Trong xử lý tín hiệu kỹ thuật số, FIR là một bộ lọc có đáp ứng xung có thời gian hữu hạn, do đó nó lắng xuống 0 trong thời gian hữu hạn. Điều này thường phân biệt với bộ lọc IIR, bộ lọc này có thể có phản hồi nội bộ và sẽ vẫn phản hồi vô thời hạn. Đáp ứng xung của bộ lọc FIR thời gian rời rạc bậc N lấy chính xác N + 1 mẫu trước khi nó lắng xuống 0. Bộ lọc FIR là loại bộ lọc phổ biến nhất được thực thi trong phần mềm và các bộ lọc này có thể là thời gian liên tục, tương tự hoặc kỹ thuật số và thời gian rời rạc. Các loại bộ lọc FIR đặc biệt là Boxcar, Hilbert Transformer, Differentiator, Lth-Band và Raised-Cosine.
Bộ lọc FIR là gì?
Thuật ngữ viết tắt của FIR là “Đáp ứng xung hữu hạn” và nó là một trong hai loại bộ lọc kỹ thuật số chính được sử dụng trong các ứng dụng DSP. Bộ lọc là bộ điều hòa tín hiệu và chức năng của mỗi bộ lọc là, nó cho phép các thành phần AC và khối các thành phần DC. Ví dụ tốt nhất về bộ lọc là đường dây điện thoại, hoạt động như một bộ lọc. Bởi vì, nó giới hạn tần số ở một mức độ nhỏ hơn đáng kể so với phạm vi mà con người có thể nghe được.
Bộ lọc FIR để xử lý tín hiệu kỹ thuật số
Có nhiều loại bộ lọc, cụ thể là LPF, HPF, BPF, BSF. LPF chỉ cho phép các tín hiệu tần số thấp đi qua o / p của nó, vì vậy bộ lọc này được sử dụng để loại bỏ các tần số cao. LPF thuận tiện để kiểm soát dải tần số cao nhất trong tín hiệu âm thanh. HPF hoàn toàn đối lập với LPF. Bởi vì, nó chỉ từ chối các thành phần tần số dưới ngưỡng nào đó. Ví dụ tốt nhất của HPF là, cắt nguồn AC âm thanh 60Hz, có thể được chọn làm nhiễu liên quan đến hầu hết mọi tín hiệu ở Hoa Kỳ.
Bộ lọc IR thay thế là bộ lọc DSP cũng có thể là IIR. Bộ lọc IIR sử dụng phản hồi, vì vậy khi bạn phát xung động, về lý thuyết o / p sẽ đổ chuông mãi mãi. Các thuật ngữ được sử dụng để mô tả bộ lọc IR là Tap, phản ứng xung, MAC (tích lũy nhân), đường trễ, dải chuyển tiếp và bộ đệm tròn.
Phương pháp thiết kế bộ lọc FIR
Các phương pháp thiết kế của bộ lọc FIR dựa trên sự xấp xỉ của bộ lọc lý tưởng. Bộ lọc tiếp theo tiếp cận đặc tính hoàn hảo vì thứ tự của bộ lọc sẽ tăng lên, do đó, việc tạo bộ lọc và việc triển khai nó sẽ phức tạp hơn.
Quá trình thiết kế bắt đầu với các yêu cầu và thông số kỹ thuật của bộ lọc FIR. Phương pháp được sử dụng trong quá trình thiết kế bộ lọc phụ thuộc vào việc thực hiện và thông số kỹ thuật. Có rất nhiều ưu và nhược điểm của các phương pháp thiết kế. Do đó, việc lựa chọn phương pháp phù hợp để thiết kế bộ lọc FIR là rất quan trọng. Do tính hiệu quả và đơn giản của bộ lọc FIR, phương pháp cửa sổ phổ biến nhất được sử dụng. Phương pháp tần số lấy mẫu theo phương pháp khác cũng rất đơn giản để sử dụng, nhưng có một sự suy giảm nhỏ trong dải dừng.
Cấu trúc logic của bộ lọc FIR
Bộ lọc FIR được sử dụng để thực hiện hầu hết mọi loại đáp ứng tần số kỹ thuật số. Thông thường các bộ lọc này được thiết kế với một hệ số nhân, bộ cộng và một loạt các độ trễ để tạo ra đầu ra của bộ lọc. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ bộ lọc FIR cơ bản với độ dài N. Kết quả của sự chậm trễ hoạt động trên các mẫu đầu vào. Các giá trị của hk là các hệ số được sử dụng để nhân. Vì vậy, o / p tại một thời điểm và đó là tổng của tất cả các mẫu bị trễ nhân với các hệ số thích hợp.
Cấu trúc logic của bộ lọc FIR
Các thiết kế bộ lọc có thể được xác định vì nó là quá trình chọn độ dài và hệ số của bộ lọc. Mục đích là thiết lập các tham số sao cho các tham số được yêu cầu như dải dừng và dải thông sẽ cho kết quả từ việc chạy bộ lọc. Hầu hết các kỹ sư sử dụng phần mềm MATLAB để thiết kế bộ lọc.
Thông thường, các bộ lọc được xác định bằng phản hồi của chúng đối với tần số riêng biệt các thành phần được tìm thấy tín hiệu i / p Các phản hồi của bộ lọc a được phân loại thành ba loại dựa trên các tần số như dải dừng, dải thông và dải chuyển tiếp. Đáp ứng của băng thông là tác động của bộ lọc lên các thành phần tần số được phân phối hầu như không bị ảnh hưởng.
Tần suất trong dải dừng của bộ lọc, theo sự khác biệt, sẽ giảm rất nhiều. Dải chuyển tiếp biểu thị các tần số ở giữa, có thể nhận được một số giảm, nhưng không tách rời hoàn toàn khỏi tín hiệu o / p.
Đáp ứng tần số của bộ lọc FIR
Biểu đồ đáp ứng tần số của bộ lọc được hiển thị bên dưới, trong đó ωp là tần số kết thúc của băng thông, ωs là tần số bắt đầu của băng dừng, As là lượng suy hao trong băng dừng. Các tần số b / n ωp và ωs giảm trong dải chuyển tiếp và được giảm xuống một số mức độ thấp hơn. Điều đó xác nhận rằng bộ lọc đáp ứng các thông số kỹ thuật ưu tiên bao gồm băng thông chuyển tiếp, gợn sóng, độ dài và hệ số của bộ lọc. Bộ lọc càng dài, phản hồi có thể được điều chỉnh càng tốt. Với độ dài và hệ số N, float h [N] = {…………}, được quyết định dựa trên, việc triển khai bộ lọc FIR khá đơn giản.
Đáp ứng tần số của bộ lọc FIR
Z Biến đổi của Bộ lọc FIR là
Đối với bộ lọc FIR nhấn N có hệ số h (k), thì o / p được xác định là
y (n) = h (0) x (n) + h (1) x (n-1) + h (2) x (n-2) + ……… h (N-1) x (nN-1 )
Biến đổi Z của bộ lọc là
H (z) = h (0) z-0 + h (1) z-1 + h (2) z-2 + ……… h (N-1) z- (N-1) hoặc
Chức năng chuyển của bộ lọc FIR
Công thức đáp ứng tần số cho bộ lọc FIR
Độ lợi DC của bộ lọc FIR là
Các ứng dụng của bộ lọc FIR chủ yếu liên quan đến truyền thông kỹ thuật số trong các giai đoạn tần số trung gian của máy thu. Ví dụ, một đài phát thanh kỹ thuật số nhận và chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tần số trung gian và sau đó chuyển đổi nó thành kỹ thuật số sử dụng với bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Sau đó sử dụng đáp ứng xung hữu hạn để chọn tần số ưu tiên. Nó được sử dụng trong radio phần mềm, cho phép các bộ lọc dễ dàng thích ứng với khả năng loại bỏ tốt và không cần thay đổi phần cứng.
Vì vậy, đây là tất cả về bộ lọc FIR, thiết kế bộ lọc FIR, cấu trúc logic và đáp ứng tần số của bộ lọc FIR. Chúng tôi hy vọng rằng bạn đã hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, bất kỳ câu hỏi nào liên quan đến chủ đề này và các ứng dụng, vui lòng đưa ra đề xuất và nhận xét của bạn trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, sự khác biệt giữa bộ lọc FIR và IIR là gì.
