CN110932795B - 一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制的系统，包括传感器、滤波器，随机存储器；所述系统还包括对脉位调制信号幅度进行短时归一化的控制单元，所述控制单元对滤波器生成的滤波后信号s(n)按照如下步骤处理：由控制单元控制将滤波信s(n)号缓存至随机存储器中；从随机存储器读取滤波后信号，并获取短时窗w_n(m)；计算各个短时窗中包含的信号的最大值M(n)；分别以最大值M(n)为参考值对各个采样点进行归一化，获得短时归一化信号；本发明有效保证通信效率；实时对信号进行处理。

Description

一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制系统

技术领域

本发明属于通信信号处理领域中对脉冲信号位置调制的硬件设备，特别涉及一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制系统。

背景技术

在无线通信领域，常用的调制与编码方法有很多，其中脉位调制是一种很常用的方法。脉冲位置调制中调制信号只使载波脉冲序列中每一个脉冲产生的时间发生改变，而不改变其形状和幅度，且每一个脉冲产生时间的变化量比例于调制信号电压的幅度，与调制信号的频率无关。简而言之，用脉冲之间的时间间隔表示调制信号的电压的幅度，每个脉冲的形状与幅度都相同。

在使用这种调制方式进行编码的通信方式中存在一个问题为：由于多径等因素导致的信号衰落，使接收到的信号的包络起伏不定，进一步导致通信的误码率升高。目前解决这一问题的方法主要为均衡算法，其中在一些不能或不便于使用训练序列进行信道估计的情况下，主要使用盲均衡算法来解决这一问题，降低通信的误码率，提高通信的稳定性。但盲均衡算法的计算量较大，无法做到实时解码信号，且脉位调制中所有的脉冲形状与频率都相同且与解码结果无关，因此解码过程中只需要对信号的幅度进行均衡，进一步计算脉冲间的时间差进行解码，均衡算法中对信号相位信息及其他信息的均衡对解码结果无明显提升。

发明内容

本发明的目的是为了解决脉位调制的通信中由于信号衰落导致的通信误码率较高，通信稳定性不足的缺点。本发明提出了一种具有1)不需要训练序列对通信信道进行估计；2)计算量小，支持信号实时处理的优点的信号幅度均衡系统。

为了解决现有技术存在问题，本发明采用如下技术方案实施：

一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制系统，包括传感器、滤波器，随机存储器；所述系统还包括对脉位调制信号幅度进行短时归一化的控制单元，所述控制单元对滤波器生成的滤波信号s(n)按照如下步骤进行：

由控制单元控制将滤波后信号s(n)缓存至随机存储器中；

从随机存储器读取滤波信号并获取短时窗w_n(m)；

通过如下公式计算各个短时窗中包含的信号的最大值M(n)；

M(n)＝max{s(n)×w_n(m)，S_min}通过如下公式分别以最大值M(n)为参考值对各个采样点进行归一化，获得短时归一化后的信号

所述的处理单元采用可编程逻辑门阵列。

所述短时窗w_n(m)通过如下公式获得：

有益效果

本发明提出了一种基于信号的短时平稳性在短时窗内对信号进行归一化处理的，主要用于脉位调制的无线通信信号幅度均衡系统。

这种方式具有以下优点：

1)无需训练序列，不会占用通信信道资源，有效保证通信效率。

2)计算量小，能够实时对信号进行处理。

附图说明

图1示出本发明的系统组成；

图2示出本发明中提出的短时归一化流程示意图；

图3示出本发明中对通信信号处理的示意图与实验结果图。

具体实施方式

这里以编码方式为脉位调制的无线通信为例，对本发明进行介绍。目前这种通信方式面临的一个问题是：在传输过程中受多径等因素影响，信号发生衰落，使信号的包络起伏不定。这一问题导致在解码过程中难以确定脉冲的位置，对信号的解码造成巨大困难，使通信误码率增加，通信稳定性下降。目前解决这一问题常用的方法为均衡算法，但是一般均衡算法的运算量较大，难以实现信号的实时处理。基于这一问题，本发明提出了一种计算量小、无需训练序列的基于短时归一化的振幅调制信号幅度均衡系统。

图1中1为接收到的通信信号；2为用于接收信号的传感器；3为滤波器用于滤除背景噪声；4为FPGA用于信号均衡处的计算的控制单元；5为RAM用于缓存滤波后的通信信号；6为滤波后的通信信号；7为经过幅度均衡后的通信信号。

本系统以FPGA为主要控制单元，对输入脉冲信号进行滤波、幅度均衡处理，实现使处理后的信号中所有脉冲强度保持一致的作用。本系统的组成有：传感器2，滤波器3，现场可编程逻辑门阵列4(FPGA)，随机存储器5(RAM)组成。传感器用于接收通信信号1；滤波器用于对接收到的信号进行滤波，保留有效通信信号；FPGA用于完成基于短时归一化的幅度均衡处理的计算；RAM用于缓存滤波后的信号6，辅助FPGA完成信号处理。

图2中12为各个采样点对应的短时窗；13为通信信号中的各个采样点；14为各个短时窗中的最大值，具体实现流程为：先对信号进行滤波，得到s(n)。根据式1求各采样点13的短时窗14；再根据式2，计算各短时窗14的最大值；最后根据式3，对各采样点13进行归一化处理。

在FPGA与RAM中该信号处理方法的具体实施步骤为：

首先，由FPGA控制将滤波后的信号缓存至RAM中。

进一步，用s(n)表示滤波后的信号，信号长度为N个采样点。从RAM中依次读出s(n)，按下式分别对信号中的各个采样点13取短时窗12：w_n(m)。

这一过程即以信号中各个采样点为中心分别为各个采样点取窗宽为2q+1个采样点的矩形窗作为短时窗w_n(m)。特殊地，s(n)中的前q个采样点对应的短时窗都为窗宽为2q个采样点，位于信号开头的矩形窗，同理s(n)中的后q个采样点对应的短时窗都为窗宽为2q个采样点，位于信号结尾的矩形窗。

其中短时窗的窗宽越窄，短时窗内的信号衰减程度越接近，信号平稳性越好，但短时窗内需要至少包含一个完整的脉冲及一段完整的脉冲间时间间隔，才能保留脉冲的时域特性。因此短时窗的窗宽最好略大于一个脉冲的最大宽度及一段脉冲间时间间隔的最大宽度的和。

进一步，求各个短时窗中包含的信号的最大值14：M(n)，计算公式为：

M(n)＝max{s(n)×w_n(m)，S_min} (式2)

其中S_min根据脉冲间时间间隔的信号强度确定，一般需要大于脉冲间时间间隔的信号幅度的10倍，用于避免在归一化过程中标准值过小导致大幅度放大噪声信号的情况出现。

进一步，分别以M(n)为参考值对各个采样点进行归一化，得到短时归一化后的信号7：

最终得到的信号中所有脉冲的幅度都为“单位1”，且保留了单个脉冲的波形特征。

图3中8为发送的通信信号的示意图与实验结果；9为发送的通信信号的局部放大图；6为滤波后的通信信号的示意图与实验结果；10为滤波后的通信信号的局部放大图；7为经过短时归一化处理后的通信信号的示意图与实验结果；11为经过短时归一化处理后的通信信号的局部放大图。

从实验结果可以看出，对接收到的通信信号滤除背景噪声后得到的有效通信信号6的包络起伏不定，不同码元的最大幅值有较大的差异，对解码造成较大的困难。但从滤波后的通信信号的局部放大图10中也可以发现其具有短时平稳性，在短时间内信号的幅度基本保持不变。本系统中的基本原理为对信号加滑动窗，当滑动窗窗宽足够窄时，可以认为窗内信号的衰减程度一致，进而逐一对滑动窗中心的采样点进行归一化处理，可以使整个信号的幅度基本保持一致。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制的系统，包括传感器、滤波器，随机存储器；其特征在于，所述系统还包括对脉位调制信号幅度进行短时归一化的控制单元，所述控制单元对滤波器生成的滤波信号

按照如下步骤处理：

由控制单元控制将滤波信号缓存至随机存储器中；

从随机存储器读取滤波信号并获取短时窗w_n(m) ；

通过如下公式计算各个短时窗中包含的信号的最大值；

其中：S_min 为用于避免在归一化过程中标准值过小而导致噪声信号大幅度放大而设置的阈值，根据脉冲间时间间隔的信号强度确定,需要大于脉冲间时间间隔的信号幅度的10倍；

通过如下公式分别以最大值

为参考值对各个采样点进行归一化，获得短时归一化后的信号

；

。

2.根据权利要求1所述的一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制的系统，其特征在于，所述的控制单元采用可编程逻辑门阵列。

3.根据权利要求1所述的一种对脉位调制信号的幅度进行均衡调制的系统，其特征在于，所述短时窗通过如下公式获得：

。

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