CN101272362B - 一种基带信号的恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基带信号的恢复方法，包括步骤：A1、预设置采样频率、判决门限、信号电平极性的存储值、信号电平采样点数，当前电平采样点数设为第一预设值；A2、对输入信号数据进行采样，判断输入的信号电平极性为存储值，则将信号电平采样点数加一与当前电平采样点数，作为新的信号电平采样点数，将当前电平采样点数设为第一预设值，执行A2；否则执行A3；A3、当前电平采样点数加一，判断其大于判决门限，输出上一信号电平，更改存储值，信号电平采样点数设为当前电平采样点数，当前电平采样点数设为第一预设值；否则执行A2。从而克服了接收机无法实现正确译码问题，提高了接收机抗噪声性能，改善了接收机灵敏度，提高了通信距离。

Description

一种基带信号的恢复方法

技术领域

本发明涉及信号处理中基带数字信号的恢复，尤其涉及的是，一种可广泛应用于通信领域基带信号脉冲的恢复方法。

背景技术

在通信领域，数据信息需要经过电信号进行传输，现有技术的通信系统接收机的一种实现方式如图1所示，一般由以下几个模块构成：天线、BPF(Band Pass Filter，带通滤波器)，低噪声放大器、解调器、放大器、比较器、软件处理单元。为了便于表征数据，许多信号是以0、1两态的方式表示的，反映在电信号强度上就是高低两个不同的值，一系列高低强度表示的信号就构成了信号的波形。在数据接收方需要从信号的波形中恢复脉冲，形成容易判断的数据形式。

常用的波形脉冲识别整形方法有限幅和阈值判决。限幅是通过设置高低两个参考门限值Href和Lref，高于Href的信号幅值一律被限制在Href，低于Lref的信号幅值被限制在Lref。阈值判决是设定一参考阈值门限，高于该阈值的被整形为1，低于该门限的被整形为0。这两种方法简单、容易实现，适用于信号波形稳定的场合。

但是，一旦信号波形不稳定，波形幅度整体上有一定的波动，那么阈值和门限值的选取就很困难，因为整个信号范围不能采用某个预先设定门限值和阈值来整形，上述两种方法就不容易实施。

如果接收方接收的信号时强时弱，同样会造成门限和阈值选取的困难。若实际中考虑到成本等因素，选择上述脉冲恢复方式，这样必定会在基带信号中产生或多或少的干扰脉冲。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何克服由于噪声干扰严重，而造成的接收机无法实现正确译码问题，即在不实现位同步情况下，如何去除基带信号中的干扰脉冲，恢复出和发射端一样的基带波形。

本发明的技术方案如下：

一种基带信号的恢复方法，其包括以下步骤：A1、预设置采样频率、判决门限、信号电平极性的存储值，初始化信号电平采样点数，将当前电平采样点数设为第一预设值；A2、根据所述采样频率，对输入信号数据进行采样，判断输入的信号电平极性是否为所述存储值，是则将信号电平采样点数加一、并且加上当前电平采样点数，作为新的信号电平采样点数，将当前电平采样点数设为所述第一预设值，继续执行步骤A2；否则执行步骤A3；A3、当前电平采样点数加一，判断当前电平采样点数是否大于所述判决门限，是则输出上一信号电平，根据输入的信号电平极性更改所述存储值，将信号电平采样点数设为当前电平采样点数，当前电平采样点数设为所述第一预设值；否则执行步骤A2。

所述的恢复方法，其中，步骤A3中，所述输出上一信号电平包括以下步骤：设置上一信号电平极性，根据信号电平采样点数设置上一信号电平的宽度。

所述的恢复方法，其中，所述根据信号电平采样点数设置上一信号电平的宽度，具体执行以下步骤：A31、以采样频率与位速率的商，作为一个位宽内的理论采样点数；A32、将所述信号电平采样点数与所述理论采样点数的商，根据预设值规则取整数；A33、以所述整数倍位宽作为上一信号电平的宽度。

所述的恢复方法，其中，步骤A32中，所述根据预设值规则取整数为在第二预设值范围内取整数，或采用四舍五入法取整数。

所述的恢复方法，其中，所述第二预设值范围为正负0.3、正负0.4、正负0.5、或负0.3至正0.5。

所述的恢复方法，其中，步骤A33之前，还执行以下步骤：判断所述整数是否大于第三预设值，是则返回错误信息，不再执行步骤A33。

所述的恢复方法，其中，步骤A1中，根据所述采样频率和干扰脉冲宽度，设置所述判决门限；并且，所述存储值是高电平极性或低电平极性。

所述的恢复方法，其中，所述判决门限设置为最大干扰脉冲宽度与所述采样频率的积。

所述的恢复方法，其中，步骤A1中，采用以下步骤获得所述采样频率：提高软件处理器的可用频率资源，获取预设置的采样频率。

所述的恢复方法，其中，步骤A1中，所述采样频率至少设置为位速率的十倍。

采用上述方案，本发明通过去除基带信号中脉冲干扰，克服了由于噪声干扰严重而造成的接收机无法实现正确译码问题，提高了接收机抗噪声性能，改善了接收机灵敏度，提高了通信距离；并且，通信系统中不需实现位同步，进而降低了硬件成本。

附图说明

图1为现有技术通信系统接收机的一种实现示意图；

图2本发明方法的一种实现方式的流程图；

图3为本发明的去除干扰脉冲前的波形示意图；

图4为本发明的去除干扰脉冲后的波形示意图；

图5为干扰环境下，比较器输出的信号波形示意图；

图6为图5的比较器信号，采用本发明方法处理后的基带信号波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明的主旨是通过比较新电平采样点数和判决门限的大小关系，判断该电平为干扰电平还是新的信号电平；将干扰电平采样点数累加到信号电平采样点数，通过判断信号电平采样点数和位宽理论采样点数之间的关系恢复出基带信号波形。如图1所示，是现有技术通信系统中接收机的一种实现形式，本发明关心的是软件处理单元有效去除比较器等硬件器件输出的数字信号中干扰脉冲的算法。

因此，本发明针对上述脉冲的特点，通过软件算法处理，能在不实现位同步情况下，有效地去除基带信号中的干扰脉冲，恢复出和发射端完全一样的基带信号波形。这种算法能极大程度提高接收机抗噪声的能力，进而改善接收机的灵敏度；并且克服了通信系统中为实现位同步而带来的硬件成本高的问题。

如图2所示，本发明提供了一种基带信号的恢复方法，可以用于恢复基带信号的波形，其包括以下步骤。

A1、预设置采样频率、判决门限、信号电平极性的存储值，初始化信号电平采样点数，将当前电平采样点数设为第一预设值。一般来说，初始化信号电平采样点数，可以将信号电平采样点数设为0；同样地，第一预设值也可以设为0，本发明对此不作任何限制。

信号数据是经过比较器或其它模数转化器件后形成的高低电平，因此，所述存储值可以是高电平极性或低电平极性。这些信号电平中含有干扰脉冲，为了尽可能降低干扰脉冲的数量，应该合理设置硬件器件的门限。因此，可以根据所述采样频率和干扰脉冲宽度，设置所述判决门限；例如，所述判决门限设置为最大干扰脉冲宽度与所述采样频率的积，即最大干扰脉冲宽度与采样时间的比值。

一般来说，所述采样频率越大的话，算法精确度越高，效果越好；例如，所述采样频率可以至少设置为位速率的十倍，这样，在一个位宽范围内，可以取9至11个点。采样频率的大小依赖于软件处理单元的性能。其中，软件处理单元可以是DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ARM(Advanced RISC Machines，一种通用的嵌入式处理器)等。例如，可以采用以下步骤获得所述采样频率：提高软件处理器的可用频率资源，获取预设置的采样频率。

A2、根据所述采样频率，对输入信号数据进行采样，即按照一定的采样频率对输入信号采样；然后判断输入的信号电平极性是否为所述存储值，是则将信号电平采样点数加一、并且加上当前电平采样点数，作为新的信号电平采样点数，即新的信号电平采样点数＝原信号电平采样点数+1+当前电平采样点数，例如，新的信号电平采样点数等于原信号电平采样点数加上1后，再加上当前电平采样点数，所得到的和值，需要说明的是，本发明并不限制具体运算的先后次序；并将当前电平采样点数设为所述第一预设值，继续执行步骤A2；否则执行步骤A3。

A3、当前电平采样点数加一，判断当前电平采样点数是否大于所述判决门限，是则输出上一信号电平，根据输入的信号电平极性更改所述存储值，将信号电平采样点数设为当前电平采样点数，当前电平采样点数设为所述第一预设值；否则执行步骤A2。

在这一步，输出的是上一个信号电平，包括其极性和宽度，例如，在步骤A3中，所述输出上一信号电平可以包括以下步骤：设置输出的上一信号电平极性，根据信号电平采样点数设置输出的上一信号电平的宽度。

例如，所述根据信号电平采样点数设置输出上一信号电平的宽度，具体执行以下步骤：

A31、以采样频率与位速率的商，作为一个位宽内的理论采样点数；例如，采样频率八倍或十倍于位速率，其商为8或10，则一个位宽内的理论采样点数为8或10。

A32、将所述信号电平采样点数与所述理论采样点数的商，根据预设值规则取整数；所述根据预设值规则取整数为在第二预设值范围内取整数，或采用四舍五入法取整数。

例如，所述第二预设值范围为正负0.3、正负0.4、正负0.5、或负0.3至正0.5等等。

A33、以所述整数倍位宽作为输出的上一信号电平的宽度。在步骤A33之前，还执行以下步骤：判断所述整数是否大于第三预设值，是则返回错误信息，不再执行步骤A33。例如，第三预设值为3，则当所述整数大于3时，返回错误信息，认为该信号电平宽度超宽，结束波形恢复。

例如，当所述第二预设值范围为正负0.3时，假设所述信号电平采样点数与所述理论采样点数的商为2.2，则取整数为2，输出信号电平的宽度则为2倍位宽。

下面再给出一个完整的例子，来说明本发明的恢复方法，包括如下步骤。

步骤1，将基带数据信号作为基带波形恢复的数据来源；

步骤2，按照一定的采样频率对输入信号采样；

步骤3，在信号电平极性变化时，通过比较新电平采样点数和判决门限的大小关系，判断该电平为干扰电平还是新的信号电平。若是干扰电平，则将干扰电平的采样点数累加到上一信号电平的采样点数；若是新的信号电平，则对上一电平信号的极性和宽度作出判决。

步骤4，更新信号电平的极性和信号电平采样点数；

其中，在步骤3中，在信号电平极性变化时，通过比较新电平采样点数和判决门限的大小关系确定当前电平是干扰电平还是新的信号电平，可以采用以下方法。

a)软件需配备三个寄存器：上一信号极性寄存器，上一信号电平采样点数寄存器，当前信号电平采样点数寄存器。

上一信号极性寄存器记录过渡到新电平前信号的极性，即上述信号电平极性的存储值，其初始值可以是高低电平极性的任一个。

上一信号电平采样点数寄存器记录过渡到新电平前信号总的采样点数，即初始化信号电平采样点数后，得到的信号电平采样点数。

当前信号电平采样点数寄存器用以记录新电平的采样点数，即当前电平采样点数；其可能是干扰电平采样点数，也可能是新的信号电平的采样点数。

b)一旦采样到新电平，累加当前信号电平的采样点数，并保存到当前信号电平采样点数寄存器。新电平可能为干扰脉冲电平，也可能是新的信号电平。当新电平的采样点数大于判决门限时，则认为该新电平为新的信号电平；否则，认为该新电平为干扰脉冲电平。如上所述，该判决门限的选取由干扰脉冲宽度和采样时间决定，一般可选为最大干扰脉冲宽度和采样时间的比值，该比值可以通过实际测试得到。

c)当信号未过渡到新电平时，需要累加上一电平采样点数，并连同干扰电平的采样点数保存到上一信号采样点数寄存器，这是因为干扰电平计数减少了上一信号电平计数，需要对这个亏损进行补偿。并将当前信号电平采样点数清0，以避免多次累加干扰脉冲电平。

若是新的信号电平，对上一信号的极性和宽度作出判决，可以采用以下方法：将上一信号极性寄存器保存的电平极性作为上一信号的极性；将采样频率和位速率的商作为一个位宽内的理论采样点数；从上一信号电平采样点数寄存器中读取上一信号电平的采样点数；当上一信号电平的采样点数和n倍一个位宽的理论采样点数相近时，就认为上一信号的宽度为n倍位宽。

在步骤4中，为了恢复下一个位宽的基带信号，需要更新信号电平的极性和信号电平采样点数。将上一信号电平极性取反后记录到上一信号极性寄存器；将新的电平采样点数记录到上一信号电平采样点数寄存器，并将新电平采样点数清0。

这样，重复步骤1，2，3和4，就可以恢复出基带信号，去除数据信号内的干扰脉冲。

如图2所示，是本发明提出的去除干扰脉冲恢复基带信号的软件算法流程图的一个例子。本发明算法的基本思想是去除数字基带干扰脉冲，恢复基带信号波形；由于干扰脉冲的宽度较窄，当信号电平过渡到新电平时，通过比较新电平采样点数和判决门限的大小关系确定该电平是信号电平还是干扰电平。当新电平内采样点数小于某一门限时，认为该新电平为干扰电平，否则为新的信号电平。一旦检测到新的信号电平，就要恢复上一信号电平。上一信号电平的极性和新的信号电平的极性相反；上一信号电平的宽度可以通过上一信号电平采样点数与位宽内理论采样点数之间的关系确定，当上一信号电平的采样点数接近于位宽内理论采样点数的n倍时，认为上一信号电平的宽度是位宽的n倍。

本例采用的编码方式是FM0编码，该码字的特点是该编码方式在每个数据符号的边界要翻转基带相位，数据0在数据符号的中间还要翻转一次相位。这样经过FM0编码后位速率为数据速率的2倍，编码后电平宽度为1倍或2倍位宽。这样在判决电平宽度时，只需判为1倍位宽或者2倍位宽。

其中dwLastPulse表示上一信号电平极性，其初值可为高低电平中任一个；dwLastCount表示上一信号电平采样点数，即信号电平采样点数，其初值为0；dwCurrCount表示新电平采样点数，即当前电平采样点数，其可能是干扰电平采样点数，也可能是新的信号电平的采样点数，具体需要dwCurrCount与判决门限进行比较后区分，其初值为0。

下面再详细介绍图2所示例子的具体流程。

第一步，软件处理单元不断接收比较器输出数据，并对数据进行采样。转入第二步。

第二步，检测输入数据的极性是否等于上一信号电平极性dwLastPulse，若相等，则将采样点数连同干扰电平采样点数dwCurrCount累加到上一信号电平采样点数dwLastCount，弥补干扰电平采样点数对上一信号电平采样点数造成的亏损；将干扰电平采样点数清0，避免多次累加干扰电平采样点数。即对各采样点数进行赋值：dwLastCount＝dwLastCount+1+dwCurrCount；dwCurrCount＝0。

若输入数据极性不等于上一信号电平，则转入第三步。

第三步，判决新电平是干扰电平还是新的信号电平。累加新电平采样点数，当新电平采样点数小于某一门限时，认为该新电平为干扰电平，返回第二步；否则，该新电平为新的信号电平，转入第四步。其中，门限的大小由最大干扰脉冲宽度和采样时间的比值确定，此处可以将门限设为3。

第四步，判决上一信号电平的宽度和极性。

当上一信号电平采样点数介于位宽理论采样点数的1.5倍和2.5倍之间时，则认为上一信号电平宽度为位宽的2倍。因此，上一信号可恢复为极性为dwLastPulse，宽度为2倍位宽的信号，转入第五步。

否则，当上一信号电平采样点数介于位宽理论采样点数的0.7倍和1.5倍之间时，则认为该信号电平宽度为位宽的1倍。因此，上一信号可恢复为极性为dwLastPulse，宽度为1倍位宽的信号，转入第五步。

否则，当判决电平宽度大于位宽的2.5倍时，则认为该信号电平宽度超宽，结束波形恢复。否则，转入第五步。

下面再进一步说明位宽倍数的选取。考虑到一个信号电平的边缘可能存在干扰脉冲和采样频率的准确度，为了准确判决信号宽度，不是以位宽的整数倍作为判决标准，而是以一个范围作为判决标准。由于本例子采用的是FM0编码，信号电平宽度不可能大于等于2.5倍位宽，因此当判决电平宽度大于位宽的2.5倍时，认为该电平超宽。这些倍数的选取不是固定的，可以根据实际情况确定。

第五步，更新上一信号电平极性，将上一信号电平极性取反后赋值给上一信号电平极性；更新上一信号电平采样点数，将新电平采样点数赋值给上一信号电平采样点数，新电平采样点数清0。转入第二步，开启下一个循环。

如图3和图4所示，是本发明方法去除干扰脉冲前后波形图。图3为含有干扰脉冲的信号波形图，其中，电平AB、BE、JK为1个位宽信号电平，EJ为2个位宽信号电平，电平CD、FJ、HI为干扰电平。图4为去除干扰脉冲的波形图，仅输出电平AB、BE、EJ和JK。

在恢复时，若dwLastPulse初始值为正，随着采样的进行，会将采样点数累加到dwLastCount。一旦到了新电平BC，将采样点数累加到dwCurrCount。显然电平BC的采样点数大于0.2倍的位宽，因此，将电平AB恢复为极性为正，宽度为一个位宽信号。

然后将负电平赋值给dwLastPulse，将新电平采样点数dwCurrCount赋值给dwLastCount，dwCurrCount清0。随着采样的进行，将采样点数累加到dwLastCount。

当对电平CD采样时，这时又遇到了新电平，累加采样点数到dwCurrCount，由于dwCurrCount小于0.2倍位宽采样点数，因此该电平为干扰电平。

当对电平DE采样时，将干扰电平采样点数dwCurrCount累加到dwLastCount，dwCurrCount清0。就这样去掉了干扰脉冲。

信号电平EJ，JK的恢复过程同上，不再赘述。

图5是干扰环境下，比较器输出的信号波形图，从图上可以看出，一个位宽范围内含有又多又窄的干扰脉冲。

图6是经过本发明提出的软件处理算法处理后恢复的基带信号波形；可以看出，该算法去除了所有的干扰脉冲，准确恢复出基带信号波形，降低了干扰，提高了译码正确性，改善了接收机灵敏度。

采用本发明方法，克服了由于噪声干扰严重而造成的接收机无法实现正确译码问题，提高了接收机抗噪声性能，改善了接收机灵敏度，提高了通信距离。不需实现位同步，进而降低了硬件成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基带信号的恢复方法，其包括以下步骤：

A1、预设置采样频率、判决门限、信号电平极性的存储值，初始化信号电平采样点数，将当前电平采样点数设为第一预设值；

A2、根据所述采样频率，对输入信号数据进行采样，判断输入的信号电平极性是否为所述存储值，是则将信号电平采样点数加一、并且加上当前电平采样点数，作为新的信号电平采样点数，将当前电平采样点数设为所述第一预设值，继续执行步骤A2；否则执行步骤A3；

A3、当前电平采样点数加一，判断当前电平采样点数是否大于所述判决门限，是则输出上一信号电平，根据输入的信号电平极性更改所述存储值，将信号电平采样点数设为当前电平采样点数，当前电平采样点数设为所述第一预设值；否则执行步骤A2，其中，所述输出上一信号电平包括以下步骤：设置上一信号电平极性，根据信号电平采样点数设置上一信号电平的宽度。

2.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于，所述根据信号电平采样点数设置上一信号电平的宽度，具体执行以下步骤：

A31、以采样频率与位速率的商，作为一个位宽内的理论采样点数；

A32、将所述信号电平采样点数与所述理论采样点数的商，根据预设值规则取整数；

A33、以所述整数倍位宽作为上一信号电平的宽度。

3.根据权利要求2所述的恢复方法，其特征在于，步骤A32中，所述根据预设值规则取整数为在第二预设值范围内取整数，或采用四舍五入法取整数。

4.根据权利要求3所述的恢复方法，其特征在于，所述第二预设值范围为正负0.3、正负0.4、正负0.5、或负0.3至正0.5。

5.根据权利要求2所述的恢复方法，其特征在于，步骤A33之前，还执行以下步骤：判断所述整数是否大于第三预设值，是则返回错误信息，不再执行步骤A33。

6.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于，步骤A1中，根据所述采样频率和干扰脉冲宽度，设置所述判决门限；并且，所述存储值是高电平极性或低电平极性。

7.根据权利要求6所述的恢复方法，其特征在于，所述判决门限设置为最大干扰脉冲宽度与所述采样频率的积。

8.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于，步骤A1中，采用以下步骤获得所述采样频率：提高软件处理器的可用频率资源，获取预设置的采样频率。

9.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于，步骤A1中，所述采样频率至少设置为位速率的十倍。

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