Цифровой рекурсивный фильтр

 

ЦИФРОВОЙ РЕКУРСИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий сумматор комплексных чисел, выход которого является первым информационным выходом фильтра и подключен к входу элемента задержки , выход которого подключен к первому входу умножителя комплексных чисел, выход которого подключен к первому входу сумматора комплексных чисел, а второй вход умножителя комплексных чисел подключен к первому информационному выходу первой группы блока постоянной памяти, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая группы умножителей комплексньк чисел по (N-1) в каждой группе (где N - порядок фильтра), первая и вторая группы сумматоров комплексных чисел соответственно по(N -2) и (N-l) сумматоров комплексных чисел в группах, первая и вторая группы элементов задержки по (N -1) в каждой группе, причем выход L го ( i. l ,N-2) умножителя комплексных чисел первой группы подключен к первому входу (, -го сумматора комплексных чисел первой группы, выход которого подключен к первому входу (L+l)-ro умножителя комплексных чисел первой группы и входу (L+1)-го элемента задержки первой группы, выход которого подключен к первому входу (i+l)-ro сумматора комплексных чисел второй группы, выход которого является (L + l}-biM информационным выходом фильтра, второй вход I. -го сумматора комплексных чисел первой группы подключен к выходу (l)-ro элемента задержки второй группы, вход которого является

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,SU„„112

3GD G 06 F 15/332; С 06 F 15/353;

Н 03 Н 17 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOlUIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3PPrinм,э

r., - f. .

fo,б 1 1 °

"3 1ф ® (21) 3639341/24-24 (22) 17.08 ° 83 (46) 07.12.84. Бюл. 11 - 45 (72) А.И. Гречишников, А.В.Каляев, В.И.Литюк и О.Б.Станишевский (71}Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (53) 681.32(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М- 428389, кл. G 06 F 15/332, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

11- 653575, кл. G 01 R 23/16, 1979.

3. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М., "Мир", 1978, с. 427, рис. 6.19 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ РЕКУРСИВНЬ1И ФИЛЬТР, содержащий сумматор комплексных чисел, выход которого является первым информационным выходом фильтра и подключен к входу элемента задержки, выход которого подключен к первому входу умножителя комплексных чисел, выход которого подключен к первому

1 входу сумматора комплексных чисел, а второй вход умножителя комплексных чисел подключен к первому информационному выходу первой группы блока постоянной памяти, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая группы умножителей комплек" сных чисел по (N-l) в каждой группе (где N — порядок фильтра), первая.и вторая группы сумматоров комплексных чисел соответственно по(Й -2 ) и (N -1) сумматоров комплексных чисел в группах, первая и вторая группы элементов задержки no(N -1)в каждой группе, причем выход 1. -ro (i =1,N-2) умножителя комплексных чисел первой

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ группы подключен к первому входу

1,-го сумматора комплексных чисел первой группы, выход которого подключен к первому входу (i+1) -го умножителя комплексных чисел первой группы и входу (i+1) -го элемента задержки первой группы, выход которого подключен к первому входу (j+1)-го сумматора комплексных чисел второй группы, выход которого является (i +1)-ым информационным выходом фильтра, второй вход < -го сумматора комплексных чисел первой ! группы подключен к выходу (1.)-ro элемента задержки второй группы, вход которого является (j, +1) -ым Е

И информационным входом фильтра, второй вход первого сумматора комплексных чисел подключен к выходу первого элемента задержки первой группы, вход которого является (Й -1) -ым информационным входом фильтра и соединен с первым входом первого умножителя комплексных чисел первой группы, выход (М-1) -ro умножителя комплексных чисел первой группы подключен к второму входу сумматора комплексных чисел, третий вход которого подключен к выходу(Й -1)-ro элемента задержки второй группы, вход которого является H -ым информационным входом фильтра, выход элемента задержки подключен к первому входу 3 -ro (J =l, N --1)умножителя )ф комплексных чисел второй группы, выход которого подключен к второму входу J -ro сумматора комплексных чисел второй группы, выход первого сумматора комплексных .чисел второй группы является. Й -ым информационньбю выходом фильтра а вторые входы

1128264

К-ых (К=1, М вЂ” 11.умножителей комплекс. К-му информационным выходам соответных чисел второй и первой групп под- ственно первой и второй групп блока ключены соответственно к (К+1) -му и постоянной памяти.

Изобретение относится к области цифровой радиоизмерительной техники и может быть использовано при построении цифровых анализаторов спектра и устройств цифровой фильтра- 5 ции сигналов, у которых интервал времени вычисления одного выходного отсчета в узлах устройства.

Известно устройство, которое содержит блок образования квадратных 1О составляющих, содержащий два фазовых детектора, которые соединены по одним входам с шиной входных сигналов, а по вторым подключены к генератору опорного сигнала в одном канале непосредственно, а во втором — через фазосдвигающую. на 11 /2 цепь, выходы фазовых детекторов блока образования квадратурных составляющих через аналого †цифров преобравователи АЦП 2О соединены с соответствующими входами сумматоров своих каналов, выход каждого из которых соединен через оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)с первыми входами перемножителя 25 комплексных чисел, к вторым входам которого подключено постоянное запоминающее устройство(ПЗУ), а вьгходы перемножителя комплексных чисел соединены прямыми и перекрестными О связями с соответствующими входами сумматоров своего и противоположного каналов, через блоки возведения в квадрат своих каналов соединены с входами блока суммирования и через блок извлечения корня квадратного

35 подключены к выходу устройства, причем все блоки соединены с синхронизатором $17.

Данное устройство позволяет осу- 4О щесTBлять спектральный анализ в режиме "скользящего" окна, однако обрабатывает сигналы, период дискретизации которых больше или равен интервалу времени, затрачивае- 45 мому на вычисление одного выходного отсчета, умноженного на количество рассчитываемых коэффициентов Фурье.

Этот период дискретизации не может быть меньше, чем время расчета одного коэффициента Фурье, если необходимо проводить фильтрацию сообщения в режиме "скользящего" окна при помощи одной рекурсивной ячейки.

Известен также цифровой анализатор спектра, выполняющий дискретное преобразование Фурье и состоящий из двух последовательно соединенных рециркуляционных каскадов со сдвигом частот в целях обратных связей, который позволяет, используя режим работы с разделением времени, повысить быстродействие при вычислении одного выходного отсчета, а следовательно, повысить диапазон обрабатываемых частот (2j.

Недостатком данного устройства является то, что невозможно появление на выходе каждого отсчета раньше времени выполнения требуемых комплексных операций умножения и сложения над каждым входным отсчетом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой рекурсивный фильтр, входящий как составная часть в цифровой анализатор, выполненный в виде гребенки идентичных цифровых рекурсивных фильтров, причем каждый цифровой рекурсивный фильтр состоит из сумматора комплексных чисел, выход которого -является выходом цифрового рекурсивного фильтра и подключен через цифровой элемент задержки комплексного числа к входу перемножителя комплексных чисел, второй вход которого соединен с выходом блока постоянной памяти комплексных чисел, а выход перемножителя комплексных чисел соединен с одним из входов сумматора комплексных чисел, другой вход которого является входом цифрового рекурсивного фильтра ТЗJ.

Однако известное устройство не может обрабатывать отсчеты входного сигнала за время, меньшее чем сум1128264 4 марное время сложения двух комплексных чисел, перемножения двух комплексных чисел и время пересылок отсчетов, причем это является принципиальным при последовательной обработке входных данных, т.е. при обработке сигналов.в режиме "скользящего"

45 окна.

Целью изобретения является повьппение быстродействия за счет распарал. — Ip леливания передачи и обработки последовательностей отсчетов входного процесса

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой рекурсивный . фильтр, содержащий сумматор комплексных чисел, выход которого является первым информационным выходом фильтра и подключен к входу элемента задержки, выход которогб подключен к первому входу умножителя комплексных чисел, выход которого подключен к первому входу сумматора комплексных чисел, а второй вход умножителя комплексных чисел подключен к первому информационному выходу первой группы блока постоянной памяти, введены первая и вторая группы умножителей комплексных чисел по (N-1) в.каждой группе (где N — порядок фильтра), первая и вторая группы сумматоров комплексных чисел соответственно по(Й-2)и(Й-I) сумматоров комплексных чисел в группах, первая и вторая группы элементов задержки по(Й вЂ” 1) в каждой группе, причем выход i -го (I =1, Н -2) умножителя комплексных чисел первой группы подключен к первому входу 1 -го сумматора комплексных чисел первой группы, выход которого подключен к первому входу (i. +1) -го умножителя комплексных чисел первой группы и входу (I, +1) -го элемента задержки первой группы, выход которого подключен к первому входу (С +1) -го сумматора комплексных чисел второй группы, выход которого является (l.+l)-ым информационным выходом фильтра, второй вход L --го сумматора комплексных чисел первой группыподключен к выходу I -ro элемента задержки второй. группы, вход которого является (L +I) -ым информационным входом фильтра, второй вход первого сумматора комплексных чисел 55 подключен к выходу первого элемента задержки первой группы, вход которого является (N — I) -ым информационным входом фильтра и соединен с первым входом первого умножителя комплексных чисел первой группы, выход (М-1)-го умножителя комплексных чисел первой группы подключен к второму входу сумматора комплексных чисел, третий вход которого подключен к выходу (Й вЂ” 1) -го элемента задержки второй группы, вход которого является Й -ым информационным входом фильтра, выход элемента задержки подключен к первому входу

J -го (,1 =1, N -1)умножителя комплексных чисел второй группы, выход которого подключен к второму входу j -го сумматора комплексных чисел второй группы, выход первого сумматора комплексных чисел второй группы является Й -ым информационным выходом фильтра, а вторые входы К-ых(К=I,II-lj умножителей комплексных чисел второй и первой групп подключены соответственно к(К+1) -му и К-му информационным выходам соответственно первой и второй групп блока постоянной памяти.

На фиг. 1 изображена структурная „ схема цифрового рекурсивного фильтра с и входами и и выходами; на фиг. 2 — пример выполнения цифрового рекурсивного фильтра с двумя входами и выходами; на фиг. 3 — временные диаграммы работы цифрового рекурсивного фильтра с двумя входами и выходами.

Цифровой рекурсивный фильтр содержит сумматор 1 комплексных чисел, элемент 2 задержки(комплексного числа), умножитель 3 комплексных чисел, блок 4 постоянной памяти, группы

5 и 5 элементов 5 задержки(комплексных чисел), группу сумматоров 6 комплексных чисел, группу сумматоров 7 комплексных чисел и круппы

8 и 8 умножителей 8 комплексных чисел

Устройство работает следующим, образом.

Пусть входная реализация поступает на входы устройства в таком порядке. Последовательность отсчетов входных сигналов в виде цифровых кодов с частотой, определяемой частотой дискретизации по теореме

Котельникова, параллельно поступает на )I входов цифрового рекурсивного фильтра. Через время, равное времени перемножения двух комплексных чисел, их сложения, и времени, от1128264 водимого на служебные операции вторая группа входных отсчетов, поступает параллельно на Н входов цифрового рекурсивного фильтра.

Через тот же интервал времени, равный времени перемножения двух комплексных чисел и их сложения, третья группа входных:отсчетов поступает на входы цифрового рекурсивного фильтра и далее работа этих увлов повторяется. Следовательно, на .И входов цифрового рекурсивного фильтра реализация поступает в И раэ реже, чем частота получения кодов входных комплексных сигналов.

Предположим, что И =2. В этом случае структурная схема цифрового рекурсивного фильтра принимает вид, изображенный на фиг. 2, а временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на фиг. 3.

Пусть в момент времени f =Q во всех цифровых линиях задержки комплексных чисел записаны нули и на первый и второй входы устройства поступают одновременно коды выборок входной реализации Х 1! и Xq, где первый индекс означает степень распараллеливания входной реализации, а второй индекс указывает номер выборки в последовательности входных отсчетов. Одновременно из блока 4 на вход умножителя 8. комплексных

4 чисел поступает код числа В<, равный коэффициенту обратной связи Вцифрового рекурсивного фильтра, причем на другом входе умножителя а

8 находится код выборки Х, . Одновременно в момент времени 1 =О иэ блока 4 на вход умножителя 3 комплексных чисел поступает код числа В, а на вход умножителя

3 — код числа нуль с выхода элемента

2 задержки комплексного числа, Одновременно значение этого кода с вы5 хода элемента 2 поступает на вход умножителя 8, на другой вход которого из блока 4 поступает код соотг ветствующий значению числа В =В,. ф

В момент времени В = L в умножителях 8 и 3 происходит перемножение кодов чисел, поступавших на их входы, при этом получаются на выходах умножителей 3 и 8, соединенных с сумматором 7 комплексных чисел, коды, соответствующие числу О, а на выходе умножителя 8, подключенного к входу сумматора комплексных чисел, появится код числа, соответствующего .

20 произведению Х, >» Ь

Одновременно в момент времени1= на другой вход сумматора 7 поступает код числа х,о, задержанный в элементе 5 задержки комплексных чисел, 25 а на соответствующий вход сумматора

1 — код -числа xgq.

В момент времени 1»" на соответствующем выходе появляется код числа у«g - х.,о+8»О, являющийся резульщ0 татом выполнения операции сложения в сумматоре.7,, а на другом выходе появится код числа 3>q Х, 1 «Цо+фх0, являющийся результатом выполнения операции сложения в сумматоре 1 комплексных .чисел. !

Таким образом, предлагаемое устроиство позволяет обрабатывать входные процессы за счет их распараллеливания со скоростью, пропорциональной степени распараллеливания в режиме "скользящего" окна.

1128264

1!28264

Фелмюйе «юлуамм

>g,м/37

Цм Мр Я 4pr-р ю

Ought.Ю

3ЩЯЯИ Заказ 10123 Тираж 698 9оддр саоа

®щщиав 3535 ейа еупьм г,Уаи ород, уд.Проекфмаа, 4

Цифровой рекурсивный фильтр Цифровой рекурсивный фильтр Цифровой рекурсивный фильтр Цифровой рекурсивный фильтр Цифровой рекурсивный фильтр Цифровой рекурсивный фильтр 

 

Похожие патенты:
Наверх