CN101388869A - 减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减缓正交分频多工(Orthogonal Frequency DivisionMultiplex，OFDM)接收器窄带干扰的方法，该方法针对正交分频多工系统提出一种调节快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform，FFT)输出增益，检测窄带干扰(Narrow－Band Interference)执行干扰抑制，以提高正交分频多工解调系统抗窄带干扰的性能。该方法包括先由输出信号建立一输出信号分布图，再于其中设置多个判决线，对应判决线的计数器得出信号个数分布，以决定一输出增益与一门槛值，之后，由门槛值判断出噪声，并执行删除干扰的步骤，并由输出增益执行输出信号的能量调整，以输出经干扰抑制与增益调整的信号，从而提高OFDM解调系统抗窄带干扰的性能。

Description

减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法

技术领域

本发明涉及一种减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，该方法针对一OFDM系统，特别提出了一种借调节FFT输出增益与检测窄带干扰以执行干扰抑制的方法，提高OFDM解调系统抗窄带干扰的性能。

背景技术

正交分频多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)为一种调制技术，也为一种多工传输技术，利用多载波(Multicarrier)的传送方式，将一数据串通过低传输速率的子载波来传送。正交分频多工技术采用一个不连续的多音调技术，将不同频率之载波(carrier)中的大量信号合并成单一信号，而完成信号传送。OFDM技术的发展乃是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，其特点是各子载波相互正交(orthogonal)，于是扩频调制后的频谱可以相互重叠，因而减小了子载波间的相互干扰，可实现在多种可靠的高速数据传输。

使用OFDM的重要关键之一是可增加抵抗频率选择衰减(frequencyselective fading)的能力，亦增加抵抗窄带干扰(narrowband interference)的能力。因为OFDM系统把高速数据流通过串并(series-parallel)变换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，而窄带干扰只能影响一小部分的子载波，因此OFDM系统在某种程度上能抵抗窄带干扰。

现有技术如图1所示的OFDM解调(demodulation)系统架构图，其中显示的装置包括模拟数字转换单元(ADC)101、正交检波单元(quadraturedetector)102、快速傅立叶转换模块(FFT)103、数据解调单元(data demodulator)104与符码时序同步单元(symbol timing synchronizer)111等。此系统运作时，有一OFDM信号传送进来，将由一调谐器(tuner，未显示于图中)接收，可于天线接收该模拟的OFDM信号后，经调谐器调频，由高频降为中低频等，由此产生的连续信号(serial)由模拟数字转换单元101取样后，转换为数字信号。

接着由正交检波单元102接收经转换的数字信号，将其执行正交化，将信号转换为基频(baseband)信号，若在一般用于数字电视接收器(DVB-T)的OFDM通讯系统中，即利用在一频带(band)内输入多笔数据，将其分为多个正交(orthogonal)的OFDM信号。上述的基频信号同时转送到快速傅立叶转换模块(FFT)103与符码时序同步单元111，其中符码时序同步单元111侦测基频信号的符码时序(symbol timing)，使快速傅立叶转换模块103依据其侦测结果将有效的符码撷取出来，经快速傅立叶转换后，由时域(time domain)信号转换至频域(frequency domain)信号，并由数据解调单元104将基频信号解调(demodulate)为多个子载波(subcarriers)，以重制所传递的信号。

如上图所示的OFDM解调系统，当时域信号通过快速傅立叶转换模块103实现串行(serial)到并行(parallel)转换为频域信号之后，一般都是直接用来进行同步(synchronization)、相位噪声消除和通道估计(channel estimation)，而且快速傅立叶转换模块103输出的增益(gain)也是固定的，当有能量较大的窄带干扰时快速傅立叶转换模块103输出信号的能量将会偏小。

举例来说，图2显示为数字电视接收系统在有窄带干扰时的快速傅立叶转换模块输出的模值，其中横轴代表此图显示在2K(2048)工作频宽下，上述快速傅立叶转换模块所输出的各信号能量，在此数字电视接收系统位宽为10位(bit，纵轴值为1024)时的FFT模块的输出，其中显示在干扰带宽(点a与b)外的载波的能量明显没有用满10位(1024)，信号的动态范围由原本的10位缩小到了9位(512)以下，这样导致了经快速傅立叶转换后的处理模块的性能降低，特别如64QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交调幅)等星状图(又称调制信号分布图，constellation diagram)较为密集的调制方式下，信号动态范围的缩小，会严重影响判决(decision)的性能。

上述在窄带干扰下的星状图如图3A与图3B所示，其中图3A所示为信号动态范围偏小时的星状图，此显示在窄带干扰显示特别突出的载波能量外的载波能量的情况下，信号的动态范围缩小(如图2显示，由原本的10位缩小到了9位以下)，由于干扰的能量非常大，如果不把这些干扰滤除，其中载波也会影响频域信号的相关性，同时对相位噪声的估计的准确性带来影响，将导致了经FFT转换后的处理模块的性能降低。相较于图3A所显示的凌乱，图3B则显示信号动态范围合适时的星状图。

由图3A与图3B的比较下，可了解窄带干扰将最终影响OFDM解调系统的稳定性，并提高了信噪比(SNR)的门槛值(threshold)。

鉴于现有技术中，当窄带干扰能量相对于信号能量较大时，如果没有针对窄带干扰的一些特殊处理方法，OFDM解调系统的性能将严重降低，使得OFDM调制方法的优势无法体现出来。因此，本发明针对OFDM系统，提出了一种调节快速傅立叶(FFT)输出增益、检测窄带干扰，以执行干扰抑制的方法，从而提高了OFDM解调系统抗窄带干扰的性能。

发明内容

本发明为一种减缓正交分频多工(OFDM)接收器窄带干扰的方法，该方法针对OFDM系统，提出了一种调节FFT输出增益、检测窄带干扰(Narrow-Band Interference)而执行干扰抑制的方法，提高OFDM解调系统抗窄带干扰的性能。

当正交分频多工系统把高速数据流通过串并变换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，而窄带部分的干扰只能影响一小部分的子载波，因此正交分频多工系统在某种程度上可以抵抗窄带干扰，但是，当窄带干扰能量相对于信号能量较大时，如果没有针对窄带干扰的一些特殊处理方法，正交分频多工解调系统的性能将严重降低，而使得正交分频多工调制方法的优势无法体现出来，故本发明针对正交分频多工系统，提出了一种调节快速傅立叶转换的输出增益调整信号输出，并检测窄带干扰而抑制干扰的方法，从而提高了正交分频多工解调系统抗窄带干扰的性能。

本发明针对OFDM系统内FFT模块所输出的频域信号进行窄带干扰抑制与增益调整，包括先得出快速傅立叶转换模块的输出信号，再比对输出信号与一门槛值，以判断该输出信号是否为噪声，其中，若该输出信号大于或等于门槛值，即判断为噪声，并进行删除干扰的步骤，若该输出信号小于门槛值，则判断为非噪声，则接着将信号能量乘上一输出增益，进行信号的能量调整，最后输出经干扰抑制与增益调整的信号。

其中输出增益的决定方法包括由FFT模块的输出信号建立一输出信号分布图，于其中设定多个判决线，对应判决线的计数器统计大于或等于各判决线的信号个数，再由该输出信号分布图与该统计结果决定输出增益。

其中门槛值的决定方法包括先由该快速傅立叶转换模块的输出信号建立一输出信号分布图，于其中设定多个判决线，相对应的计数器分别统计大于或等于各判决线的信号个数，最后依据该输出信号分布图的信号分布，得出一可以分辨噪声与非噪声的判决线，以决定该门槛值。

附图说明

图1为现有技术OFDM解调系统架构示意图；

图2为现有技术在有窄带干扰时的快速傅立叶转换模块输出的模值；

图3A为信号动态范围偏小时的星状图；

图3B为信号动态范围合适时的星状图；

图4为由快速傅立叶转换模块输出信号的分布图；

图5A为决定输出增益与门槛值的步骤流程图；

图5B为本发明抑制干扰的步骤流程图；

图6为经本发明抑制干扰后的输出信号分布图。

其中，附图标记：

101   模拟数字转换单元

102   正交检波单元

103   快速傅立叶转换模块

104   数据解调单元

111   符码时序同步单元

401   干扰噪声

402   干扰噪声

line_0  第一判决线

line_1  第二判决线

line_2  第三判决线

line_3  第四判决线

具体实施方式

本发明提出一种减缓正交分频多工(OFDM)接收器窄带干扰的方法，该方法针对正交分频多工系统，提出调节快速傅立叶转换(FFT)的输出增益调整信号输出，再检测窄带干扰执行干扰抑制的方法，以提高正交分频多工解调系统抗窄带干扰的性能。

其中正交分频多工是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作一种调制技术，也可以被看作一种多工技术，正交分频多工系统把高速数据流通过串并变换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，而窄带部分的干扰只能影响一小部分的子载波，因此正交分频多工系统在某种程度上可以抵抗窄带干扰，但是，当窄带干扰能量相对于信号能量较大时，如果没有针对窄带干扰的一些特殊处理方法，正交分频多工解调系统的性能将严重降低，而使得正交分频多工调制方法的优势无法体现出来，故本发明所揭露的方法能提高了正交分频多工解调系统抗窄带干扰的性能。

本发明主要利用统计分析，追踪OFDM解调系统中快速傅立叶转换模块输出信号的分布特点，动态调节合适的输出增益，实施例如图4所示，其为由快速傅立叶转换模块输出信号的分布图。由此FFT模块的输出信号可知，窄带干扰造成的干扰噪声分别于频率400与1600左右产生噪声401与402，相较于其他正常的输出信号明显突出。

此时，本发明使用预先设定的多条判决线，如图4中所示的第一判决线line_0、第二判决线line_1；第三判决线line_2与第四判决线line_3等四个判决线，分别标示于图中的256、512、1024与2048的值上，而此实施例并非限制本案可实施的范围。决定上述多个判决线后，利用相对应各判决线的多个计数器(counter)分别统计大于(或包括等于)上述各判决线的输出值的个数，产生相对应的计数值，如counter_0、counter_1、counter_2与counter_3。通过一预先设定的数值和由多个计数器的统计值的比对，可以得出当前输出信号的分布范围。

如图4所示的实施例，由统计发现，大于(或包括等于)第三判决线line_2的点的个数小于该预先设定的数值，如50，同时大于(或包括等于)第二判决线line_1的点个数又过多，可以判断大部份信号落于第三判决线line_2以下，大于(或包括等于)此第三判决线line_2的信号可视为噪声，借此分布可以得出一输出增益(output gain)，使信号能缩小到512以内，而原本预期是信号的动态范围为10位(1024)。之后，再由统计结果判断出一条可以分辨噪声与非噪声的判决线，得出一干扰判决门槛值，可借以对干扰噪声加以抑制，即欲消除图4的干扰噪声401与402。利用上述的统计方法得到与第二判决线line_1和第三判决线line_2的关系后，此干扰判决门槛值可以通过第三判决线line_2乘上一个系数后得到。

由上述本发明内容可知，在达到本发明减缓正交分频多工接收器窄带干扰的目的前，需要在调制信号分布图上决定多个判决线，再由判决线与FFT模块输出值之间的关系得出干扰判决门槛值，并利用所决定的输出增益进行信号增益调整，以达到本发明目的。

综合上述判决线与门槛值的判断方式，整理如图5A所示为达到减缓正交分频多工接收器窄带干扰而预先决定输出增益与干扰判决门槛值的步骤流程图：

先由快速傅立叶模块得出多个输出信号(步骤S51)，将所接收的FFT输出信号建立一信号能量与工作频率的输出信号分布图，即上述星状图(步骤S52)，再设定多个判决线，判决线的数目并无限制，可如上述图中对应标示为256、512、1024与2048等的值，借以判断分布情况(步骤S53)，对应各判决线设定计数器，分别统计大于(或包括等于)各判决线的信号个数(步骤S54)。

之后，利用统计分析，追踪FFT模块输出信号的分布特点，判断出主要信号是分布于其中之一判决线以下，以动态调节合适的输出增益。实施例之一为由各信号与各判决线的关系，判断出主要信号是分布于哪一条判决线以下，决定一输出增益，因为本发明为得出一适当的FFT输出信号，故由上述星状图可判断信号分布是否偏大或是偏小，举例来说，若是偏大，则需要一个小于1的输出增益；若是偏小，则需要一个大于1的输出增益(步骤S55)，以调整到合适的信号输出。如上述图式的实施例，假设统计发现大于(或包括等于)第三判决线line_2的信号个数小于上述的预先设定的数值(如50)，而同时大于(或包括等于)第二判决线line_1的信号个数过多，则可以因此决定输出增益。接着，依据该输出信号分布图的信号分布，依此统计结果得出一条可以分辨噪声与非噪声的判决线，由判决线乘上一个系数(实验值或经验值)得出门槛值，以此门槛值判断噪声的分布(步骤S56)。

根据图5A揭露的步骤，得出输出增益与干扰判决门槛值，而图5B显示达到本发明抑制干扰的步骤的流程图，即为利用干扰判决门槛值判断出被干扰的载波，再经调节快速傅立叶转换输出增益，对各载波进行不同增益的调整或者利用简单归零(将噪声设为0)输出均可以得到良好的干扰抑制效果。

步骤开始于步骤S501，由快速傅立叶转换模块得出信号能量，之后进行步骤S503，将此输出的信号能量与干扰判决门槛值比对，判断此输出值是否大于(或包括等于)干扰判决门槛值。若为是，表示有产生超过容许范围噪声，则进行删除干扰的步骤(步骤S505)，如将该噪声的信号能量乘上一个很小的值，达到抑制干扰的目的；或是直接设为0而删除掉干扰。在此步骤删除信号，并不会影响整体合适的信号输出。之后再执行步骤S507，进行能量输出调整；若判断为否，则表示该信号并非噪声，即直接执行步骤S507，进行能量输出调整。

因为窄带干扰造成信号输出能量的干扰，故可借增益来动态调整信号能量，此能量输出调整的步骤将引入步骤S509中得到的输出增益，将所得到的信号能量乘上输出增益，使信号能落于较适当的范围内而输出良好的信号，最后得到输出经干扰抑制与增益调整的信号(步骤S511)。

图6为经本发明抑制干扰后的输出信号分布图，图中所示的信号经上述干扰抑制与输出增益调整后，呈现一个良好的信号分布图，信号能量几乎落于上述第二判决线line_1所标示512的能量内。

综上所述，本发明所揭露的减缓正交分频多工(OFDM)接收器窄带干扰的方法，为利用FFT输出信号分布统计得出输出增益调节信号输出，并检测窄带干扰执行干扰抑制，而提高OFDM系统在信号能量较大时抗窄带干扰的性能。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，包括：

得到一正交分频多工(OFDM)系统内的一快速傅立叶转换模块的输出信号；

比对该输出信号与一门槛值，判断该输出信号是否为噪声；

若该输出信号大于或等于该门槛值，即判断为噪声，即进行一删除干扰的步骤；

若该输出信号小于该门槛值，则判断为非噪声；

执行该输出信号的能量调整，将该信号能量乘上一输出增益；以及

输出经干扰抑制与增益调整的信号。

2.根据权利要求1所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，所述输出增益的决定方法包括：

由该快速傅立叶转换模块的输出信号建立一输出信号分布图；

设定多个判决线；

对应该多个判决线设定相对应计数器，以分别统计大于或等于各判决线的信号个数；以及

由该输出信号分布图与该统计结果决定该输出增益。

3.根据权利要求2所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，利用该计数器分别统计大于或等于各判决线的信号个数之后，判断出主要信号是分布于其中之一判决线以下，以决定该输出增益。

4.根据权利要求2所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，由该输出信号分布图判断输出信号的分布，若是偏大，则需要一个小于1的输出增益；若是偏小，则需要一个大于1的输出增益，以调整到合适的输出信号。

5.根据权利要求2所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，所述的输出信号分布图为该快速傅立叶转换模块的输出信号的能量与工作频率的星状图。

6.根据权利要求2所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于所述删除干扰的步骤为将该噪声的信号能量乘上一个很小的值，达到抑制干扰的目的。

7.根据权利要求2所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于所述删除干扰的步骤为将该噪声的信号能量设为0，达到删除干扰的目的。

8.根据权利要求2所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于所述的门槛值的决定方法包括：

由该快速傅立叶转换模块的输出信号建立一输出信号分布图；

设定多个判决线；

对应该多个判决线设定相对应的计数器，以分别统计大于或等于各判决线的信号个数；

依据该输出信号分布图的信号分布，得出一条可以分辨噪声与非噪声的判决线；以及

该可以分辨噪声与非噪声的判决线决定该门槛值。

9.根据权利要求8所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于所述输出信号分布图为该快速傅立叶转换模块输出信号的能量与工作频率的星状图。

10.一种减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，该方法针对一正交分频多工(OFDM)系统内快速傅立叶转换(FFT)模块所输出的频域信号进行窄带干扰抑制与增益调整，其特征在于，包括有：

得到该正交分频多工系统内的一快速傅立叶转换模块的输出信号；

比对该输出信号与一门槛值，判断该输出信号是否为噪声；

若该输出信号大于或等于该门槛值，即判断为噪声，即进行一删除干扰的步骤；

若该输出信号小于该门槛值，则判断为非噪声；

执行该输出信号的能量调整，将该信号能量乘上一输出增益；以及

输出经干扰抑制与增益调整的信号；

其中，先由该输出信号建立一输出信号分布图，再于其中设置多个判决线，对应该多个判决线的计数器统计所对应的信号个数分布决定该输出增益；并依据该输出信号分布图的信号分布得出一条可以分辨噪声与非噪声的判决线，借以决定该门槛值。

11.根据权利要求10所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，在利用该计数器分别统计大于或等于各判决线的信号个数后，判断出主要信号是分布于其中之一判决线以下，以决定该输出增益。

12.根据权利要求10所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，由该输出信号分布图判断输出信号的分布，若是偏大，则需要一个小于1的输出增益；若是偏小，则需要一个大于1的输出增益，以调整到合适的输出信号。

13.根据权利要求10所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，所述的输出信号分布图为该快速傅立叶转换模块输出信号的能量与工作频率的星状图。

14.根据权利要求10所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，所述的删除干扰的步骤为将该噪声的信号能量乘上一个很小的值，达到抑制干扰的目的。

15.根据权利要求10所述的减缓正交分频多工接收器窄带干扰的方法，其特征在于，所述的删除干扰的步骤系将该噪声的信号能量设为0，达到删除干扰之目的。

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