Table of Contents

أساسيات ملفات IIR

ومرشحات الاستجابة النهائية هي فئة من مرشحات التصفيق الرقمية التي يحددها هيكلها التصحيحي، وعلى عكس مرشحات الاستجابة للنضوجات التي تعتمد فقط على عينات المدخلات السابقة، فإن مرشحات تقرير التنفيذ تغذي جزءا من إشارة الناتج في المدخلات، وهذه الحلقة المرتدة تجعلها فعالة للغاية: فهي يمكن أن تحقق نطاقات انتقال حادة وتبدوا مكافئا للكميات العالية الكفاءة.

(ب) i[]]) هي معامل التغذية، و]] ] هي معامل التغذية المرتدة، ويعطي وجود معامل التغذية العكسية تأثيرها غير النهائي على القيم غير النهائية في المستقبل.

Poles and Zeros

وظيفة نقل مرشح من طراز IIR في منطقة الزدومان هي وظيفة رشيدة:

إن جذور تعددية الأرقام هي الصفر، وينطلق من البوليومات المسمومة، وهي الأعمدة، حيث تحدد مواقع الأعمدة في المنطقة الجليدية استقرار المرشح والاستجابة للتواتر، فبالنسبة لمرشح هوائي، يجب أن تكون جميع الأعمدة داخل دائرة الوحدة، حيث تكون ظروف التصفية مستقرة، وهذا القيد عامل حاسم عند تصميم الاتصالات الساتلية.

الاستقرار والاستجابة للمرحلة

فأجهزة قياس IIR هي في جوهرها أكثر عرضة لعدم الاستقرار من أجهزة تحديد تصفية منطقة معلومات الطيران، وحتى الاضطرابات الصغيرة التي يمكن أن تؤدي إلى نقل عمود خارج دائرة الوحدة، مما يؤدي إلى تصفية أو انحسار التصفية، وفي تجهيز الإشارات الساتلية، حيث تكون الموثوقية غير قابلة للتفاوض، يجب النظر بعناية في هوامش الاستقرار أثناء التصميم.

الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالتصميم لأغراض تجهيز إشارات الهوائيات الساتلية

تواتر الانتقائية وضغوط باندويث

ويمكن أن تعمل وصلات الاتصالات الساتلية عبر نطاقات ترددات متميزة تحددها الأنظمة الدولية )مثل النطاق C، والشبكة الكهرومغناطيسية، والشبكة الكهروائية(، وتشمل سلسلة التغذية الهوائيات التي يجب أن تعزل القناة المرغوبة مع قمع التدخل المتاخم في القنوات، والضوضاء خارج النطاقات، وكثيرا ما يتم اختيار مرشحات النقل الدولي من أجل توفير نطاقات انتقالية ضيقة جدا ذات نظام قياسي أعلى، مما يقلل من حجم التجهيزات المركبة.

خطية المرحلة وطول المجموعة

وفي حين أن مرشحات أجهزة IIR ليست في صميمها من حيث النسق، فإن التأخير الجماعي يجب أن يقلل إلى أدنى حد من التباين عبر نطاق المرور لمنع التدخل فيما بين أجهزة الاستشعار عن بعد. وفي نماذج السواتل، كثيرا ما تكون المواظبة على التواؤم مع أجهزة تقرير المعلومات عن طريق أجهزة الاستنشاق، بحيث تُسدَّد الاستجابة للتأخر في التقلبات، مع أن التباطؤ في التكاليف هو في بعض الحالات.

الموارد الحاسوبية والضبطيات في الوقت الحقيقي

وتقييد محطات أرضية ساتلية ومجهزات متنقلة بالسرعة الحرارية وسرعة ساعاتها، إذ إن مرشحات أير آر، التي لها هيكل ترفيهي، تتطلب عددا أقل من العمليات المتعددة التراكم لكل عينة مقارنة بمرشحات منطقة معلومات الطيران ذات الأهمية النسبية، مثلا، يمكن أن تحل محل تصفية معلومات الطيران ذات المقياس السادس، مما يقلل بشدة من العبء التلقائي السهل.

آثار تحديد الكمية والدقة المعامل

وعندما تنفذ مرشحات أجهزة تقرير الجرد الدولي في نقاط ثابتة على أساس المقاييس البرمجية لأسعار الاستهلاك أو برامج الدعم، يجب قياس المعاملات كميا إلى عدد محدود من القطع، وهذا القياس الكمي يغير مواقع القطب ويمكن أن يؤدي إلى تدهور الأداء أو حتى إلى عدم الاستقرار، كما أن التوسع الدقيق في استخدام نقاط الاصطدام المزدوجة في المحاكاة أمر أساسي.

طرائق تصميم ملفات IIR

Butterworth Filters

ويتميز مرشحو بوترورث بسلسلة مرور مسطحة إلى أقصى حد - لا يوجد طحال في العاصمة، وبدخول مركب واحد نحو الترددات المتوقفة، وهي مناسبة تماما للتطبيقات التي يكون فيها الحفاظ على الإشارات في النطاق الترددي أمرا بالغ الأهمية، مثل مرشحات الاختيار الأولي قبل أن يُرفع جهاز الاستلام بالسواتل.

Chebyshev Type I and Type II

ويعرض مرشحو التليفزيون عملية انطلاق أكثر من بوترورث بالسماح بالقطع إما بربطة السر (الفصل الأول) أو بالوقف (الفصل الثاني). ويسمح مرشحات النمط الأول من نوع تشيبيشيف بأن تبقى في نطاق السرعة ومحطة التوقف الأحادي؛ أما النوع الثاني (التشيبيشيف العكسي) فيفضل أن يكون له نظام نقل أحادي ومصفوف في نظام التوقف الساتلي.

المصورون (المصورون)

وتوفر مرشحات الشفاهية أكثر الطرق تحولاً من أجل ترتيب معين، وذلك بالسماح بتمزيق نطاق المرور ووقفه على حد سواء، وهي مثالية للتطبيقات التي تتطلب أقصى قدر من الانتقائية، مثل فصل القنوات الساتلية الفضائية عن كثب، والمبادلات هي استجابة تدريجية أكثر غير خطية، وزيادة الحساسية إزاء قياس كمية المعامل، وكثيرا ما تنفذ أجهزة التحلل الشحومية على أجهزة الدمج التي تستخدم فيها الكفاءة في البرمجيات المنخفضة.

مصورو بيسسل

وترمي مرشحات البيسزل إلى الحفاظ على شكل موجة المدخلات عن طريق توفير تأخير مستمر في المجموعة عبر النطاق الترددي، وفي الاتصالات الساتلية، تستخدم في مراحل مكافحة التأجير من نوع إلى رقمي أو في تجهيز النطاقات الأساسية حيث تكون مرحلة التسلسل ضرورية، غير أن الاستجابة الكبيرة لمصفوفة الفرز من نوع Bessel تنفجر ببطء أكبر من ذي قبل أو شيبيشيف.

النموذج الأولي للمناظرات وجهاز تحويل ثنائي

ويبدأ النهج الكلاسيكي في تصميم مرشحات رقمية IIR بنموذج متماثل (Butterworth, Chebyshev, etc.) ويرسم خريطة له على النطاق الرقمي باستخدام التحول الثنائي، ويحافظ على الاستقرار ويرسم خريطة كاملة للخط الأزرق المضغوط دون استخدام وسائل الفرز ذات الترددات الثابتة.

أقل المجالات ودرجة التصميم على أساس أمثل

وبالنسبة للتطبيقات الساتلية ذات الحجم العرفي أو القيود على مراحل، كثيرا ما يستخدم تصميم IIR على أساس الترشيد الأمثل، كما أن تقنيات مثل طريقة ستيغلتس - مكبرايد أو تخفيض النموذج (مثلا، التهوية المتوازنة) يمكن أن تنتج مرشحات تقارب الاستجابة التواترية التعسفية بأقل قدر من الترتيب.

التنفيذ في النظم الساتلية

DSP vs FPGA Implementation

وتستخدم المحطات الأرضية الحديثة للسواتل عادةً FPGAs في تجهيز الإشارات الرقمية العالية السرعة، بينما تعتمد المجهزات على متنها في كثير من الأحيان على برامجيات مجهزة بالإشعاعات، وتستفيد مرشحات الهواء المضغوطة التي تنفذ على نطاق الترددات العالية من شرائح نظام الأفضليات المعمم التي تؤدي عمليات متعددة التراكم بمعدلات عالية للساعة، وقد تتحسن مستويات الأنابيب الترويحية للطبيعة، ولكن التقنيات مثل برامج النظر في الجرعة أو التجهيز الموازية.

هيكلا السلاسل التعاقبية والبارالية

ولتحسين الاستقرار الرقمي والحد من حساسية القياس الكمي، عادة ما تنفذ أجهزة قياس IIR كسلسلة من الأقسام ذات المرتبة الثانية بدلا من مجموعة واحدة من المواد ذات المرتبة العالية، ويقابل كل نظام من نظم الأمن العام زوجا من الأعمدة المركبة التي تتجمع وتحتمل أن تكون صفرا، ويمكن أن يُستحسن ترتيب وتوحيد الأقسام لتقليل الازدهار الضوضاء ومنع التدفق الموازي.

Fixed-Point vs Floating-Point

وكثيرا ما يستخدم المجهزون المزودون بمؤهلات فضائية مقياسا ثابتا لإنقاذ الطاقة والمناطق، ويمكن أن يؤدي الاستخدام الكمي الفعال في النقاط الثابتة إلى أن يبتعد المرشّح بصورة أكبر عن هدف التصميم، ويجب على المهندسين أن يحفّزوا المرشّح في الشكل المحدد الهدف للتحقق من الاستقرار والأداء، وأن استخدام منطق التدوير والتسليم أمر أساسي في التعامل مع التدفق المفرط.

تصوّرات إضافية عن طريق IIR

وفي مجال الاتصالات الساتلية، تستخدم مرشحات التكيف لإلغاء التدخل من أجهزة الإرسال الأخرى أو لتكافؤ تشوهات القنوات، وفي حين أن مرشحات التكييف الخاصة بالمنطقة (مثلاً، نظام الرصد الوطني) أكثر شيوعاً بسبب تحليل الاستقرار الأبسط، فإن مرشحات التكييف التي تستخدم في أجهزة الإرسال يمكن أن تكون أكثر كفاءة في الاستجابة للدوافع الطويلة، بينما تُطبق نظم قياسية مثل أقل المناطق ترفيعاً، ومع ذلك تكيفات مع عوامل عدم الاستقرار.

أمثلة عملية وتحليل للأداء

مثال: بوترورث لو باس ل L-باند

(ب) النظر في جهاز استقبال ساتلي يعمل في النطاق L (1-2 GHz) الذي يتطلب مرشحاً منخفضاً لرفض الضوضاء خارج النطاق من مركب منخفض (LNB) (G-order Butterworth) الذي يمكن تصميمه بقطعة 1.7 GHz باستخدام التحول الثنائي النطاق، وينتج سلسلة من قسمين من نظام SOSH أكثر من 0B

مثال: فرقة تشيبيشيف لداونلينك

وهناك حاجة إلى مرشح لربط النطاق الترددي لاختيار نطاق الترددات المنخفضة لسواتل من طراز Ka (مثلا 20-2-21-2 GHz).

مقاييس الأداء

وتقاس فعالية مرشح IIR في جهاز استقبال ساتلي بتحسين نسبة الإشارة إلى الأرقام، وتدهور حجم الخطأ، والبطء، ويمكن لمرشح جيد التصميم أن يحسن معدل الأشعة دون الحمراء بنسبة 10-15 د.ب دون أن يؤثر تأثيرا كبيرا على سرعة الارتداد، إلا أن معدل التأخير في استخدام أجهزة التصوير الضوئي هو عادة ما يصل إلى عشر دورات ساعات، وهو أمر مقبول بالنسبة لأحدث التطبيقات الصوتية وخدمات البيانات.

مقارنة مع ملفات معلومات الطيران

وكثيرا ما تُفضَّل مرشحات منطقة المعلومات عن الطيران في الاتصالات الساتلية عندما تكون هناك حاجة إلى مرحلة خطية، كما هو الحال في نماذج عالية الترددات، وهي مستقرة بطبيعتها ويمكن تنفيذها بكفاءة باستخدام هياكل متعددة المراحل، غير أن التكلفة الحاسوبية لمرشح معلومات الطيران ذات القدرة الانتقائية المكافئة لمرشح من طراز IIR، يمكن أن تكون أعلى من 5 إلى 20 مرة، وعلى سبيل المثال، قد يلزم استخدام نظام معلومات طيران من طراز 50 إلى 5 إلى 10

الاتجاهات الناشئة في تصميم خامات الهواء الفضائي

التعلم من الآلات من أجل تحقيق التعظيم الفعال

وقد طبقت البحوث الأخيرة على شبكات التعاضد والتوتر العصبي للبحث عن معاملات في مجال النقل الدولي التي تستوفي المواصفات المعقدة بأقل قدر ممكن من الترتيب، ويمكن لهذه الأساليب أن تنظر في أوجه عدم الإيديات مثل التأثيرات الكمية والضوضاء على المعدات، وفي حين أنها لا تزال تجريبية، فإنها تعد بتصميم مرشحات قوية لتصنيع التغيرات في حمولات السواتل.

ملفات قابلة للثقة في إذاعة مبرمجة للبرمجيات

وتستخدم أجهزة الراديو المحددة بالبرمجيات بصورة متزايدة في المحطات الأرضية الساتلية لمرونتها، ويمكن تحديث معامل مرشحات أجهزة IIR في الوقت الحقيقي للتكيف مع بيئات التدخل المتغيرة، وتسمح أجهزة التصفيف القابلة للتداول القائمة على هياكل السحب أو أجهزة التكديس بالتبديل السريع بين مختلف خطط القنوات دون إعادة تحميل كامل مسار الترددات FPGA، وهذا الانتفاع قيم في محطات أرضية متعددة البعثات.

خاتمة

ولا تزال مرشحات أجهزة تقرير المصير مكونا أساسيا في سلاسل تجهيز الإشارات الهوائية الساتلية، مما يوفر توازنا في الكفاءة الحسابية والانتقائية من الترددات يصعب مطابقتها مع بدائل معلومات الطيران، ويستلزم التصميم الناجح اهتماما دقيقا بالاستقرار، والقياس الكمي، والاستجابة التدريجية، فضلا عن فهما شاملا للبيئة التشغيلية، ومن خلال اختيار طريقة التصميم المناسبة - تتحول إلى هياكل مصممة ذات طابع تضاريس، أو أكثر دقة، أو تعتمد على استخدام تكنولوجيا المعلومات الفضائية.

External Resources:]