DE102007035446A1 - Systeme, Verfahren und Vorrichtungen für digitale Wavelet Generatoren zur Spektrumabtastung mit Multi-Auflösung (Multi Resolution) von CR-(Cognitive Radio)Anwendungen - Google Patents

Systeme, Verfahren und Vorrichtungen für digitale Wavelet Generatoren zur Spektrumabtastung mit Multi-Auflösung (Multi Resolution) von CR-(Cognitive Radio)Anwendungen Download PDF

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Kyutae Lim
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Jeongsuk Paju Lee
Kihong Suwon Kim
Seongsoo Suwon Lee
Haksun Kim
Joy Laskar
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Abstract

Es werden digitale Wavelet-Generatoren vorgeschlagen, die verwendet werden, um flexible Auflösungen der Spektrumabtastung für eine MRSS- (Multi-Resolution Spectrum Sensing) Technik vorzusehen. Ausführungsformen der Erfindung können entweder einen Multipunkt- oder einen Multirate-Wavelet-Generator aufweisen. Diese digitalen Wavelet-Generatoren können auf optimale Weise die gleichen Hardware-Ressourcen verwenden, und die verschiedenen Wavelet-Basen können erzeugt werden, indem die Speicheradressierschemen oder Taktraten geändert werden.

Description

  • Für diese Anmeldung wird die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 60/820,757 mit dem Titel "Systems, Methods, and Apparatuses for a Digital Wavelet Generator (DWG) for Multi-Resolution Spectrum Sensing of Cognitive Radio Applications", angemeldet am 28. Juli 2006, beansprucht, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen digitale Wavelet-Generatoren.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Spektrumabtastung ist eine Schlüsselfunktion für CR-(Cognitive Radio; kognitiver Funk) Systeme. Um flexible Auflösungen der Spektrumabtastung vorzusehen, kann eine Wavelet-Basis verwendet werden, um eine oder mehrere Auflösungen der Spektrumabtastung anzupassen. Bisherige Wavelet-Generatoren, die zur Erzeugung der Wavelet-Basis verwendet wurden, weisen die Einschränkung auf, dass sie individuell eine Vielzahl vorbestimmter Wavelet-Basen speichern müssen oder dass andererseits die Auflösung der Wavelet-Basis nicht einfach verändert werden kann. Des Weiteren ist für diese herkömmlichen Wavelet-Generatoren eine komplexe Hardware erforderlich, was beträchtliche Kosten und Verarbeitungszeit bedingen kann. Dementsprechend besteht in der Industrie ein Erfordernis nach einem flexibleren digitalen Wavelet-Generator.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren für einen digitalen Multipunkt-Wavelet-Generator vorgesehen, umfassend: Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen eines Speichers, Festlegen ausgelassener Reihen und nicht ausgelassener Reihen der Vielzahl von Reihen des Speichers basierend auf einem Adress-Auslass-Intervall, Abrufen digitalisierter Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe des Speichers und Verarbeiten der abgerufenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe gemäß einer Taktfrequenz, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis wenigstens teilweise basierend auf dem Adress-Auslass-Intervall und der Taktfrequenz festgelegt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren für einen digitalen Multirate-Wavelet-Generator: Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen eines Speichers, Festlegen einer Taktfrequenz, Abrufen digitalisierter Datenpunkte aus jeder Reihe des Speichers und sequentielles Verarbeiten der abgerufenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder Reihe gemäß der festgelegten Taktfrequenz, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis abnimmt, wenn die Taktfrequenz zunimmt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator: einen Speicher zum Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen eines Speichers, ein Adressierschema mit einem Adress-Auslass-Intervall, wobei das Adress-Auslass-Intervall ausgelassene Reihen und nicht ausgelassene Reihen der Vielzahl von Reihen des Speichers bestimmt, einen Digital-/Analog-Wandler (DAC), der digitalisierte Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe des Speichers empfängt, wobei der DAC die empfangenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe des Speichers gemäß einer Taktfrequenz empfängt, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis wenigstens zum Teil basierend auf dem Adress-Auslass-Intervall und der Taktfrequenz festgelegt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Multirate-Wavelet-Generator: einen Speicher zum Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen des Speichers, einen Taktgeber mit einer wählbaren Taktfrequenz und einen Digital-/Analog-Wandler (DAC), der die digitalisierten Datenpunkte aus jeder Reihe des Speichers empfängt, wobei der DAC die empfangenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder Reihe gemäß der gewählten Taktfrequenz sequentiell verarbeitet, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis abnimmt, wenn die Taktfrequenz zunimmt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nachdem die Erfindung somit in allgemeinen Worten beschrieben wurde, wird nun auf die beigefügten Zeichnungsfiguren Bezug genommen, die nicht maßstabsgetreu sind, und in denen:
  • 1 ein vereinfachtes Diagramm eines System zur Spektrumabtastung mit Multi-Auflösung (MRSS = Multi-Resolution Spectrum Sensing) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
  • 2A und 2B einen digitalen Multipunkt-Wavelet-Generator (MP-DWG) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellen;
  • 3 ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Wavelet-Basen unter Verwendung des digitalen Multipunkt-Wavelet-Generators aus 2A und 2B gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
  • 4A und 4B einen digitalen Multirate-Wavelet-Generator (MR-DWG) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der offenbarten Erfindung darstellen;
  • 5 ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Wavelet-Basen unter Verwendung des digitalen Multirate-Wavelet-Generators aus 4A und 4B gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
  • 6 eine Tabelle zum Vergleich der Eigenschaften der beiden in den Ausführungsbeispielen offenbarten Erfindungen, MP-DWG und MR-DWG, darstellt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wird nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Die Erfindung kann nämlich in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollten nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt erachtet werden. Es werden durchgängig gleiche Bezugsziffern verwendet, um gleiche Elemente zu kennzeichnen.
  • Übersicht der Betriebsumgebungen
  • In 1 ist ein Beispiel einer Betriebsumgebung eines digitalen Wavelet-Generators (DWG) 114 in einem System 100 dargestellt, das gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung Spektrumabtastung mit Multi-Auflösung (MRSS = Multi-Resolution Spectrum Sensing) vorsieht. Insbesondere kann das System 100 aus 1 üblicherweise eine Antenne 102, einen Verstärker 104, einen Wavelet-Puls-Generator 106, analoge Korrelatoren 108a und 108b, ein Medium-Zugangssteuerungs-(MAC = Medium Access Control) Modul 110 und eine Taktsteuerung 112 aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Antenne 102 eine Breitband-Antenne sein, die über einen breiten Frequenzbereich betrieben werden kann, vielleicht von mehreren Megahertz (MHz) bis in den Multi-Gigahertz-(GHz)Bereich. Die Antenne 102 kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine omni-direktionale Antenne sein. Der Verstärker 104 kann ein rauscharmer Verstärker (LNA = low-noise amplifier) oder ein Regelverstärker (VGA = variable gain amplifier) sein, obwohl andere Arten von Verstärkern verwendet werden können, ohne von den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Der Wavelet-Puls-Generator 106 kann einen digitalen Wavelet-Generator 114, einen Lokaloszillator 116, einen Phasenschieber 118, wie beispielsweise einen 90°-Phasenschieber, und Multiplizierer 120a und 120b aufweisen. Der analoge Korrelator kann einen Multiplizierer 122, einen Integrator 124, eine S/H-Schaltung 126, einen Verstärker 128 und einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 130 aufweisen. Gleichermaßen kann der analoge Korrelator 108b einen Multiplizierer 132, einen Integrator 134, eine S/H-Schaltung 136, einen Verstärker 138 und einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 140 aufweisen. Die Taktsteuerung 112 kann Taktsignale liefern, die von dem Wavelet-Puls-Generator 106, dem analogen Korrelator 108a und dem analogen Korrelator 108b verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann der Wavelet-Generator 114 eine Kette von Wavelet-Basen w(t) erzeugen. Wie genauer beschrieben wird, kann die Auflösung in Verbindung mit diesen Wavelet-Basen w(t) gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung variieren. Die Wavelet-Basen w(t) können mit Trägern, eventuell orthogonalen Trägern, die eine gegebene Lokaloszillator-(LO-)-Frequenz 116 aufweisen, über jeweilige Multiplizierer 120a und 120b moduliert werden. Zum Beispiel kann ein Beispiel für orthogonale Träger gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sinusförmige I- und Q-Träger fLO(t) aufweisen. Mit sinusförmigen I- und Q-Trägern fLO(t) kann das Signal der I-Komponente genauso groß wie das Signal der Q-Komponente sein, aber um 90 Grad phasenverschoben, wie von dem Phasenschieber 118 bereitgestellt. Die von dem Wavelet-Puls-Generator 106 ausgegebene Kette von Wavelet-Basen w(t) kann mit dem zeitvarianten Eingangssignal x(t) von dem jeweiligen Multiplizierer 122 und 132 multipliziert oder auf andere Art kombiniert werden, um ein analoges Korrelationsausgangssignal zu bilden, das in die jeweiligen analogen Integratoren 124 und 134 eingegeben wird. Wie in 1 dargestellt, kann das zeitvariante Eingangssignal optional zuerst von dem Verstärker 104 verstärkt werden. Die analogen Integratoren 124 und 134 bestimmen die jeweiligen analogen Korrelationswerte z(t) und geben diese dann aus, die dann unter Verwendung der S/H-(S/H: Sample/Hold) Schaltungen 108a, 108b, den Verstärkern 128, 138 und den ADCs 130, 140 digitalisiert werden, um die jeweiligen abgetasteten Werte sI,k and sQ,k zu erzeugen. Das MAC-Modul 110 kann dann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Größe pk der abgetasteten Werte sI,k and sQ,k bestimmen, indem die Quadratwurzel dieser Werte gezogen wird, wie durch die Gleichung
    Figure 00060001
    vorgesehen. Sind die Größen pk größer als ein bestimmter Schwellenwert, kann das MAC-Modul 110 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen bedeutenden Interferenzverursacher-Empfang (z.B. eine bestimmte detektierte Belegung des Spektrums) feststellen.
  • Wie weiter unten genauer beschrieben wird, kann der Wavelet-Generator 114 auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der Wavelet-Generator ein digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator sein. Der digitale Multipunkt-Wavelet-Generator kann die Auflösung der erzeugten Wavelet-Basen anpassen, indem die Anzahl an Punkten, die bei einer konstanten Taktfrequenz bereitgestellt werden, angepasst wird. Die Anzahl an Punkten kann nämlich angepasst werden, indem das Adressierschema für den Speicher, in dem die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basen gespeichert sind, modifiziert wird. Andererseits kann gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung der Wavelet-Generator ein digitaler Multirate-Wavelet-Generator sein. Der digitale Multirate-Wavelet-Generator kann die Auflösung der erzeugten Wavelet-Basen anpassen, indem eine konstante Anzahl von Punkten bereitgestellt wird, aber die Taktfrequenz angepasst wird.
  • Obwohl der digitale Multipunkt-Wavelet-Generator und der digitale Multirate-Wavelet-Generator gesondert beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass bei anderen Ausführungsformen Aspekte des digitalen Multipunkt- und Multirate-Wavelet-Generators kombiniert werden können. Beispielsweise kann ein digitaler Wavelet-Generator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das Anpassen sowohl der Anzahl von Punkten als auch der Taktfrequenz vorsehen. Somit sind die untenstehenden Ausführungsformen zwar erläuternd, dienen aber nicht dazu, den Schutzbereich der Erfindung einzuschränken.
  • Digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Wavelet-Generator 114 aus 1 als digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator (MP-DWG) implementiert sein, wie in 2A und 2B dargestellt ist. Genauer kann der digitale Multipunkt-Wavelet-Generator ein Speicher-Adressierschema vorsehen, um eine genaue Wavelet-Basis 216 vorzusehen, wie in 2A dargestellt ist, oder eine eher dünne Wavelet-Basis 218, wie in 2B dargestellt ist. Die genaue Wavelet-Basis 216 aus 2A kann eine höhere Auflösung, und somit mehr Punke, aufweisen als die eher dünne Wavelet-Basis 218 aus 2B. Obwohl die genaue und die dünne Wavelet-Basis 216, 218 aus 2A und 2B jeweils erläuternd sind, wird darauf hingewiesen, dass andere genaue und dünne Wavelet-Basen mehr oder weniger Punkte bei unterschiedlichen Frequenzen aufweisen können.
  • Wie in 2A und 2B dargestellt ist, kann der digitale Multipunkt-Wavelet-Generator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen Speicher 202, einen Digital/Analog-Wandler (DAC) 204 und einen Filter 206 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Speicher 202 eine oder mehrere Arten RAM (Random Access Memory) oder ROM (read-only memory) aufweisen. Alternativ kann der Speicher 202 andere Speichermittel umfassen, einschließlich magnetischer Speichervorrichtungen wie Festplatten, entfernbarer Speichervorrichtungen und noch anderer flüchtiger oder nicht flüchtiger Speichervorrichtungen. Bei den digitalen Wavelet-Generatoren kann der Speicher 202 verwendet werden, um die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis in Verbindung mit einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung, die verwendet wird, um die Wavelet-Basen w(t) zu erzeugen, zu speichern. Genauer können Punkte in der Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in jeweiligen Reihen des Speichers 202 gespeichert werden.
  • Während des Betriebs des digitalen Wavelet-Generators können die in dem Speicher 202 gespeicherten Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis ausgegeben oder dem DAC 204 auf andere Weise zur Verfügung gestellt werden. Der DAC 204 kann die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis von einer digitalen Form in eine analoge Form wandeln. Der DAC 204 kann dann die analoge Wavelet-Basis an den Filter 206 ausgeben oder auf andere Weise bereitstellen, welcher die resultierenden analogen Wavelet-Basen w(t) ausgibt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Filter 206 ein Rekonstruktionsfilter, eventuell ein Tiefpass-Rekonstruktionsfilter, sein, der eine weiche analoge Wavelet-Basis w(t) aus dem Ausgang (Ausgangssignal) des DAC 204 bildet. Die Auswahl des Filters 206 und seine gewünschte Grenzfrequenz kann von der gewünschten Auflösung der Wavelet-Basen w(t) und den Betriebsparametern des DAC 204 und des Speichers 202 abhängen.
  • Jede von dem Filter 206 ausgegebene Wavelet-Basis w(t) kann eine zugeordnete horizontale Auflösung Nhor und eine vertikale Auflösung Nver aufweisen. Die horizontale Auflösung Nhor der Wavelet-Basis w(t) kann auf der Anzahl an Punkten basieren, die für jede Wavelet-Basis w(t) vorgesehen ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die maximale horizontale Auflösung Nhor auf der Tiefe 208 des Speichers 202 (d.h., der Anzahl an Reihen) basieren, da die Tiefe 208 die Anzahl an Punkten, die gespeichert und bei einer bestimmten Taktfrequenz fCLK abgerufen werden können, einschränken kann. Somit kann die Tiefe 208 des Speichers 202 so gewählt werden, dass sie der maximalen horizontalen Auflösung Nhor der genauesten Wavelet-Basis, die gewünscht oder erforderlich ist, entspricht. Wie in 2A und 2B dargestellt, kann die Tiefe 208 des Speichers 202 9 Bit entsprechend den Reihen 0 bis 8 betragen, obwohl bei anderen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung andere Tiefen verwendet werden können. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass die horizontale Auflösung Nhor des Wavelet-Pulses w(t) ebenfalls proportional zur Dauer der Wavelet-Basen w(t) sein kann. Zum Beispiel können Wavelet-Basen w(t) mit längerer Dauer eine größere Anzahl an Punkten aufweisen und somit eine höhere horizontale Auflösung Nhor haben.
  • Die vertikale Auflösung Nver der Wavelet-Basis w(t) – das heißt, die Frequenz des Abstands zwischen jedem Punkt der Wavelet-Basis w(t) – kann auf der Bandbreite 210 des Speichers 202 und der Auflösung des DAC 204 basieren. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Bandbreite 210 des Speichers 202 zu der Auflösung von DAC 204 gleich sein kann. Wie in 2A und 2B dargestellt, kann die Bandbreite des Speichers 8 Bits sein, obwohl bei anderen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung andere Bandbreiten verwendet werden können.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und wie allgemein bei dem beispielhaften Verfahren 300 aus 3 beschrieben, kann die Auflösung einer Wavelet-Basis w(t) angepasst werden, indem die Adress-Auslass-Intervalle, die dem Zugreifen auf die in dem Speicher 202 gespeicherten Datenpunkte der Wavelet-Basis zugeordnet sind, modifiziert werden. In Schritt 302 kann das Adressierschema, und insbesondere das gewünschte Adress-Auslass-Intervall, für den Speicher 202 gewählt oder auf andere Art bestimmt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Adress-Auslass-Intervall das Auslassen von keiner oder einer oder mehreren Reihen (z. B. der gesamten Tiefe 208) des Speichers 202 vorsehen. Werden eine oder mehrere Reihen des Speichers 202 ausgelassen, kann dieses Auslassen von Reihen auf eine Vielzahl von Arten ausgeführt werden. Zum Beispiel kann eine um die andere Reihe ausgelassen werden. Alternativ kann jede zweite Reihe ausgelassen werden. Eine Vielzahl anderer Verfahren zum Auslassen von Reihen ist verfügbar, ohne von Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. In Schritt 304 ruft der DAC 204 die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis gemäß dem gewählten Adress-Auslass-Intervall aus dem Speicher 202 ab oder wird mit diesen auf andere Art versorgt. Zum Beispiel werden in Schritt 304 die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis, die in nicht ausgelassenen Reihen – d. h. den ausgewählten oder adressierten Reihen – des Speichers 202 gespeichert sind, ausgegeben oder dem DAC 204 auf andere Weise zur Verfügung gestellt. In Schritt 306 kann der DAC 204 die analoge Wavelet-Basis aus den abgerufenen Datenpunkten der digitalen Wavelet-Basis erzeugen. Schließlich kann in Schritt 308 der Filter 206, welcher ein Rekonstruktionsfilter sein kann, die erzeugte analoge Wavelet-Basis entsprechend einer vorbestimmten Grenzfrequenz des Filters 206 filtern.
  • Nachdem das beispielhafte Verfahren aus 3 beschrieben wurde, wird das Adressierschema 212 für die genaue Wavelet-Basis 216 aus 2A genauer beschrieben. Für die genaue Wavelet-Basis 216 können die Adress-Auslass-Intervalle so festgelegt werden, dass keine oder eine oder mehrere Reihen des Speichers ausgelassen werden. Gemäß einem Beispiel kann, wenn alle Reihen des Speichers 202 wie durch Adressierschema 212 vorgesehen adressiert werden, die genaue Wavelet-Basis 216 aus 2A unter Verwendung einer horizontalen Auflösung Nhor von 9 Bit entsprechend jeder der Reihen 0 bis 8 erzeugt werden. Genauer kann auf jede Reihe des Speichers 202 nacheinander mit einer Taktzugriffszeit von 1/fCLK 220 gemäß dem Adressierschema 212 zugegriffen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Wavelet-Frequenz fw auf der Taktfrequenz fCLK und der horizontalen Auflösung Nhor gemäß (Nhor – 1) basieren kann.
  • Andererseits kann die dünne Wavelet-Basis 218 aus 2B erzeugt werden, wenn nur ein Bereich der Reihen aus Speicher 202 mit der gleichen Rate von 1/fCLK 220 gemäß dem Adressierschema 214 adressiert wird. Genauer kann, wie in 2B dargestellt ist, die dünne Wavelet-Basis 218 das Doppelte der Wavelet-Frequenz fw der Wavelet-Basis 216 aus 2A betragen. Um die Wavelet-Basis 218 mit der gleichen Taktfrequenz fclk, aber der doppelten Wavelet-Frequenz fw der Wavelet-Basis 218 zu erzeugen, kann es erforderlich sein, dass die horizontale Auflösung Nhor der Wavelet-Basis 218 fünf Reihen des Speichers 202 beträgt, entsprechend fclk = fw·(Nhor – 1). Somit kann mit einer Rate von 1/fCLK 220 gemäß dem Adressierschema 214 auf eine um die andere Reihe des Speichers 202 zugegriffen werden. Beträgt beispielsweise die Rate 125 Nanosekunden, dann kann gemäß fclk = fw·(Nhor – 1) die Wavelet-Frequenz fw für die genaue Wavelet-Basis 216 1 MHz und für die dünne Wavelet-Basis 218 2 MHz betragen.
  • Wie in 2A, 2B und 3 dargestellt, wird darauf hingewiesen, dass es ein Vorteil des digitalen Multipunkt-Wavelet-Generators ist, dass Variationen dünner und genauer Wavelet-Basen erzeugt werden können, indem die Adressierschemen (z.B. Reihen 312, 314 etc.) des Speichers 202 modifiziert werden, um die gesamte oder nur einen Bereich der Tiefe 208 des Speichers 202 zu verwenden. Indem nämlich die Adress-Auslass-Intervalle hochgesetzt werden, können eine oder mehrere Variationen der dünnen Wavelet-Basis 218 erhalten werden. Des Weiteren kann der Filter 206, welcher ein Rekonstruktionsfilter sein kann, unter Verwendung einer bestimmten Grenzfrequenz eingestellt werden, da die gleiche Abtastfrequenz fclk für jede beliebige Wavelet-Dauer verwendet wird. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass der gleiche Speicher 202 verwendet werden kann, um genaue und dünne Wavelet-Basen zu erzeugen, und es muss keine zusätzliche Hardware für Speicher 202 nötig sein, um genaue und dünne Wavelet-Basen zu erzeugen. Wie oben beschrieben kann die Tiefe 208 des Speichers 202 nämlich auf die maximale Auflösung Nhor der gewünschten genauesten Wavelet-Basis 216 eingestellt werden. Dementsprechend kann eine dünnere Wavelet-Basis 218 erhalten werden, indem nur ein Bereich der Reihen 214 und nicht die gesamte Tiefe 208 des Speichers 202 verwendet wird.
  • Digitaler Multirate-Wavelet-Generator
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Wavelet-Generator 114 aus 1 als digitaler Multirate-(MR-)Wavelet-Generator (DWG) wie in 4A und 4B dargestellt implementiert sein. Genauer kann der digitale Multirate-Wavelet-Generator das Anpassen der Taktrate oder -frequenz vorsehen, um eine genaue Wavelet-Basis 416, wie in 4A dargestellt, oder eine dünnere Wavelet-Basis 418, wie in 4B dargestellt, vorzusehen.
  • Wie in 4A und 4B dargestellt, kann der digitale Multirate-Wavelet-Generator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen Speicher 402, einen Digital/Analog-Wandler (DAC) 404 und einen variablen Filter 406 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Speicher 402 eine oder mehrere Arten RAM (Random Access Memory) oder ROM (read-only memory) aufweisen. Alternativ kann der Speicher 402 andere Speichermittel umfassen, einschließlich magnetischer Speichervorrichtungen wie Festplatten, entfernbarer Speichervorrichtungen und weiterer flüchtiger oder nicht flüchtiger Speichervorrichtungen. Der Speicher 402 kann verwendet werden, um die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis in Verbindung mit einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung, die beim Erzeugen der Wavelet-Basen w(t) verwendet werden, zu speichern. Genauer können Punkte in der Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in jeweiligen Reihen des Speichers 402 gespeichert werden.
  • Während des Betriebs des digitalen Wavelet-Generators können die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis ausgegeben oder dem DAC 404 auf andere Weise zur Verfügung gestellt werden. Der DAC 404 kann die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis von einer digitalen Form in eine analoge Form wandeln. Der DAC 404 kann dann die analoge Wavelet-Basis an den variablen Filter 406 ausgeben oder auf andere Weise bereitstellen, welcher die sich ergebenden gefilterten analogen Wavelet-Basen w(t) ausgibt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der variable Filter 406 ein Rekonstruktionsfilter, eventuell ein Tiefpass-Rekonstruktionsfilter, sein, der eine weiche analoge Wavelet-Basis w(t) aus dem Ausgang des DAC 404 bildet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Grenzfrequenz des variablen Filters 406 basierend auf der Taktfrequenz fCLK, die dem Speicher 402 und/oder DAC 404 zugeordnet ist, angepasst werden kann.
  • Jede von dem Filter 406 ausgegebene Wavelet-Basis w(t) kann eine zugeordnete horizontale Auflösung Nhor und eine vertikale Auflösung Nver aufweisen. Die horizontale Auflösung Nhor der Wavelet-Basis w(t) kann auf der Anzahl an Punkten basieren, die für jede Wavelet-Basis w(t) vorgesehen ist. Für die Wavelet-Basis w(t) kann die horizontale Auflösung Nhor gleich der Tiefe 408 des Speichers 402 sein. Wie in 4A und 4B dargestellt, kann die horizontale Auflösung Nhor 5 Bit entsprechend den Reihen 0 bis 4 betragen. Die vertikale Auflösung Nver der Wavelet-Basis w(t) – das heißt die Frequenz des Abstands zwischen jedem Punkt der Wavelet-Basis w(t) – kann wie unten beschrieben angepasst werden, um eine oder mehrere Variationen einer genauen oder dünnen Wavelet-Basis w(t) vorzusehen. Die vertikale Auflösung Nver kann nämlich basierend auf der gewählten Taktfrequenz fCLK bestimmt werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und wie allgemein bei dem beispielhaften Verfahren 500 aus 5 beschrieben, kann die Auflösung einer Wavelet-Basis w(t) angepasst werden. In Schritt 502 kann die Taktrate fCLK zum Zugreifen auf die in dem Speicher 402 gespeicherten Datenpunkte der Wavelet-Basis gewählt werden. In Schritt 504 ruft der DAC 404 die Datenpunkte der digitalen Wavelet-Basis gemäß der gewählten Taktrate fCLK aus dem Speicher 402 ab oder wird mit diesen auf andere Art versorgt. In Schritt 506 kann der DAC 404 die analoge Wavelet-Basis aus den abgerufenen Datenpunkten der digitalen Wavelet-Basis erzeugen. Schließlich kann in Schritt 508 der variable Filter 406, welcher ein variabler Rekonstruktionsfilter 406 sein kann, die erzeugte analoge Wavelet-Basis entsprechend einer vorbestimmten Grenzfrequenz filtern. Insbesondere kann die Grenzfrequenz des variablen Filters 406 basierend auf der Taktrate fCLK zum Zugreifen auf die in dem Speicher 402 gespeicherten Datenpunkte der Wavelet-Basis bestimmt werden.
  • Die Anpassung der Taktrate fCLK zum Erzeugen einer genauen Wavelet-Basis 416 aus 4A und der dünnen Wavelet-Basis 418 wird nun genauer beschrieben. In 4A und 4B kann die horizontale Auflösung jeder Wavelet-Basis 416, 418 Nhor 5 Bit betragen. Es kann nacheinander auf jede der Reihen 402 (d.h. die gesamte Tiefe 408) zugegriffen werden, aber mit unterschiedlichen Taktraten fCLK. Insbesondere kann für die genaue Wavelet-Basis 416 auf jede Reihe des Speichers 402 entsprechend einer Taktzugriffszeit von 1/fclk1 420 zugegriffen werden. Andererseits kann für die dünne Wavelet-Basis 418 auf jede Reihe des Speichers 402 gemäß einer zweiten Taktzugriffszeit von 1/fclk2 422 zugegriffen werden. Zum Beispiel kann die zweite Taktzugriffszeit 1/fclk2 422 für die dünne Wavelet-Basis 418 auf die Hälfte der ersten Taktzugriffszeit 1/fclk1 420 für die genaue Wavelet-Basis 416 festgelegt werden. In diesem Fall kann die Wavelet-Frequenz fw der dünnen Wavelet-Basis 418 das Doppelte der Wavelet-Frquenz fw der genauen Wavelet-Basis 416 betragen, unter der Voraussetzung, dass die horizontale Auflösung Nhor in beiden Fällen 5 Bit ist. Wenn beispielsweise vorausgesetzt wird, dass die Wavelet-Frequenz fw für die genaue Wavelet-Basis 416 1 MHz und für die dünne Wavelet-Basis 418 2 MHz beträgt, dann beträgt die erste Taktzugriffszeit 1/fclk1 420 250 nsek und die zweite Taktzugriffszeit 1/fclk2 422 125 nsek gemäß fclk = fw·(Nhor – 1). Demgemäss kann für die genaue Wavelet-Basis 416 die Taktzugriffszeit verlängert werden, während die Taktzugriffszeit für die dünne Wavelet-Basis 418 verkürzt werden kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem digitalen Multirate-Wavelet-Generator die horizontale Auflösung Nhor für jede beliebige Wavelet-Dauer gleich ist. Somit kann auf den Speicher 402 nacheinander zugegriffen werden, wie durch Speicher-Adressierschemen 412, 414 dargestellt ist. Statt dessen kann die Taktrate fclk geändert werden, wenn die genaue Wavelet-Basis 416 und die dünne Wavelet-Basis 418 erzeugt wird. Dementsprechend kann der digitale Multirate-Wavelet-Generator die Dauer der Wavelet-Basis durch Anpassen der Taktzugriffszeit modifizieren.
  • Es kann ein Vorteil des digitalen Multirate-Wavelet-Generators sein, das die Tiefe 408 des Speichers 402 optimal bemessen sein kann. Da die horizontale Auflösung Nhor jeder Wavelet-Basis für alle Wavelet-Basen gleich ist, ist in Speicher 402 keine Redundanz erforderlich. Des Weiteren kann ein einfaches Adressierschema 412, 414 verwendet werden.
  • Vergleich der Ergebnisse
  • In 6 ist eine Tabelle der Vergleichsergebnisse zwischen dem Multipunkt-Wavelet-Generator (MP-DWG) und dem Multirate-Wavelet-Generator (MR-DWG) dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Hardwarelast für den Rekonstruktionsfilter 206 des MP-DWG geringer ist als die für den variablen Rekonstruktionsfilter 406 des MR-DWG. Andererseits ist die Hardwarelast für den Speicher 202 des MP-DWG höher als die für den Speicher 402 des MR-DWG.
  • Viele Änderungen und andere Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindungen werden dem Fachmann nach Studium der vorstehenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungsfiguren offensichtlich werden. Somit wird darauf hingewiesen, dass die Erfindungen nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sind und dass Änderungen und andere Ausführungsformen in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Obwohl hier spezifische Begriffe verwendet werden, werden diese nur auf allgemeine und beschreibende Weise verwendet und dienen nicht zur Einschränkung.

Claims (20)

  1. Verfahren für einen digitalen Multipunkt-Wavelet-Generator, welches umfasst: Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen eines Speichers; Festlegen ausgelassener Reihen und nicht ausgelassener Reihen der Vielzahl von Reihen des Speichers basierend auf einem Adress-Auslass-Intervall; Abrufen digitalisierter Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe des Speichers; und Verarbeiten der abgerufenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe gemäß einer Taktfrequenz, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis wenigstens teilweise basierend auf dem Adress-Auslass-Intervall und der Taktfrequenz festgelegt wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Reihen des Speichers sequentiell adressiert werden, und wobei geradzahlige Adressreihen als ausgelassene Reihen festgelegt werden und ungeradzahlige Adressreihen als nicht ausgelassene Reihen festgelegt werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Vielzahl von Reihen keine Reihe als ausgelassene Reihe festgelegt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeiten der abgerufenen digitalisierten Datenpunkte das Wandeln der abgerufenen digitalisierten Datenpunkte in die analoge Wavelet-Basis durch einen Digital/Analog-Wandler (DAC) umfasst.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Anstieg der Anzahl ausgelassener Reihen gemäß einem Adress-Auslass-Intervall die Dauer der analogen Wavelet-Basis abnimmt.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter das Filtern der analogen Wavelet-Basis mit einem Rekonstruktionsfilter, der eine vorbestimmte Grenzfrequenz aufweist, umfasst.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher entweder ein RAM (Random Access Memory) oder ein ROM (Read-Only Memory) aufweist.
  8. Verfahren für einen digitalen Multipunkt-Wavelet-Generator, welches umfasst: Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen eines Speichers; Festlegen einer Taktfrequenz; Abrufen digitalisierter Datenpunkte aus jeder Reihe des Speichers; und sequentielles Verarbeiten der abgerufenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder Reihe gemäß der festgelegten Taktfrequenz, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis abnimmt, wenn die Taktfrequenz zunimmt.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter das Filtern der analogen Wavelet-Basis mit einem variablen Rekonstruktionsfilter, der eine variable Grenzfrequenz aufweist, umfasst.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Grenzfrequenz entsprechend der festgelegten Taktfrequenz angepasst wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher entweder ein RAM (Random Access Memory) oder ein ROM (Read-Only Memory) aufweist.
  12. Digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator, welcher aufweist: einen Speicher zum Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen eines Speichers; ein Adressierschema mit einem Adress-Auslass-Intervall, wobei das Adress-Auslass-Intervall ausgelassene Reihen und nicht ausgelassene Reihen der Vielzahl von Reihen des Speichers festgelegt; und einen Digital-/Analog-Wandler (DAC), der digitalisierte Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe des Speichers empfängt, wobei der DAC die empfangenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder nicht ausgelassenen Reihe des Speichers gemäß einer Taktfrequenz verarbeitet, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis wenigstens zum Teil basierend auf dem Adress-Auslass-Intervall und der Taktfrequenz festgelegt wird.
  13. Digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Reihen des Speichers sequentiell adressiert wird, und wobei geradzahlige Adressreihen als ausgelassene Reihen festgelegt werden und ungeradzahlige Adressreihen als nicht ausgelassene Reihen festgelegt werden.
  14. Digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von der Vielzahl von Reihen keine Reihe als ausgelassene Reihe festgelegt wird.
  15. Digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Anstieg der Anzahl ausgelassener Reihen gemäß dem Adress-Auslass-Intervall die Dauer der analogen Wavelet-Basis abnimmt.
  16. Digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter einen Rekonstruktionsfilter, der eine vorbestimmte Grenzfrequenz aufweist, umfasst, der die analoge Wavelet-Basis filtert.
  17. Digitaler Multipunkt-Wavelet-Generator gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher entweder ein RAM (Random Access Memory) oder ein ROM (Read-Only Memory) aufweist.
  18. Digitaler Multirate-Wavelet-Generator, welcher aufweist: einen Speicher zum Speichern jedes einer Vielzahl digitalisierter Datenpunkte einer Wavelet-Basis mit hoher Auflösung in einer Reihe einer Vielzahl von Reihen des Speichers; einen Taktgeber mit einer wählbaren Taktfrequenz; und einen Digital-/Analog-Wandler (DAC), der die digitalisierten Datenpunkte aus jeder Reihe des Speichers empfängt, wobei der DAC sequentiell die empfangenen digitalisierten Datenpunkte aus jeder Reihe gemäß der gewählten Taktfrequenz verarbeitet, um eine analoge Wavelet-Basis zu erzeugen, wobei die Dauer der analogen Wavelet-Basis abnimmt, wenn die Taktfrequenz zunimmt.
  19. Digitaler Multirate-Wavelet-Generator gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter einen Rekonstruktionsfilter aufweist, der die analoge Wavelet-Basis entsprechend einer wählbaren Grenzfrequenz filtert, wobei die Grenzfrequenz wenigstens zum Teil basierend auf der gewählten Taktfrequenz gewählt wird.
  20. Digitaler Multirate-Wavelet-Generator gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher entweder ein RAM (Random Access Memory) oder ein ROM (Read-Only Memory) aufweist.
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