DE2537050C2

DE2537050C2 - Method for suppressing limit cycle oscillations

Info

Publication number: DE2537050C2
Application number: DE19752537050
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 8521 Dormitz Büttner
Original assignee: Te Ka De Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg De GmbH; Te Ka De Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Priority date: 1975-08-20
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2537050A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrükkung von Grenzzyklusschwingungen bei digitalen Signalverarbeitungsgeräten gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1. Beispiel für ein solches Gerät ist ein rekursives digitales Filter.The invention relates to a method for suppressing limit cycle oscillations in digital Signal processing devices according to the preamble of claim 1. An example of such a device is a recursive digital filter.

In derartigen Signalverarbeitungsgeräten werden Zahlen (Binärwörter) mi«, festgelegter Stellenzahl verarbeitet. Treten bei der Veraioeitung Produkte auf, so werden diese zunächst mit höherer Stellenzahl bestimmt. Im Laufe der weiteren Verarbeitung muß dann an einer Stelle des Gerätes eine Verkürzung der Binärwörter z. B. durch Runden oder durch Betragsabrunden auf die ursprüngliche Stellenzahl vorgenommen werden.In signal processing devices of this type, numbers (binary words) mi «, a fixed number of digits processed. If Veraioeitung uses products, so these are initially determined with a higher number of digits. In the course of further processing must then at one point on the device a shortening of the binary words z. B. by rounding or by rounding off amounts to the original number of digits.

Bei den eingangs genannten Signalverarbeitungsgeräten können die erwähnten Verkürzungsoperationen zu systematischen Rundungsfehlern führen, die sich in sogenannten Grenzzyklusschwingungen, d. h. periodischen Verfälschungen der Ausgangszahlenfolge, bemerkbar machen.In the case of the signal processing devices mentioned at the beginning, the abbreviation operations mentioned lead to systematic rounding errors, which result in so-called limit cycle oscillations, i.e. H. periodic Make falsifications of the initial number sequence noticeable.

In ELECTRONICS LETTERS, I.November 1973, Seiten 531 bis 532 berichten T. A.C. M. Claasen, W. F. G. Mecklenbräuker und J. B. H. Peek von Rechnungen, durch die die Wirkungsweise eines digitalen rekursiven Filters zweiten Grades mit Hilfe einer Datenverarbeitungsanlage simuliert wurde.In ELECTRONICS LETTERS, November I, 1973, pages 531 to 532, T. A.C. M. Claasen, W. F. G. Mecklenbräuker and J. B. H. Peek of calculations through which the functioning of a digital second degree recursive filter was simulated with the help of a data processing system.

Bei beiden der obenerwähnten Möglichkeiten zur Wortlängenkürzung wurden Grenzzyklusschwingungen festgestellt. Ihr Auftreten hängt von den Werten der Koeffizienten des Filters ab.With both of the above-mentioned options for Shortening of the word length, limit cycle oscillations were found. Their occurrence depends on the values of the The coefficients of the filter.

Auch K. M Wong und R. A. King berichten in ELECTRONICS LETTERS. 7th March 1974, Vol.10, on No. 5. Seiten 55 bis 57 über Simultation digitaler Filter mit Hilfe eines Rechners- Die Verfasser gehen davon "•Us, daß durch geeignete Wahl det Koeffizienten eines »genannten Döublerate-Filters sich das Übertragungsverhalten eines Allpol-Filters zweiten Grades ergibt. Da unterschiedliche Koeffizienten für das poüblerate-Fil· tef zu gleicher Übertragungsfunktion eines Allpol-Filters führen, lassen sich die Koeffizienten für das Doublerate-Filter zusätzlich so bestimmten, daß keine Grenzzyklusschwingungen auftreten. Die rechnergestützte Konstruktion eines Allpol-Filters zweiten Grades ohne Grenzzyklusschwingungen über den Umweg eines Doublerate-Filters ist jedoch aufwendig.K. M Wong and RA King also report in ELECTRONICS LETTERS. 7th March 1974, Vol. 10, on No. 5. Pages 55 to 57 digital over Simultation filter with a Rechners- The authors assume "• Us, that a suitable choice det coefficients of a" specified Döublerate filter results in the transmission behavior of an all-pole filter of the second degree. Since different coefficients for If the poüblerate filter lead to the same transfer function of an all-pole filter, the coefficients for the double-rate filter can also be determined in such a way that no limit cycle oscillations occur. Filters, however, are expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,' ein allgemein gültiges Verfahren zur Unterdrückung von Grenzzyklusschwingungen bei digitalen Verarbeitungsgeräten der eingangs genannten Art anzugeben. Das Verfahren soll auf möglichst einfache und bilJge Weise zu realisieren sein.The invention is based on the problem of 'a generally applicable method for suppressing Specify limit cycle oscillations in digital processing devices of the type mentioned above. That The procedure should be as simple and inexpensive as possible to be realized.

Für die Aufgabe werden zwei Lösungen angegeben; den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 ist jeweils eine Lösung zu entnehmen.Two solutions are given for the task; the characterizing parts of claims 1 and 2 is to take one solution at a time.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösungen entstehen statt der Grenzzyklusschwingungen rauschartige Fehlersignale, die sich dem Quantisierungsrauschen überlagern, d. h. dem Rauschen, das im vorliegenden Fall durch das Runden erzeugt wird.When using the solutions according to the invention, noise-like oscillations arise instead of the limit cycle oscillations Error signals that are superimposed on the quantization noise, d. H. the noise that is in the present Case is generated by rounding.

Wie Rechner-Simulationen zeigen, hängt die gesamte mittlere Rauschleistung von der Filterstruktur ab, auf die eine der erfindungsgemäßen lösungen angewendet wird. Bei Filtern zweiten Grades liegt die gesamte mittlere Rauschleistung — je nach Filterstru.ktur und je nach angewandter Lösung — um Faktoren 13 bis 4 über der mittleren Leistung des Quantisierungsrauschens.As computer simulations show, the total average noise power depends on the filter structure one of the solutions according to the invention is used. For second-degree filters, the entire Average noise power - depending on the filter structure and depending according to the solution applied - by a factor of 13 to 4 above the mean power of the quantization noise.

Anhand der Figuren sollen Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäß; η Lösungen näher erläutert werden. Es zeigtUsing the figures, application examples of the invention; η solutions are explained in more detail. It shows

F i g. 1 ein rekursives Filter zweiten Grades in der ersten kanonischen Form zur Erläuterung der Lösung nach Anspruch 1,F i g. 1 a recursive filter of the second degree in the first canonical form to explain the solution according to claim 1,

F i g. 2 ein rekursives Filter zweiten Grades in der ersten kanonischen Form zur Erläuterung der Lösung nach Anspruch 2.F i g. 2 a recursive filter of the second degree in the first canonical form to explain the solution according to claim 2.

An die Eingangsklemmen der Filter nach F i g. 1 und 2 wird das digitale Signal u(k) angelegt. Das aus dem Eingangssignal u(k) erzeugte digitale Ausgangssignal ist mit y(k) bezeichnet. Zu den Einzelbausteinen der Filter gehören Verzögerungsglieder, Sx — wie allgemein üblich - mit z-' bezeichnet sind, Multiplizierer und Addierer 1, 2, 3. Die Multiplizierer multiplizieren Binärwörter mit den Koeffizienten b0, öl, 62, —co und -elder Filter.To the input terminals of the filter according to FIG. 1 and 2 the digital signal u (k) is applied. The digital output signal generated from the input signal u (k) is denoted by y (k). The individual components of the filter include delay elements, Sx - as is common practice - denoted by z- ', multipliers and adders 1, 2, 3. The multipliers multiply binary words with the coefficients b0, oil, 62, -co and -elder filters.

Da die Verzögerungsglieder für Wörter mit einer bestimmten Stellenzahl ausgelegt sind, die Ergebnisse von Multiplikationen und Additionen jedoch mit höherer Stellenzahl errechnet werden, muß vor dem Einlesen eines Wortes in ein Verzögerungsglied eine Wortlängenverkiirzung vorgenommen werden. Diese Verkürzung führen die mit R bezeichneten Einheiten durch, und zwar durch Runden.Since the delay elements are designed for words with a certain number of digits, but the results of multiplications and additions are calculated with a higher number of digits, the word length must be shortened before a word is read into a delay element. This shortening is carried out by the units marked R , namely by rounding.

Wie die F i g. I und 2 zeigen, wird das Ausgangssignal y(k) über eine Rückführungsschleife unter anderem an den Multiplizierer geführt, der das Ausgangssignal mit —cο multipliziert.As the F i g. I and 2 show, the output signal y (k) is fed via a feedback loop to the multiplier, among other things, which multiplies the output signal by -cο.

Im Anwendungsbeispiel nach Fig. 1 wird das zuletzt erwähnte Produkt durch den Addierer 1 zu dem Produkt addiert, das sich aus dem Eingangssignal und dem Koeffizienten 60 ergibt. In der Summe dieser Produkte ersetzt nun die Einheit 4 nach F i g. I diejenige Stelle durch eine Zahl einer Zufallsfolge r(k), die durch die darauffolgende Einheit R zur Entscheidung über Auf-oder Abrunden herangezogen wird. Diese Stelle wird im folgenden Rundungsstelle genannt. Das Ersetzen der Rundungsstelle durch eine Zufallszahl hat einen zufallsgesteuerten Rundungsfehler, zur Folge; systematisch auftretende Rundungsfehler — und damitIn the application example according to FIG. 1, the last-mentioned product is added by the adder 1 to the product which results from the input signal and the coefficient 60. In the sum of these products, the unit 4 now replaces according to FIG. I the point through a number of a random sequence r (k) which is used by the following unit R to decide whether to round up or down. This point is referred to below as the rounding point. Replacing the rounding point with a random number results in a random rounding error; systematically occurring rounding errors - and thus

auch Grenzzyklusschwingungen — werden somit unterbunden.also limit cycle oscillations - are thus prevented.

Die Zufallszahlen, die für die Ersetzung der Rundungsstellen in aufeinanderfolgenden Codewörtern benötigt werden, können durch einen einfachen Zufallsgenerator (rückgekoppeltes Schieberegister) erzeugt werden.The random numbers that are used to replace the rounding digits in successive code words can be generated by a simple random generator (feedback shift register) will.

Im Anwendungsbeispiel nach Fig,2 erfolgt das Ersetzen der Rundungsstelle durch eine Zufallszahl vor der Summenbildung durch den Summierer 1,This is done in the application example according to FIG Replacement of the rounding point by a random number before the totaling by the totalizer 1,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for suppressing limit cycle oscillations in digital signal processing devices, which contain a feedback loop and where in the course of the manufacturing process the word length of intermediate results is shortened by rounding, characterized in that, that in at least one path of the feedback loop that point of an unabridged Sum of products is replaced by a random number, which is then used for decision is used by rounding up or down.

2. Method for suppressing limit cycle oscillations in digital signal processing systems devices that contain a feedback loop and where in the course of the processing the word length of intermediate results is shortened by rounding, characterized in that, that in at least one path of the feedback loop Oiijenige Place an unabbreviated product by adding an additional number! is replaced after a later summation is used to decide whether to round up or down.

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