基于级联余弦滤波器的抽取滤波器制造技术

本实用新型专利技术为基于级联余弦滤波器的抽取滤波器，由ｉ个单级余弦滤波器级联组成。级联余弦滤波器对混叠处的频率有很好的抑制，但是还存在通带衰减问题，所得有用信号的通带内波动过大。为进行改善，本级联余弦滤波器还接有二阶多项式滤波器作为补偿滤波器。本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器无需使用基于ＣＩＣ抽取滤波器，运算简单，ＩＳＯＰ滤波器对通带的频谱特性进行改善，结构优化，能应用于高速率抽取场合。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及滤波器技术，具体为一种基于级联余弦滤波器的抽取滤波器。
技术介绍
在基于软件无线电(SDR)的无线通信收发机中，数字下变频器(DDC)必须采用多 速率信号处理技术，满足高速信号处理功能以及数字信号处理(DSP)器件技术要求。为了 避免采样信号抽取过程中信号频谱的混叠，抽取滤波器是必不可少的重要部件。级联积分梳状(Cascaded Integtator-Comb，缩写为CIC)滤波器简称为级联CIC 滤波器。目前抽取滤波器大多是以这种结构简单的CIC滤波器为基础进行改进设计的。级联CIC滤波器的传递函数为Hac(Z) = (‘.^~fD 1 — z上式中D为抽取因子，N表示CIC滤波器的级数。其中的系数1/D是归一化因子， 为了使直流增益为1。CIC滤波器被用作抽取滤波器的好处在于除了系数，只有加法运算， 而没有乘法运算，从而使得运算简单。但是单级的CIC滤波器的第一旁瓣衰减较小，只有十余个分贝，当需要使得第一 旁瓣衰减增加时候(工程上一般需要50dB以上)，就需要级联使用相同的CIC滤波器。例 如要求第一旁瓣衰减为40dB时，就需要3个CIC滤波器级联。此时的级联CIC滤波器的传 递函数为//3CiC(z) = (-·^^-)3，即级联三个完整的二Lizi^，运算量几乎是增加8 I-Z8 1-z到3倍。当要求第一旁瓣衰减为50dB时，就需要4个CIC滤波器级联。即孖4⑵=(丄CIC D 1-z"1运算量更大。另外CIC滤波器的通带下降较大，通带的下降必然导致带宽的减小。多个CIC滤波 器级联提高了阻带衰减，同时也增加了通带的降落、带宽的减小，不得不加补偿滤波器。级 联CIC滤波器的阶数越高，需要的补偿就越多，又增加了整体的消耗和复杂性。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种基于级联余弦滤波器的抽取滤波器。本技术设计的基于级联余弦滤波器的抽取滤波器，包括级联余弦滤波器，单 级余弦滤波器的传递函数如下Hcos (zN) = 0. 125 (l+z_2N) (l+z_N)2其中0. 125为归一化因子，使直流增益为1，其中N为2m，m为0 10的自然数。其频率响应为HC。S(…ωΝ)= 0.5e-#N。式内j为常量，虚数单位；ω为频率。余弦滤波器滤波后所得归一化频率的频谱的零点发生在π /N处，只要令N = D/4， D为抽取因子，即可以利用余弦滤波器来完成抽取滤波。N不同的余弦滤波器，其滤波后所得归一化频率的频谱零点不同。本抽取滤波器由k个单级余弦滤波器级联组成，k为(log2D)-l。k个单级余弦滤 波器级联后的传递函数如下Hkcos(Z) = 11^^)i=l当抽取因子D = 2Ρ，ρ为3 10的正整数，第i级余弦滤波器的Ni值为Ni = —γ-，且 k = p-1。级联余弦滤波器对混叠处的频率有很好的抑制，但是还存在通带衰减问题，所得 有用信号的通带内波动过大。为进行改善，本级联余弦滤波器还接有二阶多项式滤波器 (ISOP)作为补偿滤波器。二阶多项式滤波器简称为ISOP滤波器，其传递函数如下尸O) = T-^-T (1 + CZ^ + Z"27 )Ic+ 2I其频谱特性如下1P(ejm) = --(c+ 2 cos I ω)\c + 2\1系数J"^[是归一化因子，使得直流增益为1。F + 2I上式中当c < -2，ISOP滤波器滤波后所得归一化频率的幅频特性在ω e区间内呈单调递增，故ISOP滤波器可对级联余弦滤波器在通带内单调衰减进行有效补 偿。同时令I = l/2f。，f。为有用信号对抽样率的归一化频率带宽，以使区间ω e内ISOP滤波器滤波后所得归一化频率幅频的单调递增的宽度与输入带宽2 π fc保持一 致，以补偿级联余弦滤波器带内的衰减。I = qD 可得1 ^ q ^ l/即可实现ISOP滤波器的高效结构。较佳方案为取q为1或2。不同的c值的ISOP滤波器，其滤波后所得归一化频率的幅频斜率不同。c值首先必须满足c < _2，随着I c I值的减小，滤波后所得归一化频率的幅频特性 的斜率变大。当测得抽取滤波器滤波后所得归一化频率在区间的幅频特性呈单调 递减时，则减小ISOP滤波器的Icl值，反之则增加Icl值。可按照二分搜索法调整Icl值。 例如当C = -4时，幅频特性呈单调递增，说明Icl过小，而C = "10时，幅频特性呈单调递 减，C过大，则可以取C = _7进行试探，直至满足要求为止。当级联余弦滤波器需要优化、即提高第一旁瓣的衰减，可以再接1 8个单级余弦滤波器，增加的余弦滤波器的N值等于原级联余弦滤波器中任一级的M。其较佳方案为增 加的余弦滤波器的N值等于原第一级联余弦滤波器的K。本技术基于级联余弦滤波器的抽取滤波器的优点为1、无需使用基于CIC抽 取滤波器，当要改善抽取滤波器的阻带性能时只要增加一个或几个余弦滤波器，而无需增 加成套的CIC滤波器；2、余弦滤波器除了归一化因子也只有加法运算，没有乘法运算，其运 算量和CIC滤波器相当，也很简单；3、级联余弦滤波器之后接有ISOP滤波器对通带的频谱 特性进行改善，使得本抽取滤波器可以实现较大的抽取因子进行下采样，而有用信号的频 谱不会发生变化；4、经过结构优化，本抽取滤波器能应用于高速率抽取场合。附图说明图1为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例1的连接示意图；图2为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例1的结构示意图；图3为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例1与CIC滤波器频谱特性的比 较图；图4为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例1优化的连接示意图；图5为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例1三个余弦滤波器级联与三个 CIC滤波器级联的频谱特性的比较图；图6为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例2的连接示意图；图7为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例3的连接示意图；图8为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例3的结构示意图；图9为图5中的ISOP滤波器不同c值的幅频特性示意图；图10为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例3的频谱特性示意图；图11为图8的局部放大图；图12为本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例4的连接示意图。具体实施方式实施例1本基于级联余弦滤波器的抽取滤波器实施例1的连接如图1所示，结构如图2所 示，为N1 = 2，N2 = 1的两个余弦滤波器级联而成，其传递函数为 抽取因子D = 8。同样抽取因子D = 8的单级CIC抽取滤波器传递函数为 本例与抽取因子D = 8的单级CIC抽取滤波器的频谱特性比较如图3所示，从图 中可以看出，二者相比，级联余弦滤波器通带的不平坦度是稍有增加了一点，但是第一旁瓣 衰减大大增加了，单级Cic抽取滤波器只有13. 46dB衰减，而级联余弦滤波器可以达到26dB 衰减。可见级联余弦滤波器可用于代替CIC滤波器。本例此时如果要求优化为第一旁瓣衰减为40dB，只需要再接一个队=N1 =2，的单级余弦滤波器H。。s(z2)，如图4所示，此时的级联余弦滤波器的传递函数为 Hcos(ζ"1) · H。。s(z_2) · H。。s(z_2)，运算量只增加到 1. 5 倍。而为达到第一旁瓣衰减为40dB，需要3个CI本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于级联余弦滤波器的抽取滤波器，包括余弦滤波器，单级余弦滤波器是传递函数为：　　Ｈ↓［ｃｏｓ］（ｚ↑［Ｎ］）＝０．１２５（１＋ｚ↑［－２Ｎ］）（１＋ｚ↑［－Ｎ］）↑［２］　　频率响应为：Ｈ↓［ｃｏｓ］（ｅ↑［ｊωＮ］）＝０．５ｅ↑［－ｊ２ωＮ］［ｃｏｓ（Ｎω）＋ｃｏｓ↑［２］（Ｎω）］的单级余弦滤波器，　　式内中Ｎ为２↑［ｍ］，ｍ为０～１０的自然数，ｊ为常量虚数单位；ω为频率；　　其特征在于：　　本抽取滤波器由ｋ个单级余弦滤波器级联组成；ｋ为（ｌｏｇ↓［２］－Ｄ）－１，其中Ｄ为抽取因子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利，叶和忠，彭小卫，崔杨，廖连贵，周胜源，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：45[中国|广西]