CN106921463B - 一种抗干扰解码方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗干扰解码方法及***，所述方法包括：对基带模拟信号进行采样以获得采样信号；对采样信号进行滤波预处理以去除不在频带内的干扰信号，获得经过滤波预处理的采样信号；对经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行识别以生成数字信号；去除数字信号的噪声信号以获得经过整形的数字信号；对经过整形的数字信号进行解码，以获得解码信号和对应的采样时钟信号；以及根据所述对应的采样时钟信号对解码信号进行解析以生成通信数据。使用本发明的抗干扰解码方法可以有效的提高对于FM0编码数据解码***的抗干扰性，有效地提高***的数据接收性能。

Description

一种抗干扰解码方法及***

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，并且更具体地，涉及一种双相间空号编码FM0编码数据的抗干扰解码方法及***。

背景技术

目前，电子收费（ETC，Electronic Toll Collection）***是国际上主要研究和推广的自动电子收费***，其通常作为高速公路以及交通繁忙的桥梁隧道环境下的车辆收费解决方案。车载设备（OBU，On-Board Unit）是ETC***的标准配件，用于安装在车辆的前挡风玻璃上。当车辆通过ETC车道时，OBU与路侧单元（RSU，Roadside Unit）等设备通讯，不需停车即可完成ETC收费。

在全国ETC联网的大趋势下，为了实现各省ETC 设备的互联互通， RSU和OBU设备都必须满足国标GB/T 20851-2007《电子收费专用短程通信》和交通运输部2011年第13号公告《收费公路联网电子不停车收费技术要求》中的规定。上述标准和公告中明确规定了RSU和OBU之间DSRC通信的编码方式为双相间空号编码FM0（Bi-Phase Space Coding），并且上行链路的位速率为 512kbps，下行链路的位速率为256kbps。

FM0编码的工作原理是在单个位窗内采用电平变化来表示逻辑。如果电平从位窗的起始处翻转而在位窗中间不翻转，则表示逻辑“1”。如果电平除了在位窗的起始处翻转，还在位窗中间翻转则表示逻辑“0”。

在实际使用过程中，无线传输信号通常会受到周边环境和设备等噪声的影响而导致信号质量变差。FM0编码的数据信号通常会出现叠加其他频率的干扰、信号毛刺干扰、信号占空比变化、信号幅度变化以及位速率变化等造成信号比较恶劣的情况。

由于进行ETC设备生产的厂家众多，而各个厂家的ETC设备在结构上存在一定的不一致性。这样使得ETC设备的不一致性叠加上干扰信号的影响，使得解码设备需要面临的解码环境更加恶劣。

目前，通常使用的解码方法主要为，首先将解调后的基带数据经过硬件比较器之后得到数字信号波形或者直接使用集成芯片得到数字信号波形，然后使用选定的判决时刻和判决门限进行判决，根据信号在一个位（bit）时间内是否发生翻转决定该bit为0或者1。这种方法在信号环境比较恶劣并且干扰比较强的情况下，将造成误码率上升，并导致通信时间增长甚至通信失败。

为此，现有技术中需要一种能够克服ETC设备的不一致性和干扰信号的影响，有效地增强解码算法的抗干扰性并且提高通信的成功率的解码方法和***。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种FM0编码数据的抗干扰解码方法，采用一系列的滤波和整形措施，可以有效地增强解码算法的抗干扰性，提高通信的成功率。

根据本发明的第一方面，提供一种抗干扰解码方法，包括：

对基带模拟信号进行采样以获得采样信号；

对采样信号进行滤波预处理以去除不在频带内的干扰信号，获得经过滤波预处理的采样信号；

对经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行识别以生成数字信号；

去除数字信号的噪声信号以获得经过整形的数字信号；

对经过整形的数字信号进行解码，以获得解码信号和对应的采样时钟信号；以及

根据所述对应的采样时钟信号对解码信号进行解析以生成通信数据。

优选地，在对基带模拟信号进行采样以获得采样信号之前，对原始信号进行解调以获得基带模拟信号。

优选地，对经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行识别包括：根据对采样信号的连续采样点的信号值进行判断，确定采样信号处于上升区间或下降区间。

优选地，其中当采样信号处于上升区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断减小时，判断信号值减小的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转；

当采样信号处于下降区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断增大时，判断信号值增加的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转。

优选地，还包括对所述通信数据进行存储。

根据本发明的另一方面，提供一种抗干扰解码设备，包括：

AD采样单元，对基带模拟信号进行采样以获得采样信号；

滤波预处理单元，对采样信号进行滤波预处理以去除不在频带内的干扰信号，获得经过滤波预处理的采样信号；

数字比较器单元，对经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行识别以生成数字信号；

整形单元，去除数字信号的噪声信号以获得经过整形的数字信号；

信号解码单元，对经过整形的数字信号进行解码，以获得解码信号和对应的采样时钟信号；以及

数据解析单元，根据所述对应的采样时钟信号对解码信号进行解析以生成通信数据。

优选地，所述抗干扰解码设备与调制解调器连接，所述调制解调器对原始信号进行解调以获得基带模拟信号，并且将所述基带模拟信号发送给抗干扰解码设备的AD采样单元。

优选地，数字比较器单元对经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行识别包括：根据对采样信号的连续采样点的信号值进行判断，确定采样信号处于上升区间或下降区间。。

优选地，其中当采样信号处于上升区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断减小时，判断信号值减小的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转；

当采样信号处于下降区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断增大时，判断信号值增加的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转。

优选地，所述抗干扰解码设备还包括存储单元，所述存储单元对所述通信数据进行存储。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的抗干扰解码***的结构示意图；

图2 为根据本发明优选实施方式的滤波预处理单元处理的信号的示意图；

图3 为根据本发明优选实施方式的数字比较器单元处理的信号的示意图；

图4 为根据本发明优选实施方式的整形单元处理的信号的示意图；

图5 为根据本发明优选实施方式的信号解码单元处理的信号的示意图；以及

图6为根据本发明优选实施方式的抗干扰解码方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的抗干扰解码***100的结构示意图。如图1所示，抗干扰解码***100包括：AD采样单元101、滤波预处理单元102、数字比较器单元103、整形单元104、信号解码单元105、数据解析106和存储单元107。优选地，抗干扰解码***100采用一系列的滤波和整形措施，可以有效地增强解码算法的抗干扰性并且提高通信的成功率。

优选地，AD采样单元101对解调之后获得的基带模拟信号进行采样以获得采样信号。优选地，抗干扰解码***100还包括调制解调单元（图1中未示出），用于对接收的原始信号进行调制或解调。调制解调单元对接收的原始信号进行解调以获得基带模拟信号。优选地，为了尽可能将原始信号的失真程度控制在较低水平，AD采样单元101在满足奈奎斯特采样定理的基础上，适当提高采样频率以保留原始信号的更多信息。

目前，ETC***的FM0编码速率最高为512Kbps（上行链路的位速率为 512kbps，下行链路的位速率为256kbps）。优选地，为了后续处理单元能够有效滤除干扰和毛刺等，可以将AD采样单元101的采样频率设置为16.384MHz。在这种情况下，单个bit的时间内可以采样32个点。优选地，本发明仅以采样频率为16.384MHz作为实例进行说明，所属领域技术人员可以了解的是，AD采样单元101的采样频率可以设置为任何合理的数值。

优选地，滤波预处理单元102对AD采样单元101输出的采样信号进行滤波预处理以去除部分不在频带内的信号的干扰。优选地，滤波预处理单元102可使用低通或者带通有限长单位冲激响应（FIR，Finite Impulse Response）滤波器。通常，根据需要解码的数据的速率，设置通带频率和阻带频率。这样就能尽可能地保留在需要的频率附近的有效信号，而将其他频率的干扰信号有效地滤除。优选地，所使用的方法包括但不限于FIR滤波、信号削峰等，可以有效地滤除不在信号频率范围内的干扰信号

图2 为根据本发明优选实施方式的滤波预处理单元处理的信号的示意图。如图2所示，上方波形为经过滤波预处理单元102处理的采样信号波形，下方波形为经过AD采样单元101采样的采样信号波形。经过滤波预处理单元102后，对其他频率的噪声和干扰信号进行了有效滤除，得到平滑的数据信号波形。经过滤波预处理之后，信号整体有约2bit周期的延时，延时的大小与滤波预处理单元102所使用的滤波预处理算法以及使用的处理器的计算能力有关。

优选地，数字比较器单元103用于将经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行还原以生成数字信号波形。优选地，数字比较器单元103针对使用采样极值点的方法对采样信号进行处理。根据对采样信号的连续采样点的信号值进行判断，确定当前处于上升区间还是下降区间。例如，当采样信号的连续采样点的信号值不断增大，则可以确定当前处于上升区间，而当采样信号的连续采样点的信号值不断减小，则可以确定当前处于下降区间。

优选地，数字比较器单元103设置用于区分上升区间和下降区间交替变化时的变化阈值。当达到上升区间和下降区间交替变化时的变化阈值，进行信号的翻转。例如，当处于采样信号的连续采样点的信号值不断增大的上升区间并且出现随后的连续采样点的信号值变为不断减小时，判断信号值减小的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转。同理，当处于采样信号的连续采样点的信号值不断减小的下降区间并且出现随后的连续采样点的信号值变为不断增大时，判断信号值增加的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转。优选地，可以根据信号质量、干扰强度、附近环境等因素设置合理的变化阈值。其中，信号值减小的量是指邻近的最高信号值与当前值的差值，而信号值增加的量是指信号值从邻近的最低信号值与当前值的差值。

由于FM0数据在信号的边沿都会进行翻转，因此起始电平是0或1对信号本身没有影响。优选地，数字比较器单元103采用极值判断的方式，可以更加有效地反映出原始信号/采样信号的变化时刻。由于数字比较器单元的处理方法可以有效地反应出原始信号的变化时刻，因此也可以有效地提高对原始信号占空比的恢复能力。

图3 为根据本发明优选实施方式的数字比较器单元处理的信号的示意图。如图3所示，上方波形为经过数字比较器单元103进行模数转换后得到的数字信号波形，下方波形为滤波预处理单元102输出的经过滤波预处理的采样信号波形。由于数字比较器单元103采用判断信号趋势的方式进行模数转换，转换得到的数字信号波形能够逼近原始信号的变化时刻，可以得到良好的占空比。

优选地，整形单元104对数字比较器单元103输出的数字信号波形进行整形。整形单元104有效地滤除数字比较器单元103输出波形中的毛刺信号，可以更加准确地还原干净的原始信号。通常，毛刺信号的宽度要小于正常信号的宽度一半，因此为了区分正常信号和毛刺信号，需要根据设置的阈值进行毛刺的有效滤除，而不会在占空比变化等的情况下造成对正常信号的影响。优选地，可以根据信号质量、干扰强度、附近环境等因素设置合理的阈值。由于整形单元104对数字信号中的毛刺进行了滤除，可以便于后续单元进行处理并减少后续单元可能产生的误判。

图4 为根据本发明优选实施方式的整形单元处理的信号的示意图。如图4所示，上方的波形为经过数字比较器单元103进行模数转换后得到的数字信号波形，下方的波形为经过整形单元104之后的数字信号波形。整形单元104对于宽度小于一定阈值的毛刺信号，可以有效的进行滤除。

优选地，信号解码单元105对经过整形单元104整形的数字信号进行解码，以获得解码信号和对应的采样时钟信号。信号解码单元105的采样时钟信号跟随解码信号的边沿生成，可有效地避免累积误差以及容忍位速率偏移，同时能减少信号位速率变化对解码***的影响。此外信号解码单元105需要判断接收到的信号是否满足FM0编码规则，对于不满足FM0编码规则的信号，进行出错异常处理。

图5 为根据本发明优选实施方式的信号解码单元处理的信号的示意图。如图5所示，最上方为经过信号解码单元105解码的解码信号，中间为生成的采样时钟信号，最下方为经过整形单元104整形的信号。由于信号解码单元105产生了跟随解码信号的采样时钟信号，使后续单元能够得到解码信号，可以有效的避免积累误差并减小位速率对解码效果的影响。

优选地，数据解析单元106使用所述对应的采样时钟信号对信号解码单元105解码所得到的解码信号进行解析以获得通信数据。优选地，通信数据是通信双方，例如ETC设备通信方之间传送的用于信息交互的数据。。数据解析和存储单元106进行数据链路层的除零，如果不符合规则则进入异常处理，如果符合规则则进行串转并操作并进行存储，便于后续进行协议处理。

优选地，存储单元107对数据解析单元106解析的通信数据进行存储。存储单元107可以是各种类型的存储介质，例如，ROM或PROM、闪速存储器设备。

优选地，抗干扰解码***100通过使用滤波预处理单元102、数字比较器单元103以及整形单元104，使得解码算法的抗干扰性能明显提高。在将各个单元整体级联之后，使整个***的抗干扰解码能力可以得到显著提高。本发明由于采用了上述的抗干扰解码***100，可以在***干扰比较严重的情况下，有效的提高解码的成功率。

图6为根据本发明优选实施方式的抗干扰解码方法600的流程图。优选地，抗干扰解码方法600可以有效地滤除干扰信号对解码造成的影响，能够有效地恢复出FM0编码数据。抗干扰解码方法600对模拟基带数据经过AD采样所得到的采样信号进行滤波预处理，并且然后使用数字比较处理将经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行还原以获得数字信号，从而形成数字信号波形。进一步地，方法600对数字信号进行整形处理以滤波去除毛刺干扰，并且对经过整形处理后的数字信号进行解码。优选地，在对数字信号进行解码时，除了恢复原始信号还会得到同步采样时钟。接着，用同步采样时钟和恢复的原始信号进行数据解析并且将解析结果进行存储。

优选地，滤波预处理能够滤除其他频率信号的干扰、数字比较处理有效地还原原始信号的边沿并保持占空比、整形处理能够滤除毛刺以及信号解码处理能够避免累积误差并容忍位速率偏移。通过上述多个处理，使得解码算法的抗干扰性能明显提高。在将各个处理整体级联之后，使整个解码过程的抗干扰解码能力可以得到显著提高

如图6所示，抗干扰解码方法600从步骤601处开始。在步骤601，对解调之后获得的基带模拟信号进行采样以获得采样信号。优选地，在步骤601之前，对接收的原始信号进行解调以获得基带模拟信号。优选地，为了尽可能将原始信号的失真程度控制在较低水平，步骤601在满足奈奎斯特采样定理的基础上，适当提高采样频率以保留原始信号的更多信息。

优选地，为了后续处理能够有效滤除干扰和毛刺等，可以将采样频率设置为16.384MHz。在这种情况下，单个bit的时间内可以采样32个点。优选地，本发明仅以采样频率为16.384MHz作为实例进行说明，所属领域技术人员可以了解的是，AD采样单元101的采样频率可以设置为任何合理的数值。

然后，进入步骤602，对采样信号进行滤波预处理以去除部分不在频带内的信号的干扰。优选地，在步骤602，可使用低通或者带通有限长单位冲激响应（FIR，Finite ImpulseResponse）滤波器。通常，根据需要解码的数据的速率，设置通带频率和阻带频率。这样就能尽可能地保留在需要的频率附近的有效信号，而将其他频率的干扰信号有效地滤除。

如图2所示，上方波形为经过滤波预处理的采样信号波形，下方波形为经过采样的采样信号数据。经过滤波预处理后，对其他频率的噪声和干扰信号进行了有效滤除，得到平滑的数据波形。经过滤波预处理之后，信号整体有约2bit周期的延时，延时的大小与滤波预处理单元102所使用的滤波预处理算法以及使用的处理器的计算能力有关。

然后，进入步骤603，用于将经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行还原以生成数字信号波形。优选地，针对使用采样极值点的方法对采样信号进行处理。根据对采样信号的连续采样点的信号值进行判断，确定当前处于上升区间还是下降区间。例如，当采样信号的连续采样点的信号值不断增大，则可以确定当前处于上升区间，而当采样信号的连续采样点的信号值不断减小，则可以确定当前处于下降区间。

优选地，在步骤603，设置用于区分上升区间和下降区间交替变化时的变化阈值。当达到上升区间和下降区间交替变化时的变化阈值，进行信号的翻转。例如，当处于采样信号的连续采样点的信号值不断增大的上升区间并且出现随后的连续采样点的信号值变为不断减小时，判断信号值减小的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转。同理，当处于采样信号的连续采样点的信号值不断减小的下降区间并且出现随后的连续采样点的信号值变为不断增大时，判断信号值增加的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转。优选地，可以根据信号质量、干扰强度、附近环境等因素设置合理的变化阈值。其中，信号值减小的量是指邻近的最高信号值与当前值的差值，而信号值增加的量是指信号值从邻近的最低信号值与当前值的差值。

由于FM0数据在信号的边沿都会进行翻转，因此起始电平是0或1对信号本身没有影响。优选地，在步骤603，采用极值判断的方式，可以更加有效地反映出原始信号/采样信号的变化时刻。由于数字比较器单元的处理方法可以有效地反应出原始信号的变化时刻，因此也可以有效地提高对原始信号占空比的恢复能力。

如图3所示，上方波形为经过模数转换后得到的数字信号波形，下方波形为经过滤波预处理的采样信号波形。由于采用判断信号趋势的方式进行模数转换，转换得到的数字信号波形能够逼近原始信号波形的变化时刻，可以得到良好的占空比。

然后，进入步骤604，对数字信号波形进行整形，从而有效地滤除数字信号波形中的毛刺信号，可以更加准确地还原干净的原始信号。通常，毛刺信号的宽度要小于正常信号的宽度一半，因此为了区分正常信号和毛刺信号，需要根据设置的阈值进行毛刺的有效滤除，而不会在占空比变化等的情况下造成对正常信号的影响。优选地，可以根据信号质量、干扰强度、附近环境等因素设置合理的阈值。由于步骤604对数字信号中的毛刺进行了滤除，可以便于后续单元进行处理并减少后续单元可能产生的误判。

如图4所示，上方的波形为经过模数转换后得到的数字信号波形，下方的波形为经过整形单元104之后的数字信号波形。步骤604对于宽度小于一定阈值的毛刺信号，可以有效的进行滤除。

然后，进入步骤605，对经过整形处理的数字信号进行解码，以获得解码信号和对应的采样时钟信号。采样时钟信号跟随解码信号的边沿生成，可有效地避免累积误差以及容忍位速率偏移，同时能减少信号位速率变化对解码***的影响。此外，步骤605，需要判断接收到的信号是否满足FM0编码规则，对于不满足FM0编码规则的信号，进行出错异常处理。

如图5所示，最上方为经过解码的解码信号，中间为生成的采样时钟信号，最下方为经过整形处理的信号。由于在步骤605产生了跟随解码信号的采样时钟信号，使后续单元能够得到解码信号，可以有效的避免积累误差并减小位速率对解码效果的影响。

然后，进入步骤606，对解码信号进行解析并且对经过解析得到的数据进行存储。此外，步骤606进行数据链路层的除零，如果不符合规则则进入异常处理，如果符合规则则进行串转并操作并进行存储，便于后续进行协议处理。

使用本发明的抗干扰解码方法可以有效的提高对于FM0编码数据解码***的抗干扰性，有效的提高***的接收性能。

以上对本发明所提供的一种FM0编码数据的抗干扰解码方法进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种抗干扰解码方法，包括：

对基带模拟信号进行采样以获得采样信号；

对采样信号进行滤波预处理以去除不在频带内的干扰信号，获得经过滤波预处理的采样信号；

对经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行识别以生成数字信号，即根据对采样信号的连续采样点的信号值进行判断，确定采样信号处于上升区间或下降区间，当采样信号处于上升区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断减小时，判断信号值减小的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转；当采样信号处于下降区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断增大时，判断信号值增加的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转；

去除数字信号的噪声信号以获得经过整形的数字信号；

对经过整形的数字信号进行解码，以获得解码信号和对应的采样时钟信号；

以及根据所述对应的采样时钟信号对解码信号进行解析以生成通信数据。

2.根据权利要求1所述的方法，在对基带模拟信号进行采样以获得采样信号之前，对原始信号进行解调以获得基带模拟信号。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述通信数据进行存储。

4.一种抗干扰解码设备，包括：

AD采样单元，对基带模拟信号进行采样以获得采样信号；

滤波预处理单元，对采样信号进行滤波预处理以去除不在频带内的干扰信号，获得经过滤波预处理的采样信号；

数字比较器单元，对经过滤波预处理的采样信号的变化边沿进行识别以生成数字信号，即根据对采样信号的连续采样点的信号值进行判断，确定采样信号处于上升区间或下降区间，当采样信号处于上升区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断减小时，判断信号值减小的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转；当采样信号处于下降区间并且随后的连续采样点的信号值变为不断增大时，判断信号值增加的量是否达到变化阈值，如果达到变化阈值则确定采样信号的翻转；

整形单元，去除数字信号的噪声信号以获得经过整形的数字信号；

信号解码单元，对经过整形的数字信号进行解码，以获得解码信号和对应的采样时钟信号；以及

数据解析单元，根据所述对应的采样时钟信号对解码信号进行解析以生成通信数据。

5.根据权利要求4所述的设备，所述抗干扰解码设备与调制解调器连接，所述调制解调器对原始信号进行解调以获得基带模拟信号，并且将所述基带模拟信号发送给抗干扰解码设备的AD采样单元。

6.根据权利要求4所述的设备，所述抗干扰解码设备还包括存储单元，所述存储单元对所述通信数据进行存储。

Images