Bandpass Filter란?

Bandpass Filter는 신호의 특정 주파수 범위는 통과시키지만 이 범위 위아래의 주파수는 차단하는 필터입니다. 이렇게 Bandpass Filter를 거쳐 허용되는 주파수 범위를 통과대역이라고 합니다.

Bandpass Filter 응용 분야

Bandpass Filter는 무선 통신에 자주 사용되며 특정 주파수 대역의 송신이나 수신을 허용합니다. 무선 신호는 서로 다른 소스의 신호가 동일 공간에 동시에 존재할 수 있도록 여러 주파수 대역을 사용합니다. 조정 가능한 Bandpass Filter를 사용하면 단일 수신기로 복수의 주파수 대역의 통신 신호를 수신할 수 있습니다. 다른 디지털 신호 처리 응용 분야에서는 Bandpass Filter를 사용해 신호 스펙트럼의 서로 다른 부분을 분석할 수 있습니다. 예를 들어 생체신호처리에서 Bandpass Filter는 ECG(심전도)로부터 특정 주파수 성분을 추출하는 데 쓰입니다. 이를 통해 의료 종사자나 연구원은 심장 박동의 관련 특성을 계측할 수 있습니다. 오디오 시스템에서는 이퀄라이제이션에 Bandpass Filter가 쓰입니다. 이퀄라이제이션은 특정 주파수의 볼륨을 조정하여 특정한 사운드 시그니처를 생성합니다.

MATLAB 및 Simulink를 사용한 Bandpass Filter 설계

MATLAB^® 또는 Simulink^®를 사용하면 FIR(유한 임펄스 응답) 및 IIR(무한 임펄스 응답) 기반 필터를 설계할 수 있습니다.

FIR 필터는 본질적으로 안정적입니다. FIR 필터는 파형을 유지하면서 필터링된 신호에 지연을 일으키는 선형 위상을 갖도록 설계할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 FIR 필터는 긴 과도 응답을 가질 수 있으며 일부 응용 분야에서는 계산량이 많을 수 있습니다. MATLAB을 사용하면 필터 차수를 지정하여 주파수 요구사항과 연산 요구사항에 맞는 필터를 설계할 수 있습니다. FIR 필터는 오디오, 생물의학, 레이다 및 파형이 유용한 정보를 제공하는 기타 응용 분야에 유용합니다. 흔히 사용되는 저역통과 FIR 기반 필터의 설계 방식에는 카이저 윈도우, 최소제곱, 등리플 등이 있습니다.

IIR 필터는 연산 리소스가 충분치 않은 경우에 유용합니다. 그러나 안정적이고 인과적인 IIR 필터는 완벽한 선형 위상을 갖지 않습니다. IIR 필터는 오디오 이퀄라이제이션, 생체 센서 신호 처리, IoT/IIoT 스마트 센서, 고속 전기통신/RF 응용 분야에 널리 사용됩니다. IIR 기반 필터의 설계 방법에는 버터워스, 체비쇼프(유형 I 및 유형 II), 타원 등이 있습니다.

Signal Processing Toolbox™의 bandpass 함수를 사용하면 신호를 신속하게 필터링할 수 있습니다. 필터 유형, 필터 차수, 감쇠 등의 파라미터에 대한 자세한 제어가 필요할 때는 designfilt 및 기타 알고리즘 특정(butter, fir1) 함수를 사용할 수 있습니다. MATLAB을 사용한 필터 설계에 대한 자세한 내용은 Signal Processing Toolbox를 참조하십시오.