專利名稱：適用于高斯分布信號(hào)的cic濾波器有限字長(zhǎng)的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于高斯分布信號(hào)的CIC濾波器有限字長(zhǎng)的優(yōu)化方法。具體講，涉及一種在有限字長(zhǎng)情況下，高斯分布信號(hào)經(jīng)不同抽取速率的Cic濾波器濾波后輸出信噪比的優(yōu)化方法，主要應(yīng)用于不同抽取速率的CIC濾波器的硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采樣率轉(zhuǎn)換是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中一個(gè)重要組成部分，主要有“抽取”和“內(nèi)插”兩種變換。抽取是通過(guò)抽取數(shù)據(jù)降低采樣率的過(guò)程，內(nèi)插是通過(guò)插入數(shù)據(jù)提高采樣率的過(guò)程。在這兩個(gè)過(guò)程中都必須有多速率濾波器以滿足設(shè)計(jì)的需要，CIC濾波器作為一種高效的多速率濾波器廣泛應(yīng)用于抽取或內(nèi)插的實(shí)現(xiàn)之中。在CIC濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，由于有大量的乘法及加法運(yùn)算等，產(chǎn)生有限字長(zhǎng)效應(yīng)，造成信噪比無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。有限字長(zhǎng)效應(yīng)的產(chǎn)生主要有三方面的因素，輸入信號(hào)的AD量化誤差，系統(tǒng)系數(shù)的量化誤差以及算術(shù)運(yùn)算的運(yùn)算誤差?，F(xiàn)有的CIC濾波器有限字長(zhǎng)的處理方法是在保證沒(méi)有數(shù)據(jù)溢出的前提下(避免飽和誤差)，采取截尾或舍入的方法，即舍棄低有效位(LSB)保留高有效位(MSB)。但是，對(duì)于高斯分布信號(hào)，例如應(yīng)用十分廣泛的OFDM(正交頻分復(fù)用)信號(hào)，采用截尾或舍入的方式很可能會(huì)出現(xiàn)有效信息比特丟失嚴(yán)重，輸出信噪比急劇惡化的現(xiàn)象，所以需要在飽和誤差和一般量化誤差(截尾或舍入誤差)之間做一個(gè)很好的折衷，以獲得不同抽取速率下的CIC濾波器的最佳輸出信噪比。為了達(dá)到較理想的阻帶和通帶特性，CIC濾波器通常采用級(jí)聯(lián)的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽取或內(nèi)插。N級(jí)級(jí)聯(lián)的CIC抽取濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖
I所示(CIC內(nèi)插濾波器原理相同，在此不再贅述)。其幅頻響應(yīng)函數(shù)近似為\H(f)\ = RM0<f R
nMf其中R為整數(shù)抽取速率，M為微分延遲，N為濾波器階數(shù)。CIC濾波器中，每一個(gè)積分器都存在一個(gè)反饋系數(shù)，因此為了防止數(shù)據(jù)溢出，寄存器位寬要逐級(jí)增加。CIC濾波器的最后一級(jí)的輸出位寬為Bmax = ceil (Nlog2RM+Bin_l)其中Bin為CIC濾波器輸入信號(hào)位寬，ceil例為不小于χ的最小整數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于高斯分布信號(hào)的CIC抽取濾波器的截位方法，以處理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)，使不同抽取速率下CIC濾波器的輸出信噪比至最優(yōu)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，適用于高斯分布信號(hào)的Cic濾波器有限字長(zhǎng)的優(yōu)化方法，包括如下步驟
假設(shè)輸入的高斯分布信號(hào)X( ) (從,σχ2)帶寬為Βχ，位寬為Bin = m，且CIC濾波器參數(shù)整數(shù)抽取速率R，微分延遲M，濾波器階數(shù)N已知；步驟一根據(jù)CIC濾波器位寬公式得出特定輸入高斯分布信號(hào)位寬Bin，CIC濾波器整數(shù)抽取速率R，微分延遲M和濾波器階數(shù)N下的濾波器最后一級(jí)輸出二進(jìn)制數(shù)的最大位覽 Bmax = η ；步驟二 輸入的高斯分布信號(hào)的方差σ，輸入的高斯分布信號(hào)的功率Px，輸入的高斯分布信號(hào)的功率譜密度Px和輸入高斯分布信號(hào)的帶寬Bx有如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種適用于高斯分布信號(hào)的Cic濾波器有限字長(zhǎng)的優(yōu)化方法，其特征是，包括如下步驟 假設(shè)輸入的高斯分布信號(hào)χ( ) (凡,O帶寬為Bx，位寬為Bin = m，且CIC濾波器參數(shù)整數(shù)抽取速率R，微分延遲M，濾波器階數(shù)N已知； 步驟ー根據(jù)CIC濾波器位寬公式得出特定輸入高斯分布信號(hào)位寬Bin，CIC濾波器整數(shù)抽取速率R，微分延遲M和濾波器階數(shù)N下的濾波器最后ー級(jí)輸出ニ進(jìn)制數(shù)的最大位寬Bmax=η ； 步驟ニ輸入的高斯分布信號(hào)的方差σ〗，輸入的高斯分布信號(hào)的功率Px，輸入的高斯分布信號(hào)的功率譜密度Px和輸入高斯分布信號(hào)的帶寬Bx有如下關(guān)系Ρχ=σ1 = PA 對(duì)高斯分布信號(hào)CIC濾波器抽取濾波得到的信號(hào)仍服從高斯分布，即CIC濾波器輸出信號(hào)是服從タ(《) ~ (化，<)的高斯分布信號(hào)，而輸入高斯分布信號(hào)的功率譜密度Px和輸出高斯分布信號(hào)的功率譜密度Py滿足Py(f) = Px(f) H(f) I2 其中H(f)為CIC濾波器的幅頻響應(yīng)，對(duì)上式積分即可求得輸出高斯分布信號(hào)的功率Py ；
2.如權(quán)利要求I所述的適用于高斯分布信號(hào)的CIC濾波器有限字長(zhǎng)的優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟細(xì)化為設(shè)CIC濾波器階數(shù)N = 4，微分延遲M = I，整數(shù)抽取速率為R = 25，CIC濾波器輸入輸出寄存器位寬Bin = Btjut= 16，即m = k= 16，且以高斯分布信號(hào)X (η) (O, I)為CIC濾波器的輸入信號(hào)，即輸入的高斯分布信號(hào)功率為I ; 步驟ー由于CIC濾波器為定點(diǎn)數(shù)字濾波器，需將其輸入的高斯分布信號(hào)定點(diǎn)化，對(duì)于均值為0，方差為I的高斯分布信號(hào)，量化為4位整數(shù)比持，12位小數(shù)比特時(shí)的輸入的高斯分布信號(hào)信噪比為最佳； 步驟ニ 根據(jù)公式Bmax = ceil (Nlog2RM+Bin-l)得到CIC濾波器最后ー級(jí)的輸出位寬為、34，且在全精度模式下CIC濾波器輸出位寬為34+1 = 35，即η = 35，其中小數(shù)位數(shù)與輸入高斯分布信號(hào)的小數(shù)位寬一致，即此輸出高斯分布信號(hào)小數(shù)比特為12位，表示-223—1 22η_1范圍的數(shù)； 步驟三對(duì)于輸入為零均值的高斯分布信號(hào)，CIC抽取后仍為零均值的高斯分布信號(hào)，且其輸出高斯分布信號(hào)的方差<即為輸出的高斯分布信號(hào)的功率Py，將CIC濾波器各項(xiàng)參數(shù)代入到Py(f) = Px(f) |H(f) I2中，井根據(jù)輸出高斯分布信號(hào)功率Py公式計(jì)算出CIC濾波器輸出高斯分布信號(hào)的功率Py
全文摘要
本發(fā)明涉及適用于高斯分布信號(hào)的CIC濾波器有限字長(zhǎng)的優(yōu)化方法。為提供一種適用于高斯分布信號(hào)的CIC抽取濾波器的截位方法，以處理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)，使不同抽取速率下CIC濾波器的輸出信噪比至最優(yōu)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，適用于高斯分布信號(hào)的CIC濾波器有限字長(zhǎng)的優(yōu)化方法，包括如下步驟步驟一由于CIC濾波器為定點(diǎn)數(shù)字濾波器，需將其輸入的高斯分布信號(hào)定點(diǎn)化；步驟二求得輸出高斯分布信號(hào)的功率Py；步驟三得到零均值高斯分布輸入信號(hào)的yq，max值；步驟四使系統(tǒng)信噪比達(dá)到最優(yōu)。本發(fā)明主要應(yīng)用于適用于高斯分布信號(hào)的CIC濾波器。
文檔編號(hào)H03H17/00GK102629862SQ20121011380
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者侯永宏, 劉桂華, 律會(huì)麗, 汪清, 王洪寬 申請(qǐng)人:天津大學(xué)