第八讲数字成型滤波器的实现.ppt

第八讲数字成型滤波器的实现 崔琳莉 主要内容 脉冲成型的理论基础； VHDL实现脉冲成型； 不同滚降系数的脉冲成型基础实验； 基于FPGA完成滚降系数的升余弦滤波器对BPSK信号进行基带调制。 脉冲成型实验 项目需用仪器设备： 计算机、软件无线电实验箱、示波器、FPGA仿真器、＋5V电源 所需主要元器件及耗材： 连接线、计算机串口连接线 实验原理 1、脉冲成型的理论基础 在现代无线通信中，由于基带信号的频谱范围都比较宽，为了有效利用信道，在信号传输之前，都要对信号进行频谱压缩，使其在消除码间干扰和达到最佳检测的前提下，大大提高频带的利用率。 奈奎斯特是第一个解决既能克服符号间干扰又保持小的传输带宽问题的人。 1、脉冲成型的理论基础 只要把通信系统(包括发射机、信道和接收机)的整个响应设计成在接收机端每个抽样时刻只对当前的符号有响应，而对其他符号的响应全等于零，那么符号间干扰ISI的影响就能完全被抵消，即消除符号间干扰的奈奎斯特(Nyquist) 第l准则。 1、脉冲成型的理论基础 h(t) 无码间串扰示意图 1、脉冲成型的理论基础 在实际应用中，升余弦滤波器是运用较为广泛的成形滤波器，因为它有如下的优点： 1）满足Nyquist第1准则； 2）可以消除理想低通滤波器设计上的困难，有一平滑的过渡带； 3）通过引入滚降系数改变传输信号的成形波形，可以减小抽样定时脉冲误差所带来的影响，即降低码间干扰。 1、脉冲成型的理论基础 升余弦滤波器的传递函数为 ： 其中， 是滚降因子，取值范围0到1。当时，升余弦滚降滤波器对应于具有最小带宽的矩形滤波器。 滤波器的冲激响应 1、脉冲成型的理论基础 升余弦滤波器的频域传递函数及时域冲激响应 H(w) h(t) 输入随机序列{+1，-1}通过0.5升余弦滤波器后的脉冲成型波形 2、VHDL实现脉冲成型 在程序中，我们首先产生升余弦滤波器系数，再将输入数据滤波输出，即可得到我们期望的滚将系数（0.5或0.8）的升余弦信号成型波形。 这里重点介绍如何生成各种滚降系数的升余弦滤波器系数。 1）利用MATLAB生成升余弦滚降滤波器系数 2）将升余弦滤波器系数转换为VHDL数组 3）将信号滤波输出，即得到脉冲成型信号 2、VHDL实现脉冲成型 1）利用MATLAB生成升余弦滚降滤波器系数 在MATLAB中，可以利用函数rcosine得到升余弦滤波器系数 [NUM, DEN] = RCOSINE(Fd, Fs, TYPE_FLAG, R, DELAY) 其中，Fd表示数字信号频率；Fs表示滤波器采样频率，且Fs/Fd 必须是一个正整数。TYPE_FLAG 表示设计的滤波器的类型，可以是iir、sqrt、或者它们的组合 iir/sqrt，也可以是常规类型 normal。 R 表示滚降系数，取值范围是[0, 1].。DELAY表示滤波器延迟，必须为一个正整数，DELAY/Fd 可以得到以秒为单位的滤波器延迟。 2、VHDL实现脉冲成型 我们以产生0.8滚降系数的升余弦滤波器为例，Fd＝1；Fs＝8；TYPE_FLAG 取“fir”，即可得到49个滤波器系数： -0.0000 -0.0012 -0.0036 -0.0064 -0.0085 -0.0088 -0.0068 -0.0032 0.0000 -0.0000 -0.0058 -0.0185 -0.0361 -0.0530 -0.0600 -0.0460 0.0000 0.0852 0.2108 0.3696 0.5465 0.7202 0.8671 0.9654 1.0000 0.9654 0.8671 0.7202 0.5465 0.3696 0.2108 0.0852 0.0000 -0.0460 -0.0600 -0.0530 -0.0361 -0.0185 -0.0058 -0.0000 0.0000 -0.0032 -0.0068 -0.0088 -0.0085 -0.0064 -0.0036 -0.0012 -0.0000 2、VHDL实现脉冲成型 2）将升余弦滤波器系数转换为VHDL数组 假定VHDL中的滤波器系数数组大小为33. 我们可取滤波器对应的单位冲激响应正负两个第二零点之间的33个样本（9～41，包括左右两个0），然后进行幅值放大（如这里调整为原始系数*100）并取为整数 ，最后再转换为二进制数，就得到一个包含33个10bit的向量的数组