Адаптивное фильтрующее устройство

 

Cases Севвтеиик

Сецивпиетмчееиие р еемублии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 926762 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19. 05. 80 (21) 2927336/18-09 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 07. 05. 82 . Бюллетень М 17

Дата опубликования описания 09. 05 . 82 (53)М. Кл.

Н 0) Н 21/00 бещдаретеишыЯ кеметет

ВВьР ав аааем кеебретеккб к еткрыткЯ (53) УДК 621 ° 396.

96(088.8) (72) Автор изобретения

С. А. Курицын (71) Заявитель

Ленинградский электротехнический инсти связи им. проф. И. А. Бонч-Бруевича (54) АДАПТИВНОЕ ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к радиотехнике и может применяться для коррекции межсимвольных искажений- сигналов многопозиционной амплитудой, фазовой или же амплитудно-фаэовой модуляции.

Известен фильтр-Калмана, выполнен- ный на линиях задержки с отводами и содержащий коэффициенты усиления обратной связи и коэффициенты усиления прямой связи Г1) °

1О

Однако определение коэффициентов усиления прямой связи возможно лишь при использовании ЗЦВМ.

Известно также адаптивное фильтрующее устройство, содержащее фильтр Кал15 мана, вход которого подключен к входной шине и через первую линию задержки подключен к входу идентификатора, управляющие входы подключены к управляющим выходам идентификатора, а выход через последовательно соединенные,решающий блок и вторую линию задержки - к управляющим входам идентификатора (23.

Однако недостатком известного устройства является черезмерная сложность вычислений коэффициентов усиления, вычисление которых не использует коррекции выходного сигнала фильтра

Калмана, что не позволяет отслеживать изменение дисперсии помех в канале, и определяет, в конечном счете, точность фильтрации.

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

Указанная цель достигается тем, что в адаптивное фильтрующее устрой ство, содержащее фильтр Калмана, вход которого подключен к входной шине и через первую линию задержки подключен к входу идентификатора, управляющие входы подключены. к управляющим выходам идентификатора, а выход через последовательно соединенные pe" шающий блок и вторую линию задержки - к управляющим входам идентифика" тора, введены вычислитель коэффициентов усиления, вход которого соеди- вектор коэффициентов усиления

Калмана;

3 92676 нен с дополнительным выходом фильтра

Калмана, а управляющие выходы - c дополнительными управляющими входами фильтра Калмана, и блок сравнения, первый вход которого подключен к вы5 ходу фильтра Калмана, второй входк выходу решающего блока, а выходк управляющим входам вычислителя коэффициентов усиления.

Вычислитель коэффициентов усиления содержит линию задержки, вход которой является его входом, а каж дыйй отвод которой подключен к первому входу соответствующего перемножителя, вторые входы которых обьединены и являются управляющим входом, а выходы - управляющими выходами вычислителя коэффициентов усиления.

На чертеже изображена структурная электрическая схема адаптивного фильт- „ рующего устройства.

Устройство содержит фильтр Калмана 1, решающий блок 2, линию 3 задержки, состоящую из звеньев задержки, идентификатор 4 (параметров кана- 25 ла связи), линию 5 задержки, блок 6 сравнения и вычислитель 7 коэффициентов усиления . Причем входы блока

6 сравнения соединены с входом и выходом решающего блока 2. Выход решаю-. зо щего блока 2 соединен с одним входом вычислителя 7, другой вход которого соединен с выходом фильтра Калмана 1.

Выходы вычислителя 7 соединены с управляющими входами соответствующих регуляторов усиления фильtра Калмана l.

Вычислитель 7 коэффициентов усиления Калмана состоит из линии 8 задержки с отводами и перемножителей 9.

При этом число отводов линии 8 задерж40 ки вычислителя 7 равно числу звеньев задержки фильтра Калмана 1.

Вход линии 8 задержки вычислителя

7 соединен с выходом фильтра Калмана

1., а отводы линии 8 задержки соединены с первыми входами перемножителей 9. вторые входы которых соединены с выходом блока 6 сравнения. Выходы перемножителей 9 соединены с управляющими входами соответствующих регу.". ляторов усиления фильтра Калмана 1 (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Дискретный сигнал y(i) поступает на вход .фильтра Калмана 1, на входах звеньев задержки которого формируется оценка вектора состояния X(i) в

2 4 соответствии с известным алгоритмом фильтрации

X(i)=FX(i-1)+Kfy(i)-с Г X(i- 1)l, (1) гpeX(1)=)X (1) ) р) оценка вектора состояния для

i-ro момента

С= .„, ..., ;„„1 - оценка вектора гй Ь . Т коэффициентов усиления обратной связи,элемен-. ты которого численно равны от-. счетам импульсной характеристики канала связи;

00 -- ° О 10 ---О

F = - — матрица сдвига

00 ...10 размером ММхМ.

Неизвестными в уравнении оценки являются вектор параметров канала С и вектор коэффициентов усиления К.

Для определения вектора параметров канала С служит идентификатор 4 параметров канала, на вход линии 3 задержки которого поступают регенированные элементы вектора состояния

x (i) . В каждый 1- и момент времени на отводах линии 3 задержки находится вектор состояния X(i-М+1), отличающийся от переданного X(i-М+1) тем, что в некоторых случаях может иметь место ошибочное решение, т.е. оценка символа может отличаться от его истинного значения. Если вероятность ошибки Р» <0,01, то ложные решения практически не сказываются на процессе идентификации и поэтому на выходах идентификатора 4 вырабатывается оценка вектора параметров канала связи.

Вектор коэффициентов усиления в устройстве определяется адаптивно с применением ошибки корректирования последней компоненты вектора состояния. Для этого сигнал ошибки la (i) с выхода блока 6 сравнения поступает на одноименные входы перемножителей 9.

На вторые входы этих перемножителей

9 поступают сигналы с отводов линии

8 задержки. На выходах перемножителей

9 формируются сигналы управления коэффициентами усиления.

5 9267

Работа адаптивного вычислителя коэффициентов усиления Калмана описывается векторным разностным уравнением

K(i+1) =К(0-Фм(з.) Z(i), где 2(>)=-(Т() "- - вектор, элементы которого главны сигналам с отводов линии задержки вычислителя; <(i)=X (i)4>(i) - ошибка оценива- 1р ния последней компоненты вектора состояния; и. — постоянный множитель (не пока-1g зан).

Установившееся значение вектора коэффициентов усиления К в точности совпадает с его оптимальным значением, определяемым из системы матричных о уравнений (1), т.е. ф 1 () 1 от.

Предлагаемое устройство отличает ся от из вес тнс го тем, что в нем для модификации коэффициентов усиления всегда используется ошибка коррекции выходного сигнала фильтра. Это дает возможность постоянно отслеживать изменение дисперсии помех в канала, т.е. повышать точность фильтрации, а также вычислять оптимальные параметры Калмана без применения ЗЦВИ.

Применение адаптивных фильтров Калмана в технике передачи данных позволяет снизить среднеквадратическую погрешность корректирования на несколько порядков, что приводит к существенному снижению вероятности ошибки на приеме. ео

Формула изобретения

1.- Адаптивное фильтрующее устройст. во, содержащее фильтр Калмана, вход

62 d которого подключен к входной шине и через первую линию задержки подключен к входу идентификатора, управляю" щие входы подключены к управляющим выходам идентификатора, а выход через последовательно соединенные решающий блок и вторую линию задержки - к управляющим входам идентификатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены вычислитель коэффициентов усиления, вход которого соединен с дополнительным выходом фильтра

Калмана, а управляющие выходы - с дополнительными управляющими входами фильтра Калмана, и блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу Фильтра Калмана, второй входк выходу решающего блока, а выходк управляющим входам вычислителя коэффициентов усиления.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вычислитель коэффициентов усиления содержит линию задержки, вход которой является его входом, а каждый отвод которой подключен к первому входу соответствую" щего перемножителя, вторые входы которых обьединены и являются управляющим входом, а выходы управляющими выходами вычислителя коэффициентов усиления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Zawrence R., Каийпзл Н. The

kalnan filter for the egualization

of a dihital canmunications channels.II

"IEEE transactions on camunications, :1971, N 19, р. 1137-1141.

2. Zee Т, Cunuingham D. Kalman

filter eguatization for QPSK catlnunications.-"1EEE trausactions on canmunications", 1973, 4 3, Ч . 24, р 361-364» f ig. 4 (прототип) .