降采樣FIR濾波器的設計與硬件實現
2 降采樣濾波器的設計與硬件實現
2.1 降采樣濾波器的設計
利用matlab工具箱中自帶的FDAtool可以確定濾波器的系數。首先根據系統要求確定濾波器的性能參數,比如在LTE系統中,數據傳輸帶寬為10 MHz,其中用到一個降采樣濾波器,將采樣頻率為61.44 MHz的信號降采樣兩倍后為30.72 MHz。本設計方法選擇低通FIR等紋波濾波器。濾波器的階數可以自己指定,也可以通過設置通帶紋波擺幅和阻帶衰減自行得到,一般通帶紋波擺幅設為0.1dB,而阻帶衰減設為60 dB。在滿足這些性能指標的前提下,為了便于實現,濾波器的階數設計為30階,故有31個抽頭。其設計出的低通濾波器如圖3所示。
單擊工具欄中的[b,a]圖標,就可以得到濾波器的系數。
2.2 降采樣濾波器的硬件實現
根據上述方案得到濾波器系數之后,再利用FDAtool所提供的量化功能,并根據該降采樣濾波器前后模塊的精度需求,可以選擇量化精度為12,于是得到的濾波器定點化之后的系數如下:
[b0, b1, …, b30] =[-21, -8l, -58,77,173,9,-29l,-250,284,641,33,-109l,-990,1454,4938,6599,4938,1454,-990, -1091, 33, 64l, 284, -250, -291,9,173,77,-58,-81,-21],可見,該濾波器的系數是關于b15對稱的,這一點也驗證了FIR濾波器系數對稱的特點。圖4所示是本文初步設計的濾波器硬件架構。
為了進一步降低硬件復雜度,可將定點化的系數拆分成2的冪次方相加減的形式。以圖3中設計出的系數為例:
[b0,b1,…,b15] = [-21,-8l,-58,77,173,9,-29l,-250, 284, 641, 33, -109l, -990,1454,4938,6599]
=[ -(16+4+1),
-(64+16+1),
-(64-8+2),
(64+16-4+1),
(256-64-16-4+1),
(8+1),
-(256+32+4-1),
-(256-8+2),
(256+32-4),
(512+128+1),
(32+1),
-(1024+64+4-1),
-(1024-32-2),
(2048-512-64-16-2),
(4096+1024-256+64+8+2),
(8192-2048+512-64+8-1)]. (3)
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