Адаптивный дискретный согласованный фильтр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СОюз СОветский

СОциалистичесни я

Республик

<и>995284 (61) Дополнительное к авт. свид-ву Ъ (Щ 3вявлеио 17. 08. 81 (23) 3326171/18-09

Р М g+ з с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Н,ОЗ Н 21/00

Государственный комнтет

СССР

IIo делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 070283. Бюллетень Йо 5

Дата опубликования описаиия070283 (33) УДК621 ° 396 ° . 66918 (088 ° 8) Ъу к; „ (I

° . r:

i:i. .;

4»". (72) Автор изобретения

A.Ë. Файншмидт (71) заявитель (54 ) АДАПТИВНЫИ ДИСКРЕТНЫЯ СОГЛАСОВАННЫИ

ФИЛЬТР

Изобретение относится к радиотех= нике и может быть использовано в уст ройствах первичной обработки информации в радиотехнических системах с использованием двоичных фазоманипулированных широкополосных сигналов, в частности, s широкополосных системах передачи информации.

Известен дискретный согласованный фильтр, используемый в радиотехнических установках длн обработки двоичных фаэоманипулированных сигналов; содержащий аналоговую линию задержки, суьвеатор, блок дискретизации и квантования, регистр сдвига, к отводам которого подключен весовой сумматор, согласованный с кодом обрабатываемого сигнала, измеритель эффективного напряжения помехи, перемножитель и генератор случайного напряжения (1).

Недостатком укаэанного фильтра является низкая помехоустойчивость при действии мощных структурных помех (квазигармонических колебаний, мешающих фазоманипулированных широкополосных сигналов и других). Причика этого заключается в том, что для ослабления мешающего действия структурной помехи в указанном диск« ретном согласованном фильтре используется ее декорреляция посредством добавления к входной смеси сигнала и помех широкополосного шума, мощ ность которого должна быть приблизительно равной мощности действующей структурной помехи.

Известен адаптивный дискретный согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные временной дискретизатор, первый квантователь и регистр сдвига, к отводам которого подключен весовой сумматор, второй квантователь, включенный между входом первого квантователя и управ» ляющим выходом переключателя, один из сигнальных входов которого подсоединен к выходу инвертора, а вы-

20 ход — к входу первого квантователя, включенные последовательно между выходом временного днскретизатора и другим .сигнальным входом переключателя дискриминатор отклонения порога квантования и формирователь порогового уровня, при этом второй и третий входы дискриминатора отклонения порога квантования подключены соответственно к выходам вспомогательного квантователя и формирователя порогового уровня, а вход

995284 дискриминатора отклонения порога квантавания и управляющими входами пере" ключателя, и дополнительные дискриминаторы отклонения порога квантования, входы которых соединены с выходом временного дискретизатора, а вы25 хад каждого — с соответствующими входами переключателя и блока выбора дискриминатора, инФормационный вход которого подключен к выходу временного дискретиэатора.

Дискриминатор отклонения квантования выполнен в виде последовательна соединенных вычитателя, квантователя с нулевым порогом квантования, первого ключа, второго ключа, интегратора и "умматора, на другой вход которого подано опорное напряжение, 30

35 а выход подключен к другому входу вы- 40

60 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 иэ которых состоит иэ последовательно соединенных первого квантователя с фиксированным порогом квантования, второго инвертара и элемента И, выход которого является выходом анализатора, а второй вход - с выходом второго квантавателя с фиксированным порогом квантования, при этом входы квантователей с фиксированным порогом квантования объединены и являются входом анализатора, первый иэ которых подключен к выходу вычитателя, а второй — к выходу интегратора.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема адаптивнога дискретного согласованного фильтра на фиг.2 — структурная электрическая схема дискриминатора отклонения поинвертора подключен к выходу формирователя порогового уровня. (2).

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость по отношению к помехам в виде суммы произвольного числа сигналов, подоб,ных полезному, Такие помехи характерны, например, для многоадресных систем связи.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. .10

Поставленная цель достигается тем, чта в адаптивный дискретный согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные временной дискретизатор, квантователь, регистр сдви- 5 га и весовой сумматор, дискриминатор . отклонения порога квантования, вход которого подключен к выходу временного дискретизатора, а выход через переключатель — к другому входу кв нтователя, введены блок выбора диск.риминатора, включенный между выходом рога квантованиями на фиг. 3» одна иэ возможных структурных электрических схем блока выбора дискриминатора1 на фиг. 4 - структурная электрическая схема инверсного дискриминато-; ра отклонения на фиг, 5 - временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства на фиг. 6 - временные диаграммы напряжений, поясняющие работу дискриминатора отклонения порога квантаванияу на фиг. 7 - временные диаграммы, пояснякищие работу блока выбора дискриминатора.

Адаптивный дискретный согласованный фильтр (Фиг, 1) состоит иэ временного дискретизатора 1, квантователя 2, регистра 3 сдвига и весового сумматора 4. В него входят также дис-. криминаторы 5-1-. 5-m отклонения порога квантования, количество которых определяется в соответствии с требуемым динамическим диапазоном устройства, блок 6 выбора дискриминатора и переключатель 7. Каждый дискриминатор 5-j отклонения (порога квантования) (фиг. 2) (где =1...,, 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 Х (t) (фиг. 5, Б) стробируется временным дискретизатаром 1.

По дискретной выборке смеси сигнала и помех Х„ (фиг. 5, в) дискриминаторы 5-3 отклонения порога квантования формируют на выходах напряжения (фиг. 5 r, д, е), пропорциональные значению абсцисс максимумов функции плотности вероятности входи ной смеси - Х, каждый на своем интервале. л

Х, (Пои,- а оиу а) Р где U . - значение опорногр напряои жения для дискриминатора

5-j отклонения порога квантования, a const, Полагаем U =А + 2ал ои + аю . где А - нижняя граница динамического диапазона устройства.

Тогда требуемое для достижения максимальной помехоустойчивости минималь. ное число дискриминаторов 5-j отклонения порога квантования

„.А -Ау

П1" -- - - -2а где A - верхняя граница динамичес2. кого диапазона устройства.

995284 где

Для каждого отсчета входовой смеси блок 6 выбора дискриминатора выбирает выходной сигнал одного из дискриминаторов 5-» отклонения порога кван тования в качестве порога квантования входной смеси и подключает выход этого дискриминатора 5-j отклонения порога квантования к второму входу квантователя 2 через переключатель 7 (фиг. 5 ж, з, и - временные диаграммы напряжений на выходах блска 6 выбора дискриминатора {соответственно

1, 2 н m), соединенных с управляющими входами переключателя 7). Наличие логической единицы на каком-либо управляющем входе переключателя 7-) приводит к подключению j-го сигнального входа к выходу переключателя 7 (фиг. 5, к). Полученная с выхода квантователя 2 последовательность импульсов Щ (фиг. 5, л) свертывает- ;Щ ся с кодом полезного сигнала, и на выходе весового сумматора 4 получается выходной сигнал дискретного согласованного фильтра (фиг. 5, м), Тактовые импульсы могут подаваться на выходы временного дискретизатора 1 и регистра 3 сдвига как синхронно с принимаемым сигналом, так и асинхронно. В последнем случае потери увеличиваются как для асинхрон- ЗО ного дискретного согласованного фильт ра.

Принцип работы дискриминаторов

5-» отклонения порога квантования состоит в следующем (фиг. 2).

Каждый из дискриминаторов 5-j отклонения порога квантования отслеживает положение максимума функции плоъ ности вероятности входной смеси на своем интервале, Для случая симметричного распределения шумовой составляющей помехи имеет место соотношение

Хэ . Хэ+ (Х„) л){;=1 Ф(Х;МХ;, ..

Хэ-а где x — точка экстремума W(x ), о с 0 =сопя .

Выражение (1) означает равенство вероятностей попадания х„ в интервал gp (-а Хэ, Хз): и (Хэ, а+Х9). Величина

Ц должна быть достаточно мала, чтобы в указанном интервале И(Х„ ) можно было считать симметричной относительно перпендикуляра, пересекающего ось абсцисс в точке Õ . При числе отсчетов п-е частота попадания Х„в заданный интервал совпадает с соответствующей вероятностью, и выражение (1) принимает видг . 60 "{ и Е )6(х(-xsta) (x„.-ж -a))=a

Каждый дискриминатор 5-» отклонения порога квантования вычисляет значение корня уравнения (2) х относительно Х в пределах

Х Е(-а+Оо„,а+О -). л.

При и- аюполученная оценка Х сходится к истинному значению положения экстремума Х (в данном случае максимума) на заданном интервале. В случае отсутствия Х д на данном интервале (функция.И(Х„.) не имеет на нем локального максймума) в качестве Х. оказывается выбранным тот край интервала, где N(X„.) наиболее велика.

Дискриминаторы 5-» 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 вычитателя 22 лежит за пределами интервала (- а, а), то на вход ключа 18 поступает .нулевой напряжение (фнг. 6 б, в, r, д - выходные напряжения квантователя 8, инвертора 15, квантователя 9 и элемента И 13; фиг. 6 е, ж, s - временные диаграммы на выходах соответственно вычитателя 22, квантователя

12 с нулевым порогом квантователя и ключа 18) .

Таким образом, на выходе ключа 18 реализуется функция

И)(„) ={ (Х1-Х +О)-{3 Х -X О1

Накопление сигнала ошибки происходит в интеграторе 20 (фиг, 6, ивыходное напряжение) °

Второй анализатор 24, аналогичный анализатору 23, управляет ключом 19.

При уровне выходного сигнала интегратора 20 х - ф(-а,+а) на выходе элемента И 14 формируется напряжение логической единицы (фиг.

6, к). При этом выход интегратора 20 соединяется через инвертор 17 с входом и модуль выходного напряжения интегратора 20 уменьшается до тех пор, пока не будет выполнено условие х 6 f-a,+а)

Одновременйо сигнал на выходе элемента И 14 становится равным логическому нулю и .на входе интегратора 20 снова присутствует выходной сигнал ключа 18. (фиг. 6, л).

Блок 6 выбора дискриминатора (фиг. 3), содержит инверсные дискриминаторы 25 - 1 — 25 - щ отклонения порога квантования, квантователи

26 - 1 — 26 - m инверторы 27 — 1

995284

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-) отклонения порога квантования (фиг. 2) и включает .в себя анализатор 29, квантоватвли JO и 31 инвертор 32 элемент И 33 квантователь 34 с нулевым порогом квантования, ключи 35 и 36, интегратор 37, вычитатель 38, переключа-. тель 39.

Разница в принципе работЫ дискриминатора 5-j отклонения порога кван-, тования и инверсного дискриминатора

25-) отклонения порога квантования состоит в том, что последний отслеживает минимум функции плотности вероятности входной смеси Х в пределах л л 20 х е (х,х,,).

Для этого входы вычитателя 38 переставлены по сравнению с входами вычитателя 22, что обеспечивает инверсию сигнала ошибки, а анали затор, состоящий из блоков 30 - 33, подключает вход интегратора 37 через ключ

36 к выходу переключателя 39 в том случае, если выходной сигнал интегратора 37 " . л л

)(>yLõ,õ „). 30

В этом случае, если Х> у>, сигнал на выходе квантователя 31 есть логический ноль и к входу интегратора

37 через переключатель 39, ключ 36 подключается напряжение а; если 35

Х ЪХ, то подключается напряжение - а.

При, этом выходной сигнал интеграто1 ра 37 снова попадает в пределы л

" " ) 3

40 и ключ 36 подключает к входу интегратора 37 выход ключа 35. В остальном работа инверсного дискриминатора

25-j отклонения порога квантования не отличается от работы дискримина-. тора 5-j отклонения порога квантования.

Блок 6 выбора дискриминатора работает следующим образом, (фиг. 7,авременная диаграюиа напряжения на сигнальном входе блока 6 выбора дискриминатора, являющемся сигнальным входом инверсных дискриминаторов

25-j отклонения порога квантования).

При попадании нацряжвния сигнального входа в интервал х,át. „, ;. 3, задаваемый выходными напряжениями инверсных дискриминаторов отклонения порога квантования 25-1 и 25«2, напряжение на выходе элемента И 28-1 принимает значение логической единицы (фиг.;, 7 б, в, r д - выходные напряжения соответственно квантователя

26-1, ийвертора 27-1 квантователя

26-2 и элемента H 28-1, выход кото- 65 рого является вторым выходом блока б 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 x4 на последнем (вы4

v ход квантователя 26-m) при х. х„„ фиг. 7, е - напряжение на последнем выходе блока 6 выбора дискриминатора.

Таким образом, в првдлагавмом устройстве достиг ется лучшая помехоустойчивость, чем у прототипа, ввиду того, что B нвм вместо двух одинаковых по модулю 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 дискрвтный согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные временной дискретизатор, квантоватвль, регистр сдви" га и весовой сумматор, дискриминатор, отклонения порога квантования, вход которого подключен к выходу временного дискрвтиэатора, а выход через первключатвль - к другому входу квантователя, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены блок вы» бора дискриминатора, включенной между выходом дискриминатора отклонения порога квантования и управляющими входами первключателя, и дополнительные дискриминаторы отклонения порога квантования, входы которых соединены с выходом временного дискретизатора, а выход каждого - с соответствующими входами переключателя. и блока выбора дискриминатора, информационный вход которого подключен к выходу врв» менного дискрвтизатора, 2, Фильтр по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что дискриминатор отклонения порога квантования выполнен в виде последовательно соединенных вычитатвля, квантЬвателя 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, при- чем второй сигнальный вход первого. ключа соединен с общей шиной, второй сигнальный вход второго ключа через первый инвертор - с выходом интегратора, а управляющие входы ключей—

,99Ь2Ва ив Г

4 с выходами соответствуиицих анализа= торов, казщый из которых состоит иэ последовательно соединенных первого квантователя с.фиксированным порогом . квантования, второго .инвертора и элемента И, выход которого является выходом анализатора, а второй вход соединен с-выходом второго квантователя с фйксированнввю порогом квантования, при этом входы квантователей с фиксированным порогом квантования,обае-.

:.динены и явля ется входом анализатора, Ф первый as которых подклвчен к выходу вычнтателя, а второй - к выходу интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кан. Характеристики- цифрового согласованного фильтра нри неизвестной помехе. Зарубежная радиоэлект-. роника, .1972, Ф 11, с. 22.

2. Авторское свидетельство СССР

i0 Э 813699, кл. Н 03 Н 17/00, 1979(прототип).

4f.