多子带可变滤波器的设计与FPGA实现

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对于一般的FIR可变滤波器,要实现其幅频响应的改变,需要改变的滤波器参数个数为数字滤波器系数的个数,使其结构复杂,实时性较差。本文在研究子带滤波器组的基础上,根据均匀DFT滤波器组理论,提出了一种基于DFT变换的可变子带滤波器结构的设计方法。同时该设计采用了多相分解的结构有效降低了硬件资源的消耗。基于DFT变换的可变子带滤波器需要改变的参数个数为子带数,远少于滤波器系数个数。文中以一个4子带的可变子带滤波器为设计实例,利用Xilinx公司的系统级建模工具System Generator搭建了该滤波器的FPGA硬件电路,并且在芯片型号为XC3SD1800A的实验箱上进行了测试和验证,结果表明通过4位编码开关可以任意设置该滤波器不同子带的组合方式,从而实现了带宽可实时改变的功能。另一方面,当FIR可变滤波器阶数较高时,采用时域线性卷积滤波,会使计算复杂度非常高。为减小复杂度,本文设计了基于OVERLAP-SAVE的可变子带滤波器,通过FFT快速滤波的方法将时域线性卷积运算转化为低复杂度的频域运算。文中以子带滤波的OFDM传输应用为例,基于以上OVERLAP-SAVE的可变子带滤波器结构,设计了两个带宽为720KHz,子载波数目各为48和24,且保护带子载波数目可变的子带滤波器。并采用Altera公司4096点FFT的IP核在Cyclone IV E器件上设计了该可变子带滤波器的原型。在Matlab环境下测试了基于该OVERLAP-SAVE的可变子带滤波器的OFDM传输模型的性能;在Modelsim下测试验证了该可变子带滤波器的功能。
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