什么是實時帶寬和疊加處理

實時帶寬和疊加處理

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

實時帶寬

實時帶寬（Real-Time Bandwidth）是標準術語，它的定義是，在最高頻率不丟失數(shù)據(jù)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，無論其他功能是否有要求，進行快速傅里葉變換（FFT）計算所用的時間。

如圖1所示，如果工作頻率高于實時帶寬出現(xiàn)，處理的話，DSP處理器計算的數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)間隙，這對于對數(shù)據(jù)穩(wěn)定的系統(tǒng)來說幾乎不是什么問題，如周期：當信號按照后來的周期循環(huán)時，沒有致命信息丟失。另外，如果信號是瞬時信號，那間隙的出現(xiàn)會影響到分析處理。

圖1：數(shù)據(jù)收集與實時帶寬。（A）FFT處理器等待數(shù)據(jù)收集。（B）數(shù)據(jù)間隙產(chǎn)生。（C）實時帶寬對數(shù)據(jù)的要求。

從另一個角度講，高的處理速度也是很重要的。如當輸入信號參數(shù)變化較快；我們要求取平均值時特別是大量數(shù)據(jù)的平均值。反之，當分析處理那些帶寬低于實時帶寬的數(shù)據(jù)時，我們可以認為DSP處理器是在等待數(shù)據(jù)塊輸入。我們稱這種現(xiàn)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(shù)據(jù)，希望能計算出1kHz快速傅里葉變換（FFT）。數(shù)據(jù)采集時間（時間窗）是進行1024次采集數(shù)據(jù)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(nèi)處理完數(shù)據(jù)并顯示出其頻譜的話，那剩下的30毫秒，它將會等待下個數(shù)據(jù)塊的傳輸?shù)竭_。我們可以利用數(shù)據(jù)塊的部分數(shù)據(jù)和上一數(shù)據(jù)塊的部分數(shù)據(jù)計算出一種新的頻譜。如果這樣數(shù)據(jù)穩(wěn)定的話，我們沒理由不這樣從兩個數(shù)據(jù)塊組合數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)塊75％的數(shù)據(jù)信息和此時數(shù)據(jù)塊25％的數(shù)據(jù)信息。我們稱之為75％疊加處理，從外表看，處理時間將會是每個頻譜10毫秒，而不是40毫秒。

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

關于作者

Rodger H. Hosking現(xiàn)在從事于研發(fā)，推廣和銷售新產(chǎn)品。并與第三方軟、硬件合作方戰(zhàn)略聯(lián)盟。他已經(jīng)出版和發(fā)行了大量的文章關于技術討論的工業(yè)出版物。Rodger H. Hosking現(xiàn)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儀器設備的設計和測試管理。這些設備有數(shù)字頻率發(fā)生器，F(xiàn)FT頻譜分析儀和實驗濾波器。Rodger H. Hosking有阿勒格尼學院（Allegheny College）的物理學學士學位和紐約哥倫比亞大學（Columbia University）的電機工程學的學士和碩士學位。他的聯(lián)系Email：rodger@pentek.com.