Всем привет! Мы продолжаем разговор об основах цифровой обработки сигналов. Сегодня в нашем обзоре один из основных инструментов, в руках опытного разработчика способный стать почти чем угодно и в этом есть его сила. Казалось бы, всего одна несложная схема, а сколько возможностей!
Устройство фильтра
В прошлый раз мы поговорили об устройстве корреляционной обработки сигналов. Математически эта обработка выглядит весьма несложно.
Сумма произведений отсчетов входного сигнала с отсчетами эталонного сигнала, хранящимися в приемнике дает ту самую величину, показывающую меру похожести сигнала на эталон.
Одинокий единичный отсчет проходя через такое устройство создаст ровно такой же отклик, как выглядит хранящийся эталон. Такой отклик называется импульсной характеристикой. Хранящиеся в устройстве отсчеты это коэффициенты импульсной характеристики. Поскольку количество коэффициентов величина конечная, то подобным образом устроенный коррелятор еще называют фильтром с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтр).
Назначение КИХ-фильтра
Коррелятор при работе с сигналами способен выдавать устойчивый отклик даже при наличии интенсивных фоновых шумов. Форма отклика при работе с сигналами может не совпадать с самими сигналами, однако, коррелятору этого и не нужно. Его задача получить такой отклик, чтобы при сравнении его величины с порогом можно было бы принять решении о наличии или отсутствии сигнала в эфире.
Фильтр нижних частот (ФНЧ)
Совсем другое дело, когда из того же самого устройства нам необходимо сделать фильтр с совсем другими характеристиками. Давайте посмотрим пару вариантов. Одной из самых распространенных задач фильтрации сигналов является подавление шумов на частотах выше заданной. В этом случае получаются две полосы частот.
Одна полоса называется полосой пропускания (W pass), другая - полосой задержки (W stop). В полосе пропускания обычно располагается полезный сигнал, в полосе задержки подавляются все нежелательные частоты. Амплитудно-частотная характеристика такого фильтра демонстрирует как полосу пропускания, так и полосу задержки.
В полосе задержки подавление нежелательных составляющих в данном случае составляет не менее 15 дБ.
Это может звучать невероятно, но построенный ранее коррелятор одной только заменой коэффициентов импульсной характеристики превращается в фильтр нижних частот. Все эти новые коэффициенты представлены на рисунке ниже.
Именно эти четыре коэффициента сформируют нужную нам амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Как можно заметить, всего четыре коэффициента в импульсной характеристике дают не очень высокое качество фильтра. Обратите внимание на довольно слабое подавление в полосе задержки.
Простым увеличением количества коэффициентов фильтра можно добиться его весьма внушительных характеристик.
В этом примере подавление высокочастотных характеристик составляет уже более 40 дБ. Мы пока не будем рассматривать каким образом можно получить необходимое количество и величины коэффициентов импульсной характеристики фильтра, но это весьма интересный вопрос для будущих выпусков. Пока примите как факт, что эта
структура из регистров, сумматоров и умножителей может стать каким угодно фильтром частот.
Фильтр верхних частот (ФВЧ)
Фильтр верхних частот подавляет низкочастотные компоненты. У такого фильтра также есть полоса пропускания и полоса задержки, только в отличии от фильтра нижних частот эти полосы поменялись местами.
По вполне определенному набору исходных данных вычисляются его коэффициенты импульсной характеристики, которые и обеспечат фильтру необходимые свойства.
Режекторный фильтр
В качестве примера давайте еще возьмем одну из разновидностей частотных фильтров. Если полоса задержки разделяет две полосы пропускания, то такой фильтр служит для подавления помех, сосредоточенных в конкретной полосе частот.
В английском языке такие фильтры именуют bandstop, а в русском языке они более известны как режекторные.
Абсолютно также как и в прошлых случаях по заданным характеристикам подбирается число и величины коэффициентов импульсной характеристики фильтра.
Как вы понимаете, частотные свойства фильтра могут быть любыми, всегда можно подобрать нужное количество и величины коэффициентов импульсной характеристики для того чтобы реализовать фильтр с нужными свойствами.
И все-таки, какое же это универсальное средство! Нам такое обязательно пригодится в дальнейшей работе, поэтому в скором времени опишем его на языке Verilog.
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.
Также не обойдите вниманием канал на YouTube. Подписки и лайки будут приятным ответом от аудитории.
