[發明專利]一種基于濾波器系數高增益的無乘法濾波器設計方法

有效

• 申請號: 202110544799.0
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113193854B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 魯祖坤;宋捷;孫廣富;李柏渝;黃龍;邱楊;劉哲;李湘豪;周彥波;王曉琴
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

本發明提出了一種基于濾波器系數高增益的無乘法濾波器的設計方法，采用線性相位的轉置型FIR濾波器，首先設計得到原始濾波器抽頭系數集合，然后對原始濾波器抽頭系數集合中的各抽頭系數做高增益倍乘并取整，得到各高增益抽頭系數；對所述濾波器的各高增益抽頭系數進行因數分解，得到各分解因子，最后按照最佳CSD編碼方法對得到的全部分解因子進行無乘法編碼設計，得到無乘法濾波器的結構。本發明與現有無乘法濾波器設計方案相比，可以適應于高增益濾波器系數的無乘法設計，并減少了加法器和移位運算數量以及濾波器系數編碼字長，降低了濾波器實現的硬件復雜度。

技術領域

本發明屬于星載信號處理技術領域，具體涉及一種基于濾波器系數高增益的無乘法濾波器設計方法。

背景技術

常規FIR濾波器在硬件實現時需要許多乘法器，其數量與濾波器階數相關，進而影響數字濾波器性能。然而星載接收機硬件資源十分有限，因此需要對濾波器結構優化設計以減少硬件資源需求，例如通過查找表法、分布式算法提高乘法運算效率。除此之外，人們還不斷研究無乘法濾波器的實現方式，通過移位運算和加法器代替需要大量運算的乘法器，并通過各種結構優化減少加法器數量，降低采樣數據字長。

FIR濾波器有直接型結構和轉置型結構兩種實現方式；在對FIR濾波器進行無乘法設計時，通常有CSD編碼、系數分解以及簡化加法器圖等優化方法。CSD編碼將濾波器系數表達為2的冪次方數的和或差，經典CSD編碼和最佳CSD編碼兩種編碼形式對于相同的濾波器抽頭系數所需的加法器數量一致，但是最佳CSD編碼可以降低編碼字長，減少硬件資源使用量。系數分解通過查找表法將系數分解為幾個數之積或者幾個數之和，通過級聯形式減少加法器的數量。簡化加法器法針對的是含有相同因子的濾波器系數，可用于轉置結構的FIR濾波器。其中，CSD編碼方法是最常用的無乘法濾波器設計方法。

星載接收機的濾波器系數增益通常很大，使用乘法器實現濾波器硬件時需要進行大量運算，占用大量資源，而現有的無乘法濾波器實現方案受限于濾波器系數增益，易產生較大量化誤差。在不考慮濾波器系數增益大小時，相較于上述無乘法設計方法，濾波器結構仍然有進一步減少加法器數量和采樣數據字長的空間。因此針對有系數增益的FIR濾波器，尤其針對濾波器系數高增益，對無乘法濾波器做進一步的優化設計。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明要解決的技術問題在于：采取轉置型、相位對稱結構設計FIR濾波器，在硬件實現之前，對濾波器系數做高增益倍乘，避免增益字長有限帶來的量化誤差；針對高增益濾波器系數的FIR濾波器進行無乘法優化設計時，進一步減少加法器數量，降低濾波器系數的編碼字長，以減少采樣數據字長。該方法與傳統無乘法濾波器的單一CSD編碼設計不同，既可以消除乘法器大量運算導致的過度硬件資源占用，還可以降低加法器數量和編碼字長，且適應于濾波器系數高增益的無乘法濾波器設計，減小濾波器系數編碼字長的限幅影響。

本發明的基于濾波器系數高增益的無乘法濾波器設計方法，包括以下步驟：

S1.采用線性相位的轉置型FIR濾波器，根據濾波器的截止頻率、通帶頻率、最小阻帶衰減和濾波器波紋，設計得到原始濾波器抽頭系數集合

S2.對原始濾波器抽頭系數集合C中的各抽頭系數做高增益倍乘并取整，得到各高增益抽頭系數C_i，即：i＝1,2,……N，round(·)是四舍五入取整函數，N為濾波器的抽頭系數總數，k為倍乘系數；

S3.對所述濾波器的各高增益抽頭系數C_i進行因數分解，得到各分解因子；

S4.按照最佳CSD編碼方法對得到的全部分解因子進行無乘法編碼設計，從而得到無乘法濾波器的結構。

本發明的有益效果是：

本發明與現有無乘法濾波器設計方案相比，可以適應于高增益濾波器系數的無乘法設計，減少了加法器和移位運算數量以及濾波器系數編碼字長，降低了濾波器實現的硬件復雜度。

附圖說明