dsp.ChannelSynthesizer

Многофазный набор фильтров синтеза БПФ

Описание

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

Объединять несколько узкополосных сигналов в широкополосный сигнал:

Создайте dsp.ChannelSynthesizer 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?.

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 Name,Value пары. 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 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.

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

Параметры создания фильтра или коэффициенты фильтра в виде одной из этих опций:

'Number of taps per band and stopband attenuation' — Задайте параметры создания фильтра через NumTapsPerBand и StopbandAttenuation свойства.
'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 каждая многофазная ветвь использует в виде положительного целого числа. Количество многофазных ветвей совпадает с количеством диапазонов частот. Общее количество коэффициентов фильтра для прототипа фильтр lowpass дано продуктом количества диапазонов частот и 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.

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 lowpass фильтрует в виде положительного действительного скаляра в дБ. Это значение управляет максимальным объемом искажения от одного диапазона частот до следующего. Больше затухание в полосе задерживания, меньший неравномерность в полосе пропускания.

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 в виде вектора-строки. Вектор по умолчанию из коэффициентов получен с помощью rcosdesign(0.25,6,8,'sqrt'). Должен быть по крайней мере один коэффициент на диапазон частот. Если длина фильтра lowpass меньше количества диапазонов частот, объектные нулевые клавиатуры коэффициенты.

Если вы задаете комплексные коэффициенты, объект проектирует 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].

Настраиваемый: да

Зависимости

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

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

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

`input` — Узкополосные сигналы
матрица | трехмерный массив

Узкополосные сигналы в виде матрицы или трехмерного массива. 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 L-by-M матрица, затем выходной сигнал, synthOut, имеет размерности L×M-by-1. Если input имеет больше чем один канал, то есть, он имеет размерности L-by-M-by-N, затем 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 L-by-M матрица, затем выходной сигнал, synthOut, имеет размерности L×M-by-1. Если input имеет больше чем один канал, то есть, он имеет размерности L-by-M-by-N, затем 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 фильтр lowpass
`tf`	Возвратите передаточную функцию полного прототипа фильтр lowpass
`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

свернуть 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

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 высокой частоте дискретизации при помощи upsampler, и затем отфильтрован фильтром lowpass. Комплексная экпонента, которая следует за фильтром lowpass, сосредотачивает сгенерированный модулированный сигнал вокруг _wk.

Моделируйте фильтр Lowpass

Чтобы реализовать набор фильтров синтеза эффективно, синтезатор использует прототип фильтр lowpass. Этот фильтр имеет импульсную характеристику h [n], нормированной двухсторонней пропускной способности 2π/M и частоты среза π/M. M является количеством диапазонов частот, то есть, ветвей набора фильтров синтеза. Это значение соответствует длине БПФ, которую использует набор фильтров. M может быть высоким в 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. Фактором модуляции дают $e^{j w_{k} n}, w_{k} = 2 π k / M, k = 0, 1, ..., M - 1$ .

Выход каждого полосового фильтра формирует определенный фрагмент широкополосного сигнала. Выход всех ветвей 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, 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 ^_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:

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

Вот многоскоростная благородная идентичность для интерполяции, принимая что D = M:

Для рисунка рассмотрите первую ветвь 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:

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

Матрица слева является матрицей IDFT. С матрицей IDFT эффективным внедрением lowpass основанный на прототипе набор фильтров похож 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 Приемники 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 — 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 — Узкополосные сигналы матрица | трехмерный массив

Выходные аргументы

synthOut — Объединенный широкополосный сигнал матрица | трехмерный массив

Функции объекта

Характерный для dsp.ChannelSynthesizer

Характерный для всех системных объектов

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

Объекты

Блоки

Функции

Документация DSP System Toolbox

Поддержка

`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` — 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™.