широкополосный приём Опции

[_Anatoliy]

Доброго времени суток всем. Есть задача сделать приёмник с шириной полосы 1ГГц (именно полоса приёма, а не диапазон перестройки). Думаю разбить входную полосу 1 ГГц на 8 полос по 125 МГц и параллельно обрабатывать каждую полосу. Но тут возникает проблема ложных сигналов в соседнем канале. Например при частоте входного сигнала 248 МГц(условных,допустим полоса входного сигнала 0...1ГГц) получим основной сигнал во второй полосе, но также увидим ложный сигнал в третьей полосе уменьшенной амплитуды на переходной области полосового фильтра. Есть ли какие методы ЦОС позволяющие исключить появление ложных сигналов?

[blackfin]

Есть ли какие методы ЦОС позволяющие исключить появление ложных сигналов?

IMHO, гуглить: "perfect reconstruction filter bank".

Есть обзорная статья: tutorial.

[_Anatoliy]

IMHO, гуглить: "perfect reconstruction filter bank".
Есть обзорная статья: tutorial.

Спасибо!
Но что-то я не понял как банк фильтров позволит решить эту проблему. Имхо, он как раз подходит для решения моей задачи но проблема остаётся. Или я ошибаюсь?

[blackfin]

Но что-то я не понял как банк фильтров позволит решить эту проблему.

А кто утверждает, что ЭТА проблема решаема в принципе?

Фильтры с идеальной прямоугольной АЧХ существут, как известно, только на бумаге.

А раз так, то идеальное разделение сигнала на несколько полос невозможно в принципе.

С другой стороны, в зависимости от задачи, возможно учесть влияние соседних полос, что и рассмотрено в статьях Vaidyanathan'а.

[Corner]

В вашем случае можно использовать быстрое АЦП. Такие есть у TI.
Альтернативно, нарезать полосу квадратурными смесителями с оцифровкой от 0. Но вокруг 0 будет провал из-за смещения в таких смесителях. Да и динамические характеристики после смесителя будут похуже. Плюс, после смесителя придется ставить фнч с хорошей прямоугольностью, что тоже не самая простая задача.

[_Anatoliy]

Да,я собирался использовать быстрый АЦП,аналоговые методы не рассматриваю. Проблема только с ложным сигналом в соседнем канале.

С другой стороны, в зависимости от задачи, возможно учесть влияние соседних полос, что и рассмотрено в статьях Vaidyanathan'а.

А Вы не разбирались как возможно учесть влияние соседних полос? У меня на выходе каждого полосового фильтра будет обычный амплитудный детектор с компаратором,вот и вся обработка.
Скан без переводчика читать для меня сложновато.

[blackfin]

Скан без переводчика читать для меня сложновато.

Сочувствую, но "других писателей статей у меня для Вас нет"..

[petrov]

но также увидим ложный сигнал в третьей полосе уменьшенной амплитуды на переходной области полосового фильтра. Есть ли какие методы ЦОС позволяющие исключить появление ложных сигналов?

Брать полосу с максимальной амплитудой?

[_Anatoliy]

Брать полосу с максимальной амплитудой?

Да,тоже об этом думал,но сначала показалось это каким-то притянутым за уши решением. Сейчас так уже не считаю.

[Corner]

Так, я не понял. Если взять АЦП на 3... 5 Гвыборок, то соседние полосы можно легко фильтровать до АЦП. А если на 250 Мвыборок, то их отсечка задача почти невыполнимая. Разве оцифровать с перекрытием, чтобы соседние АЦП перекрывали по полполосы справа и слева. Но математика с модифицированным преобразованием типа Гильберта будет весьма занятной. Думается, первый вариант реальнее.

[_Anatoliy]

Так, я не понял. Если взять АЦП на 3... 5 Гвыборок, то соседние полосы можно легко фильтровать до АЦП.

Теперь я не понял. Вы предлагаете до АЦП формировать полосы аналоговыми фильтрами? И на каждый фильтр свой АЦП поставить?

[Corner]

При работе с широкополосным АЦП соседние полосы окажутся за пределами вашего 1 ГГц и их можно прибить аналоговым фильтром. При использовании более узкополосногл АЦП придется их запитать от разных частот и оцифровать с полуперекрытием по Найквисту. Потом это можно почистить частотным методом. Математику угадать не берусь. Она будет космической.

[_Anatoliy]

Извините,но я ничего не понял. Я расчитывал оцифровать всю полосу одним быстрым АЦП,внутри ФПГА поставить 8 квадратурных конверторов на нулевую частоту + 8 полифазных ФНЧ с частотой среза 62МГц. Но всё портит ложный импульс в соседней полосе.

[des00]

Думаю разбить входную полосу 1 ГГц на 8 полос по 125 МГц и параллельно обрабатывать каждую полосу.....
У меня на выходе каждого полосового фильтра будет обычный амплитудный детектор с компаратором,вот и вся обработка.

а смысл ? для такой полосы у вас печенька типа ADC083000 что требует соответствующую ПЛИС (вангую обработку 4-х фаз по 625МГц). Вот не поверю что нельзя будет натянуть сюда фурье (даже корку от производитля) и свести ваши детекторы к анализу АЧХ.

[_Anatoliy]

а смысл ? для такой полосы у вас печенька типа ADC083000 что требует соответствующую ПЛИС (вангую обработку 4-х фаз по 625МГц). Вот не поверю что нельзя будет натянуть сюда фурье (даже корку от производитля) и свести ваши детекторы к анализу АЧХ.

Вот никак нельзя натянуть сюда фурье по соображениям работы в реальном времени. Допустим приходит радиоимпульс длительностью 1 мкс, детектор+компаратор сформируют по нему синхронный строб в другие блоки, а пока выполнится фурье так и радиоимпульс давно закончится,строб уже будет не нужен. По этому стробу, например, фиксируется время прихода импульса в сетке 20нс. Так что фурье отдыхает.

[des00]

Вот никак нельзя натянуть сюда фурье по соображениям работы в реальном времени. Допустим приходит радиоимпульс длительностью 1 мкс, детектор+компаратор сформируют по нему синхронный строб в другие блоки, а пока выполнится фурье так и радиоимпульс давно закончится,строб уже будет не нужен. По этому стробу, например, фиксируется время прихода импульса в сетке 20нс. Так что фурье отдыхает.

Если вам нужно определение только начала импульса, зачем вообще фильтровать ? почему не работать в полосе 1 ГГц?
Фильтры тоже не безгрешны и имеют конечную задержку. Например простой фильтр 125МГц-250МГц в приложении. Да и фурье не обязательно же делать на 1к точек, на 8-16-32 может быть достаточно. Да и фурье есть скользящее и т.д.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[soldat_shveyk]

печенька типа ADC083000 что требует соответствующую ПЛИС (вангую обработку 4-х фаз по 625МГц)

Если использовать DDR-режим этого АЦП, то для Fs=2500 МГц получится 8 полифаз по 312.5 МГц на входе ПЛИС.
На такой частоте работать будет полегче

[_Anatoliy]

Если вам нужно определение только начала импульса, зачем вообще фильтровать ?

Для подробного описания всех функций приёмника потребуется написать не один лист мелким почерком. Я всего лишь задал конкретный вопрос про помеху в соседней полосе.

почему не работать в полосе 1 ГГц?

Согласен,замечание по сути. Так я поступал в предыдущей версии приёмника с полосой 250 МГц. Но дело в том что в полосе 1 ГГц очень большая мощность шума , она гробит чувствительность. С уменьшением ширины полосы появляется реальная возможность улучшить этот параметр.

[soldat_shveyk]

о дело в том что в полосе 1 ГГц очень большая мощность шума , она гробит чувствительность

Не совсем так. Чувствительность определяется длительностью импульса и SNR АЦП.
Например длительность импульса 1 мкс, а АЦП работает на Fs=1000 МГц.
Если делать детектор с предварительным сужением полосы на 8, то будете работать на Fs=1000/8=125 МГц и длительность импульса будет равна 125 отсчетов.
А если делать детектор сразу на 1 ГГц, то длительность импульса будет равна 1000 отсчетов.
Вобщем, при бОльшей частоте обработки длительность импульса тоже будет бОльше, и согласованный фильтр длиннее - лучше будет доставать его из шумов АЦП.

[_Anatoliy]

Т.е. выигрыша в чувствительности не будет? И полоса приёма никак не влияет на SNR? Всегда считал что при увеличении полосы в два раза мощность шума растёт на 3 дБ.

[des00]

Не совсем так....

если уж фильтровать, то +1 за согласованную фильтрацию. У радиоимпульса есть параметры, рассчитать под них согласованный фильтр (или банк согласованных фильтров). Но делать частотный кроссовер ИМХО совсем не в ту степь.

[_Anatoliy]

У радиоимпульса есть параметры

Какие,например?

[des00]

Какие,например?

Вторая ссылка из гугла http://siblec.ru/index.php?dn=html&way...zA4OS80LTYuaHRt с середины страницы "Рассмотрим второй пример — согласованный фильтр для радиоимпульса. Пусть сигнал задан в виде:" и ниже.

[_Anatoliy]

А как быть если длительность радиоимпульса неизвестна?

[des00]

А как быть если длительность радиоимпульса неизвестна?

ну какой то диапазон у вас же есть? рассчитать банк СФ и добавить решающую схему.

[_Anatoliy]

ну какой то диапазон у вас же есть? рассчитать банк СФ и добавить решающую схему.

Диапазон конечно есть - 70нс...0,01с. Всё равно нужен СФ?

[des00]

Диапазон конечно есть - 70нс...0,01с. Всё равно нужен СФ?

лучше всего промоделировать.
ИМХО для коротких разной длительности я бы поставил несколько СФ, а длинные ограничил бы по длительности и поставил один СФ на все.

[blackfin]

Т.е. выигрыша в чувствительности не будет? И полоса приёма никак не влияет на SNR? Всегда считал что при увеличении полосы в два раза мощность шума растёт на 3 дБ.

В случае белого шума при увеличении полосы приёма SNR растет до тех пор, пока полоса приема не превысит полосу сигнала.

При равенстве полосы приёма полосе сигнала SNR максимальный. Дальнейшее увеличение полосы приёма увеличивает энергию шума (~BW для AWGN) не увеличивая при этом энергию сигнала. SNR при этом, есс-но, падает.

Те же самые рассуждения справедливы и для увеличения времени приема (то есть, для увеличения времени накопления в корреляторе).

В обоих случаях, есс-но, считается, что спектр сигнала по крайней мере расположен в пределах полосы пропускания приёмника,

и что интервал времени на котором сигнал отличен от нуля по крайней мере расположен в пределах временного интервала работы коррелятора приемника..

Собс-но, именно такое поведение SNR (то есть, наличие максимума SNR для оптимальной полосы частот и для оптимального интервала времени) и отчасти легло в основу термина "оптимальный прием"..

Как-то так..

[_Anatoliy]

лучше всего промоделировать.
ИМХО для коротких разной длительности я бы поставил несколько СФ, а длинные ограничил бы по длительности и поставил один СФ на все.

Это не приемлемо.Ребята мы отвлеклись от темы. Всё таки мой блок должен работать не сам по себе, а в совокупности с другими блоками. И это обязательно нужно учитывать. Если по топ-стартовому вопросу больше мнений нет то видимо вопрос исчерпал себя.Но хотелось бы услышать ответ и на эти вопросы.вопросы

[soldat_shveyk]

Всегда считал что при увеличении полосы в два раза мощность шума растёт на 3 дБ.

Да, растет. Но вместе с этим растет и частота дискретизации, а значит и длина согласованного фильтра.
Чем длиннее согласованный фильтр, тем лучше его чувствительность.
Получается так: при увеличении полосы мы имеем +3 дБ по шумам и -3 дБ по чувствительности из-за увеличения длины фильтра в два раза.

Если по топ-стартовому вопросу больше мнений нет то видимо вопрос исчерпал себя

Сделать деление на полосы с перекрытием полосы пропускания соседних фильтров.
Минимальная длительность импульса у Вас 70 нс, значит перекрытие не должно быть меньше 1000/70 = 15 МГц.
Это совсем немного, можно сделать в два раза больше добавив еще один фильтр.

[_Anatoliy]

Чем длиннее согласованный фильтр, тем лучше его чувствительность.

Извините,но о СФ речи нет,я же сказал в предыдущем посте.

Сделать деление на полосы с перекрытием полосы пропускания соседних фильтров.
Минимальная длительность импульса у Вас 70 нс, значит перекрытие не должно быть меньше 1000/70 = 15 МГц.
Это совсем немного, можно сделать в два раза больше добавив еще один фильтр.

Но при перекрытии один и тот же сигнал на частоте близкой к частоте раздела будет присутствовать одновременно на выходах двух соседних фильтров,т.е. возвращаемся к исходному вопросу.

Как-то так..

С Вашими словами спорить было бы глупо. Но я продолжаю утверждать то что сказал раньше - при отсутствии СФ у меня чувствительность падает с увеличением полосы приёма. Поэтому и хотел компенсировать потери сужением полосы.

[soldat_shveyk]

будет присутствовать одновременно на выходах двух соседних фильтров

Сделать фильтров с перекрытием в два раза больше, сузив полосу не на 8 а на 16.
Выходы детекторов двух соседних фильтров сложить.
Получаем 8 выходов детекторов и при появлении импульса на любой частоте срабатывать будет только один из выходов детекторов.

[_Anatoliy]

Сделать фильтров с перекрытием в два раза больше, сузив полосу не на 8 а на 16.
Выходы детекторов двух соседних фильтров сложить.
Получаем 8 выходов детекторов и при появлении импульса на любой частоте срабатывать будет только один из выходов детекторов.

А вот это совместно с предложенным Вами перекрытием очень даже похоже на искомое решение. Большое Вам спасибо,коллега!

[soldat_shveyk]

очень даже похоже на искомое решение.

На здоровье! Сам с себя удивляюсь - почему не написал эти три строчки сразу после первого Вашего поста?

[NahaL]

В давнее время была задача "раскроить" сигнал на подканалы.
Делалось по статье: CHAPTER V.

Прикрепленные файлы

 abu_al_saud_wajih_a_200405_phd.pdf ( 7.63 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 70

 

[_Anatoliy]

В давнее время была задача "раскроить" сигнал на подканалы.
Делалось по статье: CHAPTER V.

К сожалению пришлось выпасть из темы на 2 недели. Почитал статью,но пока не понял - этот метод способен решить мою проблему? Как Вы думаете?

На здоровье! Сам с себя удивляюсь - почему не написал эти три строчки сразу после первого Вашего поста?

К сожалению не выходит каменный цветок. Сразу не обратил внимание на ваши цифры(16 полос,8 детекторов). Т.е. Вы предлагаете объединить полосы так: 1-2,3-4,5-6,...,15-16? Тогда если сигнал будет на границе второй и третьей полос то он будет присутствовать на выходах первого и второго детектора. Если же объединять 1-2,2-3,3-4,...,15-16 (16 полос,15 детекторов) то ситуация будет ещё хуже(возможно присутствие сигнала одновременно на выходе трёх детекторов).
Или я Вас не так понял?

[NahaL]

К сожалению пришлось выпасть из темы на 2 недели. Почитал статью,но пока не понял - этот метод способен решить мою проблему? Как Вы думаете?

Если я правильно понял, то да.
Суть метода в разделении сигнала на более "узкие" подканалы. А за счёт использования PR фильтра, можно "собирать" сигналы из произвольного количества подканалов. Так называемый метод Анализ-Синтез.
Во вложении проект matlab-а

Прикрепленные файлы

 npr.zip ( 4.4 килобайт ) Кол-во скачиваний: 15

 

[soldat_shveyk]

К сожалению не выходит каменный цветок

16 полос с перекрытием, 16 детекторов, выходы соседних детекторов объединить через "ИЛИ".

[_Anatoliy]

Если я правильно понял, то да.
Суть метода в разделении сигнала на более "узкие" подканалы. А за счёт использования PR фильтра, можно "собирать" сигналы из произвольного количества подканалов. Так называемый метод Анализ-Синтез.
Во вложении проект matlab-а

Спасибо! Но мне их обратно собирать как раз и не нужно.

16 полос с перекрытием, 16 детекторов, выходы соседних детекторов объединить через "ИЛИ".

А может я просто в трёх соснах заблудился? Что если объединить выходы всех детекторов? Первым всегда сработает детектор с максимальным сигналом и "накроет" соседние детекторы. Как Вы думаете?

[soldat_shveyk]

Первым всегда сработает детектор с максимальным сигналом и "накроет" соседние детекторы

Если интересует только сам факт наличия/отсутствия сигнала, тогда можно объединить выходы всех 16-и детекторов.

Но, подумайте сами - зачем делить сигнал на 16 полос, чтобы потом сложить выходы детекторов?
Во-первых: делить на 16 полос выгоднее не 16-ю фильтрами, а 16-точечным БПФ.
Во-вторых: преобразование Фурье - операция линейная, и любую обработку можно перенести с выхода Фурье на его вход. Это означает нужен 1 детектор, а не 16.
Но это уже совсем другая история

[_Anatoliy]

Но, подумайте сами - зачем делить сигнал на 16 полос, чтобы потом сложить выходы детекторов?

Ну если быть точным то я собирался сложить не выходы детекторов,а выходы компараторов после детекторов(по ИЛИ).

Во-первых: делить на 16 полос выгоднее не 16-ю фильтрами, а 16-точечным БПФ.
Во-вторых: преобразование Фурье - операция линейная, и любую обработку можно перенести с выхода Фурье на его вход. Это означает нужен 1 детектор, а не 16.
Но это уже совсем другая история

Я уже говорил - как только заходит речь о БПФ так сразу ставится крест на реал-тайме. Это недопустимо. К тому же радиоимпульс и окно БПФ будут всегда асинхронными,а это чревато...

[soldat_shveyk]

Это недопустимо

Анатолий, для грамотного разработчика недопустимо только одно - смотреть на электросварку
Все остальное вполне допустимо.

БПФ так сразу ставится крест на реал-тайме

радиоимпульс и окно БПФ будут всегда асинхронными

Хорошо, те, кто делают современные приемники радиолокационных сигналов, этого не знают, а то ни черта бы у них не вышло

По существу.
Берем 8-точечное БПФ по алгоритму Винограда.
В нем будет только одно умножение на дробный поворачивающий множитель, все остальное - сложение и вычитание.
Реализация такого БПФ в ПЛИС будет работать с каждым тактом.
На входе вместо 8-точечного окна ставится полифазный фильтр с децимацией на 8.
Длина полифазы выбирается исходя из требований к АЧХ результирующего фильтра.
На вход этой схемы приходят 8 отсчетов от АЦП 1 ГГц (на пример), и 8 отсчетов появляется на 8-и выходах, в каждом из которых получается Fs=125 МГц.

[_Anatoliy]

Хорошо, те, кто делают современные приемники радиолокационных сигналов, этого не знают, а то ни черта бы у них не вышло

Приемники радиолокационных сигналов как правило знают параметры принимаемого сигнала,там корреляция рулит.

По существу.
Берем 8-точечное БПФ по алгоритму Винограда.
В нем будет только одно умножение на дробный поворачивающий множитель, все остальное - сложение и вычитание.
Реализация такого БПФ в ПЛИС будет работать с каждым тактом.
На входе вместо 8-точечного окна ставится полифазный фильтр с децимацией на 8.
Длина полифазы выбирается исходя из требований к АЧХ результирующего фильтра.
На вход этой схемы приходят 8 отсчетов от АЦП 1 ГГц (на пример), и 8 отсчетов появляется на 8-и выходах, в каждом из которых получается Fs=125 МГц.

За совет спасибо!Действительно 8 нс в реал-тайме погоды не делают. Я зациклился на моготочечных БПФ с их микросекундными временами.
А чем фильтр будет лучше окна?

[RobFPGA]

Приветствую!

Вы случаем не Pulse Analayser ваяете для оценки частоты, мошности и длительности импульсов и формирования PDW? Так тут по другому ни как - или FFT или polyfaze filter bank (что почти тоже самое).
А на выходе после компараторов арбитражная схема для принятия решения в каком именно канале пик.
Самый геморой именно при взаимоисключающих требованиях к минимальной длительности импульсов, точности определения частоты и макс чувствительности.

Незнаю какие задержки для Вас критичны но для 2 Gs/s 256 point FFT это всего ~128 ns и если нужно совместить выход детектора с raw сигналом ADC то последний всегда можно задержать.

Успехов! Rob.

[soldat_shveyk]

А чем фильтр будет лучше окна?

Окно - это обычный фильтр.
Так уж сложилось, что "окном" называю фильтр, у которого число коэффициентов равно размерности БПФ.
Отсюда и все недостатки - слабая избирательность, отсутствие перекрытия по частоте между соседними каналами БПФ.
Чтобы убрать эти недостатки надо увеличивать количество коэффициентов, то есть на каждый канал БПФ не один коэффициент фильтра,
а столько, сколько потребуется.
Вот и получился полифазный фильтр децимацией, равной размерности БПФ.
Или полифазная оконная функция, если хотите

[_Anatoliy]

Незнаю какие задержки для Вас критичны но для 2 Gs/s 256 point FFT это всего ~128 ns и если нужно совместить выход детектора с raw сигналом ADC то последний всегда можно задержать.

У меня сетка времени 20 нс, всё что меньше(например 8 нс из предыдущего поста) считается реал-таймом.

Окно - это обычный фильтр.
Так уж сложилось, что "окном" называю фильтр, у которого число коэффициентов равно размерности БПФ.
Отсюда и все недостатки - слабая избирательность, отсутствие перекрытия по частоте между соседними каналами БПФ.
Чтобы убрать эти недостатки надо увеличивать количество коэффициентов, то есть на каждый канал БПФ не один коэффициент фильтра,
а столько, сколько потребуется.
Вот и получился полифазный фильтр децимацией, равной размерности БПФ.
Или полифазная оконная функция, если хотите

Спасибо! Нужно переварить...

[petrov]

Нужно переварить...

Стоит добавить, что быстрый банк фильтров можно сделать с любой децимацией на выходе.

[soldat_shveyk]

Да, и c дробной децимацией тоже можно, чтобы не делать кучу ресэмплеров.

[petrov]

Да, и c дробной децимацией тоже можно, чтобы не делать кучу ресэмплеров.

Не это имел ввиду, а то что блоки можно брать с любым перекрытием, хоть через каждый отсчёт, если есть опасность пропустить короткий импульс.

[RobFPGA]

Приветствую!

Если Вам надо однозначно детектировать в какой из полос находится сингнал то после компаратора наличия в канале еще надо сравнивать мощности соседних каналов.

Вот кстати может по теме

Успехов! Rob.

[andyp]

Окно - это обычный фильтр.

Окно - это не фильтр. Фильтрация - это линейная, независящая от задержки операция, а умножение на окно хотя и линейно, но зависит от задержки сигнала. Аналогично переносу частоты, при умножении на окно в спектре сигнала могут появляться новые спектральные компоненты (чего никогда не бывает при фильтрации) - в частотной области происходит свертка ПФ сигнала и ПФ окна. Простой пример - окно представляющее собой один период комплексной экспоненты, сдвинет спектр сигнала на один колодец преобразования Фурье.

[petrov]

Окно - это не фильтр.

Огибающая импульсной характериститки банка полосовых фильтров, неинвариантность из-за децимации появляется, можно в лоб без FFT чисто полосовами фильтрами с дециматорами получить тот же результат.

[soldat_shveyk]

Аналогично переносу частоты, при умножении на окно в спектре сигнала могут появляться новые спектральные компоненты (чего никогда не бывает при фильтрации)

Когда такое слышу, у меня искрят контакты

[andyp]

Огибающая импульсной характериститки банка полосовых фильтров, неинвариантность из-за децимации появляется, можно в лоб без FFT чисто полосовами фильтрами с дециматорами получить тот же результат.

Ну да, там тоже это есть.

Когда такое слышу, у меня искрят контакты

Это был, возможно ненужный, экскурс в теорию линейных систем. Не хотел бы стать причиной кз

[blackfin]

Это был, возможно ненужный, экскурс в теорию линейных систем. Не хотел бы стать причиной кз

Для устранения кз можно ещё вспомнить, что наложение окна это частный случай амплитудной модуляции, то есть преобразования сугубого нелинейного, на что уже и было указано..

[petrov]

Для устранения кз можно ещё вспомнить, что наложение окна это частный случай амплитудной модуляции, то есть преобразования сугубого нелинейного, на что уже и было указано..

Такое окно в любом КИХ фильтре накладывается и всё сугубо линейно.

[_Anatoliy]

Для устранения кз можно ещё вспомнить, что наложение окна это частный случай амплитудной модуляции, то есть преобразования сугубого нелинейного, на что уже и было указано..

А если учесть что коэффициенты окна есть константы?