40、软件无线电架构中的多速率信号处理

软件无线电架构中的多速率信号处理

1. 引言

信号处理是一门借助硬件和/或软件设备来表示、处理和转换波形及其携带信息的艺术。直到20世纪60年代，信号处理几乎完全采用连续时间的模拟技术。随着数字系统的发展以及重要算法（如1965年Cooley和Tukey提出的快速傅里叶变换FFT）的出现，信号处理领域发生了重大转变，逐渐转向数字技术，催生了新的数字信号处理（DSP）架构和技术。

模拟处理技术和数字处理技术的关键区别在于，前者处理的是时间的连续函数——模拟信号，而后者处理的是值的序列，即数字信号，它是模拟信号的一系列量化样本（离散时间信号值）。

采样过程是模拟信号与其采样版本之间的桥梁。当采样操作正确实施时，就能够从样本中重构连续时间信号，并保留其信息内容。因此，采样率的选择至关重要：采样频率不足必然会导致信息的不可恢复性丢失，而过高的采样率则会给数字系统带来不必要的负载。

“多速率DSP”指的是在处理数字信号时，一次或多次改变其采样率的操作。采样率的改变可以在处理架构的单个或多个位置发生。当对数字信号进行的多速率处理是一个滤波步骤时，该数字滤波器被称为多速率滤波器，即一种在信号处理架构中嵌入一个或多个采样率变化的数字滤波器。在处理架构的不同阶段选择最合适的信号采样率，而非采用单一（较高）的采样率，能够在提高系统性能的同时降低其实现成本。然而，由于多速率系统是时变系统，其分析和设计可能会比较复杂。

多速率滤波器和系统最早是在控制系统的背景下发展起来的，相关先驱论文于20世纪50年代后半期发表。随后，这一理念迅速扩展到语音、音频、图像处理和通信系统等领域。如今，多速率结构似乎是认知无线电和软件定义无线电的最佳选择，它们代表了未来通信系统的创新前