专利名称：用于检测以及用于生成有用信号的方法以及相关设备和通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测有用信号的方法以及一种用于生成有用信号的方法以 及相关设备和通信系统。
背景技术：
在用于信息传输或信息获取的宽带系统中大多数情况下需要与有用信号同步。在此，接收器(例如测量设备)经常在事先不具关于如下内容的信息在所接收 的信号中或在输入信号中是否或以何种程度包含有用信号。造成困难的还有，所接收的 信号可由于干扰而发生失真或大体上改变。干扰常常作为白噪声(或高斯噪声)出现，其中噪声功率谱密度在确定的或大或 小频带中是几乎恒定的。有问题的特别是与这样的白噪声不同并且具有强烈的时间和/ 或频率选择性特性的干扰。因此在接收器或测量设备中，多个频道可能短时间地被干扰，使得在频道本身 中不再可能识别有用信号。
发明内容
本发明的任务是，避免上述缺点并且特别是介绍一种方案，借助该方案，使得 在强烈的时间和/或频率选择性的干扰的情况下也能够以高可靠性对同步信号或有用信 号进行鲁棒的检测。该任务将根据独立权利要求的特征解决。根据从属权利要求还得出本发明的改
进方案。为了解决该任务，说明一种检测有用信号的方法，-其中有用信号是多维有用信号；-其中有用信号包括多个元素；-其中考虑有用信号的一个元素与该有用信号的至少一个另外的元素的函数依赖 性。因此在检测有用信号时有利的是，在多维中、例如在时-频域中考虑有用信号 的元素。优选地，有用信号的所述多个元素彼此是函数依赖的。此外有利的是，有用信号的所述多个元素被实施为冗余的，使得为了重建或检 测有用信号可以将所述多个元素中的一部分包括进来。优选地，有用信号的所述多个元素被划分到有用信号的多个维度上，使得在从 发送器到接收器的传输中可以容忍对有用信号的干扰。一种改进方案是，利用不同的载波信号和/或在不同的子信道上处理有用信号 的不同元素。
该有用信号可以被划分到不同的子信道上，这些子信道尤其是利用不同的载波 信号被调制。另一改进方案是，根据预先给定的η维矩阵确定或可以确定函数依赖性。特别地，可以给出该η维矩阵，以便预先给定函数依赖性。因此可能的是，η维 矩阵将函数依赖性预先给定为使得可以根据干扰的类型来检测有用信号。一种改进方案尤其是，根据频率调制、差分调制和/或编码来确定函数依赖 性。有用信号的元素的彼此的依赖性可以根据差分调制来确定。在此，优选地通过 状态改变、而不是通过绝对状态值来传输信息。差分调制的示例有D-PSK(差分相移 键控)、增量调制(Deltamodulation)。还有一种改进方案是，在时域和/或频域中确定函数依赖性。有用信号的元素尤其是可以被分布式地布置在时域和/或频域中，其中能够在 这些域之一或二者中给出函数依赖性。另外的一种改进方案是，有用信号是η维有用信号。该有用信号尤其可以是尤 其是在时_频域中的二维有用信号。作为附加的改进方案，在接收器处、尤其是在解码和/或解调的范围内考虑有 用信号的一个元素与该有用信号的至少一个另外的元素的函数依赖性。下一个改进方案在于，通过基于硬判决和/或基于软判决确定同步矩阵的各个 元素来考虑有用信号的一个元素与该有用信号的至少一个另外的元素的函数依赖性。在此可以使用多种不同方法来确定硬判决或软判决。尤其可能的是阈值比较或 随机判决，所述阈值比较或随机判决例如考虑预先给定的情形、例如预先给定长度的时 长。一种扩展方案是，考虑有用信号的一个元素与相同子信道和/或来自于多维有 用信号的至少一个另外的子信道的至少一个另外的元素的函数依赖性。可替代的实施方式是，为至少一个元素考虑相应的干扰信号估计或相应元素的 信号强度的估计。下一个扩展方案是，在考虑函数依赖性之后执行信号与该信号的至少部分地不 相交的部分的相关、尤其是信号与其自身的自相关，或者该信号与其他信号的互相关。相关器的系数尤其可以与同步矩阵匹配。还有一种扩展方案是，在考虑函数依赖性之后借助滤波器执行滤波。在此，可 以将滤波器的系数与同步矩阵相匹配。一种改进方案是，借助于滤波器确定该滤波器的与同步矩阵相匹配的系数与所 接收的信号的时间有限的分段(Abschnitt)之间的相关系数。附加扩展方案是，如果相关器或滤波器的输出端处的相关系数达到和/或超过 预先给定的阈值，则有用信号被识别。另一扩展方案是，在接下来的迭代中检验下一个相关系数是否好于上一个相 关系数并且在这种情况下根据较好的相关系数识别有用信号。还有一种可能性是，在考虑函数依赖性之前执行对干扰信号分量的减小，包括 步骤
(a)将输入信号变换为多维信号；(b)估计该多维信号的干扰分量，其中根据该多维信号的至少一个子集进行干扰 分量的估计；(c)将干扰分量与多维信号进行比较；(d)根据该比较至少部分地抑制该多维信号。在此应当指出，干扰信号分量可以是任意特性或强度的任意干扰信号。尤其是 在减小干扰信号分量的范围内，该干扰信号分量可以在强度上被或多或少地减小。示例 性地也可能(几乎)完全地减少干扰信号分量。有利地，这里所介绍的方案使得能够将输出信号中的干扰信号分量通过如下方 式减小被识别为受到强烈干扰的输入信号被强烈地直至完全地抑制并且因此不被继续处理。这所具有的优点例如是，可以禁止由于错误地识别数据造成的错误警报。特别地，该方法适于识别有用信号，其中有用信号优选地在多维信号的不同位 置处被冗余地传输。在被强烈干扰位置处的信号可以被减弱，同时例如在几乎没有(或 未被)干扰的位置处的信号被准许通过以进行继续处理。所介绍的方案的另一个优点是，不必知道在多维信号中的何处存在哪些有用信 号。更确切地说，对干扰信号分量的减小有利地在不需要关于有用信号的类型或位置的 更详细知识的情况下进行。换句话说，对干扰信号分量的减小与是否正好传输有用信号 无关地进行。优点还有，根据实际的信道干扰来动态地调整对干扰信号分量的减少。这尤其 是在时间有限的(强烈的)干扰情况下起作用，所述干扰例如在电网被用作通信网络时在 电网中出现。一种改进方案是，所述变换包括输入信号的串-并转换。在此可以有利地将串行信号变换成多维信号。例如，可以使用时-频变换或小 波变换。此外，可以使用这些或其他的变换，以便获得多维信号、尤其是η维信号。还有一种改进方案是，输入信号包括多维信号和/或复信号。另一改进方案是，该变换包括到时_频域的变换。一种改进方案尤其是，将多维信号存储在存储器中。优选地，该存储器可以实施为多个行耦合的并行移位寄存器。该存储器也可以 被实施为常规的存储器。例如，该存储器允许继续处理的单元访问多维信号的多维的时间有限的片段 (Ausschnitt)。还有的一种改进方案是，该存储器包括由耦合的移位寄存器组成的场(Feld)， 该场与输入信号的变换同步。此外一个改进方案是，通过为多维输入信号的至少一个子集确定预先给定的函 数和/或统计和/或统计变量和/或从中导出的变量或函数的至少一个值来进行对多维信 号的干扰分量的估计。在此，统计可以包括η维累积分布函数或η维概率(密度)函数。该统计变量 例如包括平均值、方差、绝对值或统计矩。所导出的变量例如包括超出量(Excess)、偏度(Skewness)、中值和/或特征函数。上述项目的组合也是可能的。尤其是可以确定干扰信号分量和/或有用信号分量的至少一个特征和/或至少一 个参数的估计。这样的特征或参数的示例尤其是信号幅度、信号功率、信号绝对值、信号电 平、相位、频率及其组合。在此，子集可以包括多维信号的一个或多个样本或片段。这些片段尤其是可以 被设置在多维信号的不同位置处。子集本身可以具有不同的一个或多个形式。也有可能 的是，子集具有如下形式该形式覆盖多维区域并且在此在该区域内具有多维空缺。在 二维时_频平面的示例中，这对应于在内部具有孔或开口的形式。在附加的改进方案的范围内，至少一个子集具有周期性。因此，在确定的时刻可以考虑多个子集或样本，其中子集在彼此之间具有确定 的时间间隔。下一个改进方案在于，通过根据干扰分量调节至少一个信号屏障来对干扰分量 与多维信号进行比较。因此，该比较允许根据估计的干扰分量来调节至少一个信号屏障。由此可以动 态匹配有用信号的阈值，也就是说高于阈值的信号可以被继续处理，而低于阈值的信号 被抑制并且不再继续处理。—种扩展方案是，如果多维信号与干扰分量不具有预先给定的间隔，则该多维 信号至少部分地被抑制。抑制多维信号的方式有利地可以依赖于信号强度并且不必构造为硬判决。例 如，多维信号与干扰相比越显得突出(例如与干扰的间隔越大)，则该多维信号可以被越 好地(越强烈地)准许通过。可替代的实施方式在于，尤其是通过为至少一个子集确定预先给定的函数和/ 或统计和/或统计变量和/或从中导出的变量或函数的至少一个值来对多维信号的有用信 号强度进行估计。一个扩展方案是，确定或执行有用信号分量的至少一个特征和/或至少一个参 数的估计。尤其是，可选地可以附加地估计有用信号强度和在减小干扰信号分量时考虑这点。下一个扩展方案是，在考虑到有用信号电平的情况下进行干扰分量与多维信号 的比较。还有一种扩展方案是，如果多维信号中的有用信号与干扰分量具有预先给定的 间隔，则该有用信号被识别。干扰分量的估计和有用信号分量的估计都可以如接收信号或有用信号本身那样 是多维的和/或复数的。相应地，可以使用用于减小干扰信号分量的方法，以便识别有用信号。改进方案是，在减小干扰信号分量时考虑至少一个另外的信道。因此，该方案可以实现为多输入多输出(MIMO)系统，其中每个信道可以对系 统的其他信道产生影响，并且这些影响中的每个或一部分被考虑。
—种附加扩展方案是，继步骤(d)之后，在步骤(e)执行步骤(a)的逆变换。另一个扩展方案是，执行输出信号到输出信号序列的并-串转换。相应地，可以提供原来的时域中的串行形式的输出信号以及时间进程中的串行 形式的估计的干扰信号。还有另一个扩展方案是，有用信号是同步信号。上文所述任务也可以通过一种生成有用信号的方法来解决，_在该方法中，有用信号由多个载波信号组成，其中每个载波信号在子信道中通 过自身的元素被调制，其中所述元素根据预先给定的同步矩阵产生，_在该方法中，有用信号的一个元素与该有用信号的至少一个另外的元素具有函 数依赖性。如上文所描述的那样，所生成的有用信号尤其是多维有用信号。同步矩阵优选 地也是多维同步矩阵。一种扩展方案在于，有用信号基本上在信息传输期间的开始时和/或多次在信 息传输期间被发送。还有另一个扩展方案是，所生成的有用信号是同步信号。另一个扩展方案是，根据多个载波信号确定有用信号，其中每个载波信号在子 信道中通过自身的元素被调制。此外，为了解决上述任务说明一种用于检测有用信号的设备，该设备包括处理 器单元，该处理器单元被安排为使得在该处理器单元上可以执行在此所述的方法。此外，为了解决上述任务说明一种用于生成有用信号的设备，该设备包括处理 器单元和/或至少部分地硬布线的电路布置，该处理器单元和/或电路布置被安排为使得 可以执行在此所述的方法。所述处理器单元可以是或者包括每种类型的具有相应的必要外围设备(存储 器、输入/输出接口、输入输出设备等)的处理器或电脑或计算机。这样的处理器单元 尤其是可以被设置在通信设备中，该通信设备尤其是具有发送器、接收器(Receiver)或 收发器。此外，可以设置硬布线的电路单元，例如FPGA或ASIC或其他集成电路。尤 其是可以设置电子元件、电磁元件、声学元件或其他元件，以便识别和/或处理不同的信号。因此，该设备尤其是可以包括用于并行处理信号的单元和/或用于串行处理信 号的单元。该设备可以包括或被实施为测量设备、诊断设备、计数器、信息获取设备、 调节设备、测向设备和/或相应的系统。该设备可以用在动力技术中。可能的是，所述信号包括不同的物理变量-电变量，-机电变量，-电磁变量，-声学变量，
-热变量，-机械(尤其是液压或气动)变量，-化学变量，-光学变量。上述变量的组合也可以作为一个或多个信号。一种改进方案是，该设备是通信设备，其中该通信仪器与另外的通信仪器通过 至少部分地包括电网的通信连接来交换信号。此外，为了解决所述任务说明一种系统，该系统包括这里所述的设备。
在下文中借助于附图来示出和阐述本发明的实施例。图1示出包括用于信号处理的单元的框图，这些单元使得能够在发送器处生成 同步信号并且在接收器处逐个元素地接收同步信号以及识别这些被逐个元素地接收的同 步信号；图2示出包括用于信号处理的单元的框图，这些单元使得能够减小干扰信号分 量；图3示出阐明为了确定干扰分量而包括二维信号的多个子区域的绘图。
具体实施例方式下文中特别是使用下列标记s(t), s(t, f)有用信号；Sk, ^t)(发送器侧的)有用信号或同步信号或者有用信号或同步信号的元素；w(t, ζ) 每个信道j的载波信号；w' (t，ζ)每个信道j的参考信号(接收器侧)；gK3(f) 同步信号的被检测的元素；Gk, j η维同步矩阵；G' ^ η维滤波器或相关器的系数矩阵；&，」同步矩阵Gk,」的元素；g' k,,系数矩阵G' k,,的元素；R(t)相关系数或相关矩阵；n(t, f)干扰;n(tj)对干扰n(t，f)的估计;r(t), r(t, f)输入信号；r' (t)，r' (t，f)干扰抑制后的输入信号；A(t，￡)说明输入信号r(t，β中以何种程度包含有用信号s(t，￡)的度量；A(tJ)对有用信号分量的估计或测量；ri(t，f)第一信道的多维(输入)信号；r' Jt，f)在干扰抑制或通过信号屏障之后的第一信道的多维(输入)信号；[MtT)}Nl^多维输入信号的针对干扰而被包括的子集；
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权利要求
1.一种用于检测有用信号的方法，_其中所述有用信号是多维有用信号； “其中所述有用信号包括多个元素；_其中考虑所述有用信号的一个元素与所述有用信号的至少一个另外的元素的函数依 赖性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中利用不同的载波信号和/或在不同子信道上处理 所述有用信号的不同元素。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中根据预先给定的η维矩阵确定所述函数依 赖性。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中根据频率调制、差分调制和/或编码确定 所述函数依赖性。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在时域和/或频域中确定所述函数依赖性。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述有用信号是η维有用信号。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述有用信号尤其是时-频域中的二维有用信号。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在接收器处尤其是在解码和/或解调的 范围内考虑所述有用信号的一个元素与所述有用信号的至少一个另外的元素的函数依赖 性。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中通过基于硬判决和/或软判决确定同步矩 阵的各个元素来考虑所述有用信号的一个元素与所述有用信号的至少一个另外的元素的 函数依赖性。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中考虑有用信号的一个元素与相同子信 道和/或来自多维有用信号的至少一个另外的子信道的至少一个另外的元素的函数依赖 性。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中为至少一个元素考虑相应的干扰信号估 计并且尤其是考虑相应元素的有用信号分量的相应估计。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在考虑所述函数依赖性之后执行相关。
13.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在考虑所述函数依赖性之后借助滤波器 执行滤波。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述滤波器的系数与同步矩阵相匹配。
15.根据权利要求13或14之一所述的方法，其中借助所述滤波器确定所述滤波器的 与所述同步矩阵相匹配的系数与所接收的信号的时间有限的分段之间的相关系数。
16.根据权利要求15所述的方法，其中如果所述相关系数达到和/或超过预先给定的 阈值，则所述有用信号被识别。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在接下来的迭代中检验下一个相关系数是 否好于上一个相关系数并且在这种情况下根据较好的相关系数来识别所述有用信号。
18.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在考虑所述函数依赖性之前执行对干扰 信号分量的减小，包括步骤(a)将输入信号变换为多维信号；(b)估计所述多维信号的干扰分量，其中根据所述多维信号的至少一个子集对干扰分 量进行估计；(c)将所述干扰分量与所述多维信号相比较；(d)根据该比较至少部分地抑制所述多维信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述变换包括所述输入信号的串_并转换。
20.根据权利要求18或19之一所述的方法，其中所述输入信号包括多维信号和/或复信号。
21.根据权利要求18至20之一所述的方法，其中所述变换包括到时_频域的变换。
22.根据权利要求18至21之一所述的方法，其中所述多维信号被存储在存储器中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述存储器包括由耦合的移位寄存器组成的 场，所述场与所述输入信号的变换同步。
24.根据权利要求18至23之一所述的方法，其中通过为所述至少一个子集确定预先 给定的函数和/或统计和/或统计变量和/或从中导出的变量或函数的至少一个值来对多 维信号的干扰分量进行估计。
25.根据权利要求24所述的方法，其中确定所述干扰信号分量的至少一个特征和/或 至少一个参数的估计。
26.根据权利要求18至25之一所述的方法，其中所述至少一个子集具有周期性。
27.根据权利要求18至26之一所述的方法，其中通过根据所述干扰分量调节至少一 个信号屏障来进行所述干扰分量与所述多维信号的比较。
28.根据权利要求27所述的方法，其中如果所述多维信号与所述干扰分量不具有预先 给定的间隔，则所述多维信号被至少部分地抑制。
29.根据权利要求18至28之一所述的方法，其中尤其是通过为所述至少一个子集确 定预先给定的函数和/或统计和/或统计变量和/或从中导出的变量或函数的至少一个值 来执行对所述多维信号的有用信号分量的估计。
30.根据权利要求29所述的方法，其中确定所述有用信号分量的至少一个特征和/或 至少一个参数的估计。
31.根据权利要求29或30之一所述的方法，其中在考虑到所述有用信号分量的情况 下执行所述干扰分量与所述多维信号的比较。
32.根据权利要求18至31之一所述的方法，其中如果所述多维信号中的有用信号与 所述干扰分量具有预先给定的间隔，则所述有用信号被识别。
33.根据权利要求18至32之一所述的方法，其中在减小所述干扰信号分量时考虑至 少一个另外的信道。
34.根据权利要求18至33之一所述的方法，其中继步骤(d)之后在步骤(e)中执行 步骤(a)的逆变换。
35.根据权利要求34所述的方法，其中执行所述输出信号到输出信号序列的并-串转换。
36.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述有用信号是同步信号。
37.根据上述权利要求之一所述的方法，其中根据多个载波信号来确定所述有用信号，其中每个载波信号在子信道中通过自身的元素被调制。
38.一种用于生成有用信号的方法，-其中有用信号由多个载波信号组成，其中每个载波信号在子信道中通过自身的元素 被调制，其中所述元素根据预先给定的同步矩阵来产生，_其中所述有用信号的一个元素与所述有用信号的至少一个另外的元素具有函数依赖性。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述有用信号基本上在信息传输期间开始时和 /或多次在信息传输期间被发送。
40.根据权利要求38或39所述的方法，其中所述有用信号是同步信号。
41.一种用于检测有用信号的设备，包括处理器单元和/或至少部分地硬布线的电路 布置，所述处理器单元和/或至少部分地硬布线的电路布置被安排为使得根据权利要求1 至37之一所述的方法能够被执行。
42.根据权利要求41所述的设备，其中所述设备是通信设备，其中所述通信设备与另 外的通信设备通过至少部分地包括电网的通信连接交换信号。
43.一种用于生成有效信号的设备，包括处理器单元和/或至少部分地硬布线的电路 布置，所述处理器单元和/或所述至少部分地硬布线的电路布置被安排为使得根据权利 要求38至40之一所述的方法能够被执行。
44.根据权利要求43所述的设备，其中所述设备是通信设备，其中所述通信设备与另 外的通信设备通过至少部分地包括电网的通信连接交换信号。
45.一种系统，包括根据权利要求41至44之一所述的设备。
全文摘要
说明有一种用于生成有用信号的方法以及一种用于检测有用信号的方法，其中有用信号的一个元素与该有用信号的至少一个另外元素具有函数依赖性。此外说明有相关的设备以及包括这样的设备的通信系统。
文档编号H04B1/10GK102027680SQ200880127519
公开日2011年4月20日 申请日期2008年2月26日 优先权日2008年2月26日
发明者J·库西克 申请人:西门子公司