dsp. ChannelSynthesizer

Многофазный набор фильтров синтеза БПФ

Описание

Система dsp.ChannelSynthesizer object™ объединяет несколько узкополосных сигналов в широкополосный сигнал при помощи основанного на БПФ набора фильтров синтеза. Набор фильтров использует прототип lowpass, фильтруют, и реализован с помощью многофазной структуры. Можно задать коэффициенты фильтра непосредственно или через параметры проекта.

Объединять несколько узкополосных сигналов в широкополосный сигнал:

Создайте объект dsp.ChannelSynthesizer 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

synthesizer = dsp.ChannelSynthesizer

synthesizer = dsp.ChannelSynthesizer(Name,Value)

Описание

пример

synthesizer = dsp.ChannelSynthesizer создает объект синтезатора, с помощью свойств по умолчанию.

synthesizer = dsp.ChannelSynthesizer(Name,Value) задает дополнительные свойства с помощью пар Name,Value. Незаданные свойства имеют значения по умолчанию.

Пример: synthesizer = dsp.ChannelSynthesizer('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).

`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 свойства NumTapsPerBand и StopbandAttenuation.
'Coefficients' — Задайте коэффициенты фильтра непосредственно с помощью 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 продуктом количества диапазонов частот и 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.

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. Больше затухание полосы задерживания, меньший пульсация полосы пропускания.

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

synthOut = synthesizer(input)

Описание

пример

synthOut = synthesizer(input) объединяет узкополосные входные сигналы, содержавшиеся как столбцы в input в широкополосный сигнал, synthOut.

Входные параметры

развернуть все

`входной параметр` Узкополосные сигналы
матрица | трехмерный массив

Узкополосные сигналы, заданные как матрица или трехмерный массив. Каждый узкополосный сигнал хранится как столбец во входном сигнале. Количество столбцов в input соответствует количеству диапазонов частот набора фильтров. Если input 3D, каждая матрица соответствует отдельному каналу. Если M является количеством диапазонов частот, и input является L-by-M матрица, то выходной сигнал, synthOut, имеет размерности L×M-by-1. Если input имеет больше чем один канал, то есть, это имеет размерности L-by-M-by-N, то synthOut имеет размерности L×M-by-N.

Этот объект также принимает входные параметры переменного размера. Таким образом, если объект заблокирован, можно изменить размер каждого входного канала. Количество каналов не может измениться.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Выходные аргументы

развернуть все

`synthOut` — Объединенный широкополосный сигнал
матрица | трехмерный массив

Объединенный широкополосный сигнал, возвращенный как матрица или трехмерный массив. Если M является количеством диапазонов частот, и input является L-by-M матрица, то выходной сигнал, synthOut, имеет размерности L×M-by-1. Если input имеет больше чем один канал, то есть, это имеет размерности L-by-M-by-N, то synthOut имеет размерности L×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. ChannelSynthesizer

`coeffs`	Коэффициенты прототипа lowpass фильтр
`tf`	Возвратите передаточную функцию полного прототипа lowpass фильтр
`polyphase`	Возвратите многофазную матрицу

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

Набор фильтров синтеза

Набор фильтров синтеза состоит из набора параллельных полосовых фильтров, которые объединяют несколько входных узкополосных сигналов, _y0 (n), _y1 (n)..., _yM-1 (n) в один широкополосный сигнал, v(n). Входные узкополосные сигналы находятся в основной полосе. Каждый узкополосный сигнал интерполирован к более высокому уровню выборки при помощи upsampler, и затем отфильтрован фильтром lowpass. Комплексный экспоненциал, который следует за фильтром lowpass, сосредотачивает основополосный сигнал вокруг _wk.

Моделируйте фильтр Lowpass

Чтобы реализовать набор фильтров синтеза эффективно, синтезатор использует прототип lowpass фильтр. Этот фильтр имеет импульсный ответ h [n], нормированной двухсторонней пропускной способности 2π/M и частоты среза π/M. M является количеством диапазонов частот, то есть, ответвлений набора фильтров синтеза. Это значение соответствует длине БПФ, которую использует набор фильтров. M может быть высоким в 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. Фактором модуляции дают.

Вывод каждого полосового фильтра формирует определенный фрагмент широкополосного сигнала. Вывод всех ответвлений добавляется, чтобы сформировать широкополосный сигнал, v(n).

Алгоритмы

развернуть все

Многофазная реализация

Набор фильтров синтеза 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 ^_zejwk,

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

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 интерполяции, принимая что 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 интерполяции можно заменить задержки, коэффициент интерполяции и сумматор 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 IDFT. С матрицей IDFT 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, Майкл Райс. "Цифровые Получатели и Передатчики Используя Многофазные Наборы фильтров для Радиосвязей". Транзакции IEEE на микроволновой теории и методах. Издание 51, Номер 4, апрель 2003.

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. ChannelSynthesizer

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

`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` Узкополосные сигналы
матрица | трехмерный массив

Выходные аргументы

`synthOut` — Объединенный широкополосный сигнал
матрица | трехмерный массив

Функции объекта

Примеры

Квадратурный набор фильтров зеркала

Больше о

Набор фильтров синтеза

Моделируйте фильтр Lowpass

Алгоритмы

Многофазная реализация

Ссылки

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

Документация

dsp. ChannelSynthesizer

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

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 Узкополосные сигналы матрица | трехмерный массив

Выходные аргументы

synthOut — Объединенный широкополосный сигнал матрица | трехмерный массив

Функции объекта

Примеры

Квадратурный набор фильтров зеркала

Больше о

Набор фильтров синтеза

Моделируйте фильтр Lowpass

Алгоритмы

Многофазная реализация

Ссылки

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

`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` Узкополосные сигналы
матрица | трехмерный массив

`synthOut` — Объединенный широкополосный сигнал
матрица | трехмерный массив

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