Yazılım tanımlı radyo (SDR) sistemleri, her SDR sisteminin sinyal işlemesini esnek yazılım platformlarına değiştirmekle kablosuz iletişim alanını değiştirdi. Bu programlanabilirlik, mühendislerin uçta radyoları yeniden yapılandırmasını sağlar, farklı standartlara adapte eder ve radyo frekansı (RF) spektrumunu daha önce hiç bir şekilde optimize eder. Bu makale, tasarım, tasarım ve uygulama sistemleri, ve daha fazla tutarlı bir şekilde test ortamının optimizasyonu uygulamaları hakkında bilgi sahibi olur.

IIR Filtrelerinin Temelleri

Bir IIR filtre, geri bildirim kullanan bir dijital filtre türüdür - mevcut çıktı hem mevcut hem de geçmiş çıktılara bağlıdır. Bu recursive yapı line is described by a line-co effective difference:

[0]

[FONT=0}x[n][[D][/FONT=0}[0]]] [[Dönetici:0|Dönetici|Dönetici|Döneticileri) ve IIR filtrelerini, son derece kalıcı olarak takip eden bir tepki olarak, "Sonsuza kadar" (geçmiş) "Süresellik için son derece yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir şekilde ayarlanabilir.

Pole-Zero Analiz ve Stability

Bir IIR filtresinin davranışı, numerator'daki transfer fonksiyonu ile tamamen karakterize edilir:0))[/tr|bölgede) ve bükücünün kökleri kutuplu bir büyüme olduğunda, özellikle de sabit bir şekilde ayarlandığında, sabit olmayan bir büyümenin bir göstergesi olarak, sabit olmayan bir şekilde sabitlenir.

Pole-zero arsaları filtrenin frekans yanıtını görselleştirmenin sezgisel bir yolunu sağlar. Hassasiyetin istenen birim çemberinin yakınında sıfırlar (örneğin, belirli bir müdahale frekansı) ve kutuplar geçiş bölgesine yakın olarak kutup-zero yerleştirmeyi genellikle basit bir grup-tablok filtrelerinin SDR'de bir tasarım yöntemi olarak kullanır.

SDR'de IIR Filtreleri için Tasarım Teknikleri

SDR uygulamaları için IIR filtreleri tasarlamak genellikle analog bir prototipden başlar. En yaygın yöntemler şunlardır:

  • [FONT:0)Bilinear Dönüşümü:[Dönetici: 0 to ⁇ ) Birimdeki birim çemberi:2.[Dönetici[Döneticileri) ve uygulama için basit. Ancak, bu frekans savaşını ortaya çıkarabilir.
  • [FONT:0)Impulse Invariance:[Dönetici:[Dönetici:0) Analog filtrenin dijital katoratörler elde etmek için dürtü cevabı, düşük seviyeli filtreler için iyi çalışır ve zaman alan cevabının şeklini korur, ancak analog filtrenin bant genişliği yeterince sınırlı değilse bir şekilde kısaltılır.
  • [FONT=0)Pole-Zero Placement: Manually istenen frekans yanıtını elde etmek için kutuplar ve sıfırlar yerleştirmek. Bu yöntem, basit filtreler için sezgiseldir veya ton dedektörleri gibi ve genellikle filtre parametrelerinin gerçek zamanlı olarak güncellenmeleri için kullanılabilir.

Katalanlar hesaplanırken, MATLAB veya Python'un 03.03.signal) kütüphaneleri ile ilgili olarak ölçümler yapılmalıdır. SDR geliştiricileri genellikle bilgisayar veya yazılımlarında kataliziler kullanır.

Yazılım Tanımlı Radyo Uygulama

Bir SDR sisteminde, dijital filtre analog-dijimli dönüştürücü (ADC) tarafından teslim edilen temel bant örnekleri üzerinde çalışır (veya sık sık filtre tiplerini aşırı derecede azaltır). Direkt Form II, filtre siparişi yüksek olduğunda daha az bellek elementlerini kullanır, ancak ölçümleme efektlerine daha hassas olabilir.

Sabit-Point vs. Floating-Point

Birçok SDR platformları, özellikle FPGA'ları veya düşük maliyetli mikro kontrolleri kullananlar, sabit noktada sabit bir şekilde çalışır.Bu, katlama gürültüyü ve potansiyel istikrarsızlıkları kataraktlama nedeniyle, genel bir teknik bile "biquad" (saniye siparişi bölüm) bir dizi kattan diğerine geçiş yaparak, her bir transkript ve sıfırdan oluşan bir filtreyi bir dizi kez daha düşük devre dışı bırakılabilir.

Floating-point işlemciler (örneğin, ARM Cortex-A serisi veya PC tabanlı SDRs) yüksek hassasiyet ve daha kolay katlama sağlar ancak bir güç ve maliyet primi.In software, the difference denklem is simply written as a loop over examples, using accumulator variables. Optimizasyons such as loop unrolling, SIMD talimatları, or even GPU speed leveling.

Gerçek Zaman İşleme Mimarisi

Tipik SDR yazılımı, örneklemelerden gelen bir kontrol döngüsü yürütüyor ve genellikle kameraları veya statik dizileri kullanarak yapılmalıdır. Filtre işlevi bir kez daha blok halinde adlandırılır, sonraki blok için durumu güncelleyin.

Spectrum Management'de Uygulamaları

Spectrum yönetimi geniş bir aktivite seti oluşturuyor - gerçek zamanlı müdahale mitigation için düzenleyici koordinasyondan. IIR filtreler SDR tabanlı spektrum yöneticilerinde birkaç temel yetenek sağlar:

  • [FONT:0)Konferans Suppression: Narrowband müdahale edenler (örneğin, bir hücresel gruba sızıntı) müdahale frekansına kadar kaldırılabilir.
  • [FONT=0)Channel Selection:[Dönetici:[Dönetici:0) Çok bantlı SDR alıcısında, IIR filtreler kanal seçme filtreleri olarak hizmet eder, arzulanan bir iletişim kanalını, bitişik kanallardan izole eder.
  • [FONT:0] Adaptif Filtreleme:[Dönetici:[Dönetici:0)Bilgesel radyo uygulamaları için, SDR spektrumunu anlamlandırmalı ve filtrelerini gerçek zamanlı olarak adapte edebilir.In Adaptif IIR filtresi, alınan sinyal istatistiklerine dayanarak, örneğin recursive least kareler (RLS) algoritması kullanarak, zaman-varying müdahalesini takip etmek ve iptal edebilir.
  • [FONT:0]Dynamic Spectrum Access:[Dynamic Spectrum Access:[Dynamic Spectrum Access:[Dynamic Spectrum Access:[[DynamicT:1), ikincil bir kullanıcı aracının kimlik frekansına eriştiğinde, yüksek kaliteli bir grup geçiş IIR filtresi, ikincil iletimin bitişik işgal gruplarına yayılmamasını sağlar.
  • [[FONT:0)Signal-to-Noise Oran (SNR) Geliştirme: ), Bir IIR düşük geçit veya grup geçiş filtresi ile önbellekli filtre, zayıf sinyallerin SNR'sini geliştirir. Bu, gürültü zeminine yakın sinyalleri tespit etmek için kritiktir.

Daha derin bir şekilde ayarlanabilir filtreleme tekniklerine atfedin, [[0)MathWorks'in uyarlayıcı filtreleme belgeleri[*)

Performansı Tahmin Ediyor

IIR filtreler hesaplama avantajları sunarken, SDR mühendislerinin dikkatle yönetilmesi gereken birkaç performans ticaretini tanıttılar:

Stability and Finite Word Length Effects

Daha önce de belirtildiği gibi, kutuplar birim çemberi içinde kalmalıdır. Sabit nokta sistemlerinde, katsal ölçümleme kutupları değiştirebilir ve dengesiz katlar dağıtmadan önce bu riski ortadan kaldırır.Incomplete-point systems, katalize edilebilir.

Sayısal Hassasiyet

IIR filtreler her multiplikasyondan sonra yuvarlak bir gürültüyü bir araya getirir. Yüksek sipariş filtreleri için, bu, çıktı sinyalinin SNR'sini bozabilir. biquad kalibre kullanarak bu durumu en aza indirir çünkü her aşama sadece kendi durumunu yeniden ölçeklendirir.

Grup Gecikme Grubu

IIR filtreler doğrusal olmayan faz yanıtları var, yani farklı frekans bileşenleri farklı gecikmeler deneyimliyor. Bu, bir modlu sinyalin dalgaformunu azaltabilir, potansiyel olarak grup dijital iletişimdeki müdahaleye neden olabilir.For applications where lineer stage is critical (e.g., stage-modated signal), FIR filtreler tercih edilebilir veya tüm geçitler IIR filtreleri gruptaki gecikmeyi lineerize etmek için IIR filtre ile birlikte olabilir.

C ⁇ Throughput

IIR filtreler kolayca paralelleştirilemez çünkü her bir çıkış önceki çıktılara bağlıdır. Ancak, FIR filtrelerden çok daha az musluk gerektirir, genellikle aynı seçimlik için daha yüksek genel olarak bağlantı yoluyla elde ederler.Büyük paralel SDR mimarileri (örneğin GPUs), IIR'nin öznel doğası bir şişenck haline gelebilir.

Vaka Çalışması: Interference Rejeksiyon için Narrowband Notch Filtre

Geniş bir bant sinyali alan SDR'yi göz önünde bulundurun (örneğin, 20 MHz bant genişliği) ve belirli bir frekansta zayıf bir birincil kullanıcı sinyalini tespit etmelidir. Güçlü bir dar bant müdahaleleyicisi (örneğin, bir yayın FM istasyonu) bandında 10.5 MHz'de görünür.

Python'da olmayan filtreler tasarlamaya yönelik pratik bir kılavuz için, bkz.ENSciPy Cookbook: Notch Filter[DÜT:1).

Future Yol Tarifi

SDR'deki IIR filtrelerin rolü yeni trendlerle gelişmeye devam edecek:

  • [FONT=0] Adaptif ve Machine Learning-Enhanced Filtreler: SDR sistemleri, spektrum kullanımında desenleri tespit etmek için makine öğrenimine giderek daha fazla dahil edilir.
  • [FONT:0]FPGA ve Donanım Hızlandırma: Alan-programlanabilir kapı dizileri (FPGAs) paralel olarak birden çok kalibreli biquad aşamalarını uygulayabilecek, işleme örnek akışları heterojen hesaplamaya doğru (CPU + FPGA) eğilimi gerçek zamanlı olarak yüksek siparişler verebilir.
  • [FONT:0)Wideband Spectrum Watch:[Döneticileri artırdığı gibi (örneğin, 5G Yeni Radyo 400 MHz kanalları), IIR filtreler kanalizasyon için gerekli olacaktır - geniş bantları daraltmak için. Polyfaz filtre bankaları, sık sık sık sık sık spektrumlular, spektrum tarama için verimli kanalize etmek için verimli kanalizeler sunar.
  • [FONT:0) Spectrum Databases ile ilgili olarak: Otomatik frekans koordinasyon sistemleri (örneğin TV beyaz uzaylar için) SDR sensörleri IIR filtreler kullanarak ve rapor occupancy.

SDR mimarileri hakkında daha fazla bilgi için, [[0)RTL-SDR.com pratik projeler ve topluluk kaynakları için.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yazılım tanımlı radyo sistemlerinde IIR filtreleri uygulamak hem bir sanat hem de bir bilimdir. Verimliliği onları, hesaplama kaynaklarının sınırlı ve gerçek zamanlı yanıtın zorunlu olduğu spektrum yönetim görevleri için vazgeçilmez hale getirir. Tasarım yöntemlerini anlamakla - analog prototiplerden ayrık zaman uygulamaları için muhasebe - ve istikrar için muhasebe, ölçümleme ve grup gecikmesi, mühendisler kalabalık ortamlardaki müdahaleleri temizleyen ve baskıları dağıtabilir.

Dijital sinyal işleme üzerine kapsamlı bir ders için, bakınız:0) Richard G. Lyons[Döneticileri tarafından Dijital Sinyal İşlemeye Dair 1.