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    • 专利摘要:
    Eine Signalverarbeitungseinrichtung (1) umfaßt einen Analog/Digital-Umsetzer (3) zur Erzeugung eines digitalen Eingangssignals (S¶DE¶) aus einem analogen Eingangssignal (S¶AE¶), einen Zwischenspeicher (11) zur Zwischenspeicherung des digitalen Eingangssignals und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (10) zur digitalen Verarbeitung des digitalen Eingangssignals (S¶DE¶). Die Signalverarbeitungseinheit (10) ist mittels einer Umschalteinrichtung (5, 9, 12, 13) so schaltbar, daß die Signalverarbeitungseinheit (10) wahlweise dem Zwischenspeicher (11) oder unter Umgehung des Zwischenspeichers (11) dem Analog/Digital-Umsetzer (3) nachgeschaltet ist.A signal processing device (1) comprises an analog / digital converter (3) for generating a digital input signal (S¶DE¶) from an analog input signal (S¶AE¶), a buffer memory (11) for buffering the digital input signal and a digital input Signal processing unit (10) for digital processing of the digital input signal (S¶DE¶). The signal processing unit (10) is switchable by means of a switching device (5, 9, 12, 13) so that the signal processing unit (10) optionally the buffer (11) or bypassing the buffer (11) the analog / digital converter (3) is downstream.
    公开号:DE102004019967A1
    申请号:DE200410019967
    申请日:2004-04-23
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Markus Dr. Freidhof；Kurt Dr. Schmidt
    申请人:Rohde and Schwarz GmbH and Co KG；
    IPC主号:G11B20-10
    专利说明:
    [0001] DieAnmeldung betrifft eine Signalverarbeitungseinrichtung und eignetsich insbesondere fürden Einsatz in der Hochfrequenz-Meßtechnik z. B. zur Auswertungvon Mobilfunksignalen.TheApplication relates to a signal processing device and is suitableespecially forthe use in high-frequency measurement z. B. for evaluationof mobile radio signals.
    [0002] Beider Realisierung von Meßgeräten für Nachrichtensignalefür verschiedeneTelekommunikationsstandards, insbesondere für Mobilfunksysteme bestehtdie Problematik, daß teilweiseeine Auswertung in Echtzeit erfolgen muß, bei anderen Anwendungenaber eine Auswertung in Echtzeit aufgrund der hohen Datenrate undder begrenzten Ressourcen der digitalen Signalverarbeitungseinheitnicht möglichist. In diesem Fall muß aufeine Nachverarbeitung zurückgegriffenwerden.atthe realization of measuring devices for message signalsfor differentTelecommunication standards, in particular for mobile communications systemsthe problem that partiallyan evaluation must be done in real time, in other applicationsbut an evaluation in real time due to the high data rate andthe limited resources of the digital signal processing unitnot possibleis. In this case must be ona post-processing resorted tobecome.
    [0003] Ausder EP 0 629 044 B1 isteine Signalverarbeitungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1bekannt. Bei der dortigen Anwendung handelt es sich um eine Bildverarbeitungfür Digitalkameras.Die Bildaufnahme erfolgt übereinen schnellen Analog/Digital-Umsetzerund die dabei erzeugten Bilddaten werden in einem Zwischenspeicherabgelegt. Füreine Zoom-Funktion ist es notwendig, Interpolationen zwischen den einzelnenBildpunkten zur Erzeugung von Zwischen-Bildpunkten vorzunehmen.Diese Interpolation erfolgt nicht in Echtzeit, sondern mit einerdurch den Interpolator vorgegebenen Verarbeitungsgeschwindigkeit,so daß dieTaktrate, mit welcher die Daten aus dem Zwischenspeicher ausgelesenwerden, kleiner ist, als die Taktrate, mit welcher die Bilddatenin den Zwischenspeicher eingeschrieben werden. Die interpoliertenDaten werden in einem Ausgangsspeicher zur Verfügung gestellt.From the EP 0 629 044 B1 a signal processing device according to the preamble of claim 1 is known. The application there is an image processing for digital cameras. The image acquisition takes place via a fast analog / digital converter and the image data generated thereby are stored in a buffer. For a zoom function, it is necessary to make interpolations between the individual pixels for generating intermediate pixels. This interpolation does not take place in real time, but with a processing speed specified by the interpolator, so that the clock rate with which the data is read from the buffer is smaller than the clock rate with which the image data are written into the buffer. The interpolated data is provided in an output memory.
    [0004] Nachteiligbei der aus der EP0 629 044 B1 bekannten Signalverarbeitungseinrichtung istjedoch, daß dieDaten stets in dem Zwischenspeicher zwischengespeichert werden müssen, auchdann, wenn keine Interpolation vorgenommen werden muß bzw. auchdann, wenn nur eine grobe Interpolation für wenige Zwischen-Bildpunktevorgenommen werden muß,so daß dieVerarbeitung auch in Echtzeit erfolgen kann. Aufgrund des stetszwischen dem Analog/Digital-Umsetzer und der dorthin interpolierendenSignalverarbeitungseinheit zwischengeschalteten Zwischenspeicherswird die Gesamtverarbeitungszeit für die Verarbeitungsvorgänge, diein Echtzeit erfolgen können,unnötigerhöht.The disadvantage of the EP 0 629 044 B1 However, known signal processing device is that the data must always be cached in the buffer, even if no interpolation must be made or even if only a rough interpolation for a few intermediate pixels must be made so that the processing in Real time can be done. Due to the buffer always interposed between the analog-to-digital converter and the interpolating signal processing unit there, the total processing time for the processing operations, which can be done in real time, is unnecessarily increased.
    [0005] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalverarbeitungseinrichtungnach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Gesamtverarbeitungszeitverringert wird und die Effektivität der Signalverarbeitung gesteigertwird.Of theInvention is based on the object, a signal processing devicefurther develop according to the preamble of claim 1 such that the total processing timeis reduced and the effectiveness of signal processing increasedbecomes.
    [0006] DieAufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.TheThe object is solved by the features of claim 1.
    [0007] Erfindungsgemäß ist eineUmschalteinrichtung vorhanden, mittels welcher die Signalverarbeitungseinheitso schaltbar ist, daß dieSignalverarbeitungseinheit wahlweise entweder dem Zwischenspeichernachgeschaltet wird, wenn dies zur Durchführung einer Nachverarbeitungerforderlich ist, oder aber unter Umgehung des Zwischenspeichersdem Analog/Digital-Umsetzer nachgeschaltet wird. In den Fällen, inwelchen die Verarbeitung in Echtzeit erfolgen kann, wird eine unnötige Zwischenspeicherungim Zwischenspeicher somit vermieden.According to the invention is aSwitching device present, by means of which the signal processing unitso switchable is that theSignal processing unit either either the bufferis followed, if necessary to carry out a post-processingis required, or bypassing the cacheis followed by the analog / digital converter. In cases, inwhich processing can be done in real time will result in unnecessary cachingthus avoided in the cache.
    [0008] DieUnteransprüchebetreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.Theunder claimsrelate to advantageous developments of the invention.
    [0009] Esist vorteilhaft, der Signalverarbeitungseinheit einen Resamplervorzuschalten, welcher die Abtastrate des Analog/Digital-Umsetzersauf eine gewünschteAbtastrate der Signalverarbeitungseinheit umsetzt. Bei der Nachverarbeitungkann dabei die Performance der Signalverarbeitung durch entsprechendeEinstellung der Eingangstaktrate der Signalverarbeitungseinheitvon dem Resampler adaptiert werden. In der Regel ist die Nachverarbeitungszeitgegenüberder restlichen Verarbeitungszeit vernachlässigbar. Durch eine Nachverarbeitungmit entsprechend adaptierter Abtastrate kann eine hohe Performance,z.B. steilflankige Filter durch Verdoppelung der Taktzahl und derdamit verbundenen Verdoppelung der Tapzahl, erreicht werden, ohnedaß dieGesamtverarbeitungszeit merklich erhöht wird.Itis advantageous, the signal processing unit a resamplerpreceded by the sampling rate of the analog / digital converterto a desiredSample rate of the signal processing unit converts. In the post-processingcan the performance of the signal processing by appropriateSetting the input clock rate of the signal processing unitbe adapted by the resampler. In general, the post-processing time isacross fromthe remaining processing time negligible. By a post-processingwith appropriately adapted sampling rate, a high performance,e.g. steep-edged filters by doubling the number of cycles and theassociated doubling the tap count, can be achieved withoutthat theTotal processing time is increased significantly.
    [0010] Besondersvorteilhaft ist es, bei der Nachverarbeitung durch die Methode des „Zero-Stuffing" (Einfügen vonNull-Werten in dieAbtastfolge) das nutzbare Nyquistband zu vergrößern.Especiallyit is advantageous in the post-processing by the method of "zero-stuffing" (insertion ofZero values in theScan sequence) to increase the usable Nyquist band.
    [0011] Weiterhinist es vorteilhaft, fürdie Datenbus-Verbindung zwischen dem Analog/Digital-Umsetzer und demZwischenspeicher einen Packer zu verwenden, der die Wortbreite derDatenworte des digitalen Eingangssignals erhöht.Fartherit is beneficial forthe data bus connection between the analog to digital converter and theCache to use a packer that matches the word width of theData words of the digital input signal increased.
    [0012] Nachfolgendwird ein Ausführungsbeispielder erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung unterBezugnahme auf die Zeichnung näherbeschrieben. In der Zeichnung zeigen:followingbecomes an embodimentthe signal processing device according to the invention underReference to the drawing closerdescribed. In the drawing show:
    [0013] 1 einBlockschaltbild eines Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtungbeim Normal-Betrieb; 1 a block diagram of an embodiment of the signal processing device according to the invention in normal operation;
    [0014] 2 dasSpektrum nach dem Analog/Digital-Umsetzer im Vergleich zu der Durchlaß-Bandbreitedes Eingangs-Tiefpassesdes Resamplers; 2 the spectrum after the analog to digital converter compared to the pass bandwidth of the input low pass of the resampler;
    [0015] 3 dasin 1 dargestellte Blockschaltbild in einem erstenZustand beim Nachverarbeitungs-Betrieb; 3 this in 1 illustrated block diagram in a first state in the post-processing operation;
    [0016] 4 dasin 1 dargestellte Blockschaltbild in einem zweitenZustand beim Nachverarbeitungs-Betrieb; 4 this in 1 illustrated block diagram in a second state in the post-processing operation;
    [0017] 5 Spektrenan unterschiedlichen Stellen des Blockschaltbilds nach 1 ohne „Zero-Stuffing"; 5 Spectra at different points in the block diagram 1 without "zero stuffing";
    [0018] 6 Spektrenan unterschiedlichen Stellen des Blockschaltbilds nach 1 mit „Zero-Stuffing"; 6 Spectra at different points in the block diagram 1 with zero-stuffing;
    [0019] In 1 istdas Gesamtblockschaltbild der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung 1 gezeigt.Mit dieser Anordnung ist sowohl eine Echtzeitverarbeitung (Normalbetrieb)als auch eine Nachverarbeitung möglich.Generell sind in den Figuren die aktiven Signalpfade durch dickeLinien gekennzeichnet. In 1 sind dieaktiven Signalpfade bei Normalbetrieb gezeigt. Am Eingang 2 wirddas analoge Eingangssignal SAE vom A/D-Umsetzer 3 mitder Abtastrate fADC abgetastet. Das analogeEingangssignal SAE liegt entweder im Basisbandoder in Zwischenfrequenz(ZF)-Lage vor. Bei Basisband-Signalen sindzwei A/D-Umsetzer (Realteil I und Imaginärteil Q) notwendig, zwecks Übersichtlichkeitwurde in 1 jedoch nur ein A/D-Umsetzer 3 eingezeichnet.In 1 is the overall block diagram of the signal processing device according to the invention 1 shown. With this arrangement, both real-time processing (normal operation) and post-processing are possible. In general, in the figures, the active signal paths are indicated by thick lines. In 1 the active signal paths are shown in normal operation. At the entrance 2 becomes the analog input signal S AE from the A / D converter 3 sampled at the sampling rate f ADC . The analog input signal S AE is present either in the baseband or in the intermediate frequency (IF) position. For baseband signals two A / D converters (real part I and imaginary part Q) are necessary, for clarity in 1 but only an A / D converter 3 located.
    [0020] Beiden nachfolgenden Erläuterungenwerden nur Basisband-Signalebetrachtet. Die nachfolgenden Betrachtungen gelten gleichermaßen für die ZF-Verarbeitung.Am Eingang des Resamplers 8 muss dann lediglich ein Mischer(NCO) zur Verschiebung ins Basisband vorgesehen werden.In the following explanations, only baseband signals are considered. The following considerations apply equally to ZF processing. At the entrance of the resampler 8th then only a mixer (NCO) must be provided for the shift to the baseband.
    [0021] Dieabgetastete Folge des digitalen Eingangssignals SDE besitztdie Wortbreite w und wird zuerst zur Signalverarbeitungsstufe 4,die aus einem Multiplexer 5 und einem Packer 6 besteht,geführt.Vor der eigentlichen Signalverarbeitung muss die Taktrate auf diesystemspezifische Taktrate der Signalverarbeitungseinheit gewandeltwerden. Bei einer Datenübertragungwird in der Regel ein ganzzahliges Vielfaches der Symbolrate gewählt. DieseAufgabe übernimmtder Resampler 8. Die Signalverarbeitungsstufe 7 bestehtaus einem Multiplexer 9, dem Resampler 8 und derSignalverarbeitungseinheit 10.The sampled sequence of the digital input signal S DE has the word width w and first becomes the signal processing stage 4 coming from a multiplexer 5 and a packer 6 exists, guided. Before the actual signal processing, the clock rate must be converted to the system-specific clock rate of the signal processing unit. In a data transmission, an integer multiple of the symbol rate is usually selected. This task is done by the resampler 8th , The signal processing stage 7 consists of a multiplexer 9 , the resampler 8th and the signal processing unit 10 ,
    [0022] ImNormalbetrieb ist die Eingangstaktrate fRes desResamplers 8 gemäß fRes = fADC gleichder Abtastrate des A/D-Umsetzers 3. Im Resampler 8 wirdvor der eigentlichen Abtastratenumsetzung eine Tiefpaß-Filterungin dem Eingangstiefpaß 22 durchgeführt. Diesist notwendig, weil sonst Aliasing-Effekte auftreten würden. In 1 istder Frequenzgang des Eingangs-Tiefpasses 22 schematischgezeigt. Der Durchlaßbereicherstreckt sich im Beispiel über |f/fRes| ≤ 0.2 (1)und der Übergangsbereicherstreckt sich über 0.2 ≤ |f/fRes| ≤ 0.3. In normal operation, the input clock rate is f res of the resampler 8th according to f Res = f ADC equal to the sampling rate of the A / D converter 3 , In the resampler 8th before the actual sample rate conversion, a low-pass filtering in the input low-pass filter 22 carried out. This is necessary because otherwise aliasing effects would occur. In 1 is the frequency response of the input low-pass filter 22 shown schematically. The passband extends over in the example | F / f Res | ≤ 0.2 (1) and the transition area extends over 0.2 ≤ | f / f Res | ≤ 0.3.
    [0023] Durchden Einsatz des Tiefpaß-Filters 22 darfauch ein nicht-bandbegrenztes Signal auf den Resampler 8 gegebenwerden. Das Nutzspektrum des Eingangssignals muss lediglich im Durchlaßbereichvom Eingangs-Tiefpaß 22 liegen.By using the low-pass filter 22 may also have a non-bandlimited signal on the resampler 8th are given. The useful spectrum of the input signal only has to pass in the passband from the input low-pass filter 22 lie.
    [0024] Inder Signalverarbeitungseinheit 10 wird im Ausführungsbeispieldie Demodulation des Empfangssignals durchgeführt. Dort werden Signalverarbeitungensblöcke wiez.B. der NCO (Numerical Controlled Oscillator), Dezimations-Filteroder signalangepaßteFIR (Finit Impulse Response)-Filter verwendet. Die berechnete Ausgangsfolgewird im Anschluß andie Signalverarbeitung in den Ausgangsspeicher 17 (RAM2) geschrieben, dem das Signal überMultiplexer 12 und 13 zugeführt wird, die in der Signalverarbeitungsstufe 14 angeordnet sind.Sobald die gewünschteBeobachtungslängeim Ausgangsspeicher 17 vorliegt, wird die Signalverarbeitungangehalten und der Ausgangsspeicher 17 (RAM 2) vom Host-Rechner 23 ausgelesen.Danach wird die Echtzeit-Signalverarbeitung wieder gestartet undder beschriebene Prozeß wiederholtsich.In the signal processing unit 10 In the embodiment, the demodulation of the received signal is performed. There are signal processing blocks such as the NCO (Numerical Controlled Oscillator), decimation filter or signal-matched FIR (Finite Impulse Response) filter used. The calculated output sequence is sent to the output memory following signal processing 17 (RAM 2) written to the signal via multiplexer 12 and 13 is fed in the signal processing stage 14 are arranged. Once the desired observation length in the output memory 17 is present, the signal processing is stopped and the output memory 17 (RAM 2) from the host machine 23 read. Thereafter, the real-time signal processing is restarted and the process described is repeated.
    [0025] ImNormalbetrieb ist die nutzbare Bandbreite durch die maximale Eingangs-TaktratemaxfRes der Signalverarbeitung eingeschränkt. ZurVeranschaulichung ist in 2 die maximal nutzbare Bandbreiteim Normalbetrieb skizziert. Im oberen Bild in 2 wirddas Spektrum nach dem A/D-Umsetzer 3 (sieheStelle 1 in 1) gezeigt. Zwecks einfacherDarstellung wurde ein dreiecksförmigesSpektrum gewählt.Aus dem Vergleich mit dem Frequenzgang des Eingangs-Tiefpasses 22 desResamplers 8 im unteren Bild erkennt man, dass das EingangssignalSDE die verfügbare Bandbreite voll ausnutzt.Bei einer maximalen Eingangstaktrate von z.B. max fRes =100 MHz ergibt sich somit eine maximal nutzbare zweiseitige Bandbreitevon max BW = 40 MHz, d.h. 40 % vom Nyquistbandes wird genutzt.In normal operation, the usable bandwidth is limited by the maximum input clock rate maxf Res of the signal processing. By way of illustration is in 2 outlined the maximum usable bandwidth in normal operation. In the picture above in 2 the spectrum becomes the A / D converter 3 (see point 1 in 1 ). For ease of illustration, a triangular spectrum was chosen. From the comparison with the frequency response of the input low-pass filter 22 of the resampler 8th In the picture below you can see that the input signal S DE fully utilizes the available bandwidth. At a maximum input clock rate of, for example, max f Res = 100 MHz, this results in a maximum usable two-sided bandwidth of max BW = 40 MHz, ie 40% of the Nyquist band is used.
    [0026] Allgemeinergibt sich die maximal nutzbare zweiseitige Bandbreite zu max BW = 2·0.2·max fRes. (2) In general, the maximum usable two-sided bandwidth results max BW = 2 · 0.2 · max f Res , (2)
    [0027] DerErfindung liegt das technische Problem zugrunde, die nutzbare Bandbreitebei vorgegebener Hardware zu erhöhen.Die nutzbare Bandbreite kann um ein Vielfaches mit dem der vorliegendenAnmeldung zugrunde gelegten Konzept der Nachverarbeitung erhöht werden.Hierbei wird die leistungsfähigeSignalverarbeitungs-Hardware in der Nachverarbeitung genutzt. DieRechenzeit steigt zwar gegenüberder Echtzeit-Verarbeitung an. Allerdings ist die benötigte Nachverarbeitungs-Rechenzeitin der Regel wesentlich kürzer alsder Zeitbedarf der restlichen Prozesse im Host-Rechner 23,d.h. aus Sicht des Host-Rechners 23 handelt essich um eine Quasi-Echtzeit-Verarbeitung.The invention is based on the technical problem of increasing the usable bandwidth for a given hardware. The usable bandwidth can be increased many times over with the concept of postprocessing on which the present application is based. Here, the powerful signal processing hardware is used in the post-processing. The computing time increases compared to real-time processing. However, the required post-processing time is generally much shorter than the time required for the remaining processes in the host computer 23 ie from the perspective of the host computer 23 it is a quasi-real-time processing.
    [0028] Nachfolgendwird auf die einzelnen Schritte des Verfahrens eingegangen. Zuerstwird die Abtastfolge in den Zwischenspeicher 11 (RAM 1)geschrieben. In 3 sind die aktiven Signalpfadebeim Schreiben in den Zwischenspeicher 11 (RAM 1) gezeigt.Die Abtastrate fADC des A/D-Umsetzers 3 musshinreichend groß gewählt werden,um die gewünschteNutzbandbreite zu erreichen. In der Regel ist die Abtastrate fADC größer alsdie maximale Resampler-Eingangstaktrate maxfRes.In der Regel könnendie Abtastwörternicht mit der hohen A/D-Abtastrate über den Datenbus 15 übertragenwerden, weil die zulässigeRate überschrittenwird. Deshalb werden die Abtastwörtermit der Wortbreite w auf den Packer 6 gegeben. Dort werdenz. B. vier aufeinanderfolgende Worte zu einem Wort der Wortbreite4w gepackt und anschließendmit der um den Faktor vier niedrigeren Wortrate fADC/4 über denDatenbus 15 in den Zwischenspeicher 11 (RAM 1)geschrieben. Nach der gewünschtenBeobachtungsdauer wird der Schreibprozeß in den Zwischenspeicher 11 abgebrochen.The following section describes the individual steps of the procedure. First, the scan sequence is put into the cache 11 (RAM 1) written. In 3 are the active signal paths when writing to the buffer 11 (RAM 1) shown. The sampling rate f ADC of the A / D converter 3 must be chosen sufficiently large to achieve the desired useful bandwidth. As a rule, the sampling rate f ADC is greater than the maximum resampler input clock rate maxf Res . In general, the sample words can not handle the high A / D sample rate over the data bus 15 be transmitted because the allowable rate is exceeded. Therefore, the sample words having the word width w become the packer 6 given. There are z. For example, four consecutive words are packed into one word of the word width 4w, and then with the four times lower word rate f ADC / 4 over the data bus 15 in the cache 11 (RAM 1) written. After the desired observation period, the writing process is put into the buffer 11 canceled.
    [0029] Diedarauffolgende Nachverarbeitung wird in 4 gezeigt.Zuerst werden die gepackten Abtastwerte im Entpacker 16 wiederin die einzelnen Abtastwerte mit der Wortbreite w entpackt. Dieentpackten Abtastwerte werden danach mit der vorgebbaren EingangstaktratefRes vom Resampler 8 über denMultiplexer 9 eingelesen. Nach Durchlaufen der Signalverarbeitungseinheit 10 wirddie Ergebnisfolge in den Ausgangsspeicher 17 (RAM 2) geschrieben.Im Anschluß wirddie Ergebnisfolge vom Host-Rechner 23 ausdem Ausgangsspeicher 17 (RAM 2) ausgelesen.The subsequent postprocessing will be in 4 shown. First, the packed samples are in the unpacker 16 again unpacked into the individual samples with the word width w. The unpacked samples are then read at the presettable input clock rate f res from the resampler 8th over the multiplexer 9 read. After passing through the signal processing unit 10 is the result sequence in the output memory 17 (RAM 2) written. Following is the result sequence from the host computer 23 from the output memory 17 (RAM 2) read out.
    [0030] EineBesonderheit der Nachverarbeitung ist die Möglichkeit, dass ein Austauschzwischen Performance und Rechenzeit vorgenommen werden kann. DasVerfahren soll anhand dem Beispiel eines FIR-Filters als Signalverarbeitungseinheit 10 erläutert werden: – Inder Signalverarbeitung werde ein FIR-Filter mit der Ausgangs-TaktratefFIRout verwendet. – DieGesamt-Dezimation Down zwischen Resampler-Eingang 18 undFIR-Ausgang 19 betrage
    [0031] DurchEinsetzen von Gleichung (4) in Gleichung (3) ergibt sich für die Eingangs-Taktratedes Resamplers 8 die Anforderung
    [0032] DieInterpretation von Gleichung (5) ist wie folgt: Möchte manbei der Nachverarbeitung die Tapzahl nofTaps verdoppeln,muss die Eingangs-Taktrate des Resamplers 8 halbiert werden.Weiterhin erkennt man, dass die Eingangs-Taktrate des Resamplers 8 verdoppeltwerden darf, wenn der Downsampling-Faktor Down verdoppelt wird.The interpretation of equation (5) is as follows: If you want to double the tap number of taps during postprocessing, the input clock rate of the resampler must be 8th be halved. Furthermore, one recognizes that the input clock rate of the resampler 8th may be doubled if the downsampling factor Down is doubled.
    [0033] Anhanddes Beispiels wurde gezeigt, dass in der Nachverarbeitung die Performanceder Signalverarbeitung durch entsprechende Einstellung der EingangstaktratefRes des Resamplers 8 adaptiertwerden kann. In der Regel ist die Nachverarbeitungszeit gegenüber derrestlichen Verarbeitungszeit vernachlässigbar. Damit kann durch dasNachverarbeitungs-Konzept eine hohe Performance, z.B. steilflankigeFilter durch Verdopplung der Tapzahl, erreicht werden, ohne dieGesamt-Rechenzeit merklich zu erhöhen. Bei der Online-Implementierunghingegen würdebeispielsweise eine Verdopplung der Tapzahl nur durch eine Verdopplungder Multiplizierer-Anzahl erreicht werden, was zu einem erhöhten Ressourcenbedarf,sofern überhauptverfügbar, undeinem erhöhtenSpitzenleistungsverbrauch des Chips führen würde.Using the example, it was shown that in post-processing the signal processing performance is adjusted by setting the input clock rate f Res of the resampler accordingly 8th can be adapted. In general, the post-processing time compared to the remaining processing time is negligible. This can be achieved by the post-processing concept, a high performance, eg steep-edged filter by doubling the tap count, without significantly increase the overall computing time. By contrast, in the online implementation, for example, doubling the tap count would only be achieved by doubling the multiplier count, which would result in increased resource consumption, if any, and increased chip peak power consumption.
    [0034] In 5 istentsprechend zur Online-Verarbeitung in 2 die maximalnutzbere Bandbreite fürdie Nachverarbeitung gezeigt. Im oberen Bild ist das Spektrum nachdem A/D-Umsetzer 3 (sieheStelle 1 in 4) und im mittleren Bild dasSpektrum nach dem Auslesen aus dem Zwischenspeicher 11 (RAM1) (siehe Stelle 2 in 4) gezeigt. Der einzige Unterschiedzwischen diesen beiden Spektren sind die unterschiedlichen TaktratenfADC bzw. fRes.Damit ergibt sich entsprechend zu Gleichung (2) die maximal nutzbareBandbreite von maxBW = 2·0.2·max fADC, (6)d.h.die nutzbare Bandbreite hängtnicht mehr von der maximalen Eingangs-Taktrate des Resamplers 8,sondern von der in der Regel wesentlich größeren maximalen Abtastratevom A/D-Umsetzer 3 ab. Bei einer maximalen Abtastrate vonbeispielsweise max fADC = 300MHz ergibtsich somit eine maximal nutzbare zweiseitige Bandbreite von maxBW = 120 MHz, d.h. die Bandbreite wurde im Beispiel gegenüber derOnline-Verarbeitung um den Faktor 3 erhöht.In 5 is according to online processing in 2 the maximum usable bandwidth for post processing shown. In the picture above, the spectrum is after the A / D converter 3 (see point 1 in 4 ) and in the middle picture the spectrum after reading from the cache 11 (RAM 1) (see point 2 in 4 ). The only difference between these two spectra is the different clock rates f ADC and f Res . This results in accordance with equation (2) the maximum usable bandwidth of max BW = 2 · 0.2 · max f ADC , (6) ie the usable bandwidth no longer depends on the maximum input clock rate of the resampler 8th but from the usually much larger maximum sampling rate of the A / D converter 3 from. At a maximum sampling rate of, for example, max f ADC = 300 MHz, this results in a maximum usable two-sided bandwidth of max BW = 120 MHz, ie the bandwidth has been increased by a factor of 3 in the example compared to online processing.
    [0035] Nachfolgendwird gezeigt, dass bei der Nachverarbeitung durch die Maßnahme dessog. „Zero-Stuffing" das nutzbare Nyquistbandvergrößert wird.Im nachfolgenden Beispiel wird um den Upsampling-Faktor up = 2 upgesampelt,d. h. die Taktrate wird nach dem Entpacken durch Einfügen vonNullen verdoppelt (siehe Stelle 3 in 4). DasEinfügenvon Nullen wird auch als „Zero-Stuffing" bezeichnet und wirddurch den Multiplexer 21 im oberen Signalzweig nach demEntpacker 16 aktiviert, indem durch den Multiplexer 21 aufden Up-Sampler 20 geschaltet wird, der die Null-Werte einfügt.It will be shown below that the usable Nyquist band is increased during the postprocessing by the measure of the so-called "Zero-Stuffing." In the following example, the upsampling factor up = 2 is upsampled, ie the clock rate becomes after unpacking by inserting zeros doubled (see point 3 in 4 ). The insertion of zeroes is also called "zero-stuffing" and is done by the multiplexer 21 in the upper signal branch after the unpacker 16 activated by the multiplexer 21 on the up sampler 20 that inserts the null values.
    [0036] In 6 sinddie einzelnen Spektren gezeigt. Im oberen Bild ist das Spektrumdes Eingangssignals gezeigt. Man erkennt, dass die Bandbreite umden Faktor 2 auf 80 % der Nyquistbandbreite erhöht wurde (vgl. mit 5).In den darunterliegenden Bilder wird gezeigt, dass dieses um denFaktor 2 breitere Spektrum unverzerrt verarbeitet wird. Im zweitenBild von oben wird das Spektrum vor (Stelle 2 in 4)und im Bild darunter das Spektrum nach (Stelle 3 in 4)dem Zero-Stuffing gezeigt. Durch das Zero-Stuffing wurde lediglich die Abtastrateauf die Taktrate fRes verdoppelt. Beim Zero-Stuffingwird keine Filterung durchgeführt,d. h. das Spektrum wird nicht verändert. Damit erscheint daserste Wiederholspektrum nach dem Zero-Stuffing bei der halben Ausgangstaktrate.In 6 the individual spectra are shown. The upper picture shows the spectrum of the input signal. It can be seen that the bandwidth has been increased by a factor of 2 to 80% of the Nyquist bandwidth (cf. 5 ). The pictures below show that this spectrum, which is wider by a factor of 2, is processed undistorted. In the second picture from above, the spectrum is in front of (position 2 in 4 ) and in the picture below the spectrum according to (position 3 in 4 ) shown to zero stuffing. Zero stuffing only doubled the sample rate to the clock rate f Res . During zero stuffing, no filtering is performed, ie the spectrum is not changed. Thus, the first repeating spectrum after zero stuffing appears at half the output clock rate.
    [0037] DerVergleich mit dem Eingangs-Tiefpaß 22 des Resamplers8 im untersten Bild zeigt, dass das erste Wiederholspektrum vollständig durchden Tiefpaß 22 unterdrückt wird.Selbst wenn Spektralanteile im Transitionbereich liegen würden, stört das inder Regel auch nicht, weil dieser Bereich durch das signalangepaßte Filterin der nachfolgenden Signalverarbeitungseinheit 10 unterdrückt wird.The comparison with the input low-pass filter 22 of the resampler 8 in the bottom picture shows that the first repetition spectrum is completely through the low-pass filter 22 is suppressed. Even if spectral components would be in the transition region, this does not usually interfere because this region is affected by the matched filter in the subsequent signal processing unit 10 is suppressed.
    [0038] Damitergibt sich gegenüberGleichung (6) nochmals eine Steigerung der Bandbreite um den Faktor zweiauf max BW = 2·0.4·max fADC, (7)d.h. bei der Nachverarbeitung mit Zero-Stuffing wird 80 % vom Nyquistbandgenutzt. Bei einer maximalen Abtastrate von beispielsweise max fADC = 300 MHz ergibt sich somit eine maximalnutzbare zweiseitige Bandbreite von max BW = 240 MHz , d . h . dieBandbreite wurde gegenüberder Online-Verarbeitung um den Faktor 6 erhöht.This results in comparison with equation (6) again an increase in bandwidth by a factor of two max BW = 2 · 0.4 · max f ADC , (7) ie with post-processing with zero-stuffing, 80% of the Nyquist band is used. At a maximum sampling rate of, for example, max f ADC = 300 MHz, this results in a maximum usable two-sided bandwidth of max BW = 240 MHz, ie. H . the bandwidth has been increased by a factor of 6 compared to online processing.
    [0039] Durchdie Erhöhungdes Upsampling-Faktors auf up = 3 würde das gesamte Nyquistbandvom Eingangssignal im Durchlaßbereichdes Tiefpaß-Filters 22 liegen.Zwar liegt dann auch ein Teil vom ersten Wiederholspektrum im Durchlaßbereich.Dieses Wiederholspektrum muss durch das signalangepaßte Filternach dem Resampler 8 in der nachfolgenden Signalverarbeitungseinheit 10 unterdrückt werden.Increasing the upsampling factor to up = 3 would remove the entire Nyquist band from the input signal in the passband of the lowpass filter 22 lie. Although then there is also a part of the first repetition spectrum in the passband. This repeating spectrum must pass through the matched filter after the resampler 8th in the subsequent signal processing unit 10 be suppressed.
    [0040] Zusammenfassendist Folgendes festzuhalten: Bei der Nachverarbeitung kann trotzdes bandbegrenzenden Resamplers 8 die gesamte 100 % Nyquistbandbreitedes Eingangssignals analysiert werden. Natürlich gilt das nur asymptotisch,weil bei 100 % Nyquistbandbreite ein unendlich steilflankiges signalangepaßtes Filterbenötigtwird. Dies wird durch das Zero-Stuffing-Verfahren erreicht.In summary, the following should be noted: In postprocessing, despite the band-limiting resampler 8th the entire 100% Nyquist bandwidth of the input signal is analyzed. Of course, this is only asymptotic, because at 100% Nyquistbandbreite an infinitely steep-flanked matched filter is needed. This is achieved by the zero-stuffing method.
    [0041] DieErfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. ZumBeispiel könnenin der Signalverarbeitungseinheit 10 auch IIR-Filter oderandere digitale Signalverarbeitungselemente zum Einsatz kommen.SämtlicheElemente des beschriebenen Ausführungsbeispielssind beliebig miteinander kombinierbar.The invention is not limited to the illustrated embodiment. For example, in the signal processing unit 10 also IIR filters or other digital signal processing elements are used. All elements of the described embodiment can be combined with each other as desired.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1]
    Signalverarbeitungseinrichtung (1) mit einemAnalog/Digital-Umsetzer (3) zur Erzeugung eines digitalenEingangssignals (SDE) aus einem analogen Eingangssignal(SAE), einem Zwischenspeicher (11)zur Zwischenspeicherung des digitalen Eingangssignals und einerdigitalen Signalverarbeitungseinheit (10) zur digitalenVerarbeitung des digitalen digitalen Eingangssignals (SDE)und zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignal (SDA), dadurchgekennzeichnet, daß dieSignalverarbeitungseinheit (10) mittels einer Umschalteinrichtung(5, 9, 12, 13) so schaltbarist, daß dieSignalverarbeitungseinheit (10) wahlweise dem Zwischenspeicher(11) oder unter Umgehung des Zwischenspeichers (11)dem Analog/Digital-Umsetzer (3) nachgeschaltet ist.Signal processing device ( 1 ) with an analog / digital converter ( 3 ) for generating a digital input signal (S DE ) from an analog input signal (S AE ), a buffer ( 11 ) for temporarily storing the digital input signal and a digital signal processing unit ( 10 ) for digital processing of the digital digital input signal (S DE ) and for generating a digital output signal (S DA ), characterized in that the signal processing unit ( 10 ) by means of a switching device ( 5 . 9 . 12 . 13 ) is switchable so that the signal processing unit ( 10 ) optionally to the buffer ( 11 ) or bypassing the cache ( 11 ) the analog / digital converter ( 3 ) is connected downstream.
    [2]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß derSignalverarbeitungseinheit (10) ein Resampler (8)vorgeschaltet ist, welcher die Abtastrate fADC desAnalog/Digital-Umsetzers (3) auf eine niedrigere AbtastratefRes der Signalverarbeitungseinheit (10)umsetzt.Signal processing device according to claim 1, characterized in that the signal processing unit ( 10 ) a resampler ( 8th ), which determines the sampling rate f ADC of the analog / digital converter ( 3 ) to a lower sampling rate f res of the signal processing unit ( 10 ).
    [3]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß derResampler (8) einen Eingangstiefpaß (22) hat, desseneinseitige Durchlaßbandbreite0,2 – 0,3der Abtastrate fRes der Signalverarbeitungseinheit(10) beträgt.Signal processing device according to claim 2, characterized in that the resampler ( 8th ) an entrance low pass ( 22 ), whose one-sided passband width 0.2 - 0.3 of the sampling rate f Res of the signal processing unit ( 10 ) is.
    [4]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischendem Zwischenspeicher (11) und der Signalverarbeitungseinheit(10) ein Up-Sampler (20) angeordnet ist, der zwischenbenachbarten Abtastwerten jeweils eine vorgegebene Anzahl von Null-Werteneinfügt.Signal processing device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the intermediate memory ( 11 ) and the signal processing unit ( 10 ) an up sampler ( 20 ), which inserts a predetermined number of zero values between adjacent samples, respectively.
    [5]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, daß eineUmschalteinrichtung (21) vorgesehen ist, mit welcher derUp-Sampler (20) überbrückbar ist.Signal processing device according to claim 4, characterized in that a switching device ( 21 ), with which the Up-Sampler ( 20 ) is bridgeable.
    [6]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß das digitaleEingangssignal (SDE) zwischen dem Analog/Digital-Umsetzer(3) und dem Zwischenspeicher (11) auf einem Datenbus(15) mit einer vergrößerten Wortbreiteund reduzierter Übertragungsrate übertragenwird.Signal processing device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the digital input signal (S DE ) is connected between the analog / digital converter ( 3 ) and the cache ( 11 ) on a data bus ( 15 ) is transmitted with an increased word width and reduced transmission rate.
    [7]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, daß zwischendem Analog/Digital-Umsetzer (3) und dem Zwischenspeicher(11) ein Packer (6) angeordnet ist, der die Wortbreiteder Datenworte des digitalen Eingangssignals (SDE)erhöht.Signal processing device according to claim 6, characterized in that between the analog / digital converter ( 3 ) and the cache ( 11 ) a packer ( 6 ) is arranged, which increases the word width of the data words of the digital input signal (S DE ).
    [8]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurchgekennzeichnet, daß amAusgang des Zwischenspeichers (11) ein Entpacker (16)angeordnet ist, der die Wortbreite verringert und die ursprüngliche Wortbreiteder Datenworte des digitalen Eingangssignals (SDE)wieder herstellt.Signal processing device according to claim 7, characterized in that at the output of the intermediate memory ( 11 ) an unpacker ( 16 ) which reduces the word width and restores the original word width of the data words of the digital input signal (S DE ).
    [9]
    Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, daß das digitaleAusgangssignal (SDA) der Signalverarbeitungseinrichtung(1) einem Host-Rechner (23), mit dem die Signalverarbeitungseinrichtung(1) zusammenarbeitet, übereinen Ausgangsspeicher (17) übergeben wird.Signal processing device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the digital output signal (S DA ) of the signal processing device ( 1 ) a host computer ( 23 ), with which the signal processing device ( 1 ) via an output memory ( 17 ).
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    法律状态:
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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