Адаптивный дискретный согласованный фильтр Советский патент 1983 года по МПК H03H21/00 

инвертора подключен к выходу формирователя порогового уровня. 2. Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивост по отношению к помехам в виде суммы произвольного числа сигналов, подоб,ных полезному. Такие помехи характер ны, например, для многоадресных систем связи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. Поставленная цель достигается тем что в адаптивный дискретный согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные временной дискретизатор, квантователь, регистр сдв га и весовой сумматор, дискриминатор отклонения порога квантования, вход которого подключен к выходу временного дискретизатора, а выход через переключатель - к другому входу квIH тователя, введены блок выбора диск-риминатора, включенный между выходом дискриминатора отклонения порога ква тования и управляющими входами переключателя, и дополнительные дискриминаторы отклонения порога квантования, входы которых соединены с выходом временного дискретизатора, а выход каждого - с соответствующими вхо дами переключателя и блока выбора дискриминатора, информационный вход которого подключен к выходу временного дискретизатора. Дискриминатор отклонения квантования выполнен в виде последовательно соединенных вычитателя, квантователя с нулевым порогом кван;гования, первого ключа, второго ключа, интегратора и суглматора, на другой вход которого подано опорное напряжение, а выход подключен к другому входу вы читателя, причем второй сигнальный вход первого ключа соединен с общей шиной, второй сигнальный вход второго ключа через первый инвертор - с выходом интегратора, а управляющие входы ключей - с выходами соответствующих анализаторов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого квантователя с фиксированным порогом квантования, второ.го инвертора и элемента И, выход которого является выходом анализатора, а второй вход - с выходом второго квантователя с фиксированным по.рогом квантования, при этом входы квантователей с фиксированным порогом квантования, объединены и являются входом анализатора, первый из которых подключен к выходу вычитателя, а второй - к выходу интегратора. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема адаптивного дискретного согласованного фильтра на фиг.2 - структурная электрическая схема дискриминатора отклонения порога квантования; на . 3 - одна из возможных структурнЫх электрических схем блока выбора дискриминатора; на фиг. 4 - структурная электрическая схема инверсного дискриминатор ра отклонения; на фиг. 5 - временные диагра| а.1ы напряжений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. б - временные диаграммы напряжений, поясняющие работу дискриминатора отклонения порога квантования; на фиг. 7 - временные диаграммы, поясняющие работу блока выбора дискриминатора. Адаптивный дискретный согласованный фильтр .(фиг. 1) состоит из временного дискретизатора 1, квантователя 2, рзгистра 3 сдвига и весового сумматора 4. В него входит также дискриминаторы 5-1т-5-т отклонения; порога квантования,количество которых определяется в соответствии с требуемым динамическим диапазоном устройства, блок б выбора дискриминатора и переключатель 7. Каждый дискриминатор 5-J отклонения (порога квантования) (фиг. 2) (где ,..., m) содержит квантователи 8 - 11 с фиксированным порогом квантования и квантователь 12 с нулевым порогом квантования, элементы И 13 и 14, инверторы 15 - 17, ключи 18 и 19, интегратор 20,: сумматор 21 и вычитатель 22. Блоки 8, 9, 13 и 15 образуют анализатор 23, а блоки 10, 11, 14 и 16 анализатор 24. Устройство работает следующим образом. В моменты поступления тактовых импульсов (фиг. 5а) входная смесь сигнала и помехи X (t) (фиг. 5, Б) стробируется временным дискретизатором 1. По дискретной выборке смеси сигнала и помех Хц (фиг. 5, в) дискриминаторы 5-J отклонения порога квантования формируют на выходах напряжения (фиг. 5 г, д, е), пропорциональные значению абсцисс максимумов функции плотности вероятности входной смеси - X;, каждый на своем интервале. Ь где и . - значение опорного напря жения для дискриминатора 5-J отклонения порога квантования, a const. Полагаем „ . , . ОИ) 1 . где А - нижняя граница динамического диапазона устройства. Тогда требуемое для достижения максимальной помехоустойчивости минимал1г ное число дискриминаторов 5-j отклонения порога квантования , где А - верхняя граница динамического диапазона устройства. Для каящого отсчета входовой смеси блок 6 выбора дискриминатора выбира ет выходной сигнал одного из дискри минаторов 5-J отклонения порога ква тования в качестве порога квантования входной смеси и подключает выхо этого дискриминатора 5-j отклонения порога квантования к второму входу квантователя 2 через переключатель (фиг. 5 ж, 3, и - временные диаграм ма напряжений на выходах блока 6 вы бора дискриминатора (соответственно 1, 2 и т), соединенных с управляющи ми входами переключателя 7). Наличие логической единицы на каком-либо управляющем входе переключателя 1приводит к подключению j-го сигналь ного входа к выходу переключателя 7 (фиг. 5, к). Полученная с выхода квантователя 2 последовательность импульсов Лц (фиг. 5, л) свертывает ся с кодом полезного сигнала, и н выходе весового сумматора 4 получае ся выходной сигнал дискретного согласованного фильтра (фиг. 5, м). Тактовые импульсы могут подаваться на выходы временного дискретизатора 1 и регистра 3 сдвига как синхронно с принимаеьелм сигналом, так и асинхронно. В последнем случае потери увеличиваются как для асйнхронного дискретного согласованного филь ра.. Принцип работы дискриминаторов 5-j отклонения порога квантования состоит в следующем (фиг. 2). Каждый из дискриминаторов 5-j отклонения порога квантования отслеживает положение максимума функции ПЛО ности вероятности входной смеси на своем интервале. Для случая симметричного распределения шумовой соетавлякхцей помехи имеет место соотношениеХэ Xai-a J cxoax j. wcxi)axi,... Хгде Хл - точка экстремума W(x|), 0 О const. Выражение (1) означает равенство вероятностей попадания х в интервал , XglH Xg, a+Xg . Величина а должна быть достаточно мала, чтобы в указанном интервале W(X) можно было считать симметричной относитель но перпендикуляра, пересекающего ось абсцисс в точке Х,. При числе отсчетов п-( частота попадания Х в задан ный интервал совпадает с соответствующей вероятностью, и выражение (1) принимает вид и (;с -X9+o - 3 x -V 3 J--0,.. Каждый дискриминатор 5-j отклонеина порога квантов-ания вычисляет значение корня уравнения (2) х: относиJU в пределах тельно .. При полученная оценка Х сходится к истинному значению положения экстремума Х (в данном случае максимума) на заданном интервале. В случае отсутствия X а на данном интервале (функция.W(X) не имеет на нем , локального максимума) в качестве Xj оказывается выбранным тот край интервала, где W(X) наиболее велика. Дискриминаторы 5-j отклонения порога квантования работают следующим образом. На прямой вход вычитателя 22 поступает дискретизированная входная смесь сигнала и помехи (фиг. 6, а), на другой вход вычитателя 22 поступает выходной сигнал дискриминатора отклонения - выходной сигнал сумматора 21 (фиг. 6, м). Анализатор 23 управляет ключом 18. Если выходное напряжение вычитател; 22 лежит за пределами интервала (- а, ), то на вход ключа 18 поступает .нулевой напряжение (фиг. б б, в, г, д - выходные напряжения квантователя 8, инвертора 15, квантователя 9 и элемента И 13; фиг. б е, ж, 3 - временные диаграммы на выходах соответственно вычитателя 22, квантователя 12 с нулевым порогрм квантователя и ключа 18). Таким образом, на выходе ключа 18 реализуется функция Cv)i:x -Xj4-a -G- x -x -a3. Накопление сигнала ошибки происходит в интеграторе 20 (фиг. 6, и выходное напряжение). Второй анализатор 24, аналогичный анализатору 23, управляет ключом 19. При уровне выходного сигнала интегратора 20 ,4a на выходе элемента И 14 формируется напряжение логической единицы (фиг. 6, к). При этом выход интегратора 20 соединяется через инвертор 1 с входом и модуль выходного напряжения интегратора 20 уменьшается до тех пор, пока не будет выполнено условие x,jet-a,+a Одновременно сигнал на выходе элемента И 14 становится равным логическому нулю и на входе интегратора 20 снова присутствует выходной сигнал ключа 18. (фиг. б, л). Блок б выбора дискриминатора (фиг. 3), содержит инверсные дискриминаторы 25 - 1 - 25 отклонения порога квантования, квантователи 26 - 1 - 26 - т, инверторы 27 - 1 27 - m - 1 и элементы И 28 - 1 - 28 m - 2. Структурная схема каждого из инверсных дискриминаторов отклонения порога квантования (фиг. 4) мало отличается от структурной схемы, дискриминатора 5-J отклонения порога квантования (фиг. 2) и включает в себя анализатор 29, квантователи ; 31 инвертор 32 элемент И 33, квантователь, 34 с нулевым порогом квантования, ключи 35 и 36, интегра тор 37, вычитатель 38, переключатель 39. Разница в принципе работы дискри минатора 5-J отклонения порога кван тования и инверсного диск|риминатора 25-J отклонения порога Квантования состоит в том, что последний отслеживает минимум функции плотности ве ятности входной смеси X.- в пределах V X, rv/ V 1 6 Xj ,. . Для этого входы вычитателя 38 пере- ставлены по сравнению с входами вычитателя 2-2, что обеспечивает инвер сию сигнала ошибки, а анали jaTop, состоящий из блокбв 30 - 33, подклю чает вхбд интегратора 37 через ключ 36к выходу переключателя 39 в том случае, если выходной сигнал интегратора 37 N(.,/ru. . т jY-L jiXj4-OВ этом случае, если сигнал на выходе квантователя 31 есть логический ноль и к входу интегратора 37чер«з переключатель 39, ключ 36 подключается напряжение - а; если подключается напряжение При. этом выходной сигнал интегратора 37 снова попадает в пределы :) и ключ 36 подключает к входу интегратора 37 выход 35. В остальном работа инверсного дискриминатор 25-J отклонения порога квантования не отличается от работы дискриминатора 5-J отклонения порога квантова ния. Блок 6 выбора дискриминатора работает следующим образом (фиг. 7,а временная диаграмма напрязкения на сигнальном входе блока 6 выбора дис риминатора, являющемся сигнальным входом инверсных дискриминаторов 25-J отклонения порога квантованная) При попадании напряжения сигнальног входа в интервал iet.;|,.-(3, задаваемый выходными напряжениями и версных дискриминаторов отклонения порога квантования 25-1 и 25-2, напряжение на выходе элемента И 28-1 принимает значение логической едини цы {фиг. 7 б, в, г, д - выходные на пряжения соответственно квантовател 26-1, инвертора 27-1 квантователя 26-2 и элемента И 28-1, выход которого является вторым выходом блока 6 выбора дискриминатора). Таким образом, формируются напряжения на всех выходах блока 6 выбора дискриминатора, за исключением первого и последнего. На первом выходе (выход инвертора 27-1) логическая единица появляется при х , на последнем (выход квантователя 26-т) при фиг. If е - напряжение на последнем выходе блока 6 выбора дискриминатора. Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается лучшая помехоустойчивость, чем у прототипа, вв1шу того, что в нем вместо двух одинаковых по и противоположных по знаку уровней порога квантования отслеживается несколько независимых друг от друга уровней порога и по конкретному значению.дискретного отсчета входной смеси один из них выбирается в качестве порога квантования в данном отсчете. Формула изобретения 1.Адаптивный дискретный согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные временной дискретизатор, квантователь, регистр сдвига и весовой сумматор, дискриминатор отклонения порога квантования, вход которого подключен к выходу временного дискретизатора, а выход через переключатель - к другому входу квантователя, отличающийс я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены блок выбора дискриминатора, включенной между выходом дискриминатора отклонения порога квантования и управляющими входами переключателя, и дополнительные дискриминаторы отклонения порога квантования, входи которых соединены с выходом временного дискретизатора, а выход каждого - с соответствукадими входами переключателя- и блока выбора дискриминатора, информационный вход которого подключен к выходу вре менного дискретизатора, 2.Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что дискриминатор отклонения порога квантования выполнен в виде последовательно соединенных вычитателя, квантбвателя с нулевым порогом квантования, первого ключа второго ключа, интегратора и сумматора, на другой вход которого подано , опорное напряжение, а выход подключен к другому входу вычитателя, причем второй сигнальный вход первого ключа соединен с общей шиной, второй сигнальный вход второго ключа через первый инвертор - с выходом интегратора, а управлякхцие входы ключей с выходами соответствующих анализаторов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого квантователя с фикрированным порогом квантования, второго инвертора и элемента И, выход которого является выходом аналиэа.тора, а второй вход соединен с выходом второго квантователя с фиксированным порогом квантования, при ВТОМ входы квантователей с фиксироваиным порогом квантования, объе:динены и являются входом анализатора.

первый .из которых подключен к выходу вычитателя, а второй - к выходу ивтегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Каи. Характеристики цифрового согласованного фильтра при неизвестной помехе, Зарубежная радиоэлектроника, 1972, I 11, с. 22.

2.Авторское свидетельство СССР 613699, кл. Н 03 Н 17/00, 1979 (прототип).

Фм.У

Sc/fCfffoeff/rrf A/f Л/

t т т т т т

S

т Т

Г т

т т т т т ITT т т т т т , ..

--/

V

- /

Т Т

-./

т т

-«-/