专利名称：具有自适应滤波器的接收机和优化滤波器的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有自适应滤波器的接收机以及调整和优化自适应滤波器的特性的方法。所述接收机特别适用于但并非专用于接收ISM频带中的宽带OFDM/CDMA(正交频分复用/码分多址)信号。
背景技术：
许多接收机采用某种数字滤波形式来用于各种各样的目的，包括信道选择、信道抗拒以及干扰抗拒。各种情况的特定滤波要求一般是动态的，例如对于信道或干扰抗拒，在这些情况下，动态滤波器可以实现最佳性能，例如，如何在最低复杂性和/或功耗的条件下很好地抗拒干扰信号。
在工作于ISM频带的宽带OFDM/CDMA系统中，存在许多干扰源，其中之一是窄带跳频系统。自适应滤波器可用于CDMA应用中，其中通过窄带干扰器来干扰CDMA信号。在M.Hartneck和R.W.Stewart于1999年11月提交给IEEE Transactions on Education-Special CDROM Issue的“自适应数字信号处理JAVA教育工具”文章(可从以下因特网地址找到http//www.spd.eee.strath.ac.uk/users/bob/adaptivejava/begin.htm)中，公开了CDMA干扰抑制的示例，其中，如果宽带(随机)信号具有来自窄带(周期性的)源的干扰，则可以使用预测体系结构来尝试找到自适应滤波器的输出y(k)与从自适应滤波器的延迟输入前馈的输入信号之间的相关。通过取信号之间的差，即d(k)-y(k)，衰减窄带信号，并且已经发现，输出信号e(k)大约等于数据源加至传输信道的信号。作为一种共性，自适应滤波器采用误差计算，以便对滤波器系数进行小的调整。随着对高性能滤波的需求增长，存在着随之而来的复杂性与功耗增大的问题。
发明公开本发明的目的是提供一种自适应滤波器，它可以获得高性能以及复杂性较小的结构，并且比已知的自适应滤波器的功耗低。
根据本发明的一个方面，提供一种动态调整数字滤波器特性的方法，它包括存储滤波器的预定频率表示；分析输入信号；调整滤波器特性以满足系统要求；把调整后的滤波器特性的频域表示变换到时域；以及计算新的滤波器系数以进行滤波器特性的调整。
根据本发明的第二方面，提供一种接收机，它包括具有用于数字化输入信号的输入端的自适应滤波器；用于存储预先设计的滤波器特性的装置；用于分析输入信号的数字表示以确定满足系统要求的滤波器特性的所需位置的装置；用于调整所存储的预先设计的滤波器特性以满足系统要求的装置；以及用于把调整后的滤波器特性变换到时域以更新自适应滤波器的系数并且用于把更新的系数装入自适应滤波器的装置。
滤波器特性的调整可以在频域中例如通过把滤波器抽头移动到左边或右边、然后进行IFFT来执行，在时域中例如通过把所有时域抽头乘以所需偏移频率的正弦波来执行，或者频域和时域相结合。
附图简介现在参照附图并通过举例来说明本发明，图中
图1是根据本发明制作的接收机的示意框图；图2是关于调整和优化用于图1所示接收机中的数字滤波器的特性的方法的流程图；图3、4和5分别说明存储在接收机的存储器中的带阻滤波器特性和移动到图3所示位置的左边和右边的同一特性；图6和7分别说明原带阻滤波器特性的展宽形式以及移动到图6所示位置的右边的同一特性；以及图8到13说明多种带通滤波器特性。
在这些图中，使用相同的参考标号来指示对应的特征。
实施本发明的方式参照图1，接收机包括天线10，它通过RF放大器12连接到混频器14的第一输入端。用于对接收信号混频、使之下变频到基带的本机振荡器16连接到混频器14的第二输入端。低通滤波器18从混频器14的输出端的信号中选择所需要的混频产物。可以σ-δ调制器来实现的模数转换器(ADC)20耦合到低通滤波器18。FIR滤波器22可以现场可编程门阵列、专用集成电路(ASIC)或具有FIR滤波器的数字信号处理器(DSP)来实现，它连接到ADC 20的输出端。DSP 24耦合到FIR滤波器22的输出端，以便分析接收信号并且相应地调整滤波器特性。在DSP 24的所示实施例中，它包括第一模块26，用于分析输入信号，即找到干扰位置及其严重性。第二级28在频域中操纵原FIR滤波器，并且将它从频域转换到时域以获得FIR系数。
原FIR滤波器的频域形式存储在耦合到第二级28的存储器30中。第二级28通过线路32连接到FIR滤波器22，使新系数能够装入FIR滤波器22。新系数的计算和装入可以是周期性的，例如每N个通信帧一次，以便减小DSP 24上的负担。
在接收机的操作中，滤波器的预先设计的频率表示存储在存储器30中，并且作为在第一级26中分析输入信号的结果，调整该特性以满足系统要求。滤波器特性的调整可以这样执行(a)在频域中，把频域滤波器抽头在频域中左移或右移，然后进行IFFT；(b)在时域中，把时域滤波器抽头乘以所需频率的正弦波；或者(c)频域和时域相结合，开始在频域中调整特性，然后在时域中进一步操纵该特性。
虽然频域和时域方法是等效的，但是频域方法具有固有的粒度，也就是说，滤波器的频率可以移动例如(100，200，300，......1300，1400...N*100)Hz，而时域方法能够进行例如1MHz的精确频移。
一旦调整后，把滤波器的频域表示重新变换到时域，以便获得新的系数或者抽头加权值，把这些值通过线路32装入FIR滤波器22。
在说明图2的流程图之前，通过考虑图3-5可以更好地理解该过程。在这些图中，横坐标表示频率，而纵坐标表示具有104个抽头的带阻滤波器的衰减。图3表示FIR滤波器22的预先设计的频率表示，它具有陷波部分34，其大小能够阻塞一定的窄带干扰信号。滤波器特性存储在存储器30中。这种滤波器可用于在ISM频带上工作的OFDM/CDMA系统的宽的频带。在ISM频带中，干扰源之一是窄带跳频系统。为了阻塞跳频干扰信号，必须把滤波器特性定位在任何必要之处，使得陷波部分34可以阻塞这种窄带信号。
在工作中，DSP 24确定干扰信号的位置并且操纵滤波器22，使得陷波部分34移动以阻塞该干扰信号。图4和5表示陷波部分34移动到不同的位置，而其形状保持不变。
在许多情况下，接收机可以预测干扰信号将跳频到何处，因为跳频算法是已知的，因此可以积极主动地而不是反应性地采取行动，这样做使性能进一步提高。
参照图2，流程图从框40开始，框40是关于利用滤波器设计包设计FIR滤波器的过程。框42涉及把脉冲响应变换到频域的过程。框44涉及在接收机的存储器30中永久性地存储频域样值。框46涉及接收机通过分析所接收的信号来测量所需滤波器特性。框48表示接收机调整所存储的滤波器的特性以满足那些要求。可以改变的特性是(1)通过减少或增加所存储的频域特性中的样值数目来调整的带宽；(2)频移，在频域中通过把所存储的频域特性的样值左移或右移来调整，或者在时域中通过把时域滤波器抽头乘以所需频率的正弦波来调整；以及(3)叠加特性，如下面将描述的，仅用于带通滤波器，并且通过把各个频域特性加在一起来实现。
在框50中，进行检查，看看带宽是否必须改变，以及如果是(Y)，则框52表示调整带宽。
在框54中，进行检查，看看是否需要频移，如果是(Y)，则在框56中移动频率。
在框58中，进行检查，看看是否要叠加特性，如果是(Y)，则在框60中执行。
每个框50、54和58的否定输出(N)连同框52、56、60的输出一起提供给框62，这表示利用FFT把调整后的频域表示重新变换到时域，FFT的大小等于样值点的数目。框64涉及接收机利用框62得出的结果更新FIR滤波器系数。可以连续地或周期性地、例如每N个通信帧一次计算新系数。
此后，只要需要更新，流程图就返回到框46。
现在参照图6和7，带阻滤波器是原滤波器的展宽形式，它复杂性较低，功耗较小，与图3、4和5中的104个抽头相比，它仅有60个抽头。图7表示从图6所示位置向右移的陷波部分34。
本发明的论述可以适用于带通滤波器，该滤波器可应用于例如基站中的诸如信道选择之类的目的。
参照图8-13，横坐标表示频率而纵坐标表示功率。
图8表示利用滤波器设计程序设计的原104-抽头滤波器。通带由通带68来表示。
图9说明图8的滤波器特性，它已经过频移，使得通带68选择所需的正确信道。
图10表示104-抽头滤波器的滤波器特性，它通过两个叠加的形式而构成，提供两个通带68A和68B，允许两个信道通过。
图11说明通过安排通带68A和68B相邻而形成的104-抽头滤波器的滤波器特性，它提供具有高滚降的较宽信道。
图12说明19-抽头滤波器的滤波器特性，其中通带70与图8-11的那些相比被拉伸了，并且具有低滚降。
最后，图13说明142-抽头滤波器的滤波器特性，其中通带72与图9中通带相比变窄了。
在本说明书和权利要求书中，在要素前的词“一”和“一个”并不排除多个这种要素的存在。此外，词“包括”并不排除所列出的要素或步骤以外的其它要素或步骤的存在。
通过阅读本公开，其它修改对于本领域的技术人员而言是显而易见的。这种修改可包括在具有自适应滤波器的接收机及其所用部件的设计、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补充。
权利要求
1.一种动态调整数字滤波器特性的方法，它包括存储所述滤波器的预定频率表示；分析输入信号；调整所述滤波器特性以满足所述系统要求；把所述调整后的滤波器特性的频域表示变换到时域；以及计算新的滤波器系数以进行所述滤波器特性的调整。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤波器特性是在频域中调整的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述滤波器特性是在时域中调整的。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，周期性地计算新的滤波器系数。
5.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其中，所述滤波器特性是带阻干扰阻塞特性，其特征在于，所述滤波器特性的调整是将所述滤波器特性移位，以便阻塞干扰信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述干扰信号为窄带跳频信号时，所述跳频序列被预先存储，以便于调整所述滤波器特性。
7.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述滤波器特性是带通特性，其特征在于，所述滤波器特性的调整是将所述滤波器特性移位，以便选择所需信道。
8.一种接收机，它包括具有用于数字化输入信号的输入端的自适应滤波器；用于存储预先设计的滤波器特性的装置；用于分析所述输入信号的数字表示以确定满足系统要求的滤波器特性的所需位置的装置；用于调整所述存储的预先设计的滤波器特性以满足所述系统要求的装置；以及用于把所述调整后的滤波器特性变换到时域以更新所述自适应滤波器的系数并且用于把更新的系数装入自适应滤波器的装置。
9.如权利要求8所述的接收机，其特征在于，所述用于调整所述存储的预先设计的滤波器特性的装置包括频域装置。
10.如权利要求8或9所述的接收机，其特征在于，所述用于调整所述存储的预先设计的滤波器特性的装置包括时域装置。
11.如权利要求8、9或10所述的接收机，其特征在于，所述变换装置包括用于周期性地计算新滤波器系数的装置。
全文摘要
一种接收机包括具有用于数字化输入信号的输入端的自适应滤波器(22)；用于存储预先设计的滤波器特性的装置(30)；用于分析输入信号的数字表示以确定满足系统要求的滤波器特性的所需位置的装置(26)；用于在频域和/或时域中调整所存储的预先设计的滤波器特性以满足系统要求的装置(28)；以及用于把调整后的滤波器特性变换到时域以更新自适应滤波器的系数并且用于把更新的系数装入自适应滤波器的装置。系数的更新可以定期进行。调整可以是调整带宽、频移以及在带通特性的情况下叠加特性其中的一种或多种。
文档编号H04B1/713GK1524344SQ02813578
公开日2004年8月25日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年7月6日
发明者R·费菲尔德, R 费菲尔德 申请人:皇家菲利浦电子有限公司