專利名稱：時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根奈奎斯特濾波器，尤其涉及可適用于無(wú)線通信系統(tǒng)的根奈奎斯特濾波器。
通常，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都使用一種奈奎斯特濾波器，這種濾波器對(duì)脈沖的響應(yīng)在每個(gè)區(qū)間T(T為數(shù)據(jù)傳輸區(qū)間)的峰值前和峰值后恰好都等于零。由于相鄰數(shù)據(jù)的響應(yīng)在其他取樣數(shù)據(jù)的樣本點(diǎn)等于零，故可防止代碼之間的干擾。
為了起到上述作用，使用一種在奈奎斯特頻率fN(＝1/2T)點(diǎn)幅度減半的奎斯特濾波器，它在截止區(qū)的半幅點(diǎn)附近按平方余弦奇對(duì)稱滾降。在這一情形，一般都不考慮相位特性，或者設(shè)計(jì)成具有線性的相位特性。
不用簡(jiǎn)單的奈奎斯特濾波器，具有等幅度的低通濾波器(根奎斯特濾波器)被用來(lái)傳輸和接收，并將其特性作得和上面的奈奎斯特濾波器一樣。在這一情形，根奈奎斯特濾波器必須具有能夠形成上面的平方余弦特性的余弦特性。
如上所述，常規(guī)的根奈奎斯特濾波器的相位特性是不經(jīng)調(diào)整的，或者僅調(diào)整得具有一個(gè)總的線性相位。因此，當(dāng)輸入發(fā)送端的根奈奎斯特濾波器的傳輸信號(hào)具有一個(gè)高峰值時(shí)，從接收端的根奈奎斯特濾波器輸出一個(gè)具有幾乎同一峰值的信號(hào)。由于發(fā)送端的根奈奎期特濾波器的輸出被輸入一個(gè)調(diào)制器或高頻放大器，在用于接收高峰值信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中對(duì)調(diào)制器或高頻放大器的特性要求得很嚴(yán)格。因而，傳輸信號(hào)的一個(gè)小峰值因子(峰值傳輸功率/平均傳輸功率)正是所追求的目標(biāo)。
由于接收端的根奈奎斯特濾波器也具有相似的性性，因而沿傳輸路徑產(chǎn)生的脈沖噪聲在其通過接收端的根奈奎斯特濾波器時(shí)也被輸入調(diào)制部件，造成接收誤差。
本發(fā)明就解決這些問題并具有提供一種根奎斯特濾波器用于降低發(fā)送器的峰值因子和抑制脈沖噪聲的目的。
為了達(dá)到上面的目的，一種根據(jù)本發(fā)明的根奈奎斯特濾波器被用在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸和接收，其中根奈奎斯特濾波器的相位頻率特性將通常分為多個(gè)頻段，以形成一個(gè)和偽噪聲(具有相應(yīng)于被分頻段數(shù)的長(zhǎng)度)的每個(gè)分量的對(duì)應(yīng)及多個(gè)頻段，各個(gè)頻段都有一個(gè)對(duì)應(yīng)于各自的偽噪聲分量數(shù)值的相位。
隨著相位頻率特性都是偽噪聲型，根據(jù)本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的輸出具有比常規(guī)線性相位特性的根奈斯特濾波器更低的峰值和更長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間。兩次通過時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的輸出信號(hào)與常規(guī)的根奈奎斯特濾波器的輸出信號(hào)完全一樣。


圖1(a)示出一個(gè)時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器傳遞函數(shù)的幅頻特性。
圖1(b)示出一個(gè)時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器傳遞函數(shù)的相位頻率特性。
圖2示出一個(gè)原理圖，用于說(shuō)明使用根奈奎斯特濾波器的通信系統(tǒng)。
圖3示出要被輸入根奈奎斯特濾波器的示例信號(hào)。
圖4示出圖3的輸入信號(hào)通過本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器一次后的輸出信號(hào)。
圖5示出圖3的輸入信號(hào)通過本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器兩次后的輸出信號(hào)。
圖6示出輸入幅值符合高斯分布的脈沖時(shí)常規(guī)根奈奎斯特濾波器的輸出信號(hào)。
圖7示出輸入和圖6一樣的信號(hào)時(shí)本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的輸出信號(hào)。
1…數(shù)據(jù)源2…發(fā)送端的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器3…接收端的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器
4…解調(diào)部件圖1(a)示出本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的示例性幅頻特性。這個(gè)例子示出發(fā)送和接收端的兩個(gè)根奈奎斯特濾波器的總特性為平方余弦的情形。圖1(a)所示的單個(gè)根奈奎斯特的幅頻特性具有以公式(1)表示的余弦滾降特性|H(f)|={c01os[(T/4α)(2π|f|-π(1-α)/T](1-α)/2T≤|f|(1+α)/2T≤|f|0≤|f|<(1-α)/2T<(1+α)/2T---(1)]]>幅頻特性與常規(guī)根奈奎斯特濾波器的幅頻特性完全一樣。
圖1(b)示出本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的示例性相位頻率特性。如圖所示，在本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器中，具有非零(0)幅頻特性的區(qū)域(下文稱為“通帶”)被分為一個(gè)預(yù)定的數(shù)目(在本例中是7)并根據(jù)具有如預(yù)定數(shù)7一致的長(zhǎng)度的偽噪聲碼(在本例中為1，1，1，0，0，1，0)給定一個(gè)與所在位置的二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的相位。也就是說(shuō)，長(zhǎng)度T的M碼被選為偽噪聲碼，并且7位PN碼對(duì)應(yīng)于每一個(gè)頻段，而該頻段的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器通帶則被等分為7。對(duì)應(yīng)于PN碼位“1”的頻段相位等于0，而對(duì)應(yīng)于“0”的則等于π。例如說(shuō)，一個(gè)數(shù)字式濾波器就能提供這樣一個(gè)相位。
上面的敘述并不局限于長(zhǎng)度為7的M碼。任何的PN碼長(zhǎng)度都可采用。當(dāng)PN碼是長(zhǎng)碼時(shí)，電路會(huì)由于數(shù)字濾波器電流輸出的增加而變得龐大。如果不用PN碼，具有良好自相關(guān)特性的碼都同樣可以使用。
圖2示出使用本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的具有這種特性的通信系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。
在圖2中，1是一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)源，由它輸出的傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)輸入到發(fā)送端的根奈奎斯特濾波器2。數(shù)據(jù)借助2調(diào)制并在調(diào)制器(未示出)中形成一個(gè)具有預(yù)定頻段的傳輸信號(hào)，然后由高頻放大器(未示出)放大發(fā)送到接收部件。
發(fā)送的信號(hào)被送到接收部件，再通過一個(gè)頻率變換部件(未示出)變換為基帶信號(hào)并輸入接收端的根奈奎斯特濾波器3。通過根奈奎斯特濾波器3接收的信號(hào)在信息解調(diào)部件4解調(diào)并還原為原始發(fā)送的數(shù)據(jù)。
在上述發(fā)送部件中，時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器2的傳遞函數(shù)H1(f)由公式(2)表示H1(f)＝|H(f)|ejθ(f)(2)時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器3的傳遞函數(shù)H2(f)具有一個(gè)根奎斯特濾波器2不同的相位特性極性，如公式(3)所示H2(f)＝H1*(f)＝|H(f)|e-jθ(f)(3)如圖1所示，當(dāng)PN碼為二進(jìn)制碼并且“0” 和“1”分別代之以相位0和π時(shí)，公式(4)正確ejθ(f)＝e-Jθ(f)(4)因此，公式(5)和(6)也正確H(f)＝H*(f) (5)H2(f)＝H1(f)(6)這意思是說(shuō)，在這一情形下，根奈奎斯特濾波器2也可用作根奈奎斯特濾波器3。
當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)源1輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)為X(f)時(shí)，由發(fā)送端的根奈奎斯特濾波器2輸出的傳輸信號(hào)Y(f)由(7)式表示Y(f)＝X(f)H(f)信號(hào)Y(f)被接收器接收并輸入根奈奎斯特濾波器3。輸出Z(f)則用公式(8)表示Z(f)＝Y(jié)(f)H2(f)＝X(f)H1(f)H1*(f)＝X(f)|H(f)|2(8)也就是說(shuō)，響應(yīng)恒同于使用普通根奈奎斯特濾波器的情形。
通常認(rèn)為，當(dāng)一個(gè)濾波器具有分別為H(f)和θ(f)的幅頻特性和相位頻率特性，并接收到信號(hào)S(t)時(shí)，其輸出等于頻率f的幅度乘以S(t)和H(f)并將乘得數(shù)值的相位移動(dòng)θ(f)之后的全部頻率f之和。如上所述，通過具有對(duì)應(yīng)于偽噪聲的相位頻率特性的濾波器之后，輸入信號(hào)的每個(gè)頻率分量都被移動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的相位再相加。因此，本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器具有比線性相位頻率特性的常規(guī)根奈奎斯特濾波器較低的峰值和較長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)時(shí)間。
圖3示出一個(gè)用于時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的示例性輸入信號(hào)，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的輸出信號(hào)波形。當(dāng)一個(gè)具有例如圖3所示的短周期高峰值的信號(hào)被輸入時(shí)，就從本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奎斯特濾波器輸出圖4所示的一個(gè)具有低峰值和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的信號(hào)。當(dāng)具有線性相位頻率特性的常規(guī)濾波器接收?qǐng)D3中的輸入信號(hào)時(shí)，它則照原樣輸出一個(gè)具有預(yù)定時(shí)間延遲(這個(gè)時(shí)間對(duì)應(yīng)于相位頻率特性的斜度)的信號(hào)。這樣一來(lái)，當(dāng)使用本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器時(shí)，傳輸信號(hào)的峰值因子就被降低下來(lái)了。
通過發(fā)送端時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器2的圖4脈沖信號(hào)經(jīng)過一條傳輸路徑而被接收機(jī)接收且輸入接收端的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器3。圖5示出3的輸出。圖5所示的信號(hào)是圖3中的脈沖信號(hào)通過本發(fā)明的時(shí)間展寬式奈奎斯特濾波器兩次后的輸出。如圖5所示輸出信號(hào)與圖3中的脈沖信號(hào)相同。也就是說(shuō)，因上述相位頻率特性而具有不同延遲時(shí)間的各個(gè)頻段信號(hào)分量再次通過時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器并且各自再一次得到不同的相位；最后導(dǎo)致，所有通帶信號(hào)分量都具有同一個(gè)相位，獲得具有比圖3的脈沖信號(hào)延遲了預(yù)定的延遲時(shí)間的輸出信號(hào)。
使用本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器使得有可能在發(fā)關(guān)輸入信號(hào)的同時(shí)壓低其峰值以及在接收端重現(xiàn)輸入信號(hào)。因此，輸入調(diào)制器和高頻放大器的信號(hào)的峰值因子可以在發(fā)送端降下來(lái)，從而可以簡(jiǎn)化這個(gè)調(diào)制器和高頻放大器。此外，可以提供一個(gè)不反射調(diào)制器和高頻放大器的非線性特性的傳輸系統(tǒng)。
甚至在傳輸路徑上產(chǎn)生脈沖噪聲時(shí)，也可使它通過根奈奎斯特濾波器3而抑制其峰值。圖6和7分別示出輸入幅度符合高斯分布律的脈沖串時(shí)常規(guī)根奈奎斯特濾波器的輸出信號(hào)和本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器的輸出信號(hào)。正如通過此較圖6和7所清楚看出的一樣，這個(gè)時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器通過降低其峰值輸出所接收的信號(hào)。甚至在傳輸路徑上產(chǎn)生脈沖噪聲時(shí)，只要在接收端設(shè)置本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器，其峰值也能被降下來(lái)抑制脈沖噪聲。這個(gè)通信系統(tǒng)抗噪聲能力相當(dāng)強(qiáng)。
雖然在上面的實(shí)施例中敘述的是使用二進(jìn)制PN碼來(lái)給出與二進(jìn)制數(shù)值對(duì)應(yīng)相位0和π的例子，但其他的數(shù)值例如0和-π，以及-π/2和π/2也可用來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。PN碼可以是一個(gè)倍數(shù)數(shù)值在這一情形，對(duì)應(yīng)的相位都是相關(guān)的。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器能夠降低信號(hào)的峰值因子并抑制傳輸路徑上的脈沖噪聲。
權(quán)利要求
1.一種時(shí)間展寬式根奈奎斯特濾波器，適用于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中發(fā)送和接收，它的相位頻率特性將通帶分為多個(gè)頻段，以形成一個(gè)和偽噪聲(具有相應(yīng)于所述被分頻段數(shù)目的長(zhǎng)度)的每個(gè)分量的對(duì)應(yīng)和所述多個(gè)頻段，并且每個(gè)所述頻段都有一個(gè)對(duì)應(yīng)于各自的所述偽噪聲分量數(shù)值的相位。
全文摘要
本發(fā)明具有一個(gè)降低傳輸信號(hào)的峰值因子和控制脈沖噪聲的目的。幅度特性恒同于標(biāo)準(zhǔn)的根奈奎斯特濾波器,而相位特性則將通帶分為多個(gè)數(shù)目的頻段,具有對(duì)應(yīng)于PN偽噪聲碼(長(zhǎng)度為所分頻段數(shù))的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)值的相位的根奈奎斯特濾波器設(shè)置在發(fā)送端和接收端。因此,即使在傳輸信號(hào)具有高幅度峰值和短接通時(shí)間的情形,也能通過降低峰值來(lái)控制峰值因子而沿著路徑傳輸信號(hào)。此外還能在接收端抑制脈沖噪聲。
文檔編號(hào)H03H21/00GK1190287SQ9810420
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1998年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月7日
發(fā)明者周旭平, 周長(zhǎng)明, 壽國(guó)梁 申請(qǐng)人:株式會(huì)社鷹山