DE3916256C2

DE3916256C2 -

Info

Publication number: DE3916256C2
Application number: DE19893916256
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7150 Backnang De Goeckler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-05-18
Filing date: 1989-05-18
Publication date: 1992-07-02
Also published as: DE3916256A1

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von Digitalfiltern gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 2.

Um den Aufwand für die Signalfilterung, welche auf der analogen Seite eines Analog-Digital-Umsetzers durchzuführen ist, möglichst gering zu halten, wird - wie aus "Signal Processing III: Theories and Applications", I.T. Young et al (editors), Elsevier Science Publishers B.V. (North-Holland) EURASIP, 1986, Seiten 131 bis 134, hervorgeht - der Analog-Digital-Umsetzer mit einer höheren Abtastfrequenz betrieben als es nach dem Abtasttheorem erforderlich ist.

Diejenigen Bereiche einer gewünschten Übertragungsfunktion, welche das weniger aufwendige Analogfilter gar nicht oder nur mit schlechter Qualität verwirklicht, werden mit einem dem Analog-Digital-Umsetzer nachgeschalteten Digitalfilter realisiert. Dieses Digitalfilter besteht gemäß dem erwähnten Stand der Technik aus einem nichtrekursiven linearphasigen Dezimationsfilter, das die im Analog-Digital-Umsetzer angewendete Abtastfrequenz herabsetzt, und einem zu diesem in Kaskade geschalteten nichtrekursiven nichtlinearphasigen Entzerrer, der sowohl eine Dämpfungs- als auch eine Phasengangentzerrung durchführt. Ein solcher Entzerrer umfaßt relativ viele Koeffizienten, die zudem nicht symmetrisch sind. Die Realisierung eines derartigen Entzerrers ist recht aufwendig.

Das in der zitierten Literaturstelle beschriebene Digitalfilter ist sowohl bei einem Analog-Digital-Umsetzer als auch bei einem Digital-Analog-Umsetzer einsetzbar. Im Falle eines Analog-Digital-Umsetzers bewirkt das Digitalfilter, wie vorangehend bereits erwähnt, eine Dezimation, also eine Herabsetzung der Abtastfrequenz nach dem Analog-Digital-Umsetzer. Im Umkehrfall, bei einem Digital-Analog-Umsetzer, bewirkt das Digitalfilter eine Interpolation, d. h. eine Erhöhung der Abtastfrequenz vor dem Digital-Analog-Umsetzer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Digitalfilter der eingangs genannten Art anzugeben, das mit möglichst wenig Multiplizierern auskommt, so daß sein Realisierungsaufwand möglichst gering bleibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Da nach der Erfindung die Gruppenlaufzeitentzerrung getrennt von der Entzerrung des Dämpfungsfrequenzganges erfolgt, kann der Dämpfungsentzerrer linearphasig sein. Der Dämpfungsentzerrer hat dann also eine symmetrische Impulsantwort und damit symmetrische Koeffizienten, weshalb eine im Vergleich zum Stand der Technik geringere Zahl von Multiplizierern für das gesamte Digitalfilter erforderlich ist, wenn man bei der Realisierung die Symmetrie der Impulsantwort ausnutzt.

Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nun die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild mit einem einem Analog-Digital-Umsetzer nachgeschalteten Digitalfilter,

Fig. 2a, b, c zeigt Dämpfungsfrequenzgänge mehrerer Filter,

Fig. 2d zeigt Gruppenlaufzeit-Frequenzgänge,

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführung und

Fig. 4 eine zweite Ausführung eines nichtrekursiven Teilfilters ersten Grades zur Entzerrung der Gruppenlaufzeit.

In der Fig. 1 sind als Blockschaltbild ein Analog-Digital-Umsetzer AD, ein ihm vorgeschaltetes Analogfilter AF und ein ihm nachgeschaltetes Digitalfilter DF dargestellt. Das Analogfilter AF soll verhindern, daß oberhalb des Nutzfrequenzbandes liegende Frequenzen durch Rückfaltung in das Nutzfrequenzband fallen. Wie bereits eingangs dargelegt, arbeitet der Analog-Digital-Umsetzer AD mit einer höheren Abtastfrequenz f_a, als es das Abtasttheorem verlangt, um somit den Aufwand für das Analogfilter AF zu vermindern. Das Analogfilter AF realisiert den geforderten Dämpfungsfrequenzgang oberhalb der Durchlaßkante f_d des Nutzfrequenzbandes (s. den allmählichen Anstieg des in Fig. 2a dargestellten Dämpfungsfrequenzganges a 1 des Analogfilters AF) nur ungenügend. Um im Frequenzbereich zwischen der Durchlaßkante f_d und der Sperrkante fs ≈ f_a-f_d einen möglichst idealen Verlauf des Dämpfungsfrequenzganges, d. h. einen steilen Dämpfungsanstieg und einen möglichst konstanten Frequenzgang der Gruppenlaufzeit zu erzielen, wird das Digitalfilter DF eingesetzt. Dieses Digitalfilter DF besteht aus einem Dezimationsfilter DEZ, welches die Abtastfrequenz f_a des Analog-Digital-Umsetzers AD auf eine niedere Abtastfrequenz f_b (z.B. f_b=f_a/2) herabsetzt und einer dazu in Kaskade geschalteten Entzerreranordnung, die sich aus einem Dämpfungsentzerrer EA und einem Gruppenlaufzeitentzerrer EL zusammensetzt. Letzterer dient dazu, nur die Gruppenlaufzeit und zwar hauptsächlich die des Analogfilters AF zu entzerren. Der in Fig. 2 dargestellte Frequenzgang der Gruppenlaufzeit τ zeigt den Frequenzgang τ 1 des Analogfilters AF und den entzerrenden Frequenzgang τ 2 des Gruppenlaufzeitentzerrers EL.

Den Dämpfungsfrequenzgang a 3 des Gruppenlaufzeitentzerrers EL kann man der Fig. 2c entnehmen. Der in Fig. 2b dargestellte Dämpfungsfrequenzgang a 2 wird durch das Dezimationsfilter DEZ zusammen mit dem Dämpfungsentzerrer EA gebildet. Der als nichtlinearphasiges nichtrekursives Filter realisierte Gruppenlaufzeitentzerrer EL hat einen Dämpfungsfrequenzgang a 3, der - wie Fig. 2c zeigt - geringfügig von einem konstanten Sollverlauf abweicht. Und zwar läßt der Dämpfungsfrequenzgang a 3 zur Durchlaßkante f_d des Nutzfrequenzbereichs hin eine geringe Verstärkung erkennen.

Die durch das Analogfilter AF, das Dezimationsfilter DEZ und den Gruppenlaufzeitentzerrer EL bewirkte Gesamtdämpfungsver zerrung des Frequenzgangs im Durchlaßbereich bis zur Durchlaßkante f_d wird durch den Dämpfungsentzerrer EA entzerrt.

Da die Gruppenlaufzeitentzerrung in einem eigenen nichtlinearphasigen Entzerrer EL durchgeführt wird, kann der für die Dämpfungsentzerrung zuständige Entzerrer EA linearphasig sein; d. h, die Koeffizienten des Dämpfungsentzerrers EA sind symmetrisch. Wegen der Koeffizientensymmetrie benötigt der Dämpfungsentzerrer eine relativ geringe Zahl von Multiplizierern. Dies ist ein Vorteil, den das erfindungsgemäße Digitalfilter gegenüber dem in der eingangs zitierten Literaturstelle beschriebenen Digitalfilter hat.

Der Gruppenlaufzeitentzerrer EL kann aus einer Kaskade mehrerer nichtrekursiver Teilfilter ersten und/oder zweiten Grades aufgebaut sein. Ein Teilfilter ersten Grades mit nichtlinearer Phase hat die Übertragungsfunktion

wobei r der Abstand der Nullstelle vom Ursprung der z-Ebene ist. Mit dem Ansatz

lautet die Übertragungsfunktion

H (z) = -α+(1+α)z^-1.

Die Fig. 3 und 4 zeigt zwei sehr einfache, mit nur einem Multiplizierer auskommende Realisierungen der Übertragungsfunktion. Gemäß Fig. 3 weist das nichtrekursive Teilfilter ersten Grades einen ersten Addierer A 1 auf, der das Eingangssignal, nachdem es invertiert worden ist, und dasselbe über eine Verzögerungsstufe V 1 geführte Eingangssignal addiert. In einem zweiten Addierer A 2 findet eine Summation des die Verzögerungsstufe V 1 durchlaufenen Eingangssignals und des in einem Multiplizierer M 1 mit dem Koeffizienten α bewertete Ausgangssignal des ersten Addierers A statt.

Das in Fig. 4 dargestellte nichtrekursive Teilfilter ersten Grades besitzt einen ersten Addierer A 3, der das Eingangssignal und dasselbe, aber in einem Multiplizierer M 2 mit einem Koeffizienten α bewertete Eingangssignal addiert. Ein zweiter Addierer A 4 summiert das mit dem Koeffizienten α bewertete und invertierte Eingangssignal und das über eine Verzögerungsstufe V 2 geführte Ausgangssignal des ersten Addierers A 3.

Vorangehend ist ein Digitalfilter DF für den Einsatz mit einem Analog-Digital-Umsetzer AD beschrieben worden. Hierbei war ein Dezimationsfilter DEZ Teil des Digitalfilters DF. Für die Anwendung bei einem Digital-Analog-Umsetzer müßte in dem Digitalfilter lediglich das Dezimationsfilter durch ein Interpolationsfilter ersetzt werden, ansonsten würde sich an den obigen Ausführungen über das Digitalfilter nichts ändern. Aus diesem Grund erübrigt sich hier eine nochmalige Erläuterung des Digitalfilters, das einem Digital-Analog-Umsetzer vorgeschaltet ist.

Claims

1. Digitalfilter, das die Abtastfrequenz eines Analog-Digital-Umsetzers herabsetzt und den Dämpfungs- und Phasengang eines dem Analog-Digital-Umsetzer vorgeschalteten Analogfilters entzerrt und aus einem Dezimationsfilter und einem dazu in Kaskade geschalteten digitalen Entzerrer besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Entzerrer aus einem nichtrekursiven Gruppenlaufzeitentzerrer (EL) und einem den Dämpfungsgang des Analogfilters (AF), des Dezimationsfilters (DEZ) und des Gruppenlaufzeitentzerrers (EA) besteht, der eine symmetrische Impulsantwort und damit symmetrische Koeffizienten aufweist.

2. Digitalfilter, das die Abtastfrequenz eines Digital-Analog-Umsetzers erhöht und den Dämpfungs- und Phasengang eines dem Digital-Analog-Umsetzer nachgeschalteten Analogfilters entzerrt und aus einem Interpolationsfilter und einem dazu in Kaskade geschalteten digitalen Entzerrer besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Entzerrer aus einem nichtrekursiven Gruppenlaufzeitentzerrer (EL) und einem den Dämpfungsgang des Analogfilters (AF), des Interpolationsfilters und des Gruppenlaufzeitentzerrers (EL) entzerrenden Dämpfungsentzerrer (EA) besteht, der eine symmetrische Impulsantwort und damit symmetrische Koeffizienten aufweist.

3. Digitalfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gruppenlaufzeitentzerrer (EL) ein transversales Filter ist.

4. Digitalfilter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gruppenlaufzeitentzerrer aus einer Kaskade von mehreren nichtrekursiven Teilfiltern besteht.

5. Digitalfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtrekursives Teilfilter ersten Grades einen ersten Addierer (A 1), der das invertierte Eingangssignal des Teilfilters und das über eine Verzögerungsstufe (V 1) geführte Eingangssignal addiert, und einen zweiten Addierer (A 2) aufweist, der das Eingangssignal nach Durchlaufen der Verzögerungsstufe (V 1) und das mit einem Koeffizienten (α) multiplizierte Ausgangssignal des ersten Addierers (A 1) summiert.

6. Digitalfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtrekursives Teilfilter ersten Grades einen ersten Addierer (A 3) aufweist, der das Eingangssignal des Teilfilters und das mit einem Koeffizienten (α) multiplizierte Eingangssignal addiert, und einen zweiten Addierer (A 4) aufweist, der das mit einem Koeffizienten multiplizierte und invertierte Eingangssignal und das Ausgangssignal des ersten Addierers (A 3), welches eine Verzögerungsstufe (V 2) durchlaufen hat, addiert.

7. Digitalfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsentzerrer (EA) linearphasig ist.