導入:IIRの重要な役割は現代デジタルコミュニケーションのろ過します

現代の高速デジタル通信システムでは、正確に信号を分解し、解体する能力は、信頼性の高いデータ伝送のために不可欠です。 これらのプロセスの中心では、デジタルフィルタが横になり、それらの中で、Infinite Impulse Response(IIR)フィルタは、計算効率と正確な周波数の形成のために際立っています。 彼らのFinite Impulse Response(FIR)の対応とは異なり、IIRフィルタは、より少なく、より詳細な機能を使用して、比例した機能と、それらのオプションを最適化し、それらを最適化し、実際のオプションを最適化し、どのようにして、適切な方法と、適切な方法を検討します。

IIRフィルタの理解:基本と特徴

IIRフィルタは、反復フィードバックのために、応答を理論的に無限に拡張するデジタルフィルタです。 このフィードバックにより、フィルタは、より鋭いカットオフや共鳴ピークなどの複雑な周波数応答をモデル化することができます。 比較的小さなタップ数を使用して。 数学的に、IIRフィルタは、z-domainの転送機能によって記述されています。 H(z) = (b0 + b1 z - 1 + bM z - 1 + z - z - 1 z - z - 1 と、 z - を無限にすることができます。 と、 z- z-domain の応答は、 z-no と、 と、 の と、 、 は、 と の と と と の の と と の は、 と と の と の と と と の の と と の の の の の と と の の の と の は、 と の の の の の の の の と の の

IIRとFIRフィルタの重要な特徴は、フィードバックの存在です。 FIRフィルタは、本質的に安定して、リニアフェーズを展示している間、IIRフィルタは、棒がユニットサークル内で配置されていない場合は、不安定になることができます。 しかし、慎重に設計されている場合、IIRフィルタは、すべてのマルチプライ補正動作が重要であるデジタル下位変換および分岐ハードウェアの重要な利点をもたらす、係数カウントあたりの優れたストップバンド減衰率を提供します。

安定性とフェーズの検討

安定性は、棒の大きさを1つ未満に制約することによって保証されます。 多くの通信アプリケーションのために、わずかな非線形相変位は許容されますが、フェーズのリニアリティ(例えば、QPSKの復調)を必要とするシナリオでは、エンジニアは、多くの場合、フェーズの均等化とIIRフィルタをペアリングしたり、フェーズの歪みが許容される段階でのみ使用します。 この効率的なフェーズの断層間の取引は、デジタル受信機のIIRフィルタに集中しています。

デジタルダウンコンバージョン: 精密で周波数をシフト

デジタル・ダウンコンバージョン(DDC)は、高周波デジタル信号を変換するプロセスです。多くの場合、中間周波数(IF)または無線周波数(RF)で、ベースバンドまたは後続処理のための低IFまで。 古典的なDDCチェーンは、デジタルローカルオシレーター(NCO +ミキサー)で構成され、低パスフィルタを決定しました。 ミキサーは、信号スペクトルをゼロセンター周波数にシフトし、低域フィルタを解除する一方、低域フィルタをフィルタリングし、ノイズを除去する際のノイズを除去します。

IIRフィルタは、FIRフィルタよりも大幅に小さいフィルタオーダーで、必要な停止バンド減衰を達成できるため、ローパスフィルタリングステージで頻繁に適用されます。例えば、10番目の順楕円IIRローパスフィルタは、ストップバンド拒絶の80dBを提供することができます。これによって、同等のFIRフィルタは100 +タップを必要とする場合があります。これは、ソフトウェア定義されたラジオ(SDR)とデジタル受信機の両方で、電力消費量と遅延を低下させるに直接変換します。

DDCチェーンにおけるIIRフィルタの実装

典型的なDDCチェーンでは、ミキサーの出力はマルチレートフィルタバンクに供給されます。 多くのデザイナーは、初期の決定のためのカスケードインテグレータコンブ(CIC)フィルタを使用し、IIRフィルタによって細かいチャネル選択が続きます。 IIRフィルタは、パスバンドの平坦性を形作り、隣接するチャネルの干渉を抑制します。 IIRフィルタは再帰構造に実現できるため、それらは固定ポイントの算定条件に適しているか、ASFICフィルタの実行を介入し、注意を払うか、または、ASFICFの調整を防止します。

実用的な例:QAM信号のためのDDC

20 MHz IF で 64-QAM 信号を考えて下さい。 20 MHz ローカル oscillator と混合した後、ベースバンドは -10 MHz に +10 MHz に間隔をあけます。 10 MHz の締切りが付いている 4 順序の Butterworth IIR のローパス フィルターは 30 MHz を越えて逆にされたイメージを抑制できます。 フィルターは 5 つの乗数式セクションだけを使用し、各々は 5 つの乗数式を要求し、非常に有効な FPGA を有効にします。 この組み立ては共通のモードで、調整し、調整します。

復調プロセス: キャリアから情報抽出

復調は、下回った信号からベースバンド情報を回復します。 変調機構に応じて、AM、FM、PSK、QAM、またはFSK - 復調器は、残りのキャリア、隣接チャネル、およびノイズを拒否するためにフィルタリングする必要があります。 IIRフィルタは、決定回路の前に信号スペクトルをシェピングするチャンネル選択フィルタとして機能します。 例えば、QPSKの復調では、根上げコサイン(RRC)は、多くの場合、FIRフィルタが使用される場合、IFRITは、複雑化されます。

FMの復調のIIRフィルター

FM の復調は頻繁に低パス フィルターによって続く頻度分裂器を採用します。 分裂器出力は高頻度で騒音のスパイクを含んでいます、それは効果的に低い順序の楕円 IIR フィルターを使用して取除かれます。 同じフィルターはまたより高い可聴周波頻度(前退症の逆)を償却できます。 アナログFM の受信機では、簡単な単極 IIR フィルター suffices は、しかしデジタル(FM の順序)で、私はマスクを要求します。

キャリア回復ループのIIRフィルター

キャリア回復ループ — コスタスは、BPSK / QPSKのループのような — 一般的に、最初のまたは第2のIIRフィルタであるループフィルタを組み込んでいます。 これらのループフィルタは、フェーズロックされたループの帯域幅とロック時間を決定します。 狭いループ帯域幅IIRフィルタは、フェーズノイズを拒否しますが、ロックを長くします。 より広い帯域幅IIRフィルタは、より高速にロックしますが、ジッタを導入します。 ループフィルタを設計することが多い、IIRは、デジタルとしてPIコントローラを実装したが、定番のデモ機の設計です。

ダウンコンバージョンとデモのIIRフィルタの利点

  • 計算効率:]]FIRと比較して、シリコン領域と電力消費を削減する。
  • ] 急なロールオフ:[ は、混雑したスペクトルのチャネル選択のために不可欠である、低順序でハイストップバンド減衰を達成します。
  • []低グループ遅延の変動(特定のクラスの場合):[[バターワースIIRフィルタは、最大フラットパスバンドを提供し、振幅の歪みを最小限に抑えます。
  • 固定ポイントの安定性:[ 再帰構造は、FPGA DSPのスライスと固定点の算術によくマップし、よく知られているスケーリング技術で。
  • リアルタイムパフォーマンス:[]] タップが少ないため、レイテンシーが低下し、ダイナミックなチャネル条件でより高速なセッティングが可能。

コミュニケーションシステムにおけるIIRフィルタの設計検討

利点にもかかわらず、IIRは信頼性の高い動作を確保するために対処しなければならない設計課題を提示します。 []安定性]は、主な懸念です。 係数量子化は、ユニットの円の外側の棒をシフトし、振動を引き起こします。 設計者は、安定性チェックを実行し、偏心カスケードを使用して、丸みのエラーを最小限に抑える必要があります。 限界サイクル - 振動が低下する - 特に、これらのレベルの低下による低下や、これらの性能の低下を防止するために役立ちます。

右IIRプロトタイプを選択

アナログのプロトタイプ(Butterworth、Chebyshev、Elliptic、Bessel)の選択は、アプリケーション要件に依存します。 パスバンドのrippleが少ない低バージョンの場合、Chebyshev Type IIまたは楕円フィルタは、ストップバンド拒絶を最大にします。 バンド内振幅の平坦度が必要とされる(例、凝集検知)、ブッターワースまたはベッセルフィルタが優先されます。 ベーセルフィルタは、ほぼ特定の段階に限って、特定の段階に限度を付与します。

FIRフィルタとの比較:IIRを選択するとき

FIR フィルターは、正確な線形相と保証された安定性を提供しますが、急な切断のための計算コストは禁止することができます。 厳格な電力予算や低遅延要件を持つシナリオでは、IIRフィルタはより良い選択です。 多くの近代的なソフトウェア定義のラジオは、両方の組み合わせます:粗いIRアンチエイリアスフィルタは、罰金のFIR補償に従う。 決定マトリックスには、フィルタオーダー、フェーズの許容値、単語の長さ、および決定要因が含まれています。 決定率は、IFR4よりもはるかに上回っています。 IFRIRのリソースは、多くの場合、IFRIFERの規制は、FIRの要件を満たしています。

外部リンクのさらなる閲覧

より深い技術情報に興味がある人のために、次のリソースは、IIRフィルタ設計とデジタルコミュニケーションのアプリケーションに優れた背景を提供します。

コンテンツ

IIR フィルターは、デジタルのダウンコンバージョンと解体で作業場を維持し、計算効率と高性能の比類のない組み合わせを提供します。 最小限のリソースで鋭い周波数選択性を達成する能力は、衛星ターミナルから細胞基地局とSDRプラットフォームへのコスト感度とリアルタイム通信システムに不可欠です。 安定性、相続性、およびフィルタオーダー間の取引オフを理解することで、エンジニアはIIRフィルタを使用して、ワイヤレスフィルタの要求に応じて、安定した低電力受信機を構築することができます。 これにより、IIRフィルタは、ワイヤレスフィルタの機能を拡張し、重要な要素を拡張します。