高魯棒性低復雜度數字濾波器結構設計的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、現代科學技術的發(fā)展給人類社會帶來了翻天覆地的變化,同時也對能源提出了更高的需求。針對國際形勢的變化,國家提出了新能源規(guī)劃,鼓勵社會各界探索新型能源的應用。應當指出的是,盡管新能源開發(fā)研究是解決當前能源危機的必要手段,節(jié)能減排也是應對能源危機的重要手段。隨著信息技術的快速發(fā)展,數字信號處理技術得到了飛速發(fā)展。數字濾波器作為數字信號處理的基本核心內容之一,擁有精度高、靈活性大和易于大規(guī)模集成等諸多優(yōu)點,其應用幾乎無處不在。相應地,數字濾波器

2、所產生的功耗也是相當巨大的。所以,如何設計高性能、低功耗的數字濾波器是當代人們研究的熱點之一。
  數字濾波器的無限精度設計理論已經比較成熟并得到廣泛的應用。從理論上講,一個理想的數字濾波器可以有許多種完全等價的實現方案。然而,數字濾波器最終要用物理元器件、模塊或子濾波器來實現,由于存在著有限字長(finite wordlength-FWL)效應,濾波器中的實際性能往往要偏離理想性能。實際上,濾波器的性能與濾波器的實現結構有著密切

3、的關系,在數字濾波器的設計與實現過程中,必須考慮FWL對系統(tǒng)性能的影響。近些年發(fā)展起來的系統(tǒng)結構理論為解決該問題提供了一條有效的途徑,得到國際上越來越廣泛的關注。本文以如何提高數字系統(tǒng)性能的相關問題為背景,著重研究高魯棒性簡潔數字系統(tǒng)結構理論及設計方法。本文的主要工作和成果如下:
  1.稀疏正交濾波器結構:考慮到狀態(tài)空間實現不是唯一的,對一個特定的輸入均衡實現進行深入研究。基于矩陣分解理論,對其過渡矩陣進行分解從而得到一種正交的

4、高性能稀疏濾波器結構。與最佳實現結構相比,對一個N階數字濾波器,新結構只需4N-1個乘法器,較(N+1)2個乘法器相比節(jié)約了很大的資源。同時,無論是從參數的靈敏度還是從結構的舍入噪聲增益來分析,都表明新結構對有限字長效益具有很好的魯棒性。
  2.輸入平衡狀態(tài)空間實現結構:與直接型結構相比,級聯型結構受有限字長的影響較小。在實際應用中往往都是把設計好的高階數字濾波器轉換為多個低階(二階)的子濾波器級聯,然后優(yōu)化每個子濾波器使它們達

5、到最優(yōu)。本文基于一種特殊的輸入平衡實現,提出了一種高性能的二階數字濾波器結構。該結構在運算效率上比CORDIC技術更加有效。同時,本文對歸一化格型結構進行了舍入噪聲增益分析并給出表達式,結合全通系統(tǒng)的特點,導出了一種具有很低復雜度的復合結構。當系統(tǒng)被分解為兩個全通子系統(tǒng)再分別用歸一化格型結構實現時,相應實現具有很強對抗有限字長效應的能力。以上涉及到的兩種結構實際上都屬于特殊的輸入平衡實現結構。
  3.高效格型濾波器結構:傳統(tǒng)的格

6、型濾波器結構都是依靠系統(tǒng)傳輸函數而直接確定下來的,往往不能針對特定的性能要求(如靈敏度傳遞函數、舍入噪聲增益等)優(yōu)化。針對兩類格型濾波器結構存在的缺陷,結合這兩種傳統(tǒng)格型濾波器的特點,我們構造出具有自由度的新型簡潔格型濾波器結構,然后對所需的性能進行優(yōu)化。該結構與直接型一樣只有2N+1個乘法器,并且具有很低的參數靈敏度。該結構的提出對格型濾波器結構本身的發(fā)展具有重要意義。
  4.格型濾波器結構群:研究表明,五種基本格型單元結構雖

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