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第四章有限长单位脉冲响应(FIR)滤波器的设计方法 - Read.PPT

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第四章 有限长单位脉冲响应(FIR)滤波器的设计方法 §4.1 线性相位FIR数字滤波器的特性 3. h(n)奇对称,N为奇数,h(n)=-h(N-1-n) 四种线性相位FIR滤波器 小结: §4.2 窗口设计法(时域) 设计步骤: 一.矩形窗口法 ??过渡带宽 At阻带最小衰减为 §4.3 频率采样法 二.设计方法 三、?约束条件 因此,Hk 也必须满足奇对称性: 相位关系同上, 其它两种线性相位FIR数字滤波器的设计,同样也要满足幅度与相位的约束条件。 ? 四、逼近误差 §4.4 FIR数字滤波器的最优化设计 例如,希望在固定 M, ?c, ?r 的情况下逼近一个低通滤波器,这时有 三.雷米兹(Remez)算法 有一些估算公式可用于决定最佳滤波器长度N: §4.5 IIR与FIR数字滤器的比较 为了设计线性相位的FIR滤波器,采样值 H(k)要满足一定的约束条件。 前已指出,具有线性相位的FIR滤波器,其单位脉冲响应h(n)是实序列,且满足 ,由此得到的幅频和相频特性,就是对H(k)的约束。(表4.1)。 例如,要设计第一类线性相位FIR滤波器,即N为奇数,h(n)偶对称,则 幅度函数H(ω)应具有偶对称性: 令 则 必须满足偶对称性: 而 必须取为: 同样,若要设计第二种线性相位FIR滤波器,N为偶数,h(n)偶对称,由于幅度特性是奇对称的, 由 或 H(z)。 由上述设计过程得到的 与 的逼近程度 ,以及 与H(k)的关系? 由 令 ,则 单位圆上的频响为: 这是一个内插公式。 式中 为内插函数 令 则 内插公式表明: 在每个采样点上, 逼近误差为零,频响 严格地与理想频响的采样值 H(k)相等; 在采样点之间,频响由各采样点的内插函数延伸迭加而形成,因而有一定的逼近误差,误差大小与理想频率响应的曲线形状有关,理想特性平滑,则误差小;反之,误差大。在理想频率响应的不连续点附近, 会产生肩峰和波纹。 N增大,则采样点变密,逼近误差减小。 图 频率采样的响应 例:设计一个FIR数字 LP 滤波器,其理想特性为 采样点数 N=33,要求线性相位。 解:根据P.142的表4.1,能设计低通线性相位数字滤波器的只有1、2两种,因N为奇数,所以只能选择第一种。 即 h(n)=h(N-1-n), 幅频特性关于π偶对称,也即 HK 偶对称。 利用 HK 的对称性,求π~2π区间的频响采样值。 根据指标要求,在0~2π内有33个取样点,所以第k点对 应频率为 而截止频率 0.5π位于 之间 ,所以,k=0~8时,取样值为1;根据对称性, 故 k=25~32时,取样值也为1,因 k=33 为下一周期,所以0~π区间有9个值为 1的采样点,π~2π区间有8个值为 1 的采样点,因此: 将 代入内插公式,求H(ejω): 考虑到8k25时 Hk=0,而其它k时,Hk=1,令 k=33-n,则 从图上可以看出,其过渡带宽为一个频率采样间隔 2π/33,而最小阻带衰减略小于20dB。 对大多数应用场合,阻带衰减如此小的滤波器是不能令人满意的。 增大阻带衰减三种方法: 1)加宽过渡带宽
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