滤波器组系统中的高性能原型滤波器研究

发布时间：2020-11-15 08:43

　　 现今移动通信网络及业务量飞速发展。为适应日益增长的图像、视频等业务需求,曾用于子带编码的多速率系统和滤波器组技术已被应用于4G及5G的通信和信号处理系统。滤波器组技术将信号整个频带划分为小子带进行分别处理,各子带上的滤波器是同一原型滤波器的频域搬移,滤波器组的设计归根到底取决于原型滤波器的设计。目前设计原型滤波器都是基于无限字长,然而最终在以有限位二进制形式存储的数字元器件上实现时,因量化引起的有限字长效应会使滤波器传输性能发生畸变,导致实际输出信号偏离期望值,使设计出的原型滤波器性能低于理论预期。当前关于有限字长效应的研究多是基于IIR滤波器,而滤波器组系统中的原型滤波器是FIR滤波器,关于该方面的研究还很薄弱,如何设计出可抗有限字长效应的高性能FIR滤波器是值得探讨的问题。本文从以下两方面对FIR滤波器有限字长效应及其在滤波器组中的应用理论基础展开论述:1.针对传统移位算子在高速采样时由于有限字长特性导致滤波器性能恶化的问题,提出一种基于Delta算子的FIR原型滤波器结构优化方案。通过分析舍入噪声来源,该法利用Delta算子方法并进行改进,引入新的自由因子,有效防止了节点溢出。首先,文中分别采用多项式参数化方法和等效状态空间法推导优化结构的舍入噪声增益及灵敏度表达式,给Delta算子方法应用于高性能滤波器设计提供了必要理论基础。其次,与现有多种有限字长优化算法对比。仿真实例证明,该优化结构多项式参数化实现时舍入噪声增益性能及灵敏度有明显改善,在有限字长约束下,基于Delta算子的幅频及相频偏离理论值较小,基于前向差分算子优化结构的原型滤波器在抗有限字长效应方面具有良好数字特性。2.已设计的高性能原型滤波器应用于多通道滤波器组系统,需要理论支撑和系统的性能分析,而且频域分析采用不同离散化方法系统性能也会不同,本文推导了前向差分算子应用于多通道滤波器组系统对应经典滤波器组理论的重建条件。首先采用传统移位算子与前向差分算子方法从频域角度分别推导滤波器组基本组成单元及完全重建条件,根据滤波器组理论分析得出基于优化结构的多通道滤波器组舍入噪声增益及灵敏度性能相对传统系统都有所改善。仿真结果表明,此高性能滤波器应用于有限字长滤波器组系统中误符号率(Symbol Error Rate,SER)和峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)性能均稍优于基于传统移位算子的系统,同时具有良好的抗有限字长效应。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN713
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 滤波器组系统的研究现状
        1.2.2 高性能原型滤波器的研究现状
    1.3 论文主要研究内容及章节安排
第2章 滤波器及滤波器组系统
    2.1 高性能滤波器
        2.1.1 系数量化误差
        2.1.2 舍入误差
        2.1.3 A/D量化误差
    2.2 滤波器组的组成单元
        2.2.1 抽取器
        2.2.2 插值器
        2.2.3 多相位分解
    2.3 多通道滤波器组
        2.3.1 多通道滤波器组的时域表示
        2.3.2 多通道滤波器组完全重建条件
        2.3.3 多通道滤波器组多相位分解表示
    2.4 本章小结
第3章 基于Delta算子的原型滤波器结构优化方案
    3.1 引言
    3.2 Delta算子基本理论
    3.3 基于Delta算子的优化结构
        3.3.1 采用多项式参数化方法
        3.3.2 采用等效状态空间实现方法
    3.4 优化结构性能分析
1的优化'>        3.4.1 自由因子K₁的优化
        3.4.2 舍入噪声增益
        3.4.3 灵敏度
    3.5 实验仿真与结果分析
        3.5.1 频率响应特性仿真
        3.5.2 舍入噪声增益及灵敏度性能数值仿真
    3.6 本章小结
第4章 基于Delta算子的多通道滤波器组
    4.1 引言
    4.2 基于Delta算子的多通道滤波器组的组成单元
        4.2.1 基于Delta算子的抽取器
        4.2.2 基于Delta算子的插值器
        4.2.3 基于Delta算子的多相位分解
    4.3 基于Delta算子的多通道滤波器组频域结构
        4.3.1 基于Delta算子的多通道滤波器组结构
        4.3.2 基于Delta算子的多通道滤波器组的重建条件
    4.4 基于Delta算子的多通道滤波器组性能分析
        4.4.1 滤波器组的误符号率仿真及分析
        4.4.2 滤波器组的峰值平均功率比仿真及分析
        4.4.3 基于Delta算子的多通道滤波器组的数字特性分析
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文工作总结与创新点
    5.2 后续研究工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

【参考文献】

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本文编号：2884569