一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法技術(shù)

一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法，涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器硬件系統(tǒng)的濾波器的補(bǔ)償方法。為了解決實(shí)際的低通濾波器與理想低通濾波器之間的非理想差異使得信號(hào)的理想重構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，本發(fā)明專利技術(shù)首先結(jié)合理想濾波器采樣頻率得到理想濾波器情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)，并根據(jù)非理想濾波器采樣頻率和采樣時(shí)長(zhǎng)得到實(shí)際情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)；獲得非理想濾波器在支持集的頻點(diǎn)處的頻響特性，并確定物理硬件系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)需要補(bǔ)償?shù)念l點(diǎn)位置，然后計(jì)算傅立葉補(bǔ)償系數(shù)并進(jìn)行非理想濾波器的傅立葉系數(shù)補(bǔ)償，最后進(jìn)行逆離散傅里葉變換得到補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)。本發(fā)明專利技術(shù)適用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器硬件系統(tǒng)的濾波器的補(bǔ)償。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法
本專利技術(shù)涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器硬件系統(tǒng)的濾波器的補(bǔ)償方法。
技術(shù)介紹
2004年由E.Candès、T.Tao等人提出的壓縮感知(CompressedSensing,CS)或稱稱壓縮采樣(CompressiveSampling，CS)是一種全新的信號(hào)采集理論，它充分利用信號(hào)稀疏性或可壓縮性，對(duì)信號(hào)先進(jìn)行壓縮再采樣，打破了傳統(tǒng)信號(hào)采集中先采樣后壓縮傳輸?shù)挠^念。CS理論指出，當(dāng)信號(hào)具有稀疏性時(shí)，可以通過(guò)全局觀測(cè)的方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)壓縮和采樣，只需要采集少量非自適應(yīng)的線性觀測(cè)值就可以獲得信號(hào)的全部信息，所以采樣率遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣率。由CS理論發(fā)展出的多種壓縮采樣結(jié)構(gòu)，如隨機(jī)解調(diào)系統(tǒng)、隨機(jī)調(diào)制預(yù)積分系統(tǒng)、調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器(ModulatedWidebandConverter，MWC)等。其中調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有硬件實(shí)現(xiàn)可行性更好的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻域稀疏的多頻帶信號(hào)的壓縮采樣與重構(gòu)，僅用商業(yè)器件解決了高頻信號(hào)的采樣硬件設(shè)備龐大昂貴問(wèn)題。調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由多組結(jié)構(gòu)相同的通道組成，每個(gè)通道主要由乘法器、低通濾波器、低速采樣模塊組成。多頻帶信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)后，同時(shí)與多路不同的偽隨機(jī)序列進(jìn)行混頻，這個(gè)過(guò)程利用了通信理論中的頻譜擴(kuò)展技術(shù)，混頻前端將信號(hào)頻譜搬移到基帶內(nèi)進(jìn)行處理，混頻后的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)理想低通濾波之后被低速ADC進(jìn)行均勻采樣，理想低通濾波器的頻響特性如圖2所示，多路采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)重構(gòu)后便可以得到原始信號(hào)的奈奎斯特采樣數(shù)據(jù)。在調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的理論論述過(guò)程中，需要使用理想低通濾波器對(duì)調(diào)制后的模擬信號(hào)進(jìn)行處理。而在實(shí)際應(yīng)用中，理想低通濾波器很難通過(guò)現(xiàn)有硬件設(shè)備條件實(shí)現(xiàn)，人們往往使用高階巴特沃斯或切比雪夫?yàn)V波器進(jìn)行代替。實(shí)際的低通濾波器與理想低通濾波器相比，主要存在以下三點(diǎn)不足：1)頻響函數(shù)H(f)在通帶不一定是平坦的，即有可能存在通帶波動(dòng)與衰減；2)H(f)不具備矩形頻響特性，即通帶與阻帶之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)驟變；3)阻帶的|H(f)|不是嚴(yán)格的0，即阻帶衰減不夠。由于實(shí)際的低通濾波器存在以上的不足，所以此時(shí)對(duì)調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)采樣進(jìn)行頻域分析時(shí)，便不可忽略濾波器頻響函數(shù)H(f)帶來(lái)的影響，如果不消除這些影響系統(tǒng)便難以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的理想重構(gòu)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決實(shí)際的低通濾波器與理想低通濾波器之間的非理想差異使得信號(hào)的理想重構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)，從而提出一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法。一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：步驟一、假設(shè)每次采樣時(shí)長(zhǎng)為t，結(jié)合理想濾波器采樣頻率fs得到理想濾波器情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)N1；步驟二、使用非理想濾波器時(shí)，非理想濾波器采樣頻率fs′滿足|H(fs′/2)|≤-60dB，且非理想濾波器的截止頻率滿足fp≥fs；根據(jù)非理想濾波器采樣頻率fs′和采樣時(shí)長(zhǎng)為t得到實(shí)際情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)N2；其中H(·)表示頻響特性；步驟三、獲得非理想濾波器在支持集f1的頻點(diǎn)處的頻響特性f1＝n1fs/N1n1∈[-N1/2,N1/2]且n1∈Z中，j為虛數(shù)單位，f為支持集f1中的頻點(diǎn)，Ts′為非理想濾波器采樣時(shí)間間隔；Z為整數(shù)集合；步驟四、確定物理硬件系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)需要補(bǔ)償?shù)念l點(diǎn)位置：采樣數(shù)據(jù)補(bǔ)償頻點(diǎn)的支持集f2滿足且滿足f2在[-fs/2,fs/2]范圍內(nèi)的支持集等于f1；f2＝n2fs'/N2n2∈[-N2/2,N2/2]且n2∈Z步驟五、計(jì)算補(bǔ)償頻點(diǎn)位置的傅立葉補(bǔ)償系數(shù)在支持集f1中相應(yīng)頻點(diǎn)的補(bǔ)償系數(shù)是對(duì)應(yīng)的非理想濾波器頻響特性的倒數(shù)，對(duì)于頻點(diǎn)位置的補(bǔ)償系數(shù)為0，如下：步驟六、在物理硬件系統(tǒng)中進(jìn)行非理想濾波器的傅立葉系數(shù)補(bǔ)償：針對(duì)每次在采樣時(shí)長(zhǎng)t內(nèi)采樣得到的數(shù)據(jù)yi′[n]，首先進(jìn)行N2點(diǎn)的離散傅立葉變換得到由步驟五得到的傅立葉補(bǔ)償系數(shù)在相應(yīng)頻點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)相乘，得到補(bǔ)償后的采樣數(shù)據(jù)的傅立葉變換步驟七、對(duì)進(jìn)行逆離散傅里葉變換得到補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)yi″[n]。此時(shí)的采樣數(shù)據(jù)和理論上理想濾波器的差異很小，唯一的區(qū)別是采樣率fs′≥fs。yi″[n]可直接進(jìn)入后續(xù)的信號(hào)重構(gòu)過(guò)程，重構(gòu)信號(hào)的誤差和使用理想濾波器情況下的差異很小。優(yōu)選地，步驟一所述的N1＝fs*t。優(yōu)選地，步驟二所述的N2＝fs′*t。優(yōu)選地，步驟二所述的非理想濾波器采樣頻率fs′＝1/Ts′。優(yōu)選地，步驟三中通過(guò)儀器測(cè)量或者隨機(jī)序列沖擊響應(yīng)法獲得非理想濾波器在支持集f1的頻點(diǎn)處的頻響特性本專利技術(shù)具有以下有益效果：本專利技術(shù)充分利用了信號(hào)在模擬域和離散域的特性，通過(guò)對(duì)調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣得到的數(shù)據(jù)直接在頻域進(jìn)行傅立葉系數(shù)補(bǔ)償，解決了調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器在硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中非理想濾波器因素對(duì)信號(hào)重構(gòu)的影響，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的理想重構(gòu)。通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，本專利技術(shù)方法操作簡(jiǎn)單，使用方便，能夠補(bǔ)償大多數(shù)類型濾波器的非理想特性，重構(gòu)出來(lái)的信號(hào)誤差非常小。附圖說(shuō)明圖1為調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為理想低通濾波器的頻響特性曲線；圖3為應(yīng)用本專利技術(shù)后的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4-圖6為對(duì)比實(shí)驗(yàn)效果圖；其中，圖4為原始被測(cè)信號(hào)，圖5是未進(jìn)行非理想濾波器補(bǔ)償?shù)男盘?hào)重構(gòu)結(jié)果，圖6為進(jìn)行本專利技術(shù)補(bǔ)償后的信號(hào)重構(gòu)結(jié)果；圖7為不同階數(shù)的巴特沃斯、橢圓、切比雪夫I型濾波器經(jīng)過(guò)本專利技術(shù)的補(bǔ)償后的效果圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：步驟一、假設(shè)每次采樣時(shí)長(zhǎng)為t，結(jié)合理想濾波器采樣頻率fs得到理想濾波器情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)N1；步驟二、使用非理想濾波器時(shí)，非理想濾波器采樣頻率fs′滿足|H(fs′/2)|≤-60dB，且非理想濾波器的截止頻率滿足fp≥fs；根據(jù)非理想濾波器采樣頻率fs′和采樣時(shí)長(zhǎng)為t得到實(shí)際情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)N2；其中H(·)表示頻響特性；步驟三、獲得非理想濾波器在支持集f1的頻點(diǎn)處的頻響特性f1＝n1fs/N1n1∈[-N1/2,N1/2]且n1∈Z中，j為虛數(shù)單位，f為支持集f1中的頻點(diǎn)，Ts′為非理想濾波器采樣時(shí)間間隔；Z為整數(shù)集合；步驟四、確定物理硬件系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)需要補(bǔ)償?shù)念l點(diǎn)位置：采樣數(shù)據(jù)補(bǔ)償頻點(diǎn)的支持集f2滿足且滿足f2在[-fs/2,fs/2]范圍內(nèi)的支持集等于f1；f2＝n2fs'/N2n2∈[-N2/2,N2/2]且n2∈Z步驟五、計(jì)算補(bǔ)償頻點(diǎn)位置的傅立葉補(bǔ)償系數(shù)在支持集f1中相應(yīng)頻點(diǎn)的補(bǔ)償系數(shù)是對(duì)應(yīng)的非理想濾波器頻響特性的倒數(shù)，對(duì)于頻點(diǎn)位置的補(bǔ)償系數(shù)為0，如下：步驟六、在物理硬件系統(tǒng)中進(jìn)行非理想濾波器的傅立葉系數(shù)補(bǔ)償：針對(duì)每次在采樣時(shí)長(zhǎng)t內(nèi)采樣得到的數(shù)據(jù)yi′[n]，首先進(jìn)行N2點(diǎn)的離散傅立葉變換得到由步驟五得到的傅立葉補(bǔ)償系數(shù)在相應(yīng)頻點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)相乘，得到補(bǔ)償后的采樣數(shù)據(jù)的傅立葉變換步驟七、對(duì)進(jìn)行逆離散傅里葉變換得到補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)yi″[n]。此時(shí)的采樣數(shù)據(jù)和理論上理想濾波器的差異很小，唯一的區(qū)別是采樣率fs′≥fs。yi″[n]可直接進(jìn)入后續(xù)的信號(hào)重構(gòu)過(guò)程，重構(gòu)信號(hào)的誤差和使用理想濾波器情況下的差異很小。雖然在物理上無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想濾波器，但是按照本專利技術(shù)直接對(duì)采樣值進(jìn)行處理，使其在濾波和補(bǔ)償后類似于通過(guò)了一個(gè)理想濾波器，結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖中，x(t)為被測(cè)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、假設(shè)每次采樣時(shí)長(zhǎng)為t，結(jié)合理想濾波器采樣頻率f

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的非理想濾波器的補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、假設(shè)每次采樣時(shí)長(zhǎng)為t，結(jié)合理想濾波器采樣頻率fs得到理想濾波器情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)N1；步驟二、使用非理想濾波器時(shí)，非理想濾波器采樣頻率fs′滿足|H(fs′/2)|≤-60dB，且非理想濾波器的截止頻率滿足fp≥fs；根據(jù)非理想濾波器采樣頻率fs′和采樣時(shí)長(zhǎng)為t得到實(shí)際情況下每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)N2；其中H(·)表示頻響特性；步驟三、獲得非理想濾波器在支持集f1的頻點(diǎn)處的頻響特性f1＝n1fs/N1n1∈[-N1/2,N1/2]且n1∈Z中，j為虛數(shù)單位，f為支持集f1中的頻點(diǎn)，Ts′為非理想濾波器采樣時(shí)間間隔；Z為整數(shù)集合；步驟四、確定物理硬件系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)需要補(bǔ)償?shù)念l點(diǎn)位置：采樣數(shù)據(jù)補(bǔ)償頻點(diǎn)的支持集f2滿足且滿足f2在[-fs/2,fs/2]范圍內(nèi)的支持集等于f1；f2＝n2fs'/N2n2∈[-N2/2,N2/2]且n2∈Z步驟五、計(jì)算補(bǔ)償頻點(diǎn)位置的傅立葉補(bǔ)償系數(shù)在支持集f1中相應(yīng)頻點(diǎn)的補(bǔ)償系數(shù)是對(duì)應(yīng)的非理想濾波器頻響特性的倒數(shù)，對(duì)于頻點(diǎn)位置的補(bǔ)償系數(shù)為0，如下：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：付寧，張京超，杜帥樂(lè)，喬立巖，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：黑龍江,23