用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法和裝置的製作方法

2023-10-09 01:09:24

專利名稱：用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理領域，更具體地涉及一種用於消除正交幅度調製信號中的同 信道幹擾的方法和裝置。
背景技術：
由於具有頻帶寬、容量大、功能多、成本低和抗幹擾能力強等優點，基於有線傳輸 模式的數字視頻廣播(DVB-C)標準的有線電視網(CATV)獲得迅速發展，尤其在中國，有線 電視網覆蓋了大部分地區。但因採用有線數據傳輸方式，數字有線電視系統在進行正交幅 度調製解調時，面臨著同信道信號幹擾的問題。這些來自其他信號源、表現為模擬信號(近 似於正弦信號)的幹擾信號會顯著的影響信號解調的質量。盲均衡算法是一種數位訊號處理技術，它僅根據發射信號的統計特性來從接收信 號中推斷出發射信號。而判決反饋均衡算法是一種非線性均衡算法，它依靠對先前信號的 判決來消除當前信號因受先前信號影響而產生的失真。恆模算法是盲均衡算法的一種，它採用發射信號的恆定模值來不斷更新信道評 估。通常採用Godard函數來計算恆定模值R。然而，在存在強烈的同信道幹擾的情況下，恆 模算法可能會因錯誤的預測方向而導致運算無法收斂到正確值。判決導引最小均方誤差算法是一種簡單的自適應均衡算法，它基於初步的判決值 來更新均衡器參數。該判決值通常是根據先前採用恆模算法的結果給出的，因而已具備較 低的誤差率。常規的盲判決反饋均衡算法通過將恆模算法和判決導引最小均方誤差算法組合 使用來獲得有效的誤差收斂，然而此方法在有同信道模擬信號幹擾的情況下性能不佳。

發明內容
鑑於以上的一個或多個問題，本發明提供了一種用於消除正交幅度調製信號中的 同信道幹擾的方法和裝置。根據本發明實施例的用於消除正交幅度調製(QAM)信號中的同信道幹擾的方法， 包括通過對時域接收信號進行快速傅立葉變換，獲取與時域接收信號對應的頻域接收信 號；計算頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率譜密度，並根據頻域接收信號中包含 的各個信號分量的功率譜密度與功率譜密度閾值之間的對比關係來消除頻域接收信號中 的同信道幹擾；以及通過對消除同信道幹擾後的頻域接收信號進行快速傅立葉反變換，獲 取消除同信道幹擾後的時域接收信號。根據本發明實施例的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，包括 信號變換單元，被配置為通過對時域接收信號進行快速傅立葉變換，獲取與時域接收信號 對應的頻域接收信號；幹擾消除單元，被配置為計算頻域接收信號中包含的各個信號分量 的功率譜密度，並根據頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率譜密度與功率譜密度閾 值之間的對比關係來消除頻域接收信號中的同信道幹擾；以及信號反變換單元，被配置為通過對消除同信道幹擾後的頻域接收信號進行快速傅立葉反變換，獲取消除同信道幹擾後 的時域接收信號。通過本發明，可以消除接收信號中包含的大部分同信道幹擾，從而可以為隨後通 過盲判決反饋均衡算法獲取更為準確的接收信號提供條件。


從下面結合附圖對本發明的具體實施方式
的描述中可以更好地理解本發明，其 中圖1示出了根據本發明實施例的用於消除QAM信號中的同信道幹擾的方法的流程 圖；圖2示出了根據本發明實施例的用於消除QAM信號中的同信道幹擾的裝置的框 圖；圖3示出了包括發射信號、信道噪聲以及同信道幹擾在內的接收信號的頻域功率 特性示意圖；圖4示出了在信道噪聲比為20、同信道水平為15的情況下，消除同信道幹擾後的 接收信號與發射信號的誤差曲線；圖5示出了根據本發明實施例的改進的用於消除QAM信號中的同信道幹擾的裝置 的框圖；圖6示出了根據本發明實施例的又一改進的用於消除QAM信號中的同信道幹擾的 裝置的框圖；圖7示出了約束恆模算法控制誤差收斂的等周線；以及圖8示出了利用圖6所示裝置推斷得出的發射信號和利用常規盲均衡算法推斷得 出的發射信號的誤差率性能比較示意圖。
具體實施例方式下面將詳細描述本發明各個方面的特徵和示例性實施例。下面的描述涵蓋了許多 具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說顯而易見的是， 本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅 是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明更清楚的理解。本發明絕不限於下面所提出 的任何具體配置和算法，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了相關元素、部件和算 法的任何修改、替換和改進。 包含信道白噪聲和同信道幹擾的時域接收信號可表述為xE = x+xN+xc(1)其中，&表示接收端的時域接收信號，χ表示發射信號，&表示信道白噪聲，而& 表示同信道幹擾(即，來自同信道的其他模擬信號的幹擾)。由於同信道幹擾的影響，利用通常的盲均衡算法無法提供令人滿意的誤差收斂性 能，甚至會因臨時判決與發射信號間的預測誤差過大而無法正確更新均衡器參數。因此，本 發明提出了一種用於消除QAM信號中的同信道幹擾的方法和裝置，以在隨後可通過盲均衡 算法來有效地收斂誤差。
6
圖1示出了根據本發明實施例的用於消除QAM信號中的同信道幹擾的方法的流程 圖。如圖1所示，該用於消除QAM信號中的同信道幹擾的方法包括S102，通過對時域接收 信號進行快速傅立葉變換，獲取與時域接收信號對應的頻域接收信號；S104，計算頻域接收 信號中包含的各個信號分量的功率譜密度，並根據頻域接收信號中包含的各個信號分量的 功率譜密度與功率譜密度閾值之間的對比關係來消除頻域接收信號中的同信道幹擾；以及 S106，通過對消除同信道幹擾後的頻域接收信號進行快速傅立葉反變換，獲取消除同信道 幹擾後的時域接收信號。圖2示出了根據本發明實施例的用於消除QAM信號中的同信道幹擾的裝置的框 圖。如圖2所示，該用於消除QAM信號中的同信道幹擾的裝置包括信號變換單元202、幹擾 消除單元204以及信號反變換單元206。其中，信號變換單元202通過對時域接收信號進行快速傅立葉變換，獲取與時域 接收信號對應的頻域接收信號(即，執行步驟S102)。幹擾消除單元204計算頻域接收信號 中包含的各個信號分量的功率譜密度，並根據頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率 譜密度與功率譜密度閾值之間的對比關係來消除頻域接收信號中的同信道幹擾(即，執行 步驟S104)。信號反變換單元206通過對消除同信道幹擾後的頻域接收信號進行快速傅立 葉反變換，獲取消除大部分同信道幹擾後的時域接收信號(即，執行步驟S106)。圖3示出了包括發射信號、信道噪聲以及同信道幹擾在內的接收信號的頻域功率 特性示意圖。如圖3所示，同信道幹擾的頻域功率譜密度在圖中表現為一個尖銳的脈衝波 形，明顯大於發射信號的穩定的功率譜密度峰值。因此，可以輕易地將其檢測出來並對其進 行裁剪操作。而信道噪聲幹擾的功率譜密度僅輕微地影響發射信號的功率譜密度，所以此 處不進行裁剪操作。假設信號變換單元202通過對時域接收信號&進行快速傅立葉變換(FFT)，得出 了與時域接收信號\對應的頻域接收信號\，如等式( 所示Xe = FFT(xK) =XijX2... Xn(2)在幹擾消除單元204中，通過以下處理來消除頻域接收信號&中的同信道幹擾首先，根據等式(3)計算頻域接收信號&中包含的信號分量&的功率譜密度Pyk:Pyk = Xk^conj (Xk) /N，k = 1，2. · · N(3)其中，N表示頻域接收信號&中包含的信號分量的數目，Conj( ·)表示計算複數 共軛值運算。接著，對信號分量&的功率譜密度Pyk與預定的功率譜密度閾值Tp進行比較，如 果Pyk >Tp，則根據等式(4)對信號分量&進行裁剪，否則保持信號分量&不變，即)(k'= Xk。Xk' = Xk*sqrt (Tp/Pyk)(4)其中，Xk'表示對應於信號分量&的裁剪後的信號分量，sqrt(.)表示求平方根 運算。這裡，可以根據時域接收信號所採用的正交幅度調製模式的星座圖所包含的星座點 的個數來預先設置用來檢測同信道幹擾的功率譜密度閥值Tp。例如，當時域接收信號採用 4-QAM調製模式時，將Tp設置為42。在如上所述地對接收頻域信號中的所有信號分量進行處理後，就基本消除了頻域 接收信號中的同信道幹擾。
信號反變換單元206對消除同信道幹擾後的頻域接收信號執行快速傅立葉反變 換(IFFT)，以得出消除同信道幹擾後的時域接收信號^lip,如等式(5)所示Xclip = IFFT(X1 『 ,X2' . . .Xn' ) = x/ , X2' . . . xN'(5)圖4示出了在信道噪聲比為20、同信道水平為15的情況下，消除同信道幹擾後的 接收信號與發射信號的誤差曲線。根據等式(6)計算消除信道幹擾後的接收信號與發射信 號之間的誤差eclip = abs (x-xclip)(6)其中，abs ( ·)表示絕對值運算。同信道水平(D/U[dB])定義為(lg( ·)表示求對數運算)同信道水平=20*(lg(QAM信號功率)-Ig(同信道幹擾的功率))。如圖4所示，在裁剪操作後，會降低之後進行的盲均衡算法的誤差收斂性能甚至 使收斂無效的同信道幹擾已基本被消除。但仍殘餘信道白噪聲和微弱的同信道幹擾。為了從消除同信道幹擾後的時域接收信號^cdip推斷得出發射信號X，可以在圖2 所示的裝置中加入盲判決反饋均衡單元208(如圖5所示)。具體地，盲判決反饋均衡單元 208可以利用常規的盲判決反饋均衡算法，從消除同信道幹擾後的時域信號^up推斷得出 發射信號。更具體地，盲判決反饋均衡單元208可以採用恆模算法對消除同信道幹擾後的 時域信號^lip進行處理。在這裡，由於消除了時域接收信號&中的同信道幹擾，所以相對 於利用恆模算法直接對時域接收信號A進行處理從而推斷得出的發射信號，通過本發明推 斷得出的發射信號的誤差更小了。如上所述，雖然通過圖2中所示的裝置的處理大大減小了接收時域信號中的同信 道幹擾，但接收時域信號中仍然殘餘信道白噪聲和微弱的同信道幹擾。因此，利用圖5中所 示的盲判決反饋均衡單元208推斷得出的發射信號仍然存在較大的誤差。圖6示出了根據本發明實施例的又一改進的用於消除QAM信號中的同信道幹擾的 裝置的框圖。相對於圖2所示的裝置，圖6所示的裝置中加入了改進的盲判決反饋均衡單 元210和最終判決單元212。改進的盲判決反饋均衡單元210將採用改進的盲判決反饋均衡算法，從消除同信 道幹擾後的時域接收信號推斷得出發射信號。具體地，該改進的盲判決反饋均衡算法包括 約束恆模算法(Restricted-CMA)和判決導引最小均方誤差算法(LMS)。如圖6所示，改進的盲判決反饋均衡單元210進一步包括約束恆模算法單元2102、 暫時判決單元2104以及誤差收斂單元2106。其中，約束恆模算法2102通過利用恆模算法均衡器對消除同信道幹擾後的時域 接收信號中包含的信號分量Xk' Xkt1'進行處理，獲取對應於時域接收信號&中包 含的信號分量& 的初步信號評估結果yk。因子設置單元2104根據初步信號評估結 果yk，對恆模算法均衡器下一次進行處理時將要採用的收斂因子進行設置。暫時判決單元 2104對初步信號評估結果yk進行暫時判決。誤差收斂單元2106基於暫時判決結果，利用 判決導引最小均方誤差算法對恆模算法均衡器的第一次設置的收斂因子進行第二次設置。 第二次設置的收斂因子被反饋到恆模算法均衡器，恆模算法均衡器隨後利用所述第二次設 置的收斂因子對消除同頻幹擾後的時域接收信號中包含的信號分量Xk+/ XkJ進行處 理，L表示所述恆模算法均衡器的長度。
下面結合圖7，說明約束恆模算法單元2102實現約束恆模算法的處理。圖7示出 了約束恆模算法控制誤差收斂的等周線。為了避免因過大的預測誤差導致恆模算法均衡器 的收斂因子被錯誤更新，約束恆模算法引入了誤差閥值Te來控制對於恆模算法均衡器的 收斂因子的更新。其中，如果利用約束恆模算法單元2102推斷得出的初步信號評估結果yk 在圖中半徑較大的等周線內，則更新恆模算法均衡器的收斂因子(即，進行第一次設置)， 否則不執行更新。該約束恆模算法表述如下yk = w' *(xk'，xk+1, · · · Xk^1),ek = R-(abs(yk))2,
權利要求
1.一種用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，包括通過對時域接收信號進行快速傅立葉變換，獲取與所述時域接收信號對應的頻域接收信號；計算所述頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率譜密度，並根據所述頻域接收信 號中包含的各個信號分量的功率譜密度與功率譜密度閾值之間的對比關係來消除所述頻 域接收信號中的同信道幹擾；以及通過對消除同信道幹擾後的頻域接收信號進行快速傅立葉反變換，獲取消除同信道幹 擾後的時域接收信號。
2.根據權利要求1所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，其特徵 在於，所述功率譜密度閾值是根據所述時域接收信號的調製模式預先設置的。
3.根據權利要求1所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，其特徵 在於，在消除所述頻域接收信號中的同信道幹擾的處理中，當所述頻域接收信號中包含的 信號分量&的功率譜密度大於所述功率譜密度閾值時，根據以下等式對所述信號分量&進 行裁剪 ' =)Ck*Sqrt(Tp/Pyk)，其中，)(k'表示所述消除同信道幹擾後的頻域接收信號中 包含的與所述信號分量&對應的裁剪後的信號分量，Tp表示所述功率譜密度閾值，Pyk表 示所述信號分量&的功率譜密度，sqrt(.)表示求平方根運算，k > 1。
4.根據權利要求1所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，其特徵 在於，還包括利用盲判決反饋均衡算法，從所述消除同信道幹擾後的時域接收信號得出對應於所述 時域接收信號的時域發射信號。
5.根據權利要求1所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，其特徵 在於，還包括利用約束恆模算法和判決導引最小均方誤差算法，從所述消除同信道幹擾後的時域接 收信號得出對應於所述時域接收信號的時域發射信號。
6.根據權利要求5所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，其特徵 在於，從所述消除同信道幹擾後的時域接收信號得出所述時域發射信號的處理包括通過利用恆模算法均衡器對所述消除同信道幹擾後的時域接收信號中包含的信號分 Χμ-/進行處理獲取對應於所述時域接收信號中包含的信號分量& &11的初 步信號評估結果yk，並根據所述初步信號評估結果yk對所述恆模算法均衡器的收斂因子進 行第一次設置；判斷所述初步信號評估結果yk與對應於所述時域接收信號的星座圖中的一個星座點 的坐標Zm的差值的絕對值是否小於1，即判斷abs(yk-zm) < 1是否成立，如果是，則將所述 初步信號評估結果yk暫時判決為^，否則將所述初步信號評估結果暫時判決為0，其中，m =1 M，M是對應於所述時域接收信號的星座圖中存在的星座點的數目；以及基於暫時判決結果，利用判決導引最小均方誤差算法進一步對第一次設置的收斂因子 進行第二次設置，其中第二次設置的收斂因子被反饋到所述恆模算法均衡器，所述恆模算法均衡器隨後利 用所述第二次設置的收斂因子對所述消除同頻幹擾後的時域接收信號中包含的信號分量 Xk+1' XkJ進行處理，L表示所述恆模算法均衡器的長度。
7.根據權利要求6所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，對所述 恆模算法均衡器的收斂因子進行第一次設置的處理包括判斷所述初步信號評估結果yk的絕對值abs(yk)與所述恆模算法均衡器採用的Godard 參數R的平方根▲的差值是否小於誤差閾值Te，即判斷-<&是否成立；如果是，則根據以下等式對所述恆模算法均衡器的收斂因子w進行第一次設置= w' +Mu*yk*ek*(Xk'，xk+1'，-Xk^1')，其中，w'表示所述恆模算法均衡器當前採用的收 斂因子，Mu表示所述恆模算法均衡器的調節誤差收斂速度的比例因子，ek = R-(abs(yk))2 表示所述初步信號評估結果的評估誤差，否則保持所述恆模算法均衡器當前採用的收斂因 子不變。
8.根據權利要求7所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法，其特徵 在於，所述誤差閾值"Te是根據所述時域接收信號的調製模式預先設置的。
9.一種用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，包括信號變換單元，被配置為通過對時域接收信號進行快速傅立葉變換，獲取與所述時域 接收信號對應的頻域接收信號；幹擾消除單元，被配置為計算所述頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率譜密 度，並根據所述頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率譜密度與功率譜密度閾值之間 的對比關係來消除所述頻域接收信號中的同信道幹擾；以及信號反變換單元，被配置為通過對消除同信道幹擾後的頻域接收信號進行快速傅立葉 反變換，獲取消除同信道幹擾後的時域接收信號。
10.根據權利要求9所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，其特 徵在於，所述功率譜密度閾值是根據所述時域接收信號的調製模式預先設置的。
11.根據權利要求9所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，其特 徵在於，在消除所述頻域接收信號中的同信道幹擾的處理中，當所述頻域接收信號中包含 的信號分量&的功率譜密度大於所述功率譜密度閾值時，所述幹擾消除單元根據以下等式 對所述信號分量&進行裁剪 ' =)Ck*Sqrt(Tp/Pyk)，其中，)(k'表示所述消除同信道幹擾 後的頻域接收信號中包含的與所述信號分量&對應的裁剪後的信號分量，Tp表示所述功率 譜密度閾值，Pyk表示所述信號分量&的功率譜密度，sqrt(·)表示求平方根運算，1。
12.根據權利要求9所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，其特 徵在於，還包括盲判決反饋均衡單元，被配置為利用盲判決反饋均衡算法，從所述消除同信道幹擾後 的時域接收信號得出對應於所述時域接收信號的時域發射信號。
13.根據權利要求9所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，其特 徵在於，還包括改進的盲判決反饋均衡單元，被配置為利用約束恆模算法和判決導引最小均方誤差算 法，從所述消除同信道幹擾後的時域接收信號得出對應於所述時域接收信號的時域發射信號。
14.根據權利要求13所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，其特 徵在於，所述改進的盲判決反饋均衡單元包括約束恆模算法單元，被配置為通過利用恆模算法均衡器對所述消除同信道幹擾後的時域接收信號中包含的信號分量 Xlrt-/進行處理獲取對應於所述時域接收信號中包 含的信號分量& 的初步信號評估結果yk，並根據所述初步信號評估結果yk對所述 恆模算法均衡器的收斂因子進行第一次設置；暫時判決單元，被配置為判斷所述初步信號評估結果yk與對應於所述時域接收信號的 星座圖中的一個星座點的坐標Zm的差值的絕對值是否小於1，即判斷abs(yk-zm) < 1是否 成立，如果是，則將所述初步信號評估結果yk暫時判決為Zm，否則將所述初步信號評估結果 暫時判決為0，其中，m = 1 M，M是對應於所述時域接收信號的星座圖中存在的星座點的 數目；以及誤差收斂單元，被配置基於暫時判決結果，利用判決導引最小均方誤差算法進一步對 第一次設置的收斂因子進行第二次設置，其中第二次設置的收斂因子被反饋到所述恆模算法均衡器，所述恆模算法均衡器隨後利 用所述第二次設置的收斂因子對所述消除同頻幹擾後的時域接收信號中包含的信號分量 Xk+1' XkJ進行處理，L表示所述恆模算法均衡器的長度。
15.根據權利要求14所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，所述 約束恆模算法單元通過以下處理對所述恆模算法均衡器的收斂因子進行第一次設置判斷所述初步信號評估結果yk的絕對值abs(yk)與所述恆模算法均衡器採用的Godard 參數R的平方根▲的差值是否小於誤差閾值Te，即判斷是否成立；如果是，則根據以下等式計算所述恆模算法均衡器下一次進行處理時將要採用的收斂 因子w:w = w' +MU*yk*ek*(Xk' , xk+1'，-Xk^1')，其中，w'表示所述恆模算法均衡器 當前採用的收斂因子，Mu表示所述恆模算法均衡器的調節誤差收斂速度的比例因子，ek = R-(abs(yk))2表示所述初步信號評估結果的評估誤差，否則保持所述恆模算法均衡器當前 採用的收斂因子不變。
16.根據權利要求15所述的用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的裝置，其特 徵在於，所述誤差閾值Te是根據所述時域接收信號的調製模式預先設置的。
全文摘要
公開了一種用於消除正交幅度調製信號中的同信道幹擾的方法和裝置。該用於消除正交幅度調製(QAM)信號中的同信道幹擾的方法，包括通過對時域接收信號進行快速傅立葉變換，獲取與時域接收信號對應的頻域接收信號；計算頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率譜密度，並根據頻域接收信號中包含的各個信號分量的功率譜密度與功率譜密度閾值之間的對比關係來消除頻域接收信號中的同信道幹擾；以及通過對消除同信道幹擾後的頻域接收信號進行快速傅立葉反變換，獲取消除同信道幹擾後的時域接收信號。
文檔編號H04L27/36GK102111375SQ200910262060
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者濱湊真, 王琪 申請人:富士通株式會社