[发明专利]基于FRM技术的WOLA滤波器组及子带分割设计方法

说明书

本发明公开了基于FRM技术的WOLA滤波器组及子带分割设计方法，能够利用FRM技术实现相同滤波器组子带分割性能的同时，大大降低了滤波器长度，降低了计算量，节省了内存资源。该基于FRM技术的WOLA滤波器组，包括数据分段模块、数据加权模块、叠接累加模块以及循环移位模块。子带分割设计方法为：根据实际需求确定通道数K，滤波器阻带截止频率和通带截止频率，计算最优M值。确定低通滤波器的通带截止频率和阻带起始频率。设定屏蔽滤波器与低通滤波器的通带波纹、阻带衰减值相等。验证频率响应屏蔽FRM频率响应是否满足要求，如果不满足要求，重新设置低通滤波器的通带波纹和阻带衰减值，直到FRM频率响应满足要求为止。

技术领域

本发明涉及通信技术及数字信号技术领域，具体涉及一种基于FRM技术的WOLA滤波器组及子带分割设计方法。

背景技术

在对宽带信号做信道化处理的过程中，常用滤波器组实现信道的子带分割。复指数调制滤波器组是最原始的滤波器组，它的概念直接产生于对频带的子带分割和重构，但其实现结构复杂，一般只用于理论研究。多相DFT结构滤波器组和加权折叠相加(WeightedOverlap-add,WOLA)结构滤波器组都是复指数调制滤波器组的高效实现方法，但前者要求过采样因子必须为整数，而WOLA结构不仅能够实现与之相当的子带分割与重构性能，而且突破了过采样因子必须为整数的限制，其实现结构更加高效，参数设置更加灵活。

复指数调制滤波器组由分析滤波器组和综合滤波器组两部分组成，前者用于把信号分割为多个子带，后者用于将各个子带进行综合来重构输入信号。图1为其总体结构框图。

图1中，x(n)表示输入时域信号，一般为实信号。分析滤波器组由K个下变频器支路组成，每个下变频器支路由复指数exp(-j2πkn/K)、原型低通滤波器h(n)和R倍抽取器级联组成。综合滤波器组由K个上变频器组成，每个上变频器由R倍内插器、原型低通滤波器f(n)和复指数exp(j2πkn/K)级联组成。为了更好地分析复指数调制滤波器组的原理以及相关参数的影响，下面将详细介绍滤波器组分析端和综合端的单个支路的信号处理过程。

分析滤波器组的目的是把x(n)均匀分割成K个频域子带信号X_k(m)(0≤k≤K-1)。若设x(n)信号的频率范围为0～F_s，用归一化频率表示为0～2π，则子带k的频率范围将以频率ω_k(＝2πk/K)(0≤k≤K-1)为中心，带宽为ω_Δ＝2π/K。图2显示了信号x(n)经过分析滤波器组的第k个下变频器支路，得到第k个子带信号X_k(m)的分析过程，其它子带的处理过程与该过程相同，不再赘述。由图2可见，分析滤波器组的处理过程可分为三个步骤：

1)输入信号x(n)与复指数exp(-jω_kn)相乘，从频域上看，该过程使得整个频谱发生频率搬移-ω_k，于是子带k的频率中心下变频至零频处；

2)下变频后的信号经过一个低通滤波器，该滤波器一般称为分析滤波器，其截止频率为ω_Δ/2＝π/K；

3)滤波后的信号经过R倍抽取，即可得到第k个子带信号X_k(m)。

按照上述过程得到K个子带信号X_k(m)后，根据实际应用需求，对各个子带进行修正，得到修正后的子带信号

综合滤波器组的目的是把K个子带信号综合起来，得到重构时域信号图3显示了第k个子带信号的综合过程。可以看出，综合过程可认为是分析过程的逆过程，可以分为以下四个步骤：

1)对子带k信号进行内插，内插操作会在每隔2π/R频率处产生频谱镜像；

2)利用一个低通滤波器f(n)来滤除产生的镜像，该滤波器一般称为综合滤波器，经过滤波后保留的信号带宽为ω_Δ/2，即π/K；