2. Метод Крошье – Рабинера (оптимальный синтез многоступенчатых структур).
Идея подхода: синтез оптимальной многоступенчатой структуры, в рамках которой число ступеней фильтров – дециматоров (интерполяторов), а также конкретное значение νi является неизвестным и рассчитывается по критерию минимума ячеек памяти данных.
Структура фильтра:
Каждый фильтр имеет свои параметры Ni и νi.
3. Структура с параллельными накопителями.
Отличительной особенностью данного метода является применение параллельной формы реализации фильтра – дециматора, которая принимает следующий вид:
Главное достоинство данного метода – уменьшение в ν раз не только вычислительных затрат, но и памяти данных. Недостаток: т.к. в памяти сохраняются не входные данные, а результаты промежуточной обработки в виде N/ν регистров аккумулятора, то требуемая разрядность памяти данных несколько выше.
4. Метод синтеза цифровых полосовых фильтров на основе структуры с квадратурной модуляцией.
Идея метода – предварительная трансформация спектра входного сигнала т.о., чтобы выделяемая полоса частот попала в окрестность нулевой частоты. Общая структура имеет следующий вид:
2.12. Общая структура системы анализа-синтеза сигналов и её применение.
На этапе анализа сигнала с помощью набора ЦПФ – демодуляторов входной сигнал Х(nТ1) разбивается на m компонент; каждая компонента занимает свою полосу частот, причем сост. полоса частот трансформируется в область НЧ, выделяя тем самым комплексную огибающую с частотой компоненты, частотой дискретизации каждой компоненты меньше в раз, где принимает значение близкое к M.
На этапе синтеза каждая частотная компонента восстанавливается в своей полосе частот с помощью набора из m полосовых фильтров – модуляторов. Все каналы суммируются.
Структурная схема одного канала ПФ демодулятора может строится по одной из двух эквивалентных структур.
1 2
В рамках первого подхода входной сигнал предварительно отфильтровывают узкополосным ПФ, а затем отфильтрованный нелинейный сигнал трансформируется в область нулевой частоты.
Этот подход отличается минимальным объемом памяти данных, т. к. все М ПФ используют один и тот же массив входных сигналов. Но память коэффициентов увеличивается в М раз, т.к. каждый ПФ имеет свою переходную характеристику.
В рамках второго подхода с помощью
квадратурного демодулятора (*
)
предварительно спектр сигнала
трансформируется так, что i-я
полоса частот переходит в окрестность
нулевой частоты. Затем НЧФ выделяет ПЧ.
Этот подход строится на базе одного НЧФ, а следовательно память коэффициентов минимальна, но память данных увеличивается в М раз.
2.13. Методы синтеза набора фильтров-демодуляторов во временной области.
Синтез в частотной области отличается от синтеза во временной области тем, что предварительно выполняется переход в частотную область с использованием как правило алгоритма БПФ поэтому синтез набора фильтров производится в частотной области, а для перехода во временную область используется обратное БПФ.
Прямая параллельная форма
ППФ характеризуется тем что ЦФДМ каждого канала реализуется независимо от других
частотных каналов . В этом случае общая структура каждого к-го канала ЦФДМ аналогична реализации УП-фильтра с уменьшением fд . Этот подход применяется при реализации фильтров с не однотипными ЧХ , например , когда ширина полосы пропускания пропорционально увеличивается с ростом частоты .
Пирамидальная форма
Предполагает многоступенчатую реализацию набора фильтра при котором на первой ступени преобразования синтезируется набор из M1 цифр. фильтров демод. ( M1<< M)
с последующим уменьшением частоты
дескретизации в
раз ,
= М1
На второй ступени , для каждого из М1- частотных диапазонов производится аналогичная операция разделения каждого поддиапазона на М2 –субполос (М2<<М) и т.д. , предполагается : М=М1*М2*М3….Мк. В этом случае чисо ступеней к, и при этом на к ступени формируется М субполосных компонент, каждая из которых соответствует соему i му ЦФДМ.
Набор из М простых ФДМ работающих на предельно низкой fкв доводят процес обработки до логического завершения путём разделения на М частотных компонент с выделением комплексной огибающей и уменьшением fкв в =М раз .
3х ступенчатая пирамидальная форма
Существенный выигрыш в вычислительных затратах и памяти данных по отношению к прямой параллельной форме достигается за счёт :
1. Число фильтров демодуляторов работают на предельно высокой частоте дискретизации входного сигнала существенно уменьшается.
2. Выходные ступени преобразователя используют всё большее количество фильтров с возрастающим числом ячеек памяти данных и соответствующей крутизной частотных характеристик , но при этом чем дальше от входа по пирамиде тем всё более уменьшается частота дискретизации входных сигналов а значит уменьшаются требования к скорости обработки и уменьшается память данных каждого отдельного фильтра .
Полифазная форма с применением ДПФ
В рамках данной структуры разделение входного сигнала mT1 на M – субполосных составляющих выполненных с помощью M- точечного ДПФ , спектральное окно которое формируется входным фильтром дециматором реализованным по полифазной структуре . Т.о. вместо M- полосовых фильтров демодуляторов реализуется только один НЧ-фильтр , полифазная составляющая на входе которого преобразована с помощью ДПФ в M- субполосных составляющих . Если M кратно степени двойки то используется алгоритм БПФ. Следовательно суммарные затраты уменьшаются пропорционально числу каналов.