מערכות רדיו מוגדרות תוכנה (SDR) שינו את הנוף של תקשורת אלחוטית על ידי שינוי עיבוד אותות מחומרה קבועה לפלטפורמות תוכנה גמישות.מערכת תוכנה זו מאפשרת למהנדסים לשנות את הטלוויזיות על זבוב, להסתגל לסטנדרטים שונים, ולנהל את תדר הרדיו (RF) עם ספקטרום חסר תקדים של מערכות ניהול קודמות (IR) בלב של כל מערכת SDR הוא סט של מסננים דיגיטליים שצורה, נקיה, נקיה ונקי בין אותות אלה, אופטימיזציה של שימוש בתדירות (IR) להגדרות מתמטית (retexitual Retexttexitual Indexing).

מימון מסננים IIR

מסנן IIR הוא סוג של מסנן דיגיטלי המשתמש משוב - התפוקה הנוכחית שלו תלויה הן בקלטים הנוכחיים והן בעבר, כמו גם תפוקה קודמת.מבנה זה מחדש מתואר על ידי משוואה הבדל ליניארית קבועה-coefficient:

(ב) .

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]] [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]]]

ניתוח פולני-Zero ויציבות

(הופנה מהדף ה-IIR מאופיין באופן מלא בתפקוד ההעברה שלו ב-FLT:0zigtureFLT:1-domain, שהוא פונקציה רציונלית של FLT:2zigFLT 3: 3 השורשים של המכשול הם אפסים, ושורשי המכנה הם קוטבים עיקריים, כי כל הקטבים חייבים לשכב בתוך העיגול של ה-Fpoint, במיוחד כאשר הם בעלי חשיבות עליונה, כלומר, כלומר, כלומר, אם הם בעלי חשיבות עליונה, אם הם בעלי השפעה, אם הם בעלי ערך, אם הם אינם מסוגלים ל-ה, אם הם אינם מסוגלים ל-ה, אם הם קיימים, כלומר, אם הם אינם מסוגלים ל-ה, אם הם אינם מסוגלים ל-ההההההה, אם הם קיימים, אם הם אינם מסוגלים ל-הההההההההההההההההתיקים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, כלומר, אם הם קיימים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, אם הם אינם מסוגלים ליישבים, אם

מגרשי פול-אפס מספקים דרך אינטואיטיבית לדמיין את תגובת התדירות של המסנן. פלט אפסים ליד אזורים של מעגל היחידה שבו העצימה הרצויה (למשל, בתדר התערבות מסוים) ופולטים ליד אזורי פס משפרים אתסלקטיביות. מהנדסים משתמשים לעתים קרובות במיקום קוט-אפס כאמצעי עיצוב עבור פס-stop (לא-stop) או מסנני פסים קבוצתיים ב-SDR.

טכניקות עיצוב עבור IIR מסננים ב SDR

תכנון מסננים IIR עבור יישומי SDR בדרך כלל מתחיל מטיפוס אנלוגי.השיטות הנפוצות ביותר הן:

  • (ב) [ה]הרביני טרנספורמטיבי: [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ב]]]] [ה]] [ה]][ה]]]]]] [ה'[ה]'[ה']'[ה']'[ב']'[ה']']''[ה']']'[ב'[ב']']']'[ה']'[ה'[ה'[ה']']'[ב[[ה'[ה'[ב[[ה']']']']']'[ה'[ב[[ה'[ב[[ה']']']']']']']'[ב[[ה']'[ב[[ה']'[ב[[ה']'[ה'[ה']']'[ה']']'[ב[[ה']']'[ב[[ה']']'[ב[[ה'[ב[[ה']']']']']'[ב[[ה'[ב[[ה'[ב[[ה
  • (FLT:0) Impulse Invariance:FearLT:1 Sample) הוא התגובה האימפולסיבית של מסנן אנלוגי להשגת אפקטיביות דיגיטלית.זה עובד טוב עבור מסננים נמוכים, משמר את הצורה של התגובה של זמן-דומיין, אבל זה יכול לגרום להתאמה אם רוחב הפס של מסנן אנלוגי אינו מוגבל מספיק.
  • (FLT:0)Pole-Zero Placement: FIRLT:1 , בכוונה הצבת קוטבים ואפסים כדי להשיג את תגובת התדירות הרצויה. שיטה זו אינטואיטיבית עבור מסננים פשוטים כמו לאץ או גלאי טון ומשמשת לעתים קרובות אלגוריתמים מתאימים SDR שבו פרמטרים מסנן יש לעדכן בזמן אמת.

לאחר שהקודמות נקבעות, יש לאמת אותן באמצעות כלים כמו MATLAB או Python's (FLT:0scipy.signalph:1 Library.SDR מפתחים בדרך כלל עיצוב מסננים באופן לא מקוון ולאחר מכן להטביע את המערךים האפקטיביות בקושחה או בתוכנה שלהם.

יישום רדיו מבוסס Software-Defined Radio

במערכת SDR, המסנן הדיגיטלי פועל על דגימות בסיס המסופק על ידי המרה אנלוגי-ל-דיגיטלית (ADC) בשיעורים לעתים קרובות מעל עשרות מגה-ספומפוס לשנייה. מגבלות בזמן אמת דורשות קוד יעיל הממזער פעולות (MAC) וגישה זיכרון. IIR מיושמות בדרך כלל באמצעות טופס I או Direct II (או מבנים קבועים שלהם) פחות שימוש בגרסאות זיכרון.

נקודת התחלה קבועה לעומת Floating-Point

פלטפורמות SDR רבות, במיוחד אלה המשתמשים ב-FPGAs או מיקרו-בקרים זולים, פועלים בקידוד קבוע נקודה.זה מציג רעש קוונטי וחוסר יציבות פוטנציאלי עקב סיבוב יעיל.טכניקה נפוצה היא להשתמש "ביק" (סעיף שני) מצטבר) באמצעות מבנה קזנטאז'י נמוך יותר.על ידי ששבר מסנן גבוה לתוך סדרה של שלבים דו-קויים, כל אחד עם קטבים ממומשים היטב ואפסיים נמוך יכול להיות מפילטרים, אפילו פילטרים כפולים.

מעבדי נקודת-מחדש (למשל, ARM Cortex-A סדרה או PC-based SDRs) מציעים דיוק גבוה יותר ומדפי יעילות קלה יותר אבל ב- Power and Cost Premium. in Software, המשוואה היא פשוט כתובה כמו לולאה על דגימות, באמצעות תחליפי accumulator.

אדריכלות: Time Processing

תוכנה רגילה SDR מפעילה לולאה שליטה הקוראת דגימות מטבול חומרה, מעבד אותם דרך המסנן, וכותבת את הפלט לבלוק במורד הזרם (demodulator, מנתח ספקטרום, וכו ') עבור IIR סינון, את המשתנים המדינה (קלטים ופלטים) יש לשמור על עדכון בין דגימות.זה נעשה לעתים קרובות באמצעות מטבול או מערכי סטטי.

יישומים בניהול Spectrum

ניהול Spectrum כולל מגוון רחב של פעילויות - מתיאום רגולטורי ועד להפחתה בזמן אמת. מסננים IIR מאפשרים מספר יכולות מפתח במנהלי ספקטרום מבוססי SDR:

  • (FLT:0) איבוד ההפרעה:0 (FLT:1 Narrowband להפריע (למשל, משדר טלוויזיה דולף לתוך להקה סלולרית) ניתן להסיר עם מסנן IIR מתואם לתדירות ההתערבות.הדחייה החדה של מסננים IIR היא אידיאלית כאן, כפי שהיא מסירת את ההתערבות תוך פגיעה מינימלית בסימנים סמוכים.
  • (FLT:0Channel Selection:FLT:1 in a Multi-band SDR המקלט, IIR מסננים משמשים כפילטרים נבחרים ערוצים, מסלק ערוץ תקשורת מבוקש מערוצים סמוכים.The ul-off של עיצוב אלפטי שימושי במיוחד כאשר להקות שמירה הן צרות.
  • (FLT:0) סינון מסנן:FLT:1 ביישומים רדיו קוגניטיביים, ה- SDR חייב לחוש את הספקטרום ולהתאים את המסנן שלו בזמן אמת. מסנן IIR מותאם יכול לעדכן את האפקטיביות שלו בהתבסס על הסטטיסטיקה המתקבלת אות, לדוגמה באמצעות אלגוריתם של פחות ריבועים (RLS) כדי לעקוב ולבטל את ההתערבות של זמן.
  • (FLT:0) ספקטרום ספקטרוממי Access:ראהFLT:1; כאשר משתמש משני ניגש באופן ⁇ סטי לתדירות של idle של המשתמש הראשי, מסנן IIR באיכות גבוהה מבטיח השידור המשנית לא לשפוך לתוך להקות כבושות צמודות.זה משפר את יעילות הספקטרום תוך הגנה על עיקרי.
  • (FLT:0) פילטרים (SNR) שיפור: ⁇ 1 Pre-detection מסנן עם מסנן נמוך של IIR או רצועת פסים מקטין את הרעש מחוץ לפס, שיפור ה-SNR של אותות חלשים.זה קריטי עבור ספקטרום יישומים הדורשים זיהוי אותות ליד רצפת הרעש.

לצליל עמוק יותר לתוך טכניקות סינון הסתגלות, מתייחס ל-FLT:0 (המסננים של מתית'רס) הממסנן את תיעוד הסינון ההסתגלות של מאת'ר 1 (מ"א)

שיקולים

בעוד מסננים IIR מציעים יתרונות חישוביים, הם מציגים כמה שינויים ביצועים כי מהנדסי SDR חייבים לנהל בזהירות:

השפעות על יציבות ואפקטים של מילה לאורך זמן

כפי שצוין קודם לכן, כתמים חייבים להישאר בתוך מעגל היחידה. במערכות קבועות, קוונטיזציה יעילה יכולה לשנות כתמים, פוטנציאל לגרום חוסר יציבות. נקודת צף כפולה מבטלת את הסיכון הזה עבור רוב העיצובים אבל מגיע בעלות חומרה גבוהה יותר.כלל מעשי: לשמור על הוראות מסנן מתחת 10 (שימוש ב cascaded biquad) וסימולציה עם coefficients קוונטי לפני פריסה.

המונחים: Precision

מסננים IIR מצטברים רעש עקב סיבוב אחרי כל ריבוי פילטרים.עבור מסננים מסדר גבוה, זה יכול להפיג את SNR של אות הפלט.שימוש בשקדות דו-ממדיות מצמצם את זה כי כל שלב מחדש רק את המדינה שלו.בנוסף, מדרג את האות כדי למנוע זרימה יתר בביצועים קבועים הוא חיוני.

קבוצת עיכוב

מסננים IIR יש תגובה שלב לא ליניארי, כלומר רכיבים בתדרים שונים חווים עיכובים שונים.זה יכול לעוות את גלפורת האות המנוצב, שעלול לגרום להפרעות בין-סימבול בתקשורת דיגיטלית.עבור יישומים שבהם שלב ליניארי הוא קריטי (למשל, אותות עומס בשלב זה), מסננים FIR עשויים להיות מועדפים, או שלב שלם שווה יכול להיות קדמי עם IIR כדי לעכב את הקבוצה.

המונחים: Throughput

מסננים IIR לא ניתן להשוות בקלות כי כל פלט תלוי תפוקה קודמת.עם זאת, כי הם דורשים הרבה פחות ברז מאשר מסננים FIR, הם לעתים קרובות להשיג גבוה יותר דרך נפח עבור אותו סלקטיבית.באדריכלות המקבילה מסיבית SDR (כמו GPUs), האופי השוויטי של IIR יכול להפוך צוואר בקבוק. במקרים כאלה, מפתחים עשויים להשתמש עיבוד משוער או I עם אורך FIR כדי לנצל יותר כדי לנצל מקבילה של מקבילה כדי לנצל מקבילה של מקבילה כדי מקבילה כדי מקבילה.

מחקר: Narrowband Notch Filter for Interference Rejection

שקול את הספקטרום ניטור SDR שמקבל אות פס רחב (למשל, 20 מהרץ רוחב פס) וחייב לזהות אות משתמש חלש בתדירות מסוימת. a Strongband להפריע (למשל, תחנת שידור מזוהה רוחב) מופיע ב 10.5 MHz בתוך הלהקה.com, כאשר לא ניתן לבצע הזמנה שנייה IIR לא מסונן עם רוחב של 100 k ב -3B, בעיקר מ"ק"מ"ר 2 אינץ') אבל לא יכול להפריע ל- 2 אינץ' של 2 אינץ', אבל לא יכול להפריע ל- 2 אינץ' רוחב של המערכת השנייה של סנטימטר אחד של 0.

עבור מדריך מעשי בעיצוב מסננים לאנץ' ב- Python, ראה את הספר:0 (ספר בישול: Notch FilterFLT:1).

כיוונים עתידיים

התפקיד של מסננים IIR ב-SDR ימשיך להתפתח עם מגמות חדשות:

  • (FLT:0) פרופילים ו- Machine Learning-Enhanced:FLT:1 מערכות SDR משלבות יותר ויותר למידת מכונה כדי לזהות דפוסים בשימוש בספקטרום.פילטרים IIR עם עדכונים יעילים המונעים על ידי רשתות עצביות יכולים להתמודד עם התערבות לא-סטארית, כגון אותות מכפליים או דיקור דינמי.
  • (FLT:0)FPGA ו-Harware Acceleration:BuildFLT:1 , מערך שער הניתן לחיזוי שדה (FPGAs) יכול ליישם שלבים רבים של scaded biquad במקביל, עיבוד זרמי עם שקיפות ⁇ ⁇ סטית.המגמה לעבר מחשוב heterogeneous (CPU + FPGA) ב ® , תעשה סדר גבוה יותר IIR פילטרים מעשי יותר.
  • (FLT:0Wideband Spectrum Monitoring:FearLT:1 , as רוחב פס עולה (למשל, 5G ערוצי רדיו חדשים של 400 MHz), מסננים IIR יידרשו לתקשור - פיצול ה פס רחב לתוך פרוסות צר.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם מסדי נתונים ספציפיים: Elements:03FLT) 1 מערכות תיאום בתדר אוטומטיים (למשל, עבור חללים לבנים בטלוויזיה) משתמשים בחיישנים SDR פועל מסננים IIR כדי לזהות ולדווח על דיקור.שיפור ביצועים מסנן משופר משפר ישירות את האמינות של מסדי נתונים משותפים.

עבור יותר על ארכיטקטורות SDR, מתייחס ל- FLT:0RTL-SDR.comcioFLT:1 לפרויקטים מעשיים ומשאבים קהילתיים.

מסקנה

יישום מסננים IIR במערכות רדיו מוגדרות תוכנה הוא גם אמנות ומדע.יעילותם הופכת אותם הכרחיים עבור משימות ניהול ספקטרום שבו משאבים חישוביים מוגבלים ותגובה בזמן אמת היא חובה על ידי הבנת שיטות העיצוב - מטיפוס אנלוגי ליישומים בזמן דיסקרטי - וחשבונאות ליציבות, לכמת, ועיכוב קבוצתי, מהנדסים יכולים לפרוס פילטרים כי תמצית נקייה אותות דיכוי באסטרטגיות צפופות, כמו ספקטרום אסטרטגי, אני ממשיך ספקטרום חדשנות.

עבור ספר לימוד מקיף על עיבוד אותות דיגיטליים, ראה:0 תוך הבנת עיבוד אותות דיגיטליים על ידי ריצ'רד ג' לינסFLT:1.