Устройство для частотного разделения многоканального цифрового сигнала

 

Изобретение относится к цифровой многоканальной связи и предназначено для выделения канальных сигналов из группового сигнала с частотным разделением каналов. Цель изобретения - упрощение устройства за счет уменьшения количества умножителей. Устройство содержит N элементов задержки, группы умножителей 2 и 4, группу сумматоров 3,5 и 6. Поставленная цель достигается введением третьей группы сумматоров 6. Устройство для частотного разделения многоканального цифрового сигнала эквивалентно набору цифровых полосовых фильтров, сформированных на основе одного цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ). Частотное разделение многоканального цифрового сигнала осуществляется так: отсчеты многоканального цифрового сигнала поступают в элементы 1 задержки, далее, поступая на умножители 2, умножаются на коэффициенты базового ЦФНЧ. Сумматоры 3 формируют результаты суммы

группа сумматоров 6 реализует умножение вектора L<SB POS="POST">N</SB>, образованного из отсчетов выходных сигналов сумматоров 3, на матрицу Q<SB POS="POST">с</SB> @ , умножители 4 выполняют умножение на диагональную матрицу D<SB POS="POST">с</SB>, сумматоры 5 - на матрицу выходных сложений S<SB POS="POST">с</SB>. Количество сумматоров 5 и 6 определяется структурой матрицы S<SB POS="POST">с</SB> и Q<SB POS="POST">с</SB> @ . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

WUH4NCI

РЕСПУБЛИН

0% (И) (51)5 Н 03 Н 17/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯМ

APH ГКНТ СССР (21) 4456517/24-09 (22) 07,07.88 (46) 07,06.90. Бюл. Ы - 21 (72) В,В,Шайхутдинов (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К 1226609, кл. Н 03 Н 17/06, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО РА3ДЕЛЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО ЦИФРОВОГО

СИГНАЛА

{57) Изобретение относится к цифровой многоканальной связи и предназначено для выделения канальных сигналов из группового сигнала с частотным разделением каналов. Цель изобретения — упрощение устройства за счет уменьшения количества умножителей. Устройство содержит N элементов задержки, группы умножителей 2 и 4, группу сумматоров 3, 5 и 6, Поставленная цель достигается введением третьей группы сумматоров 6, Устройство для частотного разделения многоканального цифрового сигнала эквивалентно набору цифровых полосовых фильтров, сформированных на основе цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ), Частотное разделение многоканального цифрового сигнала осуществляется так: отсчеты многоканального цифрового сигнала поступают в элементы 1 задержки, далее, поступая на умножители 2, умножаются на коэффициенты базового ЦФНЧ ° Сумматоры 3 формируют результаты суммы; группа сумматоров. 6 реализует умножение вектора Z образованного иэ отсчетов выходных сигналов сумматоров 3, на матрицу Яс, умножители 4 выполняют

1 умножение на диагональную матрицу D с сумматоры 5 — на матрицу выходных сложений S,„Количество сумматоров

5 и 6 определяется структурой матриц

Б Я . 3 ил, I

1569960

«m .1Ч) ) где h(n) i=1, M (1), импульсная характеристика

ЦФНЧ Я-го порядка, 2н

ЬЮ интервал между центральными частотами соседних каналов, число каналов (синтезируе- 50 мых ЦПФ), причем — 1. если q нечетно;, 1, если q четно,. с номерами i 0 и

55 не (каналы используются, так как полосы п ро и ускания ЦФНЧ и фильтра верхних частот, Изобретение относится к цифровой многоканальной связи и предназначено для вьделения канальных сигналов из групйового сигнала с частотным раз5 делением каналов. . Цель изобретения — упрощение устройства за счет уменьшения количества умножителей.

На фиг,! приведена электрическая 10 структурная схема устройства для частотного разделения многоканального цифрового сигнала; на фиг.2 — диаграм-. мы, поясняющие принцип работы устройства; на фиг.3 - пример .реализации второй и третьей групп сумматоров, и второй группы умножителей.

Устройство для частотного разделения многоканального цифрового сигнала содержит М последовательно сое- 20 диненных элементов 1 задержки, первую группу умножителей 2, первую группу сумматоров 3, вторую группу умножителей 4, вторую группу сумматоров 5 и третью группу сумматоров 6 °

Третья группа сумматоров 6 содержит сумматоры 7, вторая группа умножителей 4 содержит умножители 8, вторая группа сумматоров 5 содержит сумматоры 9.

° 30

Устройство для частотного разделения многоканального цифрового сигнала эквивалентно набору цифровых полосовых фильтров (ЦПФ) „сформированных на основе одного цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ) . Сигнал

35 на выходе i-го канала устройства определяется следующим выражением к ф-<

2н

Y;(n ) = сов — — ш,,ОЬ(ш-1Ч) ° x(n- 40

-о Ч -, ео соответствующих этим каналам„в два раза меньше полосы пропускания ЦПФ).

Обозначив сигнал на выходе m-го сумматора первой группы ! (i) (n) " h(m-1q) х (и"ш 1q), (2) ее представим выражение (1) в виде дис- кретного косинусного преобразования (ДКП)

Y (п),,63 (n) cos — — m;. (3)

2н

»-о Ч

Вследствие четной симметрии функции cos х выражение (3) можно представить в следующем виде

%-м 2 у (n} =,7 Z (и) cos — — m,, »» =o

q " (4) где 2î(n) С)о(n) 2 .(п) Q Ч

2.(п} =Им(п) +ЯЧ.Ю7п) °

Запишем выражейия (3) и (4) в матричном ниде т„= С W "(5)

У„=С Z„„ (б) где С и С, — матрицы ДКП размером соответственно М»q и М»(q-M) с элемен-I

2 sMH С, = соя --- п;, У„, Ип, 2», т векторы, причем У „= (У (11), .. °, Yz (и)), W„= t Са, (и),..., Ы,,, (n)j, 2т = (2 о(п),...,29 м(п)) .

Количество операций можно сократить, если воспользоваться для выполнения ДКП (5) и (6) известным алгоритмом дискретного синусно-косинусного преобразования (ДСКП)

Y = кидам(1х, (7) где SA Q — матрицы выходных и входных сложений с элементами 0 и «+1, Х и Y — входной и выходной вектора

ДСКП, 1 .аК

Для выделения требуемого ДКП иэ

ДСКП достаточно в матрице gCKIi

А = KSpDQ (8) отбросить М нижних строк, соответствующих синусной части ДСКП, а также, поскольку в (3) i=1 М строки с номерами 0 и (если q — четно), что эквивалентно преобраэованию

С = IA = IKS DQ (9) здесь I — матрица размером q»q в ида

i - diag (О,I,I,...,I,О,...,O), где чиСло единичных элементов равно М.

5 1569960

Поскольку при усечении строк с в номерами 0 и - - матрица К вырожда2 ется в скалярный множитель !2 кото- в

1 рый можно опустить, (так как в (3) используется ненормированное ДКП), п то

В матрице DCR как и в В и Т, перый элемент всегда равен 1, поэтому реализация ДКП (19) и (21) требует

ыполнения М m — 1 умножений.

На фиг,2 в качестве иллюстрации реобразований (14)-(21) показаны развернутые ДПФ (12) (фиг,2а) и

ДКП (19) и . (21) — фиг. 2б и фиг. 2в, для п7 (число каналов М 3) ° Сплошной линией в матрицах S Т и Q на фиг.2а обведены блоки Яс, Э пунктирной линией — матрица SA на фиг.2б, сплошной линией выделена матрица Яс,.

На фиг.3 в качестве примера приведена подробная структурная схема части устройства, реализующей ДКП (21) для случая, когда <число каналов равно трем (с=7), Сумматоры 7 образуют третью группу сумматоров 6, умножители 8 — вторую группу умножителей на коэффициенты 4, сумматоры

9 — вторую группу сумматоров 5, Частотное разделение многоканального цифрового сигнала осуществляется следующим образом.

Отсчеты многоканального цифрового сигнала поступают в элементы l задержки, с выходов которых они подаются на первую группу умножителей 2, где умножаются на коэффициенты базового ЦФНЧ, Первая, группа сумматоров

3 формирует результаты внутренней суммы в выражении (!). Третья группа сумматоров 6 реализует умножение вектора Z„, образованного из отсчетов выходных сигналов первой группы сумматоров 3, на матрицу Q с, (21), вторая группа умножителей 4 выполняет умножение на диагональную матрицу Р вторая группа сумматоров 5 — умноже— ние на матрицу выходных сложений

° Sс, причем количество сумматоров во второй 5 и третьей 6 группах определяется структурой матрицы Sc. и Qс,. (10) C Бс ПС1, где

S IS (1 1)

Матрицы S < и D связаны с матрицами и Т в алгоритме Виноградова дискретного преобразования Фурье (ДПФ) т = Srq„ (12) следующими соотношениями

Т=ТР (13)

SA- =Re () здесь Re () — операция, взятия действительной части I< и Е < — матрица 20 вида I,,,IS= diag (<,l,...,l;j,...,-j), j=F! размером q«q и (m,+m<) «

«(ш ms!), причем число мнимых элемен1 тов в I q и I<,соответственно равно

M и m<, где m, и m с — число дейст- 25 вительных и мнимых элементов в матрице Т, Подстановка (13) в (11) с учетом действительного характера и I а также равенства I I I

Sa= IRe (IeSIe 1= ISRe Pie).

Обозначим I = Re (I<)= diag (1, 1,..., 1, О,...,01, запишем (14) 30

45

55

Преобразование (l 4) эквивалентно выделению из матрипы блока размером (sl-М) «m Так как S входит в S, то

Sc- =ISA1з (15)

Подставив (14) в (!0) и учитьпзая, что I $D DI y u Se Ss I 3 поскольку

1 = I, получим с D<. Q с9 (!6) где матрицы Б, и Q получены усечением m -x нижних с трок D u Q

DD. = >>)> >= . (>>f (17) с 1 4 ° (18)

С учетом (! 6) ЦК)! (5) примет вид ,= S,D,Qe .. (l 9)

Матрицу С, в (6) можно выделить иэ

С усечением M правых столбцов

С, = С 1, (20) где I = Re

С учетом (! 6) и (20) ДКП (6) принимает следующий вид а

rpe ВсПсйс,= С1, чс QñТФ

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для частотного разделения многоканального цифрового сигнала, содержащее N последовательно соединенных элементов задержки, вход первого из которых является входом устройства, первую группу умножителей, вход j-ro из которых, где j=l,N, подключен к выходу j†- го элемента задержки, первую группу сумматоров, входы которых соединены с выходами первой группы умножителей, 1569960 t0

У вторую группу сумматоров выход

).-го из которых, где il,И, И - число разделяемых каналов, является

i-м выходом устройства, и вторую группу умножителей, выход х-го из которых соединен с (i+))-и входом второй группы сумматоров, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства за счет уменьшения количества умножителей, введена третья группа сумматоров, входы которых соединены с выходами сумматоров первой группы, первый выход третьей группы сумматоров соединен с первым входом второй группы сумматоров, а (i+1)-й выход третьей группы сумматоров соединен с входом i-го умножителя второй группы, 1569960

Zq(rr) ц() Составитель С. Музычук

Техред Г1.Дндык. Корректор В.Гирняк

Редактор В, Бугренкова

Заказ 456 Тираж 654 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101