數(shù)字濾波器的MATLAB與FPGA實現(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)字信號處理中的應(yīng)用15
1.4 Altera器件簡介16
1.5 小結(jié)18
第2章 設(shè)計語言及環(huán)境介紹19
2.1 Verilog HDL語言簡介20
2.1.1 HDL語言20
2.1.2 Verilog HDL語言21
2.2 FPGA開發(fā)工具及設(shè)計流程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)計流程29
2.3 MATLAB軟件31
2.3.1 MATLAB軟件簡介31
2.3.2 常用的信號處理函數(shù)34
2.3.3 濾波器設(shè)計分析工具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)計分析實例43
2.5 小結(jié)58
第3章 FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理基礎(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 定點數(shù)表示61
3.1.3 浮點數(shù)表示63
3.2 FPGA中數(shù)的運算66
3.2.1 加/減法運算66
3.2.2 乘法運算69
3.2.3 除法運算70
3.2.4 有效數(shù)據(jù)位的計算70
3.3 有限字長效應(yīng)73
3.3.1 字長效應(yīng)的產(chǎn)生因素73
3.3.2 A/D變換的字長效應(yīng)74
3.3.3 濾波器系數(shù)的字長效應(yīng)75
3.3.4 濾波器運算中的字長效應(yīng)76
3.4 FPGA的常用運算模塊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 浮點運算模塊83
3.5 小結(jié)85
第4章 FIR濾波器的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)87
4.1 FIR濾波器的理論基礎(chǔ)88
4.1.1 線性時不變系統(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)計方法103
4.3 FIR濾波器的MATLAB設(shè)計104
4.3.1 采用fir1函數(shù)設(shè)計104
4.3.2 采用kaiserord函數(shù)設(shè)計109
4.3.3 采用fir2函數(shù)設(shè)計110
4.3.4 采用firpm函數(shù)設(shè)計111
4.3.5 采用FDATOOL工具設(shè)計113
4.4 FIR濾波器的FPGA實現(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實現(xiàn)117
4.4.3 并行結(jié)構(gòu)的FPGA實現(xiàn)124
4.4.4 分布式結(jié)構(gòu)的FPGA實現(xiàn)127
4.4.5 采用FIR核實現(xiàn)129
4.4.6 不同結(jié)構(gòu)的性能對比分析132
4.5 小結(jié)133
第5章 IIR濾波器的MATLAB與FPGA實現(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)計法142
5.2.3 直接設(shè)計法143
5.3 IIR濾波器的MATLAB設(shè)計144
5.3.1 采用butter函數(shù)設(shè)計144
5.3.2 采用cheby1函數(shù)設(shè)計145
5.3.3 采用cheby2函數(shù)設(shè)計145
5.3.4 采用ellip函數(shù)設(shè)計146
5.3.5 采用yulewalk函數(shù)設(shè)計146
5.3.6 幾種設(shè)計函數(shù)的比較147
5.3.7 采用FDATOOL工具設(shè)計149
5.4 IIR濾波器的FPGA實現(xiàn)150
5.4.1 量化直接型結(jié)構(gòu)的系數(shù)及運算字長150
5.4.2 直接型結(jié)構(gòu)的FPGA實現(xiàn)154
5.4.3 直接型結(jié)構(gòu)FPGA實現(xiàn)后的測試仿真160
5.4.4 量化級聯(lián)型結(jié)構(gòu)的系數(shù)164
5.4.5 級聯(lián)型結(jié)構(gòu)的FPGA實現(xiàn)165
5.4.6 級聯(lián)型結(jié)構(gòu)FPGA實現(xiàn)后的測試仿真174
5.5 小結(jié)175
第6章 多速率濾波器的FPGA實現(xiàn)177
6.1 多速率信號處理基礎(chǔ)知識178
6.1.1 多速率信號處理的概念及作用178
6.1.2 多速率信號處理的一般步驟179
6.1.3 軟件無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CIC濾波器的FPGA實現(xiàn)189
6.3.4 多級CIC濾波器的FPGA實現(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202
6.4.3 多級半帶濾波器的設(shè)計205
6.4.4 多級半帶濾波器的FPGA實現(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實現(xiàn)219
7.1 自適應(yīng)濾波器簡介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算法的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)226
7.2.3 LMS算法的字長效應(yīng)227
7.2.4 符號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實現(xiàn)237
7.3.5 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試242
7.4 自適應(yīng)均衡器的FPGA實現(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實現(xiàn)246
7.4.4 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試251
7.5 智能天線陣的FPGA實現(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實現(xiàn)257
7.5.4 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試261
7.6 自適應(yīng)陷波器的FPGA實現(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實現(xiàn)267
7.6.4 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試270
7.7 小結(jié)271
第8章 變換域濾波器的FPGA實現(xiàn)273
8.1 變換域濾波器簡介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核簡介280
8.3.2 FFT核的接口及時序281
8.4 頻域濾波器的原理及MATLAB仿真283
8.4.1 抗窄帶干擾濾波器的原理283
8.4.2 檢測門限的選取284
8.4.3 頻域濾波器的MATLAB仿真285
8.5 頻域濾波器的FPGA實現(xiàn)287
8.5.1 FPGA實現(xiàn)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計287
8.5.2 速率變換模塊的設(shè)計與實現(xiàn)289
8.5.3 FFT及濾波設(shè)計與實現(xiàn)294
8.5.4 IFFT及數(shù)據(jù)輸出設(shè)計與實現(xiàn)299
8.5.5 頂層文件設(shè)計及實現(xiàn)303
8.5.6 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試304
8.6 小結(jié)305
第9章 解調(diào)系統(tǒng)濾波器的FPGA實現(xiàn)307
9.1 數(shù)字接收機的一般原理308
9.1.1 通用數(shù)字接收機處理平臺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)制原理及信號特征312
9.2.2 DPSK信號的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319
9.3.1 數(shù)字下變頻器設(shè)計319
9.3.2 低通濾波器設(shè)計320
9.3.3 數(shù)字鑒相器設(shè)計322
9.3.4 環(huán)路濾波器設(shè)計322
9.3.5 載波同步