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 M, в который 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.

`DecimationFactor` — Фактор децимации
8 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Фактор децимации D, заданный как положительное целое число, меньше чем или равное количеству диапазонов частот M.

Если фактор децимации, D равняется количеству диапазонов частот M, то M/D отношение равняется 1, и channelizer, известен как максимально подкошенный channelizer.

Если M/D отношение больше 1, выходная частота дискретизации отличается от интервала канала, и channelizer известен как немаксимально подкошенный channelizer. Если отношение является целым числом, channelizer известен как сверхдискретизированный целым числом channelizer. Если отношение не является целым числом скажем 4/3, channelizer известен как рационально сверхдискретизированный 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.

Синтезируйте и канализируйте аудио

Синтезируйте и канализируйте звуковые сигналы.

Характеристики блока

Типы данных	`double` \| `single`
Многомерные сигналы	`No`
Сигналы переменного размера	`Yes`

Больше о

развернуть все

Аналитический набор фильтров

Типовой 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 низкой частоте дискретизации, соразмерной с новой пропускной способностью.

Моделируйте фильтр Lowpass

Чтобы реализовать аналитический набор фильтров эффективно, channelizer использует прототип фильтр lowpass.

Прототип фильтр lowpass 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 порядка 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 соответствует _H0 (z) в наборе фильтров. Первая ветвь набора фильтров содержит _H0 (z) сопровождаемый decimator. Другой M – 1 ветвь содержит фильтры, 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.

Следующее является эквивалентным представлением схемы частотной характеристики с ω в пределах от [−π π].

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. Для получения дополнительной информации об аналитическом наборе фильтров смотрите Аналитический Набор фильтров.

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 передаточная функция 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

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

Вот многоскоростная благородная идентичность для децимации, принимая тот D = M.

Например, 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. Переключатель запускается на первой ветви 0 и перемещается в направление против часовой стрелки как показано в следующей схеме. Аккумулятор при выходе получает обработанные входные выборки от каждой ветви многофазной структуры и накапливает эти обработанные выборки, пока переключатель не переходит к ветви 0. Когда переключатель переходит к ветви 0, аккумулятор выводит накопленное значение.

Для всех каналов M в наборе фильтров передаточная функция 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 выглядит так основанный на прототипе набор фильтров.

Когда первая входная выборка поставляется, переключатель кормит этим входом ветвь 0, и channelizer вычисляет первый набор выходных значений. Когда более входные выборки входят, перемещения переключателя в направлении против часовой стрелки посредством ветвей M −1, M −2, полностью, чтобы перейти 0, поставляя одну выборку за один раз каждой ветви. Когда переключатель приходит к ветви 0, channelizer выходным параметрам следующий набор выходных значений. Этот процесс продолжается, когда данные удерживают прибытие. Каждый раз переключатель приходит к первой ветви 0, channelizer выходным параметрам _y0[m], _y1[m], …, _yM-1[m]. Каждая ветвь в channelizer эффективно выводит одну выборку для каждого M выборки, которые это получает. Следовательно, частотой дискретизации при выходе channelizer является fs/M.

Немаксимально подкошенный или сверхдискретизированный channelizer

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

Если отношение, M/D равняется целому числу, которое больше 1 и меньше чем или равно M −1, channelizer, известно, как сверхдискретизировано целым числом channelizer. Если отношение, M/D не является целым числом, то channelizer известен, как рационально сверхдискретизировано channelizer.

В этой настройке, когда первая входная выборка поставляется, переключатель питает этот вход, чтобы перейти 0, и channelizer вычисляет первый набор выходных значений. Когда более входные выборки входят, перемещения переключателя в направлении против часовой стрелки посредством ветвей D −1, D −2, полностью, чтобы перейти 0, поставляя одну выборку за один раз каждой ветви. Когда переключатель приходит к ветви 0, channelizer выходным параметрам следующий набор выходных значений. Этот процесс продолжается, когда данные удерживают прибытие. Каждый раз переключатель приходит к первой ветви 0, channelizer выходным параметрам _y0[m], _y1[m], …, _yM-1[m].

Когда больше данных удерживает прибытие, и переключатель кормит этими выборками первые адреса D, формальное содержимое этих адресов смещено к следующему набору адресов D, и этот процесс сдвига данных продолжается каждый раз, когда существует новый набор выборок входа D.

Для каждого входа D выборки, которые питаются многофазную структуру, channelizer выборки выходных параметров M, _y0[m], _y1[m], …, _yM-1[m]. Этот процесс увеличивает выходную частоту дискретизации с _fs/M в случае максимально подкошенного channelizer к _fs/D в случае немаксимально подкошенного channelizer.

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 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 выглядит так основанный на прототипе набор фильтров.

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 Приемники 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.Channelizer | dsp.ChannelSynthesizer | dsp.DyadicAnalysisFilterBank | dsp.SubbandAnalysisFilter

Введенный в R2017a

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

DecimationFactor — Фактор децимации8 (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

Максимально подкошенный channelizer

Немаксимально подкошенный или сверхдискретизированный channelizer

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Блоки

Объекты

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`

`DecimationFactor` — Фактор децимации
8 (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™.