專利名稱：具有自適應(yīng)濾波器的接收機(jī)和優(yōu)化濾波器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有自適應(yīng)濾波器的接收機(jī)以及調(diào)整和優(yōu)化自適應(yīng)濾波器的特性的方法。所述接收機(jī)特別適用于但并非專用于接收ISM頻帶中的寬帶OFDM/CDMA(正交頻分復(fù)用/碼分多址)信號(hào)。
背景技術(shù)：
許多接收機(jī)采用某種數(shù)字濾波形式來用于各種各樣的目的，包括信道選擇、信道抗拒以及干擾抗拒。各種情況的特定濾波要求一般是動(dòng)態(tài)的，例如對(duì)于信道或干擾抗拒，在這些情況下，動(dòng)態(tài)濾波器可以實(shí)現(xiàn)最佳性能，例如，如何在最低復(fù)雜性和/或功耗的條件下很好地抗拒干擾信號(hào)。
在工作于ISM頻帶的寬帶OFDM/CDMA系統(tǒng)中，存在許多干擾源，其中之一是窄帶跳頻系統(tǒng)。自適應(yīng)濾波器可用于CDMA應(yīng)用中，其中通過窄帶干擾器來干擾CDMA信號(hào)。在M.Hartneck和R.W.Stewart于1999年11月提交給IEEE Transactions on Education-Special CDROM Issue的“自適應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理JAVA教育工具”文章(可從以下因特網(wǎng)地址找到http//www.spd.eee.strath.ac.uk/users/bob/adaptivejava/begin.htm)中，公開了CDMA干擾抑制的示例，其中，如果寬帶(隨機(jī))信號(hào)具有來自窄帶(周期性的)源的干擾，則可以使用預(yù)測體系結(jié)構(gòu)來嘗試找到自適應(yīng)濾波器的輸出y(k)與從自適應(yīng)濾波器的延遲輸入前饋的輸入信號(hào)之間的相關(guān)。通過取信號(hào)之間的差，即d(k)-y(k)，衰減窄帶信號(hào)，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，輸出信號(hào)e(k)大約等于數(shù)據(jù)源加至傳輸信道的信號(hào)。作為一種共性，自適應(yīng)濾波器采用誤差計(jì)算，以便對(duì)濾波器系數(shù)進(jìn)行小的調(diào)整。隨著對(duì)高性能濾波的需求增長，存在著隨之而來的復(fù)雜性與功耗增大的問題。
發(fā)明公開本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)濾波器，它可以獲得高性能以及復(fù)雜性較小的結(jié)構(gòu)，并且比已知的自適應(yīng)濾波器的功耗低。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)字濾波器特性的方法，它包括存儲(chǔ)濾波器的預(yù)定頻率表示；分析輸入信號(hào)；調(diào)整濾波器特性以滿足系統(tǒng)要求；把調(diào)整后的濾波器特性的頻域表示變換到時(shí)域；以及計(jì)算新的濾波器系數(shù)以進(jìn)行濾波器特性的調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種接收機(jī)，它包括具有用于數(shù)字化輸入信號(hào)的輸入端的自適應(yīng)濾波器；用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性的裝置；用于分析輸入信號(hào)的數(shù)字表示以確定滿足系統(tǒng)要求的濾波器特性的所需位置的裝置；用于調(diào)整所存儲(chǔ)的預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性以滿足系統(tǒng)要求的裝置；以及用于把調(diào)整后的濾波器特性變換到時(shí)域以更新自適應(yīng)濾波器的系數(shù)并且用于把更新的系數(shù)裝入自適應(yīng)濾波器的裝置。
濾波器特性的調(diào)整可以在頻域中例如通過把濾波器抽頭移動(dòng)到左邊或右邊、然后進(jìn)行IFFT來執(zhí)行，在時(shí)域中例如通過把所有時(shí)域抽頭乘以所需偏移頻率的正弦波來執(zhí)行，或者頻域和時(shí)域相結(jié)合。
附圖簡介現(xiàn)在參照附圖并通過舉例來說明本發(fā)明，圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明制作的接收機(jī)的示意框圖；圖2是關(guān)于調(diào)整和優(yōu)化用于圖1所示接收機(jī)中的數(shù)字濾波器的特性的方法的流程圖；圖3、4和5分別說明存儲(chǔ)在接收機(jī)的存儲(chǔ)器中的帶阻濾波器特性和移動(dòng)到圖3所示位置的左邊和右邊的同一特性；圖6和7分別說明原帶阻濾波器特性的展寬形式以及移動(dòng)到圖6所示位置的右邊的同一特性；以及圖8到13說明多種帶通濾波器特性。
在這些圖中，使用相同的參考標(biāo)號(hào)來指示對(duì)應(yīng)的特征。
實(shí)施本發(fā)明的方式參照?qǐng)D1，接收機(jī)包括天線10，它通過RF放大器12連接到混頻器14的第一輸入端。用于對(duì)接收信號(hào)混頻、使之下變頻到基帶的本機(jī)振蕩器16連接到混頻器14的第二輸入端。低通濾波器18從混頻器14的輸出端的信號(hào)中選擇所需要的混頻產(chǎn)物?？梢驭?δ調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)20耦合到低通濾波器18。FIR濾波器22可以現(xiàn)場可編程門陣列、專用集成電路(ASIC)或具有FIR濾波器的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來實(shí)現(xiàn)，它連接到ADC 20的輸出端。DSP 24耦合到FIR濾波器22的輸出端，以便分析接收信號(hào)并且相應(yīng)地調(diào)整濾波器特性。在DSP 24的所示實(shí)施例中，它包括第一模塊26，用于分析輸入信號(hào)，即找到干擾位置及其嚴(yán)重性。第二級(jí)28在頻域中操縱原FIR濾波器，并且將它從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域以獲得FIR系數(shù)。
原FIR濾波器的頻域形式存儲(chǔ)在耦合到第二級(jí)28的存儲(chǔ)器30中。第二級(jí)28通過線路32連接到FIR濾波器22，使新系數(shù)能夠裝入FIR濾波器22。新系數(shù)的計(jì)算和裝入可以是周期性的，例如每N個(gè)通信幀一次，以便減小DSP 24上的負(fù)擔(dān)。
在接收機(jī)的操作中，濾波器的預(yù)先設(shè)計(jì)的頻率表示存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器30中，并且作為在第一級(jí)26中分析輸入信號(hào)的結(jié)果，調(diào)整該特性以滿足系統(tǒng)要求。濾波器特性的調(diào)整可以這樣執(zhí)行(a)在頻域中，把頻域?yàn)V波器抽頭在頻域中左移或右移，然后進(jìn)行IFFT；(b)在時(shí)域中，把時(shí)域?yàn)V波器抽頭乘以所需頻率的正弦波；或者(c)頻域和時(shí)域相結(jié)合，開始在頻域中調(diào)整特性，然后在時(shí)域中進(jìn)一步操縱該特性。
雖然頻域和時(shí)域方法是等效的，但是頻域方法具有固有的粒度，也就是說，濾波器的頻率可以移動(dòng)例如(100，200，300，......1300，1400...N*100)Hz，而時(shí)域方法能夠進(jìn)行例如1MHz的精確頻移。
一旦調(diào)整后，把濾波器的頻域表示重新變換到時(shí)域，以便獲得新的系數(shù)或者抽頭加權(quán)值，把這些值通過線路32裝入FIR濾波器22。
在說明圖2的流程圖之前，通過考慮圖3-5可以更好地理解該過程。在這些圖中，橫坐標(biāo)表示頻率，而縱坐標(biāo)表示具有104個(gè)抽頭的帶阻濾波器的衰減。圖3表示FIR濾波器22的預(yù)先設(shè)計(jì)的頻率表示，它具有陷波部分34，其大小能夠阻塞一定的窄帶干擾信號(hào)。濾波器特性存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器30中。這種濾波器可用于在ISM頻帶上工作的OFDM/CDMA系統(tǒng)的寬的頻帶。在ISM頻帶中，干擾源之一是窄帶跳頻系統(tǒng)。為了阻塞跳頻干擾信號(hào)，必須把濾波器特性定位在任何必要之處，使得陷波部分34可以阻塞這種窄帶信號(hào)。
在工作中，DSP 24確定干擾信號(hào)的位置并且操縱濾波器22，使得陷波部分34移動(dòng)以阻塞該干擾信號(hào)。圖4和5表示陷波部分34移動(dòng)到不同的位置，而其形狀保持不變。
在許多情況下，接收機(jī)可以預(yù)測干擾信號(hào)將跳頻到何處，因?yàn)樘l算法是已知的，因此可以積極主動(dòng)地而不是反應(yīng)性地采取行動(dòng)，這樣做使性能進(jìn)一步提高。
參照?qǐng)D2，流程圖從框40開始，框40是關(guān)于利用濾波器設(shè)計(jì)包設(shè)計(jì)FIR濾波器的過程?？?2涉及把脈沖響應(yīng)變換到頻域的過程?？?4涉及在接收機(jī)的存儲(chǔ)器30中永久性地存儲(chǔ)頻域樣值?？?6涉及接收機(jī)通過分析所接收的信號(hào)來測量所需濾波器特性?？?8表示接收機(jī)調(diào)整所存儲(chǔ)的濾波器的特性以滿足那些要求。可以改變的特性是(1)通過減少或增加所存儲(chǔ)的頻域特性中的樣值數(shù)目來調(diào)整的帶寬；(2)頻移，在頻域中通過把所存儲(chǔ)的頻域特性的樣值左移或右移來調(diào)整，或者在時(shí)域中通過把時(shí)域?yàn)V波器抽頭乘以所需頻率的正弦波來調(diào)整；以及(3)疊加特性，如下面將描述的，僅用于帶通濾波器，并且通過把各個(gè)頻域特性加在一起來實(shí)現(xiàn)。
在框50中，進(jìn)行檢查，看看帶寬是否必須改變，以及如果是(Y)，則框52表示調(diào)整帶寬。
在框54中，進(jìn)行檢查，看看是否需要頻移，如果是(Y)，則在框56中移動(dòng)頻率。
在框58中，進(jìn)行檢查，看看是否要疊加特性，如果是(Y)，則在框60中執(zhí)行。
每個(gè)框50、54和58的否定輸出(N)連同框52、56、60的輸出一起提供給框62，這表示利用FFT把調(diào)整后的頻域表示重新變換到時(shí)域，F(xiàn)FT的大小等于樣值點(diǎn)的數(shù)目?？?4涉及接收機(jī)利用框62得出的結(jié)果更新FIR濾波器系數(shù)?？梢赃B續(xù)地或周期性地、例如每N個(gè)通信幀一次計(jì)算新系數(shù)。
此后，只要需要更新，流程圖就返回到框46。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6和7，帶阻濾波器是原濾波器的展寬形式，它復(fù)雜性較低，功耗較小，與圖3、4和5中的104個(gè)抽頭相比，它僅有60個(gè)抽頭。圖7表示從圖6所示位置向右移的陷波部分34。
本發(fā)明的論述可以適用于帶通濾波器，該濾波器可應(yīng)用于例如基站中的諸如信道選擇之類的目的。
參照?qǐng)D8-13，橫坐標(biāo)表示頻率而縱坐標(biāo)表示功率。
圖8表示利用濾波器設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的原104-抽頭濾波器。通帶由通帶68來表示。
圖9說明圖8的濾波器特性，它已經(jīng)過頻移，使得通帶68選擇所需的正確信道。
圖10表示104-抽頭濾波器的濾波器特性，它通過兩個(gè)疊加的形式而構(gòu)成，提供兩個(gè)通帶68A和68B，允許兩個(gè)信道通過。
圖11說明通過安排通帶68A和68B相鄰而形成的104-抽頭濾波器的濾波器特性，它提供具有高滾降的較寬信道。
圖12說明19-抽頭濾波器的濾波器特性，其中通帶70與圖8-11的那些相比被拉伸了，并且具有低滾降。
最后，圖13說明142-抽頭濾波器的濾波器特性，其中通帶72與圖9中通帶相比變窄了。
在本說明書和權(quán)利要求書中，在要素前的詞“一”和“一個(gè)”并不排除多個(gè)這種要素的存在。此外，詞“包括”并不排除所列出的要素或步驟以外的其它要素或步驟的存在。
通過閱讀本公開，其它修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。這種修改可包括在具有自適應(yīng)濾波器的接收機(jī)及其所用部件的設(shè)計(jì)、制造和使用中已知的其它特征，并且可以用作本文所述特征的替代或補(bǔ)充。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)字濾波器特性的方法，它包括存儲(chǔ)所述濾波器的預(yù)定頻率表示；分析輸入信號(hào)；調(diào)整所述濾波器特性以滿足所述系統(tǒng)要求；把所述調(diào)整后的濾波器特性的頻域表示變換到時(shí)域；以及計(jì)算新的濾波器系數(shù)以進(jìn)行所述濾波器特性的調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾波器特性是在頻域中調(diào)整的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述濾波器特性是在時(shí)域中調(diào)整的。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，周期性地計(jì)算新的濾波器系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述濾波器特性是帶阻干擾阻塞特性，其特征在于，所述濾波器特性的調(diào)整是將所述濾波器特性移位，以便阻塞干擾信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述干擾信號(hào)為窄帶跳頻信號(hào)時(shí)，所述跳頻序列被預(yù)先存儲(chǔ)，以便于調(diào)整所述濾波器特性。
7.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述濾波器特性是帶通特性，其特征在于，所述濾波器特性的調(diào)整是將所述濾波器特性移位，以便選擇所需信道。
8.一種接收機(jī)，它包括具有用于數(shù)字化輸入信號(hào)的輸入端的自適應(yīng)濾波器；用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性的裝置；用于分析所述輸入信號(hào)的數(shù)字表示以確定滿足系統(tǒng)要求的濾波器特性的所需位置的裝置；用于調(diào)整所述存儲(chǔ)的預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性以滿足所述系統(tǒng)要求的裝置；以及用于把所述調(diào)整后的濾波器特性變換到時(shí)域以更新所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)并且用于把更新的系數(shù)裝入自適應(yīng)濾波器的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的接收機(jī)，其特征在于，所述用于調(diào)整所述存儲(chǔ)的預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性的裝置包括頻域裝置。
10.如權(quán)利要求8或9所述的接收機(jī)，其特征在于，所述用于調(diào)整所述存儲(chǔ)的預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性的裝置包括時(shí)域裝置。
11.如權(quán)利要求8、9或10所述的接收機(jī)，其特征在于，所述變換裝置包括用于周期性地計(jì)算新濾波器系數(shù)的裝置。
全文摘要
一種接收機(jī)包括具有用于數(shù)字化輸入信號(hào)的輸入端的自適應(yīng)濾波器(22)；用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性的裝置(30)；用于分析輸入信號(hào)的數(shù)字表示以確定滿足系統(tǒng)要求的濾波器特性的所需位置的裝置(26)；用于在頻域和/或時(shí)域中調(diào)整所存儲(chǔ)的預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波器特性以滿足系統(tǒng)要求的裝置(28)；以及用于把調(diào)整后的濾波器特性變換到時(shí)域以更新自適應(yīng)濾波器的系數(shù)并且用于把更新的系數(shù)裝入自適應(yīng)濾波器的裝置。系數(shù)的更新可以定期進(jìn)行。調(diào)整可以是調(diào)整帶寬、頻移以及在帶通特性的情況下疊加特性其中的一種或多種。
文檔編號(hào)H04B1/713GK1524344SQ02813578
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者R·費(fèi)菲爾德, R 費(fèi)菲爾德 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司