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Dokumentenidentifikation DE102005050307A1 26.04.2007
Titel Digitales Filter mit starrem Filterzustand während ungültiger Signalbereiche in einer digitalen Filterkaskade
Anmelder Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 München, DE
Erfinder Nitsch, Bernhard, Dr., 80687 München, DE;
Schmidt, Kurt, Dr., 85567 Grafing, DE;
Renardy, Paul, 81927 München, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 20.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005050307
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse H03H 17/02(2006.01)A, F, I, 20051020, B, H, DE
Zusammenfassung Eine digitale Filterkaskade besteht aus mindestens einem digitalen Filter (FDEZ') mit jeweils höherer Bandbreite und mindestens einem digitalen Filter (FM', FIIR') mit jeweils niedrigerer Bandbreite. Der Eingang der digitalen Filterkaskade wird von einem abgetasteten Eingangssignal (xDEZ(k0 · Ta0) mit mehreren durch jeweils einen ungültigen Signalabschnitt voneinander getrennten gültigen Signalabschnitten beaufschlagt. Am Ausgang jedes digitalen Filters (FM', FIIR') mit niederigerer Bandbreite liegt über die gesamte Dauer des jeweils ungültigen Signalabschnitts seines Eingangssignals (xM(k1 · Ta1), xIIR(k2 · Ta2)) der am Beginn des jeweils ungültigen Signalabschnitts seines Eingangssignals (xM(k1 · Ta1), xIIR(k2 · Ta2)) erzeugte Abtastwert an.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein digitales Filter mit starrem ("eingefrorenem") Filterzustand während ungültiger Signalbereiche in einer digitalen Filterkaskade.

Digitale Signalverarbeitungsstrecken, wie sie beispielsweise in Spektrumanalysatoren zum Einsatz kommen, enthalten eine digitale Filterkaskade aus mehreren seriell verschalteten digitalen Filtern, die eine für ihre jeweilige Funktion sinnvolle Filterstruktur aufweisen.

1 zeigt eine derartige digitale Filterkaskade für den Empfangskanal eines Spektrumanalysators. Am Eingang dieser digitalen Filterkaskade liegt das empfangene komplexwertige Basisbandsignal mit der hohen Abtastfrequenz an, das in einem ersten dezimierenden Filter FDEZ'- mit der Impulsantwort hDEZ(k0·Ta0), der Filterlänge LDEZ, dem Dezimationsfaktor RDEZ und der Polyphasenkomponente pDEZ – in ein Ausgangssignal yDEZ(k1·Ta1) mit einer niedrigeren Abtastfrequenz fa1 gewandelt wird und anschließend einer Betragsbildung zugeführt wird. Das Betragsignal xM(k1·Ta1) wird in einem zweiten dezimierenden Filter FM'- mit der Impulsantwort hM(k1·Ta1), der Filterlänge LM, dem Dezimationsfaktor RM und der Polyphasenkomponente pM – geglättet und in ein Ausgangssignal yM(k·Ta2) mit einer gegenüber der niedrigeren Abtastfrequenz fa1 zusätzlich reduzierten Abtastfrequenz fa2 übergeführt. Auftretende Störsignalanteile des im zweiten dezimierenden Filter FM' erzeugten Ausgangssignal yM(k2·Ta2) werden in einem nachfolgenden Infinite-Impulse-Response-Filters (IIR-Filter) FIIR mit der Impulsantwort hIIR(k2·Ta2) und dem Gedächtnisfaktor &lgr; unterdrückt. Das Ausgangssignal yIIR(k2·Ta2) des IIR-Filters FIIR wird schließlich am Ende der digitalen Filterkaskade einer Betrags- und/oder Leistungsmittelung unterworfen.

In der Spektrumanalyse darf z. B. eine Messung im Block "Betrags- Leistungsmittelung" nur erfolgen, wenn das Eingangssignal xDEZ(k0·Ta0) der digitalen Filterkaskade gültig und eingeschwungen ist und alle digitalen Filter FDEZ', FM', FIIR mit den Impulsantworten hDEZ(k0·Ta0), hM(k1·Ta1) und hIIR(k2·Ta2) der digitalen Filterkaskade eingeschwungen sind. Im hier betrachteten Fall ist die Bandbreite der digitalen Filter FM', FIIR mit den Impulsantworten hM(k1·Ta1) und hIIR(k2·Ta2) deutlich kleiner als die Bandbreite des digitalen Filters FDEZ' mit der Impulsantwort hDEZ(k2·Ta2), so dass die Einschwingdauer der digitalen Filterkaskade bestehend aus den digitalen Filtern FM', FIIR mit den Impulsantworten hM(k1·Ta1) und hIIR(k2·Ta2) deutlich höher als die Einschwingdauer des digitalen Filters FDEZ' mit der Impulsantwort hIIR(k2·Ta2) ist.

Werden in der Spektrumanalyse sogenannte "gegatete" Messungen durchgeführt, bei denen sich Signalabschnitte des Meßsignals mit gültigen Signalwerten mit Signalabschnitten des Meßsignals mit ungültigen Signalwerten abwechseln, so müssen alle digitalen Filter FDEZ', FM', FIIR der digitalen Filterkaskade mit jedem Beginn eines gültigen Signalabschnitts wieder von neuem einschwingen. Die lange Einschwingdauer der beiden digitalen Filter FM', FIIR mit den Impulsantworten hM(k1·Ta1) und hIIR(k2·Ta2) führt deshalb insbesondere bei "gegateten" Messungen nachteilig zu verhältnismäßig langen Meßzeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Meßzeit einer digitalen Filterkaskade mit mehreren digitalen Filtern, deren Bandbreiten beziehungsweise Einschwingzeiten jeweils in unterschiedlichen Größenbereichen liegen, insbesondere bei "gegateten" Messungen zu minimieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine digitalen Filterkaskade mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein dezimierendes Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.

Erfindungsgemäß werden die Filterzustände derjenigen digitalen Filter FM', FIIR der digitalen Filterkaskade, deren Bandbreiten jeweils vergleichsweise niedrig und deren Einschwingzeiten entsprechend lang sind, zu Beginn des jeweiligen ungültigen Signalabschnitts des jeweiligen Eingangssignal xM(k1·Ta1), xIIR(k2·Ta2) "eingefroren" und bleiben über die gesamte Dauer des jeweiligen ungültigen Signalabschnitts starr bzw. unverändert. Änderungen in den Eingangssignalen xM(k1·Ta1), xIIR(k2·Ta2) der jeweiligen digitalen Filter FM', FIIR aufgrund von Änderungen des empfangenen Meßsignals xDEZ(k0·Ta0) am Eingang der digitalen Filterkaskade führen zu keiner Änderung der jeweiligen Filterzustände und damit zu einer Änderung in den Ausgangssignalen yM(k1·Ta1), yIIR(k2·Ta2) der jeweiligen digitalen Filter FM', FIIR. Unter der Voraussetzung, dass das Eingangssignal xM(k1·Ta1), xIIR(k2·Ta2) des jeweiligen digitalen Filters FM', FIIR am Beginn und am Ende der jeweiligen ungültigen Signalabschnitte näherungsweise identisch ist – näherungsweise stationäre Signalverhältnisse –, ist das jeweilige digitale Filter FM', FIIA am Beginn eines neuen gültigen Signalabschnitts bereits eingeschwungen. Die Einschwingzeit der gesamten digitalen Filterkaskade wird damit nur noch von der Einschwingdynamik derjenigen digitalen Filter FDEZ' bestimmt, deren Filterzustände aufgrund deren vergleichsweiser hoher Bandbreite nicht "eingefroren" werden. Auf diese Weise wird die Einschwingzeit der gesamten digitalen Filterkaskade gegenüber einer digitalen Filterkaskade ohne "eingefrorene" Filterzustände der vergleichsweise "schnellen" digitalen Filter FDEZ' reduziert.

Dem ersten digitalen Filter FDEZ' der digitalen Filterkaskade wird ein Steuersignal xFSDEZ(k0·Ta0) zugeführt, das ihm die Gültigkeit oder Nichtgültigkeit des aktuellen Signalabschnitts seines Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) signalisiert. Auf der Basis dieses Steuersignals xFSDEZ(k0·Ta0) und der Einschwingdynamik des ersten digitalen Filters FDEZ' ermittelt eine zum ersten digitalen Filter FDEZ' gehörige Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 ein Steuersignal yFSDEZ(k1·Ta1), das die Gültigkeit oder Nichtgültigkeit des aktuellen Signalabschnitts seines Ausgangssignals yDEZ(k1·Ta1) kennzeichnet und damit dem nachfolgenden digitalen Filter FM' die Gültigkeit oder Nichtgültigkeit des aktuellen Signalabschnitts seines Eingangssignals xM(k1·Ta1) signalisiert. Wird sukzessive für jedes nachfolgende digitale Filter über eine zugehörige Einheit zur Steuersignal-Erzeugung aus dem jeweils eingehenden Steuersignal und der Einschwingdynamik des zugehörigen digitalen Filters ein Steuersignal generiert, das die Gültigkeit oder Nichtgültigkeit des zum jeweils nachfolgenden digitalen Filter gehörigen Eingangssignals kennzeichnet, so kann auf diese Weise für jedes digitale Filter der digitalen Filterkaskade auf der Basis des empfangenen Steuersignals der Filterzustand am Beginn eines ungültigen Signalabschnitts des jeweiligen Eingangssignals zeitkorrekt angehalten und über die gesamte Dauer des jeweiligen ungültigen Signalabschnitts festgehalten werden.

Ist das digitale Filter mit vergleichsweise niedriger Bandbreite als dezimierendes Filter ausgeführt, wie beispielsweise das dezimierende Filter FM' mit der Impulsantwort hM(k1·Ta1), so besteht es gemäß 2 aus einem nicht dezimierenden Filteranteil, das beispielsweise als FIR-Filter mit der Impulsantwort h(kin·Tain) und der Filterlänge L aus einem Eingangssignal x(kin·Tain) ein Ausgangssignal y(kiin·Tain) erzeugt, und einem Polyphasendezimator mit dem Dezimationsfaktor R und der Polyphasenkomponente p. Der Polyphasendezimator reduziert bekannterweise der Abtastfrequenz fain seines Eingangssignals y(kiin·Tain) um den Dezimationsfaktor R auf die Abtastfrequenz faout seines Ausgangssignals y(kiout·Taout) und erzeugt über die Polyphasenkomponente p ein Ausgangssignal y(kiout·Taout), das nach jedem i·R + p-ten Abtastzeitpunkt des Eingangssignals y(kiin·Tain) aktiviert ist. Hierzu verfügt der Polyphasendezimator über einen Polyhasenzähler, der mit der Abtastfrequenz fain des Eingangssignals y(kiin·Tain) des Polyphasendezimators über die Länge des Dezimationsfaktors R inkrementiert und jeweils am Ausgang des Polyphasendezimators den zum selben Zeitpunkt am Eingang des Polyphasendezimators anliegenden Abtastwert ausgibt, wenn der Zählerstand des Polyhasenzählers den Wert der Polyphasenkomponente p erreicht. Dies wird dann zyklisch fortgesetzt.

Mit "Einfrieren" des Filterzustands des dezimierenden Filters während der Dauer des jeweiligen ungültigen Signalabschnitts ist auch der Zählerstand des Polyhasenzählers des zugehörigen Polyphasendezimators "einzufrieren", indem dieser Zählerstand in einem Polyphasenspeicher abgelegt wird und zu Beginn des nächsten gültigen Signalabschnitts wieder in den Polyhasenzähler geladen wird. Auf diese Weise arbeitet der Polyphasendezimator im Anschluss an den ungültigen Signalabschnitt phasenkorrekt wie im Falle eines Nichtauftretens des ungültigen Signalabschnitts weiter. Die phasenkorrekte Belegung des Polyhasenzählers des jeweiligen Polyphasendezimators zu Beginn des ersten gültigen Signalabschnitts erfolgt mit dem Wert 0, indem spätestens bis zu Beginn des ersten gültigen Signalabschnitts der Polyphasenspeicher mit dem Wert 0 initialisiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen digitalen Filterkaskade und des erfindungsgemäßen dezimierenden Filters werden im Folgenden unter Berücksichtigung der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer digitalen Filterkaskade mit digitalen Einzelfiltern unterschiedlicher Bandbreite nach dem Stand der Technik,

2 ein Ersatzschaltbild eines dezimierenden Einzelfilters nach dem Stand der Technik,

3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen digitalen Filterkaskade,

4 ein Zustandsdiagramm einer Einheit zur Steuersignal-Erzeugung und

5 ein Zeitdiagramm des Ausgangssignals eines erfindungsgemäßen dezimierenden Filters in Abhängigkeit des Steuersignals.

Im folgenden wird anhand von 3 die erfindungsgemäße digitalen Filterkaskade erläutert.

Ausgehend vom Blockschaltbild der digitalen Filterkaskade nach dem Stand der Technik in 1 wird das erste Dezimations-Filter FDEZ' mit dem Eingangssignal xDEZ(k0·Ta0) beaufschlagt. Das Eingangssignal xDEZ(k0·Ta0) wird im nicht dezimierenden Filter FDEZ des ersten Dezimations-Filter FDEZ' mit der Impulsantwort hDEZ(k0·Ta0) gefaltet und führt zu einem Ausgangssignal yDEZ(k0·Ta0), das einen Einschwingvorgang von insgesamt LDEZ – 1 Abtastzeitpunkte seit Beginn der Anregung des nicht dezimierenden Filters FDEZ mit dem Eingangssignal xDEZ(k0·Ta0) aufweist, wobei LDEZ die Filterlänge des FIR-Filters ist. Das Ausgangssignal yDEZ(k0·Ta0) wird in einem Polyphasen-Dezimator PDEZ in ein Ausgangssignal yDEZ(k1·Ta1) gewandelt, das eine um den Dezimationsfaktor RDEZ reduzierte Abtastfrequenz fa1 gegenüber der Abtastfrequenz fa0 des Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) aufweist und nach jedem i·RDEZ + pDEZ-ten Abtastzeitpunkt aller Abtastzeitpunkte k0·Ta0 des Eingangssignals yDEZ(k0·Ta0) aktiviert ist.

Parallel zum ersten Dezimations-Filter FDEZ' wird in einer Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 ein Steuersignal xFSDEZ(k0·Ta0) eingelesen, das im Fall eines gültigen Signalabschnitts des Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) des ersten Dezimations-Filters FDEZ' aktiviert ist (Signalpegel: "1") und im Fall eines ungültigen Signalabschnitts des Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) des ersten Dezimations-Filters FDEZ' deaktiviert ist (Signalpegel: "0"). Die Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 erzeugt aus dem Steuersignal xFSDEZ(k0·Ta0) am Eingang ein Steuersignal yFSDEZ(k0·Ta0) am Ausgang, das analog zum Einschwingvorgang des nicht dezimierenden Filters FDEZ einen Einschwingvorgang in Höhe von insgesamt LDEZ – 1 Abtastzeitpunkten gegenüber der Anregung durch das Steuersignal xFSDEZ(k0·Ta0) am Eingang aufweist. Anschließend wird das Steuersignal yFSDEZ(k0·Ta0) analog zum Polyphasendezimator PDEZ im Signalpfad der digitalen Filterkaskade in einem Polyphasendezimator PDE2', in ein Steuersignal yFSDEZ(k1·Ta1) mit einer um den Dezimationsfaktor RDEZ gegenüber der Abtastfrequenz fa0 reduzierten Abtastfrequenz fa1 umgesetzt, das nach jedem i·RDEZ + pDEZ-ten Abtastzeitpunkt aller Abtastzeitpunkte k0·Ta0 des Steuersignals yFSDEZ(k0·Ta0) aktiviert ist.

Das Ausgangssignal yDEZ(k1·Ta1) des Polyphasendezimators PDEZ wird einer Betragsbildung unterworfen und anschließend einem zweiten Dezimations-Filter FM' zugeführt. Dieses zweite Dezimations-Filter FM' faltet das Eingangssignal xM(k1·Ta1) in seinem nicht dezimierenden FIR-Filter FM mit dessen Impulsantwort hM(k1·Ta1) und erzeugt ein Ausgangssignal yM(k1·Ta1) mit einem Einschwingvorgang in Höhe von insgesamt LM – 1 Abtastzeitpunkten seit Anregung des FIR-Filters FM mit dem Eingangssignal xM(k1·Ta1). Anschließend wird das Ausgangssignal yM(k1·Ta1) mit einem Polyhasen-Dezimator PM in ein Ausgangssignal yM(k2·Ta2) gewandelt, das eine um den Dezimationsfaktor RM reduzierte Abtastfrequenz fa2 gegenüber der Abtastfrequenz fa1 des Eingangssignals xM(k1·Ta1) umgesetzt, das nach jedem i·RM + pM-ten Abtastzeitpunkt aller Abtastzeitpunkte k1·Ta1 des Eingangssignals yM(k1·Ta1) aktiviert ist.

Parallel zum zweiten Dezimations-Filter FM' wird in einer Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St1 das Steuersignal xFSM(k1·Ta1) eingelesen, das dem vom vom Polyphasendezimator erzeugten Steuersignal yFSM(k1·Ta1) entspricht. Der Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St1 erzeugt aus dem Steuersignal xFSM(k1·Ta1) am Eingang ein Steuersignal yFSM(k1·Ta1) am Ausgang, das analog zum Einschwingvorgang des nicht dezimierenden Filters FM einen Einschwingvorgang in Höhe von insgesamt LM – 1 Abtastzeitpunkten gegenüber der Anregung durch das Steuersignal xFSM(k1·Ta1) aufweist. Anschließend wird das Steuersignal yFSM(k1·Ta1) analog zum Polyphasendezimator PM im Signalpfad der digitalen Filterkaskade in einem Polyphasendezimator PM' in ein Steuersignal yFSM(k2·Ta2) mit einer um den Dezimationsfaktor RM gegenüber der Abtastfrequenz fa1 reduzierten Abtastfrequenz fa2 umgesetzt, das nach jedem i·RM + pM-ten Abtastzeitpunkt aller Abtastzeitpunkte k1·Ta1 des Steuersignals yFSM(k1·Ta1) aktiviert ist.

Das Ausgangssignal yIIR(k2·Ta2) des Polyphasendezimators PM stellt das Eingangssignal xIIR(k2·Ta2) des IIR-Filters FIIR dar, das mit der Impulsantwort hIIR(k2·Ta2) des IIR-Filters FIIR gewichtet wird und zum Ausgangssignal yIIR(k2·Ta2) führt. Das Ausgangssignal yIIR(k2·Ta2) des IIR-Filters FIIR wird abschließend einer Betrags- und Leistungsmittelung unterworfen.

Die Funktionsweise der beiden Einheiten zur Steuersignal-Erzeugung St0 und St1 werden anhand des Zustandsdiagramms in 4 beschrieben. Zu Beginn der Messungen des Spektrumanalysators werden die zu den Einheiten zur Steuersignal-Erzeugung St0 und St1 jeweils gehörigen Zähler mit dem Zählerstand LDEZ – 1 bzw. LM – 1 initialisiert. Sobald das Steuersignal xFSDEZ(k0·Ta0) bzw. xFSM(k1·Ta1) am Eingang der Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 bzw. St1 aktiviert ist – gültiger Signalabschnitt des Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) bzw. xM(k1·Ta1) –, wird der jeweilige Zähler der Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 bzw. St1 im Takt der Abtastfrequenz fa0 bzw. fa1 dekrementiert. Solange der jeweilige Zähler dekrementiert wird, erzeugt die jeweilige Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 bzw. St1 an ihrem Ausgang jeweils ein deaktiviertes Steuersignal yFSDEZ(k0·Ta0) bzw. yFSM(k1·Ta1) (Signalpegel: "0"). Sobald der jeweilige Zähler den Zählerstand 0 ereicht hat – Einschwingvorgang der nicht dezimierenden Filter FDEZ und FM beendet – wird das jeweilige Steuersignal yFSDEZ(k0·Ta0) bzw. yFSM(k1·Ta1) aktiviert (Signalpegel: "1").

Das jeweilige Steuersignal yFSDEZ(k0·Ta0) bzw. yFSM(k1·Ta1) bleibt solange aktiviert, bis das jeweilige Steuersignal xFSDEZ(k0·Ta0) bzw. xFSM(k1·Ta1) am Eingang aktiviert ist (gültiger Signalabschnitt des Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) bzw. xM(k1·Ta1)). Liegt kein gültiger Signalabschnitt des Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) bzw. xM(k1·Ta1) mehr vor, so werden die jeweilige Steuersignale xFSDEZ(k0·Ta0) bzw. xFSM(k1·Ta1) am Eingang der jeweiligen Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 bzw. St1 deaktiviert und zeitgleich auch die Steuersignale yFSDEZ(k0·Ta0) bzw. yFSM(k1·Ta1) am Ausgang (ungültiger Signalabschnitt des Eingangssignals xDEZ(k0·Ta0) bzw. xM(k1·Ta1)). Die Steuersignale yFSDEZ(k0·Ta0) bzw. yFSM(k1·Ta1) am Ausgang der jeweiligen Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 bzw. St1 bleiben solange deaktiviert, bis die jeweilige Steuersignale xFSDEZ(k0·Ta0) bzw. xFSM(k1·Ta1) am Eingang der jeweiligen Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St0 bzw. St1 wieder aktiviert werden und der jeweilige Zähler von neuem mit dem Zählerstand LDEZ – 1 bzw. LM – 1 initialisiert wird und dekrementiert wird, bis im eingeschwungenen Zustand der Wert Null erreicht ist.

Liegt ein deaktiviertes Steuersignal xFSM(k1·Ta1) am Eingang der Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St1 an, so wird gemäß 3 über die Signalleitung SL1 der Filterzustand des nicht dezimierenden Filters FM angehalten und "eingefroren". Liegt analog ein deaktiviertes Steuersignal yFSM(k1·Ta1) am Ausgang der Einheit zur Steuersignal-Erzeugung St1 an, so wird gemäß 3 über die Signalleitung SL2 der Filterzustand des Polyphasendezimators PM angehalten und "eingefroren". Liegt schließlich analog ein deaktiviertes Steuersignal yFSM(k2·Ta2) am Ausgang des Polyphasendezimators PM' an, so werden gemäß 3 über die Signalleitung SL3 der Filterzustand des nicht dezimierenden Filters FIIR angehalten und "eingefroren".

In 5 ist das "Einfrieren" des Filterzustand eines digitalen Einzelfilters der erfindungsgemäßen digitalen Filterkaskade während des ungültigen Signalabschnitts des zugehörigen Eingangssignals am Beispiel des Polyphasendezimators PM dargestellt.

Im unteren Bereich des Zeitdiagramms ist das für den Polyphasendezimators PM verantwortliche Steuersignal yFSM(k1·Ta1) zwischen den Abtastzeiten k1·Ta1 = 10 und k1·Ta1 = 19 (Beispiel A), k1·Ta1 = 20 (Beispiel B), k1·Ta1 = 21 (Beispiel C), k1·Ta1 = 22 (Beispiel D) und k1·Ta1 = 23 (Beispiel E) deaktiviert. Das Eingangssignal yM(k1·Ta1) des Polyphasendezimators PM weist den durch unausgefüllte Dreiecke gekennzeichneten Signalverlauf auf, wobei für k1·Ta1 ≥ 19 für die 5 Beispiele A, B, C, D und E aus Anschaulichkeitsgründen jeweils unterschiedliche Signalverläufe angenommen werden. Zu erkennen ist, daß zwischen den Abtastzeiten k1·Ta1 = 10 und k1·Ta1 = 19 der Signalverlauf des Eingangssignals yM(k1·Ta1) nicht mehr rampenförmig verläuft, sondern entsprechend dem Steuersignal yFSM(k1·Ta1) einen ungültigen Signalverlauf aufweist.

Das Ausgangssignal yM(k2·Ta2) des Polyphasendezimators PM ist beim Dezimationsfaktor RM = 5 hinsichtlich seiner Abtastfrate fa2 um den Faktor 5 gegenüber der Abtastrate fa1 des Eingangssignals yM(k1·Ta1) reduziert und ist bei einer Polyphasenkomponente pM = 4 gegenüber den Abtastzeitpunkten k1·Ta1 des Eingangssignals erst nach dem jeweils i·4-ten Abtastzeitpunkt k1·Ta1 des Eingangssignals aktiviert (gepunkteter Signalverlauf in 5). In 4 ist zu erkennen, daß der Filterzustand des Polyphasendezimators PM und damit der Pegel des Ausgangssignals yM(k2·Ta2) des Polyphasendezimators PM auf dem Pegel des Eingangssignals yM(k1·Ta1) zu Beginn des ungültigen Signalabschnitts zum Abtastzeitpunkt k1·Ta1 = 19 gehalten wird und bis zum Ende des ungültigen Signalabschitts zum Abtastzeitpunkt k1·Ta1 = 19 (Beispiel A), k1·Ta1 = 20 (Beispiel B), k1·Ta1 = 21 (Beispiel C), k1·Ta1 = 22 (Beispiel D) und k1·Ta1 = 23 (Beispiel E) "eingefroren" wird.

Zeitsynchron zur Angabe der Abtastzeitpunkte k1·Ta1 ist in 5 auch der Polyphasenzählerstand Polyphase des Polyphasenzählers dargestellt, der über die Länge des Dezimationsfaktors RM = 5 zyklisch zwischen den Zählerständen 0 und 4 inkrementiert wird. Zu Beginn des ungültigen Signalabschnitts des Eingangssignals yM(k1·Ta1) des Polyphasendezimators PM bei k1·Ta1 = 19 wird der Polyphasenzählerstand des Polyphasenzählers Polyphase = 0 in den Polyphasenspeicher Mempolyphase eingelesen und zu Beginn den nächsten gültigen Signalabschnitts k1·Ta1 = 19 (Beispiel A), k1·Ta1 = 20 (Beispiel B), k1·Ta1 = 21 (Beispiel C), k1·Ta1 = 22 (Beispiel D) und k1·Ta1 = 23 (Beispiel E) der Polyphasenzählerstand mit dem Inhalt <Mempolyphase> des Polyphasenspeichers Mempolyphase von neuem intialisiert (Polyphase = <Mempolyphase>). Auf diese Weise ist das Ausgangssignal yM(k2·Ta2) des Polyphasendezimators PM jeweils nach jedem i·4-ten Abtastzeitpunkt k1·Ta1 des Eingangssignals seit Beginn des neuen gültigen Signalabschnitts des Eingangssignals yM(k1·Ta1) des Polyphasendezimators PM korrekterweise aktiviert. Der erste aktivierte Abtastwert des Ausgangssignals yM(k2·Ta2) des Polyphasendezimators PM liegt also zum Abtastzeitpunkt k1·Ta1 = 23 (Beispiel A), k1·Ta1 = 24 (Beispiel B), k1·Ta1 = 25 (Beispiel C), k1·Ta1 = 26 (Beispiel D) und k1·Ta1 = 27 (Beispiel E) vor (gekreuztes Symbol in 59). Der Polyphasendezimator PM arbeitet somit im Anschluss an den ungültigen Signalabschnitt phasenkorrekt wie im Falle eines Nichtauftretens des ungültigen Signalabschnitts weiter.

Bis zum Beginn des ersten gültigen Signalabschnitts des Eingangssignals yM(k1·Ta1) des Polyphasendezimators PM wird der Polyphasenspeicher mit dem Wert 0 initialisiert, der dann zum Zeitpunkt des Beginns des ersten gültigen Signalabschnitts des Eingangssignals yM(k1·Ta1) des Polyphasendezimators PM in den Polyphasenzähler übertragen wird und eine phasenkorrekte Ausgabe der Abtastwerte des Polyphasendezimators PM ab dem Beginn des ersten gültigen Signalabschnitts des Eingangssignals yM(k1·Ta1) des Polyphasendezimators PM ermöglicht.

Bei einem Übergang von einem gültigen Zustand in einen ungültigen Zustand muss der zuletzt gültige Zustand bis zum nächsten gültigen Zustand beibehalten werden. Der letzte gültige Zustand kann auch zwischengespeichert werden und später bei Erreichen des nächsten gültigen Zustands reinitialisiert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Von der Erfindung sind auch digitale Filterkaskaden mit mehreren seriell und/oder parallel verschalteten dezimierenden und/oder nicht dezimierenden Filtern abgedeckt.


Anspruch[de]
Digitale Filterkaskade bestehend aus mindestens einem digitalen Filter (FDEZ') mit jeweils höherer Bandbreite und mindestens einem digitalen Filter (FM', FIIR') mit jeweils niedrigerer Bandbreite, wobei der Eingang der digitalen Filterkaskade von einem abgetasteten Eingangssignal (xDEZ(k0·Ta0)) mit mehreren durch jeweils einen ungültigen Signalabschnitt voneinander getrennten gültigen Signalabschnitten beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang jedes digitalen Filters (FM', FIIR') mit niedrigerer Bandbreite über die gesamte Dauer des jeweils ungültigen Signalabschnitts seines Eingangssignals (xM(k1·Ta1), xIIR(k2·Ta2)) der am Beginn des jeweils ungültigen Signalabschnitts seines Eingangssignals (xM(k1·Ta1), xIIR(k2·Ta2)) erzeugte Abtastwert anliegt. Digitale Filterkaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum jeweils vorausgehenden digitalen Filter (FDEZ', FM') gehörige Einheit zur Steuersignal-Erzeugung (St0, St1) ein Steuersignal (yFSDEZ(k1·Ta1), yFSM(k2·Ta2)) erzeugt, das dem jeweils nachfolgenden digitalen Filter (FM', FIIR') signalisiert, ob das zum jeweils nachfolgenden digitalen Filter (FM', FIIR,) gehörige Eingangssignal (xM(k1·Ta1), xIIR(k2·Ta2)) aktuell einen gültigen oder einen ungültigen Signalabschnitt aufweist. Digitale Filterkaskade nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein externes Steuersignal (xFSDEZ(k0·Ta0)) dem ersten digitalen Filter (FDEZ') signalisiert, ob das zum ersten digitalen Filter (FDEZ') gehörige Eingangssignal (xDEZ(k0·Ta2) ) aktuell einen gültigen oder ungültigen Signalabschnitt aufweist. Digitale Filterkaskade nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Filter (FDEZ', FM') ein dezimierendes Filter (FDEZ', FM') mit zumindest einen Polyphasendezimator (PDEZ, PM) mit einem Dezimationsfaktor (RDEZ, RM)) und einer Polyphasenkomponente (pDEZ, pM) ist. Digitale Filterkaskade nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Polyphasendezimator (PDEZ, PM) des jeweiligen dezimierenden Filters (FDEZ', FM') enthaltener Polyphasenzähler, der über die Länge des zugehörigen Dezimationsfaktors (RDEZ, RM) mit der Abtastrate (fa0, fa1) des zugehörigen Eingangssignals (xDEZ(k1·Ta1), xM(k2·Ta2)) inkrementiert, den zu Beginn des jeweils ungültigen Signalabschnitts vorliegenden Polyphasenzählerstand (Polyphase) in einem Polyphasenspeicher (MemPolyphase) ablegt. Digitale Filterkaskade nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des jeweils ungültigen Signalabschnitts der Polyphasenzählerstand (Polyphase) mit dem im Polyphasenspeicher (Mempolyphase) abgelegten Inhalt (<Mempolyphase>) aktualisiert ist, der dem Polyphasenzählerstand (Polyphase) zu Beginn des jeweils ungültigen Signalabschnitts entspricht. Digitale Filterkaskade nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens zu Beginn des ersten gültigen Signalabschnitts des zum jeweiligen dezimierenden Filter (FDEZ', FM') gehörigen Eingangssignals (xDEZ(k1·Ta1), xM(k2·Ta2)) der Polyphasenspeicher (Mempolyphase) und der Polyphasenzählerstand (Polyphase) des zum jeweiligen dezimierenden Filter (FDEZ', FM') gehörigen Polyphasendezimators (PDEZ, PM) mit dem Wert 0 belegt ist. Dezimierendes Filter (FDEZ', FM'), das zumindest einen Polyphasendezimator (PDEZ, PM) mit einem Dezimationsfaktor (RDEZ, RM) und einer Polyphasenkomponente (pDEZ, pM) aufweist und dessen Eingang von einem abgetasteten Eingangssignal (xDEZ(k0·Ta0), xM(k1·Ta1)) mit mehreren durch jeweils einen ungültigen Signalabschnitt voneinander getrennten gültigen Signalabschnitten beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des dezimierenden Filters (FDEZ', FM') über die gesamte Dauer des jeweils ungültigen Signalabschnitts seines Eingangssignals (xDEZ(k0·Ta0), xM(k1·Ta1)) der am Beginn des jeweils ungültigen Signalabschnitts seines Eingangssignals (xDEZ(k0·Ta0), xM(k1·Ta1)) erzeugte Abtastwert anliegt. Dezimierendes Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal (xFSDEZ(k0·Ta0), xFSM(k1·Ta1)) dem dezimierenden Filter (FDEZ', FM') signalisiert, ob sein Eingangssignal (xDEZ(k0·Ta0), xM(k1·Ta1)) aktuell einen gültigen oder ungültigen Signalabschnitt aufweist. Dezimierendes Filter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Polyphasendezimator (PDEZ, PM) enthaltener Polyphasenzähler, der über die Länge des Dezimationsfaktors (RDEZ, RM) mit der Abtastrate (fa0, fa1) des Eingangssignals (xDEZ(k0·Ta0), xM(k1·Ta1)) inkrementiert, den zu Beginn des jeweils ungültigen Signalabschnitts vorliegenden Polyphasenzählerstand (Polyphase) in einem Polyphasenspeicher (Mempolyphase) ablegt. Dezimierendes Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des jeweils ungültigen Signalabschnitts der Polyphasenzähler seinen Polyphasenzählerstand (Polyphase) mit dem im Polyphasenspeicher (Mempolyphase) zu Beginn des jeweils ungültigen Signalabschnitts abgelegten Polyphasenzählerstand (Polyphase) aktualisiert. Dezimierendes Filter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens zu Beginn des ersten gültigen Signalabschnitts des Eingangssignals (xDEZ(k0·Ta0), xM(k1·Ta1)) der Polyphasenspeicher (Mempolyphase) und der Polyphasenzählerstand (Polyphase) des Polyphasendezimators (PDEZ, PM) mit dem Wert 0 belegt ist.






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