專利名稱：一種基于dcs1800與td-scdma系統(tǒng)抗干擾的共存濾波器設(shè)計(jì)的制作方法
一種基于DCS1800與TD-SCDMA系統(tǒng)抗干擾的共存濾波器設(shè)
計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是第三代移動通信系統(tǒng)與第二代移動通信系統(tǒng)頻率相鄰共存以及采取的抗干擾措施。背景技術(shù)：
我國擁有世界上最大規(guī)模的GSM網(wǎng)絡(luò)，由于IMT-2000即3G存在著WCDMA、 CDMA2000和我國完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA三大主流標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，而這三種標(biāo)準(zhǔn)都會在我國被采用，因此在3G建設(shè)中，不可避免地會出現(xiàn)GSM/TD-SCDMA或者說2G/3G網(wǎng)絡(luò)共存的情況。如何在這種情況下，通過2G/3G的有效組網(wǎng)，以保證2G/3G網(wǎng)絡(luò)的合理共存，是我國移動通信運(yùn)營商面對的主要現(xiàn)實(shí)問題之一。
隨著移動通信從第二代向第三代的過渡，各種新技術(shù)不斷產(chǎn)生并應(yīng)用，射頻資源日趨緊張，所以對移動通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾問題的研究就越來越受到人們的重視。2002年10月我國對3G系統(tǒng)頻率使用進(jìn)行了規(guī)劃，根據(jù)此規(guī)劃方案，TD-SCDMA系統(tǒng)和其它系統(tǒng)將在多個(gè)頻點(diǎn)處鄰頻共存，TD-SCDMA在1880MHz頻點(diǎn)處與FDD的下行鄰頻共存，在1920MHz頻點(diǎn)處與FDD的上行鄰頻共存，雖然在1880MHz頻點(diǎn)處TD-SCDMA與DCS1800之間隔著30MHz的帶寬，但是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的不完善性，共存的兩個(gè)系統(tǒng)仍然會產(chǎn)生相互干擾，造成鏈路質(zhì)量下降和系統(tǒng)容量降低。 數(shù)字濾波器(Digital Filter,簡稱為DF)是數(shù)字信號處理的重要基礎(chǔ)，在對信號的過濾、檢測與參數(shù)估計(jì)等處理過程中，它是使用最為廣泛的一種線性系統(tǒng)。數(shù)字濾波器是指完成信號濾波處理功能的、用有限精度算法實(shí)現(xiàn)的離散時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng)。所謂數(shù)字濾波器，是指輸入輸出均為數(shù)字信號，通過一定的運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號中所含的頻率成分的相對比例，或者濾除某些頻率成分的器件。其輸入是一組(由模擬信號取樣和量化的)數(shù)字量，其輸出是經(jīng)過數(shù)字變換的另一組數(shù)字量。數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、靈活性大等突出優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種既可以用于DCS1800發(fā)射端，也可以用在TD-SCDMA接收端來改善其ACS參數(shù)的共存濾波器設(shè)計(jì)。
數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)運(yùn)算通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式。 一種是頻域法，即利用FFT快速算辦法對輸入信號進(jìn)行離散傅立葉變換，分析其頻譜，然后根據(jù)所希望的頻率特性進(jìn)行濾波，再利用傅立葉反變換恢復(fù)出時(shí)域信號。這種方法具有較好的頻域選擇特性靈活性，并且由于信號頻率與所希望的頻譜特性是簡單的相乘關(guān)系，所以它比計(jì)算等價(jià)的時(shí)域巻積要快得多。另一種方法是時(shí)域法，這種方法是通過對離散抽樣數(shù)據(jù)作差分?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算來達(dá)到濾波目的。 數(shù)字濾波器總體可以分為兩大類， 一類稱為經(jīng)典濾波器，輸入信號中的有用成分和希望濾除的成份占用不同的頻帶，通過適當(dāng)?shù)倪x頻濾波器可實(shí)現(xiàn)濾波；另一類稱現(xiàn)代濾波器，如維納濾波器、卡爾曼濾波器等，其輸入信號中有用信號和希望濾除乘法頻帶交疊。對于經(jīng)典濾波器，從頻域上還可以分為低通、高通、帶通、帶阻濾器。從時(shí)域特性上來看，數(shù)字濾波器還可以分為有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(FIR)和無限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(IIR)。對于有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(FIR)，其輸出y(n)只取決于有限個(gè)過去和現(xiàn)在的輸入x(n)、 x(n-l)......x(n-m);對于無限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(IIR)，它的輸出不僅
取決于過去和現(xiàn)在的輸入，還跟過去的輸出有關(guān)。 在數(shù)字濾波器中，F(xiàn)IR濾波器具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) (1)可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)保證精確嚴(yán)格的線性相位；(2)由于FIR濾波器的單位脈沖h(n)是有限長序列，因此FIR濾波器沒有不穩(wěn)定
的問題； (3)由于FIR濾波器一般為非遞歸結(jié)構(gòu)，因此在有限精度運(yùn)算下，不會出現(xiàn)遞歸
型結(jié)構(gòu)中的極限震蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象，誤差較??； (4)FIR濾波器可采用FFT算法實(shí)現(xiàn)，從而提高運(yùn)算效率。 FIR和IIR濾波器不論是在性能還是在設(shè)計(jì)方法上都有著很大的區(qū)別，F(xiàn)IR濾波 器可以根據(jù)給定的頻率特性直接設(shè)計(jì)，而IIR濾波器則需要使用通用模擬濾波器設(shè)計(jì)方法 進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是不管FIR和IIR，其設(shè)計(jì)步驟如下 (l)確定指標(biāo)在設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器前必須有一些指標(biāo)，這些指標(biāo)需要根據(jù)應(yīng)用確 定。 (2)模型逼近 一旦確定了指標(biāo)就可以利用一些基本原理和關(guān)系式提出一個(gè)濾波 器模型來逼近給定的指標(biāo)體系。這是濾波器設(shè)計(jì)所要研究的主要問題。IIR濾波器設(shè)計(jì) 是利用z的有理函數(shù)逼近，而FIR濾波器則是多項(xiàng)式逼近。 (3)實(shí)現(xiàn)上面兩步結(jié)果得到的濾波器通常是以差分方程系統(tǒng)函數(shù)或脈沖響應(yīng)來 描述的。根據(jù)這個(gè)描述用硬件和計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。 (4)驗(yàn)證通過模擬，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否符合給定性能要求。
雖然這4個(gè)步驟不是完全獨(dú)立的，但是我們的注意力主要集中于步驟(2)上，步 驟(l)主要取決于應(yīng)用場合，而步驟(3)則取決于實(shí)現(xiàn)濾波器時(shí)所用的技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用 中，所需要的濾波器往往通過數(shù)字計(jì)算法來實(shí)現(xiàn)，并用于對由連續(xù)信號經(jīng)周期采樣并接 著作A/D轉(zhuǎn)換而得到的信號進(jìn)行濾波。 綜上，本發(fā)明采用共存濾波器是一種比較靈活有效的方法，在現(xiàn)有的系統(tǒng)中運(yùn) 用不需要改變原有的發(fā)送和接收設(shè)備。 本發(fā)明利用Monte Carol仿真方法對典型環(huán)境下的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行建模，提出采用Monte Carol仿真方法對兩個(gè)系統(tǒng)間的共存干擾進(jìn)行仿真，在仿真平 臺上通過仿真得到一些曲線，并對這些結(jié)果進(jìn)行分析，得出所設(shè)計(jì)的濾波器需要的具體 參數(shù)。這種FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)正是在這個(gè)基礎(chǔ)上提出的減少干擾的最佳方案。
本發(fā)明提供的基于DCS1800與TD-SCDMA系統(tǒng)抗干擾的共存濾波器設(shè)計(jì)方法， 針對TD-SCDMA與DCS1800兩個(gè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)可用于兩個(gè)系統(tǒng)的窗函數(shù)，對兩系統(tǒng)其 工作頻率段進(jìn)行隔斷，使有用頻率通過，產(chǎn)生干擾的無用頻率段濾除，達(dá)到雙系統(tǒng)相鄰 頻率段互不干擾的目的，該方法的具體步驟包括 第一、根據(jù)對過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計(jì)窗口長度 N。 窗函數(shù)類型可根據(jù)其阻帶最小衰減入的條件獨(dú)立選擇，在確定窗函數(shù)類型后， 根據(jù)過渡帶寬小于給定指標(biāo)的條件，確定所擬用的窗函數(shù)長度N;因?yàn)槠溟L度N對阻帶 最小衰減沒有影響，在確定窗函數(shù)類型后，就可以根據(jù)過渡帶寬小于給定指標(biāo)的條件，
4確定所擬用的窗函數(shù)長度N，設(shè)待求濾波器的過渡帶為A "。得出的長度還要在計(jì)算中
逐步修正，原則是在保證阻帶最小衰減滿足要求的情況下盡量選擇較小的N，在N和窗
函數(shù)類型確定后即可用MATLAB中的窗函數(shù)求出"d(n)。 第二、根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應(yīng)求出理想脈沖響應(yīng)hd(n)。 如果給出待求濾波器的頻率響應(yīng)為hd(d")，那么其理想脈沖響應(yīng)hd(n)用傅立葉
反變換求出。在一般情況下，hd(n)是不能用封閉公式表示的，需要采用數(shù)值方法，從"
=0至lj " = 2 Ji采樣M點(diǎn)，靠IDFT求出。 第三、計(jì)算濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)。 它是理想脈沖響應(yīng)和窗函數(shù)的乘積h(n) = hd(n)X "d(n) ; hd(n)在第二步中求得 它是一個(gè)行向量，"d(n)在第一步中求得，它也必須是一個(gè)同樣長度的行向量，但是在 MATLAB中調(diào)用的窗函數(shù)都是列向量，這時(shí)需要把它轉(zhuǎn)置一次，窗函數(shù)"d(n)對(N-l)/2 點(diǎn)是偶對稱的，因此產(chǎn)生的h(n)的對稱性完全取決于理想單位脈沖響應(yīng)hd(n)的對稱性， 與窗函數(shù)無關(guān)。 第四、驗(yàn)算技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。為了計(jì)算數(shù)字濾波器在頻域中的特性，可 以用freqz子程序。 第五、如果不滿足要求，可根據(jù)具體情況，調(diào)整窗函數(shù)"d(n)類型和長度N，重 復(fù)前面第一至第三步驟，直到滿足要求為止。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果 與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用共存濾波器是一種比較靈活有效的方法，在現(xiàn)有的系統(tǒng) 中運(yùn)用不需要改變原有的發(fā)送和接收設(shè)備。 本發(fā)明利用Monte Carol仿真方法對典型環(huán)境下的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行建模，提出采用Monte Carol仿真方法對兩個(gè)系統(tǒng)間的共存干擾進(jìn)行仿真，在仿真平 臺上通過仿真得到的一些曲線，并對這些結(jié)果進(jìn)行分析，得出所設(shè)計(jì)的濾波器需要的具 體參數(shù)。這種FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)正是在這個(gè)基礎(chǔ)上提出的減少干擾的最佳方案。


圖1為FIR帶通濾波器頻率響應(yīng)圖。 圖2為FIR帶通濾波器模型實(shí)現(xiàn)對話框。 圖3為輸入信號時(shí)域波形。 圖4為FIR濾波器濾波后時(shí)域波形。 圖5為輸入信號頻域波形。 圖6為FIR濾波器濾波后信號的頻域。在圖1中，濾波器類型為Bandpass(帶通濾波器)，設(shè)計(jì)方法為FIR(有限沖激響 應(yīng))，截止頻率1為1805MHz，通過頻率1為1850MHz，截止頻率2為1880MHz，通過 頻率2為1920MHz，阻帶最小衰減1為60dB，阻帶最小衰減2為80dB。
通過FDATooL把所設(shè)計(jì)好的濾波器系數(shù)以頭文件的形式，傳給CCS集成開發(fā)環(huán) 境。設(shè)計(jì)好各項(xiàng)參數(shù)，并與DSP實(shí)驗(yàn)箱連接好，就可以生成該FIR濾波器。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 : 第一步，在FDATooL中，根據(jù)要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的FIR濾波器，并把設(shè)計(jì)好的濾 波器導(dǎo)出到SPTool工具中。如設(shè)計(jì)一個(gè)基于哈明窗的采樣頻率fs = 5000MHz， fst。pl = 1805MHz， fpassl = 1850MHz， fpass2 = 1880MHz， fstop2 = 1920MHz的FIR帶通濾波器。
第二步，在SPTool中，導(dǎo)入模擬輸入信號xl， xl為頻率100和1000Hz的正弦
波的混疊信號。并通過所設(shè)計(jì)的低通濾波器進(jìn)行濾波后，得到濾波后的信號yl?？梢酝?過比較濾濾前與濾波后的信號，來得知濾波器的濾波效果。 第三步通過FDATooL把所設(shè)計(jì)好的濾波器系數(shù)以頭文件的形式，傳給CCS集
成開發(fā)環(huán)境。 第四步FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)。 以下是用Embedded target for Tl C2000工具包設(shè)計(jì)FIR濾波器工程的步驟。
步驟1 :在新建的simulink文件(.mdl)中，放入C2000 Target Preference的F2812 eZdsp功
能模塊，用于參數(shù)的初始化設(shè)置。具體如下 1、連接好實(shí)驗(yàn)板和仿真器。實(shí)驗(yàn)板我們選用SEED-DTK2812實(shí)驗(yàn)箱，仿真器 選用F2812XDS510 Emulator,實(shí)驗(yàn)板和仿真器通過JTAG 口相連，仿真器和電腦通過USB 口相連。打開CCS2.0，選擇合適的硬件仿真器，此處選擇F2812XDS510Emulator，配置 好系統(tǒng)，打開DSP軟件集成開發(fā)環(huán)境。2、打開Matlab7.0的命令窗并查看CCS中安裝的目標(biāo)板信息，在Matlab命令窗 中輸入ccsboardinfo命令，查看CCS中安裝的目標(biāo)板信息。
3、創(chuàng)建Matlab和CCS中的T1F2812目標(biāo)板的連接。
>>cc = ccsdsp( 'boardnum， ，0， ， procnum， ， 0); 4、右鍵點(diǎn)擊F2812 eZDSP，對評估板硬件鏈接模塊進(jìn)行編譯、鏈接和運(yùn)行等選 項(xiàng)的設(shè)置。注意，在設(shè)置Build Options屬性時(shí)，若沒有連接目標(biāo)板或仿真器，則Build Action只選擇"Build"，可編譯生成C代碼；若有目標(biāo)板及仿真器，則可選擇"BuikL and_exceute"，實(shí)現(xiàn)C代碼的編譯下載及實(shí)時(shí)運(yùn)行；我們選擇"Create_CCS_project"，
即自動生成CCS工程。 5、在DSP Board選項(xiàng)中選擇與目標(biāo)板一致的DSP芯片類型，并更改DSP板標(biāo)號。6、設(shè)置Real-Time Workshop的相關(guān)屬性。(參見圖1、圖2)
步驟2 : Matlab直接生成C程序。將圖形文件生成C程序，運(yùn)行Simulation菜單下的 Configuration parameters，彈出配置對話框，選擇其中的Real-Time Workshop項(xiàng)，正確設(shè) 置simulation parameter對話框上的Real-Time Workshop上的各個(gè)值，其中，RTW system target file設(shè)置為ti_c2000_grt.tlc，即指定RTW生成C代碼的格式，Make Command設(shè)置 為make_rtw， Template makefile設(shè)置為ti_c2000_grt.tmf，即指定RTW利用此makefile模 板文件產(chǎn)生編譯鏈接所需要的makefile文件。設(shè)置完畢，單擊"Tools"菜單下"Real-Time workshop"菜單里的"BuildModel"選項(xiàng)，開始代碼產(chǎn)生、創(chuàng)建CCS工程(生成工程文件fir.pjt)、編譯鏈接過 程。在Matlab命令窗里會顯示過程信息，如果CCS工程創(chuàng)建成功，會自動運(yùn)行 "CCS2( 'C2000)"軟件，并且打開剛才生成的工程，如果已經(jīng)連接上了 DSP硬件仿真 器，則可以直接編譯鏈接，以及下載代碼到DSP2812上并運(yùn)行。
通過該濾波器濾波前后，信號波形如圖3-6所示，
我們輸入一個(gè)信號波形 = (cos2 Ji i X 1000/8000)+cos(2 ji i X 2500/8000》/8 輸入信號時(shí)域波形如圖3所示。 經(jīng)FIR濾波器濾波后時(shí)域波形如圖4所示。 輸入信號頻域波形如圖5所示。 經(jīng)FIR濾波器濾波后信號頻域圖如圖6所示。 對比上面的CCS下所顯示的濾波前與濾波后信號的時(shí)域和頻域波形圖可以看 出頻率分別為1000Hz和2500Hz的兩個(gè)頻率信號，經(jīng)過該濾波器后頻率為1000Hz的信 號被保留，基本達(dá)到了預(yù)期的濾波效果。
權(quán)利要求
一種基于DCS 1800與TD-SCDMA系統(tǒng)抗干擾的共存濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，針對TD-SCDMA與DCS1800兩個(gè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)可用于兩個(gè)系統(tǒng)的窗函數(shù)，對兩系統(tǒng)其工作頻率段進(jìn)行隔斷，使有用頻率通過，產(chǎn)生干擾的無用頻率段濾除，達(dá)到雙系統(tǒng)相鄰頻率段互不干擾的目的，該方法的具體步驟包括第一、根據(jù)對過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計(jì)窗口長度N；窗函數(shù)類型可根據(jù)其阻帶最小衰減As的條件獨(dú)立選擇，在確定窗函數(shù)類型后，根據(jù)過渡帶寬小于給定指標(biāo)的條件，確定所擬用的窗函數(shù)長度N；因?yàn)槠溟L度N對阻帶最小衰減沒有影響，在確定窗函數(shù)類型后，就可以根據(jù)過渡帶寬小于給定指標(biāo)的條件，確定所擬用的窗函數(shù)長度N，設(shè)待求濾波器的過渡帶為Δω，得出的長度還要在計(jì)算中逐步修正，原則是在保證阻帶最小衰減滿足要求的情況下盡量選擇較小的N，在N和窗函數(shù)類型確定后即可用MATLAB中的窗函數(shù)求出ωd(n)；第二、根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應(yīng)求出理想脈沖響應(yīng)hd(n)；如果給出待求濾波器的頻率響應(yīng)為hd(ejω)，那么其理想脈沖響應(yīng)hd(n)用傅立葉反變換求出，在一般情況下，hd(n)是不能用封閉公式表示的，需要采用數(shù)值方法，從ω＝0到ω＝2π采樣M點(diǎn)，靠IDFT求出；第三、計(jì)算濾波器的單位脈沖響應(yīng)n(n)；單位脈沖響應(yīng)h(n)是理想脈沖響應(yīng)和窗函數(shù)的乘積h(n)＝hd(n)×ωd(n)；hd(n)在第二步中求得它是一個(gè)行向量，ωd(n)在第一步中求得，它也必須是一個(gè)同樣長度的行向量，但是在MATLAB中調(diào)用的窗函數(shù)都是列向量，這時(shí)需要把它轉(zhuǎn)置一次，窗函數(shù)ωd(n)對(N-1)/2點(diǎn)是偶對稱的，因此產(chǎn)生的h(n)的對稱性完全取決于理想單位脈沖響應(yīng)hd(n)的對稱性，與窗函數(shù)無關(guān)；第四、驗(yàn)算技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求；為了計(jì)算數(shù)字濾波器在頻域中的特性，可以用freqz子程序；第五、如果不滿足要求，可根據(jù)具體情況，調(diào)整窗函數(shù)ωd(n)類型和長度N，重復(fù)前面第一至第三步驟，直到滿足要求為止。
全文摘要
一種基于DCS1800與TD-SCDMA系統(tǒng)抗干擾的共存濾波器設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)包括根據(jù)對過渡帶寬及阻帶衰減要求，選擇窗函數(shù)的類型并估計(jì)窗口長度N；根據(jù)待求濾波器的理想頻率響應(yīng)求出理想脈沖響應(yīng)hd(n)；計(jì)算濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)；驗(yàn)算技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求；如果不滿足要求，可根據(jù)具體情況，調(diào)整窗函數(shù)ωd(n)類型和長度N，重復(fù)前面步驟，直到滿足要求為止。采用共存濾波器是一種比較靈活有效的方法，在現(xiàn)有的系統(tǒng)中運(yùn)用不需要改變原有的發(fā)送和接收設(shè)備。
文檔編號H04B1/40GK101692747SQ20091007069
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者何宏, 何潁, 李麗, 武藝 申請人:天津理工大學(xué)