时间展宽式根奈奎斯特滤波器 本发明涉及一种根奈奎斯特滤波器，尤其涉及可适用于无线通信系统的根奈奎斯特滤波器。
通常，数据传输系统都使用一种奈奎斯特滤波器，这种滤波器对脉冲的响应在每个区间T(T为数据传输区间)的峰值前和峰值后恰好都等于零。由于相邻数据的响应在其他取样数据的样本点等于零，故可防止代码之间的干扰。
为了起到上述作用，使用一种在奈奎斯特频率fN(＝1/2T)点幅度减半的奎斯特滤波器，它在截止区的半幅点附近按平方余弦奇对称滚降。在这一情形，一般都不考虑相位特性，或者设计成具有线性的相位特性。
不用简单的奈奎斯特滤波器，具有等幅度的低通滤波器(根奎斯特滤波器)被用来传输和接收，并将其特性作得和上面的奈奎斯特滤波器一样。在这一情形，根奈奎斯特滤波器必须具有能够形成上面的平方余弦特性的余弦特性。
如上所述，常规的根奈奎斯特滤波器的相位特性是不经调整的，或者仅调整得具有一个总的线性相位。因此，当输入发送端地根奈奎斯特滤波器的传输信号具有一个高峰值时，从接收端的根奈奎斯特滤波器输出一个具有几乎同一峰值的信号。由于发送端的根奈奎期特滤波器的输出被输入一个调制器或高频放大器，在用于接收高峰值信号的数据传输系统中对调制器或高频放大器的特性要求得很严格。因而，传输信号的一个小峰值因子(峰值传输功率/平均传输功率)正是所追求的目标。
由于接收端的根奈奎斯特滤波器也具有相似的性性，因而沿传输路径产生的脉冲噪声在其通过接收端的根奈奎斯特滤波器时也被输入调制部件，造成接收误差。
本发明就解决这些问题并具有提供一种根奎斯特滤波器用于降低发送器的峰值因子和抑制脉冲噪声的目的。
为了达到上面的目的，一种根据本发明的根奈奎斯特滤波器被用在数据传输系统中进行传输和接收，其中根奈奎斯特滤波器的相位频率特性将通常分为多个频段，以形成一个和伪噪声(具有相应于被分频段数的长度)的每个分量的对应及多个频段，各个频段都有一个对应于各自的伪噪声分量数值的相位。
随着相位频率特性都是伪噪声型，根据本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器的输出具有比常规线性相位特性的根奈斯特滤波器更低的峰值和更长的响应时间。两次通过时间展宽式根奈奎斯特滤波器的输出信号与常规的根奈奎斯特滤波器的输出信号完全一样。
图1(a)示出一个时间展宽式根奈奎斯特滤波器传递函数的幅频特性。
图1(b)示出一个时间展宽式根奈奎斯特滤波器传递函数的相位频率特性。
图2示出一个原理图，用于说明使用根奈奎斯特滤波器的通信系统。
图3示出要被输入根奈奎斯特滤波器的示例信号。
图4示出图3的输入信号通过本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器一次后的输出信号。
图5示出图3的输入信号通过本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器两次后的输出信号。
图6示出输入幅值符合高斯分布的脉冲时常规根奈奎斯特滤波器的输出信号。
图7示出输入和图6一样的信号时本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器的输出信号。
1…数据源
2…发送端的时间展宽式根奈奎斯特滤波器
3…接收端的时间展宽式根奈奎斯特滤波器
4…解调部件
图1(a)示出本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器的示例性幅频特性。这个例子示出发送和接收端的两个根奈奎斯特滤波器的总特性为平方余弦的情形。图1(a)所示的单个根奈奎斯特的幅频特性具有以公式(1)表示的余弦滚降特性：|H(f)|={c01os[(T/4α)(2π|f|-π(1-α)/T](1-α)/2T≤|f|(1+α)/2T≤|f|0≤|f|<(1-α)/2T<(1+α)/2T---(1)]]>
幅频特性与常规根奈奎斯特滤波器的幅频特性完全一样。
图1(b)示出本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器的示例性相位频率特性。如图所示，在本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器中，具有非零(0)幅频特性的区域(下文称为“通带”)被分为一个预定的数目(在本例中是7)并根据具有如预定数7一致的长度的伪噪声码(在本例中为1，1，1，0，0，1，0)给定一个与所在位置的二进制数对应的相位。也就是说，长度T的M码被选为伪噪声码，并且7位PN码对应于每一个频段，而该频段的时间展宽式根奈奎斯特滤波器通带则被等分为7。对应于PN码位“1”的频段相位等于0，而对应于“0”的则等于π。例如说，一个数字式滤波器就能提供这样一个相位。
上面的叙述并不局限于长度为7的M码。任何的PN码长度都可采用。当PN码是长码时，电路会由于数字滤波器电流输出的增加而变得庞大。如果不用PN码，具有良好自相关特性的码都同样可以使用。
图2示出使用本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器的具有这种特性的通信系统的主要结构。
在图2中，1是一个传输数据源，由它输出的传输数据信号输入到发送端的根奈奎斯特滤波器2。数据借助2调制并在调制器(未示出)中形成一个具有预定频段的传输信号，然后由高频放大器(未示出)放大发送到接收部件。
发送的信号被送到接收部件，再通过一个频率变换部件(未示出)变换为基带信号并输入接收端的根奈奎斯特滤波器3。通过根奈奎斯特滤波器3接收的信号在信息解调部件4解调并还原为原始发送的数据。
在上述发送部件中，时间展宽式根奈奎斯特滤波器2的传递函数H1(f)由公式(2)表示：H1(f)＝|H(f)|ejθ(f) (2)
时间展宽式根奈奎斯特滤波器3的传递函数H2(f)具有一个根奎斯特滤波器2不同的相位特性极性，如公式(3)所示：H2(f)＝H1*(f)＝|H(f)|e-jθ(f) (3)
如图1所示，当PN码为二进制码并且“0” 和“1”分别代之以相位0和π时，公式(4)正确：ejθ(f)＝e-Jθ(f) (4)因此，公式(5)和(6)也正确：H(f)＝H*(f) (5)H2(f)＝H1(f) (6)这意思是说，在这一情形下，根奈奎斯特滤波器2也可用作根奈奎斯特滤波器3。
当数据信号源1输出的数据信号为X(f)时，由发送端的根奈奎斯特滤波器2输出的传输信号Y(f)由(7)式表示：Y(f)＝X(f)H(f)
信号Y(f)被接收器接收并输入根奈奎斯特滤波器3。输出Z(f)则用公式(8)表示：Z(f)＝Y(f)H2(f)＝X(f)H1(f)H1*(f)＝X(f)|H(f)|2 (8)也就是说，响应恒同于使用普通根奈奎斯特滤波器的情形。
通常认为，当一个滤波器具有分别为H(f)和θ(f)的幅频特性和相位频率特性，并接收到信号S(t)时，其输出等于频率f的幅度乘以S(t)和H(f)并将乘得数值的相位移动θ(f)之后的全部频率f之和。如上所述，通过具有对应于伪噪声的相位频率特性的滤波器之后，输入信号的每个频率分量都被移动一个相应的相位再相加。因此，本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器具有比线性相位频率特性的常规根奈奎斯特滤波器较低的峰值和较长的对应时间。
图3示出一个用于时间展宽式根奈奎斯特滤波器的示例性输入信号，图4示出根据本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器的输出信号波形。当一个具有例如图3所示的短周期高峰值的信号被输入时，就从本发明的时间展宽式根奎斯特滤波器输出图4所示的一个具有低峰值和长持续时间的信号。当具有线性相位频率特性的常规滤波器接收图3中的输入信号时，它则照原样输出一个具有预定时间延迟(这个时间对应于相位频率特性的斜度)的信号。这样一来，当使用本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器时，传输信号的峰值因子就被降低下来了。
通过发送端时间展宽式根奈奎斯特滤波器2的图4脉冲信号经过一条传输路径而被接收机接收且输入接收端的时间展宽式根奈奎斯特滤波器3。图5示出3的输出。图5所示的信号是图3中的脉冲信号通过本发明的时间展宽式奈奎斯特滤波器两次后的输出。如图5所示输出信号与图3中的脉冲信号相同。也就是说，因上述相位频率特性而具有不同延迟时间的各个频段信号分量再次通过时间展宽式根奈奎斯特滤波器并且各自再一次得到不同的相位；最后导致，所有通带信号分量都具有同一个相位，获得具有比图3的脉冲信号延迟了预定的延迟时间的输出信号。
使用本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器使得有可能在发关输入信号的同时压低其峰值以及在接收端重现输入信号。因此，输入调制器和高频放大器的信号的峰值因子可以在发送端降下来，从而可以简化这个调制器和高频放大器。此外，可以提供一个不反射调制器和高频放大器的非线性特性的传输系统。
甚至在传输路径上产生脉冲噪声时，也可使它通过根奈奎斯特滤波器3而抑制其峰值。图6和7分别示出输入幅度符合高斯分布律的脉冲串时常规根奈奎斯特滤波器的输出信号和本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器的输出信号。正如通过此较图6和7所清楚看出的一样，这个时间展宽式根奈奎斯特滤波器通过降低其峰值输出所接收的信号。甚至在传输路径上产生脉冲噪声时，只要在接收端设置本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器，其峰值也能被降下来抑制脉冲噪声。这个通信系统抗噪声能力相当强。
虽然在上面的实施例中叙述的是使用二进制PN码来给出与二进制数值对应相位0和π的例子，但其他的数值例如0和-π，以及-π/2和π/2也可用来进行对应。PN码可以是一个倍数数值：在这一情形，对应的相位都是相关的。
如上所述，根据本发明的时间展宽式根奈奎斯特滤波器能够降低信号的峰值因子并抑制传输路径上的脉冲噪声。