專利名稱：信號分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號分析，具體來說，涉及分析信號的頻率特性。
對于某些應(yīng)用來說，如對在移動無線通信系統(tǒng)中的移動基站(MS)的多普勒散布展寬進(jìn)行估算，需要確定信號的準(zhǔn)確頻率成分。對于這些應(yīng)用來說，為了提高濾波器組對頻率的分辨率，需要很多濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種分析由濾波器組接收的輸入信號的頻率成分的方法，濾波器組包括多個乘法器和求和裝置，其中，乘法器被連接為接收輸入信號的相關(guān)樣本，并且用相應(yīng)的系數(shù)與這些樣本相乘，從而產(chǎn)生多個乘積信號；求和裝置可以對乘積信號求和從而得出濾波器組信號，所述方法包括確定系數(shù)的第一集合，該集合給出具有最大幅值的濾波器組輸出；確定系數(shù)的第二集合；在系數(shù)的第一集合和第二集合之間進(jìn)行內(nèi)插從而給出第三集合，該第三集合指示輸入信號的頻率成分。


圖1示出了一個濾波器組；圖2為說明輸入信號和圖1所示濾波器組中濾波系數(shù)的曲線；圖3示出了圖2中信號的矢量表示；以及圖4示出了在實(shí)施本發(fā)明的方法中的步驟。
優(yōu)選實(shí)施例的描述用于對信號進(jìn)行頻率分析的濾波器組可以理解為在時域內(nèi)經(jīng)過匹配的濾波器的一個集合。
圖1示出了一種可以用于分析輸入信號x(n)的頻率成分的濾波器組的實(shí)現(xiàn)。該濾波器組包括M個乘法器M0...MM-1，它們運(yùn)行，用響相應(yīng)的系數(shù)C0(k)…CM-1(k)乘輸入信號的樣本x(n)…x(n-M+1)。第一個乘法器M0接收輸入信號的未經(jīng)延時的樣本x(n)，而后續(xù)的乘法器接收輸入信號的相繼被延時的樣本x(n-1)…x(n-M+1)。濾波器組還包括M-1個加法器a1...aM-1，這些加法器將來自M個乘法器的輸出加在一起。濾波器優(yōu)選由具有各自系數(shù)的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器來提供。系數(shù)c0...cM-1以集合的形式給出c(k)＝{c0(k)，c1(k)，...，cM-1(k)}(1)這些系數(shù)是相對于輸入的頻率成分進(jìn)行選擇的x＝{x(n)，x(n-1)，...，x(n-M+1)} (2)由于不知道輸入信號的頻率成分，因此，使用濾波系數(shù)的不同集合以便確定那些成分。然后通過識別使濾波器組有最大輸出的系數(shù)集合來估算輸入信號的頻率成分。如果輸入信號的附加噪聲是白色的并且具有高斯分布，則利用匹配的濾波器來估算頻率成分是在最大似然性檢測方面的最佳方法。但是，如果要求頻率估算具有很高的分辨率，則該方法非常復(fù)雜。
在一種實(shí)施本發(fā)明的方法中，通過首先指定濾波系數(shù)的產(chǎn)生“最接近”輸入信號x的濾波器組輸出的兩個集合來減小這種復(fù)雜性。然后，通過在這兩個濾波系數(shù)集合之間進(jìn)行內(nèi)插找到精確的系數(shù)值。這兩個集合之一被指定為使濾波器組的輸出有最大幅值的集合。但是，第二集合不必給出第二最大輸出幅值。將這些集合和輸入x看作矢量，則可以找到與x最接近的系數(shù)集合。
舉例來說，圖2示出了輸入信號x，雖然輸入信號x位于濾波系數(shù)集合c(k)和c(k+1)之間，但與系數(shù)組c(k+1)相比，該信號更靠近濾波系數(shù)集合c(k-1)。
因此，有必要研究以下兩個表達(dá)式之間的關(guān)系E{xTc(k-1)}E{c(k)Tc(k-1)}----(3)]]>E{xTc(k+1)}E{c(k)Tc(k+1)}----(4)]]>為了更好地理解表達(dá)式(3)和(4)，假如x正好投影在c(k)上，則(3)和(4)都等于1。但是，如果c(k)集合不是正好映射到x，而是更靠近c(diǎn)(k+1)集合(見圖2)，則表達(dá)式(4)的分子較大，因此表達(dá)式(4)變得比表達(dá)式(3)更大。
于是，通過選擇使表達(dá)式(3)和表達(dá)式(4)較大的c(k-1)集合或c(k+1)集合，可以確定濾波系數(shù)的第二集合。當(dāng)指定了濾波系數(shù)集合時，可以通過在濾波系數(shù)集合之間進(jìn)行內(nèi)插來估算輸入信號的頻率成分。若將x，c(k)和c(k±1)看做矢量，則按照以下表達(dá)式進(jìn)行內(nèi)插f=G(αβ)(fk±1-fk)+fk,-----(5)]]>其中，α和β分別為 和 的角度。矢量表示如圖3所示。
函數(shù) 使α和β與由濾波器c(k)和c(k±1)所代表的頻率聯(lián)系起來，而fk±1和fk由所選擇的濾波系數(shù)集合來確定。
圖4的流程圖示出了實(shí)施本發(fā)明的方法，該方法包括如下步驟·選擇產(chǎn)生最大濾波器組輸出的濾波系數(shù)集合(步驟A)。這是x在c(k)上的投影并且與圖3中的cos(α)成比例。
·比較表達(dá)式(3)和(4)(步驟B)，以便確定信號x是更靠近c(diǎn)(k-1)還是更靠近c(diǎn)(k+1)。
·如果信號x更靠近c(diǎn)(k-1)，則計(jì)算Angle=(c→(k),c→(k-1))]]>和Ratio=x→T.c→(k-1)x→T.c→(k)]]>(步驟C)·如果信號x更靠近c(diǎn)(k+1)，則計(jì)算Angle=(c→(k),c→(k+1))]]>和Ratio=x→T.c→(k+1)c→T.c→(k)]]>(步驟D)·通過將α和β中的每一個設(shè)置為計(jì)算出的Angle的一半來初始化α和β。(步驟E)·依次從α中減去一個預(yù)定值并且將同樣的值加到β上，直到下式成立為止Ratio≥cos(α)cos(β)]]>所述預(yù)定值是一個很小的值，該值由濾波器組所需要的分辨率來確定。
·通過在表達(dá)式(3)中使用更新的α和β值來估算頻率展開(步驟G)。
應(yīng)當(dāng)理解的是，可以將本發(fā)明使用在，例如，多普勒散布展寬估算中，特別是假設(shè)無線電信道具有Jakes頻譜的情況下。由濾波系數(shù)的一個集合估算和分析信道的相關(guān)性，來確定多普勒散布展寬頻率。
權(quán)利要求
1.一種分析輸入信號頻率成分的方法，該輸入信號由濾波器組接收，該濾波器組包括多個(M)乘法器(M0...Mm-1)和求和裝置(a1...am-1)，其中，乘法器被連接為接收輸入信號的相應(yīng)的樣本(x(n)...x(n-M+1))，并且可以將相應(yīng)的系數(shù)(C0(k)...Cm-1(k))與樣本相乘，從而產(chǎn)生多個乘積信號；求和裝置可以對乘積信號求和從而給出濾波器組信號(y(n))，所述方法包括確定系數(shù)(c(k))的第一集合，該集合使濾波器組的輸出具有最大幅值；確定系數(shù)(c(i))的第二集合；在第一集合和第二集合之間進(jìn)行內(nèi)插從而給出第三集合，該第三集合指示輸入信號的頻率成分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定系數(shù)的第二集合包括確定使如下表達(dá)式有最大值的系數(shù)集合(c(i))E{XTC(i)}E{C(k)C(i)}]]>其中，xT代表輸入信號樣本，c(k)代表系數(shù)的第一集合，c(i)代表系數(shù)的第二集合。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在系數(shù)的第一集合和第二集合之間進(jìn)行的內(nèi)插包括用矢量表示法表示第一和第二集合；計(jì)算在第一和第二集合系數(shù)之間定義的角度；將第一和第二角度值α，β定義為等于所計(jì)算的角度的一半；計(jì)算比值XTC(i)XTC(k)]]>其中，xT代表輸入信號，c(k)代表系數(shù)的第一集合，c(i)代表系數(shù)的第二集合；從第一角度值中減去預(yù)定值，并且在第二角度值上加上該預(yù)定值；重復(fù)上述減去和加上預(yù)定值，直到第一和第二角度值的相應(yīng)的的余弦的比值小于或等于所計(jì)算的比值為止；以及確定確定由所計(jì)算的角度值指示的系數(shù)的第三集合。
全文摘要
一種濾波器組，包括多個乘法器(M
文檔編號H03H17/06GK1409822SQ00816896
公開日2003年4月9日 申請日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月7日
發(fā)明者R·阿塔里烏斯 申請人:艾利森電話股份有限公司