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 фильтр lowpass и реализован с помощью многофазной структуры. Можно задать коэффициенты фильтра непосредственно или через расчетные параметры. Когда вы задаете расчетные параметры, фильтр создан с использованием designMultirateFIR функция.

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 выберите параметр Specify coefficients from input port.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`coeffs` — Моделируйте коэффициенты фильтра lowpass
вектор-строка

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

Если вы задаете комплексные коэффициенты, блочные конструкции прототипный фильтр, который сосредоточен на ненулевой частоте, также известной как полосовой фильтр. Модулируемые версии прототипного полосового фильтра появляются относительно прототипа, фильтруют и перенесены вокруг частотного диапазона [−Fs F _s].

Зависимости

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

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

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 выходе.

Если вход является одним из следующего:

L-by-1 вектор-столбец — выход является L/M-by-M матрица. M является количеством диапазонов частот.
L-by-N матрица — выход 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 в процессе моделирования.

`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 децимации, используемый алгоритмом.

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

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

`Oversampling ratio` — Сверхдискретизация отношения
1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Сверхдискретизация отношения в виде делителя положительной скалярной величины количества диапазонов частот.

Если значение больше 1, выходная частота дискретизации отличается от интервала канала. channelizer затем известен как немаксимально подкошенный channelizer или сверхдискретизирован channelizer. Для получения дополнительной информации см. Алгоритм.

`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 каждая многофазная ветвь. Количество многофазных ветвей совпадает с количеством диапазонов частот. Общее количество коэффициентов фильтра для прототипа фильтр lowpass дано Number of frequency bands × Number of filter taps per frequency band. 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.

Зависимости

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

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

Затухание в полосе задерживания фильтра lowpass, 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.

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 выбираете этот параметр, коэффициенты фильтра lowpass вводятся через порт coeffs. Когда вы очищаете этот параметр, 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 фильтр lowpass
`rcosdesign(0.25,6,8,'sqrt')` (значение по умолчанию) | вектор-строка

Коэффициенты прототипа фильтр lowpass. Значением по умолчанию является содействующий вектор что rcosdesign(0.25,6,8,'sqrt') возвращается. Должен быть по крайней мере один коэффициент на диапазон частот. Если длина фильтра lowpass меньше количества 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.

Поддержка комплексного числа: Да

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

Interpreted execution
Симулируйте модель с помощью интерпретатора MATLAB^®. Эта опция сокращает время запуска и имеет более быструю скорость симуляции по сравнению с Code generation.
Code generation
Симулируйте 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.

Примеры модели

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.

Открытая модель

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 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:

$e^{- j w_{k} n}, w_{k} = 2 π k / M, k = 0, 1, ..., M - 1$

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, $e^{- j w_{k} n}, w_{k} = 2 π k / M, k = 1, 2, .., M - 1$ , где $w_{k} = 2 π k / M$ , и $k = 1, 2, ..., M - 1$ . 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. Когда D <M, channelizer известен, как сверхдискретизировано или немаксимально подкошен channelizer.

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, начните 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 $H_{k} (z) = H_{0} (z e^{- j w_{k}})$ .

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:

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

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

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

Максимально подкошенный channelizer (D = M)

Когда D = M, channelizer известен как максимально подкошенный channelizer или критически производится channelizer.

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:

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

Матрица слева является матрицей дискретного преобразования Фурье (DFT). С матрицей ДПФ эффективным внедрением lowpass основанный на прототипе набор фильтров похож на следующее.

Немаксимально подкошенный channelizer (D <M)

Когда D <M, channelizer известен как немаксимально подкошенный channelizer или сверхдискретизирован channelizer. В этой настройке выходная частота дискретизации отличается от интервала канала. В дополнение к этому немаксимально подкошенное предложение channelizers увеличило свободу проекта, но за счет увеличения вычислительной стоимости.

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.

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

$H (z) = [\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & \dots & 1 \\ 1 & e^{- j w_{1}} & e^{- j 2 w_{1}} & \dots & e^{- j (M - 1) w_{1}} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ 1 & e^{- j w_{M - 1}} & e^{- j 2 w_{M - 1}} & \dots & e^{- j (M - 1) w_{M - 1}} \end{matrix}] [\begin{matrix} E_{0} (z^{M / D}) \\ E_{1} (z^{M / D}) \\ ⋮ \\ E_{M - 1} (z^{M / D}) \end{matrix}]$

Матрица слева является матрицей дискретного преобразования Фурье (DFT).

Переключатель коммутатора в случае немаксимально подкошенного channelizer запускает в положении (M/D) − 1 и прогрессирует стек, чтобы перейти 0. В двумерном многофазном фильтре новые входные выборки поставляются первому набору M/D адреса в первом столбце. Формальное содержимое этих адресов смещено к следующему набору M/D адреса. Содержимое в последнем наборе M/D обращается к сдвигам на первый M/D адреса в следующем столбце. Все выборки в двумерном фильтре подвергаются змеевидному сдвигу. Это эквивалентно выполнению линейного сдвига через прототип одномерный фильтр до многофазного раздела.

Для D = 2, вот то, как данные в памяти перемещаются:

Для каждого M/D выборки, который питается как вход, многофазная структура выборки выходных параметров M. Этот процесс увеличивает выходную частоту дискретизации с _fs/M к D _fs/M.

Для получения дополнительной информации см. [2].

После каждого D - последовательность данных точки поставляется разделенному M этапный многофазный фильтр, выходные параметры этапов M вычисляются и обусловливаются для доставки к M - БПФ точки. Перемена данных через фильтр вводит зависимый частотой сдвиг фазы. Чтобы откорректировать для этой фазы переключают и искажают все полосы к DC, буфер циклического сдвига, показанный в Fig 30 [2], вставляется после многофазных фильтров и перед M - БПФ точки.

С переключателем коммутатора, сопровождаемым M этапный многофазный фильтр, буфер циклического сдвига, и матрица ДПФ, эффективное внедрение lowpass, основанный на прототипе набор фильтров похож:

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

Channel Synthesizer | Dyadic Analysis Filter Bank | Two-Channel Analysis Subband Filter

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 частот8 (значение по умолчанию) | положительное целое число, больше, чем 1

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

Oversampling ratio — Сверхдискретизация отношения1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Number of filter taps per frequency band — Количество коэффициентов фильтра на диапазон частот12 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Stopband attenuation (dB) — Затухание в полосе задерживания80 (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 фильтр lowpass 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

Примеры модели

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

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

`Oversampling ratio` — Сверхдискретизация отношения
1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

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

`Stopband attenuation (dB)` — Затухание в полосе 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 фильтр lowpass
`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™.