延,通常以t表示。当频率不同时,时延不同,此时一群频率的延时就是群时延。在MSS系统中,它是必须考虑的重要因素。现有技术中可通过以下公式计算群时延的数量:t=1.345NT/f2×10-7,其中,t表示与真空中传播相比的时延,单位为s;f表示频率,单位为Hz;NT表示总电子含量(以下简称TEC),单位为e/m2,TEC可由倾斜的传播路径决定。示例性地,当TEC在1016~1019e/m2区间变化时,在1600MHz频带附近,信号的群时延大概在0.5ns到500ns区间变化。示例性地,如图1所示,当TEC在1017e/m2,频带在1.6GHz~1.8GHz时,群时延随着频率的增大而减小。实施例一本实施例提供一种群时延滤波器系数的计算方法,如图2和图3所示,该群时延滤波器系数的计算方法包括:步骤一、对原始的群时延特性进行逆快速傅里叶变换,得到时域信号p(n);其中,群时延为相位移,ω为角频率;群时延的均值k为频率点,k的取值范围为0至N-1,M为快速傅里叶变换或逆快速傅里叶变换的长度。步骤二、对得到的时域信号p(n)进行修正,得到时域值c,其中时域值c包括幅频特性和相频特性。步骤三、对幅频特性和相频特性分别进行快速傅里叶变换。步骤四、根据快速傅里叶变换后的幅频特性的值和相频特性的值,计算得到初始群时延滤波器系数。步骤五、根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种群时延滤波器系数的计算方法,其特征在于,包括:步骤一、对原始的群时延特性进行逆快速傅里叶变换,得到时域信号p(n);其中,群时延为相位移,ω为角频率;群时延的均值k为频率点,k的取值范围为0至N‑1,N为快速傅里叶变换或逆快速傅里叶变换的长度;步骤二、对得到的时域信号p(n)进行修正,得到时域值c,其中时域值c包括幅频特性和相频特性;步骤三、对幅频特性和相频特性分别进行快速傅里叶变换;步骤四、根据快速傅里叶变换后的幅频特性的值和相频特性的值,计算得到初始群时延滤波器系数;步骤五、根据FPGA需求的长度截断初始群时延滤波器系数,得到群时延滤波器系数。

【技术特征摘要】
1.一种群时延滤波器系数的计算方法,其特征在于,包括:步骤一、对原始的群时延特性进行逆快速傅里叶变换,得到时域信号p(n);其中,群时延为相位移,ω为角频率;群时延的均值k为频率点,k的取值范围为0至N-1,N为快速傅里叶变换或逆快速傅里叶变换的长度;步骤二、对得到的时域信号p(n)进行修正,得到时域值c,其中时域值c包括幅频特性和相频特性;步骤三、对幅频特性和相频特性分别进行快速傅里叶变换;步骤四、根据快速傅里叶变换后的幅频特性的值和相频特性的值,计算得到初始群时延滤波器系数;步骤五、根据FPGA需求的长度截断初始群时延滤波器系数,得到群时延滤波器系数。2.根据权利要求1所述的群时延滤波器系数的计算方法,其特征在于,还包括:在步骤一之前,对群时延滤波器进行频响特性的设置;对群时延滤波器的频域进行对称处理和去直流处理。3.根据权利要求1所述的群时延滤波器系数的计算方法,其特征在于,还包括:在步骤二和步骤三之间设计阶跃信号,以及在步骤四和步骤五之间,对初始群时延滤波器系数进行希尔伯特变换,将初始群时延滤波器系数中的实部作为群时延的不同频率点下的频域时延。4.根据权利要求1所述的群时延滤波器系数的计算方法,其特征在于,步骤三中对幅频特性进行快速傅里叶变换包括:使用公式对幅频特性进行快速傅里叶变换,其中,|H(ω)|为快速傅里叶变换后的幅频特性的值,n的取值范围为1至N的正整数,N为快速傅里叶变换的长度,τS为群时延在各个频率点的时延值。5.根据权利要求1所述的群时延滤波器系数的计算方法,其特征在于,步骤三中对相频特性进行快速傅里叶变换包括:使用公式对相频特性进行快速傅里叶变换,其中,θ(ω)为快速傅里叶变换后的相频特性的值,n...

【专利技术属性】
技术研发人员:熊军王栋梁
申请(专利权)人:北京睿信丰科技有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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