数字下变频中抽取滤波器的设计

实验5 频率采样法设计FIR 数字滤波器1．实验目的（1）掌握利用直接设计法实现频率采样法设计FIR 滤波器的基本原理。

（2）掌握利用最优设计法实现频率采样法设计FIR 滤波器的基本原理。

（3）掌握利用MA TLAB 语言实现直接设计法和最优设计法的方法。

2．实验原理（1）FIR 数字滤波器设计的实质求()j d H e ω的有限项傅里叶级数的系数，然后用有限项傅里叶级数去近似代替无限项傅里叶级数，在最小均方误差准则下最佳逼近()d h n 。

（2）用频率采样法设计滤波器的基本原理设待设计的滤波器的传输函数用()j d H e ω表示，对它在0ω=到2π之间等间隔采样N 点，得到()d H k ，则2()()N jw d d w k H k H e π==，0,1,,1k N =-对N 点()d H k 进行IDFT ，得到()h n ，2101()()N N j kn d n h n H k e N π-==∑，0,1,,1n N =- ()h n 就是所设计的滤波器的单位取样响应，其系统函数10()()N n n H z h n z --==∑。

（3）直接频率采样设计法的基本原理当FIR 滤波器满足第一类线性相位条件时，()h n 是实序列，()(-1)h n h N n =-，此时有：()()()j j d g H e H e ωθωω=，1()2N θωω-=-（1）式 N=I ()(2)N=II ()(2)g g H H ωπωωπω=-⎧⎪⎨=--⎪⎩g g 奇数时(型)：H 偶数时(型)：H 在0~2π之间等间隔频率采样N 点，采样时的频率转换关系为：2k k N πω=，0,1,2,,1k N =- （2）式 由（1）式可以得到采样点上的样本值为： ()2=()()()j j k d d g k N H e H k H k e ωθπω== （3）式2121()()2k NN N k k k N N πωπθωθπ=--=-==-N=I ()()N=II ()()g g k H N k k H N k =-⎧⎪⎨=--⎪⎩g g 奇数时(型)：H 偶数时(型)：H ()()偶对称奇对称 设用理想低通作为希望设计的滤波器，截止频率为c ω，采样点数Ｎ，则频率采样点c k 、频率采样值()g H k 、相位采样值()k θ的参数计算方法为：①c k 的计算方法由（2）式2k k N πω=可得到2c c k N ωπ=。

数字下变频中抽取滤波器的设计
高媛菲
【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》
【年(卷),期】2009(029)006
【摘要】数字下变频是软件无线电的关键技术之一,数字下变频的实现关键在于抽取滤波器的设计与实现.针对输入到数字下变频系统中的信号采样率很高的问题,选用积分梳状(CIC)滤波器与半带(HB)滤波器这两种比较特殊的滤波器来完成下变频采样速率的抽取以及信号滤波.通过比较分析影响CIC滤波器的特性参数,选取了优化CIC滤波器性能的一组参数,对其进行设计.为了减小了滤波器的采样点数,降低滤波器的成本,避免出现频率特性中的突跳,选用最优等波纹法设计HB滤波器.基于Systemgenerator的设计仿真与基于FPGA芯片的硬件设计,均可以有效地验证算法,但前者降低了实验成本,缩短了实验周期,而且设计更加实用.
【总页数】5页(P467-471)
【作者】高媛菲
【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西,桂林,541004
【正文语种】中文
【中图分类】TN924
【相关文献】
1.数字下变频器中多级抽取滤波器的设计与实现 [J], 申东;罗进文
2.数字下变频中抽取滤波器的仿真与实现 [J], 陈惠兵;杨惠
3.一种数字下变频器中抽取滤波器链的设计与实现 [J], 薛继华
4.数字下变频中抽取滤波器的设计及FPGA实现 [J], 周云;冯全源
5.基于高效抽取滤波器的数字下变频设计 [J], 杨灵;吴黎晖;张蕴玉
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于高效抽取滤波器的数字下变频设计本文旨在研究基于高效抽取滤波器的数字下变频设计技术，以期更好地利用有限的信号处理资源来实现数字下变频（DFD）。

首先，本文介绍了DFD的基本原理，其次，介绍了采用高效抽取滤波器（EEF）来实现DFD的技术实现。

接下来，本文对该技术实现进行了仿真与实际测试，验证了该设计技术的可行性和有效性。

最后，本文给出了基于调制失真指标的EEF性能优化结果，展示了EEF设计的有效性。

数字下变频（DFD）是一种用数字技术实现的下变频，它在下变频技术发展过程中起着重要作用。

DFD克服了传统下变频技术较大抗扰度、稳定性低和受环境温度变化影响较大等缺点，可以帮助用户实现越来越高的灵敏度和可靠性。

但是，DFD在技术实现上也存在一些问题，例如系统复杂度高，信号处理资源有限，在实现高精度、高效率的DFD设计方面存在困难。

高效抽取滤波器（EEF）是一种可以有效利用信号处理资源的滤波器设计方案，可以在信号处理资源有限的情况下实现高性能的DFD 设计。

EEF的设计主要基于抽取滤波器和阶梯滤波器的设计策略，通过它可以实现DFD中的低失真和宽合成带宽，以提高DFD的性能。

为了证明采用EEF来实现DFD的可行性和有效性，本文对该技术进行了数字仿真和实际测试，并通过仿真和测试得出了相应的性能指标。

仿真结果表明，在信号处理资源有限的情况下，EEF的性能要比传统的滤波器设计更好，可以实现较低的失真和I/Q相位偏移，从而获得更高的性能。

实际测试同样得出了有利于EEF的结果，其测量结果与仿真结果接近，表明采用EEF来实现DFD具有良好的可行性和有效性。

另外，为了提高EEF系统的性能，本文还对EEF进行了性能优化，采用调制失真指标作为优化目标，有效地降低了EEF系统的失真，并提高了系统的回报率和精度，为DFD的应用提供了良好的技术支持。

综上所述，采用基于高效抽取滤波器的数字下变频设计技术可以在信号处理资源有限的情况下实现高性能的DFD设计，并在失真、回报率和精度等方面取得了良好的结果。

基于数字下变频的低通滤波器设计基于数字信号处理的低通滤波器设计低通滤波器是一种常见的数字信号处理技术，用于滤除高频噪声或限制信号的频率范围。

它可以帮助我们获取干净的信号，并提高信号的质量和可靠性。

基于数字信号处理的低通滤波器设计可以通过数字下变频的方式实现。

数字下变频是指将信号的采样频率降低到所需范围内，以滤除高频成分。

下面我们将详细介绍基于数字信号处理的低通滤波器设计的原理和实现步骤。

我们需要明确设计低通滤波器的频率响应要求。

根据实际应用需求，我们可以选择不同的截止频率和滤波器类型。

常见的滤波器类型有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。

接下来，我们需要进行滤波器的设计。

设计低通滤波器的一种常用方法是将模拟滤波器转换为数字滤波器。

这可以通过脉冲响应不变法或双线性变换法来实现。

脉冲响应不变法是指通过将模拟滤波器的脉冲响应和数字滤波器的脉冲响应进行匹配来实现滤波器的设计。

双线性变换法则是通过将模拟滤波器的频率响应和数字滤波器的频率响应进行匹配来实现滤波器的设计。

在设计过程中，我们还需要确定滤波器的阶数。

阶数越高，滤波器的陡峭度和滤波器的性能也会相应提高。

但是阶数过高也会导致计算复杂度的增加。

设计完成后，我们需要将滤波器的参数转化为差分方程的形式。

通过差分方程，我们可以实现滤波器的数字实现。

差分方程可以通过滤波器的传输函数进行转换。

在实际实现中，我们可以使用MATLAB等数字信号处理工具进行滤波器的设计和仿真。

通过调整滤波器的参数和结构，我们可以实现不同频率响应和滤波器性能的要求。

我们需要对设计的滤波器进行验证和评估。

通过输入测试信号并进行滤波处理，我们可以观察滤波器的输出结果，并对滤波器的性能进行评估。

常见的评估指标包括滤波器的幅频响应、相频响应、群延迟和滤波器的稳定性等。

基于数字信号处理的低通滤波器设计是一项重要的技术，它在实际应用中具有广泛的应用前景。

通过合理设计和实现，我们可以滤除噪声和提高信号质量，从而提高系统的性能和可靠性。

专利名称：一种数字下变频的迭代式抽取滤波装置及方法专利类型：发明专利
发明人：邵永丰,史浩,辛丽霞,吕佳
申请号：CN201510869981.8
申请日：20151202
公开号：CN106817107A
公开日：
20170609
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种数字下变频的迭代式抽取滤波装置及方法，所述装置包括：控制单元，用于设置迭代次数；I路抽取滤波单元，用于接收I数据，根据所述迭代次数，完成I路抽取滤波；以及Q路抽取滤波单元，用于接收Q数据，根据所述迭代次数，完成Q路抽取滤波。

本发明满足差异性较大的不同测试对象的测试需求，简化数字下变频中多级抽取滤波结构，对可变级数抽取滤波器进行整合，大幅度减少多级抽取滤波器的设计复杂度，减少固件设计资源，实现用户自定义的抽取倍数，增强抽取滤波器的使用灵活性。

申请人：北京航天测控技术有限公司
地址：100041 北京市石景山区实兴东街3号
国籍：CN
代理机构：工业和信息化部电子专利中心
代理人：梁军
更多信息请下载全文后查看。

课程设计(论文)说明书题目：CIC滤波器设计院（系）：信息与通信学院专业：学生姓名：学号：年月日摘要在数字下变频(DDC)中,CIC ( 级联积分梳状)滤波器起着重要的作用。

它主要用于采样速率的抽取,同时具有低通滤波的作用。

CIC 滤波器的主要特点是,仅利用加法器、减法器和寄存器( 无需乘法器) ,因此占用资源少、实现简单且速度高。

关键词:数字下变频; CIC 抽取滤波器AbstactThe filter of cascaded integr at or comb is becoming more important in the application of digital down converter (DDC) . Firstly , it is used to decimate the sample frequency.Secondly, it can be used as a low pass filter. The CIC filter is a flexible, multiplier-free filter which includes adders,subtracters and registers , so it uses less resorces and can play well in higher frequency . Based on the theory of CIC filter,Key words: DDC; the decim at ion filt er of CIC前言在软件无线电中, 数字下变频器接收经过高速采样的中频数字信号, 将所需的频带下变到基带。

它一般位于信号处理链的前端, 靠近A/ D。

它主要由数字振荡器、数字乘法器、数字滤波器三部分组成。

DDC 中数字滤波器的主要作用是抽取、低通滤波, 一般由FIR 滤波器实现。

但FIR 滤波器需要大量的乘法器, 且一般DDC 中的采样速率很高, 因此FIR滤波器需要工作在很高的频率, 使用资源多、功耗大。

数字下变频中抽取滤波器的设计及FPGA实现摘要：针对软件无线电接收机数字下变频中高速数字信号的降采样需求，利用半带滤波器及级联积分梳状滤波器，设计了一种半带滤波器前置的多级抽取滤波器架构。

通过Simulink搭建系统模型验证之后，利用Xilinx ISE 12.3在Xilinx xc5vsx95t-2ff1136 FPGA上实现了一种下采样率为64的抽取滤波器。

Modelsim仿真结果表明，该抽取滤波器设计是有效的，达到了设计指标。

0 引言数字下变频是软件无线电接收机的关键模块，高速数字信号进行变频、降采样、滤波，将高速中频信号变为低速基带信号[1-2]，便于后级处理。

其中，降采样和滤波是下变频的关键模块，由抽取滤波器来完成[3]。

由于多级结构可以大大降低滤波器的阶数[4]，允许每一级归一化过渡带宽比较宽[5]，抽取滤波器一般采用多级结构实现，常用结构如图1所示，wdz4-t1.gif级联积分梳状（Cascaded integrator-com，CIC）滤波器通常作为第一级抽取滤波器[1-6]。

为缩短关键路径，从而提高采样速度，滤波器常采用并行处理及流水线技术[6]。

CIC滤波器中有反馈回路，加入流水线寄存器则会导致反馈回路不同步，从而无法采用流水线技术；FIR滤波器则可以采用并行处理及流水线技术。

对于半带滤波器（Half-band Filter, HBF）而言，采用分布式算法则可以很好地兼容并行处理与流水线技术，且无需速率受限的乘法器资源。

本设计对流水线式全并行分布式算法进行改进用以实现HBF，而并行处理提高采样率是采用复制硬件的方法[7]，wdz4-t2.gif全并行结构的HBF则是复制使用LUT，在满足处理速度的要求下，本文将HBF置于数据位宽最小的输入级（如图2）。

1 抽取滤波器整体设计及Simulink建模仿真本文将64倍抽取的总抽取率分为3级实现：2倍抽取的前置HBF、16倍抽取的CIC抽取滤波器以及2倍抽取的FIR补偿滤波器，如图2所示。

基于数字下变频的低通滤波器设计周遐1金瑞2钟思佳3李瑞锋4（昆明冶金高等专科学校自动化与电力学院云南昆明650033）摘要：本文在了解数字下变频技术的基础上，对数字下变频器中的低通滤波器的结构进行了研究，然后先用MATLAB 软件根据对滤波器结构的分析进行了具体的设计，以得到VHDL 程序语言设计的相关参数和对滤波器性能的分析，最后对结果进行分析和总结。

关键词：数字低通滤波器；MATLAB ；FIRBased on DDC low pass filter designZhou Xia Jin Rui Zhong Si-jia LI rui-feng(The faculty of Automation and Electric power,kunming Metallurgy college,Kunming,650033,China )Abstract:This article in understood the DDC technology in the foundation,has conducted the research to in the DDC low pass filter structure,then used the MATLAB software basis to carry on the concrete design first to the filter structure analysis,by obtained the VHDL program language design related parameter and to the filter performance analysis,finally carried on the analysis and the summary to the result.Key words :digital lowpass filter ；MATLAB ；FIR0引言现行的软件无线电实现方案大多采用数字变频技术，通过对数字信号的采样率进行变换，以缓解DSP 处理速度的压力。

数字抽取滤波器设计概述我在参与《生物医学信号检测专用集成电路的设计和研究》这个项目的时候，被分配到一个小小的任务，就是设计sigma-deltaADC 中的数字抽取滤波器。

对很多人来说，this is a piece of cake，但是对我而言，却是挺难的。

首先，信号与系统以及数字信号处理方面的知识，本科毕业之后已经完全还给老师了。

没有办法，我不得不重新捡起这几本书，首先是《信号与系统》，两本，郑君里写的，厦门大学信息学院研究生好像是考这本教材，以前学得是我们任课老师自己写的，虽然老师好得没话说，但是那本书实在是不敢恭维。

这两本书没有详细看，但是大概内容还是做到心里有数的，特别是一些定义，概念，是一定要了解的。

本人觉得，书本下册9.2节，对我理解信号与系统帮助很大，他把信号系统中连续时间信号，离散时间信号，以及对应的连续或者是离散频谱，这几种情况进行一个比较，对宏观理解是很有帮助的。

接下来是《数字信号处理》，我看的是吴镇扬老师编写的，简单易读是我选择这本书的原因，另外一方面是因为我本科教材就是这本。

其实很多老师说这本书不好，讲得很简单，但是对于我这种比较笨的人，看这本应该差不多，如果需要更深一步的理解，可以选择清华大学胡广书老师的那本，听说不错。

这本书呢，我也是草草学习了一遍，但是IIR滤波器和FIR滤波器的设计方法，肯定要详细看的，毕竟，我的使命就是设计FIR滤波器了。

这两本书看完之后，接下来就有针对的设计我的抽取滤波器了。

相关方面的论文很多，但是真正理解消化，成为自己的东西，却是一个长期而复杂的过程。

我重点阅读了一遍硕士论文《高效窄带FIR滤波器的设计与研究》，里面很多内容写得很好，特别是对CIC滤波器的解释，感觉看完受益匪浅，感慨人家学习真是踏实认真。

在看这些论文的时候，肯定还有很多难以理解的概念，我想这个时候再去翻书查资料，会有更深刻的理解。

因为数字抽取滤波器主要有CIC滤波器，HBF，组成，因此有针对性的看些这方面的资料很重要。

基于高效抽取滤波器的数字下变频设计
1 数字下变频技术
数字下变频技术是在工业和家用电器中用于控制负载电流的一种无功补偿技术。

它能够在输入源的电压和频率变化的情况下保持负载的输出电流不变。

数字下变频技术最初由美国发明家约翰·克拉克提出，他第一次在一个地磅的控制中使用了数字下变频技术，使得它可以精确地测量物体的重量，而不受电压和频率的影响。

2 基于高效抽取滤波器的设计
基于高效抽取滤波器的数字下变频是近几年技术上取得非常重大进步的一个领域。

高效抽取滤波器可以有效帮助整个系统提高效率，大幅降低能耗和负荷，同时还可以改善数字下变频控制系统的响应速度和稳定性。

3 设计方法
在基于高效抽取滤波器的数字下变频设计中，通常会使用梯形波选择滤波器来提取带宽范围内的负载振荡信号，同时使用实时控制技术来动态调整滤波器的参数，以消除和抑制负载振荡。

此外，当变频技术用于起动，停止和调速时，可以使用内置的控制策略来调整输出电流并实现相应的控制效果。

4 结论
基于高效抽取滤波器的数字下变频设计在更大范围内提高系统效率，降低系统能耗和负荷，同时也能够提高控制的稳定性和响应速度。

经过严格设计的数字下变频技术可以有效保持负载电流稳定，在电压
和频率变化的情况下实现不同类型负载的优化控制，为用户提供更高
品质的产品。