通信系統(tǒng)中的多采樣率信號處理

前言

　　多采樣率數(shù)字信號處理（Multirate I）igital Signal Processing）是自20世紀70年代開始發(fā)展起來的數(shù)字信號處理領域的一門重要技術，因其能靈活地轉換采樣率，已成為信號處理學科中的重要內容。從20世紀80年代初開始，多采樣率數(shù)字信號處理技術已在工程實踐中得到了廣泛的應用，如通信系統(tǒng)、語音、圖像壓縮、數(shù)字音頻系統(tǒng)、統(tǒng)計和自適應信號處理等，通過采樣率的轉換來降低信號處理的計算復雜度和數(shù)據(jù)存儲量，從而高效率地完成信號的存儲、傳輸和處理等。如今，隨著軟件無線電的興起，多采樣率數(shù)字信號處理已成為軟件無線電中的關鍵技術之一?！　”緯髡逨redric J.Harris教授，在美國SDSI.J（圣地亞哥州立大學）通信系統(tǒng)與信號處理學院長期從事有關數(shù)字信號處理和通信系統(tǒng)的教學和研究工作?！岸嗖蓸勇市盘柼幚怼北闶荋arris教授所講授的一門研究生課程，而本書的大部分內容則一直包含在這一課程的教學中。書中許多部分都反映了作者在長期從事多采樣率信號處理的教學和研究工作中所形成的獨特見解和觀點，如遞歸全通濾波器的有關內容。他以獨特的視角闡明了線性時變（LTV）或周期性時變（PTV’）系統(tǒng)令人驚奇的特性。　　本書通過精選的內容，借助各種圖形圖表以及多采樣率信號處理的大量實際應用實例，清晰而直觀地為我們展現(xiàn)了多采樣率信號處理的獨特魅力。本書有兩大特色：一是許多問題的闡述都是基于工程實際應用背景，與工程應用緊密聯(lián)系；二是擅于借助圖形圖表以及對圖形圖表的解釋來說明復雜的問題。正如作者所言，他是一條腿在學術界而另一條腿在商業(yè)界，在知識的殿堂和工業(yè)需求中遨游。本書不僅給出了大量的應用實例，而且在每章末尾都附有若干習題，并緊扣章節(jié)給出了參考文獻，以方便讀者能進一步地深入研究。　　本書的第1章至第8章由王霞翻譯，其余章節(jié)由張國梅翻譯。本書是在西安交通大學信息與通信工程系劉樹棠教授的悉心指導和幫助下完成的。在本書翻譯初稿完成后，劉樹棠教授在認真審讀完后給出了詳細的修改意見和建議，對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信息與通信工程系殷勤業(yè)教授和任品毅副教授的關心和幫助，在此表示衷心地感謝。最后，向本書的責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。　　原書中有少量輸入和排版的疏漏，在翻譯過程中做了改動。由于譯者的水平有限和不可避免的主觀片面性，翻譯不當或表述不清之處在所難免，懇請廣大讀者及專家批評指正。

內容概要

本書涵蓋以下內容：    時域和頻域中的采樣及重采樣效果    FIR濾波器性能指標與濾波器長度(抽頭數(shù))的關系    窗函數(shù)設計及等波紋(Remez)設計技術    平方根奈奎斯特和半帶濾波器，包括設計增強新技術    多相FIR濾波器：增采樣、減采樣和級聯(lián)增減采樣    實現(xiàn)任意采樣率變換的多相內插器和濾波器    二元半帶濾波器，包括正交鏡像濾波器    多相信道器，包括M路調制器，解調信道組、并行內插和信道組構成    遞歸全通濾波器的完整描述，一個之前從未如此詳盡涉及的主題    傳統(tǒng)DSP設計技術的比較    豐富的涉及各個方面的具體應用

作者簡介

弗雷德里克·哈里斯(Fredric J.Harrjs)是美國SDSU(圣地亞哥州立大學)電子與計算機工程學院教授，擔任通信系統(tǒng)與信號處理協(xié)會的CLJBIC信號處理主席。他從1967年開始在SDSU講授DSP和通信技術課程。他在數(shù)字接收機和DSP技術方面持有多項專利，在DSP全球會議上進行了多次專題報告，并擔任了許多致力于建立高性能DSP系統(tǒng)的組織結構的技術顧問。

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  習題第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用前景  2.4  奈奎斯特與采樣過程  參考文獻  習題第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波紋設計    3.3.2  可接受的帶內波紋電乎  參考文獻  習題第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  4.4  半帶濾波器  參考文獻  習題第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的濾波    5.1.1  部分和累加器：對偶形式    5.1.2  基帶內窄帶噪聲的產生    5.1.3  載頻處窄帶噪聲的產生  5.2  多采樣率濾波器的工作量  參考文獻  習題第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”  習題第7章  重采樣濾波器  7.1  內插器    7.1.1  簡單1:M內插器  7.2  內插器的結構    7.2.1  多相分解  7.3  帶通內插器  7.4  有理數(shù)比例的采樣  7.5  任意重采樣比    7.5.1  最鄰近點樣本間的內插    7.5.2  兩相鄰值的內插  7.6  法羅濾波器    7.6.1  經典內插器    7.6.2  多項式近似    7.6.3  法羅濾波器  參考文獻  習題第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計  8.4  半帶濾波器的Rcmez算法設計    8.4.1  半帶Remez算法的設計技巧  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用  8.6  利用低通半帶濾波器的內插  8.7  二分半帶濾波器  參考文獻  習題第9章  多相信道器  9.1  解調器信道組  9.2  任意輸出樣本率    9.2.1  設計選擇比較  參考文獻  習題第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    10.1.2  實現(xiàn)一階全通網(wǎng)絡  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  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  習題第11章  級聯(lián)積分器梳狀濾波器  11.1  無乘法運算的濾波器  11.2  二進制整數(shù)和溢出  11.3  多級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內插器舉例  11.6  CIC積分器中的相干和不相干增益  參考文獻  習題第12章  級聯(lián)和多級濾波器結構  12.1  內插FIR(IFIR)濾波器    12.1.1  內插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  習題第13章  通信系統(tǒng)應用  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)字解調器中的定時恢復    13.3.1  背景知識    13.3.2  現(xiàn)代定時恢復  13.4  調制解調器的載波恢復    13.4.1  背景知識    13.4.2  現(xiàn)代載波恢復  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接收機和解調器    13.8.1  FM頻帶信道器    13.8.2  FM解調器    13.8.3  立體聲解碼  參考文獻  習題術語表

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的實現(xiàn)；與此同時，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處理系統(tǒng)中支持采樣率變化的數(shù)字濾波器。有時，采用多采樣率濾波器是信號處理中很自然的環(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。全書將會對此給出一些實例，在這一章先列舉以下幾個例子。　　1.1　光盤4：1過采樣　　多采樣率系統(tǒng)應用的一個完美例子是光盤（CD）播放機中的信號調理。CD播放機將存儲在CD上的數(shù)字化音樂轉換為便于收聽的模擬音頻信號。圖1.1給出了將數(shù)字信號轉換為模擬信號的標準信號調理所需要的操作流程。它需要三個串行環(huán)節(jié)的處理，DAC部分將串行數(shù)字采樣序列轉換為相對應的模擬信號，采樣和保持部分抑制多比特轉換中由于比特流變化而造成的模擬信號中的短時脈沖干擾波形，而平滑濾波器則抑制通帶外的頻譜分量。

編輯推薦

　　多采樣率信號處理技術可以在從實驗設備到有線調制解調器、無線系統(tǒng)和消費電子產品的各應用領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處理技術，為實踐工程師和系統(tǒng)設計師提供了系統(tǒng)的、清晰的和直觀的指導。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，從基本的重采樣擴展到前沿級聯(lián)，再到多級濾波器結構。在這個過程中，作者憑借其豐富的研究和咨詢經驗為了我們展示一個又一個實現(xiàn)性能和效率最優(yōu)的處理技巧。

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