dsp. Channelizer

Многофазный аналитический набор фильтров БПФ

Описание

Система dsp.Channelizer object™ разделяет широкополосный входной сигнал на несколько узких поддиапазонов с помощью быстрого преобразования Фурье (FFT) - базирующийся аналитический набор фильтров. Набор фильтров использует прототип lowpass, фильтруют, и реализован с помощью многофазной структуры. Можно задать коэффициенты фильтра непосредственно или через параметры проекта.

Разделять широкополосный сигнал на несколько узких поддиапазонов:

Создайте объект dsp.Channelizer и установите его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.

Создание

Синтаксис

channelizer = dsp.Channelizer

channelizer = dsp.Channelizer(M)

channelizer = dsp.Channelizer(Name,Value)

Описание

пример

channelizer = dsp.Channelizer создает многофазный аналитический Системный объект набора фильтров БПФ, который разделяет широкополосный входной сигнал на несколько узкополосных выходных сигналов. Этот объект реализует обратную операцию Системного объекта dsp.ChannelSynthesizer.

пример

channelizer = dsp.Channelizer(M) создает M - полоса многофазный аналитический набор фильтров БПФ, с набором свойств NumFrequencyBands к M.

Пример: channelizer = dsp. Формируйте каналы (16);

пример

channelizer = dsp.Channelizer(Name,Value) создает многофазный аналитический набор фильтров БПФ с каждым заданным набором свойств к заданному значению. Заключите каждое имя свойства в одинарные кавычки.

Пример: channelizer = dsp. Channelizer ('NumTapsPerBand', 20, 'StopbandAttenuation', 140);

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и функция release разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты (MATLAB).

`NumFrequencyBands` — Количество диапазонов частот
`8` (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

Количество диапазонов частот, в которые объект разделяет входной широкополосный сигнал, заданный как положительное целое число, больше, чем 1. Это свойство соответствует количеству многофазных ответвлений и длины БПФ, используемой в наборе фильтров.

Пример: 16

Пример: 64

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

Отфильтруйте параметры проекта или отфильтруйте коэффициенты, заданные как одна из этих опций:

'Number of taps per band and stopband attenuation' — Задайте параметры проекта фильтра через NumTapsPerBand и затухание Полосы задерживания (дБ) свойства.
'Coefficients' — Задайте коэффициенты фильтра непосредственно с помощью свойства LowpassCoefficients.

`NumTapsPerBand` — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот
`12` (значение по умолчанию) | положительное целое число

Количество коэффициентов фильтра каждое многофазное ответвление использование, заданное как положительное целое число. Количество многофазных ответвлений совпадает с количеством диапазонов частот. Общее количество коэффициентов фильтра для прототипа lowpass фильтр дано NumFrequencyBands × NumTapsPerBand. 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.

Пример 8

Пример: 16

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете Specification на 'Number of taps per band and stopband attenuation'.

`StopbandAttenuation` — Затухание полосы задерживания
`80` (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

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

Пример: 80

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете Specification на 'Number of taps per band and stopband attenuation'.

Типы данных: single | double

`LowpassCoefficients` — Коэффициенты прототипа lowpass фильтр
`[1×49 double]` (значение по умолчанию) | вектор - строка

Коэффициенты прототипа lowpass фильтр, заданный как вектор - строка. Должен быть по крайней мере один коэффициент на диапазон частот. Если длина фильтра lowpass является меньше, чем количество диапазонов частот, объектные нулевые клавиатуры коэффициенты.

Настраиваемый: да

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете Specification на 'Coefficients'.

Типы данных: single | double

Использование

Синтаксис

channOut = channelizer(input)

Описание

пример

channOut = channelizer(input) разделяет широкополосный входной сигнал на многие узкополосные сигналы, содержавшиеся в столбцах channelizer вывод.

Входные параметры

развернуть все

`входной параметр` Ввод данных
вектор | матрица

Ввод данных, заданный как вектор или матрица. Количество строк во входном сигнале должно быть кратным количеству диапазонов частот набора фильтров. Каждый столбец входа соответствует отдельному каналу. Если M является количеством диапазонов частот, и входом является L-by-1 матрица, то выходной сигнал имеет размерности L/M-by-M. Каждый узкополосный сигнал формирует столбец в выводе. Если вход имеет больше чем один канал, то есть, это имеет размерности L-by-N с N> 1, то вывод имеет размерности L/M-by-M-by-N.

Этот переменный размер поддержки объектов входные сигналы. Можно изменить входной формат кадра (количество строк) даже после вызова алгоритма. Однако количество каналов (количество столбцов) должно остаться постоянным.

Пример: randn (64,4)

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Выходные аргументы

развернуть все

`channOut` — Channelizer вывод
матрица | трехмерный массив

Channelizer выходной параметр, возвращенный как матрица или трехмерный массив. Если входом является L-by-1 матрица, то выходной сигнал имеет размерности L/M-by-M, где M является количеством диапазонов частот. Каждый узкополосный сигнал формирует столбец в выводе. Если вход имеет больше чем один канал, то есть, это имеет размерности L-by-N с N> 1, то вывод имеет размерности L/M-by-M-by-N.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

Характерный для dsp. Channelizer

`coeffs`	Коэффициенты прототипа lowpass фильтр
`tf`	Возвратите передаточную функцию полного прототипа lowpass фильтр
`polyphase`	Возвратите многофазную матрицу
`freqz`	Частотная характеристика просачивается channelizer
`fvtool`	Визуализируйте фильтры в channelizer
`bandedgeFrequencies`	Вычислите bandedge частоты
`centerFrequencies`	Вычислите центральные частоты
`getFilters`	Возвратите матрицу channelizer КИХ-фильтров

Характерный для всех системных объектов

`step`	Запустите алгоритм Системного объекта
`release`	Высвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
`reset`	Сбросьте внутренние состояния Системного объекта

Примеры

развернуть все

Квадратурный набор фильтров зеркала

Открыть скрипт

Квадратурный набор фильтров зеркала (QMF) содержит аналитический раздел набора фильтров и раздел набора фильтров синтеза. dsp.Channelizer реализует аналитический набор фильтров. dsp.ChannelSynthesizer реализует набор фильтров синтеза с помощью эффективной многофазной реализации на основе прототипа lowpass фильтр.

Инициализация

Инициализируйте Системные объекты dsp.ChannelSynthesizer и dsp.Channelizer. Каждый объект настраивается с 8 диапазонами частот, 8 многофазными ответвлениями в каждом фильтре, 12 коэффициентами на многофазное ответвление и затухание полосы задерживания 140 дБ. Используйте синусоиду с несколькими частотами как входной сигнал. Просмотрите входной спектр и выходной спектр с помощью спектра анализатор.

offsets = [-40,-30,-20,10,15,25,35,-15];
sinewave = dsp.SineWave('ComplexOutput',true,'Frequency',...
    offsets+(-375:125:500),'SamplesPerFrame',800);

channelizer = dsp.Channelizer('StopbandAttenuation',140);
synthesizer = dsp.ChannelSynthesizer('StopbandAttenuation',140);
spectrumAnalyzer =  dsp.SpectrumAnalyzer('ShowLegend',true,'NumInputPorts',...
    2,'ChannelNames',{'Input','Output'},'Title','Input and Output of QMF');

Потоковая передача

Используйте channelizer, чтобы разделить широкополосный входной сигнал в несколько узких полос. Затем передайте несколько узкополосных сигналов в синтезатор, который объединяет эти сигналы сформировать широкополосный сигнал. Сравните спектры сигналов ввода и вывода. Спектры ввода и вывода соответствуют очень тесно.

for i = 1:5000
    x = sum(sinewave(),2);
    y = channelizer(x);
    v = synthesizer(y);
    spectrumAnalyzer(x,v)
end

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.

Расширенные возможности

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

Указания и ограничения по применению:

Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

Смотрите также

Документация

dsp. Channelizer

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

NumFrequencyBands — Количество диапазонов частот 8 (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

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

NumTapsPerBand — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот 12 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

StopbandAttenuation — Затухание полосы задерживания 80 (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Зависимости

LowpassCoefficients — Коэффициенты прототипа lowpass фильтр [1×49 double] (значение по умолчанию) | вектор - строка

Зависимости

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

входной параметр Ввод данных вектор | матрица

Выходные аргументы

channOut — Channelizer вывод матрица | трехмерный массив

Функции объекта

Примеры

Квадратурный набор фильтров зеркала

Больше о

Аналитический набор фильтров

Моделируйте фильтр Lowpass

Используя прототип фильтр Lowpass

Переключите узкие поддиапазоны к основной полосе

Алгоритмы

Многофазная реализация

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Функции

Системные объекты

Блоки

Функции

Введенный в R2017b

Документация DSP System Toolbox

Поддержка

`NumFrequencyBands` — Количество диапазонов частот
`8` (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

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

`NumTapsPerBand` — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот
`12` (значение по умолчанию) | положительное целое число

`StopbandAttenuation` — Затухание полосы задерживания
`80` (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

`LowpassCoefficients` — Коэффициенты прототипа lowpass фильтр
`[1×49 double]` (значение по умолчанию) | вектор - строка

`входной параметр` Ввод данных
вектор | матрица

`channOut` — Channelizer вывод
матрица | трехмерный массив

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