
Modeling and Information System in Economics
ISSN 2708-9746
Програмний засіб для проектування цифрових фільтрів «дизайнер смугових фільтрів на основі частотної вибірки»
Software for design of digital filters “designer of bandpass frequency sampling filters”
DOI:
10.33111/mise.101.10
Анотація: Існує багато програмних засобів для проектування цифрових фільтрів. Наприклад, пакет прикладних програм MATLAB має можливість моделювати та обчислювати різні типи цифрових фільтрів. Однак фільтрам частотної дискретизації (FSF) приділяється мало уваги, а відомих і доступних програмних засобів для їх розрахунку немає. Такі фільтри мають високу обчислювальну ефективність і гнучкість у переналаштуванні діапазонів частот, які аналізуються. Вони можуть бути корисними при розробці високопродуктивних аналізаторів спектру, обробки мовних сигналів, маніпуляції квадратурними фазовими сигналами тощо.
Метод частотної дискретизації є одним із методів проектування фільтрів із кінцевою імпульсною характеристикою (КІХ). Він полягає в отриманні коефіцієнтів передатної функції фільтра безпосередньо з відліків заданої амплітудно-частотної характеристики (частотної характеристики). Ця характеристика легко встановлюється для смуг затримання (вона дорівнює нулю) і смуги пропускання (це одиниця). Отже, вагові коефіцієнти передатної функції, що визначаються частотною характеристикою в смузі пропускання, дорівнюють одиниці. Результуюча частотна характеристика фільтра відрізняється від бажаної на інтервали між вузлами інтерполяції. Ця різниця суттєво визначається заданими значеннями коефіцієнтів у перехідних смугах (так звані коефіцієнти переходу). Таким чином, основна проблема апроксимації полягає у правильному виборі порядку передатної функції та оптимальному визначенні коефіцієнтів переходу. Метою даної статті є опис можливостей програмного засобу «Конструктор смугових частотних дискретизаційних фільтрів», що дозволяє оптимально розв’язати задачу апроксимації ФЧП, та продемонструвати приклад розв’язання такої задачі. Стаття має науково-методичний характер
Abstract: There are many software tools for designing digital filters. For example, the MATLAB application package has the ability to model and calculate different types of digital filters. However, little attention is paid to frequency sampling filters (FSF) and there are no well-known and available software tools for their calculation. Such filters have high computational efficiency and flexibility in reconfiguring the frequency bands that are analyzed. They can be useful in the design of high-performance spectrum analyzers, speech signal processing, quadrature phase signal manipulation, etc. The frequency sampling method is one of the methods of designing filters with finite impulse response (FIR). It consists in obtaining the coefficients of the transfer function of the filter directly from the samples of a given amplitude-frequency characteristic (frequency response). This characteristic is easily set for stopbands (it is zero) and passband (it is one). Therefore, the weighting coefficients of the transfer function, determined by the frequency response in the passband are equal to one. The resulting frequency response of the filter differs from the desired at intervals between interpolation nodes. This difference is significantly determined by the specified values of the coefficients in the transition bands (so-called transition coefficients). Thus, the main problem of approximation is contained in the correct choice of the order of the transfer function and the optimal determination of the transition coefficients. The purpose of this article is to describe the capabilities of the software tool “Designer of bandpass frequency sampling filters”, which allows you to optimally solve the problem of approximation FSF, and demonstrate an example of solving such a problem. The article has a scientific and methodological nature.
Ключові слова: цифровий фільтр; фільтри частотної дискретизації; вагові коефіцієнти; частотні коефіцієнти; коефіцієнти переходу; передатна функція; характеристика загасання; цифровий банк смугових фільтрів.
Key words: digital filter; frequency sampling filters; weighting coefficients; frequency coefficients; transition coefficients; transfer function; attenuation characteristic; digital bank of bandpass filters.
УДК: 621.372.542
UDC: 621.372.542
To cite paper
In APA style
Korolov, A., Rybka, S., Varava, I., & Matsaenko, A. (2021). Software for design of digital filters “designer of bandpass frequency sampling filters”. Modeling and Information System in Economics, 101, 117-127. http://doi.org/10.33111/mise.101.10
In MON style
Корольов А.П., Рибка С., Варава І.А., Мацаєнко А. Програмний засіб для проектування цифрових фільтрів «дизайнер смугових фільтрів на основі частотної вибірки». Моделювання та інформаційні системи в економіці. 2021. № 101. С. 117-127. http://doi.org/10.33111/mise.101.10 (дата звернення: 11.04.2025).
With transliteration
Korolov, A., Rybka, S., Varava, I., Matsaenko, A. (2021) Prohramnyi zasib dlia proektuvannia tsyfrovykh filtriv «dyzainer smuhovykh filtriv na osnovi chastotnoi vybirky» [Software for design of digital filters “designer of bandpass frequency sampling filters”]. Modeling and Information System in Economics, no. 101. pp. 117-127. http://doi.org/10.33111/mise.101.10 [in Ukrainian] (accessed 11 Apr 2025).

Download Paper
106
Views
50
Downloads
0
Cited by
- Дьяконов В.П. Пользовательские характеристики MATLAB 6.5 SP 1/7.0 + Simulink 5/6. Обработка сигналов и проектирование фильтров, 2010. — СОЛОН-пресс. 578 с.
- Строганов А. Проектирование цифровых фильтров в системе MATLAB/Simulink и САПР ПЛИС Quartus, 2008. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://cyberleninka.ru/article/n/proektirovanie-tsifrovyhfiltrov-v-sisteme-matlab-simulink-i-sapr-plis-quartu (дата звернення 05.11.21).
- Солонина А. Моделирование цифровой обработки сигналов в MATLAB. Часть 3. Описание структкр КИХ- и БИХ-фильтров в MATLAB, 2009. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://cyberleninka.ru/ article/n/modelirovanie-tsifrovoy-obrabotki-signalov-v-matlab-chast-3-opisaniestruktur-kih-i-bih-filtrov-v-matlab (дата звернення 04.11.21).
- Андреев И.И., Ланнэ А.А. MATLAB для DSP: SPTool ‒ инструмент для расчета цифровых фильтров и спектрального анализа сигналов. Цифровая обработка сигналов. 2000. С. 6-13.
- Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. М.: ООО „Бином-Пресс”, 2006. 656 с.
- Рибка С.В., Корольов А.П., Мацаенко А.М., Варава І.А. Методика автоматизованого вирішення задачі апроксимації цифрових фільтрів на основі частотної вибірки. Стаття у збірнику наукових праць ВІТІ, збірник. №2. 2019.
- Дизайнер смугових фільтрів на основі частотної вибірки. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://filterdesigner.com.
- Algoritm дизайна фильтра Паркса-Макклеллана. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://ru.knledgr.coowm ›.
- Emmanuel C. Ifeachor, Barrie W. Jervis, Digital Signal Processing: A Practical Approach (2nd Edition), Prentice Hall, 2002, 960 pages.
- Chen X. P., Yu S. L., FIR filter design: frequency-sampling method based on evolutionary programming. Proceedings of the 2000 Congress on Evolutionary Computation. Vol. 1. 2000. Р. 575-579.
- Wan-Ping Huang, Zhou Li-fang, Ji-xin Qian, FIR filter design: frequency sampling filters by particle swarm optimization algorithm, Proceedings of 2004 International Conference on Machine Learning and Cybernetics, Shanghai, 26-29 August 2004, Vol. 4. Р. 2322-2327.
- Der-Feng Huang. A Computational Form of the Least Square Error Frequency Sampling Method for the Linear Phase FIR Filter Design, 2nd International Congress on Image and Signal Processing CISP ‘09, 17-19 Oct. 2009, pp. 1-4.
- R. Y. Belorutsky, I. S. Savinykh. Modified technique of FIR filter design by the frequency sampling method, 2016 11th International Forum on Strategic Technology (IFOST). Novosibirsk. 2016., Р. 259-262. DOI: 10.1109/SIBIRCON.2016.7884100.
- R. Y. Belorutsky, M.V. Oreshkina, I. S. Savinykh. The analytical approach for designing bandpass FIR filters by frequency sampling method, 2017, IEEE. Р. 239-244. DOI: 10.1109/SIBIRCON.2017.8109879.