專利名稱：信號插值器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲得兩相鄰信號采樣間的中間值的信號插值器。這種插值器在通常工作在高速的解調(diào)器的定時(shí)恢復(fù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中特別有用。
在每一解調(diào)器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為使數(shù)據(jù)在最佳的條件下得以檢測，通常必須使采樣時(shí)鐘和輸入的數(shù)據(jù)信號同步。實(shí)際上，所接收到的數(shù)據(jù)的比特率并不恰好是采樣頻率的約數(shù)(submultiple)，因此在采樣時(shí)鐘頻率和接收數(shù)據(jù)速率的同步上就產(chǎn)生了問題。
為避免這一問題，通常的做法是使采樣時(shí)鐘頻率隨接收數(shù)據(jù)速率的變化而變化，從而糾正產(chǎn)生的任何同步誤差。做為在接收機(jī)中通過改變采樣時(shí)鐘來調(diào)整時(shí)鐘同步的機(jī)制，這一解決方法在一些情況下如對于低速數(shù)據(jù)是合適的。但對于某些系統(tǒng)這種方法不再起作用，因?yàn)椴蓸宇l率的變化會在后續(xù)的數(shù)據(jù)識別過程中引起錯(cuò)誤。例如在用于頻率復(fù)用(frequency-multiplexed)異步信號的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中或帶后續(xù)信號處理的異步數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)中就有這樣的情況。同樣的情況出現(xiàn)在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，例如工作在2Mb/S以上。
在采樣時(shí)鐘必須與數(shù)據(jù)速率的變化互相獨(dú)立的情況下，通常的做法是使用插值技術(shù)以獲得兩相鄰采樣間的中間值，通過數(shù)字信號處理增加采樣率。
這樣，接收定時(shí)的調(diào)整是基于輸入的數(shù)據(jù)信號，而不是基于接收機(jī)的本地時(shí)鐘，因?yàn)橛蛇@種方法得到的大量的非同步采樣數(shù)據(jù)經(jīng)由后續(xù)信號處理裝置后，所得到的數(shù)值與如果采樣時(shí)鐘與輸入數(shù)據(jù)信號同步所獲得的信號采樣相符合。
在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用插值技術(shù)來進(jìn)行定時(shí)恢復(fù)是眾所周知的并得到了廣泛的證明。1993年3月的IEEE Transactions on communications，V0l.41，No.3，雜志上第501-507頁，Eloyed M.Gardner所寫的“數(shù)字調(diào)制解調(diào)器中的插值—第一部分基本原理”一文中，給出了在調(diào)制解調(diào)器中實(shí)現(xiàn)插值的一個(gè)例子。
但是，這種解決方法大大地增加了必須完成的處理的數(shù)目，并伴隨著實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的增加和相應(yīng)的功耗的增加，這使其不易于利用現(xiàn)有的超大規(guī)模集成電路工藝集成到電路中。
本發(fā)明提出了一個(gè)用于獲得兩相鄰信號采樣間的中間值的插值器，它包括用于延時(shí)輸入信號N次從而得到N+1個(gè)采樣的延時(shí)裝置；根據(jù)相應(yīng)的信號采樣值和時(shí)間間隔內(nèi)的時(shí)間分段值，產(chǎn)生N+1個(gè)數(shù)字形式存貯的輸出值的數(shù)據(jù)存貯裝置；及將數(shù)據(jù)存貯裝置的N+1個(gè)輸出相加以產(chǎn)生最終插值的加法裝置。
每一情況下對時(shí)間間隔分段而得的值決定了N+1個(gè)采樣中的每一個(gè)對最終的插值的影響。
使用這種插值器的優(yōu)點(diǎn)在于降低了要完成的處理的數(shù)目及其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，從而易于利用現(xiàn)有的超大規(guī)模集成電路工藝集成，并適用于通常工作于高速的解調(diào)器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
本發(fā)明的完整的說明可由下面提供的基于附圖的對優(yōu)選實(shí)施方式的描述中獲得，其中

圖1顯示了在采樣時(shí)刻得到的一系列的數(shù)據(jù)信號的采樣，從它們開始，數(shù)值通過插值技術(shù)在兩相鄰采樣數(shù)值間獲得，以及圖2示出了用于獲得兩相鄰采樣間的中間值的本發(fā)明的插值器的組成。
正如已經(jīng)陳述的那樣，在那些要改變采樣頻率而無法不防礙后續(xù)數(shù)據(jù)識別過程的系統(tǒng)中，接收同步調(diào)整用插值技術(shù)來完成。
圖1說明通過在本優(yōu)選實(shí)施方式中使用三階插值多項(xiàng)式，可獲得四個(gè)相鄰的信號采樣間的數(shù)據(jù)信號的值，每一采樣X0，X1，X2，X3相對前一個(gè)而言都相差一個(gè)時(shí)間間隔，圖中μ表示兩相鄰采樣間的時(shí)間間隔之間劃分為十六份后每一份的值。
假設(shè){ak}是三階多項(xiàng)式函數(shù)的系數(shù)，則插值由下式給出。X=Σk=03aktk]]>
其中tk是采樣的時(shí)刻的值，在所討論情況下，它等效于兩相鄰采樣間時(shí)間間隔被劃分的時(shí)間間隔分段值μ。
多項(xiàng)式系數(shù)ak反過來是計(jì)算插值用的起始點(diǎn)的信號采樣值X的函數(shù)。ak=Σi=13xibki]]>其中bki是常數(shù)，其值取決于采樣時(shí)刻，它決定了多項(xiàng)式中每一系數(shù)的權(quán)重。
結(jié)果，初始表達(dá)式可以寫成如下形式x=x(μ)=Σk=03(Σi=03xibki)μk=Σi=03Σk=03bkiμkxi]]>x(μ)=Σi=03Fi(μ)Xi]]>其中Fi(μ)=Σk=03bkiμk]]>展開此三次插值輸出信號表達(dá)式，得x＝F0(X0，μ)+F1(X1，μ)+F2(X2，μ)+F3(X3，μ)其中F0(X0，μ)＝X0*(b00+μ*b10+μ2*b20+μ3*b30)F1(X1，μ)＝X1*(b01+μ*b11+μ2*b21+μ3*b31)F2(X2，μ)＝X2*(b02+μ*b12+μ2*b22+μ3*b32)F3(X3，μ)＝X3*(b03+μ*b13+μ2*b23+μ3*b33)這允許整個(gè)輸出表示為四個(gè)函數(shù)F0(X0，μ)，F(xiàn)1(X1，μ)，F(xiàn)2(X2，μ)和F3(X3，μ)的和，四個(gè)函數(shù)的值分別取決于每一采樣值和所希望得到插值的時(shí)間間隔的時(shí)間分段值。
圖2是實(shí)現(xiàn)上述功能的本發(fā)明的插值器的框圖。這個(gè)插值器由三個(gè)由移位寄存器T組成的延時(shí)裝置組成，延時(shí)裝置以這樣的方法延遲輸入信號X0得到四個(gè)采樣信號X0，X1，X2，X3，即就前一個(gè)而言，每一采樣信號被延時(shí)一個(gè)采樣周期。
輸入信號X0和時(shí)間間隔分段值μ以四比特編碼，每一信號采樣X0，X1，X2，X3連同每一情況的時(shí)間間隔分段值μ分別作為由一組四個(gè)256字節(jié)的只讀存貯器F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3組成的數(shù)據(jù)存貯裝置F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3的輸入。
每一只讀存貯器ROM，為可能分別出現(xiàn)在其輸入的μ和X的16種值存貯了三階多項(xiàng)式函數(shù)F0(X0，μ)，F(xiàn)1(X1，μ)，F(xiàn)2(X2，μ)，F(xiàn)3(X3，μ)的數(shù)值。這樣，必需的數(shù)學(xué)處理可以事先完成，并以變量尋址的表格形式存貯，沒有必要持續(xù)計(jì)算。
這些存貯器中每一個(gè)產(chǎn)生七比特的輸出X0′，X1′，X2′，X3′，并由加法器SUM相加，產(chǎn)生最終的插值X。因?yàn)槊恳幌嗉拥脑赜衅弑忍?，和的?shí)際大小應(yīng)有九比特，但通過忽略其最低兩位的截?cái)嗵幚?，它的?shù)值可降為七比特。
權(quán)利要求
1.用于獲得兩相鄰信號采樣間的中間值的插值器，其特征在于它包括a)用于延時(shí)輸入信號(X0)，得到N+1個(gè)采樣(X0，X1，X2，X3)的延時(shí)裝置，相對于前一個(gè)而言，每一個(gè)被延時(shí)一個(gè)采樣周期；b)數(shù)據(jù)存貯裝置(F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)，每一裝置接收N+1個(gè)采樣(X0，X1，X2，X3)中的相應(yīng)的采樣，連同每一情況下要做插值的時(shí)間間隔分段值μ，這些存貯裝置根據(jù)這些值產(chǎn)生N+1個(gè)輸出(X0′，X1′，X2′，X3′)；和c)相加裝置(SUM)，它將來自數(shù)據(jù)存貯裝置(F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)的N+1輸出(X0′，X1′，X2′，X3′)相加，以產(chǎn)生最終的插值(X)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的插值器，其特征在于每一情況下由時(shí)間間隔分段獲得的值(μ)決定了N+1個(gè)采樣(X0，X1，X2，X3)的每一個(gè)對最終的插值(X)的影響，插值(X)是N+1個(gè)采樣(X0，X1，X2，X3)中的每一個(gè)離想要得到最終插值(X)的時(shí)刻的間隔的函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的插值器，其特征在于每一數(shù)據(jù)存貯裝置(F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)包含以數(shù)字形式事先存貯的數(shù)值的表，這樣每一輸出(X0′，X1′，X2′，X3′)的值就是每一情況下輸入的時(shí)間間隔分段值和它相應(yīng)的N+1個(gè)采樣(X0，X1，X2，X3)中的采樣值的函數(shù)。
全文摘要
用于獲得兩相鄰信號采樣的中間值的插值器，對于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和調(diào)制解調(diào)器特別有用。它包含用于延時(shí)輸入信號(X0)N次以得到N+1個(gè)采樣(X0，X1，X2，X3)的延時(shí)裝置(T)；接收N+1個(gè)采樣(X0，X1，X2，X3)的每一個(gè)及時(shí)間間隔分段值(μ)并產(chǎn)生N+1個(gè)輸出(X0′，X1′，X2′，X3′)的數(shù)據(jù)存貯裝置(F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)；將來自數(shù)據(jù)存貯裝置的N+1個(gè)輸出相加并輸出一插值(X)的相加裝置(SUM)。它包含一數(shù)值表，這樣輸出(X0′，X1′，X2′，X3′)的值可通過查表得到。
文檔編號H04L7/02GK1166097SQ96122660
公開日1997年11月26日 申請日期1996年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月27日
發(fā)明者瑪麗婭·A·羅德里格斯·馬丁內(nèi)茲, 于安·J·馬里·馬里 申請人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆公司