一种基于DCS1800与TD-SCDMA系统抗干扰的共存滤波器设计 【技术领域】：本发明属于无线通信技术领域，特别是第三代移动通信系统与第二代移动通信系统频率相邻共存以及采取的抗干扰措施。
【背景技术】：我国拥有世界上最大规模的GSM网络，由于IMT-2000即3G存在着WCDMA、CDMA2000和我国完全拥有自主知识产权的TD-SCDMA三大主流标准技术，而这三种标准都会在我国被采用，因此在3G建设中，不可避免地会出现GSM/TD-SCDMA或者说2G/3G网络共存的情况。如何在这种情况下，通过2G/3G的有效组网，以保证2G/3G网络的合理共存，是我国移动通信运营商面对的主要现实问题之一。
随着移动通信从第二代向第三代的过渡，各种新技术不断产生并应用，射频资源日趋紧张，所以对移动通信网络射频干扰问题的研究就越来越受到人们的重视。2002年10月我国对3G系统频率使用进行了规划，根据此规划方案，TD-SCDMA系统和其它系统将在多个频点处邻频共存，TD-SCDMA在1880MHz频点处与FDD的下行邻频共存，在1920MHz频点处与FDD的上行邻频共存，虽然在1880MHz频点处TD-SCDMA与DCS1800之间隔着30MHz的带宽，但是由于发射机和接收机的不完善性，共存的两个系统仍然会产生相互干扰，造成链路质量下降和系统容量降低。
数字滤波器(Digital Filter，简称为DF)是数字信号处理的重要基础，在对信号的过滤、检测与参数估计等处理过程中，它是使用最为广泛的一种线性系统。数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的、用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统。所谓数字滤波器，是指输入输出均为数字信号，通过一定的运算关系改变输入信号中所含的频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的器件。其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过数字变换的另一组数字量。数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。
【发明内容】：本发明目的是克服现有技术存在的不足，提供一种既可以用于DCS1800发射端，也可以用在TD-SCDMA接收端来改善其ACS参数的共存滤波器设计。
数字滤波器的数学运算通常有两种实现方式。一种是频域法，即利用FFT快速算办法对输入信号进行离散傅立叶变换，分析其频谱，然后根据所希望的频率特性进行滤波，再利用傅立叶反变换恢复出时域信号。这种方法具有较好的频域选择特性灵活性，并且由于信号频率与所希望的频谱特性是简单的相乘关系，所以它比计算等价的时域卷积要快得多。另一种方法是时域法，这种方法是通过对离散抽样数据作差分数学运算来达到滤波目的。
数字滤波器总体可以分为两大类，一类称为经典滤波器，输入信号中的有用成分和希望滤除的成份占用不同的频带，通过适当的选频滤波器可实现滤波；另一类称现代滤波器，如维纳滤波器、卡尔曼滤波器等，其输入信号中有用信号和希望滤除乘法频带交叠。对于经典滤波器，从频域上还可以分为低通、高通、带通、带阻滤器。从时域特性上来看，数字滤波器还可以分为有限冲激响应数字滤波器(FIR)和无限冲激响应数字滤波器(IIR)。对于有限冲激响应数字滤波器(FIR)，其输出y(n)只取决于有限个过去和现在的输入x(n)、x(n-1)......x(n-m)；对于无限冲激响应数字滤波器(IIR)，它的输出不仅取决于过去和现在的输入，还跟过去的输出有关。
在数字滤波器中，FIR滤波器具有如下几个优点：
(1)可以在幅度特性随意设计的同时保证精确严格的线性相位；
(2)由于FIR滤波器的单位脉冲h(n)是有限长序列，因此FIR滤波器没有不稳定的问题；
(3)由于FIR滤波器一般为非递归结构，因此在有限精度运算下，不会出现递归型结构中的极限震荡等不稳定现象，误差较小；
(4)FIR滤波器可采用FFT算法实现，从而提高运算效率。
FIR和IIR滤波器不论是在性能还是在设计方法上都有着很大的区别，FIR滤波器可以根据给定的频率特性直接设计，而IIR滤波器则需要使用通用模拟滤波器设计方法进行设计，但是不管FIR和IIR，其设计步骤如下：
(1)确定指标：在设计一个滤波器前必须有一些指标，这些指标需要根据应用确定。
(2)模型逼近：一旦确定了指标就可以利用一些基本原理和关系式提出一个滤波器模型来逼近给定的指标体系。这是滤波器设计所要研究的主要问题。IIR滤波器设计是利用z的有理函数逼近，而FIR滤波器则是多项式逼近。
(3)实现：上面两步结果得到的滤波器通常是以差分方程系统函数或脉冲响应来描述的。根据这个描述用硬件和计算机软件来实现。
(4)验证：通过模拟，验证所设计的系统是否符合给定性能要求。
虽然这4个步骤不是完全独立的，但是我们地注意力主要集中于步骤(2)上，步骤(1)主要取决于应用场合，而步骤(3)则取决于实现滤波器时所用的技术。在实际应用中，所需要的滤波器往往通过数字计算法来实现，并用于对由连续信号经周期采样并接着作A/D转换而得到的信号进行滤波。
综上，本发明采用共存滤波器是一种比较灵活有效的方法，在现有的系统中运用不需要改变原有的发送和接收设备。
本发明利用Monte Carol仿真方法对典型环境下的TD-SCDMA网络和GSM网络进行建模，提出采用Monte Carol仿真方法对两个系统间的共存干扰进行仿真，在仿真平台上通过仿真得到一些曲线，并对这些结果进行分析，得出所设计的滤波器需要的具体参数。这种FIR数字滤波器的设计正是在这个基础上提出的减少干扰的最佳方案。
本发明提供的基于DCS1800与TD-SCDMA系统抗干扰的共存滤波器设计方法，针对TD-SCDMA与DCS1800两个系统，设计一个可用于两个系统的窗函数，对两系统其工作频率段进行隔断，使有用频率通过，产生干扰的无用频率段滤除，达到双系统相邻频率段互不干扰的目的，该方法的具体步骤包括：
第一、根据对过渡带宽及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度N。
窗函数类型可根据其阻带最小衰减As的条件独立选择，在确定窗函数类型后，根据过渡带宽小于给定指标的条件，确定所拟用的窗函数长度N；因为其长度N对阻带最小衰减没有影响，在确定窗函数类型后，就可以根据过渡带宽小于给定指标的条件，确定所拟用的窗函数长度N，设待求滤波器的过渡带为Δω。得出的长度还要在计算中逐步修正，原则是在保证阻带最小衰减满足要求的情况下尽量选择较小的N，在N和窗函数类型确定后即可用MATLAB中的窗函数求出ωd(n)。
第二、根据待求滤波器的理想频率响应求出理想脉冲响应hd(n)。
如果给出待求滤波器的频率响应为hd(ejω)，那么其理想脉冲响应hd(n)用傅立叶反变换求出。在一般情况下，hd(n)是不能用封闭公式表示的，需要采用数值方法，从ω＝0到ω＝2π采样M点，靠IDFT求出。
第三、计算滤波器的单位脉冲响应h(n)。
它是理想脉冲响应和窗函数的乘积h(n)＝hd(n)×ωd(n)；hd(n)在第二步中求得它是一个行向量，ωd(n)在第一步中求得，它也必须是一个同样长度的行向量，但是在MATLAB中调用的窗函数都是列向量，这时需要把它转置一次，窗函数ωd(n)对(N-1)/2点是偶对称的，因此产生的h(n)的对称性完全取决于理想单位脉冲响应hd(n)的对称性，与窗函数无关。
第四、验算技术指标是否满足要求。为了计算数字滤波器在频域中的特性，可以用freqz子程序。
第五、如果不满足要求，可根据具体情况，调整窗函数ωd(n)类型和长度N，重复前面第一至第三步骤，直到满足要求为止。
本发明的优点和积极效果：
与现有技术相比，采用共存滤波器是一种比较灵活有效的方法，在现有的系统中运用不需要改变原有的发送和接收设备。
本发明利用Monte Carol仿真方法对典型环境下的TD-SCDMA网络和GSM网络进行建模，提出采用Monte Carol仿真方法对两个系统间的共存干扰进行仿真，在仿真平台上通过仿真得到的一些曲线，并对这些结果进行分析，得出所设计的滤波器需要的具体参数。这种FIR数字滤波器的设计正是在这个基础上提出的减少干扰的最佳方案。
【附图说明】：
图1为FIR带通滤波器频率响应图。
图2为FIR带通滤波器模型实现对话框。
图3为输入信号时域波形。
图4为FIR滤波器滤波后时域波形。
图5为输入信号频域波形。
图6为FIR滤波器滤波后信号的频域。
在图1中，滤波器类型为Bandpass(带通滤波器)，设计方法为FIR(有限冲激响应)，截止频率1为1805MHz，通过频率1为1850MHz，截止频率2为1880MHz，通过频率2为1920MHz，阻带最小衰减1为60dB，阻带最小衰减2为80dB。
通过FDATooL把所设计好的滤波器系数以头文件的形式，传给CCS集成开发环境。设计好各项参数，并与DSP实验箱连接好，就可以生成该FIR滤波器。
【具体实施方式】：
实施例1：
第一步，在FDATooL中，根据要求设计相应的FIR滤波器，并把设计好的滤波器导出到SPTool工具中。如设计一个基于哈明窗的采样频率fs＝5000MHz，fstop1＝1805MHz，fpass1＝1850MHz，fpass2＝1880MHz，fstop2＝1920MHz的FIR带通滤波器。
第二步，在SPTool中，导入模拟输入信号x1，x1为频率100和1000Hz的正弦波的混叠信号。并通过所设计的低通滤波器进行滤波后，得到滤波后的信号y1。可以通过比较滤滤前与滤波后的信号，来得知滤波器的滤波效果。
第三步：通过FDATooL把所设计好的滤波器系数以头文件的形式，传给CCS集成开发环境。
第四步：FIR滤波器的DSP实现。
以下是用Embedded target for Tl C2000工具包设计FIR滤波器工程的步骤。
步骤1：
在新建的simulink文件(.mdl)中，放入C2000 Target Preference的F2812 eZdsp功能模块，用于参数的初始化设置。具体如下：
1、连接好实验板和仿真器。实验板我们选用SEED-DTK2812实验箱，仿真器选用F2812XDS510 Emulator，实验板和仿真器通过JTAG口相连，仿真器和电脑通过USB口相连。打开CCS2.0，选择合适的硬件仿真器，此处选择F2812XDS51OEmulator，配置好系统，打开DSP软件集成开发环境。
2、打开Matlab7.0的命令窗并查看CCS中安装的目标板信息，在Matlab命令窗中输入ccsboardinfo命令，查看CCS中安装的目标板信息。
3、创建Matlab和CCS中的T1F2812目标板的连接。
＞＞cc＝ccsdsp(‘boardnum’，0，’procnum’，0)；
4、右键点击F2812 eZDSP，对评估板硬件链接模块进行编译、链接和运行等选项的设置。注意，在设置Build Options属性时，若没有连接目标板或仿真器，则Build Action只选择“Build”，可编译生成C代码；若有目标板及仿真器，则可选择“Build_and_exceute”，实现C代码的编译下载及实时运行；我们选择“Create_CCS_project”，即自动生成CCS工程。
5、在DSP Board选项中选择与目标板一致的DSP芯片类型，并更改DSP板标号。
6、设置Real-Time Workshop的相关属性。(参见图1、图2)
步骤2：
Matlab直接生成C程序。将图形文件生成C程序，运行Simulation菜单下的Configuration parameters，弹出配置对话框，选择其中的Real-Time Workshop项，正确设置simulation parameter对话框上的Real-Time Workshop上的各个值，其中，RTW systemtarget file设置为ti_c2000_grt.tlc，即指定RTW生成C代码的格式，Make Command设置为make_rtw，Template makefile设置为ti_c2000_grt.tmf，即指定RTW利用此makefile模板文件产生编译链接所需要的makefile文件。
设置完毕，单击“Tools”菜单下“Real-Time workshop”菜单里的“Build Model”选项，开始代码产生、创建CCS工程(生成工程文件fir.pjt)、编译链接过程。在Matlab命令窗里会显示过程信息，如果CCS工程创建成功，会自动运行“CCS2(‘C2000)”软件，并且打开刚才生成的工程，如果已经连接上了DSP硬件仿真器，则可以直接编译链接，以及下载代码到DSP2812上并运行。
通过该滤波器滤波前后，信号波形如图3-6所示，
我们输入一个信号波形：
f[i]＝(cos2πi×1000/8000)+cos(2πi×2500/8000))/8
输入信号时域波形如图3所示。
经FIR滤波器滤波后时域波形如图4所示。
输入信号频域波形如图5所示。
经FIR滤波器滤波后信号频域图如图6所示。
对比上面的CCS下所显示的滤波前与滤波后信号的时域和频域波形图可以看出：频率分别为1000Hz和2500Hz的两个频率信号，经过该滤波器后频率为1000Hz的信号被保留，基本达到了预期的滤波效果。