扩频通信中成形滤波器的设计与FPGA实现.pdf

在数字通信系统中，成形滤波器扮演着限制信号带宽并减小码间干扰的关键角色。成形滤波器的实现方式主要有查表法和实时计算法。查表法预先计算并存储滤波器的可能输出波形样本值，实际工作时依据需要滤波的序列来检索和输出存储值。而实时计算法则是通过乘加运算来动态生成滤波器的输出。 在扩频通信系统中，一个重要的成形滤波器类型是平方根升余弦滚降数字滤波器。为了设计满足特定通信系统需求的成形滤波器，首先需要确定其关键参数。这些参数包括滤波器的滚降系数和滤波器的阶数等。在设计过程中，使用MATLAB软件可以对这些参数进行仿真和分析，从而优化滤波器性能，以满足如图像传输系统这样的特定应用场景。 FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是实现成形滤波器硬件设计的一种重要方式。基于FPGA的实现方法具有灵活性和高性能的特点。通过QUARTUS II这样的FPGA开发平台，可以设计实现发送端的成形滤波器，并在接收端采用不同的实现策略以避免存储容量过大的问题。例如，使用实时计算法和FIR（有限冲激响应）数字滤波器来实现成形滤波器。 FIR滤波器因其稳定的性能和小的运算误差而受到青睐。它还能提供精确的线性相位特性，这对于通信系统是至关重要的。通过设计FIR滤波器，可以在不引入额外相位失真的情况下对信号进行成形处理。 在实现过程中，还需考虑到滤波器的频率响应。发送滤波器和接收滤波器共同组成了成形滤波器，并共同决定了信号传输波形。两个滤波器的频率响应函数的乘积是总体频率响应函数，而总体冲激响应是由两者共同决定的。 频域上，成形滤波器的设计同样需要考虑到奈奎斯特第一准则，即为了避免码间干扰，必须满足在时域上的特定条件。这对于设计时确定滤波器参数具有指导意义。 在扩频通信系统中，成形滤波器的设计与实现涉及到滤波理论、信号处理、硬件编程和系统仿真等多方面的专业知识。通过MATLAB对滤波器参数进行分析和优化，结合FPGA的灵活性和实时计算能力，可以实现高效的数字通信系统。在设计过程中，考虑到滤波器的稳定性和线性相位特性，选择合适的数字滤波器结构（如FIR滤波器），并将理论与实际相结合，设计出满足系统要求的成形滤波器。这种方法对于无线通信模型的设计具有重要的指导意义。