Verwendung von nichtlinearen Phasenfiltern in HF-Empfängern

Ich bin dabei, das analoge Frontend für einen HF-Empfänger zu entwerfen. Das System verwendet die BPSK-Modulation. Ich habe mich gefragt, welche Auswirkungen nichtlineare Phasenfilter (wie Chebyshev und Butterworth) auf mein System und Frontends im Allgemeinen haben würden.

Ich weiß, dass eine variable Gruppenverzögerung im interessierenden Band Signale aufgrund einer nichtlinearen Phasenverschiebung über Frequenzen verzerrt (nichtlinear in dem Sinne, dass die Phasenverschiebung nicht proportional zur Frequenz ist). Abgesehen davon weiß ich auch, dass Filter wie Chebyshev-Filter häufig in Kommunikationssystemen verwendet werden. Daher ist meine Frage, wie gewöhnliche Kommunikationssysteme überhaupt mit so vielen Schwankungen in der Gruppenverzögerung kommunizieren können. Führen Empfänger die Gruppenverzögerungskorrektur digital durch? Beachten Sie, dass ich hier streng genommen von analogen Filtern spreche, nicht von digitalen FIR-Filtern (von denen ich weiß, dass sie eine lineare Phase haben können).

Als Beispiel könnte ich einen Empfänger entwerfen, der einen schmalen Tschebyscheff-Bandpassfilter hat, um unser interessierendes Band auszuwählen. Aber innerhalb dieses Bandes erfährt die Phase des Filters eine gewisse Änderung, die der Frequenz nicht linear folgt, wodurch eine nicht flache Gruppenverzögerung eingeführt wird. Warum verursacht dies (oder doch?) keine Probleme in Standard-Kommunikationssystemen?

Antworten (2)

Alle analogen Filter, die in HF-Empfänger-Frontends verwendet werden, gehören zur Klasse der analogen Infinite-Impulse-Response-Filter und können daher nicht gleichzeitig Stabilitäts- und Linearphaseneigenschaften aufweisen. In Ihrer Anwendung hat das Signal eine konstante Hüllkurve und alle Daten werden in der Phase des Signals gespeichert. Dieses Signal wird von so vielen Parametern im Pfad beeinflusst, dass es fast unmöglich ist, überhaupt eine erfolgreiche BPSK-Übertragung zu haben! Ein Teil dieser Probleme (einschließlich der durch nichtlineare Phasenfilter und nichtlineare Verstärker/Mischer verursachten AM-zu-PM-Verzerrung) wird unter Verwendung einer Trainingssequenz gelöst. Dies sind vorbekannte Datenströme, die mit dem Zweck initiiert werden, die Entzerrer und Vektoranalysatoren abzustimmen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass ein vorbekannter Strom von 10101010 vor der eigentlichen Datenübertragung gesendet wird. Der Prozessor stimmt die Entzerrerkoeffizienten und den Vektoranalysator so ab, dass die Konstellation des empfangenen Signals wie das beabsichtigte Muster aussieht. Nach dieser Kalibrierung kann die eigentliche Datenübertragung beginnen. Bei der GSM-Mobilfunktechnik wird dieser Vorgang meines Wissens nach 30 Mal pro Sekunde durchgeführt.

Könnten Sie bitte den ersten Teil umformulieren: "Alle analogen Filter ... sind IIR- Filter". Es ist verwirrend. :-)
Alle analogen Filter sind einfach IIR-Filter.
Danke für die Antwort! Die Dinge machen viel mehr Sinn. Dies geht definitiv über den Rahmen der Frage / Antwort hinaus, aber ich bin gespannt, wie ein Empfänger die Trainingssequenz überhaupt erkennen würde. Mein Verständnis ist, dass der Empfänger so etwas wie eine Kreuzkorrelation zwischen der bekannten Sequenz und dem, was er empfängt, verwendet, um zu bestimmen, wo die Sequenz beginnt. Aber wenn das empfangene Signal so stark verzerrt ist, wie könnte eine Kreuzkorrelation jemals funktionieren?
@BenFM Ich weiß, was Sie meinen, aber da der Begriff IIR digitalen Filtern zugeschrieben wird, kann der von Ihnen verwendete Ausdruck für Personen verwirrend sein, die zum ersten Mal mit diesen Informationen in Kontakt kommen. Stellen Sie sich eine Folgefrage vor: "Ich brauche Hilfe bei der Auswahl der Werte für LC in diesem IIR-Filter". Stellen Sie sich vor, es wäre auf dsp.ee gepostet worden. Ich frage mich, wie viele Downvotes das sammeln würde? :-) Vielleicht "alle Filter sind nichtlineare Phase" oder ähnliches?
Ich lerne dieses Zeug immer noch selbst, also werde ich erwähnen, was ich selbst gesehen und gelernt habe. Jeder Empfänger kann seine eigene dedizierte Struktur haben, um einen bestimmten Zweck zu erreichen, aber kommerzielle Empfänger sind so konzipiert, dass sie global funktionieren und daher bestimmte Eigenschaften haben. Sie senden ständig und die Empfänger warten eine gewisse Zeit, um die Taktfrequenz und Bitmuster durch Augendiagramme extrahieren zu können. Um es klarer zu sagen: Sie suchen nach einem bekannten Muster in einer Flut von Daten (bedeutungslose Bits, die nur zur Kalibrierung verwendet werden). Nachdem sie das Muster gefunden haben, kann die Kalibrierung beginnen.
@ein besorgter Bürger, ich verstehe, was du meinst. Ich habe den Beitrag für mehr Klarheit editiert :)

Phasenverschiebungen bewirken eine AM_PM-Umwandlung und umgekehrt. Ist das ein Problem für das Datenauge?

Denken Sie über die Datenwiederherstellungsanforderungen und die ISI-Toleranz nach und definieren Sie erst dann die akzeptable Phasennichtlinearität.

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Die besten Detektoren für Bits sind "matched filter"; Wenn Sie unbekanntes Phasenverhalten haben, wird auch das ideale Bit-Wiederherstellungssystem unbekannt.

Phasenlineare Systeme beseitigen einen Teil der Unsicherheit.

Könnten Sie Ihre Antwort bitte näher erläutern? Ich denke an dieser Stelle nicht einmal über ISI nach, sondern nur darüber, wie ein Empfänger so etwas wie BPSK bei Vorhandensein einer nicht flachen Gruppenverzögerung demodulieren oder sogar erkennen könnte.
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