调制滤波器组技术及其在数字接收机中的应用

本书旨在研究调制滤波器组技术，探索调制滤波器组优化设计方法在数字接收机中的应用。将数字滤波器组重构技术、频率响应屏蔽技术、快速滤波器组技术等进行有机融合，针对电子侦察、通信领域的数字接收机应用进行具体的系统设计，为数字接收机性能提升提供新思路和解决方案。本书分为7章：第1章对数字接收机进行了整体概述；第2～4章围绕调制滤波器组理论和优化设计方法进行介绍；第5～7 章为调制滤波器组技术在电子侦察、通信、阵列信号处理领域的应用研究。本书兼顾调制滤波器组理论和数字接收机应用，适合高等院校电子信息、通信工程相关专业高年级本科生及研究生使用，也可供相关研究人员、工程技术人员参考使用。

第1章 数字接收机概述 1
1.1 引言 1
1.2 数字接收机的发展与应用 1
1.2.1 数字接收机在通信领域的应用 2
1.2.2 数字接收机在电子战领域的应用 3
1.3 数字接收机的基本构架 5
1.3.1 射频直接采样结构的数字接收机 5
1.3.2 中频采样结构的数字接收机 7
1.3.3 零中频采样结构的数字接收机 8
1.3.4 窄带数字接收机与宽带数字接收机 9
1.4 数字接收机的核心处理器 10
1.4.1 高速模/数转换器 10
1.4.2 ASIC处理器 11
1.4.3 FPGA处理器 12
1.5 调制滤波器组技术 13
1.5.1 数字正交变换 13
1.5.2 多相滤波器组 14
1.5.3 重构滤波器组 16
1.5.4 快速滤波器组 17
1.5.5 频率响应屏蔽方法 18
1.6 本章小结 20
本章参考文献 20
第2章 数字滤波器组理论与设计方法 24
2.1 引言 24
2.2 数字滤波器组基本理论 25
2.2.1 信号采样理论 25
2.2.2 信号的抽取与插值 27
2.2.3 采样率变换性质 29
2.2.4 滤波器组多相分解 30
2.3 调制滤波器组技术 32
2.3.1 调制滤波器组频带划分方式 32
2.3.2 滤波器组与信道化 34
2.3.3 临界抽取与非临界抽取 35
2.3.4 调制滤波器组混叠与盲区 36
2.4 调制滤波器组结构种类及设计方法 37
2.4.1 实信号调制滤波器组结构设计 38
2.4.2 复信号调制滤波器组结构设计 42
2.4.3 实信号无混叠无盲区滤波器组结构设计 45
2.4.4 调制滤波器组结构应用与仿真分析 47
2.5 基于多相滤波器组的信号完美重构技术 49
2.5.1 信号完美重构理论 50
2.5.2 信号精确重构条件 50
2.5.3 基于多相结构的完美重构滤波器组 52
2.5.4 信号完美重构滤波器组结构仿真分析 54
2.6 快速滤波器组技术 56
2.6.1 快速滤波器组基本结构 56
2.6.2 快速滤波器组复杂度分析 60
2.6.3 快速滤波器组结构仿真 62
2.7 本章小结 65
本章参考文献 65
第3章 基于频率响应屏蔽的滤波器设计方法 67
3.1 引言 67
3.2 滤波器组复杂度定义 67
3.3 频率响应屏蔽技术 68
3.3.1 FRM滤波器基本结构 68
3.3.2 内插FRM滤波器 70
3.3.3 FRM滤波器改进结构 72
3.3.4 二阶FRM滤波器结构 73
3.4 窄过渡带FRM滤波器类型 74
3.4.1 窄通带窄过渡带FRM滤波器 74
3.4.2 宽通带窄过渡带FRM滤波器 75
3.4.3 中通带窄过渡带FRM滤波器 77
3.5 窄过渡带FRM滤波器仿真 77
3.5.1 窄通带窄过渡带FRM滤波器仿真 77
3.5.2 宽通带窄过渡带FRM滤波器仿真 78
3.5.3 中通带窄过渡带FRM滤波器仿真 79
3.6 本章小结 80
本章参考文献 80
第4章 低复杂度调制滤波器组结构 82
4.1 引言 82
4.2 基于改进动态旋转因子的滤波器组无乘法器设计方法 82
4.2.1 动态旋转因子算法及改进 83
4.2.2 传统截位与动态截位 84
4.2.3 无乘法器定点IFFT设计与仿真 85
4.2.4 基于FPGA的无乘法器定点IFFT实现 86
4.3 基于CEM-FRM低复杂度分析滤波器组结构 88
4.3.1 基于CEM-FRM技术原理 88
4.3.2 基于CEM-FRM低复杂度分析滤波器组结构设计 92
4.3.3 基于CEM-FRM低复杂度分析滤波器组结构复杂度分析 93
4.3.4 基于CEM-FRM低复杂度分析滤波器组结构仿真 95
4.3.5 基于XSG的FRM分析滤波器组实现 97
4.4 基于MMF-FRM低复杂度滤波器组结构 100
4.4.1 MMF-FRM方法 100
4.4.2 MMF-FRM滤波器纹波特性 103
4.4.3 基于MMF-FRM的滤波器组结构推导 105
4.4.4 基于MMF-FRM的多相分支屏蔽滤波器 108
4.4.5 基于MMF-FRM滤波器组结构复杂度分析 109
4.4.6 基于MMF-FRM的滤波器组结构仿真分析 110
4.5 基于CEM-FRM的动态综合滤波器组结构 115
4.5.1 基于CEM-FRM低复杂度综合滤波器组结构设计 116
4.5.2 基于CEM-FRM低复杂度综合滤波器组结构复杂度分析 119
4.5.3 基于CEM-FRM低复杂度综合滤波器组结构仿真 121
4.5.4 基于XSG的低复杂度CEM-FRM综合滤波器组实现 125
4.6 基于CFM-FRM的多尺度可配置滤波器组结构 128
4.6.1 FRM滤波器组多相分解分析 128
4.6.2 CFM-FRM方法 130
4.6.3 基于CFM-FRM的多相DFT滤波器组 133
4.6.4 多尺度可配置滤波器组实现方法 139
4.6.5 多尺度可配置滤波器组仿真验证与分析 141
4.6.6 多尺度可配置滤波器组硬件仿真 145
4.7 基于蜂群算法优化的FRM滤波器组优化设计 146
4.7.1 理论推导 146
4.7.2 人工蜂群算法 150
4.7.3 算法在FRM滤波器组优化设计的应用 153
4.7.4 基于ABC算法优化的FRM滤波器组结构仿真 155
4.7.5 基于XSG的ABC算法优化的低复杂度FRM滤波器组
实现 158
4.8 本章小结 164
本章参考文献 164
第5章 调制滤波器组在电子侦察接收机中的应用 167
5.1 引言 167
5.2 电子侦察接收机需求与特性 167
5.2.1 电子侦察接收机功能 167
5.2.2 电子侦察接收机技术指标 169
5.3 电子侦察接收机结构类型 171
5.3.1 瞬时测频接收机 171
5.3.2 数字信道化接收机 172
5.4 基于调制滤波器组的数字信道化接收机 174
5.4.1 瞬时带宽选择 174
5.4.2 信号采样率选择 175
5.4.3 接收机动态范围 175
5.4.4 子信道数与灵敏度关系 176
5.5 基于FPGA的电子侦察信道化接收机设计与实现 177
5.5.1 高速数据率转换设计与实现 179
5.5.2 多相滤波器组模块设计与实现 180
5.5.3 并行FFT模块设计与实现 182
5.5.4 信号幅度和相位提取模块设计与实现 182
5.5.5 瞬时测频功能模块设计与实现 184
5.6 数字信道化接收机性能测试与分析 184
5.6.1 信号包络与瞬时相位提取测试 185
5.6.2 信道化接收机灵敏度与动态范围测试与分析 187
5.6.3 多信号信道化测试 188
5.6.4 瞬时测频性能测试与分析 189
5.7 本章小结 190
本章参考文献 190
第6章 调制滤波器组在通信接收机中的应用 192
6.1 引言 192
6.2 多载波调制技术应用 193
6.2.1 OFDM调制技术 193
6.2.2 FMT调制技术 195
6.3 多载波通信接收机结构 197
6.3.1 信道子带划分方式 197
6.3.2 滤波器组多载波通信系统模型 197
6.3.3 基于调制滤波器组的OFDM结构 198
6.3.4 基于调制滤波器组的FMT结构 200
6.4 滤波器组多载波通信系统结构仿真与分析 203
6.4.1 基于调制滤波器组的OFDM结构仿真 203
6.4.2 基于调制滤波器组的FMT结构仿真 204
6.5 星载通信接收机中的信道化技术应用 207
6.5.1 星载通信中数字信道化特点 207
6.5.2 星载通信中信道化基本结构 209
6.6 基于调制滤波器组的星载信道化器 210
6.6.1 非均匀星载信道化器 210
6.6.2 子信道分解与综合 211
6.6.3 基于多相滤波的星载信道化器结构 213
6.6.4 星载信道化器低复杂度解决方法 214
6.6.5 星载信道化器结构仿真与分析 217
6.7 本章小结 221
本章参考文献 222
第7章 多通道数字信道化技术在阵列信号处理中的应用 224
7.1 引言 224
7.2 阵列信号处理应用需求 225
7.2.1 多通道信道化处理 225
7.2.2 信号I/Q提取与测频 226
7.2.3 脉冲宽度和到达时间测量 232
7.2.4 到达角测量 233
7.3 阵列信号处理平台核心构架 233
7.3.1 早期阵列信号处理平台构架 233
7.3.2 现代阵列信号处理平台构架 235
7.4 多通道阵列信号处理中的数字信道化器应用 235
7.4.1 通用多通道阵列信号处理硬件平台 235
7.4.2 并行多通道数字信道化器 236
7.4.3 窄过渡带信道化器低复杂度实现方法 237
7.5 多通道数字信道化技术在阵列信号处理中的应用案例 238
7.5.1 阵列信号处理案例需求分析 239
7.5.2 8阵元阵列信号处理软硬件设计方案 239
7.5.3 数字信道化器设计与实现 242
7.5.4 数字信道化器测试分析 249
7.6 本章小结 252
本章参考文献 252