dsp.Channelizer

Многофазный аналитический набор фильтров БПФ

Описание

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

Разделять широкополосный сигнал на несколько узких поддиапазонов:

Создайте dsp.Channelizer объект и набор 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 dsp.ChannelSynthesizer Системный объект.

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 release функция 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 ветвей и длины БПФ, используемой в наборе фильтров.

Пример: 16

Пример: 64

`Specification` — Параметры создания фильтра или коэффициенты
`'Number of taps per band and stopband attenuation'` (значение по умолчанию) | `'Coefficients'`

Параметры создания фильтра или коэффициенты фильтра, заданные как одна из этих опций:

'Number of taps per band and stopband attenuation' — Задайте параметры создания фильтра через NumTapsPerBand и Затухание в полосе 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 каждая многофазная ветвь использование, заданное как положительное целое число. Количество многофазных ветвей совпадает с количеством диапазонов частот. Общее количество коэффициентов фильтра для прототипа фильтр lowpass дано NumFrequencyBands × NumTapsPerBand. Для данного затухания в полосе задерживания, увеличивая число касаний на полосу сужает ширину перехода фильтра. В результате существует больше применимой пропускной способности для каждого диапазона частот за счет увеличенного расчета.

Пример 8

Пример: 16

Зависимости

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

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

Затухание в полосе задерживания фильтра lowpass, заданного как положительный действительный скаляр в дБ. Это значение управляет максимальным объемом искажения от одного диапазона частот до следующего. Когда затухание в полосе задерживания увеличивается, уменьшения неравномерности в полосе пропускания. Для данного затухания в полосе задерживания, увеличивая число касаний на полосу сужает ширину перехода фильтра. В результате существует больше применимой пропускной способности для каждого диапазона частот за счет увеличенного расчета.

Пример: 80

Зависимости

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

Типы данных: single | double

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

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

Настраиваемый: да

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете Specification к '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 выход.

Входные параметры

развернуть все

`input` — 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 выходе. Если вход имеет больше чем один канал, то есть, это имеет размерности L-by-N с N> 1, то выход имеет размерности L/M-by-M-by-N.

Этот переменный размер поддержки объектов входные сигналы. Можно изменить размер входного 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 выход
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 выходе. Если вход имеет больше чем один канал, то есть, это имеет размерности L-by-N с N> 1, то выход 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 фильтр lowpass
`tf`	Возвратите передаточную функцию полного прототипа фильтр lowpass
`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 фильтр lowpass.

Инициализация

Инициализируйте dsp.Channelizer и dsp.ChannelSynthesizer Системные объекты. Каждый объект настраивается с 8 диапазонами частот, 8 многофазными ветвями в каждом фильтре, 12 коэффициентами на многофазную ветвь и затуханием в полосе 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 прорежен к более низкому уровню выборки, соразмерному с новой пропускной способностью.

Моделируйте фильтр Lowpass

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

Прототип фильтр lowpass моделирует первую ветвь набора фильтров. Другой M – 1 ветвь 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:

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

Этот рисунок показывает 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 из 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 экпонентами, где, и. Получившиеся сигналы продукта передаются через фильтры lowpass, _H0(z). Выход фильтра lowpass является относительно узким в пропускной способности. Downsample сигнал, соразмерный с новой пропускной способностью. Выберите фактор децимации, D ≤ M, где M является количеством ветвей аналитического набора фильтров.

Рисунок показывает аналитический набор фильтров, который использует прототип фильтр lowpass.

_{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 фильтр lowpass:

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

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 фильтр lowpass, _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 децимации, принимая тот D = M.

Для рисунка рассмотрите первую ветвь набора фильтров, который содержит фильтр lowpass.

Замените _H0 (z) на его многофазное представление.

После применения благородной идентичности для децимации можно заменить задержки и фактор децимации 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 эффективным внедрением lowpass основанный на прототипе набор фильтров похож 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 частот8 (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

Specification — Параметры создания фильтра или коэффициенты 'Number of taps per band and stopband attenuation' (значение по умолчанию) | 'Coefficients'

NumTapsPerBand — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот12 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

StopbandAttenuation — Затухание в полосе задерживания80 (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Зависимости

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

Зависимости

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

input — Ввод данных вектор | матрица

Выходные аргументы

channOut — Channelizer выход матрица | трехмерный массив

Функции объекта

Характерный для dsp. Channelizer

Характерный для всех системных объектов

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` — Параметры создания фильтра 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 в полосе задерживания
80 (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

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

`input` — Ввод данных
вектор | матрица

`channOut` — Channelizer выход
матрица | трехмерный массив

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