数字成形滤波器设计.doc

数字成形滤波器设计及FPGA实现 摘 要 本文对数字基带信号脉冲成型滤波的应用、原理及实现进行了研究。首先介绍了数字成型滤波的应用意义并分析了模拟和数字两种硬件实现方法，接着介绍了成形滤波器设计所需要MATLAB软件，以及利用ISE system generator在FPGA上进行滤波器实现的优势。文中给出了成形滤波函数的数学模型，讨论了几种常用成形滤波函数的传输特性以及对传输系统信号误码率的影响。然后介绍了本次设计中使用到的数字成形滤波器设计的几种FIR滤波器结构。把各种设计方案进行仿真，比较仿真结果，最后根据实际应用的情况并结合设计仿真中出现的问题进行分析，得出各种设计结构的优缺点以及适合应用的场合。 关键词：成型滤波器，FIR，FPGA，窗函数 Design and FPGA Implementation of Digital Shaping Filter Abstract This Paper investigates the problems about theory, application and implementation of digital base-band signal shaping. Firstly, it introduces the meanings of using shaping filter and analyzes the two ways of implementation: analog way and digital way. Secondly, it makes introduction about what used in design and implementation. Matlab in this paper is used to design and simulate the filter, and ISE system generator is helpful for filters of implemented by FPGA. This paper gives the mathematical model of the shaping-filter functions and discusses their transmission characteristics. Then, it introduces several FIR filter structures of digital shaping filter. Finally, it makes compares between the results of simulation, and analyzes problems appearing designing and simulation to find advantages and disadvantages of different structures and the fitting situation. Key Words：Shaping filter; FIR; FPGA; Window  目 录 摘 要 ⅰ Abstract ⅱ 第一章 绪言 1 1.1 引言 1 1.2成形滤波器的应用 1 1.3成形滤波器的硬件实现 2 第二章 开发环境与工具 3 2.1 FPGA概述 3 2.2 Matlab简介及使用 3 2.3 ISE工具介绍 4 第三章 成型滤波函数及滤波器硬件结构设计 5 3.1 无码间干扰传输函数的设计 5 3.2 成型滤波器 5 3.2.1 低通滤波器 5 3.2.2 升余弦滚降滤波器 7 3.3 FIR滤波器结构 8 3.3.1 直接型结构 9 3.3.2 多相滤波结构 10 3.3.3 过采样 12 3.4 窗函数法设计FIR滤波器 13 第四章 仿真与分析 17 4.1 仿真 17 4.1.1 直接型结构 17 4.1.2 直接型对称结构 18 4.1.3 转置式结构 20 4.1.4 8倍过采样结构 21 4.1.5 多相滤波结构 23 4.2 分析与心得 24 第五章 总结与展望 27 参考文献 28 致谢 29 附录 30 绪论 引言 在现代无线电通信中,由于基带信号的频谱范围都比较宽, 随着现代数字通信技术的发展，频带拥挤的问题日益突出。为了有效利用信道,在信号传输出去之前,都要对信号进行频谱压缩,限制信号的带宽必然会增加接收机端的误码率。 成形滤波器的应用 为了提高频谱的利用率，除采用高效率的数字调制技术、正交极化技术(水平、垂直极化公用技术)之外，还广泛使用成形滤波技术，即对发送信号的频谱进行专门加工，使其在消除码间干扰(ISI)和实行最佳检测的前提下，压缩信号频带，提高频谱的利用率