一种单音信号相位翻转的检测方法 【技术领域】
本发明涉及通信系统中对信号的检测方法，特别涉及一种单音信号相位翻转的检测方法。
背景技术
在通讯系统中，通常要使用带相位翻转的单音信号来传递一定的信息，系统收到这样的信号时，先对其进行检测，再根据其所代表的信息采取一定的动作。可见，对带相位翻转的单音信号进行检测是系统一项非常重要的工作，其包括：频率检测和相位翻转检测。
目前，对单音信号的频率检测使用通常的时频分析的方法就可以实现，对单音信号进行相位翻转检测采用的方法包括：自相关法和相位解调法。
例如：在回声消除器中，遇到带相位翻转地信号时需要将该信号旁通，不对这个信号进行抵消处理，而是对其进行信号检测，先采用通常的时频分析方法对其进行频率检测。
再对其进行相位翻转检测，目前有2种方法可选，单音信号相位翻转的情况如图1所示，图1为单音信号相位翻转的示意图。为了简化起见，图中以三角波示意，实际上是正弦波。图1中，信号在A点出现了相位的翻转，按照正常的不出现相位翻转的情况后续的信号应该如图中的虚线所示，由于在A点出现了相位翻转即信号翻转了180度，所以A点以后的波形如图中实线所示。在A点以后信号的频率还和原来一样。现在的要求就是要检测出这个相位翻转。
进行相位翻转检测的方法之一是采用自相关的方法对该信号进行相位翻转检测，图2为图1中相位相同的点，例如图1中a、b、c、d点，进行自相关的结果示意图。如图2所示，预先设置了一个检测标准值3，如果自相关结果低于这个门限3，例如图2中结果1，则认为该信号进行了相位翻转，否则就没有翻转。如果该单音信号发生了频偏，则可能出现图2中2的结果，该结果没有低于这个门限3，但实际单音信号进行了翻转，这种情况下就检测不到相位的翻转。可见，自相关法只能对预先知道的频率进行检测，当频率出现偏差的时候，就不能准确的进行相位的检测，而在实际的通信系统中信号产生时频率发生一定的频偏是可能出现的。例如：要求的标准信号是2100Hz，可能系统产生的信号频率不一定是2100Hz，也许是2085Hz，这个频率在传送过程中不会改变，也就是说在整个过程中都是保持2085Hz，频率是固定的。这种情况下，使用这种方法就可能检测不到相位的翻转。因此，这样的方法有其缺陷，并不十分可靠。
另一种方法是采用专门的相位解调方法进行相位翻转检测，可以检测到不同度数相位的翻转，虽然相位解调的技术已经比较成熟，但是，计算量比较大，实现起来比较复杂。而由图1可以看出，实际应用中对相位翻转检测的要求比较简单，相位翻转检测只要检测出180度左右的相位翻转就可以了，不需要进行相位的解调。例如，在回声消除器等实际应用中，只需要进行180度相位翻转的检测，不需要其他度数的相位翻转，这样，用相位解调的方法就会有很多多余的计算量。因此用相位解调的方法检测单音信号相位翻转浪费系统资源，不利于提高系统资源的利用率。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种信号相位翻转的检测方法，该方法能够提高相位翻转检测的可靠性，大幅度减少计算量和系统开销，并且提高通用性。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种单音信号相位翻转的检测方法，该方法包括以下几个步骤：
1)预先设定系统输出结果的门限值和产生本地振荡信号的时间；
2)在上述的预定时间内通过自适应方式产生与输入的单音信号同频率同相位的本地振荡信号；
3)预定时间到时，停止自适应过程，将步骤2)中得到的本地振荡信号与输入的单音信号进行相乘运算处理；并将相乘运算处理的输出信号进行低通滤波；然后对低通滤波后的结果进行门限判断，结果当前结果低于预先设定的门限则该单音信号有相位翻转，否则该单音信号没有相位翻转。
方法步骤2)的过程可以为：
21)通过负反馈的方式产生本地振荡信号参数a1和a2，将当前样点前M个样点的信号乘以a1，其结果与将当前样点前M-1个样点的信号乘以a2的结果相加，得到本地振荡信号，再将当前样点的信号减去本地振荡信号产生误差信号；
22)通过归一化最小均方差算法反复调整本地振荡信号参数a1和a2，使误差信号逐渐趋近于最小值，直到预定的自适应时间到。
该方法步骤3)可以进一步包括：将当前样点前M个样点的信号乘以a1，其结果与将当前样点前M-1个样点的信号乘以a2的结果相加，得到本地振荡信号。该方法步骤3)还可以进一步包括：将低通滤波后的结果进行归一化处理。另外，步骤3)可以是在系统设置的一个控制开关检测到预定时间到后执行的。
该方法中所述的预定时间是系统根据通信协议中单音信号相位翻转的间隔时间预先设定的。
由上述方案可以看出，本发明的关键在于：通过自适应的方式产生与输入信号同频率同相位的本地振荡信号，一定时间后就停止自适应过程，保留收敛后的本地振荡参数，然后用这个本地振荡与输入信号进行相乘处理，再经过低通滤波器，得到反映信号相位变化的参数，从而进行相位翻转的检测。
因此，本发明所提供的这种信号相位翻转的检测方法，由于通过自适应的方式产生与输入信号同频率同相位的本地振荡信号，再对该信号与输入信号进行相乘处理后得到的参数进行检测，所以能够提高相位翻转检测的可靠性。同时与相位解调方法相比，大幅度减少计算量和系统开销。而且，本发明方法对信号频率的确切数值要求不高，只要求在运行过程中频率恒定即可，对于有一定的信噪比的信号依然具有良好的识别能力。在通信系统中，单音信号产生时频率虽然有可能比预定值有偏差，但在传输的过程中频率一般不会发生改变，所以本发明适用于各种通信系统，提高了通用性。
【附图说明】
图1为单音信号相位翻转的示意图；
图2为图1中相位相同的点进行自相关的结果示意图；
图3为本发明进行单音信号相位翻转检测方法的一个实施例的示意图；
图4为图3所示实施例进行自适应过程的工作框图；
图5为图3所示实施例进行本振相乘处理过程的工作框图；
图6为图3所示实施例输出结果示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的基本过程是：通过自适应的方式产生与输入信号同频率同相位的本地振荡信号，一定时间后就停止自适应过程，保留收敛后的本地振荡参数。然后用这个本地振荡与输入信号进行相乘处理，再经过低通滤波器，得到反映信号相位变化的参数，从而进行相位翻转的检测。这样，就避免检测过程对频率的依赖性，所以本发明方法适用于任意固定的频率。
本发明的具体实现过程参见图3，图3为本发明进行单音信号相位翻转检测方法的一个实施例的示意图。根据本发明的基本过程，首先根据理论计算的结果预定一个输出结果的门限值，同时系统设置一个控制开关，并根据通信协议规定的单音信号相位翻转的间隔时间预先设定一个自适应过程的持续时间，该控制开关在预定时间到后，将系统切换到进行本振相乘处理过程。
如图3所示，系统开始工作的时候，由控制开关控制，系统通过自适应过程301，进行本振系数的自适应调整，在预先设定的自适应过程的持续时间到后，再由控制开关控制，切换系统进行本振相乘处理过程302，这时开始用本地振荡信号与输入信号进行相乘得到输出信号，再经过低通滤波器，得到反映信号相位变化的参数，根据该参数进行相位翻转判断。
其中，进行自适应过程参见图4，图4为图3所示实施例进行自适应过程的工作框图。如图4所示，在预定时间内，首先，通过负反馈的方式产生本地振荡信号参数a1和a2，将当前样点前M个样点的信号乘以a1，其结果与将当前样点前M-1个样点的信号乘以a2的结果相加，得到本地振荡信号，再将当前样点的信号减去本地振荡信号产生误差信号。然后，用误差信号通过归一化最小均方差算法进行自适应，来调整本地振荡信号参数a1和a2。例如，当前样点信号为x(n)，当前样点前M个样点的信号为x(n-m)，当前样点前M-1个样点的信号为x(n-m-1)，则本地振荡信号为x′(n)＝x(n-m)*a1+x(n-m-1)*a2，误差信号e(n)＝x(n)-x′(n)，通过NLMS算法不断调整a1和a2，使得误差信号e(n)逐渐趋近于最小值，直到预定时间到。
本振相乘处理过程参见图5，图5为图3所示实施例进行本振相乘处理过程的工作框图。如图5所示，当预定时间到时，系统停止自适应过程，将当前样点前M个样点的信号乘以本地振荡参数a1，其结果与将当前样点前M-1个样点的信号乘以本地振荡参数a2的结果相加，得到本地振荡信号。例如，当前样点信号为x(n)，当前样点前M个样点的信号为x(n-m)，当前样点前M-1个样点的信号为x(n-m-1)，则本地振荡信号为x′(n)＝x(n-m)*a1+x(n-m-1)*a2。使用该本地振荡信号与输入的单音信号进行相乘运算处理，处理后的输出信号再进行低通滤波，将低通滤波后的结果进行归一化处理。对处理的结果进行门限判断，结果低于门限则该单音信号有相位翻转，否则该单音信号没有相位翻转。
设当前信号为：x(n)＝Sin(ωn+)。其中，ω是信号的频率，是信号的初相位。
在某一时刻出现了相位翻转，翻转后的信号为：x(N)＝Sin(ω++γ)，其中，γ是相位翻转的度数。
通过自适应的方法产生的本地振荡信号为：x′(N)＝Sin(ωN+)。
用该本地振荡信号与输入的单音信号进行相乘运算处理，结果为：
x(N)*X′(N)＝
经过低通滤波和归一化处理后得到处理后的结果，参见图6，图3所示实施例输出结果示意图。本实施例将输出结果为0预定为输出结果门限值，如图6所示，在A点输出结果为其低于门限值0，因此很容易地判断出在A点出现了相位翻转，在A点输出结果为的原因是：本地振荡信号x′(n)是利用当前样点前M个样点的信号x(n-m)和当前样点前M-1个样点的信号x(n-m-1)产生的，其与x(n-m)和x(n-m-1)样点的相位相同，而在A点信号相位翻转，则当前样点信号x(n)与本地振荡信号x′(n)相位相反，使得A点输出结果为图6中经过一段时间后，在当前样点信号x(n)与本地振荡信号x′(n)相位相同时，则输出结果为如图6中B点所示，因此图6中B点没有出现相位翻转。
由此可见，本发明所提供的这种信号相位翻转的检测方法，能够提高可靠性，适用于任意固定的频率，提高了通用性。同时与相位解调方法相比，大幅度减少计算量和系统开销。而且，本发明方法对信号频率的确切数值要求不高，只要求在运行过程中频率恒定即可，对于有一定的信噪比的信号依然具有良好的识别能力。在通信系统中，单音信号产生时频率虽然有可能比预定值有偏差，但在传输的过程中频率一般不会发生改变，所以本发明适用于各种通信系统。