АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ АИЭС

 

 

 

 

 

Кафедра электроники и   компьютерных технологий

 

 

 

 

 

 

ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

 

Программа,методические указания и контрольные задания

для студентов заочной формы обучения специальности

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

 

 

 

 

 

Алматы 2006

СОСТАВИТЕЛИ: С.Н.Петрищенко, Б.Б.Ордабаев. Основы цифровой обработки сигналов в телекоммуникационных системах. Программа, методические указания и контрольные задания  для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации заочной формы обучения. - Алматы: АИЭС, 2006. –  21 с.

 

 

В методической разработке приводятся программа и методические указания по курсу «Основы цифровой обработки сигналов в телекоммуникационных системах», вопросы для самоконтроля, а также контрольная работа, состоящая из двух контрольных заданий и методических указаний к их выполнению. Первое задание посвящено  анализу БИХ–фильтра  второго порядка, представленного  в виде передаточной функции. Второе - составлению программы на языке ассемблера для реализации КИХ-фильтра на сигнальном процессоре серии TMS320 фирмы Texas Instruments.

Методическая разработка предназначена для студентов специальности  050719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Ил. 4, табл. 3, библиогр. –  11 назв.

 

 

 

Рецензент: канд.тех.наук, доц. С.В.Коньшин.

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 г.     
      
 
 
 
 
 
 
 
 
         
      © Алматинский институт энергетики и связи , 2006 г.

 

Введение

Цифровая обработка сигналов (ЦОС) относится к числу наиболее динамично развивающихся областей инженерной деятельности. Системы сотовой связи, телекоммуникации, internet-технологии, обработка звука и изображений, навигация – вот далеко не полный перечень приложений, в которых активно используются сигнальные процессоры.

 Цель преподавания дисциплины – изучить основы теории цифровой обработки сигналов, методы анализа и синтеза цифровых фильтров, спектрального анализа с возможностью их практического использования в системах телекоммуникациий.

Задача преподавания дисциплины – приобретение студентами практических навыков анализа и синтеза типовых цифровых цепей при их  реализации в виде  соответствующих алгоритмов и программ на  процессорах по цифровой обработке сигналов.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

- теоретические основы цифровой обработки сигналов;

- основные методы и особенности анализа и синтеза цифровых линейных фильтров;

- методы спектрального анализа;

- принципы построения и характеристики типовых цифровых процессоров обработки сигналов (ЦПОС);

- особенности и элементы языка ассемблера типовых ЦПОС.

Cтуденты должны уметь применять методы цифровой обработки сигналов при проектировании  телекоммуникационных систем, в различных предметных областях.

Студенты должны иметь представление о направлении и перспективах развития цифровой обработки сигналов.

Изучение дисциплины базируется на предварительной подготовке по предметам «Информатика», «Теория электрических цепей», «Цифровые устройства и основы вычислительной техники».

Всего на данный курс по учебному плану  заочного обучения отводится 102 часа, из которых 12 часов лекций, 12 часов лабораторных работ и 10 часов дистанционного обучения. На самостоятельную работу - 68 часов.

Примерное распределение лекционных часов по темам курса:

- теоретические основы цифровой обработки сигналов – 2 часа;

- методы анализа и синтеза цифровых линейных фильтров – 4 часа;

- дискретное и быстрое преобразование Фурье – 2 часа;

- архитектура типового ЦПОС– 2 часа;

- программирование типового ЦПОС– 2 часа.

Кроме теоретического изучения курса, каждый студент должен выполнить четыре лабораторные работы и одну контрольную работу, состоящую из двух рабочих заданий.       

   

1 Программа курса

1.1 Введение

Цели и задачи курса, его содержание, главные операции в ЦОС, область применения.

1.2  Дискретные сигналы

Аналоговые и дискретные сигналы, преобразование аналоговых сигналов в дискретные  и обратное преобразование. Анализ спектров аналоговых сигналов с помощью ряда Фурье, преобразования Фурье, преобразования Лапласа. Математическое описание типовых дискретных сигналов. Переход от преобразования Лапласа к D-преобразованию и от D-преобразования к  Z-преобразованию. Прямое и обратное Z-преобразования. Свойства  Z-преобразования.  Связь между  Р-  и   Z- плоскостями.

1.3  Линейные дискретные системы  (ЛДС) с постоянными параметрами

Математическое описание и свойства ЛДС. Импульсная характеристика. Формула свёртки и разностное уравнение ЛДС. Рекурсивные и нерекурсивные ЛДС, их передаточные функции (ПФ). Связь ПФ с разностным уравнением.

Структуры цифровых фильтров (ЦФ): прямая, канонические структуры 1 и 2,  каскадная структура. Соединения звеньев ЛДС.

Полюсы и нули ПФ, связь между ПФ и импульсной характеристикой.

Устойчивость цифровых фильтров.

Частотные характеристики ЦФ, их свойства. Частотные характеристики КИХ и БИХ фильтров. Амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная  (ФЧХ)  характеристики. Нормированные фильтры.

Частотные характеристики избирательных БИХ-фильтров 1-го  и 2-го порядков.

Частотные характеристики КИХ-фильтров с симметричными коэффициентами.

Экспресс анализ АЧХ и ФЧХ  1-го  и  2-го  порядков. Анализ АЧХ по карте нулей и полюсов.

1.4 Шумы в линейных дискретных системах

Квантование чисел и сигналов. Шумы квантования аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и их влияние на выходной сигнал цифровой системы.

Эффекты квантования в цифровых системах. Собственный шум цифровой системы, ее линейная модель.  Полный выходной шум системы. Динамический     диапазон    цифровой     системы    и     масштабирование.

 Предельные циклы

1.5 Спектральный  анализ сигналов

Прямое и обратное дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Быстрое преобразование Фурье  (БПФ).  Алгоритмы БПФ с  прореживанием по частоте и с прореживанием по времени.

1.6 Основные методы синтеза фильтров

 Методика синтеза КИХ-фильтров на основе оконных функций. Понятие об оптимальном (по Чебышеву) синтезе фильтров. Синтез БИХ-фильтра методом билинейного Z-преобразования. Использование   программных   пакетов  для  синтеза  и  анализа  фильтров

( Matlab, FD-2).

1.7 Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов (ЦОС)

Основные направления, задачи и алгоритмы ЦОС. Способы реализации алгоритмов ЦОС: аппаратная, программная и аппаратно-программная реализация.

Общие принципы построения цифровых процессоров обработки сигналов  (ЦПОС)  и  особенности их архитектуры. Семейство сигнальных процессоров  TSM320 фирмы Texas Instruments, эволюция их развития.

Модель сигнального процессора на TSM320С10, его структурная схема, назначение основных узлов, способы адресации, система команд, приёмы программирования.

Отличительные особенности сигнального процессора TSM320С50, его структурная схема, назначение основных узлов, способы адресации, система команд, приёмы программирования.

1.8 Заключение

Перспективы развития цифровой техники, предназначенной для решения задач цифровой обработки сигналов.

 

2 Перечень лабораторных работ.

2.1 Исследование рекурсивных цепей первого порядка  – 2 часа.

2.2 Исследование рекурсивных цепей второго порядка – 4 часа.

2.3 Исследование дискретных нерекурсивных цепей – 4 часа.

2.4 Исследование эффектов квантования в цифровых цепях – 2 часа.

 

3 Методические указания

3.1 Введение

Определить цель и задачи дисциплины «Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры» (ЦОС и СП).

Объяснить преимущества цифровой обработки сигналов (ЦОС), ознакомить  с   главными   операциями  ЦОС,  обозначить широкий диапазон

ее  применения [ 2,4 ].  

3.2 Дискретные сигналы

Ввести понятия: аналоговый, дискретный и цифровой сигналы. Определить типовые дискретные сигналы воздействия: цифровой единичный импульс и цифровой единичный скачок без задержки и с задержкой.

Ввести понятие максимальной частоты аналогового сигнала (частота Найквиста) и оценить ее значение по теореме Котельникова.

Дать обобщенную схему цифровой обработки сигналов.

Разобраться с математическим аппаратом, описывающим аналоговые и дискретные сигналы: преобразования Лапласа, Фурье, дискретное преобразование Лапласа, Z – преобразование. Оценить связь между P – и Z – плоскостями.

В системах дискретного времени Z –преобразование является удобным средством описания, анализа и проектирования сигналов и систем и играет такую же роль, как преобразование Лапласа в системах непрерывного времени.

Рассмотрите основные свойства Z –преобразования и оцените области его применения [ 1,4,5,6,7].

3.3 Линейные дискретные системы с постоянными параметрами

Рассматривается только один класс дискретных систем – линейные дискретные системы (ЛДС) с постоянными параметрами, которые осуществляют преобразование входной дискретной последовательности в выходную по определенному закону.

Рассмотреть, в чем заключается принцип суперпозиции ЛДС.

Свойства ЛДС определяются либо импульсной характеристикой, как реакцией на единичный импульс, либо переходной характеристикой, как реакцией на единичный скачок при нулевых начальных условиях. Определить формулу связи между выходной последовательностью ЛДС с входной последовательностью и импульсной характеристикой. Ввести понятие свертки.

Важнейшим подмножеством класса ЛДС являются такие дискретные системы, выходная и входная последовательности которых связаны линейным рекурсивным разностным уравнением с постоянными коэффициентами, которое является уравнением фильтра.

Разобрать аналитическую форму записи рекурсивного и нерекурсивного фильтров.

Ввести понятие передаточной функции фильтра, рассмотреть возможность ее получения, применив Z –преобразование к разностному уравнению на примерах рекурсивных фильтров первого и второго порядков.

Рассмотреть основные структуры рекурсивных и нерекурсивных фильтров.

При     анализе     дискретных     фильтров     важное     значение    имеет

 

определение положения нулей и полюсов передаточной функции в Z – плоскости. Введите понятия нуля, полюса и комплексной плоскости в виде единичной окружности.

Рассмотрите карты нулей и полюсов рекурсивных фильтров первого и втрого порядков.

Определите условия, при которых дискретный фильтр будет устойчив.

Введите понятия частотной, амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик БИХ-фильтров (с бесконечной импульсной характеристикой) первого и второго порядков, объясните порядок нормирования дискретных фильтров.

Рассмотрите частотные характеристики КИХ-фильтров (с конечной импульсной характеристикой) с симметричными коэффициентами.

Ответы на вышеперечисленные вопросы можно найти в литературе [1,4,5,6].

3.4 Шумы в линейных дискретных системах

Необходимость введения в алгоритм обработки цифровой системы операций квантования отсчетов обрабатываемого сигнала и коэффициетов системы обусловлена ограниченной разрядностью ее регистров (элементов памяти).

Рассмотрите способы квантования чисел, а также линейную модель процесса квантования входного сигнала для оценки шума квантования входного сигнала, который называют шумом аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Для упрощения анализа эффектов квантования в цифровых системах необходимо допустить независимость ошибок, обусловленных квантованием входного сигнала и ошибок, обусловленных квантованием результатов арифметических операций. В результате такого допущения разработчику легче сформулировать требования к АЦП, архитектуре и параметрам цифрового устройства.

Собственный шум цифровой системы – это шум, обусловленный квантованием результатов операций умножения, выполняемых в системе. Рассмотреть линейную модель цифровой системы, в которой источниками шума квантования сигналов являются умножители.

Провести анализ полного выходного шума в цифровой системе. Описать методы масштабирования сигналов для улучшения шумовых характеристик и предотвращения появление эффекта переполнения в сумматорах системы.

При нарушении допущений, которые были приняты при анализе шумовых характеристик, в рекурсивных системах могут возникнуть специфические эффекты, получившие название предельных циклов. Разберите   два  вида   предельных   циклов:   низкого    уровня, связанного  с

квантованием отсчетов обрабатываемого сигнала, и высокого уровня, связанного с переполнениями сумматоров.

3.5 Спектральный  анализ сигналов

Спектральный анализ является основой таких алгоритмов цифровой обработки сигнала, как распознавание, обнаружение и сжатие сигналов. Спектральный анализ выполняют с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ).

Для снижения порядка вычислительной сложности используют алгоритмы быстрого преобразования Фурье (БПФ). Наибольшее распространение получили две версии алгоритма БПФ с основанием 2: с прореживанием по времени и с прореживанием по частоте.

Рассмотрите построение направленного графа базовой операции «бабочка», разберите поэтапно вычисление 8-точечного ДПФ с помощью алгоритма БПФ с прореживанием по времени или по частоте.[1,4,5,7].

3.6 Основные методы синтеза фильтров

При синтезе КИХ-фильтров наибольшее применение получили метод «окон» и метод оптимального (по Чебышеву) синтеза.

При использовании метода «окон» определяются коэффициенты передаточной функции неоптимального фильтра. Метод прост для программирования, его успешно применяют для расчета фильтров больших порядков.

Объяснить явление Гиббса и как с ним бороться. Привести методику синтеза на основе оконных функций.

Ввести понятие оптимального фильтра. При решении задачи чебышевской аппроксимации определяются коэффициенты передаточной функции заданного порядка при минимально возможной ошибке аппроксимации. Наиболее эффективным алгоритмом построения функций наилучшего равномерного приближения является алгоритм Ремеза. На основе этого алгоритма созданы программы для ЭВМ.

Для расчета избирательных БИХ-фильтров наиболее широко используется метод билинейного преобразования. При этом передаточная функция аналогового фильтра-прототипа преобразуется в передаточную функцию цифрового БИХ-фильтра. Широкое распространение этого метода связано с тем, что методы расчета аналоговых фильтров хорошо известны, а процедуры расчета его коэффициентов просты и хорошо программируются.

Рассмотрите типы аналоговых фильтров.

Приведите методику билинейного преобразования [1,5,6].

3.7 Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов

Выделить группу задач, решаемых на базе цифровой обработки сигналов (ЦОС). Дать краткую характеристику основных направлений ЦОС.

 

С точки зрения организации вычислений алгоритмы ЦОС могут быть простыми и сложными. Независимо от сложности алгоритма вычисления можно производить с помощью простейших математических и логических операций, а также операций сдвига и пересылки. Вычисление одного отсчета выходной последовательности должно производиться за реальное время., которое зависит от объема вычислений алгоритма, точности вычисления и частоты дискретизации. Выяснить роль тактовой частоты процессора на количество и сложность аппаратных средств, требуемых для реализации алгоритма [2].

Рассмотреть три способа реализации алгоритмов ЦОС: аппаратный, программный и аппаратно-программный. Выделить особенности ЦОС, влияющие на элементную базу.

Определить общие принципы построения сигнальных процессоров и особенности их архитектуры [2,4,].

Сигнальные процессоры – это, по сути, микропроцессоры с гарвардской архитектурой и набором команд, оптимизированных под операции ЦОС.

Рассмотреть и сравнить архитектуру сигнальных процессоров с фиксированной запятой первого (TMS320C10) и второго (TSM320C50) поколений  фирмы Texas Instruments [10]. При выборе сигнального процессора для конкретного приложения рассмотреть такие факторы как архитектурные особенности, скорость выполнения, тип арифметики и длину слова. Изучить способы адресации и систему команд вышеназванных процессоров, реализовать на них типовые алгоритмы ЦОС [2,3,4,6,8].

 

4 Вопросы для самопроверки

4.1 Какими способами описывается соотношение вход-выход линейной дискретной системы?

4.2 Каким образом соотносятся между собой разностное уравнение, передаточная функция и импульсная характеристика?

4.3 В чём заключается различие между рекурсивными и нерекурсив-ными  линейными дискретными системами?

4.4 Что представляет собой нормированная частота?

4.5 Что представляет собой Z-преобразование дискретного сигнала?

4.6 Каким образом определяют решётчатую функцию (оригинал) циф-рового сигнала по его Z-образу?

4.7 С помощью какого выражения составляется прямая структура рекурсивного цифрового фильтра?

4.8 Каким образом осуществляются прямые канонические структуры 1  и  2  рекурсивных цифровых фильтров?

4.9 Что представляют собой полюсы и нули передаточной функции и как они связаны с амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) цифровых систем?

4.10 Как записываются  передаточные функции базовых звеньев пер-вого и второго порядков?

4.11 Что является критерием устойчивости линейной дискретной сис-темы?

4.12 Чем различаются частотные характеристики аналоговых  и дис-кретных сигналов?

4.13 Каков порядок расчёта частотных характеристик линейной дис-кретной системы?

4.14 Какой цифровой фильтр называется БИХ-фильтром?

4.15 Чему равна частота Найквиста?

4.16  Для каких характерных частот производится экспресс-анализ АЧХ цифровых фильтров?

4.17 В чём проявляется  отрицательный эффект квантования сигналов в линейной дискретной системе?

4.18 Какими причинами обусловливается собственный шум цифрового фильтра?

4.19 На каких алгоритмах осуществляют спектральный анализ сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье?

4.20 Какими способами реализуются алгоритмы ЦОС?

4.21 В чём заключается существенное отличие структуры сигнального процессора от процессоров общего применения?

4.22 Какие основные узлы входят в состав сигнального процессора ?

4.23 Какие особенности имеют сигнальные процессоры второго поко-ления фирмы Texas Instruments по сравнению с первым поколением?

4.24 В чем заключается специфика гарвардской, модифицированной архитектуры?

4.25 Какие существуют режимы адресации данных в сигнальных про-цессорах первого и второго поколений?

 

5 Контрольная работа и методические указания к ее выполнению

Контрольная работа имеет целью закрепление и применение знаний, полученных при изучении курса «Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры», и состоит из двух заданий.

5.1 Задание 1. Анализ БИХ – фильтра второго порядка

По известной передаточной функции ненормированного БИХ-фильтра 2-го порядка необходимо выполнить следующие действия:

а) записать разностное уравнение;

б) изобразить прямую структуру фильтра;

в) изобразить карту нулей и полюсов;

г) оценить устойчивость фильтра;

д) построить график импульсной характеристики ( 5 отсчетов );

е) рассчитать   значение   АЧХ   на     частоте fn*, где fn* - частота, соответствующая углу φ*, на которой расположен полюс в z- плоскости;

ж) выполнить нормировку фильтра, допустив, что Аmax = A ( fn* );

з) построить график АЧХ нормированного фильтра на интервале частот fn =    [ 0,  0,5 ] и определить тип фильтра.

Передаточная функция цифрового фильтра  , где  многочлены передаточной функции выбираются по заданному варианту Таблицы 1, в зависимости от предпоследней ( N пред ) и последней ( N посл ) цифрам номера зачетной книжки студента.

Таблица 1

N пред

N посл

0

1 – Z - 1

0

1 – 1,8 Z –1 + 0,97 Z -2

1

1 – 3 Z - 1

1

1 – 0,4 Z –1 + 0,1 Z -2

2

1 – 2 Z – 1 + Z - 2

2

1 + 0,86 Z –1 + 0,43 Z -2

3

1 + 1,2 Z – 1 + 0,81Z - 2

3

1 – 0,66 Z –1 + 0,7 Z -2

4

0,1 + 0,1 Z - 1

4

1 – 0,37 Z –1 + 0,86 Z -2

5

0,003 – 0,003 Z - 2

5

1 – 1,7 Z –1 + 0,72 Z -2

6

1 + 0,53 Z – 1 + Z - 2

6

1 – 1,32 Z –1 + 0,85 Z -2

7

1 + Z - 2

7

1 + 0,9 Z –1 + 0,81 Z -2

8

1 – Z – 2

8

1 – 0,8 Z –1 + 0,64 Z -2

9

1 + Z - 1

9

1 +  0,25 Z –1 + 0,34 Z -2

 

5.1.1 Методические указания к решению задания 1

Для нахождения нулей и полюсов используйте следующие формулы:

- в случае вещественных нулей

                    

- в случае комплексно-сопряженных нулей

, где  , ;

- в случае комплексно-сопряженных полюсов

, где  , .

Формулы для  расчета  импульсных  и  частотных  характеристик  БИХ-фильтра второго порядка приведены ниже.

По справочным данным формула импульсной характеристики состоит из трех составляющих

 

 где  n = 0, 1, 2,

 

 

 где  n = 1, 2, 3,

 

 

 

 

 

 где  n = 2, 3, 4, …

 

 

 

Формула    амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) имеет вид

 

                                

Для полного описания частотной характеристики фильтра с вещественными коэффициентами достаточно задать ее в основной полосе частот     [ 0, 0,5 ].

Обычно АЧХ и ФЧХ определяют расчетом на ЭВМ. Однако для оценки АЧХ звена второго порядка можно использовать формулы экспресс-анализа для ,  ,  .

 

     ;     ;  .

 

Максимум АЧХ приблизительно будет находиться на  частоте   , которая соответствует углу    положения полюса в z- плоскости

 Для нормировки фильтра достаточно умножить коэффициенты числителя передаточной функции на нормирующий множитель

где  – максимальное значение АЧХ на интервале    [0, 0,5].

Рассмотрим пример анализа БИХ-фильтра второго порядка, который описывается передаточной функцией вида

 

               

 

Решение:

 

а) разностное уравнение

           ;

 

б) значения нулей и полюсов.

Преобразуем передаточную функцию   к виду без отрицательных степеней

.

 

Передаточная функция H(z) имеет два вещественных нуля, один -  в точке      , , а второй - в точке     .

Два комплексно-сопряженных полюса определяем по формуле

, где

Карта нулей и полюсов показана на рисунке 1;

                                              Im    

                                           

                                Re

                                     - 1                           1

 

 

в) прямая структура фильтра приведена на рисунке 2;

Xn                 0,6                                            Yn

 

 

 


- 0,6

 

Yn-1

 

  1,32

 

 

 

 

Yn-2

 

    - 0,85

 

 

 

Рисунок 2

г) фильтр устойчив, поскольку

д) импульсная характеристика

 где  n = 0, 1, 2,

 

 где  n = 1, 2, 3,

 

 

 

 

 где  n = 2, 3, 4, …

 

 

Произведем расчет отсчетов импульсной характеристики.

Результаты расчетов (с точностью до 4-х знаков после запятой) приведены в таблице 2.

Таблица 2

N

0

1

2

3

4

hn

0,6

 0,192

  - 0,2566

  - 0,5019

- 0,4444

     

 

         hn                                 

   

            

             0,5

                      

            

            0,1

 

 

 График импульсной характеристики приведен на рисунке 3;

 

 


 

 

 


        0                1                 2                3                4                   5

 

         - 0,1

 

  

 

       - 0,5

 
 

 

 

 


Рисунок 3

 

е) формула частотной характеристики

 

 

Формула амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)

 

 

Расчет значения АЧХ на частоте .

При      

 

 

ж) нормировка фильтра:

- нормирующий множитель   ;

- передаточная функция нормированного фильтра

з) график АЧХ нормированного фильтра, представленного на рисунке 4, построен по точкам Аn(0) = 0, Аn(0,123) = 1, а также по нормированным значениям АЧХ для нормированных частот 0,5 и 0,25.

,


Рисунок 4

Как видно из рисунка, для полного описания АЧХ достаточно задать ее в основной полосе частот     [ 0, 0,5 ]. Фильтр относится к классу избирательных полосовых фильтров (ПФ).

 

5.2  Задание 2. Программирование работы КИХ-фильтра на языке ассемблера

Составить программу для реализации КИХ-фильтра на сигнальном процессоре серии TMS320 фирмы Texas Instruments с подробным описанием выполняемых действий. Частота дискретизации обработки сигнала и другие параметры приведены в таблице 3.

Таблица 3

N варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Порядок  фильтра

N

5

10

15

20

25

30

33

35

38

40

Xn  ®  Порт №

0

2

4

6

8

1

3

5

7

0

Yn  ®  Порт №

1

3

5

7

2

4

6

8

0

1

Fд, кГц

10

15

20

25

30

35

40

45

48

50

Начальный адрес ПЗУ

0E

11

0F

2B

0F

0E

0C

0B

0A

0D

Вариант   индивидуального    задания   определяется   по   последней

(N посл.) цифре номера студенческого билета.

5.2.1 Методические указания к решению задания 1

При выполнении задания 2 необходимо перед составлением программы повторить материал лекций и просмотреть литературу [3,4,6]. Для программной реализации КИХ-фильтра можно использовать любой из сигнальных процессоров семейства TSM320 фирмы Texas Instruments.

В качестве примера рассмотрим фрагменты программирования процессора TSM 32010, который способен выполнять 5 млн.опер/с. Такая высокая производительность является результатом разработки эффективной системы команд и высокоразвитой конвейерной архитектуры.

КИХ-фильтр описывается разностным уравнением вида

,

 где   - отсчеты воздействия;  - отсчеты реакции;

  < 1 – вещественные коэффициенты, полностью определяющие свойства цифрового фильтра;

  < 1 – отсчеты воздействия, задержанные на  периодов дискретизации   соответственно.

КИХ-фильтр можно реализовать циклическим повторением фрагмента программы                           

                                  MET:  MPY  *, 1

                                       LTD  * , - , 0

                                       BANZ

                                       MET

Время выполнения этого фрагмента – 4 такта по 200 нс, т.е. 800 нс. Для реализации заданного фильтра, например, 40-го порядка требуется выполнить приведенный фрагмент в цикле 40 раз, при этом время выполнения будет

Tвып = 800*40 = 32 мкс.

При частоте дискретизации, например, 48 кГц  каждый отсчет поступает на вход цифрового фильтра через 20,8 мкс, т.к.

Тд = 1 / 48 = 0,0208 мс = 20,8 мкс.

 

Исходя из полученных расчетов делаем вывод, что данное решение неприемлемо по быстродействию. Это объясняется тем, что половина времени уходит на выполнение команды условного перехода BANZ MET. Поэтому в данном случае целесообразно отказаться от циклического построения программы и построить линейную программу,состоящую из многократно повторяющихся команд MPY и LTD. Это позволяет исключить команду условного перехода и улучшить быстродействие, но требует увеличения программы и объема памяти.

Для составления программы необходимо распределить ячейки внутренней памяти данных сигнального процессора TMS 32010.

Например, коэффициенты фильтра A0 … A39  можно хранить в ячейках памяти с адресами 0 … 27 (в шестнадцатеричной системе счисления), а отсчеты  X(n) … X(n-39) в ячейках 30 … 57.

Программа работы фильтра записывается в ПЗУ программ с адреса, заданного соответствующим вариантом таблицы 3.

 

Литература

1. Солонина А.И.,Улахович Д.А., Арбузов С.М. и др. Основы цифровой обработки сигналов: курс лекций. – СПб.: БХВ - Петербург, 2003. - 608 с.

2. Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов – СПб.: БХВ - Петербург, 2001. - 464 с.

3. Гольденберг Л.М. и др. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения: учебное пособие.- М.: Радио и связь,  1992.-256 с.

4. Айфичер Эммануил, Джервис Барри. Цифровая обработка сигналов: практический подход. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.- 992 с.

5. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер, 2002. - 608 с.

6. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования.- СПб.: Политехника,  1999.- 592 с.

7. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990.

8. Куньсянь Л. и др. Цифровые процессоры обработки сигналов серии TSM 320.-ТИИЭР, 1987.- т.75.- N9.- с. 8-27.

9. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов.- М.: Связь, 1979.- 416 с.

10. Бойко В.И., Гуржий А.Н., Жуйков В.Я. и др. Схемотехника электронных устройств. Микропроцессоры и микроконтроллеры.- СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 464 с.

10. Петрищенко С.Н., Мусапирова Г.Д. Основы цифровой обработки сигналов. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальностей факультета радиотехники и связи. – Алматы, 2004. – 33 с.

 

 

Содержание

 

Введение   ……………………………………………………………….. ….. .3

1 Программа курса …………………………………………………………… 4

2 Перечень лабораторных работ ……………………………………………...5

3  Методические указания …………………………………………………… 5

4 Вопросы для самоконтроля …………….. ……………………………….... 9   

5 Контрольная работа и методические указания  ………………………….10

5.1 Задание 1 .…………………………………………………………..10 

    5.1.1 Методические указания к заданию 1 …………………………..11

5.2 Задание 2 ………………………………………………………….. 17

5.2.1 Методические указания к заданию 2 …………………………..18

Список литературы …………………………………………………………….. 19

 

 

 

 

 

 

                                                            Св.план 2006 г. поз. 204

 

 

 

СВЯТОСЛАВ НИКОЛАЕВИЧ ПЕТРИЩЕНКО

 

 

 

 

ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

 

Программа,методические указания и выполнению контрольные задания

 для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации заочной формы обучения

 

 

 

 

 

 

 

Редактор   Ж.М.Сыздыкова

 

Подписано в печать ________                       Формат 60x84  1/16

Тираж 250 экз.                                                 Бумага типографская №1     

Объем        уч.-из.л.                                         Заказ ___ цена ___ тн.

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова, 126

 

 

 

наверх

назад