CN101312350B - 检测突发噪声并降低其影响的通信系统及解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测突发噪声并降低其影响的通信系统及解调方法，上述系统包括：可控制振荡器、混频器、决定单元、比较器、平滑器、控制器。可控制振荡器产生振荡信号；混频器耦接于可控制振荡器，接收输入数据并将输入数据与振荡信号混频；决定单元接收已混频的输入数据，并产生估计符号；比较器产生估计符号与已混频的输入数据之间的决定误差；平滑器耦接于可控制振荡器，过滤决定误差，并产生已过滤决定误差，可控制振荡器则依据已过滤决定误差产生振荡信号；以及控制器依据决定误差调整平滑器的带宽。上述系统及方法可有效检测数据通信信道的突发噪声，并通过降低环路滤波器的带宽以及停止或延迟均衡器系数的更新来避免数据因突发噪声而失真。

Description

检测突发噪声并降低其影响的通信系统及解调方法
技术领域
本发明有关于数据通信，特别有关于一种用来检测数据通信信道中突发噪声(burst noise)及预防数据因突发噪声而失真降低其影响的系统及方法。
背景技术
通信系统是用来通过一个或多个物理信道在远程的传输端及接收端之间传输数据。有数种因素可能损坏数据传输的完整性和可靠性，如传输失误、接收失误及物理信道干扰。影响数据传输的质量和速度的干扰包括突发噪声(或脉冲)。突发噪声可能由许多无法控制的事件造成，例如闪电、与电力系统相关的电弧及电流瞬变等。这种噪声由随机噪声的强力爆发构成，其发生通常无法预期，并且只持续一小段时间(约为数微秒)。
为了降低突发错误(burst error)的影响，许多通信系统在传输端设置交错器(interleaver)并在接收端设置对应的解交错器(deinterleaver)。因此，当突发噪声产生时，噪声的影响被分散于传输信号中，从而能够避免数据传输被完全中断。
然而，在某些通信系统中，接收端的处理单元并不实施交错。例如，欧洲所采用的下一代数字电视系统有线传输电视(CATV)和有线数字视频广播(DVB-C)，先将接收的数据解调，解交错，再加以解码。在接收端的解调阶段时，将会无法防止传输的数据因为突发噪声而被损坏。而且，穿透未解调的传输数据的突发噪声使得解交错器和信道译码器无法充分抵抗突发噪声。
发明内容
为了解决现有技术中突发噪声对数据传输的干扰以及数据传输会因为突发噪声而中断的技术问题，本发明提出一种通信系统和解调方法，可以降低突发噪声对数据传输的干扰，以及避免数据传输因突发噪声而中断。
一种通信系统，包括：可控制振荡器，用来产生振荡信号；混频器，耦接于可控制振荡器，用来接收输入数据并将输入数据与振荡信号混频；决定单元，用来接收已混频的输入数据，并产生估计符号；比较器，用来产生估计符号与已混频的输入数据之间的决定误差；平滑器，耦接于可控制振荡器，用来过滤决定误差，并产生已过滤的决定误差；可控制振荡器依据已过滤的决定误差产生振荡信号；以及控制器，依据比较器产生的决定误差调整平滑器的带宽。
一种解调方法，包括：产生振荡信号；接收输入数据并将输入数据与振荡信号混频；将已混频的输入数据映射到估计符号；产生估计符号与已混频的输入数据之间的决定误差；依据带宽过滤决定误差，并依据已过滤的决定误差产生振荡信号；以及依据估计符号与已混频的输入数据之间的决定误差调整带宽。
上述通信系统及解调方法，通过决定误差产生振荡信号，进而判断突发噪声，并通过调整平滑器的带宽来避免数据因突发噪声而失真。
附图说明
图1是本发明解调器的方块图。
图2是决定符号的范例的示意图。
图3是传输符号及对应的接收符号的示意图。
图4是计算短期信噪比的范例的示意图。
图5是正交调幅符号的分布图。
图6是高阶噪声脉冲及噪声期间的时间图。
图7是实施多个突发噪声检测机制的解调器的方块图。
图8是具有大噪声区域标识的正交调幅符号的分布图。
图9是突发噪声标志的时间图。
图10是噪声期间、短期信噪比信号及突发噪声标志的时间图。
图11是本发明控制突发噪声的方法的流程图。
图12是本发明另一控制突发噪声的方法的流程图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包括但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
图1是本发明解调器10的方块图。解调器10可看作是闭环系统(closed-loop system)。决定单元102接收已均衡的符号并产生决定符号。图2是决定符号的范例的示意图。以圆圈24表示接收符号，而以点22表示传输符号。传输符号32以及对应的接收符号34则如图3所示。决定单元102将已均衡的符号映射到分布图(constellation)中，并依据分布图决定最可能的决定符号。决定单元102可以由硬件电路及/或由控制器或处理器执行的相关的程序代码来实现。在某个实施例中，所述的分布图是二元的。换句话说，正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)、正交相移键控(Quadric PhaseShift Keying，QPSK)的解调器或其它类似的解调器可以采用上述系统。比较器104会将所述的决定符号与先前决定符号进行比较以估计决定误差。由比较器104估计的决定误差被传输至平滑器(smoother)106，而经由平滑器106过滤后的差异则被传输至电压控制振荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)108。平滑器106是用来使决定误差变异变得平滑。这种平滑器的范例为环路滤波器(loop filter)，其可以使输入的变异平滑。电压控制振荡器108产生的振荡信号被传输至混频器(mixer)110，混频器将振荡信号与接收的信号混频，以将接收的信号转换为所需的频率。混频器110执行的操作的范例为下变频(down converting)。如图1所示，混频器110提供频率偏移计算，亦即，计算本地端的电压控制振荡器108的频率与传输端的另一振荡器的频率的差异。控制器112依据决定误差来检测突发噪声。若检测到突发噪声，控制器112则会阻止突发噪声进入闭环系统(closed-loop system)10。例如，因为突发噪声可以被识别为高频噪声，所以控制器112将平滑器106的带宽变窄。均衡器114是可选择的。在本发明的实施例中，均衡器114为决策导向均衡器，用来补偿时间变异和带限信道。
本发明的实施例中，通过计算短期信噪比(short-term signal-to-noise ratio，SNR)来检测突发噪声。控制器112从比较器104接收决定误差，依据决定误差计算短期信噪比并将短期信噪比与预设信噪比进行比较。若短期信噪比小于预设信噪比，则检测到突发噪声。预设信噪比是解调器10用来矫正解调的最小需求。预设信噪比随着不同情况而变化，所以在本发明中并不限定预设信噪比的值。短期信噪比是从近期接收符号的信噪比计算而得出。有许多种方法可用来计算短期信噪比。结合当前信噪比和先前信噪比来计算短期信噪比的其它方法亦属本发明的范围。例如，分别将当前信噪比和先前信噪比乘以特定权重，并将其相加可以得出短期信噪比。如图4所示，决定误差的实部(real part)与虚部(imaginary part)被传输至噪声功率估测器402以计算当前信噪比。当前信噪比被乘以一个权重系数“α”，然后与乘以另一个权重系数的先前信噪比相加得出短期信噪比。其中，先前信噪比是由上一个当前信噪比延迟后产生。需要注意的是，有许多不同的方法可以结合两个变量，例如使用算数平均值或其它类型的平均值。
本发明的另一个实施例，是依据观测高阶噪声来检测突发噪声。当已混频的输入数据的实部或虚部超过预设容限时，则检测到高阶噪声。图5是正交调幅符号的分布图，其中“●”表示传输符号，位于实线之外的“○”则被视为具有高阶噪声的符号。换句话说，实部或虚部超过预设容限M的符号被视为具有高阶噪声的符号。当检测到高阶噪声，表示噪声期间的信号被激活为逻辑高电平并持续数个符号期间。图6是高阶噪声脉冲及噪声期间的时间图。符号期间的长度为经验值，可以依据不同的环境加以调整。在本实施例中，噪声期间为10个符号期间。
依本发明的实施例，解调器10实施多个机制来检测突发噪声。例如，如图7所示，解调器10不仅估测短期信噪比，还观测噪声期间。高阶噪声检测器116是用来检测如图6所示的高阶噪声脉冲，且此信息被提供给控制器112作为控制均衡器114的参考。
一旦检测到突发噪声，则控制器112开始运作以抵抗突发噪声。依本发明的实施例，上述运作是将平滑器106的带宽变窄。依本发明的另一个实施例，上述运作是停止图1所示的均衡器114的系数更新。依本发明的又一个实施例，上述运作是延迟图1所示的均衡器114的系数更新，亦即，降低更新均衡器114的系数的速度。依本发明的再一个实施例，上述两种方法均被采用来避免突发噪声对闭环系统10造成损害。由于决策导向均衡器的系数适用于时间变异信道特征，突发噪声通常会使均衡器失效。冻结或延迟上述系数的更新可以防止在真正有用的均衡程序开始之前系数值的不良随机变化，因此可以降低突发噪声的影响。而且，因为突发噪声通常是高频刺激，将平滑器106的带宽变窄也可以降低突发噪声的影响。
在本发明的另一个实施例中，当突发噪声足够大时，突发噪声标志(如图7所示)将会被激活。图8是具有大噪声区域标识的正交调幅符号的分布图。其中，“●”表示传输符号，而映射于阴影区域的接收符号则被视为具有巨大噪声的符号。当接收到具有巨大噪声的符号时，会警示有巨大噪声脉冲，此时计数器亦被触发。若在计数器计数到预定值之前发生任何一个接连的巨大噪声脉冲，则将突发噪声标志设为逻辑高电平，否则将突发噪声标志设为逻辑低电平。图9是突发噪声标志的时间图。在检测到大噪声之后，计数器被触发。若在检测窗口中有一个以上其它的大噪声出现，则激活突发噪声标志。
图10是噪声期间、短期信噪比信号及突发噪声标志的时间图。噪声期间对高阶噪声做出立即反应，但噪声期间是偶尔被激活，亦即，并非每个突发噪声都触发一个噪声期间。短期信噪比的反应比噪声期间慢，但是短期信噪比是稳定地激活突发误差的产生。在本实施例中，噪声期间与低电平短期信噪比的一致表示检测到突发噪声。当噪声期间与短期信噪比都被激活时，平滑器的带宽从BW1降低为BW2。一旦突发噪声标志被激活，则在噪声期间与低电平短期信噪比一致时，均衡器停止更新标志被置为逻辑高电平，亦即，停止更新均衡器114的系数。
图11是本发明控制突发噪声的方法的流程图，所述的方法用于包括比较器、平滑器及电压控制振荡器(VCO)的系统。在步骤S1101中，接收的信号被切割为符号，然后计算切割的符号和接收的信号的差异。在步骤S1102中，依据切割误差估计短期信噪比。在步骤S1103中，比较短期信噪比与预设信噪比。若短期信噪比小于预设信噪比，在步骤S1104中将平滑器的带宽变窄。若短期信噪比超过或等于预设信噪比，则在步骤S1105中，使用平滑器的预设带宽。在本发明的某些实施例中，虽然短期信噪比超过或等于预设信噪比，但若在步骤S1103中检测到高阶噪声，则仍会将平滑器的带宽变窄。
图12是本发明另一控制突发噪声的方法的流程图。所述的方法首先在步骤S1201中将接收的信号切割为最可能的符号。在步骤S1202中检查突发噪声标志。若突发噪声标志被激活，则在步骤S1204中将短期信噪比和预设信噪比进行比较。若突发噪声标志未激活，则所述的方法继续检测下一个符号。若短期信噪比小于预设信噪比，则在步骤S1205中将平滑器的带宽变窄。若短期信噪比超过或等于预设信噪比，则在步骤S1206中使用平滑器的预设带宽。另一种会引起步骤S1205的情况为，在步骤S1203中检测到高阶噪声。切割符号映射到如图8所示的大噪声区域时，突发噪声标志被激活。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (25)

1.一种通信系统，其特征在于，所述的通信系统包括：
可控制振荡器，用来产生振荡信号；
混频器，耦接于所述的可控制振荡器，用来接收输入数据并将所述的输入数据与所述的振荡信号混频；
决定单元，用来接收所述的已混频的输入数据，并产生估计符号；
比较器，用来产生所述的估计符号与所述的已混频的输入数据之间的决定误差；
平滑器，耦接于所述的可控制振荡器，用来过滤所述的决定误差，并产生已过滤的决定误差，所述的可控制振荡器依据所述的已过滤的决定误差产生所述的振荡信号；以及
控制器，依据所述的比较器产生的所述的决定误差调整所述的平滑器的带宽。
2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于：所述的通信系统更包括均衡器，耦接于所述的混频器及所述的决定单元，对所述的已混频的输入数据进行均衡处理以得到已均衡的输入数据，其中所述的决定单元接收所述的已均衡的输入数据并产生估计符号，且所述的控制器依据所述的比较器产生的所述的决定误差调整所述的均衡器的系数。
3.如权利要求2所述的通信系统，其特征在于：由所述的控制器执行的所述的系数的调整是停止更新所述的系数。
4.如权利要求2所述的通信系统，其特征在于：由所述的控制器执行的所述的系数的调整是降低更新所述的系数的速度。
5.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于：所述的控制器更依据所述的比较器产生的所述的决定误差产生短期信噪比，比较所述的短期信噪比与预设信噪比，并且当所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，降低所述的平滑器的带宽。
6.如权利要求5所述的通信系统，其特征在于：所述的短期信噪比是依据所述的比较器产生的所述的决定误差和先前决定误差的信噪比而确定。
7.如权利要求5所述的通信系统，其特征在于：所述的通信系统更包括高阶噪声检测器，当所述的高阶噪声检测器检测到高阶噪声且所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，所述的控制器降低所述的平滑器的带宽。
8.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于：所述的决定单元为硬件电路与由控制器或处理器执行的相关程序代码中的至少一个。
9.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于：所述的高阶噪声检测器检测所述的已混频的输入数据，且当所述的已混频的输入数据的实部或虚部超过预设容限时，则检测到高阶噪声。
10.如权利要求9所述的通信系统，其特征在于：所述的高阶噪声检测器更输出表示噪声期间的信号，当高阶噪声被检测到时，所述的噪声期间被激活并持续多个符号期间，并且当所述的噪声期间被激活且所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，所述的控制器降低所述的平滑器的带宽。
11.如权利要求10所述的通信系统，其特征在于：所述的控制器更产生突发噪声标志，当所述的已混频的输入数据的实部或虚部超过所述的预设容限时，所述的控制器激活所述的突发噪声标志，且当所述的突发噪声标志被激活，所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比，以及所述的噪声期间被激活时，所述的控制器降低所述的平滑器的带宽。
12.如权利要求5所述的通信系统，其特征在于：所述的控制器更产生突发噪声标志，当所述的已混频的输入数据的实部或虚部超过预设容限时，所述的控制器激活所述的突发噪声标志。
13.如权利要求12所述的通信系统，其特征在于：当所述的突发噪声标志被激活且所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，所述的控制器依据所述的比较器产生的所述的决定误差降低所述的平滑器的带宽。
14.一种解调方法，其特征在于，所述的解调方法包括：
产生振荡信号；
接收输入数据并将所述的输入数据与所述的振荡信号混频；
将所述的已混频的输入数据映射到估计符号；
产生所述的估计符号与所述的已混频的输入数据之间的决定误差；
依据带宽过滤所述的决定误差，并依据所述的已过滤的决定误差产生所述的振荡信号；以及
依据所述的估计符号与所述的已混频的输入数据之间的所述的决定误差调整所述的带宽。
15.如权利要求14所述的解调方法，其特征在于：所述的解调方法更包括：
利用均衡器对所述的已混频的输入数据进行均衡处理，并将所述的已均衡的输入数据映射到估计符号；以及
依据所述的估计符号与所述的已混频的输入数据之间的所述的决定误差调整所述的均衡器的系数。
16.如权利要求15所述的解调方法，其特征在于：所述的系数的调整是停止更新所述的系数。
17.如权利要求15所述的解调方法，其特征在于：所述的系数的调整是降低更新所述的系数的速度。
18.如权利要求14所述的解调方法，其特征在于：所述的解调方法更包括：
依据所述的估计符号与所述的已混频的输入数据之间的所述的决定误差产生短期信噪比；以及
比较所述的短期信噪比与预设信噪比，并且当所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，降低所述的带宽。
19.如权利要求18所述的解调方法，其特征在于：所述的短期信噪比是依据所述的估计符号与所述的已混频的输入数据之间的所述的决定误差与先前决定误差的信噪比而确定。
20.如权利要求18所述的解调方法，其特征在于：所述的解调方法更包括：
检测所述的已混频的输入数据的高阶噪声，并且当检测到高阶噪声且所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，降低所述的带宽。
21.如权利要求20所述的解调方法，其特征在于：所述的高阶噪声为所述的已混频的输入数据的实部或虚部超过预设容限。
22.如权利要求21所述的解调方法，其特征在于：所述的解调方法更包括：
产生表示噪声期间的信号，当高阶噪声被检测到时，所述的噪声期间被激活并持续多个符号期间，并且当所述的噪声期间被激活且所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，降低所述的带宽。
23.如权利要求18所述的解调方法，其特征在于：所述的解调方法更包括
产生突发噪声标志；以及
当所述的已混频的输入数据的实部或虚部超过预设容限时，激活所述的突发噪声标志。
24.如权利要求23所述的解调方法，其特征在于：当所述的突发噪声标志被激活，且所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比时，依据所述的估计符号与所述的已混频的输入数据之间的所述的决定误差降低所述的带宽。
25.如权利要求22所述的解调方法，其特征在于：所述的解调方法更包括：
产生突发噪声标志；
当所述的已混频的输入数据的实部或虚部超过所述的预设容限时，激活所述的突发噪声标志；以及
当所述的突发噪声标志被激活，所述的短期信噪比小于所述的预设信噪比，且所述的噪声期间被激活时，降低所述的带宽。
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