Цифровой фильтр манипулированных по частоте сигналов с неизвестной фазой Советский патент 1984 года по МПК H03H17/00 

Изобретение относится к радиоiтехнике и может быть использовано в дискретных системах передачи данных. Известен цифровой фильтр, содерж щий линейные преобразователи, выпол ненные на умножителях и линиях задержки С 1 3 . Однако эти цифровые фильтры из-з большого количества умножителей и л ний задержек имеют очень высокую стоимость. Наиболее близким тАсническим решением к предложенному является циф ровой фильтр манипулированных по ча тоте сигналов с неизвестной фазой, содержащий входной формирователь, блок выбора максимального сигнала и И. каналов по количеству различаемых, частот, каждый из которых содер жит генератор опорных ортогональных сигналов, последовательно соединенные первые блок равнозначности и счетчик, последовательно соединенны вторые блок равнозначности и счетчи причем первые входы первого и второ го блоков равнозначности подключены к соответствующим выходам генератор опЬрных ортогональных.сигналов, а вторые входы - к выходу входного формирователя, выходы первого и вто рого счетчиков подключены к соответ ствующим входам сумматоров через квадраторы 12 , Данный цифровой фильтр из-за наличия операции возведения в квадрат имеет ограниченное быстродействие. Цель изобретения - повышение быстродействия. Для этого в цифровой фильтр манипулированных по частоте сигналов с неизвестной фазой, содержащий входной формирователь, блок выбора максимального сигнала и п каналов по количеству различаемых частот, каждый из которых содержит генёра тор опорных ортогональных сигналов, последовательно соединенные первые блок равнозначности и счетчик, последовательно соединенные вторые блок равнозначности и счетчик, при чем первые входы первого и второго блоков равнозначности подключены к соответствующим выходам генератора опорных ортогональных сигналов, а вторые входы - к выходу входного формирователя, введен генератор мас штабных сигналов, выход которого подключен к входам генератора опорных сигналов и первого и второго счетчиков каждого из п каналов, а в каждый из п каналов введены первый и второй дополнительные блоки равнозначности и амплитудный детектор, причем первые выходы первого и второго, счетчиков подключены к со ответствующим входам сумматора, пер вые входы первого и второго дополни тельных блоков равнозначности подключенЬ к вторым входам второго и.. первого блоков равнозначности соответственно , а вторые входы - к вторым выходам первого и второго счетчиков соответственно., выходы первого и второго дополнительных блоков равнозначнрсти подключены к дополнительным входам сумматора, выход которого подключен к входу амплитудного детектора, при этом выходы амплитудных детекторов всех п каналов.подключены к соответствующим входам блока выбора,максимального сигнала. На фиг-. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного цифрового фильтра; на фиг. 2 - диаграмма формирования Функции :/( nt). Цифровой фильтр содержит входной формирователь 1, генератор 2 масштабных сигналов, блок 3 выбора максимального значения сигнала, генератор 4 опорных ортогональных сигналов, первый и второй блоки 5 равнозначности, первый и второй счетчики 6, сумматор 7, первый и второй дополнительные блоки. 8 равнозначности, амплитудный детектор 9. Предлагаемый цифровой фильтр рабоает следующим образом. В каждом из п каналов его вычисля-5 тся (sintOj Nr)(ni;|cosbOjn1jr.|т( (cosu).Nf),2 (nr)sinu). nfjt - период следования мас штабных сигналов, п - О, 1, 2, 3, ... ; (nf| - входной сигнал; и - одна из частот принима емого сигнала; N - количество масштабных сигналов в одном такте приема;. (...) - знак выражения (...). Входной сигнал х(пг ) в входном формирователе 1 преобразуется в фор-i му меандра со значениями .: и и поступает в блоки 5 равнозначности. На другие входы этих бло-i ков 5 поступают опорные ортогональные сигналы из генератора 2,. также имеющие форму меандра со значениями и -1 частота которых ш равна одной из частот входного сигнала. При равных знаках на входах блока 5 на выходе его устанавливаети наоборот.. ся сигнал знака Так определяются знаки произведений; x(hIlcosLU,.ni: и x(ni:)sii uijnC . под символами Z формулы (1), Сигналы этих знаков устанавливают режим суммирования в счетчиках 6 масштабных сигналов, поступающих на их входы из генератора 2. В счетчик б, таким образом, формируются суммы

N

(пг)с05Ш( и (nC)sinU).

в выражении (i; с начала такта приема ( п 0) до его конца, когда ,

8дополнительных блоках 8 равнозначности определяются знаки обоих члено формулы (1). Суммы из счетчиков 6 со своими знаками, сформированными в . дополнительных блоках 8, поступают в сумматоры 7, где производится вычитание одного члена формулы (1) из другого при каждом такте масштабных сигналов, и абсолютная .величина разности, т.е. текущее значение К поступает на вход амплитудного детектора 9. В амплитудном детекторе

9содерзкится элемейт сравнения и регистр. При каждом такте масштабных сигналов производится сравнение текущего значения v со значением . , уже хранящимся в регистре, поступившем ранее, в случаеifj и , значение

заносится в регистр вместо старого Таким образом, к концу такта приема в амплитудньк детекторах 9 всех п каналов окажутся зафиксированными максимальные значения этих каналов в данном такте. Наибольшая из этих функций будет в том канале, частота опорных сигналов в котором совпадает с частотой входного сигнала. Определение этого канала производится блоком 3 выбора максимального сигнала. Так идентифицируется входной сигнал с одним из опорных сигналов. Счетчики и регистры сбрасываются в конце такта приема в исходное состояние, и начинается прием нового такта.

Диаграмма на фиг. 2 дает представление о формировании функции у( nt: ) за время одного такта приема длительностью 30 f , Сплошной линией нанесена :j(nr) для канала цифрового фильтра с частотой опорных сигналов tuj,, совпадающей с частотой сигнала, и пунктирной линией - для канала, в котором частота опорных сигналов ,66... u). Символами а, «j., ,..,«5 обозначены значения , которые поочередно фиксируются амплитудным детектором 9. К концу такта приема в этом канале окажется зафиксированным амплитудном детекторе 9 канала с частотой опорных

сигналов 0) в конце такта приема окажется v 3 Поскольку о Ъ , частота входного сигнала будет идентифицирована блоком 3 выбора максимального сигнала с частотой ui.

Экономический эффект от применения предлагаемого цифрового фильтра в аппаратуре передачи данных обуславливается высоким,быстродействием. Самым медленным блоком фильтра является сумматор 7, требующий на операцию время порядка 250-300 не.Исходя из этого и учитывая, что операция каждого из блоков цифрового фильтра не должна выходить за пределы периода масштабных сигналов Т, примем значение не (с некоторым запасом) . С другой стороны значение не имеет смысла назначить меньше флуктуации фронта сигнала во времени, составляющимприблизительно 0,1 Т., где Тс -. периЬд сигнала. Примем следовательно, ., т.е. наименьший период сигнала Т -300/0,1 МКС, что соответствует максимальной частоте несущей 330 кГц. При длительности такта передачи в 3 периода несущей скорость передачи, ко: Тбрую может разрешить цифровой фильтр на приемной стороне, составит величину.порядка 110 кбит/с. .

Для.цифрового фильтра-прототипа такая скорость недостижима, поскольку операция возведения в квадрат. требует в общем случае в п раз больше времени, чем сложнее, где п - число разрядов операнда (в данном .случае п(5-7).

Техническое преимущество предложенного цифрового фильтра обусловлено тем, что он реализуется на дискретных приборах, в отличие от базового фильтра, реализованного на аналогичных устройствах. Известны, преимущества дискретной техники перед аналоговой: независимость napaJwexров от внешней среды и времени, воспроизводимость характеристик приборов при серийном изготовлении, сравнительная дешевизна технологии. Так, например, цифровой фильтр может быть выполнен в виде большой интегральной рхемы, стоимость которой находится в пределах 30 руб., тогда как стоимость аналогового фильтра достигает 300-500 руб„

Указанные преимущества фильтра обеспечивают снижение стоимости производства, более высокую надежность в работе, устойчивость при изменении внешних условий, снижение эксплуатационных расходов. За счет этого достигается экономический эффект.

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР МАНИПУЛИРОВАННЫХ ПО ЧАСТОТЕ СИГНАЛОВ С НЕИЗВЕСТНОЙ ФАЗОЙ, содержащий входной формирователь, блок выбора максимального сигнала из п каналов по количеству различаемых частот, каждый из которых содержит Генератор опорных ортргональных сигналов, лоследовательно соединённые первые блок равнозначности и счетчик, последовательно соединенные вторые блок равнозначности и счетчик, причем первые входы первого и второго блоков рав- : нозначности подключены к соответствующим выходам генератора опорных ортогональных сигналов, а вторые входы - к выходу входного формирователя, отличающи я тем, что, с целью повышения быстродействия, введен генератор масштабных сигналов, выход которого подключен к входам генератора опорных сигналов и первого и второго счетчиков из п каналов,а в каждый из h каналов введены первый и второй дополнительные блоки равнозначности и амплитудный детектор, причем первые выходы первого и второго счетчиков подключены к соответствующим входам сумматора, первые входы первого и второго дополнительных .блоков, равнозначности подключены к вторым входам второго и первого блоков равнозначности со(fi ответственно, а вторые входы - к вторым выходам и второго счетчиков соответственно, выходы первого и второго дополнительных блоков равнозначности подключены к дополнительным входам сумматора, выход которого подключен к входу амплитудного детектора, при этом выходы амплитудных детекторов всех п каналов подключены к соответствующим входам блока выбору максимального сигнала.