Channelizer

Многофазный аналитический набор фильтров БПФ

Библиотека:
DSP System Toolbox / Фильтрующий / Многоскоростные фильтры

Описание

Блок Channelizer разделяет широкополосный входной сигнал на несколько узких поддиапазонов с помощью основанного на БПФ аналитического набора фильтров. Набор фильтров использует прототип lowpass, фильтруют, и реализован с помощью многофазной структуры. Можно задать коэффициенты фильтра непосредственно или через параметры проекта. Когда вы задаете параметры проекта, фильтр разработан с помощью функции designMultirateFIR.

Этот блок принимает входные параметры переменного размера. Таким образом, во время симуляции можно изменить размер каждого входного канала. Количество каналов не может измениться.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`x` Широкополосный сигнал
L-by-1 вектор-столбец | L-by-N матрица

Введите широкополосный сигнал, который channelizer разделяет в несколько узких полос. Количество строк во входном сигнале должно быть кратным количеству диапазонов частот набора фильтров. Каждый столбец входа соответствует отдельному каналу.

Этот порт без имени, пока вы не устанавливаете Polyphase filter specification на Coefficients и выбираете параметр Specify coefficients from input port.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`coeffs` — Моделируйте коэффициенты фильтра lowpass
вектор - строка

Коэффициенты прототипа lowpass фильтр. Должен быть по крайней мере один коэффициент на диапазон частот. Если длина фильтра lowpass является меньше, чем количество диапазонов частот, нулевые клавиатуры блока коэффициенты.

Зависимости

Этот порт появляется, когда вы устанавливаете Polyphase filter specification на Coefficients и выбираете параметр Specify coefficients from input port.

Типы данных: single | double

Вывод

развернуть все

`Port_1` — Несколько узкополосных сигналов
L/M-by-M | L/M-by-M-by-N массив

Несколько узких поддиапазонов входного широкополосного сигнала. Каждый узкополосный сигнал формирует столбец в выводе.

Если вход является одним из следующего:

L-by-1 вектор-столбец — вывод является L/M-by-M матрица. M является количеством диапазонов частот.
L-by-N матрица — вывод является L/M-by-M-by-N матрица.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Параметры

развернуть все

Если параметр перечислен как настраиваемый, то можно изменить его значение во время симуляции.

`Number of frequency bands` — Количество диапазонов частот
`8` (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

Количество диапазонов частот, в которые блок разделяет входной широкополосный сигнал. Этот параметр указывает на длину БПФ и фактор десятикратного уменьшения, используемый алгоритмом.

`Polyphase filter specification` — Отфильтруйте параметры проекта или коэффициенты
`Number of taps per band and stopband attenuation` (значение по умолчанию) | `Coefficients`

Number of taps per band and stopband attenuation — Задайте параметры проекта фильтра через параметры Stopband attenuation (dB) и Number of filter taps per frequency band. Когда вы задаете параметры проекта, фильтр разработан с помощью функции designMultirateFIR.
Coefficients — Задайте коэффициенты фильтра непосредственно с помощью параметра Prototype lowpass filter coefficients или введите их через порт coeffs.

`Number of filter taps per frequency band` — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот
`12` (значение по умолчанию) | положительное целое число

Количество коэффициентов фильтра, которые использует каждое многофазное ответвление. Количество многофазных ответвлений совпадает с количеством диапазонов частот. Общее количество коэффициентов фильтра для прототипа lowpass фильтр дано Number of frequency bands × Number of filter taps per frequency band. Для данного затухания полосы задерживания, увеличивая число касаний на полосу сужает ширину перехода фильтра. В результате существует больше применимой пропускной способности для каждого диапазона частот, за счет увеличенного вычисления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Polyphase filter specification на Number of taps per band and stopband attenuation.

`Stopband attenuation (dB)` — Затухание полосы задерживания
`80` (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Затухание полосы задерживания фильтра lowpass, в дБ. Это значение управляет максимальным объемом искажения от одного диапазона частот до следующего. Когда затухание полосы задерживания увеличивается, уменьшения пульсации полосы пропускания.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Polyphase filter specification на Number of taps per band and stopband attenuation.

`Specify coefficients from input port` — Отметьте, чтобы задать коэффициенты фильтра lowpass
от (значения по умолчанию) | на

Когда вы устанавливаете этот флажок, коэффициенты фильтра lowpass вводятся через порт coeffs. Когда вы снимаете этот флажок, коэффициенты заданы на диалоговом окне блока через параметр Prototype lowpass filter coefficients.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Polyphase filter specification на Coefficients.

`Prototype lowpass filter coefficients` — Коэффициенты прототипа lowpass фильтр
`rcosdesign(0.25,6,8,'sqrt')` (значение по умолчанию) | вектор - строка

Коэффициенты прототипа lowpass фильтр. Значение по умолчанию является содействующим вектором, который возвращает rcosdesign(0.25,6,8,'sqrt'). Должен быть по крайней мере один коэффициент на диапазон частот. Если длина фильтра lowpass является меньше, чем количество диапазонов частот, нулевые клавиатуры блока коэффициенты.

Настраиваемый: да

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Polyphase filter specification на Coefficients и очистите параметр Specify coefficients from input port.

`Simulate using` — Тип симуляции, чтобы запуститься
`Interpreted execution` (значение по умолчанию) | `Code generation`

Interpreted execution
Моделируйте модель с помощью интерпретатора MATLAB^®. Эта опция сокращает время запуска и имеет более быструю скорость симуляции по сравнению с Code generation.
Code generation
Моделируйте модель с помощью сгенерированного кода C. В первый раз, когда вы запускаете симуляцию, Simulink^® генерирует код С для блока. Код С снова используется для последующих симуляций, пока модель не изменяется. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но обеспечивает более быстрые последующие симуляции.

Образцовые примеры

High Resolution Filter-Bank-Based Power Spectrum Estimation

Высокое разрешение основанная на наборе фильтров оценка спектра мощности

Выполните спектральный анализ высокого разрешения при помощи эффективного многофазного набора фильтров, иногда называемого channelizer.

Открытая модель

Синтезируйте и канализируйте аудио

Синтезируйте и канализируйте звуковые сигналы

Открыть скрипт

Характеристики блока

Типы данных	`double` \| `single`
Многомерные сигналы	`No`
Сигналы переменного размера	`Yes`

Больше о

развернуть все

Аналитический набор фильтров

Аналитический набор фильтров состоит из серии параллельных полосовых фильтров, которые разделяют входной широкополосный сигнал, x(n), в серию узких поддиапазонов. Каждый полосовой фильтр сохраняет различный фрагмент входного сигнала. После того, как пропускная способность уменьшается одним из полосовых фильтров, сигнал субдискретизируется к более низкому уровню выборки, соразмерному с новой пропускной способностью.

Моделируйте фильтр Lowpass

Чтобы реализовать аналитический набор фильтров эффективно, channelizer использует прототип lowpass фильтр. Этот фильтр имеет импульсный ответ h[n], нормированную двухстороннюю пропускную способность 2π/M и частоту среза π/M. M является количеством диапазонов частот, то есть, ответвлений аналитического набора фильтров. Это значение соответствует длине БПФ, которую использует набор фильтров. M может быть высоким на порядке 2048 или больше. Затухание полосы задерживания определяет минимальный уровень интерференции (искажение) от одного диапазона частот до другого. Пульсация полосы пропускания должна быть маленькой так, чтобы входной сигнал не был искажен в полосе пропускания.

Прототип lowpass фильтр моделирует первое ответвление набора фильтров. Другой M – 1 ответвление моделируется фильтрами, которые являются модулируемыми версиями прототипного фильтра. Фактор модуляции дан следующим уравнением:

Используя прототип фильтр Lowpass

Передаточной функцией модулируемого k th полосовой фильтр дают:

$H_{k} (z) = H_{0} (z e^{- j w_{k}}), w_{k} = 2 π k / M, k = 1, 2, ..., M - 1$

Эти данные показывают частотную характеристику фильтров M.

Получить характеристики частотной характеристики фильтра _Hk(z), куда k = 1..., M-1, однородно переключают частотную характеристику прототипного фильтра, _H0(z), множителями 2π/M. Каждый фильтр поддиапазона, _Hk (z), {k = 1..., M – 1}, выведен от прототипного фильтра.

Переключите узкие поддиапазоны к основной полосе

Частотные составляющие во входном сигнале, x(n), переводятся в частоте в основную полосу путем умножения x(n) с комплексными экспоненциалами, где, и. Получившиеся сигналы продукта передаются через фильтры lowpass, _H0(z). Вывод фильтра lowpass является относительно узким в пропускной способности. Субдискретизируйте сигнал, соразмерный с новой пропускной способностью. Выберите фактор десятикратного уменьшения, D ≤ M, где M является количеством ответвлений аналитического набора фильтров.

Данные показывают аналитический набор фильтров, который использует прототип lowpass фильтр.

_{y1(n), y2(n), ..., yM-1(n)} является узкими сигналами поддиапазона, переведенными в основную полосу.

Алгоритмы

развернуть все

Многофазная реализация

Аналитический набор фильтров может быть реализован эффективно с помощью многофазной структуры. Чтобы вывести многофазную структуру, запустите с передаточной функции прототипа lowpass фильтр:

$H_{0} (z) = b_{0} + b_{1} z^{- 1} + ... + b_{N} z^{- N}$

N +1 является длиной прототипного фильтра.

Можно перестроить это уравнение можно следующим образом:

$H_{0} (z) = \begin{matrix} (b_{0} + b_{M} z^{- M} + b_{2 M} z^{- 2 M} + .. + b_{N - M + 1} z^{- (N - M + 1)}) + \\ z^{- 1} (b_{1} + b_{M + 1} z^{- M} + b_{2 M + 1} z^{- 2 M} + .. + b_{N - M + 2} z^{- (N - M + 1)}) + \\ \begin{matrix} ⋮ \\ z^{- (M - 1)} (b_{M - 1} + b_{2 M - 1} z^{- M} + b_{3 M - 1} z^{- 2 M} + .. + b_{N} z^{- (N - M + 1)}) \end{matrix} \end{matrix}$

M является количеством многофазных компонентов.

Можно записать это уравнение как:

$H_{0} (z) = E_{0} (z^{M}) + z^{- 1} E_{1} (z^{M}) + ... + z^{- (M - 1)} E_{M - 1} (z^{M})$

_E0(zM), _E1(zM)..., _EM-1(zM) является многофазными компонентами прототипа lowpass фильтр, _H0 (z).

Другие фильтры в наборе фильтров, _Hk (z), где k = 1..., M-1, модулируемые версии этого прототипного фильтра.

Можно записать передаточную функцию k th модулируемый полосовой фильтр как.

Заменяя z на ^_ze-jwk,

$H_{k} (z) = h_{0} + h_{1} e^{- j w k} z^{- 1} + h_{2} e^{- j 2 w k} z^{- 2} ... + h_{N} e^{- j N w k} z^{- N}$

N +1 является длиной k th фильтр.

В многофазной форме уравнение следующие:

$H_{k} (z) = [1 e^{- j w_{k}} e^{- j 2 w_{k}} ... e^{- j (M - 1) w_{k}}] [\begin{matrix} E_{0} (z^{M}) \\ z^{- 1} E_{1} (z^{M}) \\ ⋮ \\ z^{- (M - 1)} E_{M - 1} (z^{M}) \end{matrix}]$

Для всех каналов M в наборе фильтров передаточной функцией MIMO, H (z), дают:

$H (z) = [\begin{matrix} \begin{array}{l} 111 & ... & 1 \end{array} \\ \begin{array}{l} 1 & e^{- j w_{1}} & e^{- j 2 w_{1}} & ... & e^{- j (M - 1) w_{1}} \end{array} \\ ⋮ \\ \begin{array}{l} 1 & e^{- j w_{M - 1}} & e^{- j 2 w_{M - 1}} & ... & e^{- j (M - 1) w_{M - 1}} \end{array} \end{matrix}] [\begin{matrix} E_{0} (z^{M}) \\ z^{- 1} E_{1} (z^{M}) \\ ⋮ \\ z^{- (M - 1)} E_{M - 1} (z^{M}) \end{matrix}]$

Вот многоскоростная благородная идентичность для десятикратного уменьшения, принимая тот D = M.

Для рисунка рассмотрите первое ответвление набора фильтров, который содержит фильтр lowpass.

Замените _H0 (z) на его многофазное представление.

После применения благородной идентичности для десятикратного уменьшения можно заменить задержки и фактор десятикратного уменьшения с переключателем коммутатора.

Для всех каналов M в наборе фильтров передаточной функцией MIMO, H (z), дают:

$H (z) = [\begin{matrix} \begin{array}{l} 111 & ... & 1 \end{array} \\ \begin{array}{l} 1 & e^{- j w_{1}} & e^{- j 2 w_{1}} & ... & e^{- j (M - 1) w_{1}} \end{array} \\ ⋮ \\ \begin{array}{l} 1 & e^{- j w_{M - 1}} & e^{- j 2 w_{M - 1}} & ... & e^{- j (M - 1) w_{M - 1}} \end{array} \end{matrix}] [\begin{matrix} E_{0} (z) \\ E_{1} (z) \\ ⋮ \\ E_{M - 1} (z) \end{matrix}]$

Матрица слева является матрицей дискретного преобразования Фурье (DFT). С матрицей ДПФ эффективное внедрение lowpass основанного на прототипе набора фильтров похоже на следующее.

Ссылки

[1] Харрис, Фредерик Дж, многоскоростная обработка сигналов для систем связи, PTR Prentice Hall, 2004.

[2] Харрис, F.J., Крис Дик и Майкл Райс. "Цифровые Получатели и Передатчики Используя Многофазные Наборы фильтров для Радиосвязей". IEEE^® Transactions на Микроволновой Теории и Методах. 51, № 4 (2003).

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Блоки

Синтезатор канала | Двухместный аналитический набор фильтров | Двухканальный аналитический фильтр поддиапазона

Системные объекты

dsp.ChannelSynthesizer | dsp.Channelizer | dsp.DyadicAnalysisFilterBank | dsp.SubbandAnalysisFilter

Документация

Channelizer

Описание

Порты

Входной параметр

x Широкополосный сигнал L-by-1 вектор-столбец | L-by-N матрица

coeffs — Моделируйте коэффициенты фильтра lowpass вектор - строка

Зависимости

Вывод

Port_1 — Несколько узкополосных сигналов L/M-by-M | L/M-by-M-by-N массив

Параметры

Number of frequency bands — Количество диапазонов частот 8 (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

Polyphase filter specification — Отфильтруйте параметры проекта или коэффициенты Number of taps per band and stopband attenuation (значение по умолчанию) | Coefficients

Number of filter taps per frequency band — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот 12 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Stopband attenuation (dB) — Затухание полосы задерживания 80 (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Зависимости

Specify coefficients from input port — Отметьте, чтобы задать коэффициенты фильтра lowpass от (значения по умолчанию) | на

Зависимости

Prototype lowpass filter coefficients — Коэффициенты прототипа lowpass фильтр rcosdesign(0.25,6,8,'sqrt') (значение по умолчанию) | вектор - строка

Зависимости

Simulate using — Тип симуляции, чтобы запуститься Interpreted execution (значение по умолчанию) | Code generation

Образцовые примеры

Высокое разрешение основанная на наборе фильтров оценка спектра мощности

Синтезируйте и канализируйте аудио

Характеристики блока

Больше о

Аналитический набор фильтров

Моделируйте фильтр Lowpass

Используя прототип фильтр Lowpass

Переключите узкие поддиапазоны к основной полосе

Алгоритмы

Многофазная реализация

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Блоки

Системные объекты

Введенный в R2017a

Документация DSP System Toolbox

Поддержка

`x` Широкополосный сигнал
L-by-1 вектор-столбец | L-by-N матрица

`coeffs` — Моделируйте коэффициенты фильтра lowpass
вектор - строка

`Port_1` — Несколько узкополосных сигналов
L/M-by-M | L/M-by-M-by-N массив

`Number of frequency bands` — Количество диапазонов частот
`8` (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

`Polyphase filter specification` — Отфильтруйте параметры проекта или коэффициенты
`Number of taps per band and stopband attenuation` (значение по умолчанию) | `Coefficients`

`Number of filter taps per frequency band` — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот
`12` (значение по умолчанию) | положительное целое число

`Stopband attenuation (dB)` — Затухание полосы задерживания
`80` (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

`Specify coefficients from input port` — Отметьте, чтобы задать коэффициенты фильтра lowpass
от (значения по умолчанию) | на

`Prototype lowpass filter coefficients` — Коэффициенты прототипа lowpass фильтр
`rcosdesign(0.25,6,8,'sqrt')` (значение по умолчанию) | вектор - строка

`Simulate using` — Тип симуляции, чтобы запуститься
`Interpreted execution` (значение по умолчанию) | `Code generation`

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.