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CP脉冲整形技术概述

课程目标与学习要点目标深入理解CP脉冲整形技术要点CP脉冲整形的原理和应用升余弦滚降特性分析整形器的数字实现和优化系统性能指标评估

什么是CP脉冲整形信号整形对数字信号进行滤波处理，以改善信号的频谱特性，减少码间干扰CP脉冲采用升余弦滚降滤波器实现，使信号更适合在信道中传输

CP脉冲整形的基本原理基本原理在数字信号传输过程中，为了提高信号的抗干扰能力和传输效率，需要对信号进行整形。CP脉冲整形是常用的信号整形技术之一，其原理是利用升余弦滚降滤波器对数字信号进行滤波处理，使信号的频谱更平滑，并减小码间干扰的影响。升余弦滚降滤波器升余弦滚降滤波器是一种低通滤波器，其频率响应曲线具有独特的滚降特性，可以有效地抑制信号频谱中的高频成分，并使信号的频谱更加平滑，从而减小码间干扰的影响。

脉冲信号的基本特性时域特性脉冲信号在时域上表现为一个矩形波形，其幅度在一段时间内保持恒定，然后迅速下降到零。频域特性脉冲信号的频域特性为sinc函数，其频谱宽度与脉冲宽度成反比。

时域与频域的关系时域信号在时间轴上的变化，通常用波形图表示。频域信号在频率轴上的变化，通常用频谱图表示。傅里叶变换时域信号与频域信号之间可以通过傅里叶变换相互转换。

脉冲信号的频谱分析频率幅度

信号带宽与时域特性带宽信号频谱中包含的频率范围，决定了信号传输所需的带宽资源。时域特性信号在时间轴上的变化，决定了信号的传输效率和抗干扰能力。关系带宽与时域特性之间存在相互关系，例如，带宽越窄，时域特性越平滑。

整形的必要性分析提高抗干扰能力整形可以使信号频谱更加集中，减少信号在传输过程中受到干扰的影响。增强传输效率整形可以减小信号的带宽，提高信号的传输效率，使更多数据能够在相同带宽内传输。

无整形导致的问题1码间干扰相邻脉冲信号相互重叠，导致接收端无法正确识别信号。2信号失真信号在传输过程中受到噪声和信道的影响，导致信号形状发生变化。3传输效率降低由于码间干扰的影响，需要使用更低的传输速率，降低了传输效率。

码间干扰现象1发送端发出脉冲信号2信号在信道中传输3相邻脉冲信号相互叠加4接收端无法识别信号

奈奎斯特准则介绍奈奎斯特准则在理想无噪声信道中，为了避免码间干扰，信号的带宽必须大于等于符号速率的一半。符号速率每秒传输的符号数量，单位为波特。

理想低通特性频率幅度

理想矩形脉冲响应时间幅度

实际系统的局限性1实现难度理想低通滤波器无法在实际系统中完美实现。2过渡带实际滤波器在截止频率附近存在过渡带，导致信号失真。3延时滤波器会引入延时，影响信号的传输时间。

升余弦滚降特性频率幅度

升余弦滚降系数α的影响滚降系数α决定了升余弦滤波器的滚降速度，影响信号的带宽和时域特性。α=0无滚降，信号带宽最小，码间干扰最大。α=1最大滚降，信号带宽最大，码间干扰最小。

不同α值的频域特性频率α=0α=0.5α=1

不同α值的时域特性时间α=0α=0.5α=1

升余弦整形器的实现1滤波器设计选择合适的升余弦滤波器参数2系数计算根据滤波器参数计算滤波器系数3数字实现利用数字信号处理技术实现滤波器

FIR滤波器设计方法FIR滤波器有限脉冲响应滤波器，是一种非递归滤波器，其输出信号是过去输入信号的加权和。设计方法窗函数法频率采样法优化算法

滤波器系数计算系数编号系数值

整形器的数字实现数字信号处理利用数字信号处理技术实现升余弦滤波器，对数字信号进行整形处理。硬件平台FPGA、DSP、ASIC等硬件平台都可以实现数字滤波器。算法实现使用快速傅里叶变换、卷积运算等算法实现滤波器。

采样率与符号率关系采样率每秒采集信号的样本数量，单位为赫兹。符号率每秒传输的符号数量，单位为波特。关系采样率必须大于等于符号率的两倍，才能满足奈奎斯特采样定理。

上采样技术上采样在数字信号处理中，将信号的采样率提高，以满足滤波器的要求。插值在原始样本之间插入新的样本，提高信号的采样率。

内插滤波原理1输入信号2上采样3内插滤波4输出信号

数字滤波器结构直接型结构直接实现滤波器系数的乘加运算级联型结构将滤波器分解成多个级联的二阶滤波器

系统延时分析延时信号在系统中传输所经历的时间，影响信号的实时性。因素滤波器阶数硬件平台速度数据通路长度

硬件资源需求1逻辑单元实现滤波器系数存储和乘加运算所需的逻辑资源2存储单元存储滤波器系数和中间结果所需的存储资源3时钟频率满足滤波器运算速度和数据吞吐率所需的时钟频率

FPGA实现方案FPGA现场可编程门阵列，具有灵活可配置的特性，适合实现数字滤波器。硬件描述语言使用Verilog、VHDL等硬件描述语言编写滤波器逻辑电路。

定点化处理1定点化将浮点型滤波器系数转换为定点型，以适应FPGA硬件平台。2位宽选择根据信号精度和噪声容忍度选择合适的定点位宽。3量化误差定点化过程会引入量