Разложение сложной передаточной характеристики либо на параллельное, либо на последовательное называется распаралелением процесса обработки. Для данного конкретного случая каждый элементарный ЦФ синтезирован на одном сигнальном процессоре.

§37 Оптимальная обработка сигнала.

Под оптимальной обработкой сигнала подразумевается задание исходных данных для амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик цифрового фильтра или аналогового фильтра.

Оптимальная фильтрация наиболее актуальна в связи с широким внедрением цифровых фильтров. Это связано с тем, что цифровой фильтр можно со сколько угодно большой точностью приблизить к рассчитанным характеристикам.

P_вх                                P_вых                                    максимизировать

E_вх                               E_вых

n_вх(t)-шум        n_вых(t)

Для выкладок будем подразумевать, следовательно, распределение входного шума равномерное.

1. 

2. Фазовая характеристика складывается из входного сигнала и задержки:

При синтезе оптимального фильтра фазовая характеристика должна быть комплексно сопряженная относительно фазовой характеристики входного сигнала.

При прохождении через оптимальный фильтр в виду того, что фазовая характеристика комплексно сопряжена с фазовой характеристикой входного сигнала, данная составляющая уничтожается.

Оптимальный фильтр не вносит фазовых искажений, его характеристика такова, что все фазовые искажения входного сигнала компенсируются.

Расчет импульсной реакции согласованного фильтра для белого шума.

 задержка

Импульсную реакцию вычислим, исходя из ОПФ. Для согласованного фильтра должна быть комплексно сопряжена величине входного спектра сигнала. Любой фильтр дает задержку выходного сигнала. Согласованный фильтр не вносит никаких фазовых искажений.

- замена

Импульсная реакция согласованного фильтра должна быть прямо пропорциональна входному сигналу во временной области, зеркально развернутому относительно оригинала  согласованного фильтра. После обеливания включается каскадно четырехполюсник, у которого характеристики обратны характеристикам обелившегося фильтра.

- любая физически реализуемая цепь

- средне-квадратическое отклонение шума

- распределение шума на выходе

- мощность шума на выходе

Функции обелившегося фильтра заключаются в том, что при прохождении через подобный фильтр свойства шума становятся подобными свойствам белого шума.

Для анализа работы согласованного фильтра нужно рассматривать не только прохождение шума, но и прохождение сигнала.

Так как распределение помехи на выходе обеляющего фильтра близко к нормальному, то тогда возможно использование математических выкладок для согласованного фильтра с белым шумом.

Для расчета воспользуемся:

Из данного выражения следует:

1.модуль коэффициента передачи согласованного фильтра Хинчина-Винера прямо пропорционален  модулю спектральной плотности входного сигнала и обратно пропорционален спектральной плотности шума или помехи

2.как и в согласованных фильтрах,  для белого шума фазовая характеристика обратна фазовой характеристике входного сигнала.

             - искомая характеристика Хинчина-Винера

Приемы для синтеза согласованного фильтра Хинчина-Винера.

1. Для заданного канала рассчитывают ансамбль сигналов, при этом энергетический спектр передаваемого сигнала  должен быть согласован с параметрами использованного канала связи.

2. Обычно экспериментально снимают помеховую обстановку, то есть с помощью каких-то устройств смотрят,  как распределена помеха, затем снимают распределение помехи.

3. На основе расчета характеристики согласованного фильтра строят модуль коэффициента передачи, исходя из общей формулы Хинчина-Винера.

4. Зная , с помощью ОБПФ ищут отсчеты импульсной реакции.

5. Зная , любым известным способом строят структуру согласованного фильтра в цифровой форме.

§38 Перенос спектра сигнала в заданную область.

Выделение боковой (нижней или  верхней).

При синтезе систем связи с частотным разделением канала (с ЧРК) делаются следующие операции:

1. Расчет области частот среды распространения (в  радиоаппаратуре - отведенная полоса частот,  в кабельных линиях связи – это полоса частот от минимально разрешенной до максимально разрешенной для данной аппаратуры, для оптоволоконных линий – это окно прозрачности 1.55 мкм.).

2. Формирование группового сигнала (из канальных сигналов).

Групповой сигнал формируется из элементов телефонных каналов (0.3 – 3.4 кГц).

Из анализа работы систем связи с частотным разделением каналов виден существенный недостаток:

сложность формирования группового сигнала.

Вопрос - формирование N-канального сигнала.

При серийном производстве LC-фильтров настройка каждого происходит индивидуально. В связи с внедрением цифровых фильтров проблема выделения боковых частот существенно упрощается.

В настоящее время используются трансмультиплексоры, которые являются сложными цифровыми фильтрами, работающими в реальном масштабе времени.

При формировании группового сигнала надо исходный спектр сигнала сдвинуть на p-тактовых интервалов в правую сторону.

При сдвиге вправо на p-тактовых интервалов надо домножить исходный сигнал на две составляющие:

Данный алгоритм выигрывает по сравнению с известными аналоговыми способами формирования нижней и верхней области частот. Структура преобразования проще и легче перестраиваема. Вся перестройка в замене p.

Эта операция переноса спектра является умножением (разложением) сигнала на синфазную и квадратурную составляющую.

Литература:

Маркин С. “Цифровые сигнальные процессы”.

Цифровые сигнальные процессы.

Этапы развития можно разбить:

1. разработка сигнального процессора  МПД 7720 (для синтеза устройств преобразования сигналов)

2. ТМS3301, ТМS 3302

3. ТМS 3303 за 2 мкс., АДSP-21.

Обработка сигналов для радиотелефонов осуществляется с помощью МП DSP.

DSP используется при синтезе так называемых модемов (устройств стыков между ПЭВМ и существующей сетью локальных или глобальных), DSP используется при синтезе трансмультиплексоров.

Сравнительная таблица различных типов DSP.

ПДП - прямой доступ к памяти – это режим в многопроцессорной системе, когда требуется из верхнего звена считать данные из более нижнего звена с отключением процессора низового звена.

Стык (согласование) с вышестоящим процессором, когда функции периферийного устройства выполняют выше названные.

В любом процессоре DSP три режима работы:

1.активный, работает на полную мощность;

2.режим приема команд

    скорость обработки сигналов уменьшается

3.режим молчания (при самом экономном энергопотреблении).

Из анализа совокупности характеристик наиболее перспективным является процессор 21 MSP 50  (ADSP-21-MSP-50) , наиболее быстродействующим является ADSP-2181.

Структурная схема сигнальных процессоров.

Стандартна для всех, отличие одной структуры от другой – в наличии или в отсутствии каких-то составных блоков. Для уменьшения времени выполнения в структуре предусмотрены два генератора в адресном пространстве DAG1 и DAG2 (аппаратный накопитель умножителей), позволяют за один такт умножить два 40-разрядных числа и прибавить полученное произведение к предыдущему результату.

Блок MAC – умножитель накопителей.

АЛУ – арифметическое логическое устройство, позволяет произвести сложение либо вычитание

логич.+, *, сложение по модулю 2.

Для обмена с внешними устройствами существуют специальные порты (SPORT) , у отдельных процессоров специальных портов несколько: последовательные “0”,”1” и последовательный XOT интерфейс.

В каждом из перечисленных выше процессоров имеется возможность организации памяти барабанного типа SHIFTER.

Устройство обмена позволяет переслать данные с одной шины на другую (с шины DMD на PMD и наоборот), согласовывать разный формат данных (PMD (24разряда) и DMD (16разрядов)).

Процессор в отличие от существующих процессоров имеет 5 шин:

Шина DMD-datamemorydata, вводятся исходные данные или окончательные результаты.

Шина PMD – шина инструкций programmemorydata , может использоваться и для данных, подлежащих  вычислению (для повышения производительности).

Шина адресов PMA – programmemoryaddress, при начальной загрузке процессора, а также при чтении рабочей программы из памяти программ RAM.

DMA – datamemoryaddress, предназначена для чтения памяти данных ROM, для организации обмена по последовательному интерфейсу через SPORT0 и SPORT1.

Согласно рекомендации МККТТ последовательный обмен производится с помощью телеграфного 5р.кода, может вводиться асинхронно.

ALU совместно с аппаратным умножителем МАG и АЗУ барабанного типа SHIFTER образует 5 шину: шину R, позволяет переслать промежуточные результаты вычислений или из ALU в MAG или наоборот; либо с задействованием SHIFTER, при этом операции происходят бок о бок. Для построения иерархической системы связи, когда DSP связь осуществляется через HOST интерфейс (является устройством, кроме HOST интерфейса имеет возможность связаться с шиной адреса через два мультиплексора).

В HOST интерфейсе используется параллельная RG защелка. Такая защелка позволяет синхронизировать информацию.

Надо предусмотреть стандартное устройство ввода /вывода.

ADSP

Сигнал Reset поступает программно от старшей по иерархии программной сетки. RG команд и счетчик обнуляются и указывают на нулевую ячейку памяти программ, где указан номер строки, с которой начинается первоначальная загрузка.

Установка всех составных блоков в исходное состояние.

Для того, чтобы разделить поток данных и поток инструкций (команд), используются 4 шины. Сигналы с одной шины в процессе обработки могут пересылаться на другую шину по специальной команде. Процесс разделения шин позволил существенно увеличить скорость обработки, для этой операции служат генераторы DAG1 и DAG2. Адресация в ОЗУ возможна в двух вариантах:

1. абсолютная адресация

2. косвенная адресация

Для уменьшения времени на выполняемую команду DAG1 и DAG2 автоматически инициируется.

Структура построения микропроцессорного комплекса.

Как и любая вычислительная система, сигнал. М.П.комплекс содержит три составляющие:

1. центральный процессорный элемент

2. постоянное запоминающее устройство первоначальной инициализации и хранения памяти программ

3. операторное запоминающее устройство

CLKIN и XTAL предназначены для подключения внешнего кварцевого резонатора, либо для подключения внешней тактовой частоты.

 В случае, если используется внешняя тактовая частота, то тактовые импульсы подаются CLKIN, а вход XTAL остается свободным. Внутри центрального процессорного элемента происходит умножение тактовой частоты на 4. Совместно с тактовой частотой производится синхронизированный вывод выполняемых операций на выходе CLKOUT.

Вход RESET – вход сброса аппаратной реализации, по этому входу МПК сбрасывается в исходное состояние при первоначальном включении.

Вход MMAP – memory map control signal.

MMAP – вход для программного сброса, происходит обнуление сигналов от более старшего МП комплекта.

SPORT1 и SPORT0 – два последовательных устройства ввода/вывода, которые позволяют производить не только обмен данных, но и делать прерывание, более старшие прерывания IRQ-0, следующие IRQ-4.

В отличие от известных управл.процессоров прерывание может производиться как с последующего устройства ввода/вывода, так и ADSP. В случае если процессор работает в многопроцессорной системе, то используется постпроцессор.

а) отладка рабочей программы, тогда вместо постпроцессора используется ЭВМ

б) используется многопроцессорная система -  сигнал.процессор (ближнего и дальнего уровня)

Центральный процессорный элемент имеет три шины: ША(14р.), ШД(24р.), ШУправления (включает три сигнала, разделенные во времени:); определяет порядок работы внешней памяти.

Если 0, то производится обращение памяти к первоначальной инициализации

Для того, чтобы прочесть в памяти данных, вырабатывается сигнал, а записать –.

При первоначальной инициализации ввод производится по 4 байта, при этом в начале первый байт.

Структура АЛУ.

 АЛУ – самостоятельный блок, входящий в процессор ATSP, позволяет выполнить:

1. R=x+y                                  9. R=x XQR y

2. R=x-y                                 10. R=PASS x

3. R=y-x                                 11. R=PASS y

4. R=x+y+CI                          12. R=NOT x

5. R=x-y-CI+1                       13. R=NOT y

6. R=y-x-CI+1                       14. R=x+1

7. R=x OR y                           15. R=y+1

8. R=x AND y

 АЛУ состоит из блока RGx (216 раз.), блока RGy (216 раз.). Каждый из этих RG обрамлен мультиплексором, с его помощью сигнал может приниматься с двух направлений.

Первый блок RGRx совместно с мультиплексором MX1 позволяет выдать на вход сигнал либо с выхода Rx, либо с внутренней шины R.

MUX2 позволяет сделать аналогичные операции с выхода Ry и AR.

MU3 позволяет объединить шины DMD и PMD для записи второго операнда y, обе шины имеют разную разрядность (16 р. и 24 р.). Согласование разрядности происходит автоматически. Для выбора RGRy существуют два банка данных, для выбора нулевого банка данных надо указать команду MSTAX0.

При выполнении арифметических и логических операций формируются признаки:

1. AZ - признак нуля

2. AN- признак отрицательного результата

3. AC - признак переноса из 16 в 17 раз

4. AS - признак знака

5. AV - признак переполнения

6. AQ- признак частного

Структура умножителя MAC.

1. R=xy

2. R=MR+xy

3. R=MR-xy

4. MR=0

MAC состоит:

1. блок 216р. RG

для согласования 16р MR0 – MR1

MUX1 нужен для коммутации

MUX2

MUX3 коммутирует входные сигналы либо с шины DMD, либо с PMD.

MUX4-6 коммутирует на входы RGMR0-MR2,  либо с выхода накопителя (вычитателя) R₀-R₂, либо с шины DMD. Специально ориентирован на временные свертки.

Два банка Rx и Ry постоянно меняются местами при вычислении свертки.

назад | оглавление | вперёд