Digitale Signalverarbeitung - Mit einer Einführung in die kontinuierlichen Signale und Systeme

Programmierbarkeit (S. 14-15)
DSV-Systeme lassen sich für unterschiedliche Anforderungen programmieren. Als Beispiel steht der DTMF-Sender, der in Kap. 1.3.4 beschrieben wurde. Die Sendebedingungen können je nach Land, in dem ein solcher Sender eingesetzt wird, variieren. Um den unterschiedlichen Sendebedingungen gerecht zu werden, muss nur die Software, nicht hingegen die Hardware, angepasst werden.

Mehrfachausnutzung
Ein digitales Signalverarbeitungs-System lässt sich mehrfach ausnutzen. Als Beispiel dafür sei ein Echtzeit-System erwähnt, das die Ausgangssignale mehrerer Sensoren filtern soll. Müsste man diese Aufgabe analog lösen, so wäre die Anzahl benötigter Filter gleich der Anzahl Sensoren. Ein Digitalfilter hingegen lässt sich aufgrund seiner Programmierfähigkeit mehrfach ausnutzen (multiplexen). Dank dieser Multiplex-Technik genügt ein Digitalfilter und somit i. Allg. ein DSV-System.

Tiefer Frequenzbereich
DSV-Systeme eignen sich hervorragend zur Verarbeitung von langsamen Signalen, da einzig die Abtastfrequenz tief genug gewählt werden muss.

Ersetzen eines Mikroprozessors
Vielfach werden Mikroprozessoren in Kombination mit analogen Schaltungen eingesetzt. In solchen Fällen ist überprüfenswert, ob nicht ein Signalprozessor die Funktion des Mikroprozessors und der analogen Schaltung übernehmen könnte. Eine solche Lösung bietet nicht nur die erwähnten Vorteile der DSV, sondern kann darüber hinaus auch kostengünstiger sein.

1.4.2 Nachteile der digitalen Signalverarbeitung
Zusätzlicher Schaltungsaufwand
DSV-Systeme, die analoge Signale verarbeiten, benötigen einen AD-Wandler. Zusätzlich sind diesem vielfach noch ein oder mehrere Filter und Verstärker vorzuschalten. Da diese Bausteine in Analogtechnik ausgeführt sind, fallen für sie die Vorteile der Digitaltechnik natürlich weg. Je nach Aufgabe und Ausführung des Signalprozessors muss dieser mit RAMs, Digitalports, Timern, Multiplexern und weiteren digitalen Komponenten ergänzt werden. Diese Bauelemente benötigen Raum, konsumieren Strom und verursachen Kosten. Bei vielen Anwendungen muss der Digitalrechner ausserdem mit einem DA-Wandler und einem analogen Glättungsfilter versehen werden, die wiederum die erwähnten Nachteile mit sich bringen.

Tiefer Frequenzbereich
Signale im Frequenzbereich oberhalb von etwa 20MHz können heute noch kaum mit Signalprozessoren bearbeitet werden, da die Zykluszeit eines DSPs im Bereich von 5 ns liegt und somit verhältnismässig gross ist. Für die Bearbeitung hochfrequenter Signale muss die Hardware aus schnellen Bausteinen gebaut sein, was vielfach einen hohen Aufwand erfordert und den Verlust der Programmierf ähigkeit mit sich bringt. Im Frequenzbereich oberhalb von etwa 100MHz wird die DSV deshalb noch selten eingesetzt.

Verursachung von Störungen
Wie jedes digitale System verursacht auch ein DSV-System Störungen, die durch das schnelle Umschalten von Spannungen und Strömen bedingt sind. Diese Störungen können insbesondere dann problematisch sein, wenn im Analogteil kleine Signale verarbeitet werden.

Weniger bekannt ist, dass auch DSV-Systeme rauschen und unerwünschte Schwingungen erzeugen können. Beides sind nichtideale Effekte, die auf die endliche Zahlengenauigkeit des Digitalrechners zurückzuführen sind.

Neuartige Programmierung und Theorie
Die Programmierung eines Signalprozessors unterscheidet sich von derjenigen eines Mikroprozessors oder eines PCs und verlangt etlichen Einarbeitungsaufwand. Die Theorie ist anspruchsvoll und erfordert ein intensives Studium und einige Angewöhnungszeit.

Die theoretischen Grundlagenkenntnisse können in den nachfolgenden sechs Kapiteln erworben werden. Vorausgesetzt wird die Mathematik, wie sie an Hochschulen in den ersten vier Semestern gelehrt wird. Zum erfolgreichen Üben des Stoffes ist zudem ein Arbeiten mit MATLAB 51 oder höher inklusive Signal- Processing–Toolbox erforderlich.