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Dokumentenidentifikation DE10009767B4 06.07.2006
Titel Interpolations-Filterschaltung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Gazsi, Lajos, 40239 Düsseldorf, DE;
Stolle, Reinhard, 85375 Neufahrn, DE
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Anmeldedatum 01.03.2000
DE-Aktenzeichen 10009767
Offenlegungstag 04.10.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.07.2006
IPC-Hauptklasse H03H 17/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04L 5/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Interpolations-Filterschaltung für eine digitale Kommunikationsvorrichtung, insbesondere einen DSL-Transceiver.

Ein DSL-Transceiver ist eine Sende-/Empfangseinrichtung für ein digitales Kommunikationsnetzwerk zur Übertragung von Daten und Sprache. Beim DSL-Verfahren (DSL: Digital Subscriber Line) werden die analogen verdrillten Zweidrahtleitungen im Anschlußbereich analoger Netze ausgenutzt. Dabei bilden die verdrillten Zweidrahtleitungen eine analoge Übertragungsstrecke zur Datenübertragung.

In Hogenauer, E. B. „An Economical Class of Digital Filters for Decimation and Interpolation" in IEEE Transaction of Acoustics, Speech and Signal Processing, April 1981, Band ASSP-29 Nr. 2, Seiten 155–162 wird ein CIC- (Cascaded Integrator Comb) mit einem n-stufigen Kammfilter, einem Überabtaster und einem n-stufigen Integratorfilter beschrieben.

In Oppnheim, A. V.; Schafer, R. W. „Zeitdiskrete Signalverarbeitung", 3. Auflage, München et al., Oldenbourg Verlag, 1999, Seiten 136 und Seiten 376–377 wird ein FIR-Filter beschrieben.

In Fliege, N. „Multiraten-Signalverarbeitung"-Theorie und Anwendungen", Stuttgart, Teubner Verlag, 1993, Seiten 32–33 wird die Erhöhung der Abtastrate mittels eines Aufwärtstasters beschrieben.

Die DE 3044208 C2 beschreibt einen Interpolator zur Erhöhung der Wortgeschwindigkeit eines digitalen Signals. Ein Interpolator weist eine Schnittstelleneinrichtung und ein rekursives Filter auf.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Kommunikationsvorrichtung, die digitale Signale über eine analoge Übertragungsstrecke zu einer weiteren (nicht gezeigten) Kommunikationsvorrichtung überträgt. Dabei enthält die Kommunikationsvorrichtung eine Datenquelle zur Generierung der zu übertragenden digitalen Daten, die mit einer Symboltakt-Datenrate bzw. Datensymbolfrequenz fsymb an eine Schaltung zur Filterung und Taktratenkonversion abgegeben werden. Anschließend werden die gefilterten Daten durch einen Digital-/Analogwandler zur Abgabe an die analoge Übertragungsstrecke gewandelt. Die an die analoge Übertragungsstrecke abgegebenen Daten müssen einem Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte genügen, der durch den Übertragungsstandard festgelegt wird.

2 zeigt den Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte PSD (PSD: Power Spectral Density), wie er beispielsweise bei dem DSL-Übertragungsverfahren vorgegeben ist. Der Soll-Leistungsdichtenverlauf umfasst im wesentlichen zwei Bereiche, nämlich einen Durchlaß-Frequenzbereich, bei dem die spektrale Leistungsdichte PSD konstant ist, und einen Grenzfrequenz-Bereich, bei dem die spektrale Leistungsdichte mit einer bestimmten Flankensteilheit abfällt. Die 3-Dezibel-Grenzfrequenz beträgt dabei im allgemeinen die halbe Symboltaktfrequenz fsymb/2.

Das von der Datenquelle abgegebene digitale Datensignal wird durch die Schaltung zur Filterung und Taktratenkonversion, wie sie in 1 dargestellt ist, bei der herkömmlichen Kommunikationsvorrichtung derart gefiltert, dass der Verlauf des am Digital-/Analogwandler abgegebenen analogen Ausgangssignals möglichst weitgehend mit dem Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte PSD übereinstimmt. Ferner erfolgt eine Überabtastung des von der Datenquelle abgegebenen Digitalsignals auf die hohe Abtastfrequenz des Digital-/Analogwandlers. Bei dem Digital-/Analogwandler kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Delta-Sigma-Digital-/Analogwandler handeln. Die Überabtastrate OSR (OSR: Over Sampling Rate) ist dabei einprogrammierbar.

3 zeigt die in 1 dargestellte Schaltung zur Filterung und Taktratenkonversion bei der konventionellen Kommunikationsvorrichtung.

Das von der Datenquelle abgegebene digitale Eingangssignal wird zunächst einem Resampling- bzw. Umtastfilter zugeführt. Das Umtastfilter ist entweder ein Halteglied bzw. eine Repeater-Schaltung oder eine sogenannte Nullstopfungs-Schaltung. Durch das am Eingang gelegene Umtastfilter wird die Symboltakt-Datenrate angepaßt. Dem ersten Umtastfilter ist ein FIR-Filter nachgeschaltet (FIR: Finite Impulse Response). FIR-Filter sind nicht-rekursive Filter bzw. Transversalfilter, deren Impulsantwort eine endliche Länge besitzt. Das FIR-Filter dient der Pulsformung und stellt die spektrale Leistungsdichte PSD des durch den Digital-/Analogwandler abgegebenen Analogsignals entsprechend dem in 2 dargestellten Soll-Leistungsdichtenverlauf ein. Dem FIR-Filter ist ein weiteres Umtast- bzw. Resampling-Filter in Reihe nachgeschaltet. Das zweite Umtastfilter führt eine Umtastung auf die Abtastfrequenz des nachgeschalteten Digital-/Analogwandlers durch. Die hohe Abtastfrequenz des nachgeschalteten Digital-/Analogwandlers gewährleistet ein geringes Wandlerrauschen und eine ausreichende Echosignalunterdrückung.

Das zweite Umtastfilter beinhaltet ein Kammfilter zur weiteren Impulsformung. Das Kamm-Impulsformungsfilter stellt die Flankensteilheit im Grenzfrequenz-Bereich des spektralen Leistungsdichtenverlaufs ein und dient der Bandbegrenzung, wobei Spiegelfrequenzbänder unterdrückt werden. Das von dem Umtastfilter abgegebene gefilterte digitale Ausgangssignal wird am Ausgang A an den Digital-/Analogwandler zur Umwandlung in das analoge Ausgangssignal abgegeben.

Die in 3 gezeigte Schaltung zur Filterung und Taktratenkonversion nach dem Stand der Technik, die bei der herkömmlichen Kommunikationsvorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist, eingesetzt wird, hat den Nachteil, dass das FIR-Impulsformungsfilter als Eingangssignal ein digitales Datensignal mit einer vergleichsweise hohen Datenrate erhält. fdat = W × fsymb wobei W typischerweise vier beträgt.

Das FIR-Filter muß daher die Filterung bei einer großen Taktfrequenz durchführen, um den in 2 dargestellten Soll-Leistungsdichtenverlauf des analogen Ausgangssignals zu gewährleisten. Aufgrund der großen Dateneingangsfrequenz muß die Übertragungsfunktion des FIR-Filters eine vergleichsweise hohe Anzahl von Filterkoeffizienten F beinhalten, damit der Soll-Leistungsdichtenverlauf PSD in 2 erreicht werden kann. Die hohe Anzahl von Filterkoeffizienten F entspricht einer hohen Anzahl von Multiplizierern, Addierern sowie Verzögerungsgliedern, aus denen das FIR-Filter aufgebaut ist. Mit zunehmender Anzahl von Filterkoeffizienten des FIR-Filters nimmt der schaltungstechnische Aufwand zu. Dies führt letztendlich zu einem höheren Chipflächenverbrauch des FIR-Filters und somit zu höheren Herstellungskosten. Darüber hinaus nimmt der Leistungsverbrauch des FIR-Filters ebenfalls mit zunehmender Anzahl von Filterkoeffizienten des FIR-Filters zu.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Interpolations-Filterschaltung zur Formung des spektralen Leistungsdichtenverlaufs des analogen Ausgangssignals zu schaffen, bei der die Filterung mit einem minimalen schaltungstechnischen Aufwand erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Interpolations-Filterschaltung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das FIR-Filter eine Summationsschaltung, die das am Eingang des ersten Verzögerungsgliedes anliegende digitale Eingangssignal, das von dem Multiplizierer abgegebene, mit dem Filterkoeffizienten multiplizierte Datensignal und das von dem zweiten Verzögerungsglied abgegebene Datensignal zur Abgabe an das dem FIR-Filter nachgeschaltete Umtastfilter aufsummiert.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der in dem FIR-Filter enthaltene Multiplizierer ebenfalls ein Schieberegister, wobei der Filterkoeffizient auf einen Wert F = –2n einstellbar ist, wobei n durch die Anzahl der Schiebeoperationen in dem Schieberegister bestimmt wird.

Das IIR-Filter ist vorzugsweise ein Filter solcher Ordnung, dass die Flankensteilheit des Umtastfilters in Kombination mit dem IIR-Filter der Flankensteilheit des vorgegebenen Sollverlaufs der spektralen Leistungsdichte PSDSOLL entspricht.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das IIR-Filter ein Wellen-Digitalfilter.

Die digitale Kommunikationsvorrichtung ist vorzugsweise ein DSL-Transceiver.

Das Umtastfilter tastet die Taktdatenrate vorzugsweise mit einer einstellbaren Übertastrate ab.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Umtastfilter ein Halteglied.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Umtastfilter eine Null-Stopfungsschaltung.

Das Umtastfilter erhält dabei vorzugsweise ein Interpolationsfilter.

Der Interpolations-Filterschaltung ist vorzugsweise ein Digital-/Analogwandler nachgeschaltet, der das gefilterte digitale Ausgangssignal mit einer hohen Taktdatenrate in ein analoges Übertragungssignal umwandelt, das im wesentlichen den vorgegebenen Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte aufweist.

Bei dem Digital-/Analogwandler handelt es sich bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform um einen Delta-Sigma-Digital-/Analogwandler.

Dem Digital-/Analogwandler ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Anti-Alias-Filter nachgeschaltet.

Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das IIR-Filter ein Wellen-Digitalfilter.

Die digitale Kommunikationsvorrichtung ist vorzugsweise ein DSL-Transceiver.

Das Umtastfilter tastet die Taktdatenrate vorzugsweise mit einer einstellbaren Übertastrate ab.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Umtastfilter ein Halteglied.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Umtastfilter eine Null-Stopfungsschaltung.

Das Umtastfilter erhält dabei vorzugsweise ein Interpolationsfilter.

Der Interpolations-Filterschaltung ist vorzugsweise ein Digital-/Analogwandler nachgeschaltet, der das gefilterte digitale Ausgangssignal mit einer hohen Taktdatenrate in ein analoges Übertragungssignal umwandelt, das im wesentlichen den vorgegebenen Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte aufweist.

Bei dem Digital-/Analogwandler handelt es sich bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform um einen Delta-Sigma-Digital-/Analogwandler.

Dem Digital-/Analogwandler ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Anti-Alias-Filter nachgeschaltet.

Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

1 eine herkömmliche Kommunikationsvorrichtung nach dem Stand der Technik;

2 den spektralen Leistungsdichtenverlauf des von der Kommunikationsvorrichtung abgegebenen analogen Ausgangssignals;

3 eine Schaltung zur Filterung und Taktratenkonversion innerhalb der herkömmlichen Kommunikationsvorrichtung nach dem Stand der Technik;

4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung;

5 eine besonders bevorzugte Ausführungsform des in der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung enthaltenen FIR-Filters;

6 eine besonders bevorzugte Ausführungsform des in der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung enthaltenen IIR-Filters.

4 zeigt eine Interpolations-Filterschaltung 1 für eine digitale Kommunikationsvorrichtung. Die Interpolations-Filterschaltung 1 weist einen digitalen Dateneingang 2 auf, über den sie ein digitales Eingangssignal mit einer Symboltakt-Datenrate von einer Datenquelle erhält. Der digitale Datensignaleingang 2 ist über eine Leitung 3 mit einem FIR-Filter 4 verbunden, das das mit der Symboltakt-Datenrate am digitalen Signaleingang 2 empfangene digitale Eingangssignal derart filtert, dass der spektrale Leistungsdichtenverlauf PSD des von der Interpolations-Filterschaltung 1 abgegebenen gefilterten digitalen Ausgangssignals im Durchlass-Frequenzbereich der Interpolations-Filterschaltung im wesentlichen mit einem vorgegebenen spektralen Soll-Leistungsdichtenverlauf PSDSoll übereinstimmt.

Das FIR-Filter gibt über eine Datensignalleitung 5 das gefilterte digitale Eingangssignal an ein nachgeschaltetes Umtastfilter 6 ab. Das Umtastfilter bzw. Resampling-Filter erhöht die Taktdatenrate des von dem FIR-Filter 4 abgegebenen digitalen Signals.

Das von dem Umtastfilter 6 gefilterte Signal mit erhöhter Taktdatenrate wird über eine Leitung 7 an ein IIR-Filter 8 abgegeben. Das IIR-Filter ist ein rekursives Filter (IIR: Infinite Impulse Response), dessen Impulsantwort (im allgemeinen) unendlich viele von null verschiedene Abtastwerte aufweist. Das durch das IIR-Filter 8 gefilterte digitale Signal wird über eine Datenleitung 9 an den Ausgang 10 der Interpolations-Filterschaltung 1 abgegeben. Der Ausgang 10 der Interpolations-Filterschaltung 1 ist mit einem Digital-/Analogwandler der Kommunikationsvorrichtung verbunden, wobei der Digital-/Analogwandler das abgegebene digitale Ausgangssignal der Interpolations-Filterschaltung in ein analoges Ausgangssignal umwandelt, dessen Leistungsdichteverlauf PSD weitgehend dem in 2 dargestellten Soll-Leistungsdichteverlauf PSDSoll entspricht.

Bei der in 4 dargestellten Interpolations-Filterschaltung 1 übernimmt das FIR-Filter 4 die Formung des spektralen Leistungsdichteverlaufs im Durchlaß-Frequenzbereich der Interpolations-Filterschaltung, d.h. in einem Bereich, bei dem der Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte im wesentlichen konstant ist. Demgegenüber übernimmt das IIR-Filter 8 die Formung des spektralen Leistungsdichteverlaufs des von der Interpolations-Filterschaltung 1 abgegebenen gefilterten digitalen Ausgangssignals im Grenz-Frequenzbereich der Interpolations-Filterschaltung 1, d.h. in einem Bereich, bei dem der Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte mit einer bestimmten Flankensteilheit abfällt. Durch diese Aufgabenteilung können sowohl das FIR-Filter 4 als auch das IIR-Filter 8 mit sehr geringem schaltungstechnischen Aufwand ausgeführt werden. Die Filterordnung des FIR-Filters 4 kann dabei bis auf eine sehr geringe Filterordnung vom Grad 2 reduziert werden. Die Filterordnung des IIR-Filters 8 wird dabei durch die gewünschte Flankensteilheit des Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte PSDSoll bestimmt. Das IIR-Filter 8 ist dabei vorzugsweise ein Wellen-Digitalfilter WDF (Wave Digital Filter).

Das Umtastfilter 6 bzw. Resampling-Filter führt eine Umtastung des von dem FIR-Filter 4 abgegebenen digitalen Datensignals durch, um die relativ hohe Abtastfrequenz des nachgeschalteten Digital-/Analogwandlers zu erreichen. Der nachgeschaltete Digital-/Analogwandler ist dabei vorzugsweise ein Delta-Sigma-Digital-/Analogwandler mit einer vergleichsweise hohen Abtastfrequenz, die ein geringes Wandlerrauschen und eine ausreichende Echosignalunterdrückung sicherstellt.

Das FIR-Filter 4 erhält über die Leitung 3 direkt das am digitalen Signaleingang 2 anliegende digitale Eingangssignal, das die Symboltakt-Datenrate fsymb besitzt. Die Symboltakt-Datenrate des empfangenen digitalen Eingangssignals, das an der Leitung 3 anliegt, ist relativ gering, so dass die Anzahl der notwendigen Filterkoeffizienten F des FIR-Filters 4 zur Formung des spektralen Leistungsdichteverlaufs ebenfalls gering ist. Darüber hinaus muß die FIR-Filterschaltung 4 lediglich die spektrale Leistungsdichte-Verlaufformung über den Durchlaß-Frequenzbereich der Interpolations-Filterschaltung, d.h. im Bereich eines relativ konstanten Leistungsdichteverlaufs übernehmen. Das FIR-Filter 4 weist daher eine sehr geringe schaltungstechnische Komplexität auf.

5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines in der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung 1 enthaltenen FIR-Filters 4 dar. Wie man aus 5 erkennen kann, handelt es sich bei dem FIR-Filter 4 um ein Filter zweiter Ordnung mit zwei Verzögerungsgliedern. Das FIR-Filter 4 besitzt einen digitalen Signaleingang 11, an dem das digitale Eingangssignal anliegt. Der Signaleingang 11 des FIR-Filters 4 ist über eine interne Signalleitung 12 mit einem ersten Verzögerungsglied 13 verbunden, das über eine Datenleitung 14 mit einem zweiten Verzögerungsglied 15 in Reihe geschaltet ist. An einem Abzweigungsknoten 16 ist die Datenleitung 12 über eine Leitung 17 mit einem ersten Eingang 18 einer Summenschaltung 19 verbunden. Der Ausgang des zweiten Verzögerungsgliedes 15 ist über eine Leitung 20 ebenfalls direkt mit einem zweiten Eingang 21 der Summenschaltung 19 verbunden.

Das FIR-Filter 4 weist einen Multiplizierer 22 auf, der das von dem ersten Verzögerungsglied 13 abgegebene digitale Datensignal mit einem Filterkoeffizienten C2 multipliziert. Hierzu ist der Multiplizierer 22 eingangsseitig über eine Leitung 23 an einen Abzweigungsknoten 24 mit der Verbindungsleitung 14 zwischen den beiden Verzögerungsgliedern 13, 15 angeschlossen, und ausgangsseitig über eine Leitung 24 an einen dritten Eingang 25 der Summierschaltung 19 angeschlossen.

Die Summierschaltung 19 summiert die in ihren Signaleingängen 18, 21, 25 anliegenden Eingangssignale auf und gibt das aufsummierte digitale Datensignal über eine Leitung 26 an einen Ausgang 27 des FIR-Filters 4 ab. Der Ausgang 27 des FIR-Filters 4 ist über eine Leitung 5 mit dem nachgeschalteten Umtastfilter 6 verbunden.

Der Eingang des ersten Verzögerungsgliedes 13 ist über eine Leitung 17 direkt mit dem ersten Eingang der Summationsschaltung 19 verbunden, und der Ausgang des zweiten Verzögerungsgliedes 15 ist über eine Leitung 20 direkt mit dem zweiten Eingang 21 der Summationsschaltung 19 verbunden, so dass die beiden Filterkoeffizienten C1 und C3 des FIR-Filters 4 den Wert 1 haben.

Der zweite Filterkoeffizient C2 wird durch den Multiplizierer 22 eingestellt und weist vorzugsweise einen Wert auf, der kleiner ist als der Wert F = –1.

Es gilt daher:

C1 = 1

C2 < –1

C3 = 1

Allgemein gilt:

C1 = C3

C2 ≤ –C1

C2 ≤ –C3

Der Multiplizierer 22 ist vorzugsweise als ein Schieberegister aufgebaut, wobei der Filterkoeffizient C2 entsprechend einstellbar ist:

C2 = –2n

oder

C1 = +2n, C3 = +2n mit C2 = –1

wobei n die Anzahl der Schiebeoperationen (shift left) in dem als Schieberegister aufgebauten Multiplizierer 22 darstellt.

6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des in der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung 1 enthaltenen rekursiven IIR-Filters 8. Bei der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist das IIR-Filter 8 ebenfalls ein Filter zweiter Ordnung. Das IIR-Filter erhält über einen Signaleingang 28 das über die Datenleitung 7 von dem Umtastfilter 6 abgegebene umgetastete digitale Signal. Der Signaleingang 28 ist über eine Leitung 29 mit einer Summenschaltung 30 verbunden. Die Summenschaltung 30 ist über eine Leitung 31 an ein erstes Verzögerungsglied 32 geschaltet. Das erste Verzögerungsglied 32 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 33 an den Eingang eines zweiten Verzögerungsgliedes 34 geschaltet. Der Ausgang des zweiten Verzögerungsgliedes 34 ist über eine Leitung 35 mit einem Ausgang 36 des rekursiven IIR-Filters 8 verbunden. Dieser Signalausgang 36 des IIR-Filters 8 liegt über die Signalleitung 9 an dem Digital-/Analogwandler an. Das IIR-Filter 8 koppelt über eine Rückkoppelleitung 37 das an der Leitung 33 anliegende Digitalsignal an die Summationsschaltung 30 zurück. Dabei ist in die Rückkoppelleitung 34 ein Multiplizierer 38 geschaltet, dessen Verstärkung einem Filterkoeffizienten des IIR-Filters entspricht. Das an der Leitung 35 anliegende Ausgangssignal des IIR-Filters 8 wird über eine weitere Rückkoppelleitung 39 ebenfalls an die Summationsschaltung 30 zurückgekoppelt, wobei in der Rückkoppelleitung 39 der Multiplizierer 40 vorgesehen ist. Der Multiplizierer 40 multipliziert das an der Leitung 35 anliegende digitale Ausgangssignal entsprechend einem weiteren Filterkoeffizienten des IIR-Filters 8.

Das IIR-Filter 8 ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Wellen-Digitalfilter. Das Wellen-Digitalfilter WDF kann dabei derart programmiert werden, dass es typischen Filterverläufen, wie Butterworth-Filter, Chebyshev-Filter, inverses Chebyshev-Filter oder elliptischem Filter oder beliebig vorgebaren Filterverläufer genügt. Ein als WDF-Filter aufgebautes rekursives IIR-Filter zeichnet sich durch unbedingte Stabilität aus. Dabei lassen sich die Filterkoeffizienten anstelle von Mulitiplizierern durch eine schaltungstechnische Kombination aus Schieberegistern und Addieren aufbauen, wodurch Rechenzeit erspart wird.

Die in 4 dargestellte Interpolations-Filterschaltung 1 ist dreistufig aufgebaut und enthält das FIR-Filter 4, das Umtastfilter 6 sowie das IIR-Filter 8. Bei dem FIR-Filter 4 und handelt es sich vorzugsweise um ein Filter zweiter Ordnung, d.h. um ein Filter, das mit sehr geringem schaltungstechnischen Aufwand aufgebaut werden können. Aufgrund der niedrigen Symboltakt-Datenrate am Eingang 11 des FIR-Filters 4 kann der Multiplizierer 22 innerhalb des FIR-Filters 4 unter relativ geringer Geschwindigkeit arbeiten, wodurch der schaltungstechnische Aufwand weiter verringert wird. Durch die geringe Anzahl der Verzögerungsglieder und der Multiplizierer sowie durch die Verwendung von Schieberegistern anstatt von Multiplizierern innerhalb des FIR-Filters 4 und des IIR-Filters 8 wird der Chipflächenverbrauch bei einer Integration der Interpolations-Filterschaltung auf einem Halbleiterchip stark herabgesetzt und somit die Herstellungskosten ebenfalls stark gesenkt. Darüber hinaus ist der Stromverbrauch der erfindungsgemäßen Interpolations-Filterschaltung aufgrund der geringen Anzahl von notwendigen Schaltungsbauelementen gering.


Anspruch[de]
  1. Interpolations-Filterschaltung für eine digitale Kommunikationsvorrichtung zur Filterung und Taktratenkonversion eines von einer Datenquelle mit einer Symboltakt-Datenrate empfangenen digitalen Eingangssignals mit:

    (a) einem FIR-Filter (4) zweiter Ordnung, das das mit der Symboltakt-Datenrate empfangene digitale Eingangssignal derart filtert, dass der spektrale Leistungsdichtenverlauf (PSD) des abgegebenen gefilterten digitalen Ausgangssignals, der eine obere Grenzfrequenz, die gleich der halben Symboltakt-Datenrate ist, aufweist, mit einem vorgegebenen Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte (PSDSoll) übereinstimmt, wobei der Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte in dem Durchlassfrequenzbereich konstant ist,

    (b) einem dem FIR-Filter (4) nachgeschalteten Umtastfilter (6) zur Erhöhung der Taktdatenrate des durch das FIR-Filter (4) gefilterten digitalen Eingangssignals;

    und mit

    (c) einem dem Umtastfilter nachgeschalteten IIR-Filter (8) zweiter Ordnung, das das von dem Umtastfilter (6) abgegebene, umgetastete digitale Signal derart filtert, dass der spektrale Leistungsdichtenverlauf des von der Interpolations-Filterschaltung (1) abgegebenen gefilterten digitalen Ausgangssignals in einem Grenzfrequenz-Bereich, der eine untere Grenzfrequenz, die gleich der halben Symboltakt-Datenrate ist, aufweist, mit einem vorgegebenen Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte (PSDSoll) übereinstimmt, wobei der Sollverlauf der spektralen Leistungsdichte in dem Grenzfrequenzbereich mit einer bestimmten Flankensteilheit abfällt;

    (d) wobei das FIR-Filter (4) ein erstes Verzögerungsglied (13), das über eine Datenleitung (14) mit einem zweiten Verzögerungsglied (15) in eine Kette geschaltet ist,

    einen ersten Multiplizierer, der das erhaltene Datensignal mit einem erstem Filterkoeffizienten C1 multipliziert, einen zweiten Multiplizierer (22), der das von dem ersten Verzögerungsglied (13) abgegebene digitale Datensignal mit einem zweiten Filterkoeffizienten C2 multipliziert und einen dritten Multiplizierer aufweist, der das von dem zweiten Verzögerungsglied (15) abgegebene digitale Datensignal mit einem dritten Filterkoeffizienten C3 multipliziert, wobei

    der zweite Filterkoeffizient C2 kleiner oder gleich zu dem negativen ersten Filterkoeffizienten ist (C2 ≤ –C1) und der erste Filterkoeffizient C1 mit dem dritten Filterkoeffizienten C3 identisch ist (C1 = C3).
  2. Interpolations-Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das FIR-Filter (4) eine Summationsschaltung (19) enthält, die das am Eingang des ersten Verzögerungsgliedes (13) anliegende mit dem ersten Filterkoeffizienten C1 multiplizierte digitale Eingangssignal, das von dem Multiplizierer (22) abgegebene, mit dem zweiten Filterkoeffizienten (C2) multiplizierte Datensignal und das von dem zweiten Verzögerungsglied (15) und mit dem dritten Filterkoeffizienten C3 multiplizierte abgegebene Datensignal aufsummiert.
  3. Interpolations-Filterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Multiplizierer (22) durch ein Schieberegister realisiert ist, wobei der Filterkoeffizient (C2) auf einen Filterkoeffizientenwert C2 = –2n einstellbar ist, wobei n die Anzahl der Schiebeoperationen in dem Schieberegister ist.
  4. Interpolations-Filterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IIR-Filter (8) ein Filter solcher Ordnung ist, dass die Flankensteilheit des Umtastfilters in Kombination mit dem FIR-Filter der Flankensteilheit des vorgegebenen Sollverlaufs der spektralen Leistungsdichte (PSDSoll) entspricht.
  5. Interpolations-Filterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IIR-Filter (8) ein Wellen-Digitalfilter ist.
  6. Interpolations-Filterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Kommunikationsvorrichtung ein DSL-Transceiver ist.
  7. Interpolations-Filterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umtastfilter (6) das anliegende Datensignal mit einer einstellbaren Überabtastrate abtastet.
  8. Interpolations-Filterschaltung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umtastfilter (6) ein Halteglied ist.
  9. Interpolations-Filterschaltung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umtastfilter (6) eine Nullstopfungs-Schaltung ist.
  10. Interpolations-Filterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umtastfilter (6) ein Interpolationsfilter enthält.
  11. Interpolations-Filterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Interpolations-Filterschaltung (1) ein Digital-/Analogwandler nachgeschaltet ist, der das gefilterte digitale Ausgangssignal mit einer hohen Taktdatenrate in ein analoges Datensignal umwandelt.
  12. Interpolations-Filterschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Digital-/Analogwandler ein Delta-Sigma-Digital-/Analogwandler ist.
  13. Interpolations-Filterschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Digital-/Analogwandler ein Anti-Alias-Filter nachgeschaltet ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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