CN111310522A

CN111310522A - 一种去直流的方法和设备

Info

Publication number: CN111310522A
Application number: CN201811516611.6A
Authority: CN
Inventors: 万维逸
Original assignee: Aisino Corp
Current assignee: Aisino Corp
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明公开了一种去直流的方法和设备，涉及信号处理技术领域，用以解决现有技术中存在的信号去直流模块对信号去除直流分量时实现过程复杂的问题，本发明方法包括：确定含有直流分量的信号在第n时刻之前，且与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值，其中n与N为正整数；根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量；根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流，由于本发明每一个时刻求一次直流分量，因此在某一时刻出现衰减的直流分量时，依然能够滤除衰减的直流分量，而且直接根据与第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值来确定第n时刻直流分量，不需要过多的数据量且实现过程更加简单。

Description

一种去直流的方法和设备

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种去直流的方法和设备。

背景技术

随着信息技术及物联网技术的不断发展，无线通信在生活中占据着越来越重要的作用。由于数字技术的不断发展，数字接收机在系统中应用越来越广泛，而且相对于模拟接收机而言性能越来越好。在对数字接收机信号进行处理过程中，由于前端射频放大器的零点漂移，外接信号干扰等，数字接收信号会叠加直流信号，该直流信号会对系统造成很多不良的影响，对信道信噪比估计、相关器解码等造成严重干扰。所以，接收机需要使用去直流模块。

传统的去直流模块采用全周期傅里叶算法和小波分析，全周期傅里叶是常用的经典算法，可滤除直流分量和整数次谐波分量，但是不能滤除衰减直流分量，计算比较繁琐，实现过程较复杂；小波分析能有效滤除衰减直流分量，但是同样计算繁琐，实现过于复杂。

综上所述，现有的信号去直流模块在去除直流分量时实现过程复杂。

发明内容

本发明提供一种去直流的方法和设备，用以解决现有技术中存在的信号去直流模块对信号去除直流分量时实现过程复杂的问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种去直流的方法包括：

确定含有直流分量的信号在第n时刻之前，且与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值，其中n与N为正整数；

根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量；

根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

上述方法，在对含有直流分量的信号进行去直流处理时，每一时刻求一次直流分量，每一时刻进行一次去直流处理，因此在直流分量有一定的波动时，例如在某些时刻出现衰减的直流分量时，也能够滤除衰减的直流分量，并且在求第n时刻的直流分量时，直接根据与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值来确定，根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流，不需要过多的数据量，而且实现过程更加简单。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量，包括：

将所述N个电压幅值的平均值作为所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量。

上述方法，在n时刻的直流分量为所述N个电压幅值的平均值，一般情况下信号处理中的直流分量和平均值大多数是完全相等的，因此通过求平均值的方法得到的直流分量更加接近于真实的直流分量，并且求平均值的方法十分简单。

在一种可能的实现方式中，若所述平均值为小数，所述将所述N个电压幅值的平均值作为所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量，包括：

确定所述平均值的整数部分，将所述整数部分作为所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量。

上述方法，在求得的平均值为小数时，直接取所述平均值的整数部分作为直流分量，数字信号通常用有限位二进制数来表示，对于一些计算精度较低的数字接收机，对求得的直流分量直接取整，避免了无线小数位占用存储空间，并且可以很好的去除直流分量。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流，包括：

将所述含有直流分量的信号在第n时刻的电压幅值与所述直流分量的差作为所述含有直流分量的信号在第n时刻去直流后的电压幅值。

上述方法，由于数字接收信号会叠加直流信号，并且叠加的直流信号会对系统造成不良影响，因此，在求得第n时刻的直流分量之后，直接用第n时刻的电压幅值减去所述直流分量，得到的差即为第n时刻去直流之后的电压幅值。

在一种可能的实现方式中，通过下列方式确定N：

根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；和/或

根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。

上述方法，若所述含有直流分量的信号为周期信号，则可以根据信号的周期确定N，若所述含有直流分量的信号不是周期信号时，可以根据信号的传输速率确定N，这样比随意取一个N之后求得的直流分量会更加准确。

第二方面，本发明实施例提供的一种去直流的设备包括：至少一个处理单元以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有程序代码，当所述程序代码被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行下列过程：

根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

在一种可能的实现方式中，所述处理单元具体用于：

在一种可能的实现方式中，若所述平均值为小数，所述处理器具体用于：

在一种可能的实现方式中，所述处理单元具体用于：

在一种可能的实现方式中，所述处理单元还用于，通过下列方式确定N：

根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；和/或

根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。

在一种可能的实现方式中，

第三方面，本发明实施例还提供一种去直流的设备，该设备包括确定模块、第一处理模块和第二处理模块：

确定模块，用于确定含有直流分量的信号在第n时刻之前，且与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值，其中n与N为正整数；

第一处理模块，用于根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量；

第二处理模块，用于根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

在一种可能的实现方式中，所述第一处理模块具体用于：

在一种可能的实现方式中，若所述平均值为小数，所述第一处理模块具体用于：

在一种可能的实现方式中，所述第二处理模块具体用于：

在一种可能的实现方式中，所述确定模块还用于，通过下列方式确定N：

根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；和/或

根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。

第四方面，本申请还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理单元执行时实现第一方面所述方法的步骤。

另外，第二方面至第四方面中任一种实现方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种去直流的方法示意图；

图2为本发明实施例提供的一种去直流的FIR滤波器示意图；

图3为本发明实施例提供的一种含有直流分量的信号去直流之前的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种含有直流分量的信号去直流之后的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种去直流的完整方法示意图；

图6为本发明实施例提供的一种去直流的设备示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种去直流的设备示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对文中出现的一些词语进行解释：

1、本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

2、本发明实施例中术语“零点漂移”，又叫，指当放大电路输入信号为零(即没有交流电输入)时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象，它又被简称为:零漂、温漂。

3、本发明实施例中术语“FIR(Finite Impulse Response)滤波器”，指有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统，在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。

4、本发明实施例中术语“抽头系数”指抽头(Tap)，滤波器的每一级都保存了一个经过延时的输入样值，各级的输入连接和输出连接被称为抽头，FIR的抽头是系数或者延时对，一个M阶的FIR滤波器将有M+1个抽头。

本发明实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

数字接收机是一种通过模拟数字转换器对信号进行数字化后使用数字信号处理技术实现变频，滤波，解调等信号处理过程的接收机。

随着数字信号处理理论和大规模集成电路技术的进步，在80年代接收机体系中衍生出了以高速模数转换器以及数字信号处理电路为主要特征的数字接收机。数字接收机灵敏度和精度高，稳定性好，设计灵活且可以实现复杂功能，已成为接收机中最有前景的体制。

由于数字技术的不断发展，数字接收机在系统中应用越来越广泛，而且相对于模拟接收机而言性能越来越好。在对数字接收机信号进行处理过程中，由于前端射频放大器的零点漂移，外接信号干扰等，数字接收信号会叠加直流信号，该直流信号会对系统造成很多不良的影响，对信道信噪比估计、相关器解码等造成严重干扰。所以，接收机需要使用去直流模块。

因此本发明实施例一种通过滑动平均去直流的方法，含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量即与第n时刻相邻的前N个时刻对应的N个电压幅值的平均值，算法简单，并且在每一时刻求一次直流分量，因此在直流分量出现波动时也可以很好的去除。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

针对上述场景，下面结合说明书附图对本发明实施例做进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例的一种去直流的方法，具体包括以下步骤：

步骤100：确定含有直流分量的信号在第n时刻之前，且与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值，其中n与N为正整数；

步骤101：根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量；

步骤102：根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

通过上述方案，在对含有直流分量的信号进行去直流处理时，每一时刻求一次直流分量，每一时刻进行一次去直流处理，因此在直流分量有一定的波动时，例如在某些时刻出现衰减的直流分量时，也能够滤除衰减的直流分量，并且在求第n时刻的直流分量时，直接根据与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值来确定，根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流，不需要过多的数据量，实现过程更加简单。

在本发明实施例中，确定N的方式有很多种，下面列举几种：

确定方式一、根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；

例如，某一信号的传输速率为10⁶bit/s，在进行数字信号传输时的时刻间隔为10^- ⁵s，若每一时刻的数字信号为2bit，则N＝10⁶/(2/10^-5)＝5。

若某一信号的传输速率为10⁶bit/s，在进行数字信号传输时的时刻间隔为10^-5s，若每一时刻的数字信号为3bit，则N＝10⁶/(3/10^-5)＝3.33，由于N为正整数，此时则可以通过四舍五入取N为3；或者是直接进1，取N为4。

确定方式二、根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。

若所述含有直流分量的信号为周期信号，则可以根据信号的周期确定N。

例如，一个含有直流分量的周期信号周期为10^-5s，在进行数字信号传输时的时刻间隔为2*10^-6s，则N＝10^-5/(2*10^-6)＝5。

需要说明的是，本发明实施例中所列举的确定N的方式只是举例说明，任何一种可以确定N的方式都适用于本发明实施例。

在本发明实施例中，数字接收机需要将接收到的模拟信号转换为数字信号，常见的数字信号通常用有限位二进制表示。

可选的，根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量时，计算所述N个电压幅值的平均值，将所述作为所述含有直流分量的信号在n时刻的直流分量。

可选的，若N为2^m，此时可以通过右移的方式，确定所述N个电压幅值累加得到的二进制数的平均值，其中m为正整数。

例如，与第7时刻相邻的前4个时刻对应的4个电压幅值都是正向的(表示正向电压)，分别为：0100、0111、0001、0010，累加得到的和为：1110，相当于十进制数14，平均值为14/4，即将1110右移两位得0011，相当于十进制数3。

在本发明实施例中，若所述平均值为小数时，确定直流分量的方式有很多种，下面列举几种：

确定方式一、保留有限位小数。

例如，与第11时刻相邻的前的5个时刻对应的电压幅值为3、1、2、3、5，和为14，平均值为2.8，转换为二进制数可表示为：0011、0001、0010、0011、0101，和为1110，平均值为：0010.11001100(小数位无限循环)。

预先设定保留两位小数部分，则平均值为0010.11，对应十进制数2.75。

确定方式二、直接舍去小数部分。

如上述确定方式一中求得的平均值，则直接舍去小数部分后得到的平均值为0010，对应十进制数2。

确定方式三、四舍五入。

如上述确定方式一中求得的平均值，四舍五入得到的平均值为0011，对应十进制数3。

需要说明的是，本发明实施例中所列举的在求得的平均值为小数确定直流分量的方式只是举例说明，任何一种在求得的平均值为小数确定直流分量的方式都适用于本发明实施例。

可选的，在确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量之后，将所述含有直流分量的信号在第n时刻的电压幅值与所述直流分量的差作为所述含有直流分量的信号在第n时刻去直流后的电压幅值。

在本发明实施例中，对含有直流分量的信号进行去直流时，可以采用FIR(FiniteImpulse Response，有限长单位冲激响应)滤波器作为去直流模块，让含有直流分量的数字信号序列通过FIR滤波器进行去直流处理。

如图2所示，为一个长度为N点，抽头系数为1的FIR滤波器，该滤波器由缓存区、累加器和加法器等三部分组成，其中缓存区用于存放通过长度为N的滑动窗口获得的含有直流分量的信号在第n时刻之前，且与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值，缓存区的长度与滑动窗口长度相同，其中滑动窗口的移动步长为1；累加器用于对缓存区缓存的N个数据进行累加求和后取均值；加法器将第n时刻的电压幅值和求得的电压幅值的均值进行减法运算，输出的数据即是所述含有直流分量的信号在第n时刻进行去直流之后得到的电压幅值，由于信号传输速率较快，并且该方法计算简单，因此可以很快的对数字信号进行去直流处理并输出，用于数字接收机对数字信号进行后期处理。

例如，数字接收机在将模拟信号转换为数字信号后的某一含有直流分量的数字信号在去直流前的第1时刻至第17时刻对应的17个电压幅值序列为0000、0010、0100、0101、0110、0101、0100、0010、0000、0010、0100、0101、0110、0101、0100、0010、0000，其中某一时刻的电压幅值是由4位二进制数表示的，左起第一位表示电压幅值的方向，其中0表示正向、1表示反向，后三位表示电压幅值的大小，所述电压幅值序列为0、2、4、5、6、5、4、2、0、2、4、5、6、5、4、2、0，如图3所示，图中小圆点表示电压幅值为0，其中，箭头的长度代表电压幅值的大小，箭头的方向表示电压幅值的方向，其中箭头向上为正向、箭头向下为负向，由图可知，图中所示信号的周期为9个时刻间隔所对应的时间，因此可取N为9。

在本发明实施例中，第n时刻的信号去直流之后的电压幅值可通过下列公式计算：

其中，f_DC(n)为第n时刻的信号去直流后的电压幅值，f(n)为第n时刻的信号去直流前的电压幅值，N为滑动平均窗口的长度，f(n-m)为第n-m时刻的信号去直流前的电压幅值。

将n＝10、N＝9及第1时刻至第9时刻的电压幅值代入上式可得含有直流分量的数字信号在第9时刻的去直流后的电压幅值为-1，同理求得，第11时刻至第17时刻去直流后的电压幅值分别为1、1、2、1、0、-2、-3，如图4所示，图中小圆点表示电压幅值为0，表示对图3中信号去直流后得到的数字信号在第1时刻至第17时刻对应的17个电压幅值，用四位二进制数表示为：0000、0010、0100、0101、0110、0101、0100、0010、0000、1001、0001、0001、0010、0001、0001、0000、1010、1011。

如图5所示，本发明实施例提供的一种对数字接收信号去直流的完整方法包括：

步骤500、将数字接收机接收到的模拟信号转换成数字信号；

步骤501、判断转换后的数字信号是否为周期信号，如果是，则执行步骤502，否则执行步骤503；

步骤502、根据所述数字信号的周期确定N；

步骤503、根据所述数字信号的传输速率确定N；

步骤504、确定所述数字信号在第n时刻之前，且与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值，其中n与N为正整数；

步骤505、计算所述N个电压幅值的平均值；

步骤506、判断所述平均值是否为小数，如果是，则执行步骤507，否则，执行步骤508；

步骤507、将所述平均值的整数部分作为所述数字信号在第n时刻的直流分量；

步骤508、将所述平均值作为所述数字信号在第n时刻的直流分量；

步骤509、根据所述直流分量对所述数字信号进行去直流。

基于相同的发明构思，本发明实施例中还提供了一种去直流的设备，由于该设备即是本发明实施例中的方法中的设备，并且该设备解决问题的原理与该方法相似，因此该设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

如图6所示，本发明实施例还提供一种去直流的设备，该设备包括：至少一个处理单元600、以及至少一个存储单元601，其中，所述存储单元601存储有程序代码，当所述程序代码被所述处理单元600执行时，使得所述处理单元600执行下列过程：

根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

可选的，所述处理单元600具体用于：

可选的，若所述平均值为小数，所述处理单元600具体用于：

可选的，所述处理单元600具体用于：

可选的，所述处理单元600还用于，通过下列方式确定N：

根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；和/或

根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。

如图7所示，本发明实施例还提供一种去直流的设备，该设备包括：确定模块700、第一处理模块701和第二处理模块702：

确定模块700：确定含有直流分量的信号在第n时刻之前，且与所述第n时刻相邻的N个时刻对应的N个电压幅值，其中n与N为正整数；

第一处理模块701：根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量；

第二处理模块702：根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

可选的，所述第一处理模块701具体用于：

可选的，若所述平均值为小数，所述第一处理模块701具体用于：

可选的，所述第二处理模块701具体用于：

可选的，所述确定模块700还用于，通过下列方式确定N：

根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；和/或

根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。

本发明实施例还提供一种计算机可读非易失性存储介质，包括程序代码，当所述程序代码在计算终端上运行时，所述程序代码用于使所述计算终端执行上述本发明实施例去直流的方法的步骤。

以上参照示出根据本申请实施例的方法、装置(系统)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述本申请。应理解，可以通过计算机程序指令来实现框图和/或流程图示图的一个块以及框图和/或流程图示图的块的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机的处理器和/或其它可编程数据处理装置，以产生机器，使得经由计算机处理器和/或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现框图和/或流程图块中所指定的功能/动作的方法。

相应地，还可以用硬件和/或软件(包括固件、驻留软件、微码等)来实施本申请。更进一步地，本申请可以采取计算机可使用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有在介质中实现的计算机可使用或计算机可读程序代码，以由指令执行系统来使用或结合指令执行系统而使用。在本申请上下文中，计算机可使用或计算机可读介质可以是任意介质，其可以包含、存储、通信、传输、或传送程序，以由指令执行系统、装置或设备使用，或结合指令执行系统、装置或设备使用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种去直流的方法，其特征在于，该方法包括：

根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述N个电压幅值确定所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量，包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述平均值为小数，所述将所述N个电压幅值的平均值作为所述含有直流分量的信号在第n时刻的直流分量，包括:

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流，包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下列方式确定N：

根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；和/或

根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。

6.一种去直流的设备，其特征在于，该设备包括：至少一个处理单元以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有程序代码，当所述程序代码被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行下列过程：

根据所述直流分量对所述含有直流分量的信号进行去直流。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述处理单元具体用于：

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，若所述平均值为小数，所述处理器具体用于：

9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述处理单元具体用于：

10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述处理单元还用于，通过下列方式确定N：

根据所述含有直流分量的信号的传输速率确定N；和/或

根据所述含有直流分量的信号的周期确定N。