通信系統(tǒng)中的多采樣率信號(hào)處理

前言

　　多采樣率數(shù)字信號(hào)處理（Multirate I）igital Signal Processing）是自20世紀(jì)70年代開始發(fā)展起來的數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的一門重要技術(shù)，因其能靈活地轉(zhuǎn)換采樣率，已成為信號(hào)處理學(xué)科中的重要內(nèi)容。從20世紀(jì)80年代初開始，多采樣率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已在工程實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用，如通信系統(tǒng)、語音、圖像壓縮、數(shù)字音頻系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)和自適應(yīng)信號(hào)處理等，通過采樣率的轉(zhuǎn)換來降低信號(hào)處理的計(jì)算復(fù)雜度和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，從而高效率地完成信號(hào)的存儲(chǔ)、傳輸和處理等。如今，隨著軟件無線電的興起，多采樣率數(shù)字信號(hào)處理已成為軟件無線電中的關(guān)鍵技術(shù)之一?！　”緯髡逨redric J.Harris教授，在美國(guó)SDSI.J（圣地亞哥州立大學(xué)）通信系統(tǒng)與信號(hào)處理學(xué)院長(zhǎng)期從事有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理和通信系統(tǒng)的教學(xué)和研究工作。“多采樣率信號(hào)處理”便是Harris教授所講授的一門研究生課程，而本書的大部分內(nèi)容則一直包含在這一課程的教學(xué)中。書中許多部分都反映了作者在長(zhǎng)期從事多采樣率信號(hào)處理的教學(xué)和研究工作中所形成的獨(dú)特見解和觀點(diǎn)，如遞歸全通濾波器的有關(guān)內(nèi)容。他以獨(dú)特的視角闡明了線性時(shí)變（LTV）或周期性時(shí)變（PTV’）系統(tǒng)令人驚奇的特性?！　”緯ㄟ^精選的內(nèi)容，借助各種圖形圖表以及多采樣率信號(hào)處理的大量實(shí)際應(yīng)用實(shí)例，清晰而直觀地為我們展現(xiàn)了多采樣率信號(hào)處理的獨(dú)特魅力。本書有兩大特色：一是許多問題的闡述都是基于工程實(shí)際應(yīng)用背景，與工程應(yīng)用緊密聯(lián)系；二是擅于借助圖形圖表以及對(duì)圖形圖表的解釋來說明復(fù)雜的問題。正如作者所言，他是一條腿在學(xué)術(shù)界而另一條腿在商業(yè)界，在知識(shí)的殿堂和工業(yè)需求中遨游。本書不僅給出了大量的應(yīng)用實(shí)例，而且在每章末尾都附有若干習(xí)題，并緊扣章節(jié)給出了參考文獻(xiàn)，以方便讀者能進(jìn)一步地深入研究?！　”緯牡?章至第8章由王霞翻譯，其余章節(jié)由張國(guó)梅翻譯。本書是在西安交通大學(xué)信息與通信工程系劉樹棠教授的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的。在本書翻譯初稿完成后，劉樹棠教授在認(rèn)真審讀完后給出了詳細(xì)的修改意見和建議，對(duì)本書中譯本的最后完成起到了重要作用。在此致以衷心地感謝。此外，在本書的翻譯過程中還得到了西安交通大學(xué)信息與通信工程系殷勤業(yè)教授和任品毅副教授的關(guān)心和幫助，在此表示衷心地感謝。最后，向本書的責(zé)任編輯鮑媛表示衷心地感謝，沒有他們的幫助，本書將難以完成?！　≡瓡杏猩倭枯斎牒团虐娴氖杪诜g過程中做了改動(dòng)。由于譯者的水平有限和不可避免的主觀片面性，翻譯不當(dāng)或表述不清之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者及專家批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書涵蓋以下內(nèi)容：    時(shí)域和頻域中的采樣及重采樣效果    FIR濾波器性能指標(biāo)與濾波器長(zhǎng)度(抽頭數(shù))的關(guān)系    窗函數(shù)設(shè)計(jì)及等波紋(Remez)設(shè)計(jì)技術(shù)    平方根奈奎斯特和半帶濾波器，包括設(shè)計(jì)增強(qiáng)新技術(shù)    多相FIR濾波器：增采樣、減采樣和級(jí)聯(lián)增減采樣    實(shí)現(xiàn)任意采樣率變換的多相內(nèi)插器和濾波器    二元半帶濾波器，包括正交鏡像濾波器    多相信道器，包括M路調(diào)制器，解調(diào)信道組、并行內(nèi)插和信道組構(gòu)成    遞歸全通濾波器的完整描述，一個(gè)之前從未如此詳盡涉及的主題    傳統(tǒng)DSP設(shè)計(jì)技術(shù)的比較    豐富的涉及各個(gè)方面的具體應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介

弗雷德里克·哈里斯(Fredric J.Harrjs)是美國(guó)SDSU(圣地亞哥州立大學(xué))電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院教授，擔(dān)任通信系統(tǒng)與信號(hào)處理協(xié)會(huì)的CLJBIC信號(hào)處理主席。他從1967年開始在SDSU講授DSP和通信技術(shù)課程。他在數(shù)字接收機(jī)和DSP技術(shù)方面持有多項(xiàng)專利，在DSP全球會(huì)議上進(jìn)行了多次專題報(bào)告，并擔(dān)任了許多致力于建立高性能DSP系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)的技術(shù)顧問。

書籍目錄

譯者序前言第1章  為什么要采用多采樣率濾波器  1.1  光盤4:1過采樣  1.2  抗混疊濾波  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第2章  重采樣過程  2.1  采樣序列    2.1.1  重采樣序列的調(diào)制特性描述  2.2  什么是多采樣率濾波器    2.2.1  重采樣器的特性    2.2.2  重采樣濾波器舉例  2.3  多采樣率濾波器的應(yīng)用前景  2.4  奈奎斯特與采樣過程  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第3章  數(shù)字濾波器  3.1  濾波器的性能參數(shù)  3.2  加窗處理  3.3  Remez算法    3.3.1  等波紋與l/f波紋設(shè)計(jì)    3.3.2  可接受的帶內(nèi)波紋電乎  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第4章  有用的濾波器種類  4.1  奈奎斯特濾波器和平方根奈奎斯特濾波器  4.2  通信路徑  4.3  采樣余弦抽頭器    4.3.1  根升余弦旁辦電平    4.3.2  阻帶衰減的改進(jìn)  4.4  半帶濾波器  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第5章  利用重采樣濾波器的系統(tǒng)  5.1  采樣率與帶寬之比較大時(shí)的濾波    5.1.1  部分和累加器：對(duì)偶形式    5.1.2  基帶內(nèi)窄帶噪聲的產(chǎn)生    5.1.3  載頻處窄帶噪聲的產(chǎn)生  5.2  多采樣率濾波器的工作量  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第6章  多相FIR濾波器  6.1  信道器    6.1.1  帶通濾波器的變換  6.2  分離混疊  參考文獻(xiàn)”  習(xí)題第7章  重采樣濾波器  7.1  內(nèi)插器    7.1.1  簡(jiǎn)單1:M內(nèi)插器  7.2  內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)    7.2.1  多相分解  7.3  帶通內(nèi)插器  7.4  有理數(shù)比例的采樣  7.5  任意重采樣比    7.5.1  最鄰近點(diǎn)樣本間的內(nèi)插    7.5.2  兩相鄰值的內(nèi)插  7.6  法羅濾波器    7.6.1  經(jīng)典內(nèi)插器    7.6.2  多項(xiàng)式近似    7.6.3  法羅濾波器  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第8章  半帶濾波器  8.1  半帶低通濾波器  8.2  半帶高通濾波器  8.3  半帶濾波器的窗口設(shè)計(jì)  8.4  半帶濾波器的Rcmez算法設(shè)計(jì)    8.4.1  半帶Remez算法的設(shè)計(jì)技巧  8.5  希爾伯特變換的帶通濾波器    8.5.1  希爾伯特變換濾波器的應(yīng)用  8.6  利用低通半帶濾波器的內(nèi)插  8.7  二分半帶濾波器  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第9章  多相信道器  9.1  解調(diào)器信道組  9.2  任意輸出樣本率    9.2.1  設(shè)計(jì)選擇比較  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第10章  遞歸多相濾波器  10.1  全通遞歸濾波器    10.1.1  全通濾波器性質(zhì)    10.1.2  實(shí)現(xiàn)一階全通網(wǎng)絡(luò)  10.2  雙路全通遞歸濾波器    10.2.1  雙路半帶濾波器：非均勻相位    10.2.2  雙路半帶濾波器：線性相位  10.3  非均勻和等波紋相位雙路濾波器比較  10.4  半帶濾波器的通帶和阻帶響應(yīng)  10.5  變換半帶到任意帶寬    10.5.1  低通到低通變換    10.5.2  低通到帶通變換  10.6  遞歸半帶濾波器的多采樣率考慮  10.7  雙路全通濾波器的希爾伯特變換濾波器變異  10.8  M路遞歸全通濾波器  10.9  迭代半帶濾波器    10.9.1  最終比較  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第11章  級(jí)聯(lián)積分器梳狀濾波器  11.1  無乘法運(yùn)算的濾波器  11.2  二進(jìn)制整數(shù)和溢出  11.3  多級(jí)CIC  11.4  Hogenauer濾波器    11.4.1  累加器比特寬度    11.4.2  削減累加器寬度  11.5  CIC內(nèi)插器舉例  11.6  CIC積分器中的相干和不相干增益  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第12章  級(jí)聯(lián)和多級(jí)濾波器結(jié)構(gòu)  12.1  內(nèi)插FIR(IFIR)濾波器    12.1.1  內(nèi)插FIR舉例  12.2  基于半帶濾波器的頻譜屏蔽濾波器  12.3  基于互補(bǔ)濾波器的頻譜屏蔽濾波器  12.4  比例帶寬濾波器組    12.4.1  減半剖分    12.4.2  比例帶寬濾波器  參考文獻(xiàn)  習(xí)題第13章  通信系統(tǒng)應(yīng)用  13.1  常規(guī)數(shù)字下變頻器  13.2  混疊的數(shù)字下變頻器    13.2.1  IF亞采樣舉例  13.3  數(shù)字解調(diào)器中的定時(shí)恢復(fù)    13.3.1  背景知識(shí)    13.3.2  現(xiàn)代定時(shí)恢復(fù)  13.4  調(diào)制解調(diào)器的載波恢復(fù)    13.4.1  背景知識(shí)    13.4.2  現(xiàn)代載波恢復(fù)  13.5  數(shù)字式控制的采樣數(shù)據(jù)延遲    13.5.1  遞歸全通濾波器延遲線  13.6  內(nèi)插成形濾波器  13.7  ∑-△抽取濾波器    13.7.1  ∑-△濾波器  13.8  FM接收機(jī)和解調(diào)器    13.8.1  FM頻帶信道器    13.8.2  FM解調(diào)器    13.8.3  立體聲解碼  參考文獻(xiàn)  習(xí)題術(shù)語表

章節(jié)摘錄

　　第1章　為什么要采用多采樣率濾波器　　在濾波器處理中為什么要改變采樣率呢?這有兩個(gè)原因：一是處理性能，二是系統(tǒng)成本。多采樣率系統(tǒng)能以更好的性能保證處理任務(wù)的實(shí)現(xiàn)；與此同時(shí)，與傳統(tǒng)濾波器相比，在保證處理性能下能夠降低系統(tǒng)成本。多采樣率濾波器是嵌入在信號(hào)處理系統(tǒng)中支持采樣率變化的數(shù)字濾波器。有時(shí)，采用多采樣率濾波器是信號(hào)處理中很自然的環(huán)節(jié)；在有些情況下，采樣率的變化是為了更好地利用多采樣率濾波器的成本優(yōu)勢(shì)。全書將會(huì)對(duì)此給出一些實(shí)例，在這一章先列舉以下幾個(gè)例子。　　1.1　光盤4：1過采樣　　多采樣率系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)完美例子是光盤（CD）播放機(jī)中的信號(hào)調(diào)理。CD播放機(jī)將存儲(chǔ)在CD上的數(shù)字化音樂轉(zhuǎn)換為便于收聽的模擬音頻信號(hào)。圖1.1給出了將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)調(diào)理所需要的操作流程。它需要三個(gè)串行環(huán)節(jié)的處理，DAC部分將串行數(shù)字采樣序列轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，采樣和保持部分抑制多比特轉(zhuǎn)換中由于比特流變化而造成的模擬信號(hào)中的短時(shí)脈沖干擾波形，而平滑濾波器則抑制通帶外的頻譜分量。

編輯推薦

　　多采樣率信號(hào)處理技術(shù)可以在從實(shí)驗(yàn)設(shè)備到有線調(diào)制解調(diào)器、無線系統(tǒng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品的各應(yīng)用領(lǐng)域中用于降低成本和提高系統(tǒng)性能。本書首次就多采樣率信號(hào)處理技術(shù)，為實(shí)踐工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了系統(tǒng)的、清晰的和直觀的指導(dǎo)。作者通過大量的舉例和圖形為我們展示了各種各樣的多采樣率技術(shù)，從基本的重采樣擴(kuò)展到前沿級(jí)聯(lián)，再到多級(jí)濾波器結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中，作者憑借其豐富的研究和咨詢經(jīng)驗(yàn)為了我們展示一個(gè)又一個(gè)實(shí)現(xiàn)性能和效率最優(yōu)的處理技巧。

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