Conozca todo sobre los filtros FIR en el procesamiento de señales digitales

Conozca todo sobre los filtros FIR en el procesamiento de señales digitales

En el procesamiento de señales digitales, un FIR es un filtro cuya respuesta de impulso es de período finito, como resultado de que se establece en cero en un tiempo finito. Esto a menudo se distingue de los filtros IIR, que pueden tener retroalimentación interna y aún responderán indefinidamente. La respuesta al impulso de un filtro FIR de tiempo discreto de orden N toma precisamente N + 1 muestras antes de que se establezca en cero. Los filtros FIR son los tipos de filtros más populares ejecutados en software y estos filtros pueden ser de tiempo continuo, analógico o digital y tiempo discreto. Los tipos especiales de filtros FIR son, a saber, furgón, transformador Hilbert, diferenciador, banda Lth y coseno elevado.

¿Qué es el filtro FIR?

Filtro FIR

La abreviatura del término FIR es “Respuesta de impulso finito” y es uno de los dos tipos principales de filtros digitales que se utilizan en las aplicaciones DSP. Los filtros son acondicionadores de señal y la función de cada filtro es permitir componentes de CA y bloquear componentes de CC. El mejor ejemplo de filtro es una línea telefónica, que actúa como filtro. Porque limita las frecuencias a una rabia significativamente menor que el rango de frecuencias que los seres humanos pueden escuchar.




Filtros FIR para procesamiento de señales digitales

Hay varios tipos de filtros, a saber LPF, HPF, BPF, BSF. Un LPF permite solo señales de baja frecuencia a través de tom su o / p, por lo que este filtro se utiliza para eliminar las altas frecuencias. Un LPF es conveniente para controlar el rango más alto de frecuencias en una señal de audio. Un HPF es bastante opuesto a LPF. Porque rechaza solo los componentes de frecuencia por debajo de algún umbral. El mejor ejemplo de HPF es cortar la potencia de CA audible de 60 Hz, que se puede seleccionar como ruido asociado a casi cualquier señal en los EE. UU.

La alternativa del filtro IR es un filtro DSP que también puede ser IIR. Los filtros IIR usan retroalimentación, por lo que cuando p / p un impulso, teóricamente o / p suena para siempre. Los términos utilizados para describir los filtros de infrarrojos son Tap, respuesta de impulso, MAC (multiplicar acumular), línea de retardo, banda de transición y búfer circular.

Métodos de diseño del filtro FIR

Los métodos de diseño del filtro FIR basados ​​en la aproximación del filtro ideal. El filtro resultante se acerca a la característica perfecta porque el orden del filtro aumentará, por lo que crear el filtro y su implementación se complica aún más.

El proceso de diseño comienza con las necesidades y especificaciones del filtro FIR. El método utilizado en el proceso de diseño del filtro depende de la implementación y las especificaciones. Hay muchas ventajas y desventajas de los métodos de diseño. Por lo tanto, es muy importante elegir el método correcto para el diseño de filtros FIR. Debido a la eficiencia y simplicidad del filtro FIR, se utiliza más comúnmente el método de ventana. El otro método de frecuencia de muestreo también es muy sencillo de utilizar, pero hay una pequeña atenuación en la banda de supresión.


Estructura lógica del filtro FIR

Un filtro FIR se utiliza para implementar casi cualquier tipo de respuesta de frecuencia digital. Por lo general, estos filtros están diseñados con un multiplicador, sumadores y una serie de retrasos para crear la salida del filtro. La siguiente figura muestra el diagrama de filtro FIR básico con longitud N. El resultado de los retrasos opera en muestras de entrada. Los valores de hk son los coeficientes que se utilizan para la multiplicación. De modo que el o / p a la vez y esa es la suma de todas las muestras retrasadas multiplicadas por los coeficientes apropiados.

Estructura lógica del filtro FIR

Estructura lógica del filtro FIR

los el diseño del filtro se puede definir como, es el proceso de elegir la longitud y los coeficientes del filtro. La intención es establecer los parámetros de modo que los parámetros requeridos como una banda de parada y una banda de paso den el resultado de ejecutar el filtro. La mayoría de los ingenieros utilizan el software MATLAB para diseñar el filtro.

Por lo general, los filtros se definen por sus respuestas a la frecuencia separada componentes que encontraron la señal i / p Las respuestas de los filtros se clasifican en tres tipos según las frecuencias, como la banda de parada, la banda de paso y la banda de transición. La respuesta de la banda de paso es el efecto del filtro sobre los componentes de frecuencia que se transmiten en su mayoría sin verse afectados.

Las frecuencias en la banda de supresión de un filtro son, por diferencia, muy reducidas. La banda de transición significa las frecuencias en el medio, que pueden recibir alguna reducción, pero no se separan completamente de la señal o / p.

Respuesta de frecuencia de un filtro FIR

El gráfico de respuesta de frecuencia del filtro se muestra a continuación, donde ωp es la frecuencia final de la banda de paso, ωs es la frecuencia de inicio de la banda de parada, As es la cantidad de atenuación en la banda de parada. Las frecuencias b / n ωp y ωs caen en la banda de transición y se reducen en un grado menor. Eso confirma que el filtro cumple con las especificaciones preferidas que incluyen ancho de banda de transición, ondulación, longitud del filtro y coeficientes. Cuanto más largo sea el filtro, más finamente se podrá ajustar la respuesta. Con la longitud y los coeficientes N, flotante h [N] = {…………}, decididos, la implementación del filtro FIR es bastante sencilla.

Respuesta de frecuencia de un filtro FIR

Respuesta de frecuencia de un filtro FIR

La transformación Z de un filtro FIR es

Para un filtro FIR N-tap con coeficiente h (k), entonces el o / p se define como
y (n) = h (0) x (n) + h (1) x (n-1) + h (2) x (n-2) + ……… h (N-1) x (nN-1 )

La transformada Z del filtro es
H (z) = h (0) z-0 + h (1) z-1 + h (2) z-2 + ……… h (N-1) z- (N-1) o

Función de transferencia del filtro FIR

La fórmula de respuesta de frecuencia para un filtro FIR

La ganancia de CC de un filtro FIR es

Las aplicaciones de los filtros FIR involucran principalmente comunicaciones digitales en las etapas de frecuencia intermedia del receptor. Por ejemplo, una radio digital recibe y convierte la señal analógica a la frecuencia intermedia y luego la convierte a digital usar con un convertidor de digital a analógico. Luego usa la respuesta de impulso finita para elegir la frecuencia preferida. Se utiliza en software radio, que permite filtros fácilmente adaptables con buen rechazo y sin cambiar hardware.

Por lo tanto, se trata de filtro FIR, diseño de filtro FIR, estructura lógica y respuesta de frecuencia de los filtros FIR. Esperamos que comprenda mejor este concepto. Además, cualquier consulta sobre este tema y aplicaciones, por favor dé sus sugerencias y comentarios en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la diferencia entre el filtro FIR y el IIR?