软件无线电信道处理的dsp实现毕业论文(编辑修改稿)

软件无线电信道处理的dsp实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

计方法有多种，如双线性变换法、窗函数设计法、插值逼近法和 Chebyshev 逼近法等等。 随着 Matlab 软件尤其是 Matlab 的信号处理工具箱的不断完善，不仅数字滤波器的计算机辅助设计成为可能，而且还可以使设计达到最优化。 数字滤波器设计的基本步骤如下 9 ： （ 1）确定指标 在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。 在很多实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选频操作。 因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。 幅度指标主要以两种方式给出。 第一种是绝对指标。 它提供对幅度响应函数的要求，一般应用于 FIR 滤波器的设计。 第二种指标是相对指标。 它以分贝值的形式给出要求。 在工程实际中，这种指标最受欢迎。 对于相位响应指标形式，通常希望系统在通频带中 任有线型相位。 运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点 : 只包含实数算法，不涉及复数运算。 不存在延迟失真，只有固定数量的延迟。 长度为 T 的滤波器 (阶数为 N1)，计算量为 N/2 数量级。 （ 2）逼近 确定了技术指标后，就可以建立一个目标的数字滤波器模型。 通常采用理想的数字滤波器模型。 之后，利用数字滤波器的设计方法，设计出一个实际滤波器模型来逼近给定的目标。 （ 3）性能分析和计算机仿真 上两步的结果是得到以差分或系统函数或冲激响应描述的滤波器。 根据这个描述就可以分析其频率特性和相位特性， 以验证设计结果是否满足指标要求。 或者利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果。 数字滤波器的实现方法 数字滤波器的实现方法一般有以下几种 : 第一， 采用加法器、乘法器、延时器设计专用的滤波电路，单片通用数字滤波器(如 TDC 1028)使用简单方便，但由于字长和阶数的规格较小，不易完全满足实际需要。 虽可采用多片扩展来满足，但会增加体积和功耗，因而在实际中受到一定限制。 第二， 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机设计实现。 第三， 用通用的可编程 DSP芯片实现， DSP处理器是专为数字信号处理而设计的，如 TI 公司的 TMS320CX 系列， AD 公司的 ADSP2IX, ADSP210X 系列等。 它的主要数字运算单元是一个乘累加器 (MAC )，能够在一个机器周期内完成一次乘累加运算，配有适合于信号处理的指令，具备独特的循环寻址和倒序寻址能力。 这些特点都非常适合数字信号处理中的滤波器设计的有效实现，并且它速度快，成本低，在过去的 20 多年的时间里，软件可编程的 DSP 器件几乎统治了商用数字信号处理硬件的市场。 用专用的 DSP 芯片实现，在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高； 第四， 用专用的 DSP 芯片实现，在一些特殊的场合，要求的信号处理速度 极高，用通用 DSP 芯片很难实现，这种芯片将相应的滤波算法在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。 第五， 采用 FPGA/CPLD 设计实现。 随着可编程逻辑器件的容量和不断增加速度，实现单片系统集成 (SystemOnChip)已经成为可能。 利用可编程逻辑器件实现FIR 滤波器，由于实现的是硬件并行算法，因此特别适用于某些实时性要求高的场合 10。 在上述几种方法中，第二种方法的缺点是速度较慢，一般可用于 DSP 算法的模拟。 第一，四种方法专用性强，应用受到很大的限制。 第三，五种方法都可 以通过编程来实现各种数字滤波，但是，第三种因有专用的指令来实现滤波运算编程实现容易，而第五种方法编程实现较为困难。 FIR 带通滤波器的设计与实现 滤波器理论 7 设数字滤波器的输入为 x(n)、输出为 y(n)，冲激相应为 h(n)，根据 FIR 滤波器的系统函数，可知它的数学表达式为 :      knxkhnyk   （ 26） 在上节中曾提到，数字 滤波器可以用两种形式来实现 — 有限冲激响应滤波器(FIR)和无限冲激相应滤波器 ((IIR)。 一般的，数字滤波器 h(k)的频率相应可表示为 :     iwnniw enheH  （ 27） 有限冲激响应滤波器 FIR是指冲激响应函数 h(n)为有限个值的数字滤波器，FIR 数字滤波器的频率响应可表示为 :     iwnNniw enheH 10 （ 28）      wigiw ewHeH  （ 29） 式中， Hg (w)称为幅度特性 , w 称为相位特性。 注意 ,这里 Hg (w)不同于 iweH , Hg (w)为 w 的实函数，可 能取负值，而  iweH 总是正值。  jweH 线性相位是指 w 是 w 线性函数，即 :   ww  ，  为常数 （ 210） 称满足 (210)式是第一类线性相位。 如果 w 满足下式 :    dwwd （ 211） 满足 (211)式为第二类线性相位。 由此，可以推导出满足第一类线性相位的条件是 :h(n)是实序列且对 (N1)/2 偶对称，即 :    1 nNhnh （ 212） 同样，可以推导出满足第二类线性相位的条件是 :h(n)是实序列且对 (N1)/2奇 对称，即 :    1 nNhnH （ 213） 下面分类讨论线性相位 FIR 滤波器幅度特性。 （ 1） h(n)=h(Nn1)N 为奇数，幅度函数 Hg (w)为 :         wNnnhwH Nng 21c os10 (214) 式中， h (n)对 ((N1) /2偶对称，余弦项也对 (N1) /2偶对称，可以以 (N1)/2 为中 111，把两两相等的项进行合作，由于 N是奇数，故余下中间项 n=(N1)/2。 这样幅度函数表示为 :           wNnnhNhH N nwg 2 1c os22 12/30 （ 215） 令 m=(N1)/2n,则有：     wnmNhNhH N nwg c o s2 122 12/10    （ 216）     wnnawH Nng c o s2/)1( 0 式中     2 1Nhna ，     nNhna 2 12， n=1,2,3,„ 21N (217) 按照 ((215)式，由于式中 coswn 项对 w=0, 2, 皆为偶对称，因此幅度特性的特点是对 w=0, 2, 是偶对称的。 （ 2） h (n) =h(Nn1),N=偶数，推导情况和前面 N=奇数相似，不同点是由于 N=偶数， Hg(w)中没有单独项，相等的项合并成 N/2 项。         wNnnhH Nnwg 2 1c os10      nNwnhNn 21co s220        21c os222/1 mwmNhwH Nmg (218) 令 m=N/2，则有        21c os2/ 1 nwnbH Nnw （ 219）     nNhnb 22 ， 2,...,2,1( Nn ） 由线性相位 FIR 滤波器幅度特性，可以得出线性相位 FIR 滤波器网络结构。 设 N 为偶数，则有 : （ 3）    1 nNhnh ， N=奇数，有         nNwnhwH Nng 21s in10 （ 220） 令 m=(N1)/2n,则有：      wnncH N nwg s in2/11  2 1,2,1,2 12   NnnNhnc （ 221） （ 4） h(n)=h(Nn1),N=偶数 ，有：         nNwnhwH Nng 21s in10     nNwnhNn 21s in2120 （ 222）        21s in222/ 1 mwmNhwH Nmg 令 m=N/2n，则有         21s in2/1 nwndwHNng （ 223）     nNhnd 22 ， 2,...,2,1( Nn ） FIR 滤波器通常有直接型、级联型、格型、频率抽样型等几种结构。 令 h (n)表示滤波器的冲激响应， x (n)表示输入序列， y (n)表示输出序列，则滤波器的输入、输出关系式为 :      mnxmhny Nm  10 (224) 由此关系式可画出直接型的基本结构如图 21 所示 : 线性相位 FIR 滤波器的单位冲激响应 h (n)关于 n= (N1) /2 对称，所以可画出线性相位 FIR 滤波器的直接型结 构如图 22和图 23所示 : F工 R滤波器设计任务主要是选择有限长度的 h (n)，尽可能逼近传输函数 jweH。 FIR 滤波器的设计步骤一般包括 :（ 1） 根据工程设计的要求，确定 FIR滤波器的性能指标。 （ 2） 根据性能指标，设计出 FIR 滤波器的单位冲激响应 h (n)。 （ 3） 选择合适的 FIR 滤波器结构，并利用有限精度数值实现这个滤波器。 线性相位 FIR:滤波器单位冲激响应 h (n)的设计一般采用窗函数法、等波纹法或频率抽样法。 滤波器的设计方法 11 (1)窗函数法 窗函数设计法的基本原理是 :从所要求的理想滤波器的频率响应  iwd eH 出发，经过傅立叶反变换导出 nhd。     iwdiwd enheH      dweeHnh iwiwdd  21 （ 225） 由于 nhd 为无限长，为了构造一个长度为 N的线性 相位滤波器，只有将 nhd截取一段，对其进行加窗处理，并保证截取的一段对 （ N1） /2 对称，以得到满足要求的单位冲激响应 h(n)。      nwnhnh d （ 226） 其中窗函数 w(n)可以有多种形式，常见的有矩形窗、三角形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗和凯撒窗等。 用窗函数设计 FIR 滤波器的步骤如下 : （ 1） 根据技术要求确定待。