[发明专利]一种多频信号的台阶衰减相关接收方法

说明书

本发明涉及一种程控交换机中使用的多频信号接收方法。

现有的多频信号接收算法原理可分为三类：滤波法、相关法和频谱分析法。由于实现手段的限制，过去采用模拟滤波器（滤波法）实现多频信号接收。随着微电子技术的发展，模拟滤波器逐渐被数字滤波器取代。如中国专利86    1    03381.7，就是利用数字式多相网络带通滤波器组来抽取多频信号中的六个频率。然而，这种数字滤波器计算量大，不能用廉价而可靠的工业控制用单片机（如Intel    8098），只能用高速信号处理专用芯片（如TMS320C25）来实现。这样不仅造价高，而且由于工作频率高（40MHz），而易受到干扰，形成误动作。另外，一个信号处理芯片实现多路（8路）信号的处理，不仅使用不灵活，而且造成布线过分集中，增加了各路信号之间的互相干扰。

本发明的目的是给出一种台阶衰减的相关算法原理，并利用工业控制通用单片机（如Intel    8098）实现了这一算法，设计出一种成本低、可靠性高、体积小的数字式多频信号接收器。

数字式多频信号接收器，采用台阶衰减相关的算法原理，用工业控制通用单片机实现多频信号的接收。

本发明的优点如下：（1）计算量很小，以致于可用一片8098单片机同时实现2路多频信号的接收，同以上所提利用高速信号处理专用芯片实现成本相比降低近4倍。（2）体积小，使用灵活。电路模块小（2路集中在一起，而不是8路），便于布线，为充分优化设计整个程控交换机的结构提供了可能。（3）工作可靠。电路的工作频率较低（12MHz），而且选用了工业控制用单片机，使接收器的可靠性较用高速信号处理器实现大大提高。

图1    相关接收法基本原理图

图2    台阶衰减相关接收法原理图

图3    多频信号的台阶衰减相关接收法实施例电路原理图

以下结合附图对本发明作进一步说明，相关法的基本处理过程如图1所示，输入信号x（t），经过A/D转换，得到数字信号x（n）。x（n）分别同正弦和余弦函数sinω    Tn和cosω    Tn进行相关计算，得到的两个相关函数，再进行平方和计算，就得到相关结果R（m）。根据R（m）的大小就可以决策x（t）中是否存在频率为ω的正弦信号，得到检测结果。

图1中的步骤“相关计算”有多种具体计算方法。根据数据窗的形状来区分有：矩形窗、Hamming窗和指数衰减窗等计算方法;根据是否逐时间点计算相关值来区分，有滑动窗和分帧处理计算法。台阶衰减相关法的计算过程分成两个阶段，是两种计算方法的结合结果。第一个阶段属于矩形窗分帧法;第二阶段是指数衰减窗滑动法。图2就是台阶衰减法的基本计算过程，两个阶段分别对应于图中的两个求和过程：‘求和’和‘衰减求和’。台阶衰减相关法可用数学公式更精确的表达如下：

S (m) =Σi = (m - 1 ) · w + 1 m · wsin ω Ti · x (i ) (1)]]>

c (m) =Σi = (m - 1 ) · w + 1 m · wsin ω Ti · x (i ) (2)]]>

rs（m）＝a·rs（m-1）+（1-a）·s（m）    （3）

rc（m）＝a·rc（m-1）+（1-a）·c（m）    （4）

R（m）＝rs²（m）+rc²（m） （5）

在以上公式中x（i）表示数字化多频信号数据，i是时间变量;ω为被检测正弦信号的角频率，T是抽样周期;s（m）为输入信号同正弦函数的局部相关函数，m是帧时间变量，有关系m＝n/w;w是计算这一相关函数的矩形窗长度;c（m）同s（m）类似，是余弦局部相关函数;rs（m）是正弦相关函数;rc（m）是余弦相关函数;a是计算rc（m）和rs（m）的指数窗的衰减因子，在0和1间取值;R（m）称为相关值，是相关计算的最终结果。

公式（1）和（2）中的正弦和余弦函数由下式给出：