CN1984103A - 一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯技术领域中一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法及装置。所述方法将滤波器系数作为判断依据，判断所述系数求和后的相反数与预定门限值的大小，根据判断结果确定采用对应的消除直流分量的模式，来消除数字滤波器输出的直流分量。本发明彻底解决了数字滤波处理可能引入的直流分量干扰，且实现方案简单，耗费资源少，实现成本低。无论滤波器的输入信号为正常输入还是暂时关闭，滤波器输出都不会产生直流分量。

Description

一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法及装置

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法及装置。

背景技术

在CDMA(码分多址)基站系统中，需要对基带信号进行数字滤波处理，例如在前向(从基站到手机方向)链路中需要对基带信号进行相位均衡处理，其实就是一个IIR(无限长单位脉冲相应滤波器)滤波器，如图1所示。

如果数字滤波器设计不周，容易产生直流分量。并且即使关闭基带输入的信号，即输入I/Q数据为全零，滤波器输出的信号可能仍会带有直流分量。

通常IIR滤波器采用DSP(Digital Signal Process，数字信号处理器)器件或者FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)逻辑器件来完成滤波处理；因此如何采用简单的方法、利用较少的电路资源来消除直流分量就是此处滤波器设计的关键技术。

一种现有技术如图2所示，为了使有基带信号输入时，滤波器不产生直流分量输出，利用CDMA信号具有的高斯白噪特性，对待处理数字信号x(n)经过滤波器按照如下等式一计算后的结果y(n)进行四舍五入处理，即round处理后得到消除直流分量的信号，输出给下游处理模块及数字滤波器。

y(n)＝b(1)*x(n)+b(2)*x(n-1)+...+b(nb+1)*x(n-nb)

-a(2)*y(n-1)-a(3)*y(n-2)-...-a(na+1)*y(n-na)    等式一

等式一中的系数b(1)、b(2).....、b(nb+1)及a(2)、a(3)、......、a(na+1)为表示滤波器性能的系数。

上述现有技术一的缺点在于：虽然经过四舍五入处理后可以使有基带信号输入时，滤波器不产生直流分量输出，但是对于IIR滤波器，如果滤波处理时突然关闭了信号输入，即滤波器输入为全零时，仍然可能有直流分量输出。

为了在信号关闭的情况下，滤波器不产生直流分量输出，现有技术二采用如图3所示的方法，通过实时计算输入信号的功率，并实时进行判断，如果输入信号功率为零，直接将滤波器的输出结果置为零，否则将滤波器的输出送给下游处理模块。

上述现有技术二的缺点在于：实时统计输入信号功率需要耗费较多的DSP或FPGA资源，成本高，且由于统计会带来延迟，反应速度也较慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法及装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，将滤波器系数作为判断依据，判断所述系数求和后的相反数与预定门限值的大小，根据判断结果确定采用对应的消除直流分量的模式，来消除数字滤波器输出的直流分量。

所述预定门限值取值为0.5。

所述滤波器系数是如下等式中的系数a(2)、a(3)、......、a(na+1)：

y(n)＝b(1)*x(n)+b(2)*x(n-1)+...+b(nb+1)*x(n-nb)

-a(2)*y(n-1)-a(3)*y(n-2)-...-a(na+1)*y(n-na)。

当判断所述滤波器系数求和后的相反数大于等于预定门限值时，所述采用的消除直流分量的模式为：

对计算后的y(n)值进行向零取整运算，即取y(n)值靠近零的整数值，并输出消除直流分量后的信号到下游处理模块及数字滤波器。

当判断所述滤波器系数求和后的相反数小于预定门限值时，所述采用的消除直流分量的模式为：

对计算后的y(n)值进行四舍五入运算，并输出消除直流分量后的信号到下游处理模块及数字滤波器。

当判断所述滤波器系数求和后的相反数小于预定门限值时，所述采用的消除直流分量的模式为：

对计算后的y(n)值加上0.5后向-∞取整，并输出消除直流分量后的信号到下游处理模块及数字滤波器。

一种消除数字滤波器输出的直流分量的装置，包括：

直流分量消除模式判决模块，用于判断滤波器系数求和后的相反数与预定门限值的大小；

直流分量消除处理模块，用于根据所述直流分量消除模式的比较结果选择消除直流分量的模式，执行消除直流分量的处理。

所述直流分量消除模式判决模块进一步包括：

判决系数计算子模块，用于根据滤波器系数求和后的相反数来计算判决系数；

判决系数比较子模块，用于接收所述判决系数计算子模块计算所得的判决系数值，并与预先设定的门限值比较，将比较结果传送给直流分量消除处理模块。

所述直流分量消除处理模块进一步包括：

直流分量消除模式选择子模块，用于根据接收到的判决系数比较结果选择一种消除直流分量的模式；

直流分量消除处理子模块，用于接收直流分量消除模式选择子模块的选择结果，并按照相应模式执行直流分量消除处理操作。

所述直流分量消除处理子模块进一步包括：

四舍五入处理子模块、向零取整处理子模块、和/或向-∞取整处理子模块。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明彻底解决了数字滤波处理可能引入的直流分量干扰，且实现方案简单，耗费资源少，实现成本低。无论滤波器的输入信号为正常输入还是暂时关闭，滤波器输出都不会产生直流分量。

附图说明

图1为现有技术IIR滤波器工作示意图；

图2为现有技术采用四舍五入模式消除直流分量示意图；

图3为现有技术采用实时计算输入信号功率消除直流分量示意图；

图4为本发明所述装置一种实施例模块示意图；

图5为图4中所述直流分量消除处理子模块示意图；

图6为本发明所述方法原理示意图；

图7为本发明所述方法一种实施例操作流程图。

具体实施方式

本发明核心思想是提供一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法及装置，将滤波器系数作为判断依据，判断所述系数求和后的相反数与预定门限值的大小，根据判断结果确定采用对应的取整运算模式来消除数字滤波器输出的直流分量。

本发明提供了一种消除数字滤波器输出的直流分量的装置，所述装置模块示意图如图4所示，包括直流分量消除模式判决模块及直流分量消除处理模块，所述消除数字滤波器输出的直流分量的装置与数字滤波器相连，用于消除数字滤波器输出的直流分量。

所述直流分量消除模式判决模块用于判断滤波器系数求和后的相反数与预定门限值的大小，将判断结果传送给直流分量消除处理模块，用于作为选择消除直流分量处理模式的依据。该模块包括判决系数计算子模块及判决系数比较子模块。其中判决系数计算子模块用于根据滤波器系数计算判决系数。所述滤波器系数为等式一中的系数：a(2)、a(3)、......、a(na+1)，则判决系数为：

A＝-[a(2)+a(3)+......+a(na+1)]    等式二，

所述判决系数比较子模块用于接收所述判决系数计算子模块计算所得的判决系数A值，将所述A值与预先设定的门限值m比较，并将比较的结果发送给所述直流分量消除处理模块。其中m取值为0.5。

所述直流分量消除处理模块用于接收所述直流分量消除模式判决模块的比较结果，并根据所述比较结果选择一种合适的消除直流分量的模式，即对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行消除直流分量的处理。当比较结果为A＜m时，所述直流分量消除处理模块选择的消除直流分量的方法包括：对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行四舍五入处理、或进行向零取整处理、或对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)加上0.5后，向-∞取整；所述比较结果为A＞＝m的情况下，所述直流分量消除处理模块选择的消除直流分量的方法包括：对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行向零取整运算。

所述直流分量消除处理模块包括：直流分量消除模式选择子模块及相应的直流分量消除处理子模块。所述直流分量消除模式选择子模块用于根据接收到的判决系数比较结果选择一种消除直流分量的模式，并根据选择的结果，向相应的直流分量消除处理子模块发送执行信号，由所述的直流分量消除处理子模块对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行相应的消除直流分量的处理。

所述直流分量消除处理子模块包括如图5所示的：四舍五入处理子模块、向零取整处理子模块和向-∞取整处理子模块三种模块，所述的四舍五入处理子模块用于对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行四舍五入处理；所述的向零取整处理子模块用于对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行向零取整运算；所述的向-∞取整处理子模块用于对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)加上0.5后，向-∞取整。

本发明所述模块设置于DSP(数字信号处理器)或FPGA(现场可编程门阵列)或专用芯片ASIC(专用集成电路)中。

本发明提供一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，该方法实现原理如图6所示，对基带信号进行数字滤波处理后，根据直流分量消除模式判决模块的判决结果，对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行取整运算，并将取整运算后的结果同时输出到数字滤波器及下游处理模块。

该方法一种实施例操作流程如图7所示，具体包括如下步骤：

步骤1：直流分量消除模式判决模块中的判决系数计算子模块根据滤波器系数计算出判决系数A值，

A＝-[a(2)+a(3)+......+a(na+1)]，

其中a(2)、a(3)、a(na+1)为滤波器系数，即等式一中的相应系数。

如果滤波器系数固定，则直接计算A值。如果滤波器系数动态配置，则直流分量消除模式判决模块的判决系数计算子模块动态计算A值，即，按照等式二对滤波器各系数求和后取相反数得到A值。

步骤2：直流分量消除模式判决模块中的判决系数比较子模块比较所述A值与预定门限值m的大小，将比较结果传送给直流分量消除处理模块，所述预定的门限值取值为0.5；该比较结果可以采用1比特的指示信号传送给直流分量消除处理模块，例如，当比较结果为A＞＝m时，采用高电平传送给直流分量消除处理模块；当A＜m时，采用低电平传送给直流分量消除处理模块。

步骤3：直流分量消除处理模块中的直流分量消除模式选择子模块根据接收到的比较结果选择一种消除直流分量的模式；

当所述A＜m时，从下面的几种直流分量消除模式中选择一种：

对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行四舍五入处理；

对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行向零取整处理；

对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)加上0.5后，向-∞取整。

该情况下，优先选择四舍五入处理模式较之所述另外两种处理模式具有更好的处理效果。

当A＞＝m时，选择直流分量消除模式为：对按照等式一进行滤波处理计算后的结果y(n)进行向零取整处理。

直流分量消除模式选择子模块在选择确定一种消除直流分量的模式后，将消除直流分量消除通知传送给相应的处理模块。如，当选择采用向零取整模式时，向相应的向零取整处理子模块直发送执行信号。

步骤4，接收到直流分量消除通知的相应的处理模块执行消除直流分量操作；

其中四舍五入处理子模块消除直流分量的方法具体为：

计算当前的滤波输出的y(n)值，

y(n)＝b(1)*x(n)+b(2)*x(n-1)+...+b(nb+1)*x(n-nb)

-a(2)*y(n-1)-a(3)*y(n-2)-...-a(na+1)*y(n-na)，

对所述y(n)值进行四舍五入运算，得到最后的滤波结果。

向零取整处理子模块消除直流分量的方法为：取所述非整数的y(n)值的靠近零的整数值即为消除直流分量的滤波结果。具体为：

计算当前的滤波输出的y(n)值，

y(n)＝b(1)*x(n)+b(2)*x(n-1)+...+b(nb+1)*x(n-nb)

-a(2)*y(n-1)-a(3)*y(n-2)-...-a(na+1)*y(n-na)，

对所述y(n)值进行向零取整运算，得到最后的滤波结果。

所述向零取整运算，即，若y(n)值非整数，则取该值与零靠近的整数值。例如，对1.5进行向零取整得到结果为1，对-2.5进行向零取整得到结果为-2。

所述向-∞取整处理子模块消除直流分量的方法为：取所述非整数的y(n)值的靠近-∞的整数值即为消除直流分量的滤波结果。

步骤5：输出所述消除直流分量后的滤波结果给下游处理模块及数字滤波器，完成消除直流分量的处理。

综上所述，本发明彻底解决了数字滤波处理可能引入的直流分量的干扰，且实现方案简单，耗费资源少，实现成本低。无论滤波器的输入信号为正常输入还是暂时关闭，滤波器输出都不会产生直流分量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，其特征在于，将滤波器系数作为判断依据，判断所述系数求和后的相反数与预定门限值的大小，根据判断结果确定采用对应的消除直流分量的模式，来消除数字滤波器输出的直流分量。

2、如权利要求1所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，其特征在于，所述预定门限值取值为0.5。

3、如权利要求1或2所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，其特征在于，所述滤波器系数是如下等式中的系数a(2)、a(3)、......、a(na+1)：

y(n)＝b(1)*x(n)+b(2)*x(n-1)+...+b(nb+1)*x(n-nb)

-a(2)*y(n-1)-a(3)*y(n-2)-...-a(na+1)*y(n-na)。

4、如权利要求3所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，其特征在于，当判断所述滤波器系数求和后的相反数大于等于预定门限值时，所述采用的消除直流分量的模式为：

对计算后的y(n)值进行向零取整运算，即取y(n)值靠近零的整数值，并输出消除直流分量后的信号到下游处理模块及数字滤波器。

5、如权利要求3所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，其特征在于，当判断所述滤波器系数求和后的相反数小于预定门限值时，所述采用的消除直流分量的模式为：

对计算后的y(n)值进行四舍五入运算，并输出消除直流分量后的信号到下游处理模块及数字滤波器。

6、如权利要求1所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的方法，其特征在于，当判断所述滤波器系数求和后的相反数小于预定门限值时，所述采用的消除直流分量的模式为：

对计算后的y(n)值加上0.5后向-∞取整，并输出消除直流分量后的信号到下游处理模块及数字滤波器。

7、一种消除数字滤波器输出的直流分量的装置，其特征在于，包括：

直流分量消除模式判决模块，用于判断滤波器系数求和后的相反数与预定门限值的大小；

直流分量消除处理模块，用于根据所述直流分量消除模式的比较结果选择消除直流分量的模式，执行消除直流分量的处理。

8、如权利要求7所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的装置，其特征在于，所述直流分量消除模式判决模块进一步包括：

判决系数计算子模块，用于根据滤波器系数求和后的相反数来计算判决系数；

判决系数比较子模块，用于接收所述判决系数计算子模块计算所得的判决系数值，并与预先设定的门限值比较，将比较结果传送给直流分量消除处理模块。

9、如权利要求7所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的装置，其特征在于，所述直流分量消除处理模块进一步包括：

直流分量消除模式选择子模块，用于根据接收到的判决系数比较结果选择一种消除直流分量的模式；

直流分量消除处理子模块，用于接收直流分量消除模式选择子模块的选择结果，并按照相应模式执行直流分量消除处理操作。

10、如权利要求9所述的一种消除数字滤波器输出的直流分量的装置，其特征在于，所述直流分量消除处理子模块进一步包括：

四舍五入处理子模块、向零取整处理子模块、和/或向-∞取整处理子模块。

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