使用滤波器组定位函数峰值的方法和设备技术

一种使用自适应滤波器组确定信号峰值位置的方法和设备。该方法包括使用预先确定的计算间隔提供函数的一组计算出的输出点集合的步骤。随后确定该集合的最大输出点，且在最大值区域内对函数的输出点进行内插。已内插输出点的最大值逼近函数的峰值。该设备包括多个互连的数字滤波器，其对函数进行操作以计算输出值，且至少有一个控制单元与数字滤波器通信。控制单元可操作来控制滤波器的输出并选择输出值中的第一个最大值。控制单元允许第一个最大值周围输出数值的渐进内插，以确定已内插的输出值是否逼近峰值。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术总体上涉及数字滤波。特别地，本专利技术涉及一种使用多分辨率技术确定信号函数峰值的方法和设备。2.专利技术背景通常，在诸如基于地面的数字蜂窝移动网络的应用中，对固定网络有必要确定系统内移动装置的位置。了解移动装置相对于基站的位置允许网络将移动装置切换到其它基站，从而当手机在网络中和小区之间移动时保持信号强度和分辨率。典型地，这类系统通过一组基站进行三角测量来确定移动装置的位置，这些基站持续测量其蜂窝区范围内移动装置的到达时间。这类系统通常测量接收到信号波形函数的峰值并根据那些峰值来估计到达时间。在过去，已经通过对每个信号穷举取样来解决定位信号函数峰值的问题。当试图固定值函数时，在感兴趣区域内工作的内插器会取样随机或间隔相位点。例如，在IS-136数字蜂窝标准中，已同步相关的输出可采用取样周期Ts＝5.144μs获得。当系统试图定位一个移动单元的位置时，估计此相关函数的峰值需要达到大约30ns的精确度，以达到距移动装置分辨率为9米的测距。因此取样周期和所要求分辨率的比例大约为172。标准技术需要在感兴趣区域内对相关函数进行172倍内插，然后确定已内插输出的最大值。离散函数的最大值化通常需要一个搜索过程。在传统技术中，对内插器的所有输出都执行此搜索过程，且基本上包括以所要求的分辨率对函数的取样值进行内插。实施的特例可能包括一个线性、二项式或其它多项式拟合内插器。但是这些解决方案是复杂的，因为试图定位数量相对较少的峰值点时需要系统处理大量的无关数据点。在任何需要检测信号峰值的系统中，这牺牲了速度、处理资源和功率。尤其在蜂窝网络中，需要对许多移动单元进行大量计算，这种低效率变为可能影响蜂窝业务的系统瓶颈。专利技术概述鉴于有关技术的限制和缺陷，为解决上述一个或多个问题，本专利技术是使用多分辨率技术确定信号函数峰值位置的一种方法和设备。当估计峰值时所要求的精确度是函数取样周期的一小部分时，该技术有用。本专利技术可能以一种方法实施，其中包括使用预先确定的计算间隔提供函数的一个计算出的输出点集合的步骤。随后确定该集合的最大输出点，且函数的输出点仅在最大值区域内进行内插。已内插输出点的最大值逼近函数的峰值。这允许当函数以比峰值所要求的分辨率低得多的取样频率可获得时，可以精确地检测函数的峰值。在本专利技术的另一方面中，提供了一种使用至少一个数字滤波器逼近函数峰值的方法。数字滤波器使用多个滤波系数对函数操作。该方法包括提供以相同间隔隔开的函数第一个输出点集合并确定第一个最大输出点的步骤。随后选择与第一个最大输出点紧邻的输出点，因此邻近的输出点定义了第一个最大输出点周围的第一个相域。随后在第一个最大输出点周围沿第一个相域的第二个输出点集合被取样，且第二个输出点集合的第二个最大输出点被确定。随后选择第二个集合的邻近输出点以定义第二个最大输出点周围的第二个相域。随后在第二个最大输出点周围沿第二个相域的第三个输出点集合被取样，且第三个最大输出点被确定。通过这些迭代，所确定的最大值开始逼近真正的峰值区域。通过改变滤波系数为变化相位中的取样点来获得来自函数的输出。在本专利技术的另一方面中，提供了一种定位相关函数波形峰值的方法。该方法包括向滤波器组的移位寄存器中装入以输入取样周期计算的第一个相关集合的步骤。随后从第一个相关集合中检测第一个最大相关值。滤波器系数随后被更新，以得到从第一个相关集合移相的第二个相关集合。第二个相关集合有比输入取样周期小的周期，并位于第一个最大相关值的邻近。最后，从第二个相关集合中检测第二个最大相关值。第二个最大相关值比先前检测的第一个最大相关值更逼近函数的峰值。在本专利技术的另一方面中，提供一种使用数字滤波器组来定位相关函数峰值的方法。该方法包括从初始以相同的第一个间隔计算的第一个相关集合中检测第一个最大相关值的步骤。随后改变滤波器的系数以得到从第一个相关集合移相的第二个相关集合。此第二个相关集合以更小的第二个间隔隔开并与第一个最大相关值邻近。随后从第二个相关集合检测第二个最大相关值。此第二个最大值开始逼近函数峰值，且随后重复该方法的步骤，以仅在相邻相位内在渐进减小的间隔之间计算迭代。本专利技术可进一步在一种包含多个互连数字滤波器的设备中实施，这些滤波器对函数操作以计算输出值，且至少有一个控制单元与数字滤波器通信。控制单元控制滤波器的输出并选择输出值的第一个最大值。控制单元允许对第一个最大值周围的输出值进行渐进的内插，以确定已内插的输出值是否逼近峰值。因此本专利技术允许仅在感兴趣区域内使用高分辨率来定位信号的峰值。这种逼近的优点在于降低了通常用来定位最大值的内插过程的复杂性。由于只针对指定相域，而无需对整个函数进行穷举随机取样。此外，该设备结合了用于函数内点内插的滤波器组和用于分离出内插最大值的控制单元，从而简化了为完成最大化计算所需的硬件、功率和时间。此处讨论的特定实施方案可以用于任何估计峰值所要求的精确度是函数取样周期的一小部分的系统中。例如，这种方法可以在诸如定位蜂窝系统中移动装置的应用中实现。应当理解前面的概述和后面的详述是示范的和解释性的，意即对所要求权利的专利技术提供更进一步的解释。本专利技术连同更多的目的及其优点，将最好通过参考下面的详述并结合附图得到理解。在附图说明图1中示出设备优选实施方案的示意框图。如图所示，设备10包括内含多个延迟元件13的单个滤波器12。滤波器组12优选包括多个移位寄存器14和乘法器16。乘法器16使用多个可变滤波系数ck对接收到的信号操作，并通过电路18与控制单元20连接。滤波器组12可以使用传统的形式实现(参看Crochière and Rabiner，“Multirate Digital Signal Processing(多速率数字信号处理)”)。在替代方法中，可以使用有移位寄存器的多个滤波器。这些滤波器可能依次有固定的系数。在优选实施方案中，滤波器组12使用定制的特定用途集成电路(ASIC)实现，这些ASIC可以从许多制造商，例如德州仪器公司处获得。这些实施方案仅作为示范，并不仅限于此。因此，本领域技术人员将能够从替换此处指定的部件。所提出的滤波器组12可以用硬件或软件方式实现，并非本专利技术的一个限定。在感兴趣窗口中产生数值的相关器可以与自适应滤波器组结合，以按照内插前的标称取样率进行相关操作。控制单元20可以包含一个微处理器、逻辑电路、其它电路或软件来执行此处描述的功能和步骤。在优选实施方案中，一个示范控制单元可能包括一个由高级精减指令机器公司(Advanced RiscMachines)制造的ARM7100型微处理器和有关存储器和时钟电路。优选地，控制单元20能够编码一个存储的程序并可作为哈佛机器体系机构中定义的通用计算机使用。ARM核心可作为ASIC的一个部件块集成，这些ASIC可来自许多供货商，如德州仪器公司。如前所述，这些部件并非用于限制本专利技术，且其它部件可被替换。电路的输入μ是接收到的信号与从诸如移动单元(未示出)的源接收到的已同步波形序列进行相关操作后的输出。输入通过一个固定窗口预先计算，且滤波器组12的移位寄存器由控制单元20预先装入，并与计算出的相关值同步。在优选实施方案中，延时z-1指输入取样周期。图2表示在图1中示出的系统10中使用的计算进展。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位函数峰值的方法，该方法包括：使用预先确定的计算间隔提供所述函数的一个计算出的输出点集合，所述计算出的输出点由至少一个数字滤波器输出；确定所述集合的最大输出点；在所述最大输出点区域内对所述函数的输出点内插；且确定所述已 内插输出点的最大值以逼近所述函数的所述峰值。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：K巴拉钱德兰，H科拉帕蒂，
申请(专利权)人：艾利森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]