CN101860512B

CN101860512B - 多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法及系统

Info

Publication number: CN101860512B
Application number: CN201010170581.5A
Authority: CN
Inventors: 吴舟
Original assignee: Shenzhen State Micro Technology Co Ltd
Current assignee: Guowei Group Shenzhen Co ltd
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: CN101860512A

Abstract

本发明提出一种多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法及系统。其中，该方法包括步骤：由功率统计模块统计通过A/D模块接收信号的功率，将其与设定的门限进行比较，判断接收信号是否存在脉冲噪声，若存在脉冲噪声，则功率统计模块产生脉冲指示信号和可信度指示信号；由AGC模块对判定为存在脉冲噪声信号的接收信号进行脉冲噪声抑制处理，且根据脉冲指示信号对接收信号进行功率调整，将功率调整后的接收信号反馈给A/D模块；由解映射模块根据可信度指示信号设置可信度权值，按可信度权值对从A/D模块输出的接收信息进行软判决处理。本发明可有效抑制脉冲噪声，根据不同的脉冲噪声类型提供不同的可靠性指示，保证解映射软判决的可靠性。

Description

多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法及系统

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，尤其是涉及一种多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法及系统。

背景技术

脉冲噪声主要来自雷电、汽车发动机、静电释放以及电气开关切换等自然或人为因素。脉冲噪声主要有两个共同点：1、能量集中在短时间内；2、能量比背景热噪声能量高很多，具有短时性、突发性、能量高和不可预测性，通常其平均持续时间小于250us，两次突发脉冲的间隔大于67ms。也就是说脉冲的间隔时间远大于脉冲的持续时间。由于其持续时间短，所以它的频谱较宽，可以从低频一直分布到甚高频，但是频率越高其频谱的强度就越小。

解调后的信号，根据处理方式不同，分为硬判决译码和软判决译码。硬判决译码是送给译码器作为解码用的码元只取0或1两个值，这种方法比较简单，易于工程实现。软判决译码利用接收信号波形中的信息，在加性白高斯噪声(AWGN，Additive White Gaussian Noise)信道中，比硬判决解码要多2dB的软判决增益；而在衰落信道中，软判决增益超过3dB。为了充分地利用信号波形中的信息，使译码器能以更大的正确概率判决出所发送的码字，需要对判决出的信号进行量化。因此，由解调器输出给译码器的值就不止两个，而是有Q(通常Q＝2^m)个。译码器利用Q进制序列进行可信度译码，这就是软判决译码。

在时不变系统(如高斯白噪声信道)中，数据信号被调制于单载波上，在解调端我们先验可知：所有的数据信号都被迭加了相同的平均噪声功率。所以，在单载波通信系统中，对于被用于判决的接收信号而言，其判决的可靠性仅仅取决于接收到的信号数值与判决门限之间距离的比例关系。也就是说，对位于同一载波频率上的接收信号，无论在时域还是频域都呈现出一定的均匀性，即其判决可靠性对于全体而言是‘公平的’。

但是，对于实际的无线信道，有更多的因素影响其接收信号的可靠性，编码正交频分复用(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM)系统在解调时必须予以考虑。在频率选择性衰落信道，若COFDM发送端信号以相同的功率被调制于多个载波上，但由于非均匀的信道特性，在解调端不同的载波上将具有不同的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。因此在进行信号判决时，被调制到高信噪比载波上的数据相对于低信噪比载波上传送的数据，先验可知具有更高的判决可靠性。

如图1所示，是瑞利信道的信号功率转移函数，横坐标为子载波的序号，纵坐标为信道的信号功率。由图可见，于频率衰落谷低的载波比位于峰顶的载波相对受到了“更多”的噪声干扰，所以高SNR载波上的数据比低SNR载波上的数据更为可信。这种在判决之前时变的先验可靠性信息称为“信道状态信息(CSI，Channel State Information)”，它动态地反映了信道的变化情况。由信道变化所带来的这种非均匀的，即“不公平”的可信度度量，在软判决解码时必须予以考虑。而由于脉冲噪声的短时突发特性，将会严重影响某些子载波上的数据，使得这些子载波上的SNR降低，也就降低了这些子载波的可信度。

因此，如何在COFDM解调端的译码之前判断数据的可信度是非常必要的，这也是多载波系统有别于单载波系统的一种非常重要且独特的结构。

发明内容

本发明针对脉冲噪声造成信号可信度降低的问题，提供一种多载波系统中联合自动增益控制(Auto Gain Control，AGC)脉冲噪声抑制和解映射软判决方法，不但可以有效抑制脉冲噪声，还可以根据不同的脉冲噪声类型，提供不同的可靠性指示，从而保证了解映射软判决的可靠性。

本发明采用如下技术方案来实现：一种多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法，其包括步骤：

由功率统计模块统计通过A/D模块接收信号的功率，将其与设定的门限进行比较，判断接收信号是否存在脉冲噪声，若判定接收信号存在脉冲噪声，则功率统计模块产生脉冲指示信号和可信度指示信号；

由AGC模块对判定为存在脉冲噪声信号的接收信号进行脉冲噪声抑制处理，且根据脉冲指示信号对接收信号进行功率调整，将功率调整后的接收信号反馈给A/D模块；

由解映射模块根据可信度指示信号设置可信度权值，按可信度权值对从A/D模块输出的接收信息进行软判决处理。

其中，针对不同的脉冲噪声类型，分为三种门限，分别为：低门限、中门限和高门限；统计的接收信号功率首先和高门限相比较，如果大于高门限，则判定接收信号中存在的噪声为高脉冲噪声；如果小于高门限，则和中门限比较，如果大于中门限，则判定接收信号中存在的噪声为中脉冲噪声；如果小于中门限，则和低门限比较，如果大于低门限，则判定接收信号中存在的噪声为低脉冲噪声；如果小于低门限，则判定接收信号中不存在脉冲噪声。

其中，高门限为接收信号平均功率的10倍，中门限为接收信号平均功率的5倍，低门限为接收信号平均功率的2倍

其中，脉冲噪声抑制处理为时域处理、频域处理和时频转换处理中的一种或多种。

其中，如果AGC模块收到脉冲指示信号，则对接收信号不进行功率调整就直接反馈给A/D模块；如果AGC模块没有收到脉冲指示信号，则进行正常的功率调整之后再反馈给A/D模块。

其中，解映射模块根据接收信号中存在不同的脉冲噪声类型，设置不同的可信度权值。

其中，在接收信号中存在高脉冲噪声时设置可信度权值为1/10，在接收信号中存在中脉冲噪声时设置可信度权值为1/5，在接收信号中存在低脉冲噪声时设置可信度权值为1/2。

本发明公开一种多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决系统，其包括：

A/D模块；

连接在A/D模块输出端的功率统计模块，用于由统计通过A/D模块接收信号的功率，将其与设定的门限进行比较，判断接收信号是否存在脉冲噪声，若判定接收信号存在脉冲噪声，则功率统计模块产生脉冲指示信号和可信度指示信号；

连接在功率统计模块输出端与A/D模块输入端之间的AGC模块，用于对判定为存在脉冲噪声信号的接收信号进行脉冲噪声抑制处理，且根据脉冲指示信号对接收信号进行功率调整，将功率调整后的接收信号反馈给A/D模块；

连接在A/D模块输出端的解映射模块，用于根据可信度指示信号设置可信度权值，按可信度权值对从A/D模块输出的接收信息进行软判决处理。

其中，功率统计模块将统计的接收信号功率首先和高门限相比较，如果大于高门限，则判定接收信号中存在的噪声为高脉冲噪声；如果小于高门限，则和中门限比较，如果大于中门限，则判定接收信号中存在的噪声为中脉冲噪声；如果小于中门限，则和低门限比较，如果大于低门限，则判定接收信号中存在的噪声为低脉冲噪声；如果小于低门限，则判定接收信号中不存在脉冲噪声。

其中，解映射模块在接收信号中存在高脉冲噪声时设置可信度权值为1/10，在接收信号中存在中脉冲噪声时设置可信度权值为1/5，在接收信号中存在低脉冲噪声时设置可信度权值为1/2。

因此，本发明不但可以有效抑制脉冲噪声，还可以根据不同的脉冲噪声类型，提供不同的可靠性指示，从而保证了解映射软判决的可靠性，且具有结构简单和实现容易的优点。

附图说明

图1是瑞利信道的信号功率转移函数示意图；

图2是本发明的功能模块结构示意图；

图3是本发明的流程示意图。

具体实施方式

结合图2和图3所示，本发明包括以下实现步骤：

步骤S1：输入多载波系统的信号进入A/D转换模块，由功率统计模块计算A/D转换模块所接收的输入信号(简称为接收信号)的功率或者幅度。

步骤S2：由功率统计模块计将得到的信号功率或者幅度和设定的门限进行比较，判断接收信号是否存在脉冲噪声。

在存在脉冲噪声的情况下，接收到的时域信号r_k可以表示为：

r_{k} = Σ_{l = 1}^{L} h_{l} s_{k - l} + w_{k} + u_{k},

k＝0，1，…，N-1

其中，s_k是调制端逆傅立叶变换(IDFT，Inverse Discrete Fourier Transform)之后的发送数据，h_l是信道脉冲响应，w_k是加性高斯白噪声(AWGN，Additive White GaussianNoise)，u_k是脉冲噪声，这里未考虑符号序号。

由此可见，受到脉冲噪声干扰的采样信号的幅值比其他数据大得多，利用这一点，可以首先计算出接收信号的功率或者幅度，然后和门限进行比较。针对不同的脉冲噪声类型，分为三种门限，分别为：低门限、中门限和高门限，如表1所示：

脉冲噪声类型	高门限	中门限	低门限
				门限值	10Pa	5Pa	2Pa

表1

其中Pa表示信号的平均功率。高门限为信号平均功率的10倍，中门限为平均功率的5倍，低门限为平均功率的2倍。这个倍数可以根据不同的系统做相应的修改。

统计的接收信号功率首先和高门限相比较，如果大于高门限，则判定接收信号中存在的噪声为高脉冲噪声；如果小于高门限，则和中门限比较，如果大于中门限，则判定接收信号中存在的噪声为中脉冲噪声；如果小于中门限，则和低门限比较，如果大于低门限，则判定接收信号中存在的噪声为低脉冲噪声；如果小于低门限，则判定接收信号中不存在脉冲噪声。

步骤S3：如果功率统计模块判定接收信号存在脉冲噪声，则产生两个信号：脉冲指示信号和可信度指示信号，将脉冲指示信号输出给AGC模块，将可信度指示信号输出给解映射模块。

步骤S4：由AGC模块对判定为存在脉冲噪声信号的接收信号进行脉冲噪声抑制处理。

脉冲噪声抑制处理包括时域处理、频域处理以及时频转换处理。这里以时域处理为例进行说明。

比如，时域处理可以采用置零或者限幅的方法，如下所示：

限幅(Limiting Nonlinearity)法，其用公式可以表示为：

k＝0，1，L，N-1

另一种是认为这些数据不可信，将它们置零(Blanking Nonlinearity)，用公式可以表示为：

k＝0，1，…，N-1

该方法最大限度减小了错误数据能量的扩散。这两种时域方法可以有效抑制大强度的脉冲噪声，并且容易实施。

频域处理可以在发射信号中插入一定数量的导频信号，然后在频域采用均方误差(MSE，Mean Square Error)方法检测导频信号上的脉冲噪声。

时频转换处理可以首先在时域采用限幅或者置零的方法对脉冲噪声进行第一步抑制，然后将处理后的信号经过快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transform)得到Y(l)，假设信道状态信息为H(l)，则经过迫零和硬判决，可以得到恢复后的数据符号然后将恢复后的信号进行快速傅里叶反变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)返回到时域，得到出接收信号的时域估计，求出更加准确的噪声。然后统计噪声的功率，由于脉冲噪声能量比高斯噪声能量普遍要高十几个dB，所以如果能量大于某个门限，则认为该噪声为脉冲噪声，否则为0，最后消除脉冲噪声。

步骤S5：对脉冲噪声进行抑制之后，AGC模块根据脉冲指示信号来判断是否需要对接收信号进行功率调整，然后将信号输出进行后续的同步和均衡操作。

在AGC模块中设置可调增益放大器，如果收到脉冲指示信号，则可调增益放大器对接收信号不进行功率调整，直接输出给A/D模块；如果没有收到脉冲指示信号，则进行正常的功率调整之后再输出给A/D模块。

步骤S6：从A/D模块输出的接收信号经过低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)、同步模块和均衡模块之后，送入解映射模块；解映射模块在对接收信号进行软判决时，根据接收信号中不同的可信度指示信号进行软判决译码，获得更可靠准确的软判决译码结果。

解映射软判决时的条件概率可以近似表示为：

P \approx \frac{| x_{i} - d_{i} |}{σ_{k}} = | x_{i} - d_{i} | \cdot \frac{1}{σ_{k}} - - - (1)

设m_i＝|x_i-d_i|为解映射的结果，

表示信道状态信息。如果数据存在脉冲噪声，则将会降低数据判决时的可信度，所以将可信度指示信号也作为信道状态信息的一部分考虑。如果接收信号包含可信度指示信号，那么根据不同的可信度指示信号，对接收信号对应的信息状态信息进行相应的加权处理。高脉冲噪声对应的权值最低，中脉冲噪声对应的权值居中，低脉冲噪声对应的权值最高。所以前述式(1)可以表示为：

P^{'} = αP = α | x_{i} - d_{i} | \cdot \frac{1}{σ_{k}} - - - (2)

其中，可信度权值α，0＜α＜1表示不同类型脉冲噪声对应的权值。从式(2)可以看出，低脉冲噪声对应的权值最高，也就是低脉冲噪声下的可信度是三种脉冲噪声中最高的，高脉冲噪声下的可信度是三种脉冲噪声中最低的。从而保证了不同脉冲噪声时的数据可信度。

在一个优选实施例中，可信度权值α取值如表2所示。

高门限权值	中门限权值	低门限权值
			1/10	1/5	1/2

表2

综上所述，本发明不但可以有效抑制脉冲噪声，还可以根据不同的脉冲噪声类型，提供不同的可靠性指示，从而保证了解映射软判决的可靠性。

Claims

1.一种多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法，其特征在于，包括步骤：

由功率统计模块统计通过A/D模块接收信号的功率，将其与设定的门限进行比较，判断接收信号是否存在脉冲噪声，若存在脉冲噪声，则功率统计模块产生脉冲指示信号和可信度指示信号，其中针对不同的脉冲噪声类型，分为三种门限，分别为：低门限、中门限和高门限；统计的接收信号功率首先和高门限相比较，如果大于高门限，则判定接收信号中存在的噪声为高脉冲噪声；如果小于高门限，则和中门限比较，如果大于中门限，则判定接收信号中存在的噪声为中脉冲噪声；如果小于中门限，则和低门限比较，如果大于低门限，则判定接收信号中存在的噪声为低脉冲噪声；如果小于低门限，则判定接收信号中不存在脉冲噪声；

由解映射模块根据可信度指示信号设置可信度权值，其中解映射模块根据接收信号中存在不同的脉冲噪声类型，设置不同的可信度权值，按可信度权值对从A/D模块输出的接收信息进行软判决处理。

2.根据权利要求1所述多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法，其特征在于，高门限为接收信号平均功率的10倍，中门限为接收信号平均功率的5倍，低门限为接收信号平均功率的2倍。

3.根据权利要求1所述多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法，其特征在于，脉冲噪声抑制处理为时域处理、频域处理和时频转换处理中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法，其特征在于，如果AGC模块收到脉冲指示信号，则对接收信号不进行功率调整就直接反馈给A/D模块；如果AGC模块没有收到脉冲指示信号，则进行正常的功率调整之后再反馈给A/D模块。

5.根据权利要求1所述多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决方法，其特征在于，在接收信号中存在高脉冲噪声时设置可信度权值为1/10，在接收信号中存在中脉冲噪声时设置可信度权值为1/5，在接收信号中存在低脉冲噪声时设置可信度权值为1/2。

6.一种多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决系统，其特征在于，包括：

A/D模块；

连接在A/D模块输出端的功率统计模块，用于由统计通过A/D模块接收信号的功率，将其与设定的门限进行比较，判断接收信号是否存在脉冲噪声，若存在脉冲噪声，则功率统计模块产生脉冲指示信号和可信度指示信号，其中针对不同的脉冲噪声类型，分为三种门限，分别为：低门限、中门限和高门限；统计的接收信号功率首先和高门限相比较，如果大于高门限，则判定接收信号中存在的噪声为高脉冲噪声；如果小于高门限，则和中门限比较，如果大于中门限，则判定接收信号中存在的噪声为中脉冲噪声；如果小于中门限，则和低门限比较，如果大于低门限，则判定接收信号中存在的噪声为低脉冲噪声；如果小于低门限，则判定接收信号中不存在脉冲噪声；

连接在A/D模块输出端的解映射模块，用于根据可信度指示信号设置可信度权值，按可信度权值对从A/D模块输出的接收信息进行软判决处理，其中解映射模块根据接收信号中存在不同的脉冲噪声类型，设置不同的可信度权值。

7.根据权利要求6所述多载波系统中脉冲噪声抑制与解映射软判决系统，其特征在于，解映射模块在接收信号中存在高脉冲噪声时设置可信度权值为1/10，在接收信号中存在中脉冲噪声时设置可信度权值为1/5，在接收信号中存在低脉冲噪声时设置可信度权值为1/2。