用于卫星DBS调谐器的数字滤波器设计与仿真

摘要：为防止陆地UHF频道的信号到达卫星DBS调谐器并降低其灵敏度，在机顶盒的输入端需要使用高通滤波器。在分析卫星电视信号和陆地信号的基础上，给出了适合卫星DBS调制器的滤波器的性能指标；应用Matlab中的FDATool，设计出了符合指标要求的的IIR高通滤波器，给出了幅频和相频响应曲线。仿真结果表明，设计结果的各项性能指标达到要求，且设计过程简便易行。
关键词：卫星DBS调谐器；数字滤波器；FDATool；Simulink仿真

0 引言
    目前，卫星电视拥有多种节目，但它通常不包含郊区和许多城市地区的本地频道。卫星电视用户将当地陆地电视节目信号与卫星信号结合起来送入馈送电缆。然而，这些单元只有有限的阻带抑制，许多用户所在的地区可能具有高强度的陆地电视信号，或者他们使用的可能是高增益的Yagi天线。即使卫星电视和陆地电视信号没有合并，仍然可能有其他的强干扰。卫星碟形天线具有很强的方向性，但是仍然会受到阻塞的影响。蜂窝移动电话的信号在825～895 MHz频段内，再加上陆地电视广播，它们都可以找到从卫星馈线进入机顶盒的通道。这些“阻塞”信号能够通过碟形天线的某一旁瓣耦合到天线内(也就是说天线的方向性不是理想的)，或者仅仅凭借其距离近和功率高的特点耦合到碟形天线上去。在连接至机顶盒的组合频带馈送电缆中，卫星DBS频段为950～2 150 MHz，而陆地电视频段为54～860 MHz。在机顶盒的输入端需要有高通滤波器防止UHF信道的信号到达卫星DBS调谐器并降低其灵敏度。

1 数字滤波器的设计
    FDATool(Filter Design ＆ Analysis Tool)是Matlab信号处理工具箱专用的滤波器设计分析工具，操作简单、灵活，可以采用多种方法设计FIR和IIR滤波器。在Matlab命令窗口输入FDATool后回车就会弹出FDATool界面，如图1所示。

    由于卫星信号频带非常宽，选择高通滤波器。本例选择设计IIR，要求是把54～860 MHz频段的信号衰减20 dB，而对通过的卫星L频段信号(950～2 150 MHz)的插入损耗不超过0．7 dB。陆地信号频带上边界(860 MHz)距离卫星信号频带的下边界(950 MHz)非常近，如此小的过渡带所以选择椭圆滤波器。因为成本和元件误差的问题，在阶数选择上选最小阶。
    如图1所示，将上述滤波器的性能指标在FDATool界面勾选并填写。设置完以后点击窗口下方的Design Filter，在窗口上方就会看到所设计滤波器的幅频、相频响应如图2，图3所示。通过菜单选项Analysis还可以看到滤波器的相频响应、组延迟、脉冲响应、阶跃响应、零极点配置等。设计完成后将结果保存为ellipitc．fda文件。

2 Simulink仿真
    在Simulink环境下，建立仿真图如图4所示。将滤波器文件ellipitc．fda导入Digital Filter Design模块，输入500 MHz和1 000MHz信号，生成的滤波效果如图5所示，其中(a)为500 MHz输入信号；(b)为1 000 MHz输入信号；(c)为500 MHz和1 000 MHz的混频信号；(d)为滤波后输出信号。仿真结果显示，所设计的滤波器使输入信号中1 000 MHz的信号通过，500 MHz的信号得到了抑制，且几乎没有相位延迟。

3 结论
    Matlab具有强大数值分析、矩阵运算、图形绘制和数据处理等功能，已广泛应用到教学、科研、工程设计等领域。Matlab信号处理工具箱已成为信息处理、特别是数字信号处理(DSP)应用中分析和设计的主要工具。本文在分析卫星电视信号和陆地信号的基础上，给出了适合卫星DBS调谐器的滤波器的性能指标；应用Matlab中的FDATool，设计出了符合指标的IIR高通滤波器，给出了幅频和相频响应曲线；并搭建了Simulink仿真系统，仿真结果显示，所设计的滤波器符合性能指标要求。