[发明专利]一种基于快速滤波器组的信号重构结构及其设计方法

说明书

本发明公开了基于快速滤波器组的信号重构结构及其设计方法，属于滤波器组技术领域。包括基于FFB的分析滤波器组(AFFB)结构和基于FFB的综合滤波器组(SFFB)结构。AFFB和SFFB结构都由L级滤波器组构成，AFFB将输入信号频谱均匀划分为N个子信道(N＝2supgt;L/supgt;)，根据检测处理单元，通过SFFB对相邻子信道的信号进行重构还原成原来的信号。对各级的原型滤波器进行设计，每个滤波器可由对各级原型滤波器和互补滤波器的传递函数进行因子替换得到。FFB技术实现了低复杂度和良好频响特性的统一，适用于具有窄过渡带特性的滤波器组设计，使其具有良好的相邻子通道合并特性。本发明给出的结构与其他设计方法相比，具有更低的实现复杂度，节省了大量的硬件资源。

技术领域

本发明属于滤波器组技术领域，具体涉及基于快速滤波器组的信号重构结构及其设计方法。

背景技术

信号重构技术是近年来发展十分迅速的一种信号处理技术，它主要研究如何将处理过的信号还原成原来的信号。信号重构技术已广泛应用于光学通讯、图像处理、语音处理、地球物理信号处理、电子显微学、天文学、古地磁学、x射线结晶学等学科领域，并越来越受到人们的重视。

多速率信号处理是信号处理理论中的重要组成部分，凭借自身的许多优点受到了广大学者们的关注，并且应用于多个领域之中，而多速率信号处理理论的核心是由多个频率特性相关的滤波器构成的滤波器组。滤波器组是一组具有共同的输入或者共同的相加后的输出的滤波器。一般情况下，滤波器组用来实现对信号频率的各种分量进行分解，然后我们可以根据需要对各个子信号进行不同的处理或传输，在另一端再用一组滤波器将处理后的子信号进行综合。用来对信号进行分解的滤波器组我们称之为分析滤波器组，用来对信号进行综合的滤波器组我们称之为综合滤波器组。随着多速率信号处理技术的发展，滤波器组在数字通信、图像处理和信号处理等领域都得到了广泛的应用。

对于滤波器组的重构结构，比较常见的有基于树型结构、基于Farrow结构以及基于分析和综合滤波器组几种形式。在基于分析和综合滤波器组的形式中，目前主要运用的滤波器有基于可完全重构或近似完全重构的余弦调制滤波器组、正弦调制滤波器组、复指数调制滤波器组、调制DFT滤波器组和DFT滤波器组。由于FFB是一种非常有效的低复杂度滤波器组设计方法，本文利用AFFB和SFFB方法实现信号的重构。

在FFB研究方面，文献《快速滤波器组技术及在实时频谱分析中的应用研究》、《快速滤波器组在频率估计中的应用与研究》和文献《Low-complexity reconfigurable fastfilter bank for multi-standard wireless receivers》都是对基于FFB的分析滤波器组部分进行研究，与本发明设计结构不同；在滤波器组重构部分，文献《基于FRM的低复杂度信号重构系统研究》、专利《一种基于时域稀疏性的FRI信号重构方法》和专利《一种多通道声信号重构方法》都不是采用快速滤波器组实现信号重构，与本发明所用方法不同。

发明内容

本发明的目的在于提供实现低复杂度滤波器组信号重构的基于快速滤波器组的信号重构结构及其设计方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

基于快速滤波器组的信号重构结构及其设计方法，包括AFFB和SFFB结构及其设计方法，步骤如下：

针对AFFB结构及其设计方法，其设计步骤为：

步骤1：确定子信道数N，得到滤波器级数L。对于N通道AFFB，其对应的总级数L＝log₂ N，各级编号采用升序次序，即其各级编号k分别为0，…,L-2，L-1。全局通带边界频率为ω_p，阻带边界频率为ω_s，通带纹波δ_p，阻带衰减δ_s。

步骤2：令φ_n(n＝0,1,...，N-1)为通道n的通带边界频率，则有：