CN101582862B - 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，其包括以下步骤：A1、预设置一用于判决脉冲宽度门限的预设值；根据编码方式，至少预设置两个判决范围及其对应输出信号电平的宽度；A2、根据预设置采样频率，对输入的信号数据采样得到接收电平，计算其宽度、及其脉冲宽度，判断所述脉冲宽度是否大于所述预设值，是则根据脉冲的极性，设置输出信号电平的极性；A3、根据所述接收电平的宽度所属的判决范围，设置输出信号电平的宽度。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。

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、预设置一用于判决脉冲宽度门限的预设值；根据编码方式，至少预设置两个判决范围及其对应输出信号电平的宽度；A2、根据预设置采样频率，对输入的信号数据进行采样，得到接收电平，计算所述接收电平的宽度、以及所述接收电平中的脉冲宽度，判断所述脉冲宽度是否大于所述预设值，是则根据脉冲的极性，设置输出信号电平的极性；其中，计算所述接收电平的宽度和所述脉冲宽度采用以下步骤：输入信号数据，根据电平及其脉冲，记录接收电平起始时间和脉冲起始时间；判断输入信号数据发生改变，则将当前时间与所述接收电平起始时间的差值设为所述接收电平的宽度；将当前时间与所述脉冲起始时间的差值设为脉冲宽度；A3、根据所述接收电平的宽度所属的判决范围，设置输出信号电平的宽度。 

所述的恢复方法，其中，步骤A1中，根据位宽，设置各判决范围。 

所述的恢复方法，其中，步骤A1中，分别预设置第一判决范围为位宽的0.8倍至1.2倍、第二判决范围为位宽的1.8倍至2.2倍；所述第一判决范围对应输出信号电平的宽度为1倍位宽，所述第二判决范围对应输出信号电平的宽度为2倍位宽。 

所述的恢复方法，其中，步骤A3之后，还执行以下步骤：A4、更新所述接收电平起始时间和所述脉冲起始时间，继续执行步骤A2。 

所述的恢复方法，其中，步骤A4中，任一输入数据发生改变时，更新所述脉冲起始时间；在设置输出信号电平的宽度后，更新所述接收电平起始时间。 

所述的恢复方法，其中，步骤A3中，根据位宽，逐一设置输出信号电平的宽度。 

所述的恢复方法，其中，步骤A2中，采用以下步骤获得所述预设置采样频率：降低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，根据数据速率和编码方式确定位宽，将采样时间设为位宽的1/10至1/5，根据所述采样时间预设置采样频率。 

所述的恢复方法，其中，步骤A2中，根据所述位宽和所述采样时间，设置所述预设值。 

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为本发明的干扰环境下，比较器输出的信号波形示意图； 

图3为图2的比较器信号，经过采样时间为1/8倍位宽采样后的波形示意图； 

图4为图2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； 

图5为本发明方法的一种实现方式的流程图。 

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，针对脉冲的特点，采用软件算法进行处理：通过降采样先去除一部分较窄的干扰脉冲，再根据脉冲极性和采样得到的接收电平宽度得到基带信号的极性和宽度，恢复出基带信号波形；从而能够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，提高了接收机性能。 

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输出信号中干扰脉冲的算法；因此，更具体地说，本发明方法基本思想是，去除数字基带干扰脉冲，恢复基带信号波形。其实现原理是首先通过降采样去除数字基带信号较窄的干扰脉冲，采样速率不能太低或太高。本发明优选的采样速率的值介于位速率的5倍和10倍之间，并且最好为位速率的整数倍；然后在输入数据改变时刻，计算脉冲宽度和接收电平宽度；根据脉冲宽度和位宽的关系，由脉冲的极性决定信号电平的极性；由接收电平宽度和位宽之间的关系，决定信号电平的准确宽度，该宽度为位宽的整数倍。最后更新接收电平开始时间和脉冲开始时间，不断循环，恢复出基带数据波形。 

因此，本发明提供了一种基带信号的恢复方法，其包括以下步骤。 

A1、预设置一用于判决脉冲宽度门限的预设值；并且，根据编码方式，至少预设置两个判决范围及其对应输出信号电平的宽度；例如，可以根据位宽，设置各判决范围；可以根据位宽和采样时间，设置所述预设值。 

更具体地说，当采用编码方式为FM0时，可以分别预设置第一判决范围为位宽的0.8倍至1.2倍、第二判决范围为位宽的1.8倍至2.2倍；所述第一判决范围对应输出信号电平的宽度为1倍位宽，所述第二判决范围对应输出信号电平的宽度为2倍位宽。 

或者，可以分别预设置第一判决范围为位宽的0.5倍至1.5倍，对应输出信号电平的宽度为1倍位宽；第二判决范围为位宽的1.5倍至2.5倍，对应输出信号电平的宽度为2倍位宽；第三判决范围为位宽的2.5倍以上，对应输出信号电平的宽度为超宽错误，返回错误信息。 

需要说明的是，这些判决范围的数字仅仅对于FM0编码而言；而有些编码方式包含有3倍位宽或者其他倍数的位宽，位宽的倍数多少与编码方式有关；因此，可以根据实际需要来设置第一判决范围、第二判决范围甚至更多的判决范围。 

A2、根据预设置采样频率，对输入的信号数据进行采样，每一次采样分别得到一接收电平；然后计算接收电平的宽度、以及接收电平中的脉冲宽度，判断所述脉冲宽度是否大于所述预设值，是则根据脉冲的极性，设置输出信号电平的极性。这样，就可以通过降采样去除数字基带信号较窄的干扰脉冲。由于接收电平用于判决需要恢复的基带信号电平的极性和宽度，因此，本文中亦称之为判决电平。 

一般可以采用以下步骤获得所述预设置采样频率：降低软件处理器的可用频率资源，获取预设置的采样频率。其中，软件处理器可以是DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ARM(Advanced RISCMachines，一种通用的嵌入式处理器)等。 

例如，根据数据速率和编码方式确定位宽，可以将采样时间设为位宽的1/10至1/5，根据所述采样时间预设置采样频率。此处采样的目的是最大可能降低干扰脉冲的数量。若采样时间过小，不能最大程度降低干扰脉冲数量；若采样时间过大，不利于后面进行信号宽度的判决。 

又如，可以采用以下步骤计算所述判决电平的宽度和所述脉冲宽度：A21、输入信号数据，根据电平及其脉冲，记录判决电平起始时间和脉冲起始时间；A22、判断输入信号数据发生改变，则将当前时间与所述判决电平起始时间的差值设为判决电平的宽度；将当前时间与所述脉冲起始时间的 差值设为脉冲宽度。 

这样，经过采样后，一个信号电平一般含有不多于2个的干扰脉冲，因此，可以采用两个时间差分别记录判决电平宽度和脉冲宽度。判决电平宽度用来判决信号的准确宽度，脉冲宽度连同脉冲极性用来判决信号电平的极性。一旦输入数据改变，将当前的时间和电平起始时间的差值记为判决电平时间；将当前时间和脉冲开始时间的差值记为脉冲宽度。 

然后，根据脉冲宽度和位宽的数值关系和脉冲的极性确定信号电平的极性，将脉冲宽度大于一定倍数位宽的脉冲极性记为信号电平的极性，所述预设值即上述的一定倍数位宽。脉冲宽度与位宽比值的选取与采样时间的大小有关，比如，当采样时间为位宽的1/10～1/5时，可以将脉冲宽度大于0.3倍位宽的脉冲极性记为信号电平的极性。 

A3、根据所述判决电平的宽度所属的判决范围，设置输出信号电平的宽度；也就是说，查找、判断判决电平的宽度，属于哪一个判决范围，根据该判决范围对应的输出信号电平的宽度，来设置该次采样得到的接收电平所对应的输出信号电平的宽度。这样，采用上述步骤，就可以根据各次采样得到的接收电平的位宽，逐一设置输出信号电平的宽度，从而恢复基带信号的波形。 

其中，信号电平宽度的判决与编码方式，位宽和判决电平宽度有关。编码方式不同，信号电平的宽度可能为位宽的1倍，2倍或3倍等。在编码方式一定的前提下，根据判决电平宽度和位宽的倍数关系确定信号电平的宽度。例如，当判决电平宽度介于位宽的0.8倍和1.2倍之间时，信号电平宽度记为1倍位宽。 

在步骤A3之后，还可以执行以下步骤：A4、更新所述判决电平起始时间和所述脉冲起始时间，继续执行步骤A2。其中，当任一输入数据发生改变时，更新所述脉冲起始时间；在设置输出信号电平的宽度后，更新所述判决电平起始时间。 

更具体地说，为了恢复下一个位宽的基带信号，需要更新判决电平开始时间和脉冲开始时间。其中，每一个输入数据改变时刻都要更新脉冲开始时间；只有在信号电平宽度判决后才会更新判决电平开始时间。然后重复执行上述步骤，逐位宽恢复出基带信号，从而去除了位宽内的干扰脉冲。 

下面再给出一个完整的例子，本发明方法包括以下步骤。 

步骤1，将信号数据作为基带波形恢复的数据来源；这些信号数据是经过比较器或其它模数转化器件后的形成的高低电平，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。 

步骤2，以较低的采样频率实现对输入数字信号的采样。 

步骤3，计算判决电平宽度和脉冲宽度，根据脉冲宽度和位宽的关系，由脉冲极性确定信号电平的极性；根据编码方式的选取以及判决电平宽度和位宽关系确定信号电平的准确宽度。 

步骤4，更新信号电平开始时间和脉冲开始时间。 

如图5所示，是本发明方法的又一个例子，此处采用的编码方式是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。本实施例采用的数据采样速率为位速率的8倍，即采样时间为位宽的1/8。 

第一步，软件处理单元不断接收比较器输出数据，并对数据进行采样时间为1/8倍位宽的采样。转入第二步。 

第二步，检测输入数据是否改变。若输入数据改变，则计算判决电平宽度delt_t＝t-t0，其中t0是信号电平开始时间，其初值为0；t为当前时间；delt_t为判决电平宽度，用以判断信号电平宽度是1倍还是2倍位宽。计算电平内脉宽宽度temp_delt_t＝t-temp_t，其中t为当前时间，temp_t为脉冲开 始时间，temp_delt_t为脉冲宽度，用以判决信号电平的极性。转入第三步。 

若输入数据没有改变，则返回第一步。 

第三步，判断判决电平宽度和位宽的关系，当脉冲宽度大于0.3倍位宽时，认为该脉冲极性和信号电平极性相同，将该脉冲极性记为信号电平极性，这是因为经过1/8倍位宽采样后，脉冲宽度最小为位宽的1/8，所有的干扰脉冲都转化为1/8倍位宽的脉冲。因此一旦脉冲宽度大于1/8倍位宽，则认为此脉冲不是干扰脉冲，而是信号电平的一部分，因此可以将此脉冲极性记为信号电平的极性。由于1/8＝0.125，两倍干扰脉冲为0.125×2＝0.25，因此为保险起见，可以将倍数选为0.3；当然，也可以选为0.27、0.28等等，本发明对此不作任何限制。然后转入第四步。 

若脉冲宽度小于等于0.3倍位宽，则执行第四步。 

第四步，判决信号电平的宽度。例如， 

当判决电平宽度介于位宽的1.8倍和2.2倍之间时，则认为该信号电平宽度为位宽的2倍，转入第五步。 

否则，当判决电平宽度介于位宽的0.8倍和1.2倍之间时，则认为该信号电平宽度为位宽的1倍，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，输出错误提示，转入第六步。 

下面对位宽倍数的选取再作进一步说明：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。在本例中，倍数范围的选取使得在信号电平边缘存在一个干扰脉冲的情况下，能够准确判出信号电平的宽度；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3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，更新电平开始时间，将当前时间t赋值给电平开始时间t0，以 判决下一信号电平宽度，进入第六步。 

第六步，更新脉冲开始时间，将当前时间t赋值给脉冲开始时间temp_t，以判决下一脉冲宽度。转入第一步，开启下一个循环。 

如图2所示，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。 

如图3所示，是比较器信号经过采样时间为1/8倍位宽采样后的波形图，由图可知，经过采样后干扰脉冲的数量锐减，一个位宽范围内最多含有两个干扰脉冲，并且干扰脉冲的宽度为1/8倍位宽。 

如图4所示，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，采用本发明方法后，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。 

综上所述，本发明提出了一种去除基带信号中脉冲干扰的方法，能在不实现位同步情况下，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，可以恢复出和发射端一样的基带波形；从而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；而且不需实现位同步，进而降低了硬件成本，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。 

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、预设置一用于判决脉冲宽度门限的预设值；根据编码方式，至少预设置两个判决范围及其对应输出信号电平的宽度；

A2、根据预设置采样频率，对输入的信号数据进行采样，得到接收电平，计算所述接收电平的宽度、以及所述接收电平中的脉冲宽度，判断所述脉冲宽度是否大于所述预设值，是则根据脉冲的极性，设置输出信号电平的极性；其中，计算所述接收电平的宽度和所述脉冲宽度采用以下步骤：输入信号数据，根据电平及其脉冲，记录接收电平起始时间和脉冲起始时间；判断输入信号数据发生改变，则将当前时间与所述接收电平起始时间的差值设为所述接收电平的宽度；将当前时间与所述脉冲起始时间的差值设为脉冲宽度；

A3、根据所述接收电平的宽度所属的判决范围，设置输出信号电平的宽度。

2.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于，步骤A1中，根据位宽，设置各判决范围。

3.根据权利要求2所述的恢复方法，其特征在于，步骤A1中，分别预设置第一判决范围为位宽的0.8倍至1.2倍、第二判决范围为位宽的1.8倍至2.2倍；所述第一判决范围对应输出信号电平的宽度为1倍位宽，所述第二判决范围对应输出信号电平的宽度为2倍位宽。

4.根据权利要求3所述的恢复方法，其特征在于，步骤A3之后，还执行以下步骤：A4、更新所述接收电平起始时间和所述脉冲起始时间，继续执行步骤A2。

5.根据权利要求4所述的恢复方法，其特征在于，步骤A4中，任一输入数据发生改变时，更新所述脉冲起始时间；在设置输出信号电平的宽度后，更新所述接收电平起始时间。

6.根据权利要求4所述的恢复方法，其特征在于，步骤A3中，根据位宽，逐一设置输出信号电平的宽度。

7.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于，步骤A2中，采用以下步骤获得所述预设置采样频率：降低软件处理器的可用频率资源，获取预设置的采样频率。

8.根据权利要求7所述的恢复方法，其特征在于，根据数据速率和编码方式确定位宽，将采样时间设为位宽的1/10至1/5，根据所述采样时间预设置采样频率。

9.根据权利要求8所述的恢复方法，其特征在于，步骤A2中，根据所述位宽和所述采样时间，设置所述预设值。

Images