[发明专利]一种用于窄带信号的数字带通滤波器及滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于窄带信号的数字带通滤波器及滤波方法，用于实现窄带通信系统的带通滤波，属于数字信息接收的技术领域。

背景技术

在码元周期内键控正弦载波的幅度、频率或相位是数字通信等信息系统的基本二进制调制模式，通常数字通信中所用的二进制调制则都是“0”和“1”对称调制的，如经典的二元相移键控（binary phase shift keying，BPSK）调制。例如，中国专利，其名称为“甚小线性调频键控调制的超窄带通信方法”专利号为：200710047472.2，该方法中的甚小线性调频键控（very minimum chirp keying，VMCK）调制信号是通过频率线性增加或者降低的两个相反的变化方向分别调制数据“0”和数据“1”，其升频与降频信号表达式分别为：

                     （1）

                     （2）

, 

式中，s₀(t)和s₁(t)分别代表数据“0”和数据“1”，α为调制因子，若s₀(t)和s₁(t)正交，α为0.696。 f_s是基波中心频率，同时也代表了数据传输速率。VMCK调制信号可大幅度提高调制信号的频带利用率。

但是，上述甚小线性调频键控调制信号的波形差异变小，若直接用经典的匹配滤波方法进行解调，就要求有更高的输入信噪比（signal noise ratio，SNR），为了尽可能提高VMCK调制信号对于发射功率的利用效率，必须寻求在解调前既能较好地滤除噪声，又能尽量保持信号有效调制特征的滤波方法。

对于常规的双边带信号，其接收滤波方法都是采用以基波为中心对称进行带通滤波，滤波中心频率等于基波频率，这种滤波设计方法适用于常规的双边带信号。但是对于例如上述甚小线性调频键控调制的超窄带通信方法中的甚小线性调频键控这种窄带信号，以基波为中心对称的滤波方法进行带通滤波，只能滤除部分噪声，而且所携带的调制信息也将被一并滤除，剩下的只是一个在滤波中心频率处作为载波的纯粹正弦波。导致VMCK调制的窄带通信系统无法实现解调，误符号率高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于窄带信号的数字带通滤波器及滤波方法，该方法使得信号在滤波后保持有效调制，能够最大限度地滤除噪声，降低窄带通信系统的误符号率，实现窄带滤波。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种用于窄带信号的数字带通滤波器，所述滤波器包括：滤波中心频率生成模块、滤波窗函数定义模块、滤波系数设计模块、滤波信号输出模块。

上述滤波中心频率生成模块进一步包括：快速傅里叶变换模块、累加器、除法器、比较器、均值器、加法器。快速傅里叶变换模块，用于将输入时域信号进行快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT），输出频域信号；累加器，用于累加计算所述输出频域信号的频谱功率值，累加后输出频域信号总功率值，及在不同频带宽度下的累加输出的频域信号分功率值；除法器，用于将所述不同频带宽度下的累加器输出的频域信号分功率值除以累加器输出的频域信号总功率值，输出频域信号功率百分比值；比较器，用于将所述除法器输出的不同频带宽度下的频域信号功率百分比值比较，比较后，选取不同频带宽度下的频域信号功率百分比值中的频域信号最大功率百分比值，输出频域信号最大功率百分比值对应的所在频带的范围值为f₁，f₂；均值器，用于计算所述比较器输出的频域信号最大功率百分比所在频带的范围值为f₁，f₂的平均值，求均值后选取其中频域信号最大功率百分比值所在频带中心点频率值，输出频带中心点频率值；加法器，用于将所述均值器输出的频带中心点频率值与带通滤波中心频率向基波频率方向的偏移量相加，其相加之和作为滤波中心频率值输出；