什么是實(shí)時(shí)帶寬和疊加處理

實(shí)時(shí)帶寬和疊加處理

頻譜分析是一個(gè)很大的話(huà)題。在本文中，我主要想介紹一下實(shí)時(shí)帶寬和疊加處理。首先，我們都知道“實(shí)時(shí)”所要表達的意思，我不打算在此花費太多的時(shí)間。但是，我必須重新定義一下在做快速傅里葉變換（FFT）頻譜分析時(shí)的“實(shí)時(shí)”的概念。

實(shí)時(shí)帶寬

實(shí)時(shí)帶寬（Real-Time Bandwidth）是標準術(shù)語(yǔ)，它的定義是，在最高頻率不丟失數據情況下，計算出的頻譜。這里的頻率是由我們的DSP處理器的處理速度決定的，例如，無(wú)論其他功能是否有要求，進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）計算所用的時(shí)間。

如圖1所示，如果工作頻率高于實(shí)時(shí)帶寬出現，處理的話(huà)，DSP處理器計算的數據將會(huì )出現間隙，這對于對數據穩定的系統來(lái)說(shuō)幾乎不是什么問(wèn)題，如周期：當信號按照后來(lái)的周期循環(huán)時(shí)，沒(méi)有致命信息丟失。另外，如果信號是瞬時(shí)信號，那間隙的出現會(huì )影響到分析處理。

圖1：數據收集與實(shí)時(shí)帶寬。（A）FFT處理器等待數據收集。（B）數據間隙產(chǎn)生。（C）實(shí)時(shí)帶寬對數據的要求。

從另一個(gè)角度講，高的處理速度也是很重要的。如當輸入信號參數變化較快；我們要求取平均值時(shí)特別是大量數據的平均值。反之，當分析處理那些帶寬低于實(shí)時(shí)帶寬的數據時(shí)，我們可以認為DSP處理器是在等待數據塊輸入。我們稱(chēng)這種現象為疊加處理。

疊加處理

例如我們以2536kHz的采樣頻率收集分析10kHz的數據，希望能計算出1kHz快速傅里葉變換（FFT）。數據采集時(shí)間（時(shí)間窗）是進(jìn)行1024次采集數據精確的在40毫秒。如果快速傅里葉變換（FFT）處理器在10毫秒內處理完數據并顯示出其頻譜的話(huà)，那剩下的30毫秒，它將會(huì )等待下個(gè)數據塊的傳輸到達。我們可以利用數據塊的部分數據和上一數據塊的部分數據計算出一種新的頻譜。如果這樣數據穩定的話(huà)，我們沒(méi)理由不這樣從兩個(gè)數據塊組合數據。

由以上分析，我們可以定義一種新的快速傅里葉變換（FFT）計算方法：利用先前數據塊75％的數據信息和此時(shí)數據塊25％的數據信息。我們稱(chēng)之為75％疊加處理，從外表看，處理時(shí)間將會(huì )是每個(gè)頻譜10毫秒，而不是40毫秒。

當我們的處理頻率很低時(shí)，這樣的處理將變的十分有意義。如，頻率低于1kHz時(shí)，我們計算較大的變換；大于1kHz，我們計算多個(gè)頻譜來(lái)計算平均值。舉個(gè)例子，我們來(lái)設想處理頻率在100Hz范圍內，期望求取16個(gè)頻譜的平均值。數據收集在4秒內，沒(méi)有疊加處理，我們需要64秒。利用75％疊加處理，第一個(gè)數據塊處理需要4秒，以后每個(gè)僅需要1秒，這樣，4×1＋1×15＝19秒。完成同樣的任務(wù)僅需要19秒。

關(guān)于作者

Rodger H. Hosking現在從事于研發(fā)，推廣和銷(xiāo)售新產(chǎn)品。并與第三方軟、硬件合作方戰略聯(lián)盟。他已經(jīng)出版和發(fā)行了大量的文章關(guān)于技術(shù)討論的工業(yè)出版物。Rodger H. Hosking現在在Wavetek 和 Rockland擔任工程經(jīng)理和(設計)主管工程師。他主要負責一些測量?jì)x器設備的設計和測試管理。這些設備有數字頻率發(fā)生器，FFT頻譜分析儀和實(shí)驗濾波器。Rodger H. Hosking有阿勒格尼學(xué)院（Allegheny College）的物理學(xué)學(xué)士學(xué)位和紐約哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）的電機工程學(xué)的學(xué)士和碩士學(xué)位。他的聯(lián)系Email：rodger@pentek.com.