數(shù)字濾波器的MATLAB與FPGA實(shí)現(xiàn)（Altera/Verilog版）

第1章 數(shù)字濾波器及FPGA概述1
1.1 濾波器概述2
1.1.1 濾波器簡(jiǎn)介2
1.1.2 數(shù)字濾波器的分類4
1.1.3 濾波器的特征參數(shù)5
1.2 FPGA基本知識(shí)6
1.2.1 FPGA的基本概念及發(fā)展歷程6
1.2.2 FPGA的結(jié)構(gòu)和工作原理8
1.2.3 IP核的概念14
1.3 FPGA在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用15
1.4 Altera器件簡(jiǎn)介16
1.5 小結(jié)18
第2章 設(shè)計(jì)語(yǔ)言及環(huán)境介紹19
2.1 Verilog HDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介20
2.1.1 HDL語(yǔ)言20
2.1.2 Verilog HDL語(yǔ)言21
2.2 FPGA開發(fā)工具及設(shè)計(jì)流程24
2.2.1 Quartus II開發(fā)套件24
2.2.2 Modelsim仿真軟件27
2.2.3 FPGA設(shè)計(jì)流程29
2.3 MATLAB軟件31
2.3.1 MATLAB軟件簡(jiǎn)介31
2.3.2 常用的信號(hào)處理函數(shù)34
2.3.3 濾波器設(shè)計(jì)分析工具FDATOOL41
2.4 MATLAB與Quartus的聯(lián)合應(yīng)用42
2.4.1 MATLAB與Quartus的數(shù)據(jù)交換42
2.4.2 混頻器設(shè)計(jì)分析實(shí)例43
2.5 小結(jié)58
第3章 FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)59
3.1 數(shù)的表示60
3.1.1 萊布尼茨與二進(jìn)制60
3.1.2 定點(diǎn)數(shù)表示61
3.1.3 浮點(diǎn)數(shù)表示63
3.2 FPGA中數(shù)的運(yùn)算66
3.2.1 加/減法運(yùn)算66
3.2.2 乘法運(yùn)算69
3.2.3 除法運(yùn)算70
3.2.4 有效數(shù)據(jù)位的計(jì)算70
3.3 有限字長(zhǎng)效應(yīng)73
3.3.1 字長(zhǎng)效應(yīng)的產(chǎn)生因素73
3.3.2 A/D變換的字長(zhǎng)效應(yīng)74
3.3.3 濾波器系數(shù)的字長(zhǎng)效應(yīng)75
3.3.4 濾波器運(yùn)算中的字長(zhǎng)效應(yīng)76
3.4 FPGA的常用運(yùn)算模塊77
3.4.1 加法器模塊77
3.4.2 乘法器模塊79
3.4.3 除法器模塊82
3.4.4 浮點(diǎn)運(yùn)算模塊83
3.5 小結(jié)85
第4章 FIR濾波器的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)87
4.1 FIR濾波器的理論基礎(chǔ)88
4.1.1 線性時(shí)不變系統(tǒng)88
4.1.2 FIR濾波器的原理90
4.1.3 FIR濾波器的特性91
4.1.4 FIR濾波器的結(jié)構(gòu)形式96
4.2 FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法100
4.2.1 窗函數(shù)法100
4.2.2 頻率取樣法102
4.2.3 最優(yōu)設(shè)計(jì)方法103
4.3 FIR濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)104
4.3.1 采用fir1函數(shù)設(shè)計(jì)104
4.3.2 采用kaiserord函數(shù)設(shè)計(jì)109
4.3.3 采用fir2函數(shù)設(shè)計(jì)110
4.3.4 采用firpm函數(shù)設(shè)計(jì)111
4.3.5 采用FDATOOL工具設(shè)計(jì)113
4.4 FIR濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)115
4.4.1 量化濾波器系數(shù)115
4.4.2 串行結(jié)構(gòu)的FPGA實(shí)現(xiàn)117
4.4.3 并行結(jié)構(gòu)的FPGA實(shí)現(xiàn)124
4.4.4 分布式結(jié)構(gòu)的FPGA實(shí)現(xiàn)127
4.4.5 采用FIR核實(shí)現(xiàn)129
4.4.6 不同結(jié)構(gòu)的性能對(duì)比分析132
4.5 小結(jié)133
第5章 IIR濾波器的MATLAB與FPGA實(shí)現(xiàn)135
5.1 IIR濾波器的理論基礎(chǔ)136
5.1.1 IIR濾波器的原理及特性136
5.1.2 IIR濾波器的結(jié)構(gòu)形式136
5.1.3 IIR與FIR濾波器的比較139
5.2 IIR濾波器的設(shè)計(jì)方法139
5.2.1 幾種典型的模擬濾波器140
5.2.2 原型轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)法142
5.2.3 直接設(shè)計(jì)法143
5.3 IIR濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)144
5.3.1 采用butter函數(shù)設(shè)計(jì)144
5.3.2 采用cheby1函數(shù)設(shè)計(jì)145
5.3.3 采用cheby2函數(shù)設(shè)計(jì)145
5.3.4 采用ellip函數(shù)設(shè)計(jì)146
5.3.5 采用yulewalk函數(shù)設(shè)計(jì)146
5.3.6 幾種設(shè)計(jì)函數(shù)的比較147
5.3.7 采用FDATOOL工具設(shè)計(jì)149
5.4 IIR濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)150
5.4.1 量化直接型結(jié)構(gòu)的系數(shù)及運(yùn)算字長(zhǎng)150
5.4.2 直接型結(jié)構(gòu)的FPGA實(shí)現(xiàn)154
5.4.3 直接型結(jié)構(gòu)FPGA實(shí)現(xiàn)后的測(cè)試仿真160
5.4.4 量化級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)的系數(shù)164
5.4.5 級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)的FPGA實(shí)現(xiàn)165
5.4.6 級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)FPGA實(shí)現(xiàn)后的測(cè)試仿真174
5.5 小結(jié)175
第6章 多速率濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)177
6.1 多速率信號(hào)處理基礎(chǔ)知識(shí)178
6.1.1 多速率信號(hào)處理的概念及作用178
6.1.2 多速率信號(hào)處理的一般步驟179
6.1.3 軟件無(wú)線電中的多速率處理179
6.2 抽取與內(nèi)插處理181
6.2.1 整數(shù)倍抽取181
6.2.2 整數(shù)倍內(nèi)插183
6.2.3 比值為有理數(shù)的抽樣率轉(zhuǎn)換185
6.3 CIC濾波器185
6.3.1 CIC濾波器的原理185
6.3.2 CIC濾波器的應(yīng)用條件188
6.3.3 單級(jí)CIC濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)189
6.3.4 多級(jí)CIC濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)191
6.3.5 CIC濾波器IP核的使用199
6.4 FIR半帶濾波器201
6.4.1 半帶濾波器的原理201
6.4.2 半帶濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)202
6.4.3 多級(jí)半帶濾波器的設(shè)計(jì)205
6.4.4 多級(jí)半帶濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)207
6.5 多相分解技術(shù)214
6.5.1 多相分解技術(shù)的一般概念214
6.5.2 整數(shù)倍抽取器的多相結(jié)構(gòu)215
6.6 小結(jié)218
第7章 自適應(yīng)濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)219
7.1 自適應(yīng)濾波器簡(jiǎn)介220
7.1.1 自適應(yīng)濾波器的概念220
7.1.2 自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用221
7.1.3 自適應(yīng)算法的一般原理223
7.2 LMS算法225
7.2.1 LMS算法的原理225
7.2.2 LMS算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)226
7.2.3 LMS算法的字長(zhǎng)效應(yīng)227
7.2.4 符號(hào)LMS算法原理228
7.2.5 LMS算法的MATLAB仿真229
7.3 自適應(yīng)線性濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)233
7.3.1 自適應(yīng)線性濾波器原理233
7.3.2 利用線性濾波器實(shí)現(xiàn)通道失配校正234
7.3.3 校正算法的MATLAB仿真235
7.3.4 校正算法的Verilog HDL實(shí)現(xiàn)237
7.3.5 FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試242
7.4 自適應(yīng)均衡器的FPGA實(shí)現(xiàn)243
7.4.1 自適應(yīng)均衡器原理243
7.4.2 自適應(yīng)均衡器的MATLAB仿真244
7.4.3 自適應(yīng)均衡器的Verilog HDL實(shí)現(xiàn)246
7.4.4 FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試251
7.5 智能天線陣的FPGA實(shí)現(xiàn)253
7.5.1 智能天線陣的概念及原理253
7.5.2 自適應(yīng)天線陣的MATLAB仿真255
7.5.3 自適應(yīng)天線陣的Verilog HDL實(shí)現(xiàn)257
7.5.4 FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試261
7.6 自適應(yīng)陷波器的FPGA實(shí)現(xiàn)262
7.6.1 自適應(yīng)陷波器原理262
7.6.2 自適應(yīng)陷波器的MATLAB仿真264
7.6.3 自適應(yīng)陷波器的Verilog HDL實(shí)現(xiàn)267
7.6.4 FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試270
7.7 小結(jié)271
第8章 變換域?yàn)V波器的FPGA實(shí)現(xiàn)273
8.1 變換域?yàn)V波器簡(jiǎn)介274
8.2 快速傅里葉變換274
8.2.1 離散傅里葉變換274
8.2.2 DFT存在的問題276
8.2.3 FFT算法的基本思想277
8.2.4 FFT算法的MATLAB仿真278
8.3 FFT核的使用280
8.3.1 FFT核簡(jiǎn)介280
8.3.2 FFT核的接口及時(shí)序281
8.4 頻域?yàn)V波器的原理及MATLAB仿真283
8.4.1 抗窄帶干擾濾波器的原理283
8.4.2 檢測(cè)門限的選取284
8.4.3 頻域?yàn)V波器的MATLAB仿真285
8.5 頻域?yàn)V波器的FPGA實(shí)現(xiàn)287
8.5.1 FPGA實(shí)現(xiàn)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)287
8.5.2 速率變換模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)289
8.5.3 FFT及濾波設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)294
8.5.4 IFFT及數(shù)據(jù)輸出設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)299
8.5.5 頂層文件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)303
8.5.6 FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試304
8.6 小結(jié)305
第9章 解調(diào)系統(tǒng)濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)307
9.1 數(shù)字接收機(jī)的一般原理308
9.1.1 通用數(shù)字接收機(jī)處理平臺(tái)308
9.1.2 基本調(diào)制解調(diào)技術(shù)309
9.1.3 改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)311
9.2 DPSK調(diào)制解調(diào)原理312
9.2.1 DPSK調(diào)制原理及信號(hào)特征312
9.2.2 DPSK信號(hào)的MATLAB仿真314
9.2.3 DPSK解調(diào)原理316
9.3 DPSK解調(diào)參數(shù)設(shè)計(jì)319
9.3.1 數(shù)字下變頻器設(shè)計(jì)319
9.3.2 低通濾波器設(shè)計(jì)320
9.3.3 數(shù)字鑒相器設(shè)計(jì)322
9.3.4 環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)322
9.3.5 載波同步