مقدمه: نقش حیاتی فیلترهای IIR در ارتباطات دیجیتال مدرن

در سیستم های ارتباطی دیجیتال با سرعت بالا امروز، توانایی به طور دقیق سیگنال های تجزیه و تحلیل برای انتقال داده های قابل اعتماد ضروری است.در قلب این فرآیندها فیلترهای دیجیتال دروغ می گویند و در میان آنها، پاسخ بی نهایت Impulse (IIR) فیلترها برای کارایی محاسباتی و فرکانس دقیق آنها است.

درک فیلترهای IIR: اصول و شخصیت ها

فیلترهای IIR فیلترهای دیجیتال هستند که واکنش های تکان دهنده آن به دلیل بازخوردهای بازگشتی به طور نامحدود گسترش می یابد.این بازخورد اجازه می دهد تا فیلتر به پاسخ های فرکانس پیچیده - مانند برش شدید یا قله های رزونین - با استفاده از تعداد نسبتا کوچک از ضربه های ریاضی، فیلتر IIR توسط عملکرد انتقال آن در z-domain شرح داده می شود: H(z) = D1 = {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle \"

تمایز کلیدی بین فیلترهای IIR و FIR حضور بازخورد است، در حالی که فیلترهای FIR به طور ذاتی پایدار هستند و فاز خطی را نشان می دهند، فیلترهای IIR می توانند ناپایدار شوند اگر قطب ها در داخل دایره واحد قرار ندهند، با این حال، هنگامی که با دقت طراحی شده اند، فیلترهای IIR به طور عمده توقف در هر شمارش را ارائه می دهند، که منجر به کاهش بار محاسباتی می شود - مزیت حیاتی در کاهش دیجیتال و سخت افزار تخریب و تخریب سخت افزار که در آن همه چیز را ضرب می کند.

ثبات و ملاحظات مرحله

ثبات با محدود کردن اندازه های قطب به کمتر از یک تضمین می شود.برای بسیاری از برنامه های ارتباطی، تحریف فاز کم غیر خطی قابل قبول است، اما در سناریو هایی که نیاز به مرحله خطی خطی بودن (به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل QPSK)، مهندسان اغلب فیلترهای IIR را با برابر سازی فاز جفت می کنند یا فقط در مراحلی که می توانند این تحریف تجارت و بهره وری مرکزی را تحمل کنند، فیلتر کردن گیرنده های دیجیتال است.

دیجیتال Downconversion: Shifting Frequenciess with Precision

دیجیتال پایین آمدن (DDC) فرایند ترجمه یک سیگنال دیجیتالی با فرکانس بالا است - اغلب در فرکانس های متوسط (IF) یا فرکانس های رادیویی (RF) - به پایه باند یا یک IF پایین تر برای پردازش بعدی. زنجیره DDC کلاسیک شامل یک نوسانگر محلی دیجیتال (NCO + میکسر)، و پس از آن فیلترهای کم سیمور، انتقال می یابد و همچنین به عنوان فیلتر ضد سیگنال و فیلتر کردن صفر، به عنوان فیلتر کردن صدا و همچنین به عنوان فیلتر کردن نور فیلتر کردن.

فیلترهای IIR اغلب در مرحله فیلترینگ کم استفاده می شوند زیرا می توانند به توقف لازم با یک سفارش فیلتر به طور چشمگیری کوچکتر از فیلترهای FIR دست یابند، به عنوان مثال، یک فیلتر کم نمک IIR می تواند 80 dB از رد شدن توقف را ارائه دهد، در حالی که یک فیلتر FIR ممکن است به 100+ ضربه نیاز داشته باشد که به طور مستقیم به مصرف و تاخیر در مصرف و گیرنده های دیجیتال (S تعریف شده) و گیرنده های دیجیتال (تعریف شده) ترجمه شده است.

اجرای فیلترهای IIR در DDC Chains

در یک زنجیره معمولی DDC، خروجی میکسر به یک بانک فیلتر چند منظوره تغذیه می شود. بسیاری از طراحان از یک فیلتر integrator-comb (CIC) برای تصمیم گیری اولیه تغذیه می کنند، و به دنبال آن یک فیلتر IIR برای انتخاب دقیق است. IIR فیلتر کردن مسطح پاس و سرکوب مداخله کانال مجاور.

مثال عملی: DDC برای سیگنال QAM

یک سیگنال 64QAM را در 20 مگاهرتز در نظر بگیرید، پس از مخلوط با یک نوسانگر محلی 20 مگاهرتز، محدوده پایه -10 مگاهرتز به +10 مگاهرتز. A چهارم سفارش Butterworth IIR با قطع 10 مگاهرتز می تواند تصویر upconverse را فراتر از 30 مگاهرتز سرکوب کند. فیلتر تنها از دو بخش Biquad استفاده می کند، هر کدام نیاز به پنج گیرنده چند منظوره دارند، که یک از تنظیمات کابل بسیار کارآمد است.

فرایندهای دمینگ: استخراج اطلاعات از حاملین

دم کردن اطلاعات پایه را از سیگنال پایین تر بازیابی می کند.بسته به طرح تنظیم - AM، FM، PSK، QAM یا FSK - تنظیم کننده نیاز به فیلتر کردن حامل باقی مانده، کانال های مجاور و سر و صدا دارد.IIR فیلترها به عنوان فیلترهای کانال انتخاب شده، شکل دادن طیف سیگنال قبل از تصمیم گیری برای مثال، در QPSK، به طور معمول در فیلترهای تقریبی ریشه (IR) استفاده می شود؛ اگر فیلترهای برابر است.

فیلترهای IIR در FM Demodulation

تخریب FM اغلب یک دیسکبر فرکانس را به دنبال یک فیلتر کم ارتفاع استفاده می کند. خروجی دیسک کشاتور شامل صدای در فرکانس های بالا است که به طور موثر با استفاده از یک فیلتر IIR کم سفارش کم حذف می شود، همان فیلتر همچنین می تواند فرکانس های صوتی بالاتر (پیش از آن) را در گیرنده های آنالوگ، یک فیلتر ساده، اما ساده است.

فیلترهای IIR در حلقه های بازیابی حامل

حلقه های بازیابی حامل - مانند کاستاs برای BPSK / QC - شامل فیلترهای حلقه است که به طور معمول اول یا دوم سفارش IIR فیلترهای IIR هستند. این فیلتر حلقه تعیین پهنای باند و قفل زمان حلقه قفل فاز قفل شده است، پهنای باند باریک IIR فیلتر فاز را رد می کند اما طولانی تر برای قفل؛ پهنای باند گسترده تر IIRitter قفل اما به سرعت طراحی نوار را معرفی می کند، اغلب به عنوان یک کنترل کننده دیجیتال، به عنوان یک نوار دیجیتال، به عنوان یک نوار دیجیتال، نصب می شود.

مزایای فیلترهای IIR در Downconversion و Demodulation

  • بهره وری محاسباتی: تعداد کمی از مولتیپلترها و اضافه کنندگان در مقایسه با FIR برای تیز بودن معادل، کاهش منطقه سیلیکون و مصرف انرژی.
  • با دستور کم، که برای انتخاب کانال در طیف شلوغ ضروری است، به دست آورد.
  • تقسیم تاخیر گروهی (برای کلاس های خاص): فیلترهای اماترورث IIR حداکثر یک پاسگاه مسطح را ارائه می دهند، به حداقل رساندن تحریف دامنه.
  • قابلیت اطمینان برای نقطه ثابت: نقشه های ساختاری بازگشتی به خوبی به برش های FPGA DSP و حساب ثابت نقطه، با تکنیک های مقیاس پذیری شناخته شده است.
  • عملکرد زمان واقعی: تأخیر کمتر به دلیل ضربه های کمتر، قادر به حل سریع تر در شرایط کانال پویا.

بررسی طراحی برای فیلترهای IIR در سیستم های ارتباطی

علی رغم مزایای آن، فیلترهای IIR چالش های طراحی را ارائه می دهند که باید برای اطمینان از عملیات قابل اعتماد (FLT:0) مناسب باشند نگرانی اصلی است: یک معیار ضریب می تواند قطب خارج از دایره واحد را تغییر دهد، و طراحان اشباع کمک می کنند تا بررسی های ثبات را اجرا کنند و از آبشارهای دودویی برای به حداقل رساندن خطاهای گرد استفاده کنند.

انتخاب راست IIR Prototype

انتخاب نمونه اولیه آنالوگ (اماترورث، Chebyshev، Elliptic، Besel) بستگی به الزامات درخواست دارد.برای کاهش که در آن موج passband کمتر بحرانی است، یک فیلتر Chebyshev Type II یا elliptic به حداکثر رساندن رد باند. برای تخریب که در آن در تخت دامنه باند نیاز است (به عنوان مثال، تشخیص دقیق، فیلتر کردن فیلتر، اما فیلتر کردن یک فیلتر کردن دقیق است.

مقایسه با فیلترهای FIR: هنگام انتخاب IIR

در حالی که فیلترهای FIR فاز خطی دقیق و ثبات تضمین شده را ارائه می دهند، هزینه محاسباتی آنها برای برش های شیب دار می تواند ممنوع باشد.در سناریوهایی با بودجه های قدرت سخت یا الزامات کم اعتبار، فیلترهای IIR انتخاب بهتری هستند. بسیاری از رادیوهای تعریف شده از نرم افزار مدرن هر دو ترکیب می شوند: یک فیلتر ضد مالی ضخیم به دنبال جبران خوب، تصمیم گیری ماتریس شامل فیلتر، اغلب نسبت اندازه کلمه، و یا مقدار متغیر، و مقدار زیادی از آن.

لینک های خارجی برای خواندن بیشتر

برای کسانی که علاقه مند به جزئیات فنی عمیق تر هستند، منابع زیر زمینه عالی در طراحی و کاربرد فیلتر IIR در ارتباطات دیجیتال ارائه می دهند:

نتیجه گیری

فیلترهای IIR یک اسب کار در تجزیه و تحلیل دیجیتال باقی مانده است، ارائه یک ترکیب بی نظیر از کارایی محاسباتی و عملکرد بالا. توانایی آنها برای دستیابی به انتخاب فرکانس تیز با حداقل منابع، آنها را در سیستم های ارتباطی با هزینه حساس و زمان واقعی ضروری می کند - از پایانه های ماهواره ای تا ایستگاه های پایه سلولی و سیستم های SDR با درک ثبات تجاری بین فاز، و تجهیزات خطی، تنها به عنوان فیلترهای قوی می تواند به عنوان استفاده از فیلترهای سیستم های سیستم عامل های سیستم عامل های سیستم های سیستم های سیستم عامل های سیستم عامل های سیستم های پیشرفته، به عنوان تقویت کننده ادامه دهد.