杜勇等编著的这本《数字滤波器的MATLAB与FPGA实现》为“FPGA应用技术丛书”之一。全书以Xilinx公司的FPGA器件为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言开发工具，详细阐述了数字滤波器的实现原理、结构、方法及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析其在FPGA实现过程中的具体技术细节。

杜勇等编著的这本《数字滤波器的MATLAB与FPGA实现》以Xilinx公司的FPGA器件为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言开发工具，详细阐述了数字滤波器的实现原理、结构、方法及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析其在FPGA实现过程中的具体技术细节。其主要内容包括FIR滤波器、IIR滤波器、多速率滤波器、自适应滤波器、变换域滤波器、DPSK解调系统设计等。

《数字滤波器的MATLAB与FPGA实现》思路清晰、语言流畅、分析透彻，在简明阐述设计原理的基础上，追求对工程实践的指导性，力求使读者在较短的时间内掌握数字滤波器的FPGA设计知识和技能。

本书适合于从事无线通信和数字信号处理领域的设计工程师、科研人员，以及相关专业的研究生、高年级本科生使用。

第1章 数字滤波器及FPGA概述/1

 1.1 滤波器概述/3

1.1.1 滤波器简介/3

1.1.2 数字滤波器的分类/4

1.1.3 滤波器的特征参数/6

 1.2 FPGA基本知识/6

1.2.1 FPGA的基本概念及发展历程/6

1.2.2 FPGA的结构和工作原理/8

1.2.3 IP核的概念/13

 1.3 FPGA在数字信号处理中的应用/14

 1.4 Xilinx器件简介/15

1.4.1 Spartan系列器件/17

1.4.2 Virtex系列器件/20

1.4.3 PROM芯片介绍/26

 1.5 小结/27

第2章 设计语言及环境介绍/29

 2.1 VHDL语言简介/31

2.1.1 HDL语言/31

2.1.2 VHDL语言/32

 2.2 FPGA开发工具及设计流程/35

2.2.1 ISE开发套件/35

2.2.2 Modelsim仿真软件/39

2.2.3 Synplicity综合软件/41

2.2.4 FPGA设计流程/42

 2.3 MATLAB软件/44

2.3.1 MATLAB软件简介/44

2.3.2 常用的信号处理函数/47

2.3.3 滤波器设计分析工具FDATOOL/54

 2.4 MATLAB与ISE的联合应用/55

2.4.1 MATLAB与ISE的数据交换/55

2.4.2 混频器设计分析实例/56

 2.5 小结/69

第3章 FPGA实现数字信号处理基础/71

 3.1 数的表示/73

3.1.1 莱布尼茨与二进制/73

3.1.2 定点数表示/74

3.1.3 浮点数表示/78

 3.2 有限字长效应/81

3.2.1 字长效应的产生因素/81

3.2.2 A/D变换的字长效应/82

3.2.3 滤波器系数的字长效应/83

3.2.4 滤波器运算中的字长效应/84

 3.3 FPGA的常用运算模块/85

3.3.1 加法器模块/85

3.3.2 乘法器模块/88

3.3.3 除法器模块/94

3.3.4 CORDIC运算模块/97

3.3.5 浮点运算模块/99

 3.4 小结/101

第4章 FIR滤波器的FPGA设计与实现/103

 4.1 FIR滤波器的理论基础/105

4.1.1 线性时不变系统/105

4.1.2 FIR滤波器的原理/107

4.1.3 FIR滤波器的特性/108

4.1.4 FIR滤波器的结构形式/112

 4.2 FIR滤波器的设计方法/116

4.2.1 窗函数法/117

4.2.2 频率取样法/118

4.2.3 最优设计方法/119

 4.3 FIR滤波器的MATLAB设计/120

4.3.1 采用fir1函数设计/120

4.3.2 采用kaiserord函数设计/125

4.3.3 采用fir2函数设计/126

4.3.4 采用firpm函数设计/127

4.3.5 采用FDATOOL工具设计/129

 4.4 FIR滤波器的FPGA实现/131

4.4.1 量化滤波器系数/131

4.4.2 串行结构的FPGA实现/133

4.4.3 并行结构的FPGA实现/140

4.4.4 分布式结构的FPGA实现/143

4.4.5 不同结构的性能对比分析/148

4.4.6 采用FIR核实现/148

 4.5 小结/153

第5章 IIR滤波器的MATLAB与FPGA实现/155

 5.1 IIR滤波器的理论基础/157

5.1.1 IIR滤波器的原理及特性/157

5.1.2 IIR滤波器的结构形式/157

5.1.3 IIR与FIR滤波器的比较/159

 5.2 IIR滤波器的设计方法/160

5.2.1 几种典型的模拟滤波器/160

5.2.2 原型转换设计法/163

5.2.3 直接设计法/164

 5.3 IIR滤波器的MATLAB设计/164

5.3.1 采用butter函数设计/165

5.3.2 采用cheby1函数设计/165

5.3.3 采用cheby2函数设计/166

5.3.4 采用ellip函数设计/166

5.3.5 采用yulewalk函数设计/167

5.3.6 几种设计函数的比较/167

5.3.7 采用FDATOOL工具设计/169

 5.4 IIR滤波器的FPGA实现/170

5.4.1 量化直接型结构的系数及运算字长/170

5.4.2 直接型结构的FPGA实现/174

5.4.3 直接型结构FPGA实现后的测试仿真/180

5.4.4 量化级联型结构的系数/184

5.4.5 级联型结构的FPGA实现/185

5.4.6 级联型结构FPGA实现后的测试仿真/190

 5.5 小结/191

第6章 多速率滤波器的FPGA实现/193

 6.1 多速率信号处理基础知识/195

6.1.1 多速率信号处理的概念及作用/195

6.1.2 多速率信号处理的一般步骤/196

6.1.3 软件无线电中的多速率处理/196

 6.2 抽取与内插处理/198

6.2.1 整数倍抽取/198

6.2.2 整数倍内插/199

6.2.3 比值为有理数的抽样率转换/202

 6.3 CIC滤波器/202

6.3.1 CIC滤波器的原理/202

6.3.2 CIC滤波器的应用条件/204

6.3.3 单级CIC滤波器的FPGA实现/206

6.3.4 多级CIC滤波器的FPGA实现/208

6.3.5 CIC滤波器IP核的使用/215

 6.4 FIR半带滤波器/218

6.4.1 半带滤波器的原理/218

6.4.2 半带滤波器的MATLAB设计/219

6.4.3 多级半带滤波器的设计/221

6.4.4 多级半带滤波器的FPGA实现/223

 6.5 多相分解技术/229

6.5.1 多相分解技术的一般概念/229

6.5.2 整数倍抽取器的多相结构/230

6.5.3 多相抽取器的FPGA实现/232

 6.6 小结/234

第7章 自适应滤波器的FPGA实现/235

 7.1 自适应滤波器简介/237

7.1.1 自适应滤波器的概念/237

7.1.2 自适应滤波器的应用/238

7.1.3 自适应算法的一般原理/240

 7.2 LMS算法/242

7.2.1 LMS算法的原理/242

7.2.2 LMS算法的实现结构/242

7.2.3 LMS算法的字长效应/243

7.2.4 符号LMS算法原理/245

7.2.5 LMS算法的MATLAB仿真/245

 7.3 自适应线性滤波器的FPGA实现/250

7.3.1 自适应线性滤波器原理/250

7.3.2 利用线性滤波器实现通道失配校正/250

7.3.3 校正算法的 MATLAB仿真/251

7.3.4 校正算法的 VHDL实现/253

7.3.5 FPGA实现后的仿真测试/257

 7.4 自适应均衡器的FPGA实现/258

7.4.1 自适应均衡器原理/258

7.4.2 自适应均衡器的MATLAB仿真/259

7.4.3 自适应均衡器的VHDL实现/262

7.4.4 FPGA实现后的仿真测试/266

 7.5 智能天线阵的FPGA实现/267

7.5.1 智能天线阵的概念及原理/267

7.5.2 自适应直线阵的MATLAB仿真/270

7.5.3 自适应天线阵的VHDL实现/272

7.5.4 FPGA实现后的仿真测试/274

 7.6 小结/275

第8章 变换域滤波器的FPGA实现/277

 8.1 变换域滤波器简介/279

 8.2 快速傅里叶变换/279

8.2.1 离散傅里叶变换/279

8.2.2 DFT存在的问题/281

8.2.3 FFT算法的基本思想/282

8.2.4 FFT算法的MATLAB仿真/283

 8.3 FFT核的使用/285

8.3.1 FFT核简介/285

8.3.2 FFT核的接口及时序/286

 8.4 频域滤波器的原理及MATLAB仿真/288

8.4.1 抗窄带干扰滤波器的原理/288

8.4.2 检测门限的选取/289

8.4.3 频域滤波器的MATLAB仿真/290

 8.5 频域滤波器的FPGA实现/292

8.5.1 FPGA实现的总体结构设计/292

8.5.2 速率变换模块的设计与实现/294

8.5.3 FFT及滤波设计与实现/298

8.5.4 IFFT及数据输出设计与实现/303

8.5.5 顶层文件设计及实现/307

8.5.6 FPGA实现后的仿真测试/309

 8.6 小结/310

第9章 DPSK解调系统的FPGA实现/311

 9.1 数字接收机的一般原理/313

9.1.1 通用数字接收机处理平台/313

9.1.2 基本调制解调技术/314

9.1.3 改进的数字调制解调技术/316

 9.2 DPSK调制解调原理/317

9.2.1 DPSK调制原理及信号特征/317

9.2.2 DPSK信号的MATLAB仿真/318

9.2.3 DPSK解调原理/321

 9.3 DPSK解调参数设计/323

9.3.1 数字下变频器设计/324

9.3.2 低通滤波器设计/325

9.3.3 数字鉴相器设计/326

9.3.4 环路滤波器设计/326

9.3.5 载波同步环设计的一般步骤/329

 9.4 Costas环的FPGA实现/330

9.4.1 顶层模块的VHDL实现/330

9.4.2 鉴相器及环路滤波器的VHDL实现/332

9.4.3 Costas环实现后的仿真测试/334

 9.5 符号同步环的FPGA实现/335

9.5.1 符号同步环的实现结构/335

9.5.2 符号同步环的VHDL实现/336

 9.6 DPSK全系统的FPGA实现及测试/338

9.6.1 码型变换的VHDL实现/338

9.6.2 DPSK解调全系统VHDL实现/339

9.6.3 系统的仿真测试/340

 9.7 小结/341

参考文献/343