CN106341123B - 一种单音干扰的滤波方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单音干扰的滤波方法和装置，所述方法包括：获取初始的单音干扰信号所在频率，并根据初始的单音干扰信号所在频率设置数字控制振荡器的初始频率控制字；利用所述科斯塔斯环捕获输入信号中单音干扰信号的频率，并对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪；对数字控制振荡器生成的本振信号与所述输入信号相乘得到的控制信号进行滤波获取所述输入信号中单音干扰信号的幅度信息；根据所述幅度信息对所述本振信号进行调制，获取本地单音干扰信号；在所述输入信号中减去所述本地单音干扰信号，实现单音干扰信号的滤除。本发明在滤除单音干扰信号的同时，对原有的有用信号的影响极小，并且可以在一定范围内跟踪单音频率的变化。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种单音干扰的滤波方法和装置。
背景技术
目前，在通信系统中，尤其在宽带通信系统中，由于谐波或杂散以及外界环境等因素的影响，使得系统经常收到单音干扰，现有的通信系统中，时域发射信号经过信道之后会混入窄带单音干扰，该窄带单音干扰为复指数形式：
其中，A0为单音干扰的幅度，φ0为单音干扰的初始相位，f0为已知的单音干扰的频率。混入单音干扰的时域信号到达接收端之后，需要对该窄带单音干扰进行滤波处理，否则将影响系统接收性能、系统的传输速率及传输可靠性。但这时若对干扰进行相应的滤除，将能极大提高系统接收性能。
在完成单音干扰搜索后，需要采用合适的方法将单音干扰信号滤除，从而避免因单音干扰信号存在对后续功能造成影响。传统采用陷波滤波的方法，可能存在以下问题：
a)陷波带宽偏大，在滤除单音干扰信号的同时将部分有效信号一并滤去，对接收造成影响；
b)为减小对有效信号的影响而构造极小的陷波带宽，从而造成滤波器复杂度大幅提升；
c)无法跟踪单音干扰可能存在的漂移，当单音干扰漂移至陷波频带边缘甚至陷波带外时陷波效果大幅下降。
在传输介质中，多种系统及设备间发射的信号混杂在一起，若某个通信系统的传输带宽内混杂了其它系统或设备产生的单一频率的信号，则该单频信号即是对该通信系统的单音干扰。如今有许多种单音干扰滤除方法，其中专利权人为深圳市金正方科技有限公司，专利号为CN 103684342A，专利名称为“抑制窄带单音干扰的滤波方法”的发明专利提出了一种抑制窄带单音干扰的滤波方法，该方法取较多索引值读取该滤波器时域迭代式的滤波系数时，其实现的复杂度相对较高；但若减少索引值的读取数目，则其陷波带宽偏大，在滤除单音干扰信号的同时会将部分有效信号一并滤除，对接收造成影响。并且该方法无法跟踪单音干扰可能存在的漂移，当单音干扰漂移至陷波频带边缘甚至陷波带外时陷波滤除效果将大幅下降。
此外，专利权人为江苏卓胜微电子有限公司，专利号为CN 104244533A，专利名称为开槽滤波器的发明专利公开了一种开槽滤波器，该方法优点是结构相对简单，并且可以对陷波带宽进行调整。但该方法无法准确跟踪变化的单音；在滤除单音干扰的同时开槽仍然会对有效信号造成一定影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单音干扰的滤波方法和装置，用于对带内信号的单音干扰成份进行滤除。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单音干扰的滤波方法，所述单音干扰的滤波方法包括：获取初始的单音干扰信号所在频率，并根据所述初始的单音干扰信号所在频率设置数字控制振荡器的初始频率控制字；建立包含所述数字控制振荡器的科斯塔斯环，利用所述科斯塔斯环捕获输入信号中单音干扰信号的频率，并对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪；对所述数字控制振荡器生成的本振信号与所述输入信号相乘得到的控制信号进行滤波获取所述输入信号中单音干扰信号的幅度信息；根据所述幅度信息对所述本振信号进行调制，获取本地单音干扰信号；在所述输入信号中减去所述本地单音干扰信号，实现单音干扰信号的滤除。
优选地，利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，获取初始的单音干扰信号所在频率。
优选地，利用所述数字控制振荡器对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪。
优选地，所述数字控制振荡器生成的本振信号的频率和相位与输入信号中单音干扰信号的频率和相位相同。
为实现上述目的，本发明还提供一种单音干扰的滤波装置，所述单音干扰的滤波装置包括：初始频率获取模块，用于获取初始的单音干扰信号所在频率；设置模块，与所述初始频率获取模块相连，用于根据所述初始的单音干扰信号所在频率设置数字控制振荡器的初始频率控制字；科斯塔斯环模块，与所述设置模块相连，包括：分别接收输入信号的第一乘法器和第二乘法器；与所述第一乘法器和所述第二乘法器对应相连的第一低通滤波器和第二低通滤波器；与所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器相连用于捕获输入信号中单音干扰信号的频率的鉴相器；与所述鉴相器相连的环路滤波器；分别与所述第一乘法器、所述第二乘法器、所述环路滤波器和所述设置模块相连受所述环路滤波器控制并由所述设置模块设置初始频率控制字的所述数字控制振荡器；所述数字控制振荡器对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪；所述数字控制振荡器生成本振信号；本地干扰生成及消除模块，与所述科斯塔斯环模块和输入信号相连，包括：调制控制单元，用于对所述第一低通滤波器输出的结果进行处理，获取所述输入信号中单音干扰信号的幅度信息，得到本地干扰恢复所需的幅度控制信号；第三乘法器，与所述数字控制振荡器和所述调制控制单元相连，用于将所述数字控制振荡器生成的本振信号与所述调制控制单元输出的幅度控制信号相乘，恢复出近似于输入信号中干扰成分的本地单音干扰信号；加法器，与输入信号输入端、所述第三乘法器相连，用于在所述输入信号中减去所述本地单音干扰信号，实现单音干扰信号的滤除。
优选地，在所述初始频率获取模块内，利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，获取初始的单音干扰信号所在频率。
优选地，所述数字控制振荡器生成的本振信号的频率和相位与输入信号中单音干扰信号的频率和相位相同。
优选地，所述数字控制振荡器生成的余弦信号输出到所述第一乘法器。
优选地，所述数字控制振荡器生成的正弦信号输出到所述第二乘法器。
如上所述，本发明的一种单音干扰的滤波方法和装置，具有以下有益效果：
1、在本发明中，本振信号与接收信号相乘得到的结果经过滤波平滑后，可作为单音干扰信号幅度信息对本振信号进行调制，在输入信号中将此调制信号减去即可实现对单音干扰信号的滤除，最终达到滤除单音干扰信号的目的。
2、此外，本发明在滤除单音干扰信号的同时，对原有的有用信号的影响极小，并且可以在一定范围内跟踪单音频率的变化。
3、本发明实现复杂度低，结构简单，易于实现，并且可以提高系统性能的可靠性。
附图说明
图1显示为本发明的一种单音干扰的滤波方法的流程图。
图2显示为本发明的一种单音干扰的滤波方法中所利用的科斯塔斯环的原理图。
图3显示为本发明的一种单音干扰的滤波装置的整体结构示意图。
元件标号说明
1 初始频率获取模块
2 设置模块
3 科斯塔斯环模块
31 第一乘法器
32 第二乘法器
33 第一低通滤波器
34 第二低通滤波器
35 鉴相器
36 环路滤波器
37 数字控制振荡器
4 本地干扰生成及消除模块
41 调制控制单元
42 第三乘法器
43 加法器
S11～S15 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明的目的在于提供一种单音干扰的滤波方法和装置，用于对带内信号的单音干扰成份进行滤除。以下将详细描述本发明的一种单音干扰的滤波方法和装置的原理和实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种单音干扰的滤波方法和装置。
本实施例提供一种单音干扰的滤波方法，为了滤除接收机前端的单音干扰信号。在滤除单音干扰信号的同时对原有信号影响小，并且可以在一定范围内跟踪单音干扰频率的变化。本实施例提供一种单音干扰的滤波方法为：在已对带内信号进行单音干扰搜索、得到单音干扰信号所在的大致频率的情况下，给NCO(数字控制振荡器，NCO，numericallycontrolled oscillator)设置初始的频率控制字，并采用科斯塔斯环结构，可迅速捕获得到单音干扰信号的准确频率并实现跟踪，受环路滤波器控制的NCO可以得到与单音干扰信号频率、相位完全相同的本振信号。在科斯塔斯环结构中，本振信号与接收信号相乘得到的结果经过滤波平滑后，可作为单音干扰信号幅度信息对本振信号进行调制；在输入信号中将此调制信号减去即可实现对单音干扰信号的滤除。本实施例方法简单，易于实现，并且只滤除单音干扰信号，对原有的有用信号的影响极小；还可以在一定范围内跟踪单音干扰频率的变化。以下具体说明本实施例的一种单音干扰的滤波方法。
具体地，在本实施例中，如图1所示，所述单音干扰的滤波方法包括以下步骤。
步骤S11，获取初始的单音干扰信号所在频率，并根据所述初始的单音干扰信号所在频率设置数字控制振荡器的初始频率控制字。
具体地，在本实施例中，利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，获取初始的单音干扰信号所在频率，也就是利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，得到大致的单音干扰信号所在频率，本实施例不存在单音搜索过程，本发明所有流程建立在单音搜索已经完成的基础上，完成单音搜索后，需要采用合适的方法将单音干扰滤除，从而避免因单音存在对后续功能造成影响。
步骤S12，建立包含所述数字控制振荡器的科斯塔斯环，利用所述科斯塔斯环捕获输入信号中单音干扰信号的频率，并对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪。其中，在步骤S12中，输入信号中单音干扰信号的频率为输入信号中单音干扰信号的准确频率，利用所述数字控制振荡器对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪。
科斯塔斯(Costas)环法又称同相正交环法或边环法。其原理如图2所示。
如图2所示，接收信号s(t)被送入两路相乘器，现以2PSK信号为例进行讨论。
s(t)＝m(t)cos(wct+θ)
两相乘器输入的a点和b点的压控振荡电压分别为
它们和接收信号电压相乘后，得到c点和d点的电压为
这两个电压经过低通滤波器后，变成：
上面这两个电压相乘后，得到在g点的窄带滤波器输入电压：
式中：是压控振荡电压和接收信号载波相位之差。
将m(t)＝±1带入式并考虑到当很小时，则式变为
电压vg通过环路窄带低通滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。此窄带低通滤波器的截止频率很低，只允许电压vg中近似直流的电压分量通过。这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使尽可能地小。当时，vg＝0。压控振荡器的输出电压va就是科斯塔斯环提取出的载波，它可以用来作为相干接收的本地载波。
此外，由式可见，当很小时，除了差一个常数因子外，电压ve就近似等于解调输出电压m(t)。所以科斯塔斯环本身就同时兼有提取相干载波和相干解调的功能。
为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要求两路低通滤波器的性能完全相同。虽然用硬件模拟电路很难做到这一点，但是若用数字滤波器则不难做到。所以在本实施例中的科斯塔斯环内设置了数字控制振荡器。
步骤S13，对所述数字控制振荡器生成的本振信号与所述输入信号相乘得到的控制信号进行滤波(使之平滑)获取所述输入信号中单音干扰信号的幅度信息。其中，在本实施例中，所述数字控制振荡器生成的本振信号的频率和相位与输入信号中单音干扰信号的频率和相位相同。
步骤S14，根据所述幅度信息对所述本振信号进行调制，获取本地单音干扰信号。
步骤S15，在所述输入信号中减去所述本地单音干扰信号，实现单音干扰信号的滤除。
本实施例的单音干扰的滤波方法实施过程如下：利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，得到大致的单音干扰信号所在频率；根据单音干扰信号所在频率给NCO设置初始频率控制字；利用科斯塔斯环捕获得到输入信号中单音干扰信号的准确频率；利用科斯塔斯环中NCO对输入信号中的单音干扰信号的频率和相位保持跟踪；对NCO生成的本振信号与输入信号相乘得到的结果进行滤波平滑，得到输入信号中单音干扰信号的幅度信息；根据得到的幅度信息对本振信号进行调制，得到本地生成的单音干扰信号；最后利用输入信号减去本地生成的单音干扰信号，即可实现对干扰信号的滤除工作。
为实现上述单音干扰的滤波方法，本实施例对应还提供一种单音干扰的滤波装置，如图3所示，所述单音干扰的滤波装置包括：初始频率获取模块1、设置模块2、科斯塔斯环模块3以及本地干扰生成及消除模块4。
初始频率获取模块1用于获取初始的单音干扰信号所在频率；在所述初始频率获取模块1内，利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，获取初始的单音干扰信号所在频率。
设置模块2与所述初始频率获取模块1和所述科斯塔斯环模块3相连，用于根据所述初始的单音干扰信号所在频率设置数字控制振荡器的初始频率控制字。
科斯塔斯环模块3包括：第一乘法器31、第二乘法器32、第一低通滤波器33、第二低通滤波器34、鉴相器35、环路滤波器36以及数字控制振荡器37。
第一乘法器31和第二乘法器32分别接收输入信号。
第一低通滤波器33和第二低通滤波器34分别与所述第一乘法器31和所述第二乘法器32对应相连。
所述鉴相器35与所述第一低通滤波器33和所述第二低通滤波器34相连用于捕获输入信号中单音干扰信号的频率。
所述环路滤波器36与所述鉴相器35相连。
所述数字控制振荡器37分别与所述第一乘法器31、所述第二乘法器32、所述环路滤波器36和所述设置模块2相连受所述环路滤波器36控制并由所述设置模块2设置初始频率控制字。
所述数字控制振荡器37对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪；所述数字控制振荡器37生成本振信号。具体地，所述数字控制振荡器37生成的本振信号的频率和相位与输入信号中单音干扰信号的频率和相位相同。
所述数字控制振荡器37生成的余弦信号输出到所述第一乘法器31，所述数字控制振荡器37生成的正弦信号输出到所述第二乘法器32。
所述本地干扰生成及消除模块4包括调制控制单元41、第三乘法器42以及加法器43。
调制控制单元41用于对所述第一低通滤波器33输出的结果进行处理，获取所述输入信号中单音干扰信号的幅度信息，得到本地干扰恢复所需的幅度控制信号。
第三乘法器42与所述数字控制振荡器37和所述调制控制单元41相连，用于将所述数字控制振荡器37生成的本振信号与所述调制控制单元41输出的幅度控制信号相乘，恢复出近似于输入信号中干扰成分的本地单音干扰信号。
加法器43与输入信号输入端、所述第三乘法器42相连，用于在所述输入信号中减去所述本地单音干扰信号，实现单音干扰信号的滤除。
综上所述，在本发明中，本振信号与接收信号相乘得到的结果经过滤波平滑后，可作为单音干扰信号幅度信息对本振信号进行调制，在输入信号中将此调制信号减去即可实现对单音干扰信号的滤除，最终达到滤除单音干扰信号的目的。此外，本发明在滤除单音干扰信号的同时，对原有的有用信号的影响极小，并且可以在一定范围内跟踪单音频率的变化。本发明实现复杂度低，结构简单，易于实现，并且可以提高系统性能的可靠性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种单音干扰的滤波方法，其特征在于，所述单音干扰的滤波方法包括：
获取初始的单音干扰信号所在频率，并根据所述初始的单音干扰信号所在频率设置数字控制振荡器的初始频率控制字；
建立包含所述数字控制振荡器的科斯塔斯环，利用所述科斯塔斯环捕获输入信号中单音干扰信号的频率，并对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪；
对所述数字控制振荡器生成的本振信号与所述输入信号相乘得到的控制信号进行滤波获取所述输入信号中单音干扰信号的幅度信息；
根据所述幅度信息对所述本振信号进行调制，获取本地单音干扰信号；
在所述输入信号中减去所述本地单音干扰信号，实现单音干扰信号的滤除。
2.根据权利要求1所述的单音干扰的滤波方法，其特征在于，利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，获取初始的单音干扰信号所在频率。
3.根据权利要求1所述的单音干扰的滤波方法，其特征在于，利用所述数字控制振荡器对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪。
4.根据权利要求1所述的单音干扰的滤波方法，其特征在于，所述数字控制振荡器生成的本振信号的频率和相位与输入信号中单音干扰信号的频率和相位相同。
5.一种单音干扰的滤波装置，其特征在于，所述单音干扰的滤波装置包括：
初始频率获取模块，用于获取初始的单音干扰信号所在频率；
设置模块，与所述初始频率获取模块相连，用于根据所述初始的单音干扰信号所在频率设置数字控制振荡器的初始频率控制字；
科斯塔斯环模块，与所述设置模块相连，包括：
分别接收输入信号的第一乘法器和第二乘法器；
与所述第一乘法器和所述第二乘法器对应相连的第一低通滤波器和第二低通滤波器；
与所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器相连用于捕获输入信号中单音干扰信号的频率的鉴相器；
与所述鉴相器相连的环路滤波器；
分别与所述第一乘法器、所述第二乘法器、所述环路滤波器和所述设置模块相连受所述环路滤波器控制并由所述设置模块设置初始频率控制字的所述数字控制振荡器；所述数字控制振荡器对输入信号中单音干扰信号的频率和相位保持跟踪；所述数字控制振荡器生成本振信号；
本地干扰生成及消除模块，与所述科斯塔斯环模块和输入信号相连，包括：
调制控制单元，用于对所述第一低通滤波器输出的结果进行处理，获取所述输入信号中单音干扰信号的幅度信息，得到本地干扰恢复所需的幅度控制信号；
第三乘法器，与所述数字控制振荡器和所述调制控制单元相连，用于将所述数字控制振荡器生成的本振信号与所述调制控制单元输出的幅度控制信号相乘，恢复出近似于输入信号中干扰成分的本地单音干扰信号；
加法器，与输入信号输入端、所述第三乘法器相连，用于在所述输入信号中减去所述本地单音干扰信号，实现单音干扰信号的滤除。
6.根据权利要求5所述的单音干扰的滤波装置，其特征在于，在所述初始频率获取模块内，利用单音干扰搜索工具对带内信号进行搜索，获取初始的单音干扰信号所在频率。
7.根据权利要求5所述的单音干扰的滤波装置，其特征在于，所述数字控制振荡器生成的本振信号的频率和相位与输入信号中单音干扰信号的频率和相位相同。
8.根据权利要求5所述的单音干扰的滤波装置，其特征在于，所述数字控制振荡器生成的余弦信号输出到所述第一乘法器。
9.根据权利要求8所述的单音干扰的滤波装置，其特征在于，所述数字控制振荡器生成的正弦信号输出到所述第二乘法器。
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