短波通信系統(tǒng)射頻前端主要由濾波、放大、混頻、頻率合成等模塊組成，濾波模塊中射頻濾波器主要實現(xiàn)對信號的預(yù)濾波，中頻濾波器主要用于抑制鏡頻[1]。模擬濾波器存在的非理想特性，如插損、帶內(nèi)波動等會影響系統(tǒng)性能，所以需要增加后置模塊對其進行補償。相對于模擬濾波器而言，數(shù)字濾波器靈活、穩(wěn)定，可以借助這些優(yōu)點來改善模擬濾波器的性能。

    在數(shù)字通信系統(tǒng)中, FIR濾波器因其良好的群時延特性得到了廣泛的應(yīng)用，較為成熟的設(shè)計方法有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋逼近法。數(shù)字FIR濾波器既可以由單位沖激響應(yīng)h(n)確定，也可以由h(n)的離散傅里葉變換H(k)來確定。以上分別對應(yīng)時域與頻域兩種處理方法，即窗函數(shù)法和頻率抽樣法。頻率抽樣法直接從頻域出發(fā)，對頻響抽樣值進行處理，直觀且易實現(xiàn)，但頻率采樣法存在如何設(shè)置過渡帶抽樣值的問題。結(jié)合實際應(yīng)用考慮，本文利用等波紋逼近法來確定過渡帶抽樣值，并采用頻率抽樣法來設(shè)計具有線性相位的校正濾波器。
1 校正濾波器設(shè)計原理
1.1 頻率抽樣理論
    設(shè)所要設(shè)計濾波器理想的頻率響應(yīng)為Hd(ejw)，在0～2?仔上對Hd(ejw)進行N點等間隔抽樣，得到H(k)，即
    

1.2 過渡帶設(shè)置
    通過上面分析可以知道，實際得到的FIR濾波器頻響是理想頻響的一種逼近，逼近誤差由內(nèi)插函數(shù)疊加而形成，并且理想頻響的變換越劇烈，逼近誤差越大。因此在變化較陡的通帶邊緣需要加上一些過渡帶抽樣點，從而降低濾波器頻響的振蕩，減小逼近誤差。過渡帶采樣值可以設(shè)置為經(jīng)驗值，也可采用優(yōu)化算法[3]，典型的優(yōu)化算法有遺傳算法GA(Genetic Algorithm)及其改進算法[4-5]。優(yōu)化算法的基本思想是將過渡帶抽樣值設(shè)置為變量，并構(gòu)造滿意函數(shù)，然后通過優(yōu)化算法尋找滿意解。優(yōu)化算法一般較為復(fù)雜，在工程中實現(xiàn)需要占用大量資源，考慮到本設(shè)計的主要目的在于校正前端模擬濾波器頻響通帶內(nèi)的抖動，本文采用等波紋逼近法，即Remez交換算法，通過計算機仿真出理想濾波器頻率響應(yīng)，并將該頻響的過渡帶設(shè)置為頻率抽樣值。
    例如，現(xiàn)需要校正前端帶寬為200 kHz的低通濾波器的頻響，可以先通過MATLAB中REMEZ函數(shù)設(shè)計出所需要的低通濾波器，如圖1所示。此濾波器帶內(nèi)抖動很小，相對于實際模擬濾波器可以忽略不計，阻帶最小衰減大于150 dB?？梢詫⒋藶V波器過渡帶作為過渡帶抽樣值。

    天線接收的通信信號經(jīng)過模擬前端的混頻、濾波和放大后得到固定的高中頻信號，中頻信號在A/D采樣后變?yōu)閿?shù)字信號，此信號通過數(shù)字下變頻、降采樣和校正濾波后得到低采樣速率的基帶信號，基帶信號經(jīng)過自動增益控制和數(shù)字解調(diào)后進入后續(xù)處理。
2.2 硬件設(shè)計
    本設(shè)計中數(shù)字信號處理部分硬件框圖如圖3所示。其中控制芯片采用TI公司的TMS320C6416，該芯片主頻為600 MHz，每個周期內(nèi)能夠執(zhí)行8條32 bit指令。芯片CPU由64個32 bit通用寄存器和8個功能單元組成，包括2個乘法器和6個算術(shù)邏輯單元[6]。本設(shè)計中DSP通過EMIF與FPGA和Flash通信。

    校正模塊中DSP主要完成控制、測量、計算濾波器系數(shù)等工作，并將計算好的系數(shù)寫給FPGA，濾波過程在FPGA中完成，F(xiàn)lash用來存儲測量值。
    根據(jù)1.3節(jié)，在測量了通帶內(nèi)的Hp(k)后，可以通過式(9)得到校正濾波器通帶內(nèi)的幅度響應(yīng)抽樣為：

    實際測量的頻率響應(yīng)如圖6所示，通帶內(nèi)的波動最大值約4 dB。將CCS中數(shù)據(jù)導(dǎo)出，通過MATLAB繪圖得到校正后的頻率響應(yīng)如圖7所示，其通帶內(nèi)波動最大值為0.6 dB。實驗結(jié)果表明，通過校正后系統(tǒng)濾波器頻響通帶內(nèi)的抖動性得到了明顯的改善。

    在短波數(shù)字化收發(fā)通信系統(tǒng)中，不論是前端的模擬濾波器還是處理數(shù)字信號的數(shù)字濾波器，其頻率響應(yīng)在通帶內(nèi)往往都不是平坦的，本文設(shè)計的校正模塊旨在對頻響進行反擬合，以減小通帶內(nèi)抖動。該設(shè)計應(yīng)用在實際的數(shù)字化短波接收系統(tǒng)中，并取得了良好的效果。本設(shè)計中基于采用頻率抽樣法的FIR校正濾波器易于實現(xiàn)且效果明顯，對于改善通信系統(tǒng)中前端濾波器的性能有很好的應(yīng)用價值。   
參考文獻
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[3] 高西全，丁玉美，闊永紅.數(shù)字信號處理—原理、實現(xiàn)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.
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[5] 張葛祥，金煒東，胡來招，等.基于頻率采樣技術(shù)的FIR數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計[J].電路與系統(tǒng)學(xué)報，2004，9(4)：110-113.
[6] TI Incorporated. TMS320C6416 fixed-point digital signal processor[DB/OL].(2005-05-26)[2010-11-10].http：//www.ti.com/product/tms320c6416.