如何设计具有自定义群延迟的滤波器——为什么它是 IIR?

信息处理 matlab fft 无限脉冲响应 群延迟
2022-02-18 10:42:08

假设我有一个具有所需幅度特性的 FIR 滤波器。我可以想象使用与 FIR 串联的全通 IIR 来改变群延迟特性,从而为应用程序提供自定义的“幅度均衡”和“延迟均衡”曲线。

我想这在频域中会更简单,其中 FFT 的每个切片的虚部将调整与系统的奈奎斯特频率除以 FFT 长度相对应的带宽的群延迟,然后通过 IFFT 找到脉冲响应,窗口化该脉冲响应以设计滤波器。

我看到 Matlab 在 fdatool 中有一个用于自定义组延迟的 IIR 功能。为什么它必须是 IIR?FIR 可以有自定义群延迟吗?

感谢您的任何指点!

2个回答

正如 Peter K. 所指出的,许多用于设计 FIR 滤波器的众所周知的技术实际上只设计线性相位滤波器。然而,FIR 滤波器非常适合延迟均衡,因为设计过程比 IIR 滤波器简单得多。其原因在于,设计问题可以表述为在未知滤波器系数中仍然是线性的,而 IIR 滤波器通常不是这种情况。这种类型的设计问题被称为复数逼近问题,因为在所需的非线性相位响应的情况下,复数频率响应必须由滤波器逼近,这与线性相位滤波器的实际频率响应不同。你可以在这篇论文中找到很多关于这个主题的信息,包括 Matlab 程序. 查看第 119 页的设计示例 #2。其中 FIR 幅度和相位均衡器旨在补偿模拟抗混叠滤波器的影响。下图取自论文,它显示了模拟低通滤波器的群延迟,均衡器的群延迟(有两个具有不同幅度响应),以及模拟级联的总群延迟和数字滤波器,它应该在通带中保持不变:

在此处输入图像描述

大多数 FIR 滤波器是线性相位的,因为它们的系数是(反)对称的。因此,大多数 FIR 滤波器设计技术都针对线性相位设计。

这意味着 FIR 滤波器不太擅长均衡群延迟——线性相位 FIR 滤波器都具有恒定的群延迟。

另一方面,IIR 滤波器通常具有非线性相位。这意味着已经出现了允许相位整形和群延迟整形的技术。

不过,这并不是说没有(反)对称约束的 FIR 滤波器不能设计为改善群延迟。