CN107517172A - 归一化匹配滤波器及其滤波方法 - Google Patents

归一化匹配滤波器及其滤波方法 Download PDF

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Abstract

一种归一化匹配滤波器及其滤波方法，所述滤波方法包括：接收输入的调制信号；对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量；对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号；对所述归一化信号进行匹配滤波处理并输出。上述方案能够减少归一化相关运算时的资源开销。

Description

归一化匹配滤波器及其滤波方法
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种归一化匹配滤波器及其滤波方法。
背景技术
在一些特定的场合，需要检测是否存在特定的方波信号。例如，在国际标准化组织(International Organization for Standardization，IOS)14443协议中，规定接近式卡(Proximity Integrated Circuit Card，PICC)到接近式耦合设备(Proximity CouplingDevice，PCD)的信号波形就是在频率为848KHz的方波副载波上的调制信号。
为了提高信号解调的信噪比，通常采用信噪比最优的匹配滤波器对调制信号进行解调。在实际应用中，输入到匹配滤波器的调制信号中可能掺杂了较大的噪声脉冲干扰，导致解调的误判。
为避免因噪声脉冲导致的误判情况发生，现有的匹配滤波器对输入的调制信号采用归一化相关运算方法进行滤波处理。然而，现有的归一化相关运算过程中，资源开销大。
发明内容
本发明解决的技术问题是减少归一化相关运算时的资源开销。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种归一化匹配滤波方法，包括：接收输入的调制信号；对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量；对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号；对所述归一化信号进行匹配滤波处理并输出。
可选的，所述对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量，包括：计算所述调制信号中的直流分量；将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
可选的，所述计算所述调制信号中的直流分量，包括：在预设时间段内，定时对所述调制信号的电压值进行抽样；计算抽样得到的电压值的平均值，作为所述调制信号中的直流分量。
可选的，所述对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量，包括：采用低频滤波器获取所述调制信号中的直流分量；将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种归一化匹配滤波器，包括：接收单元，用于接收输入的调制信号；去直流单元，用于对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量；归一化单元，用于对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号；滤波单元，用于对所述归一化信号进行匹配滤波处理并输出。
可选的，所述去直流单元，包括：计算子单元，用于计算所述调制信号中的直流分量；减法器，用于将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
可选的，所述计算子单元，用于在预设时间段内，定时对所述调制信号的电压值进行抽样；计算抽样得到的电压值的平均值，作为所述调制信号中的直流分量。
可选的，所述去直流单元，用于：采用低频滤波器获取所述调制信号中的直流分量；将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在对接收到的调制信号进行归一化滤波处理时，先去除调制信号中的直流分量，之后对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号，再对归一化信号进行匹配滤波处理，即可得到归一化滤波处理之后的调制信号。在进行归一化滤波时，无需进行除法运算，从而可以减少归一化相关运算时的资源开销。
附图说明
图1是现有的一种匹配滤波器的系数的示意图；
图2(a)是输入至匹配滤波器的调制信号波形图；
图2(b)是采用图1中的滤波器系数对图2(a)进行匹配滤波后的输出波形图；
图3是本发明实施例中的一种归一化匹配滤波方法的流程图；
图4(a)是本发明实施例中的一种调制信号的输入波形示意图；
图4(b)是图4(a)进行归一化运算后的波形图；
图4(c)是图4(a)对应的匹配滤波处理后的信号波形图；
图4(d)是图4(b)对应的匹配滤波处理后的信号波形图；
图5是本发明实施例中的一种归一化匹配滤波器的结构示意图。
具体实施方式
在一些特定的场合，需要检测是否存在特定的方波信号。例如，IOS 14443协议中，规定PICC到PCD的信号波形就是在频率为848KHz的方波副载波上的调制信号。为了提高信号解调的信噪比，通常采用信噪比最优的匹配滤波器对调制信号进行解调。
参照图1，给出了现有的一种匹配滤波器的系数的示意图；参照图2(a)，给出了一种输入至匹配滤波器的调制信号波形图；参照图2(b)，给出了采用图1中提供的滤波器系数对图2(a)进行匹配滤波后的输出波形图。图2(a)中，波形A与波形B为的幅度不等，波形A对应的波形幅度较小，波形B对应的波形幅度较大。图2(b)中，波形a为经过滤波处理后波形A对应的相关值的波形图，波形b为经过滤波处理后波形B对应的相关值的波形图。从图2(b)中可知，波形A经过相关计算后得到的相关值a小于波形B经过相关计算后得到的相关值b，也即：输入信号波形幅度决定了相关计算后的相关值。
然而，在现有的IOS 14443协议中，输入信号波形的幅度并没有携带任何的信息，携带信息的至少符号波形的形状。当输入的调制信号的波形中存在较大的脉冲噪声干扰时，仅进行相关运算会在脉冲噪声处产生一个较大的相关值，导致解调的误判情况发生。
为避免因噪声脉冲导致的误判情况发生，现有的匹配滤波器对输入的调制信号采用归一化相关运算方法进行滤波处理。在数学上，向量x与向量y的归一化的互相关系数r如下式：
对x和y做乘累加后，分别除以x的标准差和y的标准差，相除的过程相当于做了一次归一化处理。由上可知，现有的归一化相关运算过程中，需要进行除法运算，资源开销大。
在本发明实施例中，在对接收到的调制信号进行归一化滤波处理时，先去除调制信号中的直流分量，之后对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号，再对归一化信号进行匹配滤波处理，即可得到归一化滤波处理之后的调制信号。在进行归一化滤波时，无需进行除法运算，从而可以减少归一化相关运算时的资源开销。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明实施例提供了一种归一化匹配滤波方法，参照图3，以下通过具体步骤进行详细说明。
步骤S301，接收输入的调制信号。
在具体实施中，可以由接收机接收发送机发送的调制信号。在接收到输入的调制信号后，执行步骤S302。
步骤S302，对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量。
在具体实施中，接收到的调制信号为数字信号，其中包含有直流分量。为便于进行后续的归一化处理以及匹配滤波处理，可以去除调制信号中的直流分量。
在具体实施中，在去除调制信号中的直流分量时，可以先计算调制信号中的直流分量。在计算得到调制信号中的直流分量后，将调制信号与直流分量做减法运算，得到的相减结果即为去除了直流分量的调制信号。
在本发明实施例中，在计算调制信号中的直流分量时，可以从调制信号中选取一段时间，定时地对该段时间内调制信号的电压值进行采样。在得到多个电压值的抽样值之后进行平均运算，得到电压值的平均值，即为调制信号中的直流分量。
例如，在计算调制信号中的直流分量时，从调制信号中选取时间段t0～t1，t0～t1的时长为10ms。以1ms为定时时长，在t0～t1内对调制信号的电压值进行采样，总共可以得到11个采样电压值。计算11个采样电压值的平均值，得到的平均值为5V，则判定调制信号中的直流分量为5V。
在具体实施中，也可以采用低频滤波器来获取调制信号中的直流分量。在实际应用中可知，直流电压的频率值为0。因此，可以将低频滤波器的带宽设置的足够窄，使得低频滤波器只能输出频率值为0的信号，此时，低频滤波器的输出即为调制信号中的直流分量。
然而在实际应用中，采用低频滤波器获取到的直流分量可能并不十分精确，但是并不会对本发明实施例中提供的归一化匹配滤波方法的滤波结果造成影响。
步骤S303，对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号。
在具体实施中，在获取到去除了直流分量的调制信号后，可以对去除了直流分量的调制信号进行取符号处理操作，将电压幅度值大于0的波形赋值为符号“1”，将电压幅度值小于0的波形赋值为符号“-1”，将电压幅度值等于0的波形赋值为符号“0”。
经过取符号处理操作后，所获取到的调制信号对应的幅度值为“0”、“1”“-1”中的任一个。
步骤S304，对所述归一化信号进行匹配滤波处理并输出。
在具体实施中，在获取到归一化信号后，可以对归一化信号进行匹配滤波处理，得到经过归一化匹配滤波的调制信号。之后，可以对经过归一化匹配滤波处理后的调制信号进行解调等相关的处理。
在本发明实施例中，对归一化信号进行匹配滤波处理时，可以采用已有的匹配滤波处理方法对归一化信号进行处理，此处不做赘述。
参照图4(a)～图4(d)，其中：图4(a)为本发明实施例中一种调制信号的输入波形示意图；图4(b)为图4(a)进行归一化运算后的波形图；图4(c)为图4(a)对应的匹配滤波处理后的信号波形图；图4(d)为图4(b)对应的匹配滤波处理后的信号波形图。
从图4(a)中可知，波形A与波形B的幅度不等。从图4(b)中可以得知，经过归一化操作后，波形A与波形B的幅度相等。从图4(c)中可知，经过匹配滤波处理后，波形A对应的相关值a的波形的幅度与波形B对应的相关值b的波形的幅度不等。从图4(d)中可知，经过归一化操作后，波形A对应的相关值a的波形的幅度与波形B对应的相关值b的波形的幅度相同。
也就是说，在本发明实施例中，在经过归一化匹配滤波后，不同幅度的调制信号对应的滤波信号的幅度相等，这样便于后续解调过程中的判决阈值选择的统一。
现有技术中，在进行归一化运算操作时，需要应用到除法运算，导致归一化运算时的资源开销较大。
而在本发明实施例中，在对接收到的调制信号进行归一化滤波处理时，先去除调制信号中的直流分量，之后对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号，再对归一化信号进行匹配滤波处理，即可得到归一化滤波处理之后的调制信号。在进行归一化滤波时，无需进行除法运算。由此可见，本发明实施例中提供的归一化匹配滤波方法可以减少归一化相关运算时的资源开销。
参照图5，给出了本发明实施例中的一种归一化匹配滤波器50，包括：接收单元501、去直流单元502、归一化单元503以及滤波单元504，其中：
接收单元501，用于接收输入的调制信号；
去直流单元502，用于对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量；
归一化单元503，用于对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号；
滤波单元504，用于对所述归一化信号进行匹配滤波处理并输出。
在具体实施中，所述去直流单元502，包括可以：计算子单元(未示出)，用于计算所述调制信号中的直流分量；减法器，用于将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
在具体实施中，所述计算子单元，可以用于在预设时间段内，定时对所述调制信号的电压值进行抽样；计算抽样得到的电压值的平均值，作为所述调制信号中的直流分量。
在具体实施中，所述去直流单元502，可以用于：采用低频滤波器获取所述调制信号中的直流分量；将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种归一化匹配滤波方法，其特征在于，包括：
接收输入的调制信号；
对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量；
对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号；
对所述归一化信号进行匹配滤波处理并输出。
2.如权利要求1所述的归一化匹配滤波方法，其特征在于，所述对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量，包括：
计算所述调制信号中的直流分量；
将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
3.如权利要求2所述的归一化匹配滤波方法，其特征在于，所述计算所述调制信号中的直流分量，包括：
在预设时间段内，定时对所述调制信号的电压值进行抽样；
计算抽样得到的电压值的平均值，作为所述调制信号中的直流分量。
4.如权利要求1所述的归一化匹配滤波方法，其特征在于，所述对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量，包括：
采用低频滤波器获取所述调制信号中的直流分量；
将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
5.一种归一化匹配滤波器，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收输入的调制信号；
去直流单元，用于对所述调制信号进行去直流处理，以去除所述调制信号中的直流分量；
归一化单元，用于对去除直流分量的调制信号进行取符号处理，得到归一化信号；
滤波单元，用于对所述归一化信号进行匹配滤波处理并输出。
6.如权利要求5所述的归一化匹配滤波器，其特征在于，所述去直流单元，包括：计算子单元，用于计算所述调制信号中的直流分量；减法器，用于将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
7.如权利要求6所述的归一化匹配滤波器，其特征在于，所述计算子单元，用于在预设时间段内，定时对所述调制信号的电压值进行抽样；计算抽样得到的电压值的平均值，作为所述调制信号中的直流分量。
8.如权利要求5所述的归一化匹配滤波器，其特征在于，所述去直流单元，用于：采用低频滤波器获取所述调制信号中的直流分量；将所述调制信号与所述直流分量进行减法运算，去除所述调制信号中的直流分量。
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