DIGITAL WAVE FILTER

Abstract: 1. A digital wave filter formed with adders, delay elements and multipliers, characterised in that the sampling rate is increased by the factor N by directly connecting the reflected signal (b1 ) available at the input gate (R1 ), to a terminal provided for the input signal (a1 ) at those N-1 clock pulse times at which the source does not supply a signal (q), in such a manner that no delay-free loop is formed (Fig. 1, Fig. 2).

Description: Wellendigitalfilter Die Erfindung betrifft ein Wellendigitalfilter, das aus Addierern, Verzögerungsgliedern und Multiplizierern besteht. In der Zeitschrift AEÜ, Band 25, 1974, Heft 2, Seiten 79 bis 89, sind digitale Filterstrukturen angegeben worden, die in Bezug gesetzt sind zu klassischen Filternetzwerken. Ftfr diese spezielle Gattung von digitalen Filtern hat sich zwischenzeitlich der Ausdruck Wellendigitalfilter eingebtirgert. Auch diese Filter bestehen dem Grundkonzept nach aus Addierern, Verzögerungsgliedern und Multiplizierern, sie haben jedoch die Eigen- schaft, dass sie unmittelbar den klassischen Filter nachgebildet werden können. In Weiterentwicklung dieser Wellendigitalfilter ist in der Arbeit International Journal on Circuit Theory and Applications, Vol. 1, Seiten 5 bis 10 (1973), eine Schaltungsgattung beschrieben worden, für die es wesentlich ist, dass in solche Wellendigitalfilter sogenannte reflexionsfreie Tore eingeführt wurden. Im Unterschied zu üblichen Digitalfiltern, die nur eine einzige Eingangsklemme und eine einzige Ausgangsklemme haben, haben Wellendigitalfilter ein Eingangstor und ein Ausgangstor, von denen jedes eine Ausgangs- und eine Bingangsklemme hat. Es hat dies zur Folge, dass man solche Filter beispielsweise unmittelbar als Weichennetzwerke verwenden kann. Bei der Anwendung solcher Filter, wie beispielsweise in Transmultiplexern, zeigt sich, dass auch hier ein in der üblichen Digitaltechnik ebenfalls bekanntes Problem, namlich das der Abtastratenerhöhung bzw. das der Abtastratenerniedrigung, auftritt. Bei Verwendung von Wellendigitalfiltern wurden bisher bei Abtastratenerhöhung "Nullen" eingefügt, eine Massnahme also, die auch unter dem Ausdruck "zerofiliing" bekannt ist, bzw. wurden bei der Abtastratenabsenkung Abtastwerte einfach weggelassen. Diese Massnahmen sind deshalb nicht befriedigend, weil einerseits die Einfuhrung von Nullen und andererseits das Weglassen von Abtastraten gegebenenfalls eine Qualitätsminderung für die zu verarbeitenden Signale zur Folge hat. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen anzugeben, mit denen sich die Abtastraten erhöhen bzw. erniedrigen lassen, ohne dass gleichzeitig der vorgenannte Nachteil in Kauf genommen werden muss. Es werden für die einleitend genannte Filtergattung zwei Lösungsmöglichkeiten angegeben. Eine erste Lösungsmöglichkeft besteht darin, dass zur Abtastratenerhöhung um den Faktor N das am Eingangstor zur Verfügung stehende reflektierte Signal zu denjenigen N-1 Taktzeitpur'en, zu denen die Quelle kein Signal liefert, direkt an eine für das Eingangssignal bestimmte Klemme geschaltet wird, derart, dass keine ver zögerungsfreie Schleife gebildet wird. Eine zweite Lösungsmöglichkeit besteht darin, dass zur Abtastratenabsenkung um den Faktor N das am Ausgangstor zur Verfügung stehende auslaufende Signal zu denen gen N-1 Taktzeitpunkten, zu denen an den Empfänger kein Signal geliefert wird, direkt an eine für das einlaufende Signal am Ausgangstor bestimmte Klemme geschaltet wird, derart, dass keine verzögerungsfreie Schleife gebildet wird. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben. Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend noch näher erläutert. Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1 eine Anordnung zur Abtastratenerhöhung, Fig. 2 das elektrische Ersatzschaltbild mit einem zu gehörigen Referenz-Filter, ohne dass dabei der in Fig. 1 verwendete Schalter berücksichtigt ist, Fig. 3 eine Anordnung zur Abtastratenerniedrigung, Fig. 4 das elektrische Ersatzschaltbild zur Fig. 3 mit einem zugehörigen Referenzfilter, ohne dass dabei der in Fig. 3 verwendete Schalter berück sichtigt ist. Allgemein sei darauf hingewiesen, dass sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 3 Wellendigitalfilter WDF verwendet sind, wie sie aus den einleitend genannten Literaturstellen bekannt sind. In Fig 1 ist zu erkennen eine Signal quelle, die das Signal q(ST0) abgibt, es steht weiterhin zur Verfügung das Signal a1(kT), das in das Wellendigitalfilter WDF hineinfliesst und es steht zur Verfügung das Signal b1(kT), das aus dem Wellendigitalfilter WDF herausfliesst. Entsprechend sind die Signale am Ausgang mit b2(to+kT) als herausfliessendes Signal und mit a2(tO+kT) als hjneinfliessendes Signal bezeichnet. In der Schaltung nach Fig. 1 hat nun das Wellendigital filter liDF Tore mit den Torwiderständen R1 bzw. R2, die bei der Abtastrate F = 1/T arbeiten. Das Quellensignal ist nur für die niedrigere Rate Fo=1/To vorhanden und man hat auf diese Weise die Beziehung Fo=F/N, To=NT, wobei N eine positive ganze iahl ist. Es wird jetzt angenommen, dass k eine Folge von ganzen Zahlen ist, d.h. k = ... -1,0,1,2,... .Zu jedem k lässt sich eine andere ganze Zahl K definieren, so dass die Beziehung gilt 0 - k - kN # N-a, K = ...-1,0,1,2... . Für ein gegebenes k ist somit der Wert von > c eindeutig, aber Jedem JC entsprechen N bestimmte Werte von k. Mit dieser Feststellung können die einfallenden und auslaufenden Signale am Tor mit dem Torwiderstand R1 als am Zeitpunkt kT zuftretend angenommen werden. Die Quellensignale zu den Zeitpunkten > CT0 und die einfallenden (a2(tO+kT) ) und auslaufenden (b2(to+kT) ) Signale am Tor mit dem Torwiderstand R2 können am Zeitpunkt t0 +kT als vorhanden betrachtet werden, wobei to als eine Konstante zu betrachten ist. Diese Konstante kann als vollständig allgemein angenommen werden, da in einem Wellen-Digital- filter die Signale an bestimmten Toren in Zeitmomenten auftreten, die gegeneinander verschoben sein können und die nicht mie einer Periodendauer übereinstimmen müssen. Trotzdem wird man im allgemeinen davon ausgehen, dass t =O ist, wie dies auch in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Dementsprechend schreibt man für die verschiedenen Signale a1(kT), b1(kT), q(KTo) und a2(kT) und b2 (kot) Der Schalter S in Fig. 1 stellt nun sicher, dass das auslaufende Signal b1 in das Wellendigitalfilter WDF zurückgeführt wird, wenn kein Quellensignal ansteht. Demzufolge muss also der Schalter S in der Position 1 für k= > CN und in Position 2 für kESN sein. Zu beachten ist dabei, dass das Tor 1 ein sogenanntes reflexionsfreies Tor sein muss, wie dies in Fig. 1 (und in Fig. 3) durch den Querstrich 4 kenntlich gemacht ist, da andernfalls eine verzögerungsfreie Schleife entstehen würde. Solche reflexionsfreien Tore sind in der eingangs erwahnten Literaturstelle "International Journal on Circuit Theory and Applications", Vol.1, Seiten 5 bis 10, 1973, beschrieben. Im Ersatzschaltbild von Fig. 2 ist nun eine Signalquelle E zu erkennen, der im Längs zweig ihr Innenwiderstand R1 folgt. Zwischen den Eingangsklemmen 1a und 1'a tritt die Spannung U1 auf. In das Referenzfilter RF fliesst der Strom 11, die Eingangsimpedanz ist mit Z1 bezeichnet. Am Eingang der Schaltung sind zu erkennen die Klemmen 2a und 2'a,zwischen denen die Spannung U2 liegt. Es fliesst der Strom I2 in das Referenz-Filter RF, der Abschlusswiderstand ist mit R2 bezeichnet. Für diese Schaltung lässt sich eine diskrete Pulsimpedanz entsprechend Z1 nach Gleichung (1) def- nieren EMI5.1 Hierin bedeuten Z1(p)=Z1[tanh(pT/2)] und n ist eine Zählvariable, die zwischen 0 und N-1 läuft, Qo=2 # Fo=2s /To wurde indirekt einleitend bereits gegeben und es bedeutet noch p die komplexe Frequenzvariable. Unter den vorstehend gemachten Voraussetzungen lässt sich also folgende Konversionsfunktion H21n für das Filter gemäss Fig. 1 und Fig. 2 definieren: EMI5.2 für n=0 b's N-1 (2) Dabei ist M21(p+jnQ0) = M2 Etanh (p+jn#o)T] die Strom- 2 übertragungsfunktion - I2/I1. Vorstehend ist also noch zu beachten, dass der Ausdruck "Konversionsfunktion" bewusst verwendet wird, um gegen über dem Ausdruck "Transferfunktion" zu unterscheiden, weil tatsächlich auch eine Frequenzkonversion auftritt. Für n=0 haben Eingangs- und Ausgangssignal gleiche Frequenz, es handelt sich also bei H21o = H21 um eine Transferfunktion. In den Fig. 1 und 2 lässt sich noch erreichen, dass das am Eingangstor R1 zur Verfügung stehende reflektierte Signal b1(kT) invertiert an die für das Eingangssignal a1(kT) bestimmte Klemme geschaltet werden kann. Hierfür gilt dann die Beziehung a1(kT) = -b1(kT) für k + KN. (3) Für diesen Betriebsfall lässt sich eine entsprechende Transfer- bzw. Konversionsfunktion analog zu (2) herleiten. In Fig. 3 ist nun eine Möglichkeit zur Abtastratenab- senkung um den Faktor N unter Verwendung des Schalters S am Ausgang des Filters WDF gezeigt. Der Schalter S schaltet dabei am Ausgangstor R1 in einer solchen Weise, dass das dort auftretende, auslaufende Signal b1 zu denjenigen N-1 Taktzeitpunkten, zu denen an den Empfänger b,(ItTo) kein Signelgeliefert wird, direkt an die für das einlaufende Signal a1 (kT) bestimmte Klemme geliefert wird. Es gelten dabei auch im wesentlichen die vorstehenden Ausführungen in analoger bzw. entsprechender Weise und es sind wirkungsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Im Unterschied zu Fig. 1 sind aber in Fig. 3 ein- und auslaufende Signalgrössen gegeneinander vertauscht, weshalb in Fig. 4 die Ersatzquelle E am Klemmenpaar 2a, 2a' des Filters erscheint und in Fig. 3 ein Empfänger das Signal b0 bo(4^O) empfängt. Es lässt sich hierfür zeigen, dass die Transferfunktion folgendermassen darstellbar ist. EMI7.1 Hierbei bedeutet noch M12(t) M12 ftafih pT] = M12(p) = 11/12 die Stromüber 2 tragungsfunktion. Für ein reziprokes Referenzfilter gilt übrigens M21 = M12. Auch bei der Schaltung nach Fig. 3 lässt sich gemäss Gleichung (3) erreichen, dass das am Ausgangstor R1 zur Verfügung stehende auslaufende Signal b1(kT) nvertiert an die für das einlaufende Signal a1(kT) bestimmte Klemme über den Schalter S geschaltet wird. Wiederum kann dafür eine zu (4) analoge Transferfunktion angege- ben werden. Die vorstehend beschriebene Realisierung benutzt also die am Ein- bzw. Ausgang eines Wellendigitalfilters WDF zur Verfügung stehenden reflektierten Signale und kop-: pelt sie zwischen den Abtastzeitpunkten an den-Ein- bzw. Ausgang des Filters wieder ein. Dadurch lässt sich ein Dynamikgewinn von 10logN als Abtastratenerhöhung bzw. -absenkung erzielen. Die erreichbare Sperrdämpfung wird bei gleichen Durchlasseigenschaften und gleichem Filtergrad ebenfalls höher. 4 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: PatentansDrüche 1. Wellendigitalfilter, das aus Addierern, Verzöge rungsgliedern und Multiplizierern besteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Abtastratenerhöhung um den Faktor N das am Eingangstor (R1) zur Verfügung stehende reflektierte Signal (b1) zu denjenigen N-1 Taktzeitpunkten, zu denen die Quelle kein Signal (q) liefert, direkt an eine für das Eingangssignal (a1) bestimmte Klemme geschaltet wird, derarzt, dass keine verzgerungsfreiv Schleife gebildet wird (Fig. 1, Fig. 2). 2. Wellendigitalfilter nach Anspruch 1, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , dass das am Eingangstor (R1) zur Verfügung stehende reflektierte Signal (b1) invertiert an die für das Eingangssignal (a1) bestimmte Klemme geschaltet wird. 3. Wellendigitalfilter, das aus Addierern, Verzögerungsgliedern und Multiplizierern besteht, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Abtastratenabsenkung um den Faktor N das am Ausgangstor (R1) zur Verfu- gung stehende auslaufende Signal (b1) zu denjenigen N-1 Taktzeitpunkten, zu denen an den Empfänger (bo) kein Signal geliefert wird, direkt an eine für das einlaufende Signal (a1) am Ausgangstor (R1) bestimmte Klemme geschaltet wird, derart, dass keine verzögerungsfreie Schleife gebildet wird (Fig. 3, Fig. 4). 4. Wellendigitalfilter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das am Ausgangstor (R1) zur Verfügung stehende auslaufende Signal (b1) invertiert an die für das einlaufende Signal (a) bestimmte Klemme geschaltet wird.

Inventors: FETTWEIS, ALFRED, PROF., DR., NOSSEK, JOSEF, DR.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: H03H17
IPC codes: H03H17