本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种脉冲信号成形系统和方法。
背景技术：
传统的脉冲成形技术一般应用在通信系统的基带信号处理上。在数字基带信号送入调制器前，波形是矩形脉冲。由于矩形脉冲的上升沿和下降沿是突变的，高频成分比较丰富，频域占用的频带很宽，通过带限信道时，每个符号的脉冲将扩展到相邻符号的码元内，造成码间串扰(isi)，并导致接收机在检测到一个码元时发生错误的概率增大。常用的减少码间串扰的方法是增加信道带宽。但是无线通信系统要求在减少码间串扰条件下，占用带宽小，并尽可能地减少调制带外辐射，提高频带利用率。因此传统的脉冲成形技术需要设计脉冲成形滤波器来产生既减小码间串扰又不会占用过多额外带宽的更适合信道传输的波形。
基于脉冲成形技术的脉冲成形滤波器是通信系统常用的一种数字滤波器。脉冲成形滤波器常用于旨在提高信号频谱传输效率的基带通信传输中。经过d/a(数/模)转换后的成形滤波器通常被设计为fir滤波器，将信号的同相(i)和正交(q)符号转换为模拟的i、q信号。传统的脉冲成形技术，受数字处理技术的限制，只能工作在较窄的频率范围，获得窄带的成形波形。并且，传统的脉冲成形技术，受限于成形滤波器，一般用来形成单一的矩形脉冲，不能形成任意的波形。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种可以输出任意波形的脉冲信号成形系统和方法。
一种脉冲信号成形系统，包括：第一信号处理器，用于接收初始脉冲信号并将所述初始脉冲信号的各频率分量在时域上展开；第二信号处理器，用于生成控制信号并利用所述控制信号对时域上的频率分量进行处理以输出目标频率 分量；以及第三信号处理器，用于将时域上展开的各目标频率分量进行合成以输出具有目标波形的脉冲信号。
在其中一个实施例中，所述初始脉冲信号为高速脉冲信号。
在其中一个实施例中，所述第一信号处理器和所述第三信号处理器均为色散群时延器件；所述色散群时延器件为群时延与频率呈线性关系的色散群时延器件。
在其中一个实施例中，所述第一信号处理器和所述第三信号处理器的群时延响应斜率的大小相等且符号相反。
在其中一个实施例中，所述第二信号处理器生成的控制信号为窄带信号。
在其中一个实施例中，所述第二信号处理器用于利用所述控制信号对频率分量进行增添、去除、增强或者减弱操作。
一种脉冲信号成形方法，包括：接收初始脉冲信号；将初始脉冲信号的各频率分量在时域上展开；生成控制信号并利用所述控制信号对时域上的频率分量进行处理以输出目标频率分量；将时域上展开的各目标频率分量进行合成以输出具有目标波形的脉冲信号。
在其中一个实施例中，所述将初始脉冲信号的各频率分量在时域上展开的步骤中，是根据群时延和频率的线性关系将初始脉冲信号的各频率分量在时域上进行展开；所述将时域上展开的各目标频率分量进行合成以输出具有目标波形的脉冲信号的步骤中，是根据群时延和频率的线性关系将时域上展开的各目标频率分量进行合成。
在其中一个实施例中，所述将初始脉冲信号的各频率分量在时域上展开的步骤中采用的群时延响应斜率与所述将时域上展开的各目标频率分量进行合成以输出具有目标波形的脉冲信号的步骤中采用的群时延响应斜率的大小相等且符号相反
在其中一个实施例中，所述控制信号为窄带信号。
上述脉冲信号成形系统和方法，先将初始脉冲信号的各频率分量在时域上展开，并经过控制信号对时域上的频率分量进行处理从而得到目标波形对应的频率分量，即目标频率分量。最后，对获得的目标频率分量进行合成从而得到 具有目标波形的脉冲信号，从而可以根据需要输出任意波形。
附图说明
图1为一实施例中的脉冲信号成形系统的结构框图；
图2为一实施例中的脉冲信号成形系统的初始脉冲信号的示意图；
图3为一实施例中的第一信号处理器的群时延与频率的关系图；
图4为一实施例中初始脉冲信号经过第一信号处理器处理后各频率分量在时域上展开的示意图；
图5为一实施例中的第三信号处理器的群时延与频率的关系图；
图6为一实施例中的脉冲信号成形系统输出的目标波形；
图7为一具体实施例中的脉冲信号成形系统的信号处理示意图；
图8为一实施例中的脉冲信号成形方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为一实施例中的脉冲信号成形系统的结构框图。该脉冲信号成形系统采用微波模拟信号处理(asp)技术实现脉冲成形。参见图1，该脉冲波形成形系统包括第一信号处理器110、第二信号处理器120以及第三信号处理器130。其中，第一信号处理器110、第二信号处理器120以及第三信号处理器130依次连接。
第一信号处理器110用于接收初始脉冲信号，并将初始脉冲信号的各频率分量在时域上展开。初始脉冲信号可以为任意波形信号。在本实施例中，初始脉冲信号一般为一个高速脉冲信号，如图2所示。第一信号处理器110具有群时延(或者群延迟)特性，且其群时延与频率呈线性关系，从而方便控制信号对脉冲信号频率分量进行处理。第一信号处理器110用于根据其群时延与频率的线性关系对初始脉冲信号进行处理，从而将初始脉冲信号的各频率分量在时域上依次展开。群时延是用来描述相位变化随着频率变化的快慢程度的量。第一信号 处理器110的群时延与频率呈线性关系。因此，若第一信号处理器110的群时延和频率呈正线性关系(即群时延响应斜率为正)，则频率越大，其群时延越大，从而使得较高的频率分量的延迟会久一些，较低的频率分量的延迟会少一些，进而使得较低的频率分量比较高的频率分量出现的要早一些，继而实现初始脉冲信号在时域上的展开。如果第一信号处理器110的群时延和频率呈负线性关系，则正好相反，较低的频率分量会比较高的频率分量出现的要晚一些。在本实施例中，第一信号处理器110为色散群时延器件，其群时延与频率呈正线性关系，也即其群时延响应斜率为正，如图3所示。图3中，横坐标ω表示频率，τ表示群时延。通过第一信号处理器110的处理后，初始脉冲信号的不同频率分量在时域上展开，也即是f1、f2、f2、……、fn、，如图4所示。在时间域上展开的信号，信号带宽变窄，从而方便用一个窄带的控制信号对脉冲信号频率分量进行处理。
第二信号处理器120用于生成控制信号。该控制信号可以是我们常见的任何信号。在本实施例中，控制信号为一窄带信号。控制信号的作用是处理时域上展开的脉冲信号的频率分量，保留输出波形对应的频率分量成分，即获得目标频率分量。控制信号对脉冲信号的频率分量的处理可以多种多样，可以增添或去除某些频率分量，也可以增强或者减弱某些频率分量的幅度，从而获得输出波形(也即目标波形)对应的目标频率分量。
第三信号处理器130用于将时域上展开的各目标频率分量进行合成从而输出具有目标波形的脉冲信号。和第一信号处理器110相比，第三信号处理器130具有相反的作用和效果，从而使得频率分量能够回复到最初的时刻，最终输出需要的波形。第三信号处理器130同样为群时延与频率呈线性关系的器件。在本实施例中，第三信号处理器130和第一信号处理器110均采用色散群时延器件。第三信号处理器130和第一信号处理器110的群时延响应斜率对称设置，即第一信号处理器110的群时延响应是正斜率的线性群时延时，第三信号处理器130的群时延响应则采用负斜率的线性群时延。在本实施例中，第三信号处理器130的群时延与频率的线性关系如图5所示。在其他的实施例中，也可以相反设置，第三信号处理器130的采用具有负线性关系的器件，第一信号处理器110采用具有 正线性关系的器件，即满足二者的斜率大小相等符号相反即可。通过第三信号处理器130的处理即可得到需要的目标脉冲波形，如图6所示。
将两个色散群时延器件对称设置，这是为了保证初始脉冲信号的频率分量展开后，除了控制信号处理外，各频率分量能够无失真地完全恢复。例如，在不加任何控制信号对频率分量进行处理的情况下，初始脉冲信号在通过两个色散群时延器件后，得到的输出波形是和初始脉冲信号是一样的。图7为一具体实施例的处理过程示意图，其中，a(t)表示初始脉冲信号，s(t)表示控制信号，b(t)表示输出信号。
上述脉冲信号成形系统，第一信号处理器110将初始脉冲信号的各频率分量在时域上依次展开，第二信号处理器120则利用控制信号对时域上的频率分量进行处理从而得到目标波形对应的频率分量，即目标频率分量。最后，第三信号处理器130对获得的目标频率分量进行合成从而得到具有目标波形的脉冲信号，从而可以根据需要输出任意波形。上述脉冲信号成形系统，采用微波模拟时域信号处理技术，处理速度比较快。并且，初始脉冲信号通过色散群时延器件在时域上展开，获得信号最原始的模拟形式，并在时域以实时方式对信号进行操纵。本系统全部以实时方式对模拟信号进行处理，没有涉及任何的模拟数字信号转换，降低了能耗，提高了效率。同时，输入的高速脉冲信号是一个带宽极宽的信号，通过色散群时延器件后，初始脉冲信号在时域上展宽，信号带宽变窄。控制信号只需要是一般的窄带信号就能对较宽的信号进行处理，也即用一个窄带信号去控制极宽带的信号，可以比较方便地操纵高速脉冲，达到脉冲成形的目的。
本发明还提供了一种脉冲信号成形方法，其流程图如图8所示。该脉冲成形方法包括以下步骤。
s810，接收初始脉冲信号。
初始脉冲信号可以是任意信号。在本实施例中，初始脉冲信号通常为一高速脉冲信号。
s820，将初始脉冲信号的各频率分量在时域上展开。
根据群时延和频率的线性关系将初始脉冲信号的各频率分量在时域上进行 展开。
s830，生成控制信号并利用控制信号对时域上的频率分量进行处理以输出目标频率分量。
该控制信号可以是我们常见的任何信号。在本实施例中，控制信号为一窄带信号。控制信号的作用是处理时域上展开的脉冲信号的频率分量，保留输出波形对应的频率分量成分，即获得目标频率分量。控制信号对脉冲信号的频率分量的处理可以多种多样，可以增添或去除某些频率分量，也可以增强或者减弱某些频率分量的幅度，从而获得输出波形(也即目标波形)对应的目标频率分量。
s840，将时域上展开的各目标频率分量进行合成以输出具有目标波形的脉冲信号。
根据群时延和频率的线性关系将时域上展开的各目标频率分量进行合成。在本实施例中，s820和s840中采用的群时延和频率的线性关系(也即群时延响应斜率)对称设置，即二者的群时延响应斜率大小相等且符号相反，从而保证初始脉冲信号的频率分量展开后，除了控制信号处理外，各频率分量能够无失真地完全恢复。
上述脉冲信号成形方法，先将初始脉冲信号的各频率分量在时域上依次展开，并经过控制信号对时域上的频率分量进行处理从而得到目标波形对应的频率分量，即目标频率分量。最后，对获得的目标频率分量进行合成从而得到具有目标波形的脉冲信号，从而可以根据需要输出任意波形。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。