350 rub
Journal Radioengineering №3 for 2012 г.
Article in number:
Multirate Adaptive Signal Processing
Keywords:
multirate processing
adaptive filtering
frequency selection
decimation
interpolation
down sampling
comb filtering
optimization
Authors:
V.V. Vityazev
Abstract:
Multirate and adaptive signal processing is one of the fundamental grounds of digital information technologies existing nowadays. It can be traced back to the 70s of previous century when the formation of these grounds started independently of each other.
Multirate signal processing implies the possibility to increase or decrease the sampling frequency and consequently to the change of required processing rate in the process of digital signal transformation. This fact leads to more efficient signal processing because of the possibility to decrease considerably required designed digital system computing performance. Recently much success in the sphere of multirate signal processing has been achieved. Multirate filtration and the peculiarities of its application have become the object of investigation in many scientific works devoted to digital signal processing (DSP). Dozens of studies and textbooks connected somehow with scientific and practical achievements have been published. Usage of multirate processing in the systems of adaptive and non-linear filtration, compression, analysis and decompression of speech, sound and images has unique prospects of application.
Adaptive signal processing became one of the fastest developing directions in the field of DSP in late 70s - early 80s. The main feature of adaptive systems is changing in time functioning with self-regulation in accordance with given optimization criterion (adaptive filters without feedback) or training signal (feedback adaptive filters).
Since 90s the efficiency of multirate processing application with the aim of adaptive filtration has been greatly developed. Mostly this fact was connected with adaptive filtration and resection of narrowband processes, but later building of signal analysis-synthesis adaptive systems using filter band banks and multirate processing became evident.
A given review has the aim of making an attempt to sum up the works by the author and his disciplines in this direction since 70s of previous century till present time.
The article includes three interconnected sections. The first one deals with methods of digital frequency selection of signals based on the effects of decimation in time and frequency offered by the author in the period between 70s and 80s of previous century. A fundamental idea to apply secondary discretization (decimation) and interpolation with the aim to make digital band filters and their sets was the basis to these new methods. The second section is devoted to brief description of multirate signal processing methods with the aim of adaptive filtration developed by composite author in the period between 80s and present time. The third section illustrates the efficiency of their application in radioengineering and telecommunication systems.
Pages: 17-30
References
- Зубарев Ю.Б., Витязев В.В., Дворкович В.П. Цифровая обработка сигналов - информатика реального времени // Цифровая обработка сигналов. 1999. № 1. C. 5 - 17.
- Crochiere R.E., Rabiner L. Multirate Digital Signal Processing. Prentice Hall. Englewood Cliffs. NJ. 1983.
- Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь. 1993. 240 с.
- Vaidyanathan P.P. Multirate Systems and Filter Banks. Prentice Hall. Englewood Cliffs. NJ. 1993.
- Mitra S.K. Digital Signal Processing: a computer-based approach. McGraw-Hill. Comp. Inc. 1998.
- Айфичер Э.С., Джервис Б.У. Цифровая обработка сигналов: практический курс: пер. с англ. М.: Изд. дом «Вильямс». 2004. 992 с.
- The Digital Signal Processing Handbook / Ed. K. Vijay. Madisetti. Douglas B. Williams by CRC Press LLC. 1998.
- Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь. 1989. 440 с.
- Адаптивные фильтры / под ред. К.Ф.Н. Коуэна и П.М. Гранта. М.: Мир. 1988. 392 с.
- Витязев В.В., Морозов Е.А., Широков В.А. Многопроцессорная поисковая система цифровой обработки сигналов // Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов. Труды 1-й Международной науч.-техн. конф. Рига: 1989. С. 27-29.
- Витязев В.В., Бодров К.А., Иванов С.И. Адаптивная многоскоростная фильтрация узкополосных процессов // Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-1999: Тр. 1-й Международной науч.-техн. конф. М.: 1999. T. 1. C.150 - 160.
- Витязев В.В., Витязев С.В., Зайцев А.А. Многоскоростная обработка сигналов: ретроспектива и современное состояние. Ч. 1 // Цифровая обработка сигналов. 2008. № 1. С. 12 - 21.
- Витязев В.В., Витязев С.В., Зайцев А.А. Многоскоростная обработка сигналов: ретроспектива и современное состояние. Ч. 2 // Цифровая обработка сигналов. 2008. № 3. С. 2 - 9.
- Витязев В.В., Степашкин А.И. Метод синтеза цифровых узкополосных фильтров с усеченной импульсной характеристикой // Изв. вузов. Сер. Приборостроение. 1977. Т. 20. № 6. С. 25 - 29.
- Витязев В.В., Степашкин А.И. Синтез цифровых полосовых фильтров // Радиотехника. 1978. Т. 33. № 3. С. 75 - 77.
- Витязев В.В., Демашов В.С., Степашкин А.И. Шум квантования цифрового узкополосного фильтра с прореживанием и интерполяцией отсчетов выходного сигнала // Изв. вузов. Сер. Приборостроение. 1979. Т. 22. № 5. С. 3 - 7.
- Алпатов Б.А., Витязев В.В., Степашкин А.И. Синтез цифровых резонаторов для систем узкополосной фильтрации // Радиотехника. 1979. Т. 34. № 12. С. 57 - 59.
- Алпатов Б.А., Степашкин А.И. Цифровой резонатор с ограниченной импульсной характеристикой // Изв. вузов. Сер. Приборостроение. 1980. Т.23. № 2. С. 7 - 10.
- Витязев В.В., Муравьев С.И. Модификации метода частотной выборки на основе структуры с квадратурной модуляцией // Радиотехника. 1984. № 2. С. 19 - 23.
- Витязев В.В., Муравьев С.И., Степашкин А.И. Метод синтеза цифровых узкополосных КИХ-фильтров // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1981. Т. 24. № 7. С. 55 - 59.
- Витязев В.В., Муравьев С.И., Степашкин А.И. Метод проектирования цифровых полосовых фильтров с конечной памятью // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1983. Т. 26. № 9. С. 3 - 9.
- Витязев В.В., Алпатов Б.А., Степашкин А.И. Синтез цифровых узкополосных фильтров для частотного разделения каналов // Электросвязь. 1979. № 7. С. 47 - 51.
- Витязев В.В., Степашкин А.И. К синтезу цифрового фильтра-демодулятора на основе двойного быстрого преобразования Фурье // Радиотехника. 1981. Т. 36. № 7. С. 20 - 24.
- Витязев В.В., Степашкин А.И. Метод синтеза цифровых фильтров-демодуляторов на основе двойного быстрого преобразования Фурье // Электросвязь. 1982. № 3. С. 45 - 47.
- Витязев В.В. Синтез пирамидальной структуры набора цифровых фильтров-демодуляторов // Электросвязь. 1983. № 7. С. 45 - 49.
- Витязев В.В., Муравьев С.И., Степашкин А.И. Синтез пирамидальной структуры набора цифровых полосовых фильтров // Электросвязь. 1985. № 8. С. 52 - 56.
- Витязев В.В., Муравьев С.И. Синтез цифровой системы частотной селекции сигналов на основе полуполосовых гребенчатых фильтров // Электросвязь. 1988. № 3. С. 57 - 61.
- Витязев В.В., Муравьев С.И., Степашкин А.И. Метод проектирования цифровых полосовых фильтров с бесконечной памятью // Радиотехника. 1984. № 2. С. 19 - 23.
- Витязев В.В., Муравьев С.И. Пирамидальная структура цифровых полосовых фильтров с бесконечной памятью // Радиотехника. 1985. № 9. С. 45 - 49.
- Витязев В.В., Витязев С.В. Методы синтеза узкополосного адаптивного КИХ-фильтра на основе многоскоростной обработки // Цифровая обработка сигналов. 2007. №4. С. 15 - 20.
- Зайцев А.А. Методы построения банков цифровых фильтров: тематический обзор // Цифровая обработка сигналов. 2003. № 1. C. 2 - 10.
- Сорокин Д.В. 1/М-полосовые фильтры: расчет и применение в системах анализа-синтеза цифровых сигналов с полным восстановлением // Труды 3-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2000», Москва, 2000. Т.2. С. 218 - 222.
- Витязев В.В., Зайцев А.А. Оптимальное проектирование многоступенчатых структур фильтров-дециматоров на сигнальных процессорах // Цифровая обработка сигналов. 2001. № 2. С. 2 - 9.
- Витязев В.В., Зайцев А.А. Применение банков цифровых фильтров с полным восстановлением в целях сжатия сейсмических сигналов // Труды 4-й Международной науч.-техн. конф. «Перспективные технологии в средствах передачи информации - ПТСПИ-2001. Владимир-Суздаль.
- Витязев В.В., Зайцев А.А. Перспективы использования цифровых банков фильтров в целях сжатия сейсмических сигналов // Труды 4-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA - 2002». Москва. Т.1. С. 160 - 162.
- Витязев В.В., Иванов С.В. Метод адаптивного подавления аддитивных помех в цифровых системах радиометрии // Труды 4-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2002». Москва. Т.1. C. 206 - 209.
- Витязев В.В., Иванов С.В., Езерский В.В. Метод адаптивной компенсации мультигармонической помехи в устройствах радиометрии // Цифровая обработка сигналов. 2002. №2. С. 27 - 31.
- Витязев В.В., Линович А.Ю. Субполосные адаптивные системы на основе банков фильтров с немаксимальной децимацией в задаче обратного моделирования // Труды 6-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2004». Москва. Т.1. С. 19 - 22.
- Линович А.Ю., Витязев В.В. Субполосная адаптивная фильтрация в задачах обратного моделирования // Цифровая обработка сигналов. 2004. № 1. C. 41 - 48.
- Гусинская Е.И., Зайцев А.А. Оптимизация банка фильтров в задачах субполосного кодирования // Цифровая обработка сигналов. 2004. № 3. C. 18 - 28.
- Линович А.Ю. Методы многоскоростной обработки сигналов в задачах обратного моделирования динамических систем // Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2005: Тр. 7-й Международной науч.-техн. конф. Москва. 2005. T. 1. C. 50 - 54.
- Кузнецов Е.П., Витязев В.В. Цифровая обработка сигналов в задачах эхо-компенсации (часть 1) // Цифровая обработка сигналов. 2006. № 3. С. 8 - 19.
- Кузнецов Е.П., Витязев В.В. Цифровая обработка сигналов в задачах эхо-компенсации (часть 2) // Цифровая обработка сигналов. 2006. № 4. С. 20 - 28.
- Линович А.Ю. Многоканальный эквалайзер на основе субполосной адаптивной фильтрации // Труды 9-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2007». Москва. 2007. Т.1. С. 124 - 127.
- Кузнецов Е.П. Новый метод эффективной реализации субполосного адаптивного эхо-компенсатора // Труды 10-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2008». Москва. 2008. Т.1. С. 269 - 272.
- Кузнецов Е.П. Методы и алгоритмы адаптивной эхо-компенсации: сравнительный анализ эффективности применения цифровой обработки сигналов // Цифровая обработка сигналов. 2007. №2. С. 26 - 34.
- Линович А.Ю. Методы многоскоростной обработки сигналов в многоканальных адаптивных фильтрах с самоорганизующейся структурой: эквалайзеры с динамическим выбором каналов // Цифровая обработка сигналов. 2011. №1. С. 37 - 44.
- Линович А.Ю. Многоскоростная обработка сигналов в задачах обратного моделирования: LAP LAMBERT academic publishing. 2011. Германия. 219 с.
- Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие / под ред. Г.С. Кондратенкова. М.: Радиотехника. 2005. 368 с.
- Витязев В.В., Колодько Г.Н., Витязев С.В. Способы и алгоритмы формирования радиолокационного изображения в режиме доплеровского обужения луча // Цифровая обработка сигналов. 2006. № 3. С. 31 - 34.
- Витязев В.В., Колодько Г.Н., Воронков Д.В. Формирование радиолокационного изображения в режиме фокусируемого синтезирования апертуры ДНА // Цифровая обработка сигналов. 2006. № 4. С. 34 - 40.
- Витязев С.В., Колодько Г.Н. Моделирование и исследование эффективности формирования радиолокационного изображения в режиме доплеровского обужения луча // Труды 9-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2007», г. Москва, март 2007.Т.1, С. 254 - 257.
- Витязев В.В., Колодько Г.Н., Витязев С.В. Селекция наземных движущихся целей на основе многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала // Цифровая обработка сигналов. 2007. № 1. С. 41 - 50.
- Витязев С.В., Якунин С.А. Применение многоскоростной обработки сигналов для построения доплеровского фильтра обнаружения движущихся объектов в задачах радиовидения // Труды 10-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2008», Москва, 2008. Т.1. С. 156 - 158.
- Витязев В.В., Андреев Н.А. Оптимальное проектирование на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры адап¬тивного узкополосного фильтра-дециматора предварительной обработки траекторного сигнала // Труды 10-й Международной науч.-техн. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2008», Москва. Т.1. С. 156 - 158.
- Андреев Н.А., Витязев С.В., Витязев В.В. Алгоритмы адаптации к уходу доплеровских частот узкополосного траекторного сигнала // Труды 11-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2009». Москва. ИПУ РАН. Т.1. С. 111 - 114.
- Андреев Н.А., Витязев С.В., Витязев В.В. Алгоритмы адаптивной многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала // Труды 12-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA-2010». Москва. ИПУ РАН. Т.1.
- Андреев Н.А., Витязев С.В., Витязев В.В. Методы и алгоритмы адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения // Цифровая обработка сигналов. 2010. № 1. С. 33 - 40.
- Андреев Н.А. Способы построения структуры цифрового приемника траекторного сигнала в режиме панорамного обзора // Цифровая обработка сигналов. 2010. № 2. С. 42 - 46.
- Андреев Н.А., Витязев В.В. Оптимальное проектирование на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала // Цифровая обработка сигналов. 2010. № 2. С. 47 - 52.