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

信号处理是利用硬件和/或软件设备来表示、处理和转换波形及其携带信息的技术。在20世纪60年代之前，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向数字技术的重大转变，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：模拟处理技术处理的是随时间连续变化的模拟信号，而数字处理技术处理的是一系列数值序列，即数字信号，这些数字信号是模拟信号的量化样本序列（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。当采样频率选择适当时，可以从样本中重建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：采样频率不足会导致不可恢复的信息丢失，而过高的采样率则会给数字系统带来不必要的负担。

“多速率DSP”是指在处理数字信号时，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。当应用于数字信号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，而不是采用单一（较高）的采样率，可以提高系统性能并降低实现成本。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领域发展起来的。随后，这一概念扩展到了语音、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沿。

原型滤波器的多相分解