[发明专利]基于近似精确重构滤波器组的信道化器设计方法及装置

说明书

本发明属于宽带卫星通信技术领域，尤其涉及基于近似精确重构滤波器组的信道化器设计方法及装置，包括：确定调制滤波器组的通道数、多项分量长度、重构性能松弛参数；根据多项分量长度建立低阶精确重构原型滤波器；根据重构性能松弛参数建立低阶近似精确重构原型滤波器；计算得到高阶近似精确重构原型滤波器；对高阶近似精确重构原型滤波器进行复指数调制，得到近似精确重构复指数调制滤波器组和基于近似精确重构复指数调制滤波器组的信道化器。本发明利用重构性能松弛参数刻画所需重构误差性能，通过灵活调整松弛参数来匹配系统设计需求，使得实际应用中能使用更低阶数的滤波器，从而降低基于复指数调制滤波器组的信道化结构的实现复杂度与开销。

技术领域

本发明属于宽带卫星通信技术领域，尤其涉及基于近似精确重构滤波器组的信道化器设计方法及装置。

背景技术

在宽带卫星通信系统中，与完全再生有效载荷相比，数字信道化交换载荷具有设备复杂度较低、兼容各种通信体制的优势，并且能通过数字化子信道交换方法实现灵活的路由和资源分配，因此受到人们的青睐。

现有数字信道化方法中，基于调制滤波器组的信道化技术是一种比较有效的实现结构。在数字信号处理领域中，调制滤波器组通常用于多载波、多通道信号的分离与重构，它的优势在于调制滤波器组的设计可以简化为原型滤波器的设计，且其实现结构能够利用多相分解技术，具有很高的实际工程应用价值。

根据调制方式的不同，调制滤波器组可分为余弦调制滤波器组与复指数调制滤波器组。附图1所示的是复指数调制滤波器组的原理结构，该结构主要由分析滤波器组与综合滤波器组组成，其通道数为2M，H_k(z)为滤波器组的第k个分析或综合滤波器，k＝0,1,...,2M-1。输入信号首先经过分析滤波器组进行分析滤波，然后经过M倍的抽取，从而完成子带信号的分离与采样率降低；经分析滤波后的信号可进行子带路由交换与增益控制等处理，再进入后级综合滤波单元；在综合滤波单元，各子带信号首先进行M倍的内插，然后进行综合滤波，最后将各综合滤波器的输出叠加得到输出的重构信号。复指数调制滤波器组中，各个分析或综合滤波器是通过对一个原型滤波器进行复指数调制得到的，调制过程如下：

其中h_k(n)是H_k(z)的逆z变换，h(n)为低通原型滤波器，其z变换为H(z)，h(n)的长度为2mM，m为一个正整数，n＝0,1,…,2mM-1。利用多相分解技术，可以得到附图2所示的复指数调制滤波器组的多相结构，其中DFT与IDFT分别表示离散傅里叶变换与离散傅里叶逆变换，B_q(z)为H(z)的第q个多项分量，其表达式如下式所示，对应的冲激响应记为b_q(n)：

现有的求解精确重构滤波器组的方法，比如PM算法、窗函数法、双通道无损网格模型法和伪正交镜像滤波器方法，对于阶数较低(如几百阶)的原型滤波器的求解比较有效，但对于阶数较高(如上万阶)的原型滤波器的求解无能为力。为此，有研究者提出了一种基于双通道无损网格模型、经典频率取样法和最小均方误差准则相集成的方法，有效地解决了高阶精确重构滤波器组设计的难题。然而，在实际工程应用中，高阶精确重构滤波器组需要很大的计算资源与存储资源开销，给硬件实现带来了极大压力。另一方面，精确重构滤波器组系数对于定点量化的敏感程度远高于近似精确重构滤波器组，换言之，即使设计得到的滤波器组是完全精确重构的，实际工程应用中的定点量化效应依然会使其退化为近似精确重构滤波器组。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于近似精确重构滤波器组的信道化器设计方法及装置，该方法或装置根据实际系统性能指标需求，利用重构性能松弛参数刻画所需重构误差性能，并且通过灵活调整重构性能松弛参数来匹配系统设计需求，使得实际工程应用中能够使用更低阶数的滤波器，从而降低基于复指数调制滤波器组的信道化结构的实现复杂度与开销。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：