专利名称：预处理信号的方法和信号处理方法
技术领域：
本发明涉及预处理信号的方法，并且还涉及信号处理方法。
背景技术：
在许多技术应用中，必须接收、处理然后发送信号。除了处理或变换所需的步骤外，接收的信号也会经历一些不必要的处理，所述不必要的处理在传送的信号中产生不希望有的失真。这些失真可能是线性的或非线性的。
为了在处理过程或甚至在以输出信号的形式发送接收的输入信号的过程中避免或降低这些信号失真，已经建议相对于所出现的信号失真预先补偿输入信号的一些不同方法。这些慨念的基本原理是对接收的输入信号执行预处理步骤，并将某些特性加到所述输入信号中消除或补偿那些失真，所述过程附加在主处理步骤和/或传送步骤中。
现有补偿输入信号的慨念的主要缺点在于，在许多情况下，预处理步骤是基于传递函数的逆变换或它的近似，传递函数代表了各个处理单元的特性。在许多情况下，传递函数的具体结构是未知的，和/或所述传递函数的逆函数不能用简单可靠的方法确定。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种预处理信号的方法和信号处理方法，这些方法能够用比较简单而又特别可靠的方法实现给定传递函数的逆函数和相应的补偿过程。
通过根据本发明的预处理信号的方法，利用独立权利要求1的一些特性特征来实现所述目的。还可以通过独立权利要求16的信号处理方法，利用独立权利要求16的一些特性特征来实现所述目的。在各从属权利要求中给出本发明的预处理信号的方法和信号处理方法的一些最佳实施例。
本发明的预处理信号的方法，特别是预处理广播信号等的方法包括一下步骤接收和/或产生待预处理的输入信号；产生输出信号，所述输出信号是输入信号相对于给定的传递函数的逆函数的变换，或者至少是所述变换的近似；以及输出作为预处理信号的所述输出信号。根据本发明，产生所述输出信号的步骤包括至少执行一次迭代的迭代过程。所述至少一次迭代包括一个不同处理步骤序列。首先，接收先前中间输出信号和所述输入信号。处理所述先前中间输出信号以便完全或近似地根据所述给定的传递函数来变换所述先前中间输出信号，从而产生并提供变换后的先前中间输出信号。为了产生并提供中间误差信号，从所述输入信号中减去所述变换后的先前中间输出信号。然后，把所述中间误差信号或其加权导数加到所述中间输出信号，从而产生并提供后继中间输出信号。在开始的迭代中，所述输入信号用作所述先前中间输出信号，而在非初始迭代中，先前迭代的给定的后继中间输出信号用作后继迭代的所述先前中间输出信号。在所述迭代过程的某个终止条件下，终止所述迭代，此时，当前的后继中间输出信号作为所述方法的输出信号。
因此，产生输出信号的基本思想是产生至少近似地按照给定传递函数的逆函数变换的输入信号作为输出信号，其方法是以迭代的方式将传递函数本身加到到输入信号上、计算每一次迭代相对于给定的输入信号的误差以及将每一次迭代的误差加到每一个中间的变换后的输出信号上。这样，形成相对于给定传递函数按照逆函数的方式变换的输入信号，作为可以由每一次迭代步骤的误差或中间误差控制的输出信号。
可以利用各式各样的判据来控制迭代次数n。
例如，根据本发明的方法的最佳实施例，迭代过程的迭代次数n是固定的和/或是预先确定的。
或者，迭代过程的迭代次数n是在所述迭代过程期间动态确定的。
在这种情况下，可以通过基于中间误差信号和/或它的展开的终止条件来确定迭代过程的迭代次数n。
如果中间误差信号处于预定的或给定的误差范围内，那么，最好确定要满足的终止条件。
还存在所述迭代过程、所述迭代和/或所述变换过程本身的各种可能的实现方案。
根据本发明的有利的实施例，完全或部分地利用数字信号处理装置来实现所述迭代过程、所述迭代和/或所述变换过程。在这种情况下，或者必须处理数字信号和/或必须包括模数转换或数摸转换的处理。
附加地或者以替代的方式，可以以用软件实现的方式或方法来实现所述迭代过程、所述迭代和/或所述变换过程本身。这产生一种特别高的灵活性，特别适合于相应的变换过程。
而且，可以以模拟方式或方法来实现所述迭代过程、所述迭代和/或所述变换过程。
在这种情况下，可以利用模拟信号处理装置(例如，模拟计算器等)来实现所述迭代过程、所述迭代或所述变换过程本身。
还有优点，如果选择利用的数字信号处理装置和/或利用的模拟信号处理装置以便具有或实现所述给定的传递函数或它的近似，那么还具有其他优点。
另外，可以通过反馈过程来实现所述迭代过程、所述迭代和/或所述变换过程的一些部分。
附加地或者以替代的方式，可以通过并行处理来实现所述迭代过程、所述迭代、所述变换过程本身和/或它的一些部分。
由于极大多数处理步骤要占有不同的处理时间，所以，特别有利的是根据本发明方法的另一个最佳实施例，在迭代期间，处理所述输入信号、所述先前中间输出信号和/或所述变换后的先前中间输出信号以便具有基本上固定的相互之间的时间关系，特别是通过应用适当的时间延迟处理。
所述变换过程g最好与所述传递函数H的近似值h相同，或与所述传递函数H本身相同。
根据本发明的另一方面，提供一种信号处理方法。
已知的信号处理方法包括以下步骤接收和/或产生准备由处理单元处理的作为一次输入信号的输入信号；利用补偿过程对所述一次输入信号进行预处理，从而产生一次输出信号；利用所述一次输出信号作为所述处理单元的二次输入信号；以及利用所述处理单元对所述二次输入信号进行处理，从而产生并输出作为信号处理方法的输出信号的二次输出信号。以下过程是众所周知的设计补偿过程，给出作为所述二次输入信号的所述一次输出信号的某些信号特征，以便通过所述处理单元获得与未预处理的二次输入信号比较，至少部分地降低或补偿了失真影响的二次输出信号。
所述信号处理方法的特征在于包括根据本发明的预处理信号的方法作为预处理所述一次输入信号的步骤或者作为它的一部分和/或作为所述补偿过程或者它的一部分。而且，所述处理单元的传递函数或它的近似可以用作所述预处理信号方法中的所述传递函数。一次输入信号或它的一部分可以用作所述预处理信号方法的所述输入信号。此外，所述预处理信号方法的输出信号或它的一部分可以用作所述一次输出信号和/或所述二次输入信号或它的一部分。
因此，本发明的信号处理方法的基本思想就是利用所描述的本发明的预处理信号的方法来补偿在处理单元的处理过程中可能出现的信号的失真。
根据本发明的信号处理方法的有利的实施例，利用与所述处理单元(或多个所述处理单元)相同或可比较的所述处理单元或处理器来实现所述预处理信号的方法，特别是把所述过程应用于相应的输入信号的所述步骤，或应用于先前中间输出信号的步骤。
根据本发明的另一方面，提供用于信号处理装置或用于信号预处理的装置，所述装置能够实现本发明的预处理信号的方法和/或它的步骤，或本发明的信号处理方法或它的步骤。
另外，提供计算机程序产品，包括计算机产品装置，当所述计算机程序产品在数字信号处理装置、计算机等中运行时，它能够实现本发明的预处理信号的方法和/或它的步骤，或本发明的信号处理方法或它的步骤。
最后，根据本发明的另一方面，提供一种包括本发明的计算机程序产品的计算机可读存储媒体。
还将通过以下评论来说明本发明的这些和其他方面发射机放大器通常具有非线性的传递函数。因此，在信号传送之前补偿发射机。本发明公开一种非常简单的补偿发射机的迭代方法。所述方法和算法能够补偿发射机的线性和非线性效应。
迭代可以被近似地用来使非线性元件线性化。在具体的例子中，所述迭代近似法用来使DRM发射机线性化。
AM/DRM发射机具有非线性的传递函数。下文中，所述传递函数称作H(f，t)，是与频率和时间相关的。因此，需要在发射机上补偿所述非线性传递函数。
在已知的补偿过程的简化方法中，传递函数H(f，t)将放大器(例如，天线)的线性和非线性效应组合在一起。传递函数依赖于发射机的输入信号，即是随时间变化的。在所述放大器前的补偿器中利用逆传递函数H-1(f，t)补偿所述传递函数H。遗憾的是，逆传递函数H-1常常是不存在的。在这种情况下，利用保留发射信号中的失真的结果来逼近所述逆传递函数H-1。
先有技术发射机补偿逼近所述逆传递函数H-1。这样的近似是很难求得的，并常常是不完善的。
本发明的解决方案把类似的迭代方法用于发射机补偿，所述发射机补偿可以用于产生同时广播信号。
对于非线性补偿，可以模拟非线性。在迭代方法中应用模型可以产生输出信号。借助于从延迟参考信号中减去的方法，将输出信号与参考信号比较。所述延迟补偿了非线性的组延迟。减法的结果表示第一次迭代后的误差信号。在迭代方法中需要将误差信号减至最小，以便将非线性线性化。因此，将第一次迭代后的误差信号乘以权重W，并将它加到参考信号中。这样，产生的信号是第二次迭代的输入信号。第二次迭代再次应用非线性模型计算实际的或物理的(例如，DRW发射机的)非线性输出信号。用类似于上述误差信号的方法计算第三次迭代的输入信号。
在N次迭代后，N可以固定，误差信号足够小。称作剩余误差的信号可以用作跟踪发射机补偿的成功。输出信号直接输入给非线性，即我们例子中的DRM发射机。
输入和输出信号可以是实信号或复合信号。非线性可以是任何非线性，例如，DRM发射机、声频放大器或扬声器的非线性。
在声频放大器的情况下，所述方法可以用于使声频功率放大器中，特别是高输出功率的谐波失真最小。声频放大器的谐波失真随输出功率的增加而增大，所以在高输出功率的情况下可以大大压缩谐波失真。从而可以提高放大器的输出功率。
自然，现有的补偿器可以与迭代方法组合改善现有补偿器的性能。
非线性(例如，放大器的非线性)传递函数H的逆函数H-1的近似法可以计算预补偿的输出信号。所述预补偿的输出信号输入给迭代法。迭代补偿器将低通路(DRM信号)用作迭代方法的参考信号。逆传递函数近似的输出信号用作迭代法的输入信号。
所述系统还具有以下优点，非线性中的变化可以很容易被迭代方法跟踪。例如，可以在用于迭代法的模型中方便地模拟非线性的温度漂移。在现有技术的方法中，这样的跟踪是极其复杂的。
下面将参照附图进一步说明本发明。
图1是本发明预处理信号方法的最佳实施例的方框图。
图2-4是说明迭代过程细节的方框图。
图5是说明先有技术的信号处理方法的方框图。
图6、7是说明本发明的信号处理方法的实施例的方框图。
图8-12是表示用于本发明的信号处理方法的不同信号的示意图。
参考符号E误差，最终误差；EU补偿单元；g变换过程；h传递函数H的近似；H传递函数；H-1逆传递函数；I输入信号；IE中间误差；Iprim一次输入误差；Isec二次输入信号；O输出信号；Oprim一次输出信号；Osec二次输出信号；PIO先前中间输出信号；PU处理单元；SIO后继中间输出信号；TPIO变换后的先前中间输出信号；W加权函数；W1，…，Wn加权函数；τ延迟过程；WIE权重中间误差。
具体实施例方式
下文中用相同的参考符号标明具有可比较结构和/或功能的元件。这些元件的详细说明在它们每次出现时不重复。
图1用示意的方框图说明本发明的预处理信号方法的实施例的总结构。在步骤S1中，接收或产生输入信号I。在接着的步骤S2中，根据所述接收的和/或产生的输入信号I产生输出信号O。最后，在步骤S3中，发送或输出所述输出信号O。
图2示出更详细的方框图，说明根据图1所示的方法的实施例的产生输出信号O的步骤S2的可能结构。在步骤S21中，接收先前中间输出信号PIO。
步骤S2的先前中间输出信号PIO取决于实际的迭代次数。如果执行第一次迭代，所述先前中间输出信号PIO仅仅是接收第一次迭代的输入信号I，即PIO＝I。但是，如果执行又一次迭代，那么，对于每一次进一步的迭代，所述先前中间输出信号PIO就是利用最新迭代获得的最近的先前中间输出信号SIO，即PIO＝SIO。
在接着的步骤S22中，某过程g应用于先前中间输出信号PIO，以便产生变换后的先前中间输出信号TPIO＝g(f，t)*PIO。其中，项g(f，t)*PIO＝gf，t*PIO是非线性变换函数h(f，t)./.H(f，t)＝hf，t./.Hf，t的近似，或项g(f，t)*PIO＝gf，t*PIO与非线性变换函数h(f，t)./.H(f，t)＝hf，t./.Hf，t相同。
这样，通过从给定的输入信号I减去所述变换后的先前中间输出信号TPIO来产生中间误差信号IE。所述中间误差信号IE被加到所述先前中间输出信号PIO，以便产生后继中间输出信号SIO。根据对步骤S2的迭代过程的某个终止条件是否被满足的判断，在步骤S25中，所述后继中间输出信号PIO被用作先前中间输出信号PIO的新值，然后，再次被提供给接收所述先前中间输出信号PIO的步骤S21。这样，图2的实施例示出了产生输出信号O的步骤S2的反馈循环结构。
图3更详细描述了图2所示过程。
把输入信号I和先前中间输出信号PIO提供给产生输出信号O的过程S2。在步骤S22中，某过程g被应用于先前中间输出信号PIO。从而，产生变换后的先前中间输出信号TPIO＝g(PIO)。其中，项g(f，t)*PIO＝gf，t*PIO再次为非线性变换函数h(f，t)./.H(f，t)＝hf，t./.Hf，t的近似，或项g(f，t)*PIO＝gf，t*PIO再次与非线性变换函数h(f，t)./.H(f，t)＝hf，t./.Hf，t相同。
在步骤S22之后，首先求变换后的先前中间输出信号TPIO的逆函数，然后，将输入信号I加进去，从而产生中间误差信号IE。在图3的实施例中，所述中间误差信号IE受到加权函数W的加权，以便获得加权的中间误差信号WIE。所述加权的中间误差信号WIE加到所述先前中间输出信号PIO，以便获得先前中间输出信号SIO。在终止条件被满足的情况下，所述迭代的先前中间输出信号SIO用作步骤S2的输出信号O。因此，所述输出信号O至少是输入信号I相对于给定的传递函数H的逆函数H-1的变换H-1*I的近似。
如图4所示，可以通过连续应用图3的多个过程来实现产生图1所示的输出信号O的图2和3的迭代过程(即步骤S2)。许多(n个)子过程S2-1至S2-n串联在一起，便可实现步骤S2的总体结构。子过程S2-1至S2-n中的每一个都具有与图3所示的步骤S2可比较的结构。此外，子过程S2-1至S2-n的加权函数W1至Wn可以彼此不同。而且，添加延迟分量τ，以便在迭代步骤1至n的每一次迭代中，对不同信号PIO、TPIO和I中的每一个进行时间调节。
在图4的实施例中，把输入信号I提供给步骤S2的过程，并输出作为通过给定的传递函数H的逆函数H-1变换的输入信号I的近似的输出信号O。此外，可以估算和提供最终误差E，以便表征步骤S2执行的迭代结果。
图5是已知的信号处理方法的方框图。DRM信号形式的一次输入信号Iprim被反馈给由作为补偿单元EU的补偿器建立的预处理方框，补偿单元将实现传递函数H的逆函数H-1＝1/H(f，t)。在应用补偿步骤后就可获得一次输出信号Oprim，并将它用作放大器和作为传递函数为H(f，t)的处理单元PU的发射机级的二次输入信号Isec。最后，提供并发送二次输出信号Osec。
图6和7借助于简化的方框图说明本发明的信号处理方法的实施例的基本结构。
与先有技术试图获得给定传递函数H的逆函数H-1的近似的信号处理方法不同，如，本发明的信号处理方法在图6和7所示的迭代补偿器EU的范围内利用本发明的预处理信号方法。
在图6的实施例中，迭代补偿器接收一次输入信号Iprim，并输出一次输出信号Oprim，并将Oprim作为二次输入信号Isec提供给传递函数为H的放大器PU。如图7所示，迭代补偿器EU的慨念可以与先有技术的近似逆函数H-1＝1/H的传统慨念结合在一起。而且，还需要延迟处理τ。
图8至11借助于示意图说明在本发明的预处理信号和信号处理方法中应用的不同信号之间的关系。在这些示意图中，横坐标表示相对于位于数值为0处的给定的中心频率的频率差Δf(kHz)。纵坐标表示相对的和归一化的信号强度或幅度(dB)。
图8说明在上述实施例中应用的输入信号I或一次输入信号Iprim。
图9表示先有技术的二次输出信号Osec，即，在图5所示的发送或放大处理之前，没有实现补偿或没有实现足够的补偿情况下的输出信号。并说明存在信号失真。
图10表示根据本发明已经实现的迭代补偿EU过程和放大或传送PU结合后，二次输出信号Osec或输出信号O。如从图8和10所示的信号之间的比较可以看出的，在通过图6和7所示的部分之前和之后，信号的特征相同，即如果在放大和传送PU的步骤之前已经应用本发明的迭代补偿过程EU，那么，附加到二次输出信号Osec的信号失真可以忽略。
图11是图8至10的信号的比较，以便进一步说明所述信号之间的差别和共同特征。
图12表示输入给图5的处理单元PU，作为二次输入信号Isec的一次输出信号Oprim。
权利要求
1.一种预处理信号，特别是预处理广播信号等的方法，它包括以下步骤-接收和/或产生(S1)待预处理的输入信号(I)，-产生(S2)输出信号(O)，所述输出信号是所述输入信号(I)相对于给定传递函数(H)的逆传递函数(H-1)的变换(H-1*I)，或至少是所述变换(H-1*I)的近似，以及-将所述输出信号(O)作为预处理后的信号输出(S3)，-其中在产生所述输出信号(O)的所述步骤(S2)中执行具有至少一次迭代的迭代过程，以及-其中每一次迭代包括以下步骤-接收(S21)先前中间输出信号(PIO)和所述输入信号(I)，-将过程(g)应用于(S22)所述先前中间输出信号(PIO)，这导致根据所述给定的传递函数(H)完全或近似地变换所述先前中间输出信号(PIO)，从而产生并提供变换后的先前中间输出信号(TPIO)，-从所述输入信号(I)减去(S23)所述变换后的中间输出信号(TPIO)，从而产生并提供中间误差信号(IE)，以及-将所述中间误差信号(IE)或其加权导数加到所述中间输出信号(PIO)，从而产生并提供后继中间输出信号(SIO)，-其中，在非初始迭代中，先前迭代的后继中间输出信号(SIO)用作后继迭代的所述先前中间输出信号(PIO)，-其中，在初始迭代中，所述输入信号(I)用作所述先前中间输出信号(PIO)，-其中，在所述迭代过程的某个终止条件下，所述迭代随所述输出信号(O)的当前的后继中间输出信号(SIO)而终止。
2.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，所述迭代过程(S2)的迭代次数n是固定的和/或预先确定的。
3.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，所述迭代过程(S2)的迭代次数n是在所述迭代过程(S2)期间动态地确定的。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述迭代过程(S2)的迭代次数n是借助于基于对所述中间误差信号(IE)和/或它的展开的估算的终止条件确定的。
5.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，如果所述中间误差信号(IE)处于预定的或给定的误差范围内，则确定满足终止条件。
6.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，完全或部分地以数字形式或方法来实现所述迭代过程(S2)、所述迭代和/或所述变换过程(g)。
7.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，完全或部分地利用数字信号处理装置来实现所述迭代过程(S2)、所述迭代和/或所述变换过程(g)。
8.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，以用软件实施的形式或方法来实现所述迭代过程(S2)、所述迭代和/或所述变换过程(g)。
9.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，以模拟形式或方法来实现所述迭代过程(S2)、所述迭代和/或所述变换过程(g)。
10.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，利用模拟信号处理装置来实现所述迭代过程(S2)、所述迭代和/或所述变换过程(g)。
11.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，选择所述数字信号处理装置和/或所述模拟信号处理装置，以便具有或实现所述给定传递函数(H)或其近似。
12.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，通过反馈回路来实现所述迭代过程(S2)、所述迭代和/或所述变换过程(g)的各部分。
13.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，通过并行处理来实现所述迭代过程(S2)、所述迭代、所述变换过程(h)和/或其中的各部分。
14.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，在所述迭代中，特别是通过应用适当的时间延迟处理来处理所述输入信号(I)、所述先前中间输出信号(PIO)和/或所述变换后的先前中间输出信号(TPIO)，使得它们彼此具有基本上固定的时间关系。
15.如上述权利要求中任一个所述的方法，其中，所述变换过程(g)与所述传递函数(H)的近似(h)相同，或与所述传递函数(H)本身相同。
16.一种信号处理方法，它包括以下步骤-接收和/或产生准备由处理单元(PU)处理的作为一次输入信号(Iprim)的输入信号(I)，-利用补偿过程预处理所述一次输入信号(Iprim)，从而-产生一次输出信号(Oprim)，-利用所述一次输出信号(Oprim)作为所述处理单元(PU)的二次输入信号(Isec)，以及-利用所述处理单元(PU)处理所述二次输入信号(Isec)，从而-产生并输出作为输出信号的二次输出信号(Osec)，-其中，所述补偿过程向作为所述二次输入信号(Isec)的所述一次输出信号(Oprim)提供某些信号特征，以便获得二次输出信号(Osec)，与没有预处理的二次输入信号(Isec)相比，所述二次输出信号(Osec)具有由所述处理单元(PU)至少部分地减小或补偿了的失真效应。其特征在于-包括权利要求1至15中任何一个所述的预处理信号的方法作为预处理(T2)所述一次输入信号(Iprim)的所述步骤或它的一部分和/或作为所述所述补偿处理和/或它的一部分，-所述处理单元(PU)的传递函数(Hpu)用作所述预处理信号方法的所述传递函数(H)，-所述一次输入信号(Iprim)或它的一部分用作所述预处理信号方法的所述输入信号(I)，以及-所述预处理信号方法的输出信号(O)或它的一部分用作所述一次输出信号(Oprim)和/或所述二次输入信号(Isec)或它的一部分。
17.如权利要求16所述的信号处理方法，其中，利用与所述处理单元(EU)或多个所述处理单元(EU)相同或可比拟的所述处理单元(EU、PU)或处理器来实现所述预处理信号的方法，特别是所述应用(S22)过程(h)的步骤。
18.一种用于信号处理或信号预处理的装置，所述装置能够执行根据权利要求1至15中任何的预处理信号的方法或其步骤和/或根据权利要求16或17中任何一个的信号处理的方法或其步骤。
19.一种计算机程序产品，它包括计算机程序装置，当所述计算机程序产品在数字信号处理装置、计算机等上运行时，所述计算机程序装置能够实现权利要求1至15中任何一个的预处理信号的方法或其步骤，或实现权利要求16或17中任何一个的信号处理方法或其步骤。
20.一种计算机可读存储媒体，它包括根据权利要求19的计算机程序产品。
全文摘要
提出了预处理信号的方法和信号处理方法，其中，执行至少有一次迭代的迭代过程产生基于输入信号(I)的输出信号(O)。在每一次迭代中，接收(S21)先前中间输出信号(PIO)和所述输入信号(I)。根据给定的传递函数(h)，将处理(g)应用(S22)于所述先前中间输出信号(PIO)，对所述先前中间输出信号(PIO)进行变换，以便产生变换后的先前中间输出信号(TPIO)。然后，从所述变换后的中间输出信号(TPIO)减去(S23)所述输入信号(I)。从而，产生中间误差信号(IE)，并将其加到所述中间输出信号(PIO)，以便在迭代过程终止后，产生作为输出信号(O)的后继中间输出信号(SIO)。
文档编号H04B3/06GK1665227SQ200510053038
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月1日 优先权日2004年3月1日
发明者D·施尔, J·维尔德哈根 申请人:索尼德国有限责任公司