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PRQMF滤波器组理论及其在数字化技术中的应用研究

作　者: 彭安金
导　师: 古天祥
学　校: 电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 软件无线电 PRQMF滤波器组 PRQMF滤波器组ADC系统 有效采样速率 有效分辨率
分类号: TN713
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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引　用: 8次
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内容摘要


应用前景广阔的软件无线电需要一种宽带高速高分辨率的ADC，然而目前这种ADC难于实现。基于此背景，本文在融合多速率数字信号处理理论、滤波器理论、带通采样定理以及ADC原理的基础上，提出了PRQMF滤波器组ADC系统，并对该ADC系统的原理、结构、特性进行了探讨和研究，其主要结论和创新之处如下： 1．从理论上推导出了线性相位PRQMF滤波器组理想重建的一般规律，该规律表现为分析滤波器组中：（1）滤波器对称性及其长度奇偶性的组合关系；（2）滤波器的长度应满足的关系；（3）非同一滤波器的系数之间应满足的关系。此外，还在此规律基础上，研究了用逐步二次规划法SOP对该滤波器组的非线性优化求解，不仅给出了M通道线性相位PRQMF滤波器组的求解步骤，而且对逐步二次规划法中的微分问题也进行了深入探讨。 2．对PRQMF滤波器组ADC系统的频响、量化噪声特性、重建误差特性以及重建误差对ADC间的失配敏感性进行了理论分析研究，所得到的理论结果为：（1）混合滤波器组ADC系统与开关电容滤波器组ADC系统的失真/混迭函数一致；（2）无论输入宽带还是窄带信号，这两种ADC系统的有效分辨率均比其ADC提高了0.5log2M比特；（3）这两种ADC系统的重建误差对其ADC间的失配敏感性均明显低于时间交织ADC系统。 3．针对混合滤波器组ADC系统因其ADC模拟输入带宽低而不能对频率较高的射频模拟信号进行模/数转换的瓶颈，作者提出了一种基于Nyquist采样定理和带通采样定理的抽取器数学模型，对该数学模型进行了时域、频域的分析证明后，设计了一种基于该数学模型的SHA抽取器，进而在混合滤波器组ADC系统的基础上，提出了高速混合滤波器组ADC系统。 4．作者提出了一种基于带通采样定理的抽取器数学模型，对该数学模型进行了时域、频域的分析证明后，设计了一种基于该数学模型的抽取器，进而根据无线电射频信号频谱的特点，提出了高效混合滤波器组ADC系统，其数字信号输出速率比高速混合滤波器组ADC系统降低M-1倍。将高效混合滤波器组ADC系统进一步简化，作者还提出了一种专用高效混合滤波器组ADC系统。此外，高效混合电子科技大学博士论文滤波器组ADC系统的量化噪声研究结果表明其有效分辨率比其ADC提高0.51ogZM比特。 5.针对时间交织ADC系统采样非均匀及有效分辨率低的缺点，作者提出了高速高分辨率时间交织ADC系统。该ADC系统不仅从结构上消除了ADC采样的非均匀特性，而且其有效分辨率比原时间交织ADc系统提高O.slogZM比特。 线性相位PRQMF滤波器组是当今多速率数字信号处理领域的研究热点之一，本文从理论上推导出了其理想重建的一般规律，这对进一步研究线性相位PRQMF滤波器组设计理论有重要意义。此外，本文提出的高速混合滤波器组ADC系统、高效混合滤波器组ADC系统、高速高分辨率时问交织ADC系统，均具有实用价值。

全文目录


中文摘要  8-10
Abstract  10-12
主要符号表  12-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 引言  13-14
  1.2 PRQMF滤波器组的研究现状  14-15
  1.3 PRQMF滤波器组ADC系统的特点及国内外动态  15-16
  1.4 本文的主要内容和创新之处  16-18
第二章 PRQMF滤波器组ADC系统  18-37
  2.1 低通滤波器与ADC  18-23
    2.1.1 模/数转换过程  18
    2.1.2 ADC量化噪声分析  18-23
      2.1.2.1 过采样条件下普通ADC的量化噪声分析  19-20
      2.1.2.2 过采样条件下ΣΔADC的量化噪声分析  20-23
  2.2 PRQMF滤波器组与宽带高速ADC系统  23-33
    2.2.1 抽取器  23-24
    2.2.2 零值内插器  24-26
    2.2.3 PRQMF滤波器组  26-28
    2.2.4 窄带信号的带通采样与重建  28-32
    2.2.5 PRQMF滤波器组ADC系统的结构  32-33
  2.3 PRQMF滤波器组ADC系统的类型  33-36
    2.3.1 时间交织ADC系统  33-34
    2.3.2 开关电容滤波器组ADC系统  34-35
    2.3.3 PRQMF混合滤波器组ADC系统  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 PRQMF滤波器组分析及其非线性优化研究  37-75
  3.1 引言  37
  3.2 PRQMF滤波器组的PR条件  37-59
    3.2.1 两通道PRQMF滤波器组分析  38-41
    3.2.2 M通道滤波器组分析  41-59
  3.3 PRQMF滤波器组的非线性优化研究  59-74
    3.3.1 PRQMF滤波器组目标函数的建立  60-63
    3.3.2 PRQMF滤波器组目标函数SQP求解  63-74
      3.3.2.1 逐步二次规划法SQP  63-65
      3.3.2.2 逐步二次规划法SQP的算法  65-66
      3.3.2.3 逐步二次规划法SQP算法中的微分问题  66-74
  3.4 本章小结  74-75
第四章 PRQMF滤波器组ADC系统的特性研究  75-96
  4.1 引言  75
  4.2 PRQMF滤波器组ADC系统的有效采样速率  75
  4.3 PRQMF滤波器组ADC系统的频响分析  75-80
    4.3.1 PRQMF数字滤波器组ADC系统的频响分析  76
    4.3.2 PRQMF混合滤波器组ADC系统的频响分析  76-80
      4.3.2.1 混合滤波器组ADC系统的抽取过程  76-78
      4.3.2.2 混合滤波器组ADC系统的频响分析  78-80
  4.4 PRQMF滤波器组ADC系统的量化噪声研究  80-88
    4.4.1 ADC系统的量化噪声分析  80-81
    4.4.2 PRQMF数字滤波器组ADC系统的量化噪声研究  81-84
    4.4.3 PRQMF混合滤波器组ADC系统的量化噪声研究  84-87
    4.4.4 时间交织ADC系统的量化噪声研究  87-88
  4.5 PRQMF滤波器组ADC系统的重建误差研究  88-93
    4.5.1 PRQMF数字滤波器组ADC系统的重建误差研究  88-91
      4.5.1.1 PRQMF数字滤波器组的PR特性  88
      4.5.1.2 开关电容滤波器组ADC系统的重建误差分析  88-90
      4.5.1.3 时间交织ADC系统的重建误差分析  90-91
    4.5.2 混合滤波器组ADC系统的重建误差研究  91-93
      4.5.2.1 PROMF混合滤波器组的PR特性  91
      4.5.2.2 混合滤波器组ADC系统的重建误差分析  91-93
  4.6 PRQMF滤波器组ADC系统的重建误差对其ADC间的失配敏感性研究  93-94
  4.7 本章小结  94-96
第五章 高速混合滤波器组ADC系统研究  96-105
  5.1 引言  96
  5.2 抽取器数学模型  96-101
  5.3 SHA抽取器  101
  5.4 高速混合滤波器组ADC系统  101-102
  5.5 高速混合滤波器组ADC系统的模拟仿真  102-104
    5.5.1 混合滤波器组仿真  102-103
    5.5.2 高速混合滤波器组ADC系统仿真  103-104
  5.6 本章小结  104-105
第六章 高效混合滤波器组ADC系统研究  105-115
  6.1 引言  105
  6.2 抽取器  105-109
    6.2.1 抽取器数学模型  105-108
    6.2.2 抽取器的结构  108-109
  6.3 欠采样高速混合滤波器组ADC系统  109
  6.4 高效混合滤波器组ADC系统  109-113
    6.4.1 无线电射频信号频谱特点  109-110
    6.4.2 高效混合滤波器组ADC系统的结构  110-111
    6.4.3 高效混合滤波器组ADC系统的量化噪声分析  111-113
  6.5 高效混合滤波器组ADC系统的模拟仿真  113-114
  6.6 本章小结  114-115
第七章 高速高分辨率时间交织ADC系统研究  115-130
  7.1 引言  115
  7.2 高速高分辨率时间交织ADC系统  115-123
    7.2.1 FIR滤波器的多相分量  115-117
    7.2.2 PRQMF数字滤波器组的多相结构  117-120
    7.2.3 高速高分辨率时间交织ADC系统的结构  120-121
    7.2.4 余弦调制PRQMF数字滤波器的设计  121-123
  7.3 高速高分辨率时间交织ADC系统的量化噪声研究  123-126
    7.3.1 ADC的量化噪声分析  123-124
    7.3.2 高速高分辨率时间交织ADC系统的的量化噪声分析  124-126
  7.4 高速高分辨率时间交织ADC系统的重建误差研究  126-129
  7.5 本章小结  129-130
全文总结  130-132
致谢  132-133
参考文献  133-142
个人简历  142-143
本文作者在攻读博士学位期间发表、录用和投出的文章  143-144
本文作者在攻读博士学位期间参与的科研项目  144

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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