專利名稱：數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，進(jìn)一步屬于圖象處理和模式識(shí)別領(lǐng)域。
在傳統(tǒng)的數(shù)字通信中有基帶傳輸和載波傳輸兩種方式?；鶐鬏斨苯觽鬏敾鶐盘?hào)，在接收端，是基帶傳輸波形；載波傳輸是用正弦波的幅度、頻率或相位來傳遞基帶信號(hào)，在接收端，先接收的是載波傳輸波形，再經(jīng)解調(diào)后轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐鬏敳ㄐ?。由于信道頻帶特性的限制，接收的波形有較大失真和碼間串?dāng)_，影響信息的恢復(fù)。若能將系統(tǒng)的帶寬均衡到接近信號(hào)帶寬，就可以接收到在工程上被認(rèn)為是無失真的波形。但是，由于基帶信號(hào)的帶寬在理論上是無窮大，要想得到好的無失真波形就要占據(jù)大的帶寬。而Nyquist等人發(fā)現(xiàn)了三個(gè)幅值無失真的條件，提出了三個(gè)無失真準(zhǔn)則。根據(jù)無失真的條件均衡信道，在接收端就能正確地恢復(fù)按一定時(shí)間間隔發(fā)送的基帶碼元波形的幅值，而不是恢復(fù)整個(gè)波形，信息就能正確地被檢出。這樣的均衡占據(jù)帶寬減少很多。Nyquist第一、二準(zhǔn)則分別指出nT(n=0,1,…,N)和
(n=1,2,…,N)分別為能正確得到幅值的二種檢測點(diǎn)；第三準(zhǔn)則指出在一個(gè)碼元間隔內(nèi)接收波形的面積正比于基帶碼矩形波形的面積。也就是說，Nyquist準(zhǔn)則給出了從幅值恢復(fù)信息的方法[1.2]。其缺點(diǎn)是，它的抗干擾能力低，要求接收的信號(hào)有高的信噪比。目前靠三種手段提高抗干擾能力和接收信號(hào)的信噪比①選擇合適的編碼，比如用正交調(diào)制碼可增大檢測級(jí)別間的距離，但潛力有限。②調(diào)整信號(hào)的頻譜，以避開某些噪聲的干擾。在擁擠的信道上，這種方法的也是受限的。③濾波，只適合白噪聲，而許多場合下其它噪聲的影響遠(yuǎn)大于白噪聲，比如HDSL中的NEXT(Near End CrossTalk一近端串?dāng)_)就不是白噪聲，卻是主要噪聲。實(shí)際上，目前的主要方法是減少接收前的噪聲，而不是著力提高接收后的信噪比。然而，由于信道條件的限制使得在接收前提高信號(hào)的信噪比成為一件很困難的事。比如在HDSL(High Speed Digital SubscriberLoop)系統(tǒng)中，信噪比為21,5db，可實(shí)現(xiàn)約800KbpsHz的傳輸率；要提高到HDSL2要求的1.544M bpsHz的傳輸率，要求信噪比再提高5db以上，但就這5db，在美國從91年至今也只有少數(shù)廠家做出樣品，計(jì)劃99年底形成標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的目的是，提供一種在數(shù)字通信中能在接收到波形后提高信噪比的波形識(shí)別方法和能在接收波形前進(jìn)一步提高信噪比的編碼。
本發(fā)明的目的是通過以下方法具體實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于在分析接收信號(hào)的碼元波形全貌的基礎(chǔ)上抽取多種特征來組成特征向量(xi,；i=1,2,…,m)，然后用模式識(shí)別方法識(shí)別波形來檢測出其信息。
所說的在分析接收信號(hào)的碼元波形全貌的基礎(chǔ)上抽取多種特征來組成特征向量是對(duì)接收碼元波形分別從富氏積分法、離散采樣方程法或曲線逼近法等方法中選取一種方法來實(shí)現(xiàn)。
所說的接收信號(hào)的碼元波形(為了描述的簡化，以下在不生混淆時(shí)，碼、碼元或波形混合使用)包括基帶碼、調(diào)制碼、基帶調(diào)制碼和多重相位調(diào)制碼(其中前兩個(gè)是傳統(tǒng)所采用的)。
所說的基帶碼、調(diào)制碼、基帶調(diào)制碼和多重相位調(diào)制碼分別是(1)基帶碼組成的電極2a,2b,2c,2d等的介質(zhì)膜1a與另一個(gè)介質(zhì)膜1b，并且在卷繞過程中，在成品的兩個(gè)端部或者一個(gè)端部向外部導(dǎo)出引線的構(gòu)造。圖9示出把本發(fā)明的高壓電容器的樹脂浸滲硬化后的形態(tài)。在樹脂浸滲時(shí)，在浸滲用工具上用粘接帶粘住電容元件的引線，把包含引線的元件總體在環(huán)氧樹脂中浸漬以后，取出該元件，在預(yù)定的溫度下使被浸滲的環(huán)氧樹脂硬化，確保樹脂物性。這時(shí)，由于形成了硅氧烷樹脂的引線不易沾環(huán)氧樹脂，因此環(huán)氧樹脂在引線上的附著量極少。
而且，一部分粘附并且硬化了的環(huán)氧樹脂5a是球形，與引線的粘附強(qiáng)度極小。因此，使用尼龍，杜拉康或無紡布等夾住引線，沿著引線長度進(jìn)行若干次磨擦，能夠容易地去除粘附的環(huán)氧樹脂。
表1中示出具有硅氧烷樹脂被膜的引線與不具有硅氧烷樹脂被膜的引線上粘附的環(huán)氧樹脂球的去除所需要的力(單位Kg)。
表1
從表1可知，形成了硅氧烷樹脂被膜的引線的粘附樹脂的去除所需要的力是未涂敷品的10％以下，是能夠用手指尖容易地去除程度的強(qiáng)度。其結(jié)果，在本實(shí)施例中，能夠?qū)σ€不帶來任何傷害地去除上述樹脂球。與此相反，在使用不具有上述硅氧烷樹脂被膜的引線的電容器中如果機(jī)械地去除粘附樹脂球則將在引線表面上生成顯著的傷痕。
根據(jù)本實(shí)施例制造的電容器的引線的焊錫粘接性表現(xiàn)出了與實(shí)施例2的情況相同的良好的結(jié)果。
在本實(shí)施例的說明中，特別地?cái)⑹隽烁邏弘娙萜鞯膶?shí)施例，然而即使在一般的帶引線的薄膜電容器中，通過使用預(yù)先形成脫模性的有機(jī)絕緣樹脂被膜的引線，同樣地具有能夠容易地去除電容器制造時(shí)所波分量，根據(jù)誤碼率要求從中取出那些高信噪比的諧波分量作為特征向量。
所說的離散采樣方程法是按一個(gè)周期信號(hào)的最高諧波次數(shù)q建立由q個(gè)離散采樣值組成的聯(lián)立方程，解方程得各諧波分量，再根據(jù)誤碼率要求從中取出那些高信噪比的諧波分量作為特征向量。
所說的曲線逼近法，是根據(jù)離散采樣值尋找相應(yīng)最逼近的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
本發(fā)明的積極效果1、由于從接收碼元波形的全貌分析其特征，信息量增加，利于信噪比的提高。
2、由于采用了特征向量來描述碼元波形，就使得圖象處理和模式識(shí)另中的一些分析方法和工具可用來分析信號(hào)，為數(shù)字通信分析方法開劈了一個(gè)新的方向。上述所描述的新的分析方法和工具已帶來了很好的效果，信噪比明顯提高，3、上述介紹的方法均為代數(shù)方法，其中的乘除法可以用查表法簡單地實(shí)現(xiàn)，而且可用疊代法，十分簡潔明了，有利于系統(tǒng)的簡化。
為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合某些數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的方案中的核心一點(diǎn)是，把原來的一維時(shí)間周期函數(shù)的信號(hào)擴(kuò)大地看成具有一維時(shí)間的周期函數(shù)所沒有的許多新特征的待識(shí)別目標(biāo)。比如看成一種幾何圖形，則可把時(shí)域的問題轉(zhuǎn)換到二維空域中，于是許多新的性質(zhì)和分析方法與工具可以利用。其特征可以是一條曲線、曲線下的面積、高階矩、弧長、曲率、沿曲線的鏈碼，等等。本發(fā)明的說明書不可能描述所有的特征提取方法。
下面是對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說明。在以下說明中，信號(hào)均帶有加性噪聲，即g(t)=gs(t)+gn(t)，其中g(shù)n(t)表示噪聲；并且是將每個(gè)碼元周期內(nèi)的波形作為待識(shí)別的目標(biāo)。
一、富氏積分法按周期延拓原理，一個(gè)碼元周期內(nèi)的波形可表示成富氏級(jí)數(shù)形式。設(shè)波形為gs(t)=Σh=1Hγhgsh(2πTt-Tc(h-1))-g-s(t)+gn(t)]]>其中，g-s(t)是前一周期波形在本周期中的拖尾，已被求出。T1子周期中的富氏級(jí)數(shù)形式為g1(2π/T)t=as10+Σj=1qΣh=1HasbjSIN(2jπ/T)t+Σj=1qΣh=1Hbs1hjCOS(2jπ/T)+]]>an10+Σj=1qan1jSIN(2jπ/T)t+ΣJ=1qbnljCOS(2jπ/T)t;]]>其中，q是信號(hào)和噪聲包含的最高次諧波，理論上為無窮大。實(shí)際上，可取有限值?；蛘呦冗M(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波，對(duì)q值加以限制。根據(jù)富氏級(jí)數(shù)的原理，asn10=1T∫Tg(2πt/T)dt=as10+an10]]>asn1j=1T∫T[g(2π/T)tSIN(2π/T)t]dt=as1j+an1j]]>bsn1j=1T∫T[g(2π/T)tCOS(2π/T)t]dt=bs1j+bn1j;]]>@定義一個(gè)選擇j@{0,1,…,q},j是從右邊的集合中選出的一個(gè)子集。以下可根據(jù)信道的頻帶特性，選擇合適的頻率分量，以(asn10,asn1j,bsn1j)為特征向量，并設(shè)(as10y,as1jy,bs1jy)為相應(yīng)的模式特征向量，y表示多相位波形的組合數(shù)；則多種模式識(shí)別的方法可用來分類識(shí)別。
比如在HDSL系統(tǒng)中，NEXT是主要噪聲，其中0和1次諧波ani0、anil和bni1分別占25％、10％和6％。如果信號(hào)的0-波為單正弦型，則只有asni1分量，顯然，信噪比得以提高。
由于以上沒有涉及ISI問題，似乎此法不適合基帶碼的SINC波形。其實(shí)，只要把SINC函數(shù)分成主瓣和拖尾兩部分來看待，在下一方法中我們會(huì)看到，串?dāng)_不破壞波形的唯一性，而且聯(lián)合串?dāng)_不大，串?dāng)_不是同頻噪聲，可以與信號(hào)分開，故可將拖尾串?dāng)_看作噪聲，并以SINC主瓣所跨的-T～T作為上述方法中的一個(gè)T，則上述方法即可適用于基帶碼。
二、離散采樣方程法這實(shí)際是富氏積分法對(duì)離散采樣信號(hào)的推廣。設(shè)信號(hào)的離散采樣形式為g(kTN)]]>,k=0,1,…,N-1；采樣點(diǎn)數(shù)N＞2q,q為信號(hào)所含最高諧波次數(shù)?？闪蟹匠探Mg(kTN)=asnk0+Σj=1q[asnkj(jkTN)+bsnkj(jkTN)];]]>解方程得asnk0,asnkj,bsnkj。以下與富氏積分法一樣取特征向量和分類。此法適合各種波形，但對(duì)基帶碼，其k的取值和對(duì)方程解的處理方法有所不同，下面做一特別描述設(shè)信號(hào)的離散形式為g(kTN)-g_(kTN)=Σi=05askiSINπT(kTN-iT)πT(kTN-iT)COSαπT(kTN-iT)1-4α2T2(kTN-iT)2]]>gn(kTN)=asnk0+Σj=1q[asnkj(jkTN)+bsnkj(jkTN)],]]>g_(kTN)]]>代表已求出的波在本周期中的串?dāng)_；α=0.5；理論上k應(yīng)是無窮大，在工程上可按如下分析取值用asi代表信號(hào)，as1的主瓣參與運(yùn)算，其付瓣在T/2處無串?dāng)_；as2～as6在T/2處的串?dāng)_分別是(設(shè)幅值歸一化為1):-12％,1.715％,-0.57％,0.208％,0.14％，其聯(lián)合串?dāng)_是-9.521％,as2～as5聯(lián)合的最大串?dāng)_是-9.507％,as6僅是-0.00014占聯(lián)合串?dāng)_的0.14％，可見是相當(dāng)小的。由于串?dāng)_的正負(fù)交錯(cuò)是等概率的，加之多點(diǎn)采樣有積分去噪作用，而且串?dāng)_不是同頻噪聲，可以與噪聲分開，所以可僅考慮后5個(gè)波對(duì)當(dāng)前波的串?dāng)_，而不會(huì)影響誤碼率。這種分析同時(shí)證明了串?dāng)_后波形的唯一性首先，在檢測點(diǎn)處無串?dāng)_，則一定是唯一的；其次，上述串?dāng)_值的不同，證明了其它處的唯一性。如果噪聲的最高次諧波數(shù)取q≤5，則分別取k=0,1,…,5,。如果取q＞5，則分別取k=0,1,…,q。可得q個(gè)方程，即可解得信號(hào)asn0～asnq。
為了提高可靠性，可在1-q+1,2～q+2,3～q+3,…,q～2q等q個(gè)周期中重復(fù)用此法，分別得asn1～asn(q+1),asn2～asn(q+2),…,asnq～asn(q+q)，然后分別取出同一信號(hào)的不同計(jì)算結(jié)果(即as0～asq，各q個(gè))，按最小距離準(zhǔn)則MINi=0,m=1q,M|asl-asm|]]>(m為幅值級(jí)別)，取最接近標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)者的asn0～asnq作為正確檢測到的信號(hào)；以后遞推地做下去得asnq、asn(q+1)…。
取m=1～8,T=1/150仟赫茲=6.67微秒，帶寬為258仟赫茲，波特率為515，假定信噪比是21db和NEXT(Near End Crosse-Talk-近端串?dāng)_)只較少地增加(我們?cè)?amp;lt;一種xDSL系統(tǒng)>的專利申請(qǐng)中提出的方案可降低NEXT)，則一個(gè)周期攜帶3個(gè)二進(jìn)制信息位，即3bit，其數(shù)據(jù)傳輸率為1.545MbpsHz。
顯然，只要相位重疊數(shù)不大于q，此方法也適合于多相位基帶碼。
三、曲線逼近法設(shè)波形的離散形式為g(kTN)]]>,k=0,1,…,N-1；N＞2q；設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為grm(kTN)]]>,m=1,2,…,M；定義判別規(guī)則令dk=|g(kT/(N+1))-grm(kT/(N+1))|2，當(dāng)使得有MINk(Σk=0N-1dk)]]>時(shí)，信號(hào)歸為grm(kTN)]]>以上全部建立在周期T被確定的基礎(chǔ)上，而周期T的提取恰恰是一般數(shù)字通信系統(tǒng)中的難點(diǎn)之一。在波形識(shí)別方法中，周期T提取又有一些特點(diǎn)在MP碼的情況下，傳統(tǒng)的方法不再適用。這里介紹一種適用于以上各種波形的積分求起點(diǎn)法設(shè)當(dāng)前周期的起點(diǎn)t0，則終點(diǎn)te=t0+T，前一周期起點(diǎn)為t-0終點(diǎn)為t-e,令t-c=t-e-T/c,tc=t-c+2T/c。令t-c至tc的一段信號(hào)為g2t/c(t),g-(t)=g2t/c(t)-g-T(t),g-T(t)為t-c至tc段中前一周期已檢測出的波。定義算子σ=∫β2β1f(•)dt]]>，取f(·)=g-(t),β2=β1+2T/c，令σ從t-c至tc移動(dòng)，得一函數(shù)Z(σ)，則Z(σ)的拐點(diǎn)即為t0。若t0≠t-e，則令t0=t-e并返回前一周期修正波形識(shí)別結(jié)果，再重復(fù)做同步時(shí)鐘提取，直到t0與t-e很接近。
參考文獻(xiàn)[1]曹志剛錢亞生，《現(xiàn)代通信原理》，清華大學(xué)出版社，1996.12[2]John G.,《DIGITAL COMMUNICATIONS》,3th edition,McGraw-Hill,Inc.NewYork,199權(quán)利要求
1.一種數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于在分析接收信號(hào)的碼元波形全貌的基礎(chǔ)上抽取多種特征來組成特征向量，然后用模式識(shí)別方法識(shí)別波形來檢測出其信息。
2.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于所說的在分析接收信號(hào)的碼元波形全貌的基礎(chǔ)上抽取多種特征來組成特征向量是對(duì)編碼的波形分別從富氏積分法、離散采樣方程法或曲線逼近法等方法中選取一種方法來實(shí)現(xiàn)。
3.按照權(quán)利要求2所述的數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于所說的編碼波形包括基帶碼、調(diào)制碼、基帶調(diào)制碼和多重相位碼。
4.按照權(quán)利要求2所述的數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于所說的基帶調(diào)制碼包括無載波幅值調(diào)制碼gs(t)=asmSINK2πTt]]>和變形無載波幅值相位調(diào)制碼gs(t)=asmSINK2πTt+12bsm(COSK2πTt-1),]]>所說的多重相位碼是由分段函數(shù)γh=00≤t<T/ch1T/ch≤t≤T]]>和0-碼gsh(2πTt-Tch(h-1))]]>按下式組成gs1(t)=Σh=1Hγkgsh(2πTt-Tch(h-1))]]>當(dāng)0-碼取不同編碼時(shí)，分別組成不同的多重相位碼。
5.按照權(quán)利要求2所述的數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于所說的富氏積分法是首先將一個(gè)周期的信號(hào)展開成富氏級(jí)數(shù)，再用富氏積分求出各諧波分量，根據(jù)誤碼率要求從中取出那些高信噪比的諧波分量作為特征向量。
6.按照權(quán)利要求2所述的數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于所說的離散采樣方程法是按一個(gè)周期信號(hào)的最高諧波次數(shù)q建立由q個(gè)離散采樣值組成的聯(lián)立方程，解方程得各諧波分量，再根據(jù)誤碼率要求從中取出那些高信噪比的諧波分量作為特征向量。
7.按照權(quán)利要求4所述的數(shù)字通信中的波形識(shí)別方法，其特征在于所說的曲線逼近法，是根據(jù)離散采樣值尋找相應(yīng)最逼近的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字通信中的波識(shí)別方法。該方法是在分析接收碼元波形全貌的基礎(chǔ)上抽取多種特征來組成特征向量,然后用模式識(shí)別方法來識(shí)別波形檢測其信息。提出兩種更適合波識(shí)別方法的編碼方案:①基帶調(diào)制碼(BM碼)和②多重相位碼(MP碼)。用富氏積分法、離散采樣方程法或曲線逼近法等方法來處理波形,使信噪比有很大提高,從而有效地提高了頻帶利用率。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1235321SQ98102120
公開日1999年11月17日 申請(qǐng)日期1998年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月11日
發(fā)明者梁德群 申請(qǐng)人:梁德群