DE2436013C2 - Non-recursive digital filter - Google Patents

Non-recursive digital filter

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DE2436013C2
DE2436013C2 DE19742436013 DE2436013A DE2436013C2 DE 2436013 C2 DE2436013 C2 DE 2436013C2 DE 19742436013 DE19742436013 DE 19742436013 DE 2436013 A DE2436013 A DE 2436013A DE 2436013 C2 DE2436013 C2 DE 2436013C2
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    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/06Non-recursive filters

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Description

Die Erfindung betrifft ein nichtrekursives digitales Filter nach dem Oberbegriffdes Anspruchs 1. Ein solches Filter ist aus IEEE Trans. AU-15 (1967), S. 85 bis 90 bekannt.The invention relates to a non-recursive digital filter according to the preamble of claim 1. One such Filter is known from IEEE Trans. AU-15 (1967), pp. 85-90.

Die genannte Druckschrift beschreibt bei einem digitalen Filter für einen Kanal die Verwendung der schnellen Fouriertransformation (FFT). Dr.s Eingangssignal liegt hier als Zahlenfolge {xk\ vor, die durch Abtastung und Digitalisierung des ursprünglich kontinuierlichen Eingangssignals χ (/) gewonnen wird. Die dem Ausgangssignal des Filters entsprechende Zahlenfolge {ys) ergibt sich durch diskrete FaltungThe cited publication describes the use of the fast Fourier transform (FFT) in a digital filter for a channel. Dr.'s input signal is available here as a sequence of numbers {x k \ , which is obtained by sampling and digitizing the originally continuous input signal χ (/). The sequence of numbers {y s ) corresponding to the output signal of the filter results from discrete convolution

ΛΤ-1ΛΤ-1

Λ - Σ^-Μ'-Ο· —ΛΜ)Λ - Σ ^ -Μ'-Ο · —ΛΜ)

des Eingangssignals mit der Impulsantwort \h„) des Filters. Der Vorteil, die diskrete Faltung auf dem Umweg über die schnelle Fouriertransformation (FFT) durchzuführen (»schnelle Faltung«), zeigt sich, wenn man die Zahl der benötigten Multiplikationen vergleicht und die für den Aufwand eines digitalen Filters weniger maßgeblichen Additionen vernachlässigt. Um einen Block mit N Ausgangswerteny, zu erhalten, sind bei der direkten Ausführung der diskreten Faltung N2 Multiplikationen erforderlich. Dem stehen im Prinzip 2N- log2N Multiplikationen bei der FFT und 2JV Multiplikationen im Spektralbereich, d.h. insgesamt 2N (1 + Iog2/V) Multiplikationen für die schnelle Faltung gegenüber. Der Vorteil der schnellen Faltung bei großen N ist also offensichtlich. Dieser Vorteil wird auch in IEEE Trans. AU-16, No. 3 (Sept. 1968), S. 336 bis 342 und in Gold/Rader, Digital Processing of Signals, Mc Graw-Hill Book Company 1969, S. 203 bis 232 ausführlich dargestellt. of the input signal with the impulse response \ h ") of the filter. The advantage of performing the discrete convolution indirectly via the fast Fourier transform (FFT) ("fast convolution") becomes apparent when one compares the number of multiplications required and neglects the additions that are less important for the complexity of a digital filter. In order to obtain a block with N output values y 1, N 2 multiplications are required when performing the discrete convolution directly. In principle, there are 2N- log 2 N multiplications in the FFT and 2JV multiplications in the spectral range, ie a total of 2N (1 + Iog 2 / V) multiplications for fast convolution. So the advantage of fast convolution with large N is obvious. This advantage is also mentioned in IEEE Trans. AU-16, No. 3 (Sept. 1968), pp. 336 to 342 and in Gold / Rader, Digital Processing of Signals, Mc Graw-Hill Book Company 1969, pp. 203 to 232.

Im einzelnen wird bei der schnellen Faltung folgendermaßen vorgegangen:In detail, the procedure for fast folding is as follows:

Zunächst wird das Eingangssignal \xk) mit Hilfe eines FFT-Rechners einer diskreten Fouriertransformation (DFT) unterzogen, wobei man die SpektraU'inienFirst, the input signal (x k ) is subjected to a discrete Fourier transformation (DFT) with the aid of an FFT computer, whereby the spectra lines

.V- I.V- I

Χι = Σ Xk w'" U = O /V-I und W = e--"* mit j = V^ Χι = Σ Xk w '"U = O / VI and W = e -" * with j = V ^

k=0k = 0

erhält. Anschließend wird jede Spektrallinie Xn, mit dem dazugehörigen Filterkoeffizienten Hm gleicher Frequenz multipliziert. Die Filterkoeffizientenreceives. Each spectral line X n is then multiplied by the associated filter coefficient H m of the same frequency. The filter coefficients

iV-liV-l

H, = ΣΛ» W-* U = O,..., N-I) H, = Σ Λ » W- * U = O, ..., NI)

»-0»-0

sind die Fouriertransformierten der Filterparameter Hn. Schließlich erhält man durch inverse diskrete Fouriertransformation (IDFT) der Produkte Xn, ■ Hm das Ausgangssignalare the Fourier transforms of the filter parameters H n . Finally, by inverse discrete Fourier transform (IDFT) of the products X n , ■ H m, the output signal is obtained

V=J-Yx H W"" (J=O N-U V = J-Yx H W "" (J = O NU

" m =0" m = 0

Wegen der für die DFT vorausgesetzten Periodizität des Eingangssignals und der Impulsantwort ist die vermittels DFT durchgeführte Faltung zyklisch. Um statt der zyklischen Faltung die gewünschte diskrete Faltung zu erhalten, sind besondere Vorkehrungen zu treffen. Die zu filternde fortlaufende Wertefolge wird -Ln Blöcke [xk) der Länge Λ' zusammengefaßt, derart, daß aufcinanderfolger.de Blöcke sich jeweils in L-I Wert« überlappen (JV> L). Die Zahl L entspricht dabei der Anzahl der Filterparameter h„ in der ursprünglichen Imputsantwort. Die Impulsantwort wird dann durch Anfügen von N-L Nullen auf die Blocklänge /V gebracht. Der aus Nullen bestehende Abschnitt der Impulsantwort führt dazu, daß der Ausgangsblock [xs) der an sich zyklischen schnellen Faltung in den letzten N-L + 1 Werten mit dem Block identisch ist, den man bei der diskreten Faltung erhält. Es werden daher von den JV der schnellen Faltung anfallenden Werten jeweils nur die letzten N-L + 1 Werte auf den Ausgang des Filters gegeben.Because of the periodicity of the input signal and the impulse response required for DFT, the convolution carried out by means of DFT is cyclical. In order to obtain the desired discrete convolution instead of the cyclic convolution, special precautions must be taken. The continuous sequence of values to be filtered is grouped together -Ln blocks [x k ) of length Λ ', in such a way that aufcinanderhaben.de blocks overlap each other in LI value «(JV> L). The number L corresponds to the number of filter parameters h " in the original impulse response. The impulse response is then brought to the block length / V by adding NL zeros. The segment of the impulse response consisting of zeros leads to the fact that the output block [x s ) of the cyclical fast convolution in the last NL + 1 values is identical to the block that is obtained with the discrete convolution. Therefore only the last NL + 1 values of the JV of the fast convolution occurring are given to the output of the filter.

Nachteilig bei dem eingangs erwähnten bekannten Filter ist die Tatsache, daß es lediglich für einen Kanal konzipiert ist. Derartige Filter sind erst bei Multiplexbetrieb mit genügend hohen Kanalzahlen weniger aufwendig als entsprechende Analogfilter. Einschließlich des Aufwandes für die Analog-Digitalwandlung liegt die Vorteilsgrenze derzeit bei einer Größenordnung von 100 Kanälen.The disadvantage of the known filter mentioned at the beginning is the fact that it is only for one channel is designed. Such filters are less expensive only in multiplex operation with a sufficiently high number of channels as a corresponding analog filter. Including the effort for the analog-to-digital conversion, the benefit limit lies currently on the order of 100 channels.

Aus der DE-OS 22 62 652 ist ein digitales Filter für Filiermultiplexbetrieb bekannt, dessen Durchlaßcharakteristik aus äquidistanten und nicht überlappenden Bandpaßkurven gleicher Form und gleicher Bandbreite besteht. Multiplex-Bandpässe, deren Kanäle wählbaren Abstand voneinander haben und verschieden breit sind, lassen sich mit diesem Filter jedoch nicht realisieren. Gerade solche Einsatzmöglichkeiten sind aber bei einer Reihe von Anwendungen, beispielsweise bei Nachrichtenempfängern in Funkzentralen mit hohem Verkehrsaufkommen, wünschenswert.From DE-OS 22 62 652 a digital filter for Filiermultiplexbetrieb is known, its transmission characteristic from equidistant and non-overlapping bandpass curves of the same shape and the same bandwidth consists. Multiplex bandpass filters, the channels of which can be spaced from one another and are of different widths cannot be implemented with this filter. However, it is precisely such possible applications that are available at a number of applications, for example message receivers in radio control centers with high traffic volumes, desirable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlich arbeitendes nichtrekursives digitales Filter für Filtermultiplexbetrieb zu schaffen, dessen Kanäle verschieden breit sind und wählbaren Abstand voneinander haben.The invention is based on the object of an economically working non-recursive digital filter for To create filter multiplex operation, the channels of which are of different widths and selectable distance from one another to have.

Die Lösung dieser Aufgabe geht aus dem kennzeichnender. Teil des Patentanspruchs 1 hervor. Eine erfinderische Weiterbildung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet, demgemäß die interessierenden Spektralwerte eines Kanals, die zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, definiert werden durch den unteren Kanalrand und die Gesamtzahl der Linien in der Gruppe.The solution to this problem comes from the characteristic. Part of claim 1 emerges. An inventive one Further development is characterized in claim 2, accordingly the spectral values of interest of a channel, which are combined into a group, are defined by the lower channel edge and the Total number of lines in the group.

Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The further claims contain advantageous embodiments of the invention.

Beim erlindungsgemäßen Filter -.st der wirtschaftliche Aufwand geringer als bei entsprechenden Analogfiltem. Der Aufwand ist im wesentlichen gleich dem für eine herkömmliche Anwendung der schnellen Faltung auf nur einen Kanal.In the case of the filter according to the invention, the economic outlay is lower than in the case of corresponding analog filters. The effort is essentially the same as for a conventional application of fast convolution on only one channel.

Die benötigte Abtastfrequenz wird durch die Bandbreite des Signals bestimmt. Das Ausgangssignal eines 5C Bandpasses ist auf eine Heinere Bandbreite beschränkt als das Eingangssignal, daher darf die Abtastfrequenz am Ausgang niedriger sein, und es wird nur jeder Me Abtastwert entnommen (Bandpaßabtastung). Da ein nichtrekussives digitales Filter keine Rückkopplungen enthält, brauchen die nicht abgetasteten Ausgangswerte nicht berechnet zu werden. Das vermindert den technischen Aufwand des Filters - von den Speichern abgesehen - um das Verhältnis Eingangs- zu Ausgangsbandbreite, was insbesondere bei hochselektiven Filtern ins Gewicht fällt.The required sampling frequency is determined by the bandwidth of the signal. The output of a 5C Bandpass is limited to a lower bandwidth than the input signal, so the sampling frequency is allowed be lower at the output, and only every Me sample is taken (bandpass sampling). There a If the non-recussive digital filter does not contain any feedback, the unsampled output values need to be used not to be charged. This reduces the technical complexity of the filter - apart from the memories - the ratio of input to output bandwidth, which is particularly important with highly selective filters Weight falls.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.The invention is explained in more detail below.

In einer ersten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Filters ist zur Durchführung der schnellen Faltung bei M Kanälen eingangssei tig anschließend an eine Abtastvorrichtung und einen Analog-Digitalwandler neben einem ersten Speicher, in dem die als Digitalzahlen xk anfallenden Eingangs« :rte zu Blöcken \xk) der Länge JV zusammengefaßt werden, ein erster Fourierrechner vorgesehen, mit dessen Hilfe die diskrete Fouriertransformation (DFT) der Eingangswerte vorgenommen wird, ferner ein zweiter Speicher, in dem die Blöcke [X1) der Fouriertransformierten gespeichert werden, sowie ein dritter Speicher, in dem die charakteristischen Daten eines jeden Kanals festgehalten sind: die Filterkoeffizienten H},n , ein Parameter //, , der die Lage des unteren Kanalrandes kennzeichnet, und eine Zahl JV,, die angibt, wieviel Fourierkoeffizienten (Spektrallinien) auf den Kanal entfallen. Darüberhinaus enthält das Filter einen Steuerteil, der die Fcarierkoeffizienten zu Gruppen zusammenstellt entsprechend den Kanalparametern n, und Jv", die Gruppen einem Multiplizierer zuführt, in dem ieder FourierkoefSiient mit einem Filterkoeffizienten gewichtet wird, und die gewichteten Gruppen inIn a first embodiment of the filter according to the invention for performing the fast convolution with M channels eingangssei tig then to a scanning device, and an analog-to-digital converter in addition to a first memory in which the digital numbers x k resulting input ": rte into blocks \ x k) the length JV are combined, a first Fourier computer is provided, with the aid of which the discrete Fourier transform (DFT) of the input values is carried out, also a second memory in which the blocks [X 1 ) of the Fourier transform are stored, and a third memory in which the characteristic data of each channel are recorded: the filter coefficients H}, n , a parameter //, which characterizes the position of the lower channel edge, and a number JV ,, which indicates how many Fourier coefficients (spectral lines) are allocated to the channel. In addition, the filter contains a control section which compiles the Fcarier coefficients into groups in accordance with the channel parameters n, and Jv ", supplies the groups to a multiplier in which each Fourier coefficient is weighted with a filter coefficient, and the weighted groups in

einem vierten Speicher abspeichert. Schließlich ist noch ein zweiter Fourierrechner vorgesehen, der die inverse diskrete Fouriertransformation (IDFT) der Gruppen durchführt, sowie ein fünfter Speicher, an dessen Ausgängen die Ausgangswerte der einzelnen Filterkanäle abgenommen werden können. Die Kanalparameter Λ?,'\ η, und N1 sind so gewählt, daß das Filter ausgangsseitig in Bandpaßabtastung arbeitet.stores in a fourth memory. Finally, a second Fourier computer is provided, which carries out the inverse discrete Fourier transformation (IDFT) of the groups, as well as a fifth memory, at the outputs of which the output values of the individual filter channels can be taken. The channel parameters Λ?, '\ Η, and N 1 are selected so that the filter operates in bandpass scanning on the output side.

In einer zweiten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Filters arbeiten der erste und der zweite Fourierrechner nach dem FFT-Algorithmus. ; Im Falle, daß (Λβ,,,αλ < /Vist, ist es günstiger, wenn nur der erste Fourierrechner ein FFT-Rechner ist. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filters ist der dritte Speicher ein Festwertspeicher, während der erste, zweite, vierte und fünfte Speicher Puffer-Speicher sind.In a second embodiment of the filter according to the invention, the first and the second Fourier computer work according to the FFT algorithm. ; In the event that (Λβ ,,, αλ < / Vist, it is more advantageous if only the first Fourier computer is an FFT computer. In an expedient embodiment of the filter according to the invention, the third memory is a read-only memory, while the first, second, fourth and fifth memories are buffer memories.

ίο In einer weiieren Ausbildungsform ist zur Vermeidung der zyklischen Faltung die Zahl N, die der Länge der Eingangsblöcke entspricht, größer gewählt als die Zahl /.der Filterparameter in der Impulsantwort. Die Impulsantwort isl dann durch Anfügen von N-L Nullen auf die Länge /Vder Eingangsblöcke verlängert, ferner erfolgt die Blockbildung am Filtereingang in der Weise, daß aufeinanderfolgende Blöcke sich jeweils in N-L+X Werten überlappen, schließlich werden von den /VAusgangswerten pro F.ingangsblock jeweils nur die .V1 ίο In a white embodiment, to avoid cyclical convolution, the number N, which corresponds to the length of the input blocks, is selected to be greater than the number /. of the filter parameters in the impulse response. The impulse response is then extended to the length / V of the input blocks by adding NL zeros, and the block formation at the filter input takes place in such a way that successive blocks each overlap in N-L + X values, and finally the / V output values per F. Entrance block only the .V 1

υ letzten /V-Z.+1 Werte als Ausgangswerte des Filters zugelassen. ..-^υ last /V-Z.+1 values allowed as output values of the filter. ..- ^

NN ■■■■ '*'■■'*' ■■

Es hat sich als günstig erwiesen, die Länge Lder Impulsantwort gleich —zu wählen. Die Überlappung der «jIt has proven to be advantageous to choose the length L of the impulse response to be the same. The overlap of the «j

Eingangsblöckc beträgt dann 50%. ;·;Input blockc is then 50%. ; ·;

Fiel 7eigl das Schema der diskreten Faltung hei mehreren Kanülen. Das fortlaufende reellwertige Eingangs- LiThe scheme of discrete folding with several cannulas was the same. The continuous real-valued input Li

signal vt wird in Blöcke der Länge /Vzusammengefaßt und transformiert (DFT). Die so pro Block gebiideten $signal v t is combined into blocks of length / V and transformed (DFT). The $

/VSpektrallinien werden entsprechend den gewünschten Bandpaßkanälen in Gruppen W,zusammengefaßt. Jede ψί / V Spectral lines are combined in groups W according to the desired bandpass channels. Each ψί

Gruppe (») wird mit einem Satz von Filterkoeffizienten (Hn* Igewichtet. Dadurch wird die gewünschte Durch- λ*Group (») is weighted with a set of filter coefficients ( H n * I. This gives the desired throughput λ *

laßkurvenform eingestellt und außeidem durch entsprechende Wahl der Werte im Übergangsbereich der Filter- '·adjusted and also by appropriate selection of the values in the transition area of the filter '

kurve ein Übersprechen aus Nachbarkanälen verhindert. Dann werden die Gruppen einzeln in den Zeitbereich zurücktransformiert (IDFT). Dabei entstehen pro Datenblock und Kanal genauso viele Abtastwerte, wie Linien in der Gruppe enthalten sind. Die Eindeutigkeit dieser Bandpaßabtastung ist gewahrt, denn die Zusammenfassung von N1 benachbarten Linien zu einer Gruppe erhöht die Bandbreite und damit die benötigte Abtastfrequenz gerade um N,. curve prevents crosstalk from neighboring channels. Then the groups are individually transformed back into the time domain (IDFT). As many samples are generated per data block and channel as there are lines in the group. The uniqueness of this bandpass scanning is preserved, because the combination of N 1 adjacent lines to form a group increases the bandwidth and thus the required scanning frequency by N,.

Zur Vermeidung der Zyklizität ist für die schnelle Faltung fortlaufender Signale eine Transformationsblock-JO größe N= r/J.'nötig, die größerals die Länge der Impulsantwort ist, wobei Atazm Zeitintervall zwischen zwei To avoid cyclicality, a transformation block JO size N = r / J. 'is required for the rapid convolution of continuous signals, which is greater than the length of the impulse response, where Atazm is a time interval between two

aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen und Tdei zeitlichen Ausdehnung eines Blocks entspricht. Es ist hier »successive scans and Tdei time expansion of a block corresponds. It is here "

zweckmäßig, die maximale Länge der Impulsantwort gleich 772 zu wählen. Die Überlappung der Transformationsblöcke beträgt dann 50%, d. h. der Datendurchsatz verdoppelt sich. Die diskrete Faltung für den Men Kanal lautet:It is expedient to choose the maximum length of the impulse response equal to 772. The overlap of the transformation blocks is then 50%, i.e. H. the data throughput doubles. The discreet fold for the Men Canal reads:

N-I V-IN-I V-I

y,lk = }\ll ♦ t - — 2-1 Zu Al·! » m e "it & y, lk = } \ ll ♦ t - - 2-1 To Al ·! » M e " it & >>

n «-0 <n-0 n «-0 <n-0

k = N/2, N/2+1 /V-I, k = N / 2, N / 2 + 1 / VI,

wobei folgende Definitionen verwendet werden:where the following definitions are used:

VIVI

DFT: Xk = Y1 x, e"2 T'yuv mit k: = 0, 1 /V-IDFT: X k = Y 1 x, e " 2 T ' yuv with k : = 0, 1 / VI

. V-I. V-I

IDFT: χ, = — £ Χι. e2r'</v mit / = 0, 1 /V-I und j = /1T.IDFT: χ, = - £ Χι. e 2r '</ v with / = 0, 1 / VI and j = / 1 T.

>· und χ sind reelle Abtastwerte in Tiefpaßabtastung, / ist die laufende Nummer des Datenblocks und {Aj'1 ] mit η = 0, 1, 2, ..., N~\ ist der punktweise Überiragungsfaktor des Men Kanalfilters, der sich als diskrete Fouriertransformation der Impulsantwort {/&'}| ergibt.
Um eine zyklische Faltung zu vermeiden, muß für die Kanalcharakteristik {tf„n} gelten
> · And χ are real samples in low-pass sampling, / is the serial number of the data block and {Aj ' 1 ] with η = 0, 1, 2, ..., N ~ \ is the point-wise transmission factor of the channel filter menu, which is discrete Fourier transform of the impulse response {/ &' } | results.
In order to avoid a cyclic convolution, {tf „ n } must apply to the channel characteristic

-i- Σ #" e2-'am-v = hm = 0 für m = N/2, /V/2+1 N-I. -i- Σ # "e 2 - ' am - v = h m = 0 for m = N / 2, / V / 2 + 1 NI.

»■«»■«

Der Übergang zur Bandpaßabtastung der Ausgangswerte (y —» y) vermindert die Zahl der ausgangsseitigen Kanalabtastwerte pro Block von NIl auf N1Il: The transition to bandpass sampling of the output values (y - » y) reduces the number of output channel samples per block from NIl to N 1 Il:

** = \ Σ Σ ***** e-2^-" Λί° eJ-^** = \ Σ Σ ***** e- 2 ^ - "Λί ° e J - ^

" »=G m=Q"» = G m = Q

Zc = N1U, ΛΪ-/2+Ι, ..., Ni-I.
Wird{«5/)} so gewählt, daß alle Punkte im Sperrbereich und im negativen Frequenzbereich null sind,
Zc = N 1 U, ΛΪ- / 2 + Ι, ..., Ni-I.
If {«5 /) } is chosen so that all points in the stop band and in the negative frequency band are zero,

/β'1 —»0 für η<η, und ri> ti,+ N1; η, = linker Kanalrand,
so kann der Laufbereich von «auf ,V, Werte beschränkt werden. Dann gilt
/ β ' 1 - »0 for η <η, and ri> ti, + N 1 ; η, = left channel edge,
in this way the range of «can be restricted to, V, values. Then applies

M = 4; £ Σ *wa * ». e "2 rX""'■""" Wi, eJ -'*» \ /V n ^ n^J M = 4; £ Σ * wa * ». e " 2 rX ""'■""" Wi, e J -' * »\ / V n ^ n ^ J

Damit stellt sich die Rücktransformation des nunmehr analytischen Signals (/#" = 0bei negativen Frequenzen) in den Zeitbereich als IDFT mit N, Punkten dar. Der Quotient η,/Ν, wurde ganzzahlig vorausgesetzt, was durch m Veränderung von N1 und //,durch nullweriige Stützpunkte der Kanalcharakteristik jederzeit erreicht werden kann.
Die gewünschte Kurvenform des Kanalfilters legt zusammen mit den Bedingungen
The reverse transformation of the now analytical signal (/ # "= 0 for negative frequencies) into the time domain is thus represented as IDFT with N, points. The quotient η, / Ν, was assumed to be an integer, which can be achieved by changing N 1 and // , can be reached at any time through zero-value support points of the channel characteristics.
The desired curve shape of the channel filter lays together with the conditions

Λ« = 4; Σ W e2T"""'v = 0 für m = -^, —+ 1 /V-I und Λ «= 4; Σ W e 2T """' v = 0 for m = - ^, - + 1 / VI and

" »-ο 2 2"» -Ο 2 2

Λ*0—»0 für ri<n, und n^n,+ N1 Λ * 0 - »0 for ri <n, and n ^ n, + N 1

den Parametersatz {/£°) fest. Ausgangspunkt der Filterdimensionierung ist eine Zielcharakteristik //"'(/), /i>0, die approximiert werfen soll. Die Zahl der Freiheitsgrade für die Approximation wird durch die obigen Bedingungen halbiert. Von den möglichen N, Parametern kann man also nur noch N,/2 frei wählen, und zwar jeden zweiten, z. B. sothe parameter set {/ £ °). The starting point of the filter sizing is a target characteristic // "'(/), / i> 0, which is to throw approximated. The number of degrees of freedom for the approximation is bisected by the above conditions. Of the possible N parameters so you can only N , / 2 freely choose, every second one, e.g. so

_ //(2/i/T) für 2n = n„ //, + 2, .... /),+ N1 («,, N1 gerade).
0 sonst.
_ // (2 / i / T) for 2n = n " //, + 2, .... /), + N 1 (« ,, N 1 even).
0 otherwise.

Man erhält ein Filter, das die Zielcharakteristik Äan den (positiven) Frequenzen 2 λ = 0,2,4,..., N/2-2 exakt annimmt, dafür aber zwischen diesen Punkten erheblich abweichen kann. Dies tritt bei rechteckförmigen Selek- )o tions-urven ft{f) besonders stark auf (Gibbs'sches Phänomen). Daher ist es zweckmäßig, einige Punkte an beiden Rändern der Selektionskurve, also die Übergangsbereiche, nicht von vornherein festzulegen, sondern solange zu variieren, bis bei vorgegebenem Toleranzband für den Durchlaßbereich der Schwankungsbereich des Sperrbereichs minimal wird, oder umgekehrt. Dabei müssen die Übergangsbereiche umso breiter sein, je schmaler die Toleranzbänder sein sollen.A filter is obtained which exactly assumes the target characteristic Ä at the (positive) frequencies 2λ = 0,2,4, ..., N / 2-2 , but can deviate considerably between these points. This occurs with rectangular selectivity) o-tions urven ft {f) are particularly hard on (Gibbs phenomenon). It is therefore advisable not to define some points at both edges of the selection curve, i.e. the transition areas, from the start, but to vary them until the fluctuation range of the blocking area is minimal for a given tolerance band for the pass band, or vice versa. The transition areas must be wider, the narrower the tolerance bands are to be.

Die ungeradzahligen Stützpunkte Hi'L.. die wegen Λ- = Q für m>N/2 nicht frei verfügbar sind, ergehen sich aus der FilterkurveThe odd-numbered support points Hi'L .., which are not freely available because Λ- = Q for m> N / 2 , result from the filter curve

. V2-1 <(!,+ iV)/2-1. V2-1 <(!, + IV) / 2-1

IAO f f~\ = — V > Hl.n ~2-jm(2n-/T)/\ IAO ff ~ \ = - V> Hl.n ~ 2-jm (2n- / T) / \

"Ul"Ul *!■£->*! ■ £ -> 4-1 17J" e 4-1 17 J " e

'" /n=O H-H1Il '"/ n = O HH 1 II

Sie sind im Sperrbereich entsprechend der Sperrdämpfung sehr klein, jedoch nicht Null.They are very small in the stop band corresponding to the stop attenuation, but not zero.

Mit Ny- 3 optimierten Punkten von H{'] in jedem der beiden Übergangsbereiche der Bandpässe läßt sich eine minimale Sperrdämpfung von ca. 10OdB bei einer Welligkeit im Durchlaßbereich von 0,5 dB erzielen.With Ny- 3 optimized points of H {'] in each of the two transition areas of the bandpass filters, a minimum blocking attenuation of approx. 10OdB can be achieved with a ripple in the pass band of 0.5 dB.

Der Formfaktor der Filter ergibt sich zu 1 + 4 NSIN,. The form factor of the filters results in 1 + 4 N S IN ,.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Multiplex-Bandpaßsystems dargestellt. Die Kanäle (/') können beliebig definiert werfen, auch überlappend. Das Eingangssignal χ (/) wird nach Abtastung in einer Abtastvorrichtung (1) und Digitalisierung im Analog-Digitalwandler (2) als Folge von Digitalzahlen xk in einem ersten Pufferspeicher (3) abgespeichert und zu Blöcken der Länge ^zusammengefaßt, wobei sich aufeinanderfolgende Blöcke zu 50% überlappen. Es sind zwei Fourierrechner (4 und 10) vorgesehen.In Fig. 2 an embodiment of the multiplex bandpass system according to the invention is shown. The channels (/ ') can be defined as desired, also overlapping. The input signal χ (/) is stored after sampling in a sampling device (1) and digitization in the analog-digital converter (2) as a sequence of digital numbers x k in a first buffer memory (3) and combined into blocks of length ^, with successive blocks overlap by 50%. Two Fourier computers (4 and 10) are provided.

Der erste Fourierrechner (4), dessen Transformationsblockgröße /Vdie erreichbare Selektivität des Bandpaßsystems festlegt, arbeitet nach dem FFT-Algorithmus. Er transformiert die Eingangsblöcke in den Spektralbereich. Die Spektraldaten werfen in einem zweiten Pufferspeicher (5) gespeichert und nach Maßgabe der Kanalparameter «,und Ν,ίμ Gruppen zusammengefaßt. Die Parameter n,und Absind zusammen mit den Filterkoeffizienten Hj^ in einem Festwertspeicher (6) festgehalten. Die Zusammenfassung der Spektraldaten zu Gruppen wird durch einen Steuerteil (J) geleitet, der auch dafür sorgt, daß die Gruppen in der Reihenfolge ihres Kanalindex (,-) einem Multiplizierer (8) zugeführt werden, um hier mit den individuellen Filterkurven {H1/1) der entsprechenden Kanäle gewichtet zu werfen. Die Gruppen werfen nach Zwischenspeicherung in einem Pufferspeicher (9) nacheinander mit dem zweiten Fourierrechner (10) in den Zeitbereich zurücktransformiert, wo sie in Bandpaßabtastung anfallen. Dieser Fourierrechner realisiert die IDFT, ohne den FFT-Algorithmus zu benutzen, damit die möglichen Kanalbreiten At- nicht auf Zweierpotenzen beschränkt werfen müssen. Wegen der um 50 % überlappenden Verarbeitung muß At eine gerade Zahl sein. Der Aufwand des zweiten Fourierrechners entspricht etwa dem des ersten, da zweckmäßigerweise (/£)_„«^ Ngehalten wird, was den Nachteil, ohne den FFT-Algorithmus arbeiten zu müssen, ausgleicht Die Ausgangswerte der einzelnen Kanäle können an den Ausgängen eines Pufferspeichers (11) abgenommen werfen. Die Rückgewinnung der kontinuierlichen Signale, falls gewünscht, kann mit Bandpässen im Originalfrequenzbereich betrieben werfen oder zweck-The first Fourier computer (4), whose transformation block size / V defines the achievable selectivity of the bandpass system, works according to the FFT algorithm. It transforms the input blocks into the spectral range. The spectral data are stored in a second buffer memory (5) and combined according to the channel parameters «, and Ν, ίμ groups. The parameters n, and Absind together with the filter coefficients Hj ^ are held in a read-only memory (6). The combination of the spectral data into groups is passed through a control part (J) , which also ensures that the groups are fed to a multiplier (8) in the order of their channel index (, -) in order to use the individual filter curves { H 1 / 1 ) Throw the appropriate channels weighted. After being temporarily stored in a buffer memory (9), the groups are transformed one after the other with the second Fourier computer (10) back into the time domain where they occur in bandpass scanning. This Fourier calculator implements the IDFT without using the FFT algorithm so that the possible channel widths At- do not have to be limited to powers of two. Because processing overlaps by 50%, At must be an even number. The effort of the second Fourier computer corresponds roughly to that of the first, since (/ £) _ "" ^ N is expediently kept, which compensates for the disadvantage of having to work without the FFT algorithm of a buffer store (11) removed. The recovery of the continuous signals, if desired, can be operated with bandpass filters in the original frequency range or

mäßiger mit Tiefpässen. Werden Tiefpässe verwendet, was weniger Aufwand erfordert, so werden die Signale zugleich in das Basisband transponiert (Demodulation).moderate with low passes. If low-pass filters are used, which requires less effort, the signals are at the same time transposed into the baseband (demodulation).

5 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen5 1 sheet of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Nichtrekursives digitales Filter, bei welchem sich eingangsseitig an eine Abtastvorrichtung und einen Analog-Digitalwandler ein erster Fourierrechner anschließt, welcher nach dem Prinzip der schnellen FaI-tung (FFT) die diskrete Fouriertransformation (DFT) der Eingangswerte vornimmt, und bei welchem ausgangsseitig die inverse diskrete Fouriertransformation (IDFT) der gefilterten Werte vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß fur den Filtermultiplexbetrieb mit verschiedenen breiten Bandpaßkurven, die wählbaren Abstand voneinander haben, ein Steuerteil (7) vorgesehen ist, welcher von den Ausgangswerten [Χ/] des ersten Fourierrechners (4) kanalweise nur diejenigen Spektralwerte, die in die Bandpaßkurve des jeweiligen Kanals fallen, zu Gruppen N1, mit / = Laufindex der Kanäle, zusammenfaßt und einem Multiplizierer (8) zur Wichtung mit den Filterkoeffizienten /ß° des jeweiligen Kanals zufuhrt, und daß ein einziger zweiter Fourierrechner (10) vorgesehen ist, der die inverse diskrete Fouriertransformation (IDFT) der gewichteten Gruppen durchfuhrt (Fig. 2).1.Non-recursive digital filter, in which on the input side a scanning device and an analog-to-digital converter are connected to a first Fourier computer which, according to the principle of fast FFT, carries out the discrete Fourier transformation (DFT) of the input values, and in which on the output side the Inverse discrete Fourier transformation (IDFT) of the filtered values is carried out, characterized in that a control part (7) is provided for the filter multiplex operation with different broad band-pass curves which can be spaced from one another, which is based on the output values [Χ /] of the first Fourier computer ( 4) channel-wise, only those spectral values that fall into the bandpass curve of the respective channel are combined into groups N 1 , with / = running index of the channels, and fed to a multiplier (8) for weighting with the filter coefficients / ß ° of the respective channel, and that a single second Fourier calculator (10) is provided, which discrete the inverse e Fourier transform (IDFT) of the weighted groups is carried out (Fig. 2). 2. Nichtrekursives digitales Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig anschließend an die Abtastvorrichtung (1) und den Analog-Digitalwandler (2) ein erster Speicher (3) vorgesehen ist, in dem die als Digitalzahlen xt anfallende=.: Eingangswerte zu Blöcken {xk\ der Länge N zusammengefaßt werden, woran sich der erste Fourierrechner (4) anschließt und ein zweiter Speicher (S), in dem die Blöcke {Xt} der Fouriertransformierten gespeichert werden, daß ferner ein dritter Speicher (6) vorhanden ist, in dem die charakteristischen Daten eines jeden Kanals festgehalten sind: die Filterkoeffizienten Hi0, ein Parameter nh der die Lage des unteren Kanalrandes kennzeichnet, und eine Zahl N1 , die angibt, wieviel Ijcwrierkoeffizienten (Fouriertransformierte) auf den Kanal entfallen, daß der Steuerteil (7) die Fourierköeilizienten 2u Gruppe« zusammenstellt entsprechend den Kanalpararnetern «,· und Λ, und die im Multiplizierer (8) gewichteten Gruppen in einem vierten Speicher (9) abgespeichert, und daß im Anschluß an den zweiten Fourierrechner (10) ein fünfter Speicher (11) vorgesehen ist, an dessen Ausgängen die Ausgangswerte der einzelnen Filterkanäle abgenommen werden können (Fig. 2).2. Non-recursive digital filter according to claim 1, characterized in that a first memory (3) is provided on the input side following the scanning device (1) and the analog-digital converter (2), in which the digital numbers x t = .: input values are combined into blocks {x k \ of length N , followed by the first Fourier computer (4) and a second memory (S) in which the blocks {X t } of the Fourier transforms are stored, and a third memory (6) is available, in which the characteristic data of each channel are recorded: the filter coefficients Hi 0 , a parameter n h which characterizes the position of the lower channel edge, and a number N 1 which indicates how many Ijcwrier coefficients (Fourier transforms) are allotted to the channel, that the control part (7) compiles the Fourier coefficients 2u group "according to the channel parameters", · and Λ, and the groups weighted in the multiplier (8) in a fourth Memory (9) is stored, and that a fifth memory (11) is provided following the second Fourier computer (10), at the outputs of which the output values of the individual filter channels can be taken (Fig. 2). 3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Fourierrechner nach dem FFT-Algorithmus (FFT, Fast Fourier Transform) arbeiten.3. Filter according to claim 2, characterized in that the first and the second Fourier calculator after FFT algorithm (FFT, Fast Fourier Transform) work. 4. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß K, < N, ist nur der erste Fourierrechner ein FFT-Rechner ist.4. Filter according to claim 2, characterized in that in the event that K, <N, only the first Fourier computer is an FFT computer. 5. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Speicher ein Festwertspeicher ist und daß der erste, zweite, vierte und fünfte Speicher Puffer-Speicher sind.5. Filter according to one of claims 2 to 4, characterized in that the third memory is a read-only memory and that the first, second, fourth and fifth memories are buffer memories. 6. Filter inch einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der zyklischen Faltung zunächst die Zahl N die der Länge der Eingangsblöcke entspricht, größer gewählt ist als die Zahl L der Filterparameter in der Impulsantwort, und daß die Impulsantwort durch Anfügen von N-L Nullen auf die Länge N der Eingang^blöcke verlängert ist, daß ferner die Blockbildung am Filtereingang in der Weise erfolgt, daß aufeinanderfolgende Blöcke sich jeweils in N-L + 1 Werten überlappen, und daß schließlich von den Af Ausgangswerten pro Eingangsblock jeweils nur die letzten N-L+ 1 Werte als Ausgangswerte des Filters zugelassen sind.6. filter inch one of claims 2 to 5, characterized in that to avoid the cyclic convolution initially the number N which corresponds to the length of the input blocks is selected greater than the number L of the filter parameters in the impulse response, and that the impulse response by appending from NL zeros to the length N of the input ^ blocks, that furthermore the block formation at the filter input takes place in such a way that successive blocks overlap each other in NL + 1 values, and that finally only the last of the Af output values per input block N-L + 1 values are allowed as output values of the filter. 7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung der Eingangsblöcke gleich 50%7. Filter according to claim 6, characterized in that the overlap of the input blocks is equal to 50% und daß die Zahl L der Filterparameter in der Impulsantwort gleich — gewählt ist.and that the number L of the filter parameters in the impulse response is chosen to be equal.
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