fpga的希尔伯特变换实现

2023-07-04 12:31| 来源: 网络整理| 查看: 265

fpga的希尔伯特变换实现零.实现背景一.希尔伯特实现的基本原理二.fpga实现1）matlab仿真2）fpga滤波器实现实现成本：fpga实现采用VIvado的FIR的IP核，第三个问题 fpga仿真0. matlab 量化后仿真结果 1.原始数据导出；fpga仿真文件仿真结果注意的问题

零.实现背景

因为今明工作项目需要使用到希尔伯特变换来处理问题，所以顺便就把设计流程和代码都整理下来，以便供他人使用。选用Xilinx的7系列板子，Vivado平台。

一.希尔伯特实现的基本原理

希尔伯特变换的物理意义十分简单：把信号的所有频率分量的相位推迟90度希尔伯特变换器是频幅特性为1的全通滤波器，其正频率负90相移，其负频率正90相移

希尔伯特具体实现的方法用两种 -1. 实信号，通过fft这样可以得到精确的的解析函数结果，但是缺点就是必须是按照帧去计算的可以看下这个链接：希尔伯特变换序列xr的解析信号具有单边傅里叶变换。也就是说，对于负频率，变换消失了。为了近似分析信号，希尔伯特计算：具体可以看matlab的hilbert（）函数 – 输入序列（一般来说为实数序列)的FFT， – 将对应于负频率的FFT系数用零替换， – 并计算结果的反FFT。 – 得到的复数实部为原始信号，虚部为相移信号

-2.实信号，通过希尔伯特滤波器去实现，缺点是得到的是近似的结果，但优点是可以连续的输入数据，而不是按照帧去计算。

希尔伯特滤波器的构造，可以看着个链接 fpga希尔伯特实现，这个是参照XILINX fir手册写的。

希尔伯特滤波器其实是幅度为1的全通滤波器，可以用FIR实现，也可以用IIR实现，但工程上大多使用FIR，对于偶次的FIR滤波器，必须在0h和Fs/2处降为0，且必须为带通滤波器

下图中：采样频率为1M ，通带我50kHz - 450kHz 在这里插入图片描述而对于奇次的滤波器，则0hz增益为0，且必须是高通滤波器。

希尔伯特变换及其性质希尔伯特滤波器制作

二.fpga实现

因为项目要求的数据帧长度很大，远远超过FPGA的fft核最大长度65536，而且板子资源也比较紧张，最后选择是使用FIR希尔伯特滤波器实现的方案。

1）matlab仿真使用FDATOOL 工具去构造滤波器，选取阶数采用偶数，因为通带纹波的大小与阶数成反比，设定小于0.1db 也就是千分之5的变化。

在这里插入图片描述但是得到滤波器系数去带入matlab程序，并不能完成我的项目任务。因为我的输入信号本身就是加在100K调制信号上的，而且十分微弱，这点增益的变化还是会带来项目的失败。又因为随着阶数的改变，在我调制信号的频率上增益的有时正有时负，项目中必须是正值才能完成任务，一点衰减都不行。最后不断调试决定为8阶，在这里插入图片描述反而满足项目需求，这样告诉我一件事，根据理论大胆假设细致验证问题找原因才是关键。又因为matlab是浮点数计算，fpga采样定点数做滤波器（采用浮点数滤波器延迟打拍的资源根本无法估量）所以会带来精度损失，有可能带来设计的失败，所以需要做定点仿真，看是否满足要求

定点仿真：采用杜勇老师《matlab与fpga的滤波器实现》源码改了改 %matlab定点仿真 fs=1000000; %采样频率 load('Num8.mat'); %Num8为滤波器系数 h_pm = Num; %滤波系数进行量化 h_pm12=round(h_pm/max(abs(h_pm))*(2^11-1));%12bit量化 h_pm14=round(h_pm/max(abs(h_pm))*(2^13-1));%14bit量化 hn=h_pm14; %转换进制 q14_hex_pm=dec2hex(h_pm14+2^14*(h_pm14

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