专利名称：使用周期平稳工具箱检测嵌入到噪声中的电视信号的存在的制作方法
使用周期平稳工具箱 检测嵌入到噪声中的电视信号的存在
本发明涉及认知无线电领域，尤其涉及检测供认知无线电择机
(opportunistic )使用的电视信号的存在或者不存在。
频谙灵活无线电(也称为认知无线电)代表了用于无线通信的新 出现的方法，其中根据需要来使用频谱的若干部分。认知无线电基于 外部环境来调节其传输特性。这意味着如果将所述频傳的一部分分配 给授权用户并且不在给定位置和时间中使用该部分，那么(FCC规则 允许的)灵活无线电就可以使用该频谱。通常，这些灵活无线电设备 确定不存在授权设备，以便它们的传输不对授权设备产生有害的干 扰。
认知无线电可以用于近距离无线情况(例如医院内的患者监控) 中或者远距离无线情况(例如无线最后一英里接入)中。应当注意， 参与电视服务的电视接收器并不进行发射。因此，它们的存在难于檢 测。然而，电视接收器需要来自电视广播站的最低信号电平以进行操 作。因此，能够检测深深嵌入到噪声中的电视信号的存在的技术是灵 活/认知无线电的关键部分。
因而，在工业中存在开发用于识别深深嵌入到噪声中的电视信号的方法的需要。
公开了用于检测嵌入到所接收信号中的电视信号的存在的方法、 设备和计算机产品，其中所接收信号包括电视信号和噪声。所述方法 包括步骤确定所接收电视信号的峰值能量；基于所确定的峰值能量 来确定电视信号的周期。在本发明的一个方面中，所述确定峰值能量 的步骤包括步骤以因子N上采样所接收信号；对经过上采样的所接 收信号的M个分段的組进行同步平均；对该信号执行自相关；以及在 该自相关函数的输出中检测峰值的存在。在本发明的另一个方面中， 所述方法包括步骤以因子N上采样所希望的信号；对该信号执行延
迟乘法；执行音调分析并且在该音调分析的输出中检测单个信号。
图1A和IB分别说明了传统模拟电视信号的时间表示和频率表
示；
图2A和2B说明了示例性数字电视(ATSC)信号的频率表示和帧 结构；
图3A和3B说明了传统NTSC(模拟)电视信号的循环相关和语 相关密度；
图3C说明了用于确定输出信噪比(SNR)以便获取电视信号的方
法；
图4说明了依照本发明的原理对传统模拟NTSC信号进行检测的
结果；
图5说明了依照本发明的原理对示例性ATSC (数字)电视信号 进行检测的结果；
图6说明了用于执行此处所示的处理的系统。
应当理解的是，这些附图仅仅用于图解说明本发明的概念的目 的，而并非意在限定本发明的范围。此处图中示出并且在伴随的详细 描述中说明的实施例旨在用作说明性实施例，并且不应当被视为实践 本发明的唯一方式。再者，适当时添加了参考字符的相同附图标记用 于标识相似的元件。
传统上，周期平稳工具箱用于检测嵌入到噪声中的信号。如果信 号具有周期平均和周期方差值(也可以表现出更高阶的周期平稳性， 比如四阶)，那么信号中就出现了周期平稳属性。图1A和1B分别说 明了传统模拟电视信号在时域和频域中的周期性质。参照图1A,传 统电视信号具有时间周期属性(H),其中在每个数据帧(458行) 之后产生"水平同步，，信号。该水平同步信号每秒重复30次。图1B 说明了频域中的周期信号，其中信号能量以由"H"给出的行周期所 隔开的频率聚集。参照图1A和1B，可以看出传统电视信号的频镨具 有高的自相关度，因而具备周期平稳属性。
图2A和2B说明了数字信号的类似周期平稳属性。参照图2A， 示出的数字电视信号(IEEE ATSC 53)的频镨在该频谱的预定部分中
包括抑制栽波，而且总频带类似地是固定的。图2B说明了该IEEE ATSC 53数字信号的重复帧结构，其中在24. 2毫秒帧中发送313个分段。
对于模拟信号，图3A和3B分别示出了循环自相关函数( 和循环镨密度函数((等式1和2)。这些函数可以确定为
其中K(r)为所接收的信号0c)的自相关函数；《(/)为所述周期自 相关函数的傅立叶变换；T为两个信号之间的延迟。
大多数现有方法提出使用延迟乘法来检测周期平稳(周期方差) 信号的存在。对于数字信号，延迟乘法电路的输出SNR(0^)由下式给 出
"z趁J (3) 其中0酣为输出SNR; Ns为FFT点的积分时间或者数目；以及Y
随不同的检测方案而变化。
然而，Y较小并且典型地等于0.0012。图3C说明了用于确定Y
值的方法。
依照本发明的原理，继之以基于音调检测(利用二阶周期平稳属 性)的信号检测的同步平均(利用一阶周期平稳属性)或者延迟乘法 用于确定包含电视信号和噪声的接收信号的隐含周期性，并且进一步 检测所接收的模拟和/或数字电视信号的存在。更特别地，利用一阶 周期平稳属性的本发明方法可以概括为包括步骤
a. 以因子N上采样所希望的信号；
b. 对具有M个分段的组执行同步平均；
c. 对该信号执行自相关；以及
d. 在该自相关的输出中检测峰值的存在。
基于在接收器处对于周期"H"(如图1A中所示)的估计，(由 于没有完全确定时钟恢复，因而在B个邻接的频率段(frequency bin) 上进行搜索)，可以对所接收的输入信号(电视信号和噪声)进行分 段，并且对M个这样的分段一起进行平均。B是基于接收器处的时钟 精度来选择的，换言之，如果时钟非常精确，那么B较小，而如果时
加=f ^一' 钟不那么精确，那么B为较大的数。由于"H"较大，因而在估计时 钟值中的误差对检测没有显著的影响(此外，在B个邻接的频率段上 进行搜索也部分地减轻了这个问题)。因此，使用匹配的滤波器类型 检测在模拟电视信号中检测同步模式的存在。
在第二方面，利用二阶周期平稳属性的本发明方法可以概括为包 括步骤(在B个邻接的频率段上执行)
a. 以因子N上采样所希望的信号；
b. 对该信号执行延迟乘法；
c. 执行音调分析；
d. 在音调分析的输出中检测单个信号。
图4说明了对于大小为M=5、 10、 15和20的分段、依照本发明 的原理对传统NTSC模拟电视信号进行基于同步平均的周期平稳检测 的结果。上采样因子N典型地取成比13. 5Mhz的模拟电视采样率和 10. 75兆码元/秒的数字电视采样率大几个数量级。
如所示，对于已知的输入SNR，随着选定的分段数(M)的增加， 输出SNR增大。换言之，随着所用的分段数的增加，所接收的信号在 更大数量的分段上进行平均，这允许得到更大的信噪比以及在所接收 的信号中检测到隐含周期的更大可能性。相应地，M作为所期望信号 的周期(H)估计的已知倍数。
图5说明了依照本发明的原理对示例性数字电视信号进行基于 延迟乘法和同步平均的检测的结果。在这个所说明的呈示中，相关l 表示继之以阈值检测以便检测场同步信号(即图2A中的水平轴)的 信号的自相关，相关2表示如上所述应用到ATSC (数字)信号以便 检测分段同步(即图2A中的垂直轴)的同步平均。
应当认识到，这里示出的处理可以由在计算机或处理系统上操作 的软件和/或硬件代码来执行。该系统可以包括存储向所述处理系统 提供必要指令的代码的可编程存储器，即PROM、 RAM、 FLASH等等。 所述代码可以预先存储在所述存储器中，或者可以经由一个或多个计 算机可读介质或者通过网络来下载。在另一方面，所述代码可以是装 载到向所述处理系统提供必要指令的FPGA或者ASIC中的硬件代码。 该处理系统还可以从提供便携式设备的运动指示的一个或多个传感 器中接收输入。
图6说明了用于执行此处示出的处理的常规处理器系统600。处 理器系统600包括通过通信总线625与存储器615和输入/输出设备 620进行通信的处理器610。存储器615可以包括当由处理器610执 行时、进行本文所述的处理的指令或计算机代码。输入/输出设备620 提供了供处理器610和/或存储器615往返于第二处理系统或信息显 示系统接收或者发送信息的手段。虽然未示出，但是应当认识到，可 以通过显示器和1/O设备620或者第二处理器系统和1/0设备620之 间的一个或多个网络来传输信息。例如，可以在通过1/0设备620的 网络上向所述存储器传送计算机代码。
尽管已经显示、描述和指出了应用于本发明优选实施例的、本发 明的基本新颖特征，但是应当理解的是，在不脱离本发明的精神的情 况下，本领域技术人员可以在所描述的设备方面、在所公开的设备的 形式和细节方面、以及其操作方面做出各种省略、替换和变化。要明 确指出的是，以基本相同的方式执行基本相同的功能以达到相同结果 的这些元件的所有组合都落在本发明的范围内。从一个所描述的实施 例到另 一个实施例的元件的替换也是可完全主张和考虑到的。
权利要求
1.一种用于检测表现出周期平稳属性的、嵌入到接收信号中的电视信号的存在的方法，其中所接收信号包括该电视信号和噪声，该方法包括步骤确定所接收的电视信号的峰值能量；以及基于所确定的峰值能量来确定所述电视信号的周期。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述确定峰值能量的步骤包 括步骤以因子N上采样所接收信号；对经过上采样的所接收信号的M个分段的组进行同步平均；对该信号执行自相关；以及在该自相关函数的输出中检测峰值的存在。
3. 如权利要求2所述的方法，其中N的值比所述电视信号的采 样率大至少一个数量级，并且在B个邻接的频率段上进行搜索。
4. 如权利要求1所述的方法，其中所述确定峰值能量的步骤包 括步骤a. 以因子N上采样所希望的信号；b. 对该信号执行延迟乘法；c. 执行音调分析；d. 在音调分析的输出中检测单个信号。
5. 如权利要求4所述的方法，其中N的值比所述电视信号的采 样率大至少一个数量级，并且在B个邻接的频率段上进行搜索。
6. —种用于检测表现出周期平稳属性的、嵌入到接收信号中的 电视信号的存在的设备，其中所接收信号包括该电视信号和噪声，该 设备包括与存储器进行通信的处理器，该处理器执行步骤 确定所接收的电视信号的峰值能量；以及 基于所确定的峰值能量来确定该电视信号的周期。
7. 如权利要求6所述的设备，其中所述确定峰值能量的步骤包 括步骤以因子N上采样所接收的信号；对经过上采样的所接收信号的M个分段的组进行同步平均； 对该信号执行自相关；以及在该自相关函数的输出中检测峰值的存在。
8. 如权利要求7所述的设备，其中N的值比所述电视信号的采 样率大至少一个数量级，并且在B个邻接的频率段上进行搜索。
9. 如权利要求6所述的设备，其中所述确定峰值能量的步骤包 括步骤a. 以因子N上采样所希望的信号；b. 对该信号执行延迟乘法；c. 执行音调分析；d. 在音调分析的输出中检测单个信号。
10. 如权利要求9所述的设备，其中N的值比所述电视信号的采 样率大至少一个数量级，并且在B个邻接的频率段上进行搜索。
11. 一种计算机可读介质，其向处理系统提供指令以便检测表现 出周期平稳属性的、嵌入到接收信号中的电视信号的存在，其中所接 收信号包括该电视信号和噪声，所述指令使得该处理系统执行步骤确定所接收电视信号的峰值能量；以及 基于所确定的峰值能量来确定该电视信号的周期。
12. 如权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述确定峰值 能量的步骤包括步骤以因子N上采样所接收信号；对经过上采样的所接收信号的M个分段的组进行同步平均；对该信号执行自相关；以及在该自相关函数的输出中检测峰值的存在。
13. 如权利要求12所述的计算机可读介质，其中N的值比所述 电视信号的采样率大至少一个数量级，并且在B个邻接的频率段上进 行搜索。
14. 如权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述确定峰值 能量的步骤包括步骤a. 以因子N上采样所希望的信号；b. 对该信号执行延迟乘法；c. 执行音调分析；d. 在音调分析的输出中检测单个信号。
15.如权利要求14所述的计算机可读介质，其中N的值比所述 电视信号的采样率大至少一个数量级，并且在B个邻接的频率段上进 行搜索。
全文摘要
公开了一种用于检测嵌入到接收信号中的电视信号的存在的方法，其中所接收信号包括该电视信号和噪声。可以将这些信号的一阶或二阶周期平稳属性用于它们的检测。当使用了一阶周期平稳属性时，使用以下方法，该方法包括步骤以因子N上采样所接收信号；对经过上采样的所接收信号的M个分段的组进行同步平均；对该信号执行自相关；以及在该自相关函数的输出中检测峰值的存在。当使用了信号的二阶周期平稳属性时，该方法包括步骤以固定延迟量(码元时间)延迟所接收的信号；将所接收的信号与延迟的版本相乘；在输出中寻找音调(单一频率)。
文档编号H04L12/56GK101371569SQ200780002503
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月16日 优先权日2006年1月17日
发明者B·董, D·比鲁, K·查拉帕利 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司