專利名稱：一種相位反轉檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信領域信號檢測技術，主要涉及一種檢測信號相位反轉的技術。
技術背景在數據通信領域的某些場合，常用到包含發(fā)生相位反轉的單頻信號作為通知另一 方發(fā)生了某個事件的標志。例如，在國際電聯(ITU) G. 168、 G. 165、 V. 25、 V. 8協議 中就規(guī)定了采用含有周期性相位反轉的2100Hz單頻音作為回聲抵消器禁止音。當檢測 器檢測到該信號音時回聲抵消器被關閉。協議中規(guī)定了該信號音的檢測標準為頻率 2100土21Hz，電平范圍一31dBmO -6dBm0,每450土25ms發(fā)生一次相位反轉，并且相 位變化在180° ±25°時認為是有效的相位反轉，相位變化在0° ±110°時認為是無 效的相位反轉。在信噪比大于等于lldB白噪聲條件下檢測器應該能夠正確工作，在5 lldB條件下，正確率下降不超過lX每dB?？煽康南辔粰z測在回聲抵消器禁止音檢測中具有重要作用。檢測器主要包括了頻 率檢測和相位反轉檢測兩部分，其中頻率檢測已經很成熟，而相位反轉檢測的方案卻 不多。目前已有的方法計算都比較復雜，比如美國專利5528632是一種雙相關法相位 反轉檢測器，它首先利用音調發(fā)生器產生兩個相位差為90度且與輸入信號同頻的本振 信號，分別與接收到的信號相乘累加得到兩個相關值，再根據這兩個值的過零變化情 況對相位反轉進行判斷。該方法需要產生本振信號，占用處理器資源，并且需要進行 兩路的乘法運算，計算量比較大。美國專利5815568的思想與前述方法相類似，也需 要利用音調發(fā)生器產生兩個相位差為90度且與輸入信號同頻的本振信號，再分別與接 收到的信號相乘，不同的是它通過對兩路相乘信號進行低通濾波獲得由于相乘兩信號 之間的相位差而引起的結果的偏移，再根據對兩路偏移量的取值判斷從而對相位反轉 作出判斷。同樣看到，該方法的計算也是比較復雜的。美國專利6259750也需要利用 本地正交振蕩信號與輸入信號進行相乘等相應處理，與前述方法有著相同的缺點；美 國專利6055310則利用了很多自適應以及濾波等操作，并且每個輸入點都需要計算， 計算量也很大。中國專利CN1464647A結構比較簡單，利用采樣點之間接近90度的特 殊相位差從相位的三角函數計算轉化為采樣值幅度的計算來估計相位，這樣就容易受 到噪聲的影響且由于利用特殊相位不具有普遍適用性。 發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種計算復雜度小的相位反轉檢測方法，該方法不 需要本振信號，能夠在較低信噪比條件下對相位反轉進行準確可靠的檢測。本發(fā)明還 在此基礎上提供一種實現該方法的裝置。本發(fā)明中的相位反轉檢測方法，包括以下步驟A、 將幀信號拆成大小相同的兩個子幀；B、 將當前兩個子幀數據分別與前一幀信號的兩個子幀的數據相乘；C、 分別對兩個當前子幀數據與前一幀兩個子幀數據相乘的結果求均值；D、 進行相位反轉判決，若前述兩個均值中較小的值小于負的門限值則判斷發(fā)生了 相位反轉，否則判斷為沒發(fā)生相位反轉。為實現上述方法，本發(fā)明提供實現相位反轉檢測的裝置，包括一個拆幀單元、兩 個當前子幀數據存儲器和兩個前一子幀數據存儲器、兩個乘法器、兩個求均值單元和 一個判決器；拆幀單元的輸出端分別與兩個當前子幀數據存儲器的輸入端相連;兩個當前子幀數 據存儲器的輸出端分別與兩個前一子幀數據存儲器的輸入端以及兩個乘法器的輸入端 相連接；兩個前一子幀數據存儲器的輸出端與兩個乘法器的輸入端分別相連；兩個乘 法器的輸出端分別與兩個求均值單元的輸入端相連；兩個求均值單元的輸出端分別與 判決器的輸入端相連；當前幀信號拆成大小相同的兩個子幀后分別放入兩個當前子幀數據存儲器中；兩個 當前子幀數據存儲器中的數據分別與兩個前一子幀數據存儲器中的數據在兩個乘法器 中相乘；兩個求均值單元對兩個乘法器的計算結果分別進行求均值計算后，將計算結 果送判決器進行相位反轉判決；兩個當前幀數據存儲器中的數據分別移到兩個前一子 幀數據存儲器中。上述裝置還可以包括一個求幅度單元，求幅度單元的輸入端和任一個乘法器的輸出 端相連，輸出端和判決器的輸入端相連，所述的求幅度單元求取信號幅度并送給判決 器o本發(fā)明利用信號自身的特點和三角函數積化和差性質，實現了對相位反轉的檢測， 具有計算復雜度低、魯棒性強的特點，在較低信噪比條件下也能可靠的工作。本發(fā)明 不需要本振信號，大大降低了現有方法結構和運算的復雜性。可廣泛應用于各種需要 相位反轉檢測的場合。


圖1是本發(fā)明的裝置結構框架圖及方法流程的實施例示意圖； 圖2是拆幀示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明所述的檢測方法及實施方法的裝置進行詳細描述。 如圖1所示，本發(fā)明裝置主要包括 一個拆幀單元A，四個子幀存儲器(兩個存儲 當前子幀數據B、 C，兩個存儲前一子幀數據D、 E)，兩個乘法器F、 G，兩個求均值單 元H、 J， 一個求幅度單元K和一個判決器J:拆幀單元A的輸出端分別與兩個子幀存 儲器B、 C的輸入端相連；子幀存儲器B、 C的輸出端分別與子幀存儲器D、 E的輸入端 以及乘法器F、 G的輸入端相連接；子幀存儲器D、 E的輸出端與乘法器F、 G的輸入端 也分別相連；乘法器F、 G的輸出端分別與求均值單元H、 I的輸入端相連；求幅度單 元K的輸入端和任一個乘法器F或G的輸出端相連，求幅度單元K輸出端和判決器J 的輸入端相連，求幅度單元K求取信號幅度并送給判決器J;求均值單元H、 I的輸出 端分別與判決器J的輸入端相連，由判決器J進行判決輸出。在上述裝置中，拆幀單元將輸入當前幀信號拆成大小相同的兩個子幀，分別放入B、 C兩個子幀存儲器中；B、 C子幀存儲器中的數據分別與D、 E子幀存儲器中的數據(即 前一幀信號的兩部分數據)相乘；求均值單元對乘法器F、 G的計算結果分別進行求均 值計算，然后將計算結果送判決器進行相位反轉判決兩個均值中若較小的值小于負 的門限值則判斷發(fā)生了相位反轉，否則判斷為沒發(fā)生相位反轉；子幀存儲器B、 C中的 數據分別移到子幀存儲器D、 E中；若輸入信號已結束則檢測過程結束，否則進行下一循環(huán)。
參考圖1，將幀輸入信號首先分成前半幀和后半幀兩個子幀，每個子幀分別與子幀 存儲器中存放的前一幀的對應子幀進行乘法操作。例如在10ms每幀的IP網絡中，采 樣率為8000Hz，每幀含有80個采樣點，每子幀有40個采樣點。假設當前某子幀輸入信號為x。(f) = ^cos(w/)，貝U前 一 幀對應子幀信號可以表示為 x,(0:^cos(M^-Wr) + p)，其中r-2;r/w是信號周期，iV是一幀所含有的周期數，A 是幅度常數，p是兩個子幀信號的相位差。對于2100Hz信號而言，當每幀為10ms時N 為21。則根據三角函數積化和差的性質有-W) = x。0) x) (/)=爿2 cos(wr) cos(w(r - ATT) + p)1=cosOz).cos(W + p) = 5i(cos(2wO + cosp) (1)其數學期望為五CK0)^l^cosp (2)從(1)式中看到，這個結果的形式是發(fā)生了直流偏置的單頻信號，而偏置的符號及大小則由相位差p來決定。當p〉9(T時，偏置為負值；當^<90°偏置為正值。根據偏置的取值情況就可以判斷出相位的變化情況。當信號含有噪聲時，則有h (0 = (x。 (0 + 乂 (,)) " (,) + M (,)) =爿2 (cosOO + 乂 (0) (cos( w(/ - AT) +伊)+ (/))=會爿2 (cos(2 w/) + cos p) + 2 iV。 (/). cos(w/ + p) +爿2 iV, (0. cos(w0 + ^2 Wfl (0 (0 (3) 在通常情況下，噪聲W。(/)、 M(f)是0均值高斯白噪聲，并且是互相獨立的。這 樣;^的數學期望為￡(,v (/))=五(y(/)) + J2￡(iV。 (/)) 五(cos(W + p)) + .五(cosO,)) + J2￡(iV。(0) ￡(M (0)=￡CK,)) = ^2cosp (4)可見噪聲對偏置的結果并無影響。這也說明該方法有較強的抗噪聲能力。每個子幀 參加計算的點數可以根據對計算復雜度和對求期望的要求來靈活選取。門限值可以根據實際的信號幅度來確定，比如在傳真音檢測中，按照協議G.165 的規(guī)定，|—<110°時要保證檢測到是無效的相位反轉，此時臨界值cosll(T =cos(-110°) = -0.34。當—_180°| < 25°時要確保檢測到有效的相位反轉，此時臨界值cos205° =cosl55° =-0.9 。因此只要將判決門限設在區(qū)間*(一0.9), *(-0.34)]之間就可以完全滿足協議的要求?？梢杂胘vW的幅度代替f，考慮到噪聲影響，可以設置門限值為|^2*(-0.6)。求幅度單元K求取信號幅度并送給判決器J，判決器就可以根據信號幅度來確定門限值。采用子幀間隔相乘的做法是基于這樣的考慮如果在輸入的某幀信號發(fā)生了相位的 變化，假設當前進行相乘的兩個子幀為SF1和SF2，其中SF1中發(fā)生了相位的變化，別<formula>formula see original document page 8</formula>其中，T是信號周期，m是任一整數。"(/)^1 Gj丄^"， t:"'， ~是t0其他 t0其他發(fā)生相位反轉的時刻，f,是子幀的結束的時刻，取為T的整數倍。則有 * 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)從上式可以看到該幀直接與前后幀相乘的結果是不確定的。因此本方法采用前后兩 個子幀分別對應相乘的做法以保證在相位發(fā)生變化時至少有一個乘積的結果是確定 的。如圖2所示，假設第N幀的A2子幀發(fā)生了相位變化，Al與A2或者A2與A3相乘結果是不確定的，但是可以保證B1與B2相乘的結果的期望值一定是丄fcosp;同樣，2如果假設N幀的B2子幀發(fā)生了相位變化，Bl與B2或者B2與B3相乘結果是不確定的，但是可以保證A2與A3相乘的結果的期望值一定是丄^ cosp 。根據這個有保證的結果2就可以進行正確的判決。測試表明該方法是非常有效的，在5dB低信噪比條件下也可以正常的工作，完全滿 足協議的要求，且運算量很低。
權利要求
1、一種相位反轉檢測方法，包括以下步驟A、將幀信號拆成大小相同的兩個子幀；B、將當前兩個子幀數據分別與前一幀信號的兩個子幀的數據相乘；C、分別對兩個當前子幀數據與前一幀兩個子幀數據相乘的結果求均值；D、進行相位反轉判決，若前述兩個均值中較小的值小于負的門限值則判斷發(fā)生了相位反轉，否則判斷為沒發(fā)生相位反轉。
2、 權利要求1所述的相位反轉檢測方法，其特征在于，所述子幀數據是子幀信號值。
3、 權利要求1所述的相位反轉檢測方法，其特征在于，所述門限值是根據實際信 號幅度確定的。
4、 一種實現相位反轉檢測的裝置，包括一個拆幀單元(A)、兩個當前子幀數據存 儲器(B、 C)和兩個前一子幀數據存儲器(D、 E)、兩個乘法器(F、 G)、兩個求均值 單元(H、 I)和一個判決器(J);拆幀單元(A)的輸出端分別與兩個當前子幀數據存儲器(B、 C)的輸入端相連； 兩個當前子幀數據存儲器(B、 C)的輸出端分別與兩個前一子幀數據存儲器(D、 E) 的輸入端以及兩個乘法器(F、 G)的輸入端相連接；兩個前一子幀數據存儲器(D、 E) 的輸出端與兩個乘法器(F、 G)的輸入端分別相連；兩個乘法器(F、 G)的輸出端分 別與兩個求均值單元(H、 I)的輸入端相連；兩個求均值單元(H、 I)的輸出端分別與判決器(J)的輸入端相連；當前幀信號拆成大小相同的兩個子幀后分別放入兩個當前子幀數據存儲器(B、 C) 中；兩個當前子幀數據存儲器(B、 C)中的數據分別與兩個前一子幀數據存儲器(D、 E)中的數據在兩個乘法器(F、 G)中相乘；兩個求均值單元(H、 J)對兩個乘法器(F、 G)的計算結果分別進行求均值計算后，將計算結果送判決器(J)進行相位反轉判決; 兩個當前幀數據存儲器(B、 C)中的數據分別移到兩個前一子幀數據存儲器(D、 E) 中。
5、權利要求4所述的相位反轉檢測的裝置，其特征在于，還包括一個求幅度單元 (K)，求幅度單元(K)的輸入端和任一個乘法器的輸出端相連，求幅度單元(K)輸 出端和判決器(J)的輸入端相連，所述的求幅度單元(K)求取信號幅度并送給判決器(J)。
全文摘要
一種相位反轉檢測方法及裝置，方法為將幀信號拆成大小相同的兩個子幀；將當前兩個子幀數據分別與前一幀信號的兩個子幀的數據相乘；分別對兩個當前子幀數據與前一幀兩個子幀數據相乘的結果求均值；進行相位反轉判決，若前述兩個均值中較小的值小于負的門限值則判斷發(fā)生了相位反轉，否則判斷為沒發(fā)生相位反轉。裝置包括一個拆幀單元、兩個當前子幀數據存儲器和兩個前一子幀數據存儲器、兩個乘法器、兩個求均值單元和一個判決器。本發(fā)明利用信號自身的特點和三角函數積化和差性質，實現了對相位反轉的檢測，具有計算復雜度低、魯棒性強的特點，在較低信噪比條件下也能可靠的工作。
文檔編號H04B1/707GK101132250SQ20061006232
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月22日 優(yōu)先權日2006年8月22日
發(fā)明者彤 朱 申請人:中興通訊股份有限公司