一種基帶信號的恢復方法

2023-06-09 18:33:11 2

專利名稱：一種基帶信號的恢復方法
技術領域：
本發明涉及信號處理中基帶數位訊號的恢復，尤其涉及的是， 一種可 廣泛應用於通信領域基帶信號脈衝的恢復方法。
背景技術：
在通信領域，數據信息需要經過電信號進行傳輸，現有技術的通信系統接收機的一種實現方式如圖1所示， 一般由以下幾個模塊構成天線、 BPF (BandPass Filter,帶通濾波器)，低噪聲放大器、解調器、放大器、 比較器、軟體處理單元。為了〗更於表徵數據，許多信號是以0、 l兩態的方 式表示的，反映在電信號強度上就是高低兩個不同的值， 一系列高低強度 表示的信號就構成了信號的波形。在數據接收方需要從信號的波形中恢復 脈衝，形成容易判斷的數據形式。常用的波形脈衝識別整形方法有限幅和閾值判決。限幅是通過設置高 低兩個參考門限值Href和Lref，高於Href的信號幅值一律被限制在Href, 低於Lref的信號幅值被限制在Lref。閾值判決是設定一參考閾值門限，高 於該閾值的被整形為1，低於該門限的被整形為0。這兩種方法簡單、容易 實現，適用於信號波形穩定的場合。但是， 一旦信號波形不穩定，波形幅度整體上有一定的波動，那麼閾 值和門限值的選取就4艮困難，因為整個信號範圍不能採用某個預先設定門 限值和閾值來整形，上述兩種方法就不容易實施。如果接收方接收的信號時強時弱，同樣會造成門限和閾值選取的困難。 若實際中考慮到成本等因素，選擇上述脈衝恢復方式，這樣必定會在基帶信號中產生或多或少的幹擾脈衝。因此，現有技M在缺陷，需要改進。發明內容本發明所要解決的技術問題是如何克服由於噪聲幹擾嚴重，而造成的 接收機無法實現正確解碼問題，即在不實現位同步情況下，如何去除基帶 信號中的幹擾脈衝，恢復出和發射端一樣的基帶波形。本發明的技術方案如下一種基帶信號的恢復方法，其包括以下步驟Al、預設置採樣頻率、 判決門限、信號電平極性的存儲值，初始化信號電平採樣點數，將當前電 平採樣點數設為第一預設值；A2、根據所述採樣頻率，對輸入信號數據進 行採樣，判斷輸入的信號電平極性是否為所述存儲值，是則將信號電平釆 樣點數加一、並且加上當前電平採樣點數，作為新的信號電平採樣點數， 將當前電平採樣點數設為所述第一預設值，繼續執行步驟A2;否則執行步 驟A3; A3、當前電平採樣點數加一，判斷當前電平採樣點數是否大於所述 判決門限，是則輸出上一信號電平，^^據輸入的信號電平極性更改所述存 儲值，將信號電平採樣點數設為當前電平釆樣點數，當前電平採樣點數設 為所述第一預設值；否則執行步驟A2。所述的恢復方法，其中，步驟A3中,所述輸出上一信號電平包括以下 步驟設置上一信號電平極性，根據信號電平採樣點數設置上一信號電平 的寬度。所述的恢復方法，其中，所述才艮據信號電平採樣點數設置上一信號電 平的寬度，具體執行以下步驟A31、以採樣頻率與位速率的商，作為一個 位寬內的理論採樣點數；A32、將所述信號電平採樣點數與所述理論採樣點 數的商，根據預設值規則取整數；A33、以所述整數倍位寬作為上一信號 電平的寬度。所述的恢復方法，其中，步驟A32中，所述根據預設值規則取整數為 在第二預設值範圍內取整數，或採用四捨五入法取整數。所述的恢復方法，其中，所述第二預設值範圍為正負0.3、正負0.4、 正負0.5、為負0.3至正0.5。所述的恢復方法，其中，步驟A33之前，還執行以下步驟判斷所述 整數是否大於第三預設值，是則返回錯誤信息，不再執行步驟A33。所述的恢復方法，其中，步驟A1中，根據所述釆樣頻率和幹擾脈衝寬 度，設置所述判決門限；並且，所述存儲值是高電平極性或低電平極性。所述的恢復方法，其中，所述判決門限設置為最大幹擾脈衝寬度與所 述採樣頻率的積。所述的恢復方法，其中，步驟A1中，採用以下步驟獲得所述採樣頻率 提高軟體處理器的可用頻率資源，獲取預設置的採樣頻率。所述的恢復方法，其中，步驟A1中，所述採樣頻率至少設置為位速率 的十倍。採用上述方案，本發明通過去除基帶信號中脈衝幹擾，克服了由於噪 聲幹擾嚴重而造成的接收機無法實現正確解碼問題，提高了接收機抗噪聲 性能，改善了接收機靈敏度，提高了通信距離；並且，通信系統中不需實 現位同步，進而降低了硬體成本。


圖1為現有技術通信系統接收機的一種實現示意圖；圖2本發明方法的一種實現方式的流程圖；圖3為本發明的去除幹擾脈衝前的波形示意圖；圖4為本發明的去除幹擾脈衝後的波形示意圖；圖5為幹擾環境下，比較器輸出的信號波形示意圖；圖6為圖5的比較器信號，採用本發明方法處理後的基帶信號波形示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。本發明的主旨是通過比較新電平採樣點數和判決門限的大小關係，判斷該電平為幹擾電平還是新的信號電平；將幹擾電平採樣點數累加到信號 電平採樣點數，通過判斷信號電平釆樣點數和位寬理論採樣點數之間的關 系恢復出基帶信號波形。如圖1所示，是現有技術通信系統中接收機的一 種實現形式，本發明關心的是軟體處理單元有效去除比較器等硬體器件輸 出的數位訊號中千擾脈衝的算法。因此，本發明針對上述脈衝的特點，通過軟體算法處理，能在不實現 位同步情況下，有效地去除基帶信號中的千擾脈衝，恢復出和發射端完全 一樣的基帶信號波形。這種算法能極大程度提高接收機抗噪聲的能力，進 而改善接收機的靈敏度；並且克服了通信系統中為實現位同步而帶來的硬 件成本高的問題。如圖2所示，本發明提供了一種基帶信號的恢復方法，可以用於恢復 基帶信號的波形，其包括以下步驟。Al、預設置採樣頻率、判決門限、信號電平極性的存儲值，初始化信 號電平採樣點數，將當前電平採樣點數設為第一預設值。 一般來說，初始 化信號電平採樣點數，可以將信號電平採樣點數設為0;同樣地，第一預設 值也可以設為0，本發明對此不作任何限制。信號數據是經過比較器或其它模數轉化器件後形成的高低電平，因此， 所述存儲值可以是高電平極性或低電平極性。這些信號電平中含有幹擾脈 衝，為了儘可能降低幹擾脈沖的數量，應該合理設置硬體器件的門限。因 此，可以根據所述採樣頻率和幹擾脈衝寬度，設置所述判決門限；例如， 所述判決門限設置為最大幹擾脈沖寬度與所述採樣頻率的積，即最大千擾脈衝寬度與採樣時間的比值。一般來說，所述採樣頻率越大的話，算法精確度越高，效果越好；例 如，所迷採樣頻率可以至少設置為位速率的十倍，這樣，在一個位寬範圍 內，可以取9至11個點。釆樣頻率的大小依賴於軟體處理單元的性能。其 中，軟體處理單元可以是DSP( Digital Signal Processor,數位訊號處理器)、 ARM (Advanced RISC Machines, —種通用的嵌入式處理器)等。例如， 可以採用以下步驟獲得所述採樣頻率提高軟體處理器的可用頻率資源， 獲取預設置的釆樣頻率。A2、根據所述採樣頻率，對輸入信號數據進行採樣，即按照一定的採 樣頻率對輸入信號採樣；然後判斷輸入的信號電平極性是否為所述存儲值， 是則將信號電平採樣點數加一、並且加上當前電平採樣點數，作為新的信 號電平採樣點數，即新的信號電平採樣點數-原信號電平採樣點數+1+當前 電平採樣點數，例如，新的信號電平採樣點數等於原信號電平採樣點數加 上1後，再加上當前電平採樣點數，所得到的和值，需要說明的是，本發 明並不限制具體運算的先後次序；並將當前電平採樣點數設為所迷第 一預 設值，繼續執行步驟A2;否則執行步驟A3。A3、當前電平採樣點數加一，判斷當前電平採樣點數是否大於所述判 決門限，是則輸出上一信號電平，根據輸入的信號電平極性更改所述存儲 值，將信號電平採樣點數設為當前電平採樣點數，當前電平採樣點數設為 所述第一預設值；否則執行步驟A2。在這一步，輸出的是上一個信號電平，包括其極性和寬度，例如，在 步驟A3中，所述輸出上一信號電平可以包括以下步驟設置輸出的上一信 號電平極性，根據信號電平採樣點數設置輸出的上一信號電平的寬度。例如，所述4艮據信號電平採樣點數設置輸出上一信號電平的寬度，具 體執行以下步驟A31、以採樣頻率與位速率的商，作為一個位寬內的理論採樣點數；例如，採樣頻率八倍或十倍於位速率，其商為8或10,則一個位寬內的理論 採樣點數為8或10。A32、將所述信號電平採樣點數與所述理論採樣點數的商，根據預設值 規則取整數；所述根據預設值規則取整數為在第二預設值範圍內取整數， 或採用四捨五入法取整數。例如，所述第二預設值範圍為正負0.3、正負0.4、正負0.5、或負0.3 至正0.5等等。A33、以所述整數倍位寬作為輸出的上一信號電平的寬度。在步驟A33 之前，還執行以下步驟判斷所述整數是否大於第三預設值，是則返回錯 誤信息，不再執行步驟A33。例如，第三預設值為3，則當所述整數大於3 時，返回錯誤信息，認為該信號電平寬度超寬，結束波形恢復。例如，當所述第二預設值範圍為正負0.3時，假設所述信號電平採樣點 數與所述理論採樣點數的商為2.2，則取整數為2，輸出信號電平的寬度則 為2倍位寬。下面再給出一個完整的例子，來說明本發明的恢復方法，包括如下步驟。步驟i,將基帶數據信號作為基帶波形恢復的數據來源；步驟2,按照一定的採樣頻率對輸入信號採樣；步驟3,在信號電平極性變化時，通過比較新電平採樣點數和判決門限 的大小關係，判斷該電平為幹擾電平還是新的信號電平。若是幹擾電平， 則將幹擾電平的採樣點數累加到上一信號電平的採樣點數；若是新的信號 電平，則對上一電平信號的極性和寬度作出判決。步驟4,更新信號電平的極性和信號電平採樣點數；其中，在步驟3中，在信號電平極性變化時，通過比較新電平採樣點 數和判決門限的大小關係確定當前電平是幹擾電平還是新的信號電平，可 以採用以下方法。a) 軟體需配備三個寄存器上一信號極性寄存器，上一信號電平採樣 點數寄存器，當前信號電平採樣點數寄存器。上一信號極性寄存器記錄過渡到新電平前信號的極性，即上述信號電 平極性的存儲值，其初始值可以是高低電平極性的任一個。上一信號電平採樣點數寄存器記錄過渡到新電平前信號總的採樣點 數，即初始化信號電平採樣點數後，得到的信號電平採樣點數。當前信號電平採樣點數寄存器用以記錄新電平的釆樣點數，即當前電 平採樣點數；其可能是幹擾電平採樣點數，也可能是新的信號電平的採樣 點數。b) —旦採樣到新電平，累加當前信號電平的採樣點數，並保存到當前 信號電平採樣點數寄存器。新電平可能為幹擾脈衝電平，也可能是新的信 號電平。當新電平的採樣點數大於判決門限時，則認為該新電平為新的信 號電平；否則，認為該新電平為幹擾脈衝電平。如上所述，該判決門限的 選取由幹擾脈衝寬度和採樣時間決定， 一般可選為最大幹擾脈衝寬度和採 樣時間的比值，該比值可以通過實際測試得到。c) 當信號未過渡到新電平時，需要累加上一電平採樣點數，並連同幹 擾電平的釆樣點數保存到上一信號採樣點數寄存器，這是因為幹擾電平計 數減少了上一信號電平計數，需要對這個虧損進行補償。並將當前信號電 平採樣點數清0，以避免多次累加幹擾脈衝電平。若是新的信號電平，對上一信號的極性和寬度作出判決，可以採用以 下方法將上一信號極性寄存器保存的電平極性作為上一信號的極性；將 採樣頻率和位速率的商作為一個位寬內的理論採樣點數；從上一信號電平 採樣點數寄存器中讀取上一信號電平的採樣點數；當上一信號電平的採樣 點數和n倍一個位寬的理論採樣點數相近時，就認為上一信號的寬度為n 倍位寬。在步驟4中，為了恢復下一個位寬的基帶信號，需要更新信號電平的極性和信號電平採樣點數。將上一信號電平極性取反後記錄到上一信號極性寄存器；將新的電平採樣點數記錄到上一信號電平採樣點數寄存器，並 將新電平採樣點數清0。這樣，重複步驟l, 2, 3和4,就可以恢復出基帶信號，去除數據信號 內的幹擾脈衝。如圖2所示，是本發明提出的去除幹擾脈衝恢復基帶信號的軟體算法 流程圖的一個例子。本發明算法的基本思想是去除數字基帶幹擾脈衝，恢 復基帶信號波形；由於幹擾脈衝的寬度較窄，當信號電平過渡到新電平時， 通過比較新電平採樣點數和判決門限的大小關係確定該電平是信號電平還 是幹擾電平。當新電平內採樣點數小於某一門限時，認為該新電平為幹擾 電平，否則為新的信號電平。 一，測到新的信號電平，就要恢復上一信 號電平。上一信號電平的極性和新的信號電平的極性相反；上一信號電平 的寬度可以通過上一信號電平採樣點數與位寬內理論採樣點數之間的關係 確定，當上一信號電平的採樣點數接近於位寬內理論採樣點數的n倍時， 認為上一信號電平的寬度是位寬的n倍。本例採用的編碼方式是FMO編碼，該碼字的特點是該編碼方式在每個 數據符號的邊M翻轉基帶相位，數據0在數據符號的中間還要翻轉一次 相位。這樣經過FM0編碼後位速率為數據速率的2倍，編碼後電平寬度為 1倍或2倍位寬。這樣在判決電平寬度時，只需判為1倍位寬或者2倍位寬。其中dwLastPulse表示上一信號電平極性，其初值可為高低電平中任一 個；dwLastCount表示上一信號電平採樣點數，即信號電平採樣點數，其初 值為O; dwCurrCount表示新電平採樣點數，即當前電平採樣點數，其可能 是幹擾電平採樣點數，也可能是新的信號電平的採樣點數，具體需要 dwCurrCount與判決門限進行比較後區分，其初值為0。下面再詳細介紹圖2所示例子的具體流程。第一步，軟體處理單元不斷接收比較器輸出數據，並對數據進行採樣。轉入第二步。第二步，檢測輸入數據的極性是否等於上一信號電平極性dwLastPulse， 若相等，則將採樣點數連同幹擾電平採樣點數dwCurrCount累加到上一信 號電平採樣點數dwLastCount,彌補幹擾電平採樣點數對上一信號電平採樣 點數造成的虧損；將幹擾電平採樣點數清O,避免多次累加幹擾電平採樣點 數。即對各採樣點數進行賦值dwLastCount=dwLastCount+l+dwCurrCount; dwCurrCount=0 。若輸入數據極性不等於上一信號電平，則轉入第三步。 第三步，判決新電平是幹擾電平還是新的信號電平。累加新電平採樣 點數，當新電平採樣點數小於某一門限時，認為該新電平為幹擾電平，返 回第二步；否則，該新電平為新的信號電平，轉入第四步。其中，門限的大小由最大幹擾脈衝寬度和採樣時間的比值確定，此處可以將門限設為3。 第四步，判決上一信號電平的寬度和極性。當上一信號電平採樣點數介於位寬理論採樣點數的1.5倍和2.5倍之間 時，則認為上一信號電平寬度為位寬的2倍。因此，上一信號可恢復為極 性為dwLastPulse，寬度為2倍位寬的信號，轉入第五步。否則，當上一信號電平釆樣點數介於位寬理論採樣點數的0.7倍和1.5 倍之間時，則認為該信號電平寬度為位寬的1倍。因此，上一信號可恢復 為極性為dwLastPulse，寬度為1倍位寬的信號，轉入第五步。否則，當判決電平寬度大於位寬的2.5倍時，則認為該信號電平寬度超 寬，結束波形恢復。否則，轉入第五步。下面再進一步說明位寬倍數的選取。考慮到一個信號電平的邊緣可能 存在幹擾脈衝和採樣頻率的準確度，為了準確判決信號寬度，不是以位寬 的整數倍作為判決標準，而是以一個範圍作為判決標準。由於本例子採用 的是FM0編碼，信號電平寬度不可能大於等於2.5倍位寬，因此當判決電 平寬度大於位寬的2.5倍時，認為該電平超寬。這些倍數的選取不是固定的，可以根據實際情況確定。第五步，更新上一信號電平極性，將上一信號電平極性取反後賦值給上一信號電平極性；更新上一信號電平採樣點數，將新電平採樣點數賦值 給上一信號電平採樣點數，新電平採樣點數清O。轉入第二步，開啟下一個 循環。如圖3和圖4所示，是本發明方法去除幹擾脈衝前後波形圖。圖3為 含有幹擾脈衝的信號波形圖，其中，電平AB、 BE、 JK為1個位寬信號電 平，EJ為2個位寬信號電平，電平CD、 FJ、 ffl為幹擾電平。圖4為去除 幹擾脈衝的波形圖，僅輸出電平AB、 BE、 EJ和JK。在恢復時，若dwLastPulse初始值為正，隨著採樣的進行，會將釆樣點 數累加到dwLastCount。 一旦到了新電平BC ，將釆樣點數累加到 dwCurrCount。顯然電平BC的採樣點數大於0.2倍的位寬，因此，將電平 AB恢復為極性為正，寬度為一個位寬信號。然後將負電平賦值給dwLastPulse,將新電平採樣點數dwCurrCount賦 值給dwLastCount, dwCurrCount清0。隨著採樣的進行，將採樣點數累加 到dwLastCount。當對電平CD採樣時，這時又遇到了新電平，累加採樣點數到 dwCurrCount,由於dwCurrCount小於0.2倍位寬採樣點數，因此該電平為 幹護L電平。當對電平DE採樣時，將幹擾電平採樣點數dwCurrCount累加到 dwLastCount, dwCurrCount清0。就這樣去掉了幹擾脈衝。 信號電平EJ， JK的恢復過程同上，不再贅述。圖5是幹擾環境下，比較器輸出的信號波形圖，從圖上可以看出，一 個位寬範圍內含有又多又窄的幹擾脈衝。圖6是經過本發明提出的軟體處理算法處理後恢復的基帶信號波形； 可以看出，該算法去除了所有的幹擾脈衝，準確恢復出基帶信號波形，降低了幹擾，提高了解碼正確性，改善了接收機靈敏度。採用本發明方法，克服了由於噪聲幹擾嚴重而造成的接收機無法實現 正確解碼問題，提高了接收機抗噪聲性能，改善了接收機靈敏度，提高了 通信距離。不需實現位同步，進而降^f氐了硬體成本。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以 改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護 範圍。
權利要求
1、一種基帶信號的恢復方法，其包括以下步驟A1、預設置採樣頻率、判決門限、信號電平極性的存儲值，初始化信號電平採樣點數，將當前電平採樣點數設為第一預設值；A2、根據所述採樣頻率，對輸入信號數據進行採樣，判斷輸入的信號電平極性是否為所述存儲值，是則將信號電平採樣點數加一、並且加上當前電平採樣點數，作為新的信號電平採樣點數，將當前電平採樣點數設為所述第一預設值，繼續執行步驟A2；否則執行步驟A3；A3、當前電平採樣點數加一，判斷當前電平採樣點數是否大於所述判決門限，是則輸出上一信號電平，根據輸入的信號電平極性更改所述存儲值，將信號電平採樣點數設為當前電平採樣點數，當前電平採樣點數設為所述第一預設值；否則執行步驟A2。
2、 根據權利要求1所述的恢復方法，其特徵在於，步驟A3中，所 述輸出上一信號電平包括以下步驟設置上一信號電平極性，根扭信號電 平採樣點數設置上一信號電平的寬度。
3、 根據權利要求2所述的恢復方法，其特徵在於，所述根據信號電 平採樣點數設置上一信號電平的寬度，具體執行以下步驟A31、以採樣頻率與位速率的商，作為一個位寬內的理論採樣點數； A32、將所述信號電平採樣點數與所述理論採樣點數的商，根據預 設值規則取整數；A33、以所述整數倍位寬作為上一信號電平的寬度。
4、 根據權利要求3所述的恢復方法，其特徵在於，步驟A32中，所 述根據預設值規則取整數為在第二預設值範圍內取整數，或採用四捨五入法取整數。
5、 根據權利要求4所述的恢復方法，其特徵在於，所述第二預設值 範圍為正負0.3、正負0.4、正負0.5、或負0.3至正0.5。
6、 根據權利要求3所述的恢復方法，其特徵在於，步驟A33之前， 還執行以下步驟判斷所述整數是否大於第三預設值，是則返回錯誤信息， 不再執行步驟A33。
7、 根據權利要求1所述的恢復方法，其特徵在於，步驟Al中，根 據所述採樣頻率和幹擾脈衝寬度，設置所述判決門限；並且，所述存儲值 是高電平極性或低電平極性。
8、 根據權利要求7所述的恢復方法，其特徵在於，所述判決門限設 置為最大幹擾脈衝寬度與所述採樣頻率的積。
9、 根據權利要求1所述的恢復方法，其特徵在於，步驟A1中，採 用以下步驟獲得所述釆樣頻率提高軟體處理器的可用頻率資源，獲取預 設置的採樣頻率。
10、 根據.權利要求1所述的恢復方法，其特徵在於，步驟A1中，所 述採樣頻率至少設置為位速率的十倍。
全文摘要
本發明公開了一種基帶信號的恢復方法，包括步驟A1.預設置採樣頻率、判決門限、信號電平極性的存儲值、信號電平採樣點數，當前電平採樣點數設為第一預設值；A2.對輸入信號數據進行採樣，判斷輸入的信號電平極性為存儲值，則將信號電平採樣點數加一與當前電平採樣點數，作為新的信號電平採樣點數，將當前電平採樣點數設為第一預設值，執行A2；否則執行A3；A3.當前電平採樣點數加一，判斷其大於判決門限，輸出上一信號電平，更改存儲值，信號電平採樣點數設為當前電平採樣點數，當前電平採樣點數設為第一預設值；否則執行A2。從而克服了接收機無法實現正確解碼問題，提高了接收機抗噪聲性能，改善了接收機靈敏度，提高了通信距離。
文檔編號H04L1/00GK101272362SQ200810066999
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月8日 優先權日2008年5月8日
發明者劉朝陽, 吳明遠, 磊 金 申請人:中興通訊股份有限公司