专利名称：在限幅器－鉴别器信号处理之后重建有噪声的角度调制信号的过零点信息的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从包括多个值的有噪声的信号序列中生成降噪信号序列的方法和设备，所述多个值表征有噪声的角度调制信号穿过阈值的时间位置。
尤其是在移动无线电技术的领域中使用接收机概念，所述接收机概念能够基于过零点序列估计CPFSK调制(连续相位频移键控)信号或者角度调制信号的所发送的数字数据符号。在这种情况下，这个过零点序列从具有后置计数鉴别器的限幅器的输出信号中被得到。由于能够省却(昂贵的)模拟/数字转换器，所以尤其是从复杂性和成本的观点来看，利用过零点序列检测数据的思想是令人感兴趣的。
在本专利权的申请日还没有公布的文献DE 012 14 581.4公开了一种中频接收机，该中频接收机使用过零检测器来检测信号。为此，由限幅器-鉴别器所输出的过零点间隔的序列以数字形式被存储在移位寄存器链中，并且与分类单元中先前所存储的过零点参考序列比较。基于过零点间隔的序列的数据检测以这样的方式来实现，即位于距所测量的过零点序列最短距离处的先前所存储的过零点参考序列被选择。对应于这个所选择的过零点参考序列的一个或者多个符号表示所检测的一个或者多个符号。
以所测量的过零点序列的估计为基础的这些接收机概念的难点在于，加性信道噪声影响过零点序列，更确切地说，尤其是以产生附加过零点的方式来影响过零点序列。这些附加过零点构成干扰，该干扰对估计过零点序列的每种检测方法的性能有不利影响。因此，不管被连接在限幅器-鉴别器的下游的数据检测器的类型，希望消除过零点序列中那些被归因于噪声的过零点。
抑制过零点序列中的(由噪声所引起的)附加过零点的一种可能方法是对由限幅器所输出的二值信号进行采样并且通过滤波来消除这个信号中的(由噪声所引起的)快速边缘变化。在这种情况下并不进行计数鉴别。缺点是，有必要对已经被限幅的信号进行采样。也被证明，(线性)滤波(原则上)并不能最佳地抑制由限幅器所生成的信号中的噪声。
本发明基于以下目标，即说明一种用于从有噪声的阈值交叉(threshold value crossing)信号序列中生成降噪的阈值交叉信号序列的方法和设备，在所述方法和设备中，由噪声所引起的阈值交叉在最大可能程度上被消除或者被完全消除。
本发明所基于的所阐明的目标通过独立权利要求的特征来实现。本发明的有利的改进方案和扩展方案在从属权利要求中被说明。
根据权利要求1，在第一步(a)中，决定针对所述有噪声的信号序列的值是否应生成所述降噪信号序列的值。因此确定，所述有噪声的信号序列的所考虑的值是否可以被归因于噪声，或者所述有噪声的信号序列的所考虑的值是否对应于角度调制信号的规则的阈值交叉。在第二步(b)中，如果针对所述有噪声的信号序列的值应生成所述降噪信号序列的值，则所述降噪信号序列通过新的值来更新。在考虑所述有噪声的信号序列的早期值的情况下计算所述降噪信号序列的这个值，针对所述有噪声的信号序列的早期值没有生成所述降噪信号序列的值。
因此，在本发明的情况下，已经被限幅和被鉴别的信号利用另一信号处理过程被去除噪声。根据步骤(a)，这个信号处理过程基于有噪声的信号序列到降噪信号序列或者到已经被去除噪声的信号序列的非线性映射。因此，本发明算法考虑限幅器的非线性对相位调制信号的特定影响。另外，根据步骤(a)，已经从中去除噪声的信号序列具有与理想信号序列相同数量的值，所述理想信号序列可能在没有噪声的情况下通过角度调制信号来生成。于是在步骤(b)中，当计算降噪信号序列的值时考虑噪声的影响。
优选地，通过将所述有噪声的信号序列的值与决策阈值进行比较的方式来执行步骤(a)。如果所述有噪声的信号序列的值大于所述决策阈值，则决定针对所述值应生成所述降噪信号序列的值。否则，决定针对所述值不应生成所述降噪信号序列的值。在这种情况下，应该以这样的方式来选择所述阈值，即该阈值能够可靠地在有噪声的信号序列的由噪声所引起的值和有噪声的信号序列的规则值之间进行区别。
优选地，所述角度调制信号是CPFSK调制信号、尤其是GFSK调制(高斯频移键控)信号。这些调制的形式被用于其中优选地使用本发明方法的蓝牙或者DECT系统中。
用于生成降噪信号序列并且优选地被连接在限幅器-鉴别器电路的下游的本发明设备具有用于决定针对所述有噪声的信号序列的值是否应生成降噪信号序列的值的装置。所述设备还包括用于在考虑所述有噪声的信号序列的早期值的情况下计算所述降噪信号序列的值的装置，针对所述有噪声的信号序列的早期值没有生成降噪信号序列的值，并且所述设备包括用于通过所计算的值来更新所述降噪信号序列的装置。这个“去噪”信号处理级以非线性的方式使阈值交叉的序列没有由噪声所引起的阈值交叉。
下面，使用示例性实施例和参考附图更详细地说明本发明，其中
图1示出传输系统的模型，该传输系统包括发送机、信道和不具有用于降噪的本发明设备的接收机；图2示出图1中所示模型的部分，所述部分表示接收机端并且具有用于降噪的本发明设备；图3示出一曲线图，其中相对于时间图解说明无噪声的和有噪声的CPFSK调制的中频信号；图4示出图3的细部图；图5示出一图形，其中相对于计数下标(index)j图解说明图3中所示的无噪声的中频信号的过零点间隔；图6示出一图形，其中相对于计数下标j图解说明图3中所示的有噪声的中频信号的过零点间隔；图7示出标准化直方图，用于图解说明无噪声的CPFSK调制的中频信号的概率密度函数pu(x)；图8示出标准化直方图，用于图解说明有噪声的CPFSK调制的中频信号的概率密度函数pu(x)；和图9示出用于降噪的本发明算法的流程图。
图1示出角度调制传输系统的模型。在发送机端，待传输的数据符号序列{dk}被供给调制器1。在该调制器1中执行适当的调制(例如CPFSK调制)。由调制器1所提供的相位函数φT(t)被供给发送机的射频部分2。该射频部分2经由(未示出的)天线发射实值的射频信号(x)t，在图1中，AT被用于表示信号幅度，而ω0被用于表示载频。
射频信号x(t)经由多径信道3被传输，所述多径信道可以被假设为在频谱上和时间上均无弥散。多径信道8的传输响应由脉冲响应g(t)来说明。另外，(由函数n(t)表示的)加性信道噪声被叠加在所传输的射频信号上。
在接收机端经由(未示出的)天线由射频部分4所接收到的接收信号r(t)由脉冲响应g(t)与所发射的信号x(t)的卷积加上噪声影响n(t)得出。在接收机的射频部分4中，这个信号被向下混合以形成中频信号y(t)。在这种情况下，在图1中，A表示中频信号的幅度，ωIF表示中频信号的角频率，φ(t)表示相位函数，而nφ(t)表示这个信号的相位噪声影响。
中频信号y(t)由过零检测器5接收，所述检测器包括限幅器6和被连接在限幅器6的下游的计数器7。限幅器6例如以这样的形式生成二值信号，即如果y(t)＞0，则限幅器输出采取值1，而如果y(t)≤，则限幅器输出采取值-1。因此，中频信号y(t)的过零点对应于限幅器6的输出端处的信号的过零点，显然，限幅器的传递函数是非线性的。
计数器7使用限幅器的输出信号来生成值 的序列 所述值 表征中频信号y(t)的过零点的时间位置。这例如可以通过计数器7输出连续过零点时刻之间的时间间隔作为值 来实现。为此，计数频率f0被供给计数器7，该计数频率f0比中频信号y(t)的过零点的期望频率高得多。计数器7通过限幅器6的输出信号的每个边缘被复位成值零，先前所达到的计数器读数作为过零点间隔 被输出。例如通过与在过零点时输出计数值和例如以符号时钟速率使计数器复位一起进行连续计数来生成过零点信息的其他形式同样也是可能的。
以这个方式确定的过零点间隔的序列 被供给数据检测器8，该数据检测器8基于该序列 以序列 的形式重建所发送的数据。
图2示出根据本发明的(在图1中所示的)信号处理的接收机端部分。相同的参考符号被用于表示与图1中相同的部分。降噪电路9的形式的附加信号处理级被布置在过零检测器5的输出端和数据检测器的输入端8之间。
应该指出的是，降噪电路9可被用于将过零点序列(或者更一般地阈值交叉序列)作为输入信号来处理的任何希望的数据检测器8。
序列{uj}说明由过零检测器5所输出的过零点间隔的序列。所述序列包含规则过零点间隔和由加性噪声n(t)所引起的过零点间隔。加性噪声n(t)对(附加的)过零点间隔的出现的影响在图3至8中来解释。
图3示出相对于以符号持续时间(比特持续时间)Tb为单位的时间t所绘制的无噪声的CPFSK调制的中频信号y(t)和有噪声的CPFSK调制的中频信号y噪声(t)。
图4示出噪声对过零点的出现的影响。就上升信号沿而言，除了规则过零点之外，在参考符号10处也出现由减弱信号的噪声峰值所生成的另外两个过零点。就下降信号沿而言，在参考符号11处，仅仅出现一个过零点，该过零点由增强信号的噪声峰值被移位到更高时刻。因此，原则上出现两种可能的噪声影响或者新的过零点出现或者过零点被移位。
在图5和6中，过零点间隔(计数器读数)uj相对于过零点的下标j被绘制。图5涉及无噪声情形，也即{uj}＝{ti}，其中{ti}被用于表示无噪声过零点间隔的序列。图6示出，加性噪声影响n(t)导致在有噪声的过零点间隔序列{uj}中的具有短间隔的附加过零点。
图7和8图解说明相应的频率分布作为无噪声的和有噪声的CPFSK调制的中频信号的概率密度函数的估计。图7涉及具有概率密度函数pt(x)的无噪声的中频信号的情况。图8示出有噪声的CPFSK调制的中频信号的概率密度函数pu(x)。变量x说明两个连续的过零点之间的间隔(计数器7的计数值)。显然，加性噪声影响导致在大约1至5个计数值范围中的大量短过零点间隔，并且导致在规则过零点间隔的区域中概率密度函数的扩展。
图9示出用于从有噪声的过零点序列{uj}中计算(已被去除噪声的)过零点序列 的本发明方法的流程图。该方法基于以下(由图8所支持的)假设，即序列{uj}的概率密度函数pu(x)是双峰的。假设大于阈值U的值(也即过零点间隔)由于噪声影响仅仅已被延长或者被缩短。根据该假设，小于该阈值U的值可以被归因于由噪声所引起的附加过零点。
针对该信号建模进行假设，该假设能够通过惯常的接收机前端以可接受的复杂性水平有效地来实现。因此，在考虑调制移位和“最坏情况的”信噪比的情况下，接收信号在限幅之前被向下混合成的中频以这样的方式来选择，即上述假设以良好的准确度应用。最坏情况的信噪比被理解为需要实现所要求的(尤其是有利的、最小的)误码率的信噪比。
在第一步101中，下一值uj由计数器7接收或者读取。在步骤102中，决定针对所述值uj是否应生成输出序列 的值。为此，将值uj与决策阈值U进行比较。如果uj≥U，则值uj作为组分a1被输入[2×1]向量a中(步骤103)。否则，uj被作为最后的元素bB＝uj被输入[B×1]向量b中(参见步骤104)。在步骤105中，于是B被增值1。因此，向量b存储那些根据步骤102中的决定可被归因于噪声的过零点间隔。
在步骤106中，根据下列方程式t^i=a0,B=0a0+b0,B=2a0+b0+···+b(B/2)-2+b(B/2)-1+b(B/2)2,B>2]]>计算从中已经去除噪声的序列 的值 该方程式考虑，在所述假设的情况下，两个规则过零点之间的过零点的数量必须总为奇数。因此，B总是偶整数。
于是根据a0=a1,B=0a1+bB-1,B=2a1+b(B/2)-1+b(B/2)2+b(B/2)+1+···+bB-1,B>2]]>重新计算向量元素a0(步骤107)，并且设置B＝0(步骤108)。在步骤109中，重新计算的值 在降噪电路9的输出端处被输出。
因此，在图9中所示的循环结束。在下一循环中，有噪声的过零点间隔的序列{uj}的下一值uj被读入。
图9中所示算法的一个优点在于，从中已经去除噪声的信号序列 具有与无噪声的信号序列{ti}相同数量的过零点。这对于许多检测方法是重要的，因为在数据检测所基于的信号序列中的附加过零点可能导致检测错误。另一优点在于，由于降噪，已经生成的信号序列 比原始过零点序列{uj}更好地对应于理想的(无噪声的)信号序列{ti}。尤其是基于过零点间隔对无噪声的信号进行重建的那些检测方法得益于此。
如已经提及的那样，由于该原则，本发明方法优于传统的基于滤波器的途径。其原因在于，本发明方法使用过零点间隔之间的(由于限幅器非线性对相位调制信号的影响而产生的)特定统计关系，这些关系原则上通过滤波可以不被考虑。
权利要求
1.用于从包括多个值的有噪声的信号序列中生成降噪信号序列的方法，所述多个值表征有噪声的角度调制信号穿过阈值的时间位置，所述方法具有以下步骤(a)决定(102)针对所述有噪声的信号序列的值是否应生成所述降噪信号序列的值；(b)如果针对所述有噪声的信号序列的值应生成所述降噪信号序列的值，则所述降噪信号序列通过新的值来更新(109)，在考虑所述有噪声的信号序列的早期值的情况下计算(106)所述降噪信号序列的值，针对所述有噪声的信号序列的早期值没有生成所述降噪信号序列的值。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)具有以下步骤-将所述有噪声的信号序列的值与所述决策闽值进行比较；--如果所述有噪声的信号序列的值大于所述决策阈值(U)，则决定针对所述值应生成所述降噪信号序列的值；否则--决定针对所述值不应生成所述降噪信号序列的值。
3.按照权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤(b1)所述有噪声的信号序列的当前值uj被存储(103)，所述值大于所述决策阈值；(b2)从所述有噪声的信号序列的先前值uj-1、uj-2、…、uj-B和从值a0中来计算(106)所述降噪信号序列的值 所述值a0根据所规定的计算规则从所述有噪声的信号序列的上次出现的并大于所述决策阈值(U)的值uj-B-1中得出，B说明所述有噪声的信号序列的当前值uj和上次出现的并超过所述阈值的值uj-B-1之间的所述有噪声的信号序列的值的数量；和(b3)所述值a0根据所规定的计算规则来更新(107)。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(b2)中，所述降噪信号序列的值 根据以下关系t^i=a0,B=0a0+b0,B=2a0+b0+...+b(B/2)-2+b(B/2)-1+b(B/2)2,B>2]]>来计算，其中b0至bB-1表示先前值uj-B至uj-1，并且在步骤(b3)中被用于更新(107)所述值a0的计算规则是a0=a1,B=0a1+bB-1,B=2a1+b(B/2)-1+b(B/2)2+b(B/2)+1+...+bB-1,B>2.]]>
5.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述有噪声的信号序列利用限幅器-鉴别器电路(5；6，7)从所述有噪声的角度调制信号中被生成。
6.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述角度调制信号是CPFSK调制信号、尤其是GFSK调制信号。
7.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法被用于蓝牙或者DECT系统中。
8.用于从包括多个值的有噪声的信号序列中生成降噪信号序列的设备，所述多个值表征有噪声的角度调制信号穿过阈值的时间位置，所述设备具有-用于决定针对所述有噪声的信号序列的值是否应生成降噪信号序列的值的装置(9)；-用于在考虑所述有噪声的信号序列的早期值的情况下计算所述降噪信号序列的值的装置(9)，针对所述有噪声的信号序列的早期值没有生成所述降噪信号序列的值，和-用于通过所计算的值更新所述降噪信号序列的装置(9)。
9.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，所述决策装置(9)包括阈值比较器，该阈值比较器将所述有噪声的信号序列的值与决策阈值进行比较，在该情况下，如果所述有噪声的信号序列的值大于所述决策阈值，则针对所述值应生成所述降噪信号序列的值，否则，针对所述值不应生成所述降噪信号序列的值。
10.按照权利要求8或者9所述的设备，其特征在于用于从所述有噪声的角度调制信号中生成所述有噪声的信号序列的限幅器-鉴别器电路(5；6，7)。
全文摘要
在一种用于从包括多个值u
文档编号H04L27/156GK1879376SQ200480033317
公开日2006年12月13日 申请日期2004年8月16日 优先权日2003年9月12日
发明者J·尼德霍尔茨 申请人:英飞凌科技股份公司