文摘
frequency-designed分数延迟冷杉结构,提出一种适合软件无线电的应用,。设计方法是基于频率优化改性法罗和mutirate结构的组合。结果优化频率范围是由只有在所需的总带宽的一半。根据结果提出分数延迟结构允许网络所需的分数延迟更新分数延迟值高的分辨率。
1。介绍
软件定义无线电是无线电的主要设计范式的变化,(1],其中的大部分功能是通过可编程信号处理设备,给收音机的能力改变操作参数以适应新的特性和功能2]。
软件定义的无线电平台旨在使移动系统更加灵活的对不同的移动的带宽要求的标准。这种灵活性是通过执行通道选择在数字域通过采样率转换(SRC)和可编程数字滤波器。分数延迟(FD)过滤器是关键部件用于执行非理性SRC (3- - - - - -5]。
此外,软件无线电系统采用直接转换接收器异步采样,这样实际采样瞬间不同步的符号。为了评估收到符号数字符号同步是通过FD滤波器实现结构(6,7]。
FD的一个关键要求在软件无线电应用程序灵活地改变在不同通信协议和能够执行部分延迟值更新,称为变量部分延迟(VFD)过滤器8]。其他重要FD特点是宽的带宽,高分数延时分辨率值,和一个小数量每输出样本的算术运算。
有几个FD设计方法(9];其中使用多项式方法允许网络所需的分数延迟值更新使用法罗结构(10)或修改法罗结构(11,12]。这两个结构组成的并行FIR滤波器,每一个与长度,在那里选择多项式的顺序,如图1。在修改法罗结构,在那里是所需的分数延迟值,,线性相位滤波器(对称系数值)。在原来的法罗结构和并行过滤器是不对称的。
有两个主要的FD设计方法基于多项式的方法。第一个是要么完全时域设计基于拉格朗日插值(13)或B样条函数(14,15]。这种设计方法的实现是通过原始产结构为主要优势,封闭的形式获得的滤波器系数表达式。这种方法缺点是可用的小的灵活性以满足FD滤波器频域规范。这是因为只有一个设计参数,即多项式秩序。大部分的最近报道FD设计方法属于时域方法如(16,17]。
第二FD使用优化技术设计方法在频域系数计算。这种设计方法的主要优势是一种改进的频率控制规范。这是因为三个设计参数可用:多项式秩序、滤波器长度和期望的频率通带。这种方法的缺点是需要计算滤波器系数的优化方法。等提出了设计方法,例如,(18],FD滤波器实现结构修改法罗和泰勒近似实现。同样在19- - - - - -21)实现使用一个原始产结构和加权最小二乘法优化完成。
频域设计方法的使用FD过滤器与一个宽的带宽要求优化方法被应用在很大的频率范围。另一方面大滤波器长度和多项式秩序时获得高分数延时分辨率是必需的。因此,设计过程需要高系数计算时间和大量的算术运算/输出样本在结果FD滤波器实现。
介绍了使用多重速率的结构频率设计方法以减少系数计算的优化工作负载FD过滤器与一个宽的带宽,高分数延时分辨率和在线部分延迟值更新功能。这样一个灵活的频率设计方法与优化工作负载以及减少导致结构减少了算术运算的数量每输出示例。
使用频率设计方法是修改后的法罗结构(18),每个平行滤波器设计作为一个最低的最小平方逼近阶微分器。同样可以扩展这些建议通过其他频率优化设计方法。
部分2描述了一般地频率设计方法的基础。影响结构节中给出3。节4提出的设计方法是,通过一个设计实例。结论提出了部分5。
2。频率设计
的频率设计方法18)是基于以下属性的并行数字滤波器。
(1)FIR滤波器,在原来的法罗是一个结构阶泰勒近似连续时间插值的输入信号。(2)在修改后的法罗结构的FIR滤波器是线性阶段II型甚至和IV型奇数。每个过滤器近似大小的函数,在那里是一个常数。理想的频率响应订单的区别;因此,理想的反应法罗结构是一个过滤器阶微分器。
以同样的方式可以近似输入信号通过泰勒级数法罗结构修改。的阶微分近似连续时间内插滤波器输入信号是通过分会,频率响应给出 输入设计参数滤波器的长度,多项式的顺序,所需的通频带的频率。
的系数的FIR滤波器计算,这样下面的误差函数最小化在最小二乘意义上的频率范围(0, ]: 在哪里 因此,目标函数给出 从这个方程可以观察到宽的带宽FD滤波器的设计需要一个广泛的计算工作量。高分数延时分辨率FD过滤器需要高精度微分近似;这意味着高分支过滤器长度,和高多项式秩序,。因此一个FD过滤器结构,大量的算术运算输出示例。
实现的算法复杂性产生的结构是一个重要的因素要考虑。比较参数如下:
(1)每个输出的乘数数量样本(MPS),(2)每个输出样本(APS)的增加数量。在修改结构法罗议员1和APS1给出了作为
3所示。多重速率的结构
影响结构(22)提出了在时域设计FD过滤器。输入信号带宽减少了采样频率的递增。以这种方式使用拉格朗日插值滤波器系数计算的FD滤波器的带宽。
多重速率的结构如图2是由三个部分组成的。第一个是一个半upsampler带图像抑制滤波器为增加输入采样频率的两倍。第二部分是FD过滤器通过拉格朗日插值,其目的是在时间域(11]。由于信号处理过滤器的频率输入采样频率的两倍,这样的滤波器可以设计用于满足只有一半所需的带宽。最后一节处理downsampler降低采样频率对其原始值。upsamplig过程通过每两输入样本之间插入一个零。因此对于每个输出示例只有一半的冷杉滤波器系数。这意味着一次即时输入样本处理通过下次甚至系数和即时的系数的过滤器和。根据这种技术和使用多重速率的处理高贵的身份23),这样的处理可以表示为如图3,过滤器和是第一和第二半带滤波器的多相组件。以同样的方式和是第一次和第二次分数延迟滤波器的多相组件。我们可以看到输入采样频率是相同的所有过滤器在生成的结构。
4所示。提出的设计方法
拟议的FD方法用宽的带宽和高分数延迟滤波器设计的决议是基于频域优化方法,第二部分中描述,应用于FD多重速率的结构,最后一节中描述。
如前所述FD过滤器的最大频率的影响结构所需的带宽的一半。这样的频率优化只需要一半的通频带。这意味着频率上限(4)是。这种优化频率范围减少允许突然系数计算时间减少为宽的带宽FD过滤器和由此产生的结构要求过滤器长度较小的。
在图4显示初始结构,双分数延迟值被认为是在更新参数,由于采样频率处理增加了一倍。结果结构在应用如图高贵的身份5,过滤器和第一和第二的多相组件吗,分别。
的过滤过程中有着重要的作用,产生的带宽和分数延迟解决FD过滤器。滤波器的阻带衰减越高,结果分数延时分辨率就越高。同样小的过渡带越高,产生的FD滤波器的带宽。两种情况下意味着使用高阶过滤器。
为了减少算术运算的总数/输出样本过滤设计为半手冷杉过滤器。这样的议员总数和APS给出 在哪里系数的数量吗。
5。获得的结果
设计方法是在MATLAB中实现。提出了一个说明性的设计实例与FD滤波器带宽为0.9和一个分数延迟解决1/10000。
FD过滤器设计使用WLS法[20.的结果在一个实现处理算法和与设计参数和和加权函数给出的
以同样的方式产生的处理算法的实现FD过滤器示例基于变量FD的设计方法21)是和与设计参数和和下一个权重函数:
频域方法的直接使用(18的设计参数和结果的总数和。
提出一个插入器滤波器设计方法有241个系数,设计了Dolph-Chevishev窗口有一个140 dBs的阻带衰减。设计参数和结果的处理算法和。
在该方法的频率优化应用和直接的方法,如图6显示,前七微分近似两种方法。这一半频率范围优化意味着显著减少计算工作量。MATLAB计算时间在2 GHz的PC运行该方法是6.95秒,直接频率优化的18是322秒。
(一)
(b)
所有带级反应和群延迟部分延迟值的范围从0.0080到0.0090使用直接频率FD设计方法和该方法结果如图7和8,分别。
(一)
(b)
(一)
(b)
根据结果提出的方法具有较小的操作每输出样本的数量。为了比较了该方法实现近似的获得与现有方法,频域误差,最大绝对误差,均方根误差定义,就像在21), 在哪里和是理想的频率响应设计和FD过滤器,分别和是FD滤波器的通带频率。
获得的最大绝对误差和均方根误差提出了表1;比较的目的使用方法获得的结果在18- - - - - -21,24)也提出了。
6。结论
宽的带宽和高频率优化设计方法提出了分数值解析FD过滤器。这些规范的能力加上实时更新分数延迟值使结果结构适合执行重要的物理层功能对于软件定义无线电的应用程序,如数字符号同步和采样率转换。
获得的结果表明,该设计方法显著降低了系数计算工作量。由此产生的结构允许分数延迟值样本和带宽的1/10000,使用更少的算术运算/输出示例。描述方法是基于最小均方频率优化系数计算。在未来的工作,我们将考虑其他优化方法的使用建议的方法是相同的。