专利名称：一种相位反转检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于通信领域信号检测技术，主要涉及一种检测信号相位反转的技术。
技术背景在数据通信领域的某些场合，常用到包含发生相位反转的单频信号作为通知另一 方发生了某个事件的标志。例如，在国际电联(ITU) G. 168、 G. 165、 V. 25、 V. 8协议 中就规定了采用含有周期性相位反转的2100Hz单频音作为回声抵消器禁止音。当检测 器检测到该信号音时回声抵消器被关闭。协议中规定了该信号音的检测标准为频率 2100土21Hz，电平范围一31dBmO -6dBm0,每450土25ms发生一次相位反转，并且相 位变化在180° ±25°时认为是有效的相位反转，相位变化在0° ±110°时认为是无 效的相位反转。在信噪比大于等于lldB白噪声条件下检测器应该能够正确工作，在5 lldB条件下，正确率下降不超过lX每dB。可靠的相位检测在回声抵消器禁止音检测中具有重要作用。检测器主要包括了频 率检测和相位反转检测两部分，其中频率检测已经很成熟，而相位反转检测的方案却 不多。目前已有的方法计算都比较复杂，比如美国专利5528632是一种双相关法相位 反转检测器，它首先利用音调发生器产生两个相位差为90度且与输入信号同频的本振 信号，分别与接收到的信号相乘累加得到两个相关值，再根据这两个值的过零变化情 况对相位反转进行判断。该方法需要产生本振信号，占用处理器资源，并且需要进行 两路的乘法运算，计算量比较大。美国专利5815568的思想与前述方法相类似，也需 要利用音调发生器产生两个相位差为90度且与输入信号同频的本振信号，再分别与接 收到的信号相乘，不同的是它通过对两路相乘信号进行低通滤波获得由于相乘两信号 之间的相位差而引起的结果的偏移，再根据对两路偏移量的取值判断从而对相位反转 作出判断。同样看到，该方法的计算也是比较复杂的。美国专利6259750也需要利用 本地正交振荡信号与输入信号进行相乘等相应处理，与前述方法有着相同的缺点；美 国专利6055310则利用了很多自适应以及滤波等操作，并且每个输入点都需要计算， 计算量也很大。中国专利CN1464647A结构比较简单，利用采样点之间接近90度的特 殊相位差从相位的三角函数计算转化为采样值幅度的计算来估计相位，这样就容易受 到噪声的影响且由于利用特殊相位不具有普遍适用性。 发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种计算复杂度小的相位反转检测方法，该方法不 需要本振信号，能够在较低信噪比条件下对相位反转进行准确可靠的检测。本发明还 在此基础上提供一种实现该方法的装置。本发明中的相位反转检测方法，包括以下步骤A、 将帧信号拆成大小相同的两个子帧；B、 将当前两个子帧数据分别与前一帧信号的两个子帧的数据相乘；C、 分别对两个当前子帧数据与前一帧两个子帧数据相乘的结果求均值；D、 进行相位反转判决，若前述两个均值中较小的值小于负的门限值则判断发生了 相位反转，否则判断为没发生相位反转。为实现上述方法，本发明提供实现相位反转检测的装置，包括一个拆帧单元、两 个当前子帧数据存储器和两个前一子帧数据存储器、两个乘法器、两个求均值单元和 一个判决器；拆帧单元的输出端分别与两个当前子帧数据存储器的输入端相连;两个当前子帧数 据存储器的输出端分别与两个前一子帧数据存储器的输入端以及两个乘法器的输入端 相连接；两个前一子帧数据存储器的输出端与两个乘法器的输入端分别相连；两个乘 法器的输出端分别与两个求均值单元的输入端相连；两个求均值单元的输出端分别与 判决器的输入端相连；当前帧信号拆成大小相同的两个子帧后分别放入两个当前子帧数据存储器中；两个 当前子帧数据存储器中的数据分别与两个前一子帧数据存储器中的数据在两个乘法器 中相乘；两个求均值单元对两个乘法器的计算结果分别进行求均值计算后，将计算结 果送判决器进行相位反转判决；两个当前帧数据存储器中的数据分别移到两个前一子 帧数据存储器中。上述装置还可以包括一个求幅度单元，求幅度单元的输入端和任一个乘法器的输出 端相连，输出端和判决器的输入端相连，所述的求幅度单元求取信号幅度并送给判决 器o本发明利用信号自身的特点和三角函数积化和差性质，实现了对相位反转的检测， 具有计算复杂度低、鲁棒性强的特点，在较低信噪比条件下也能可靠的工作。本发明 不需要本振信号，大大降低了现有方法结构和运算的复杂性。可广泛应用于各种需要 相位反转检测的场合。
图1是本发明的装置结构框架图及方法流程的实施例示意图； 图2是拆帧示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的检测方法及实施方法的装置进行详细描述。 如图1所示，本发明装置主要包括 一个拆帧单元A，四个子帧存储器(两个存储 当前子帧数据B、 C，两个存储前一子帧数据D、 E)，两个乘法器F、 G，两个求均值单 元H、 J， 一个求幅度单元K和一个判决器J:拆帧单元A的输出端分别与两个子帧存 储器B、 C的输入端相连；子帧存储器B、 C的输出端分别与子帧存储器D、 E的输入端 以及乘法器F、 G的输入端相连接；子帧存储器D、 E的输出端与乘法器F、 G的输入端 也分别相连；乘法器F、 G的输出端分别与求均值单元H、 I的输入端相连；求幅度单 元K的输入端和任一个乘法器F或G的输出端相连，求幅度单元K输出端和判决器J 的输入端相连，求幅度单元K求取信号幅度并送给判决器J;求均值单元H、 I的输出 端分别与判决器J的输入端相连，由判决器J进行判决输出。在上述装置中，拆帧单元将输入当前帧信号拆成大小相同的两个子帧，分别放入B、 C两个子帧存储器中；B、 C子帧存储器中的数据分别与D、 E子帧存储器中的数据(即 前一帧信号的两部分数据)相乘；求均值单元对乘法器F、 G的计算结果分别进行求均 值计算，然后将计算结果送判决器进行相位反转判决两个均值中若较小的值小于负 的门限值则判断发生了相位反转，否则判断为没发生相位反转；子帧存储器B、 C中的 数据分别移到子帧存储器D、 E中；若输入信号已结束则检测过程结束，否则进行下一循环。
参考图1，将帧输入信号首先分成前半帧和后半帧两个子帧，每个子帧分别与子帧 存储器中存放的前一帧的对应子帧进行乘法操作。例如在10ms每帧的IP网络中，采 样率为8000Hz，每帧含有80个采样点，每子帧有40个采样点。假设当前某子帧输入信号为x。(f) = ^cos(w/)，贝U前 一 帧对应子帧信号可以表示为 x,(0:^cos(M^-Wr) + p)，其中r-2;r/w是信号周期，iV是一帧所含有的周期数，A 是幅度常数，p是两个子帧信号的相位差。对于2100Hz信号而言，当每帧为10ms时N 为21。则根据三角函数积化和差的性质有-W) = x。0) x) (/)=爿2 cos(wr) cos(w(r - ATT) + p)1=cosOz).cos(W + p) = 5i(cos(2wO + cosp) (1)其数学期望为五CK0)^l^cosp (2)从(1)式中看到，这个结果的形式是发生了直流偏置的单频信号，而偏置的符号及大小则由相位差p来决定。当p〉9(T时，偏置为负值；当^<90°偏置为正值。根据偏置的取值情况就可以判断出相位的变化情况。当信号含有噪声时，则有h (0 = (x。 (0 + 乂 (,)) " (,) + M (,)) =爿2 (cosOO + 乂 (0) (cos( w(/ - AT) +伊)+ (/))=会爿2 (cos(2 w/) + cos p) + 2 iV。 (/). cos(w/ + p) +爿2 iV, (0. cos(w0 + ^2 Wfl (0 (0 (3) 在通常情况下，噪声W。(/)、 M(f)是0均值高斯白噪声，并且是互相独立的。这 样;^的数学期望为￡(,v (/))=五(y(/)) + J2￡(iV。 (/)) 五(cos(W + p)) + .五(cosO,)) + J2￡(iV。(0) ￡(M (0)=￡CK,)) = ^2cosp (4)可见噪声对偏置的结果并无影响。这也说明该方法有较强的抗噪声能力。每个子帧 参加计算的点数可以根据对计算复杂度和对求期望的要求来灵活选取。门限值可以根据实际的信号幅度来确定，比如在传真音检测中，按照协议G.165 的规定，|—<110°时要保证检测到是无效的相位反转，此时临界值cosll(T =cos(-110°) = -0.34。当—_180°| < 25°时要确保检测到有效的相位反转，此时临界值cos205° =cosl55° =-0.9 。因此只要将判决门限设在区间*(一0.9), *(-0.34)]之间就可以完全满足协议的要求。可以用jvW的幅度代替f，考虑到噪声影响，可以设置门限值为|^2*(-0.6)。求幅度单元K求取信号幅度并送给判决器J，判决器就可以根据信号幅度来确定门限值。采用子帧间隔相乘的做法是基于这样的考虑如果在输入的某帧信号发生了相位的 变化，假设当前进行相乘的两个子帧为SF1和SF2，其中SF1中发生了相位的变化，別<formula>formula see original document page 8</formula>其中，T是信号周期，m是任一整数。"(/)^1 Gj丄^"， t:"'， ~是t0其他 t0其他发生相位反转的时刻，f,是子帧的结束的时刻，取为T的整数倍。则有 * SF2) = ￡(J2 cos2 w, "20) +cos. cos(w/ + p). (0) =五(p2 cos(2w0 +全爿2 ("2 (/) + cos p. ^ (,)))"(^2([/2(f) + cosp.[/,(f))) (7)从上式可以看到该帧直接与前后帧相乘的结果是不确定的。因此本方法采用前后两 个子帧分别对应相乘的做法以保证在相位发生变化时至少有一个乘积的结果是确定 的。如图2所示，假设第N帧的A2子帧发生了相位变化，Al与A2或者A2与A3相乘结果是不确定的，但是可以保证B1与B2相乘的结果的期望值一定是丄fcosp;同样，2如果假设N帧的B2子帧发生了相位变化，Bl与B2或者B2与B3相乘结果是不确定的，但是可以保证A2与A3相乘的结果的期望值一定是丄^ cosp 。根据这个有保证的结果2就可以进行正确的判决。测试表明该方法是非常有效的，在5dB低信噪比条件下也可以正常的工作，完全满 足协议的要求，且运算量很低。
权利要求
1、一种相位反转检测方法，包括以下步骤A、将帧信号拆成大小相同的两个子帧；B、将当前两个子帧数据分别与前一帧信号的两个子帧的数据相乘；C、分别对两个当前子帧数据与前一帧两个子帧数据相乘的结果求均值；D、进行相位反转判决，若前述两个均值中较小的值小于负的门限值则判断发生了相位反转，否则判断为没发生相位反转。
2、 权利要求1所述的相位反转检测方法，其特征在于，所述子帧数据是子帧信号值。
3、 权利要求1所述的相位反转检测方法，其特征在于，所述门限值是根据实际信 号幅度确定的。
4、 一种实现相位反转检测的装置，包括一个拆帧单元(A)、两个当前子帧数据存 储器(B、 C)和两个前一子帧数据存储器(D、 E)、两个乘法器(F、 G)、两个求均值 单元(H、 I)和一个判决器(J);拆帧单元(A)的输出端分别与两个当前子帧数据存储器(B、 C)的输入端相连； 两个当前子帧数据存储器(B、 C)的输出端分别与两个前一子帧数据存储器(D、 E) 的输入端以及两个乘法器(F、 G)的输入端相连接；两个前一子帧数据存储器(D、 E) 的输出端与两个乘法器(F、 G)的输入端分别相连；两个乘法器(F、 G)的输出端分 别与两个求均值单元(H、 I)的输入端相连；两个求均值单元(H、 I)的输出端分别与判决器(J)的输入端相连；当前帧信号拆成大小相同的两个子帧后分别放入两个当前子帧数据存储器(B、 C) 中；两个当前子帧数据存储器(B、 C)中的数据分别与两个前一子帧数据存储器(D、 E)中的数据在两个乘法器(F、 G)中相乘；两个求均值单元(H、 J)对两个乘法器(F、 G)的计算结果分别进行求均值计算后，将计算结果送判决器(J)进行相位反转判决; 两个当前帧数据存储器(B、 C)中的数据分别移到两个前一子帧数据存储器(D、 E) 中。
5、权利要求4所述的相位反转检测的装置，其特征在于，还包括一个求幅度单元 (K)，求幅度单元(K)的输入端和任一个乘法器的输出端相连，求幅度单元(K)输 出端和判决器(J)的输入端相连，所述的求幅度单元(K)求取信号幅度并送给判决器(J)。
全文摘要
一种相位反转检测方法及装置，方法为将帧信号拆成大小相同的两个子帧；将当前两个子帧数据分别与前一帧信号的两个子帧的数据相乘；分别对两个当前子帧数据与前一帧两个子帧数据相乘的结果求均值；进行相位反转判决，若前述两个均值中较小的值小于负的门限值则判断发生了相位反转，否则判断为没发生相位反转。装置包括一个拆帧单元、两个当前子帧数据存储器和两个前一子帧数据存储器、两个乘法器、两个求均值单元和一个判决器。本发明利用信号自身的特点和三角函数积化和差性质，实现了对相位反转的检测，具有计算复杂度低、鲁棒性强的特点，在较低信噪比条件下也能可靠的工作。
文档编号H04B1/707GK101132250SQ20061006232
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月22日 优先权日2006年8月22日
发明者彤 朱 申请人:中兴通讯股份有限公司