| 标题 | 应用于宽带信号接收的多相滤波正交变换技术 |
| 范文 | 廖万友 摘 要： 针对目前成熟的模拟正交变换处理的信号大多属于窄带信号，而数字处理方法中的希尔伯特正交变换受到带宽限制，不能很好地应用于中频宽带信号的接收。提出应用多相滤波正交变换的方法实现中频频段宽带信号的接收前端处理。该方法可很好地解决宽带接收信号的数字下变频正交变换的问题，并且适合在FPGA上实现，应用于工程实时处理。 关键词： 多相滤波； 数字正交变换； 中频宽带信号； 前端处理 中图分类号： TN911.7?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）17?0055?03 Abstract： Since the signals processed by present mature simulation orthogonal transformation technology mostly belong to the narrow band signal， and Hilbert orthogonal transformation in the digital processing method is limited by bandwidth and can't be used in reception of the medium?frequency broadband signal， the method of using the poly?phase filtering orthogonal transformation to realize the receiving front?end processing of the medium?frequency broadband signal is proposed in this paper. This method is good for solving the problem of digital frequency conversions orthogonal transformation of broadband received signals and is suitable for implementation on FPGA and real?time processing in engineering. Keywords： poly?phase filtering； digital orthogonal transformation； medium?frequency broadband signal； front?end processing 0 引 言 通信和雷达系统中的信号正交变换（即将射频信号变换为基带同相和正交分量）在信号处理中具有重要的作用。随着计算机技术和超大规模集成电路技术的快速发展，数字信号处理（DSP）运算速度日益提高，高精度和宽动态范围模拟/数字（A/D）转换器的出现和广泛应用，以及现场可编程逻辑门阵列（FPGA）器件等性能更强大的新器件的不断推出， 可以实现直接对中频信号进行采样，得到所需的两路正交信号。 传统上实现信号正交变换的技术为模拟正交分解。该方法的主要缺点是需要产生相互正交的两个本振信号，当这两个本振信号产生误差不能正交时，就会产生虚假信号。文献[1]中提到的数字正交变换常用方法有滤波法、希尔伯特变换法。这两种方法原理上可以归结为低通滤波法。低通滤波法的结构与传统模拟处理方法有相似之处，只是将移频放在A/D变换之后，对滤波器的阶数要求较高。希尔伯特变换法和滤波法都是只对一路通道进行滤波，另一路通道则保留原来的采样值。这都会引起I/Q两路幅度的不一致性和正交性的偏移，从而影响接收效果。 针对上述方法的不足，本文介绍一种利用多相滤波器[2]实现中频宽带信号数字正交变换的方法。这种方法采用双路滤波。由于两通道所用的滤波器为相同的原型滤波器，所以其频响特性很相似，他们相对于理想滤波器的偏差不会直接带来I/Q两路的不一致。此外，该方法不仅不需要正交本振，而且后续的数字低通滤波器的阶数也很低，大大减小了运算量，易于实时处理。3 性能分析 在Matlab仿真中，通过与希尔伯特正交变换的比较，不难发现多相滤波变换法在宽带信号接收方面有着无法比拟的优点：增加了接收机对不同信号的适应性。这就更适合应用于软件宽带接收机[6]前端。 与传统的方法相比：一方面，由于它是直接对中频进行采样，在数字信号中将它分为正交的I/Q信号，所以它能够克服在传统方法中由于I，Q通道中模拟器件和其他数字变换方法的不一致和稳定性等造成的两通道间的相位和幅度误差；另一方面，A/D变换后的数据流，通过数据选择器后分为奇数和偶数序列从而将数据流的速率降低了一半，等于A/D采样频率的降为1/2，易于后端的处理，而且后端的多相滤波器为小数延时插补波器，阶数可以做得很低，因而可取得比较好的效果。 此外，多相滤波器的系数是从同一个低通滤波器的系数中有规律地选取出来的，具有相似的频率特性，因为它是在数字域进行信号处理，即使所设计的低通滤波器的滤波特性是非理想的，也不会给I/Q两路信号的正交性带来很大影响。 4 结 论 多相滤波正交变换技术应用于宽带接收系统实现了数字信号处理在中频范围内的应用，更靠近射频接收端。从而可以利用软件无线电技术思想，便于算法更新。接收机中频及中频以下的功能可以用软件实现，在降低生产成本的同时提高了系统的灵活性。同时，宽带接收也是未来接收机的一个发展方向：带宽更宽，接收信号的适应性更强。 参考文献 [1] 罗星华，苏涛.基于多相滤波原理的数字正交采样技术[J].现代电子技术，2008，31（3）：28?30. [2] 颜彪，许宗泽，邹国梁.基于多相滤波的直接数字滤波器正交变换技术[J].上海大学学报，2003，9（1）：9?12. [3] 聂仙娥，许爱国，赵河明，等.基于Matlab的FIR型希尔伯特变换器设计[J].现代电子技术，2011，34（7）：113?116. [3] 王永亮，高丙坤，陈云.基于多相滤波的数字正交变换[J].长江大学学报，2008，5（4）：184?187. [4] 江春燕，周胜源，陈星.基于软件无线电多相滤波的数字正交变换技术[J].电子设计工程，2010，18（6）：89?92. [5] 杨小华，姚远程.基于多相滤波的PCM/FM正交解调[J].通信技术，2011，44（11）：1?3. [6] 陈大海，王洪，吕幼信.宽带数字下变频器的高效实现结构[J].电子测量与仪器学报，2008，22（5）：43?46. 摘 要： 针对目前成熟的模拟正交变换处理的信号大多属于窄带信号，而数字处理方法中的希尔伯特正交变换受到带宽限制，不能很好地应用于中频宽带信号的接收。提出应用多相滤波正交变换的方法实现中频频段宽带信号的接收前端处理。该方法可很好地解决宽带接收信号的数字下变频正交变换的问题，并且适合在FPGA上实现，应用于工程实时处理。 关键词： 多相滤波； 数字正交变换； 中频宽带信号； 前端处理 中图分类号： TN911.7?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）17?0055?03 Abstract： Since the signals processed by present mature simulation orthogonal transformation technology mostly belong to the narrow band signal， and Hilbert orthogonal transformation in the digital processing method is limited by bandwidth and can't be used in reception of the medium?frequency broadband signal， the method of using the poly?phase filtering orthogonal transformation to realize the receiving front?end processing of the medium?frequency broadband signal is proposed in this paper. This method is good for solving the problem of digital frequency conversions orthogonal transformation of broadband received signals and is suitable for implementation on FPGA and real?time processing in engineering. Keywords： poly?phase filtering； digital orthogonal transformation； medium?frequency broadband signal； front?end processing 0 引 言 通信和雷达系统中的信号正交变换（即将射频信号变换为基带同相和正交分量）在信号处理中具有重要的作用。随着计算机技术和超大规模集成电路技术的快速发展，数字信号处理（DSP）运算速度日益提高，高精度和宽动态范围模拟/数字（A/D）转换器的出现和广泛应用，以及现场可编程逻辑门阵列（FPGA）器件等性能更强大的新器件的不断推出， 可以实现直接对中频信号进行采样，得到所需的两路正交信号。 传统上实现信号正交变换的技术为模拟正交分解。该方法的主要缺点是需要产生相互正交的两个本振信号，当这两个本振信号产生误差不能正交时，就会产生虚假信号。文献[1]中提到的数字正交变换常用方法有滤波法、希尔伯特变换法。这两种方法原理上可以归结为低通滤波法。低通滤波法的结构与传统模拟处理方法有相似之处，只是将移频放在A/D变换之后，对滤波器的阶数要求较高。希尔伯特变换法和滤波法都是只对一路通道进行滤波，另一路通道则保留原来的采样值。这都会引起I/Q两路幅度的不一致性和正交性的偏移，从而影响接收效果。 针对上述方法的不足，本文介绍一种利用多相滤波器[2]实现中频宽带信号数字正交变换的方法。这种方法采用双路滤波。由于两通道所用的滤波器为相同的原型滤波器，所以其频响特性很相似，他们相对于理想滤波器的偏差不会直接带来I/Q两路的不一致。此外，该方法不仅不需要正交本振，而且后续的数字低通滤波器的阶数也很低，大大减小了运算量，易于实时处理。3 性能分析 在Matlab仿真中，通过与希尔伯特正交变换的比较，不难发现多相滤波变换法在宽带信号接收方面有着无法比拟的优点：增加了接收机对不同信号的适应性。这就更适合应用于软件宽带接收机[6]前端。 与传统的方法相比：一方面，由于它是直接对中频进行采样，在数字信号中将它分为正交的I/Q信号，所以它能够克服在传统方法中由于I，Q通道中模拟器件和其他数字变换方法的不一致和稳定性等造成的两通道间的相位和幅度误差；另一方面，A/D变换后的数据流，通过数据选择器后分为奇数和偶数序列从而将数据流的速率降低了一半，等于A/D采样频率的降为1/2，易于后端的处理，而且后端的多相滤波器为小数延时插补波器，阶数可以做得很低，因而可取得比较好的效果。 此外，多相滤波器的系数是从同一个低通滤波器的系数中有规律地选取出来的，具有相似的频率特性，因为它是在数字域进行信号处理，即使所设计的低通滤波器的滤波特性是非理想的，也不会给I/Q两路信号的正交性带来很大影响。 4 结 论 多相滤波正交变换技术应用于宽带接收系统实现了数字信号处理在中频范围内的应用，更靠近射频接收端。从而可以利用软件无线电技术思想，便于算法更新。接收机中频及中频以下的功能可以用软件实现，在降低生产成本的同时提高了系统的灵活性。同时，宽带接收也是未来接收机的一个发展方向：带宽更宽，接收信号的适应性更强。 参考文献 [1] 罗星华，苏涛.基于多相滤波原理的数字正交采样技术[J].现代电子技术，2008，31（3）：28?30. [2] 颜彪，许宗泽，邹国梁.基于多相滤波的直接数字滤波器正交变换技术[J].上海大学学报，2003，9（1）：9?12. [3] 聂仙娥，许爱国，赵河明，等.基于Matlab的FIR型希尔伯特变换器设计[J].现代电子技术，2011，34（7）：113?116. [3] 王永亮，高丙坤，陈云.基于多相滤波的数字正交变换[J].长江大学学报，2008，5（4）：184?187. [4] 江春燕，周胜源，陈星.基于软件无线电多相滤波的数字正交变换技术[J].电子设计工程，2010，18（6）：89?92. [5] 杨小华，姚远程.基于多相滤波的PCM/FM正交解调[J].通信技术，2011，44（11）：1?3. [6] 陈大海，王洪，吕幼信.宽带数字下变频器的高效实现结构[J].电子测量与仪器学报，2008，22（5）：43?46. 摘 要： 针对目前成熟的模拟正交变换处理的信号大多属于窄带信号，而数字处理方法中的希尔伯特正交变换受到带宽限制，不能很好地应用于中频宽带信号的接收。提出应用多相滤波正交变换的方法实现中频频段宽带信号的接收前端处理。该方法可很好地解决宽带接收信号的数字下变频正交变换的问题，并且适合在FPGA上实现，应用于工程实时处理。 关键词： 多相滤波； 数字正交变换； 中频宽带信号； 前端处理 中图分类号： TN911.7?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）17?0055?03 Abstract： Since the signals processed by present mature simulation orthogonal transformation technology mostly belong to the narrow band signal， and Hilbert orthogonal transformation in the digital processing method is limited by bandwidth and can't be used in reception of the medium?frequency broadband signal， the method of using the poly?phase filtering orthogonal transformation to realize the receiving front?end processing of the medium?frequency broadband signal is proposed in this paper. This method is good for solving the problem of digital frequency conversions orthogonal transformation of broadband received signals and is suitable for implementation on FPGA and real?time processing in engineering. Keywords： poly?phase filtering； digital orthogonal transformation； medium?frequency broadband signal； front?end processing 0 引 言 通信和雷达系统中的信号正交变换（即将射频信号变换为基带同相和正交分量）在信号处理中具有重要的作用。随着计算机技术和超大规模集成电路技术的快速发展，数字信号处理（DSP）运算速度日益提高，高精度和宽动态范围模拟/数字（A/D）转换器的出现和广泛应用，以及现场可编程逻辑门阵列（FPGA）器件等性能更强大的新器件的不断推出， 可以实现直接对中频信号进行采样，得到所需的两路正交信号。 传统上实现信号正交变换的技术为模拟正交分解。该方法的主要缺点是需要产生相互正交的两个本振信号，当这两个本振信号产生误差不能正交时，就会产生虚假信号。文献[1]中提到的数字正交变换常用方法有滤波法、希尔伯特变换法。这两种方法原理上可以归结为低通滤波法。低通滤波法的结构与传统模拟处理方法有相似之处，只是将移频放在A/D变换之后，对滤波器的阶数要求较高。希尔伯特变换法和滤波法都是只对一路通道进行滤波，另一路通道则保留原来的采样值。这都会引起I/Q两路幅度的不一致性和正交性的偏移，从而影响接收效果。 针对上述方法的不足，本文介绍一种利用多相滤波器[2]实现中频宽带信号数字正交变换的方法。这种方法采用双路滤波。由于两通道所用的滤波器为相同的原型滤波器，所以其频响特性很相似，他们相对于理想滤波器的偏差不会直接带来I/Q两路的不一致。此外，该方法不仅不需要正交本振，而且后续的数字低通滤波器的阶数也很低，大大减小了运算量，易于实时处理。3 性能分析 在Matlab仿真中，通过与希尔伯特正交变换的比较，不难发现多相滤波变换法在宽带信号接收方面有着无法比拟的优点：增加了接收机对不同信号的适应性。这就更适合应用于软件宽带接收机[6]前端。 与传统的方法相比：一方面，由于它是直接对中频进行采样，在数字信号中将它分为正交的I/Q信号，所以它能够克服在传统方法中由于I，Q通道中模拟器件和其他数字变换方法的不一致和稳定性等造成的两通道间的相位和幅度误差；另一方面，A/D变换后的数据流，通过数据选择器后分为奇数和偶数序列从而将数据流的速率降低了一半，等于A/D采样频率的降为1/2，易于后端的处理，而且后端的多相滤波器为小数延时插补波器，阶数可以做得很低，因而可取得比较好的效果。 此外，多相滤波器的系数是从同一个低通滤波器的系数中有规律地选取出来的，具有相似的频率特性，因为它是在数字域进行信号处理，即使所设计的低通滤波器的滤波特性是非理想的，也不会给I/Q两路信号的正交性带来很大影响。 4 结 论 多相滤波正交变换技术应用于宽带接收系统实现了数字信号处理在中频范围内的应用，更靠近射频接收端。从而可以利用软件无线电技术思想，便于算法更新。接收机中频及中频以下的功能可以用软件实现，在降低生产成本的同时提高了系统的灵活性。同时，宽带接收也是未来接收机的一个发展方向：带宽更宽，接收信号的适应性更强。 参考文献 [1] 罗星华，苏涛.基于多相滤波原理的数字正交采样技术[J].现代电子技术，2008，31（3）：28?30. [2] 颜彪，许宗泽，邹国梁.基于多相滤波的直接数字滤波器正交变换技术[J].上海大学学报，2003，9（1）：9?12. [3] 聂仙娥，许爱国，赵河明，等.基于Matlab的FIR型希尔伯特变换器设计[J].现代电子技术，2011，34（7）：113?116. [3] 王永亮，高丙坤，陈云.基于多相滤波的数字正交变换[J].长江大学学报，2008，5（4）：184?187. [4] 江春燕，周胜源，陈星.基于软件无线电多相滤波的数字正交变换技术[J].电子设计工程，2010，18（6）：89?92. [5] 杨小华，姚远程.基于多相滤波的PCM/FM正交解调[J].通信技术，2011，44（11）：1?3. [6] 陈大海，王洪，吕幼信.宽带数字下变频器的高效实现结构[J].电子测量与仪器学报，2008，22（5）：43?46. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。