从接收到的通信信号中去除不必要带内信号的系统及方法
【专利说明】从接收到的通信信号中去除不必要带内信号的系统及方法
[0001]本申请是在2010年4月2日提交的序列号为12/753644的美国申请的部分延续申请，该美国申请12/753644要求在2009年12月3日提交的序列号为61/266312的美国临时申请的权益。在此通过弓I用将两个在先申请的全部内容包括在本发明当中。
技术领域
[0002]本发明涉及从接收到的通信信号中去除不必要带内信号的新型系统及方法，从而提高接收到的通信的质量。
【背景技术】
[0003]通过将信息编码到载波上并且通过不同种类的有线或无线媒介传输所生成的通信信号，信息可以被跨距离地传输。在接收端接收到混合信号，该混合信号既包括需要的通信信号，也包括有意或无意地附加到需要的通信信号的、且在需要的通信信号的带宽内的其它信号。这些其它信号可以包括噪声、干扰、或任何其它不期望的信号，并且因为这些其它信号共同地和单独地造成接收到的通信信号的质量的恶化，所以它们通常是不必要的。因为这些其它信号出现在需要的通信信号的频率范围(即，带宽)内，所以它们被称作是在“带内”。
[0004]接收到的通信信号的质量，诸如在电视频道(TV channel)或无线电信道上承载的通信信号的质量，可以被表示为载波功率(C)与噪声功率(N)的比值，其中C代表需要的接收到的通信信号的功率，N代表出现在载波的带宽中的所有不必要信号的总功率。本发明用于通过从接收到的通信信号中去除那些不必要信号来改进接收到的通信信号的质量。
【发明内容】
[0005]描述了一种从接收到的通信信号中去除一个或多个不必要带内信号的系统及方法。一个或多个带内信号可包括噪声、干扰信号、或任何其他影响基础通信的质量的不必要信号。接收器接收通信信号，接收到的通信信号包括需要的通信信号和一个或多个带内信号。信号分离器处理接收到的信号，以形成需要的通信信号的估计和带内信号的估计。性能改进器处理接收到的信号和一个或多个带内信号的估计，以形成需要的通信信号的改进的估计和带内信号的改进的估计。
【附图说明】
[0006]图1示出了根据本发明的实施例的带内信号去除器的框图；
[0007]图2示出了根据本发明的实施例的接收并处理通信信号的系统；
[0008]图3示出了根据本发明的实施例的接收到的通信信号的星座图；
[0009]图4示出了根据本发明的实施例的图2的所述信号在已被处理后的星座图；
[0010]图5示出了根据本发明的实施例的连同不必要信号一起的接收到的通信信号的星座图；
[0011]图6示出了根据本发明的实施例的图5的所述信号在已被处理后的星座图；
[0012]图7示出了根据本发明的实施例的带内信号分离器；
[0013]图8示出了根据本发明的实施例的增强型信号分离器的框图；
[0014]图9示出了根据本发明的实施例的使用增强型信号分离器连同信号解调器的系统；
[0015]图10示出了根据本发明的实施例的使用增强型信号分离器连同两个信号解调器的系统；
[0016]图11示出了根据本发明的实施例的性能改进器的框图。
【具体实施方式】
[0017]本发明描述用于从接收到的通信信号中去除不必要带内信号的新系统及方法，从而提高该通信信号的质量。在本文中使用的术语“接收到的通信信号”指的是包括承载信息的通信信号(也称为“需要的”通信信号)，以及同时占据相同带宽的、意料之外或不期望的其他信号(也称为“不必要”信号)这两者的混合信号。这些不必要信号包括噪声、干扰、和任何其它并非需要的通信信号的带内信号。这些信号是“不必要”的，因为它们共同地和单独地造成接收到的通信信号的质量的恶化。虽然不需要的带外信号可以容易地被频率选择滤波器过滤掉，但这些带内不必要信号通常不能被过滤掉。因此，带内信号更难被去除，特别是在带内信号的特征的先验知识不可得的情况下。
[0018]本方法既不需要对不必要带内信号的特征的先验知识，也不需要从与混合信号本身不同的任意源处得到任意不必要带内信号的副本。由此，全部过程是单独地实施自其中具有需要的通信信号和不必要信号这两者的混合的接收到的信号。因此，除了去除诸如干扰的其他带内信号之外，还可去除随机噪声。
[0019]为了帮助说明本发明，考虑以下接收到的通信信号:
[0020]S = C+I1+I2+…+In+NoB(公式 I)
[0021]其中，
[0022]S代表包括需要的通信信号和不必要带内信号这两者的混合的接收到的信号；
[0023]C代表需要的通{目{目号；
[0024]Il代表第一不必要信号；
[0025]In代表第η不必要信号；以及
[0026]NoB代表接收到的随机信号。
[0027]如此，可将该信号的接收到的载波噪声比(carrier-to-noise)性能描述为:
[0028]载波噪声比=C/(Il+I2+*"+In+NoB)(公式 2)
[0029]使用本发明，可以从接收到的信号S中估计不必要信号成分11、12...In和NoB。如下是对这些估计的描述:
[0030]Il*-第一不必要信号成分的估计；
[0031]12*-第二不必要信号成分的估计；
[0032]In*-第η不必要信号成分的估计；
[0033]NoB*-接收到的随机噪声的估计。
[0034]如果使用这些估计来抵消不必要信号成分，则提出以下公式:
[0035]ε = Il - Ι1*+Ι2_Ι2*+…+In - Ιη*+ΝοΒ - NoB* (公式 3)
[0036]其中，ε代表抵消后的残余误差。使用该方法，如果不期望成分的估计足够接近实际成分其本身，则该通信信号的接收到的载波噪声比的性能可被表达为C/ε，其中ε〈〈(Il+12+...+In+NoB)。
[0037]此项新技术可以以几种不同的方式使用，来改进接收到的通信信号的质量以及通信信道的容量。在本发明的一种构思中，当通信信号与诸如静电干扰的不必要随机噪声一起被接收时，其可用于改进实际的接收到的载波噪声比。通过估计噪声并且随后将噪声去除到误差ε的范围内，可以改进接收到的载波噪声比。本发明的此方面通过允许通信信号以更低的功率被传输并仍以相同的质量被接收到，将节约功率，并因此节约能量消耗。
[0038]根据本发明的另一个方面，该技术可被用于去除一个或多个在需要的通信信号的带宽内接收到的不必要干扰信号。通过估计干扰信号并随后将干扰信号去除到误差ε的范围内，可以改进接收到的通信信号的质量。
[0039]根据本发明的第三个方面，通过允许两个或更多个通信信号在相同带宽中同时被传输，其可用于提高信道的通信容量。在本发明的该构思中，需要的载波(C)以及带内干扰信号这两者均为通信信号。但是，从需要的载波(C)的观点上看，带内信号是不必要干扰。然而，从带内信号(其本身是需要的通信信号)的观点上看，载波(C)是不必要干扰。本发明可被用于将这些各种通信信号彼此分离，有效地允许多个载波同时共享相同的通信信道，并因此引起通信信道的容量上的净增益。对于给定的调制方案，使用该技术可获得的容量增长可被描述为如下的公式4:
[0040]Ci = (Μ-1) *100%(公式 4)
[0041]其中，Ci是信道容量的改进量，M是重叠的通信信号的数量。例如，以此方式传输的两个通信信号(Μ = 2)将导致容量的100%的增长(即，(2-1) *100% )。
[0042]该方法的一个优点是，为了去除不必要信号并获得需要的信号，其不需要给定的不必要信号的副本。
[0043]图1示出了根据本发明的实施例的信号去除器100的系统框图。如图1所示，输入信号SI表示需要的通信信号，S2表示在相同信道中同时被接收到的不必要信号。SI与S2可以是完全独立的，这意味着S2不必与SI以任意方式相关，例如，当S2是SI的修改后的版本时。
[0044]信号SI与S2可以在被信号去除器100处理前被预先处理。其可包括，但不限于，同时接收组合信号S1+S2，并且数字化、滤波、及重新采样该信号。