CN101895304A - 对相邻信道噪声的改进检测的信号分析 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，该方法用于接收频率已调无线电信号，并用于确定无线电信号是否具有来自相邻信道的干扰。首先分别确定载频/中频之上和之下的频偏，并将其彼此比较。如果在载频/中频之上的频偏实质上与在载频/中频之下的频偏不同，则所述无线电受到来自相邻信道的噪声的影响。可选地，可通过分别确定经解调的FM MPX信号的正幅度和负幅度并比较彼此，来检测来自相邻信道的噪声的存在。如果它们与彼此实质上不同，则无线电信号受到了来自相邻信道的噪声的影响。所述确定的结果然后可以用于控制超外差式接收机的中频滤波器的带宽。

Description

对相邻信道噪声的改进检测的信号分析

技术领域

本发明涉及一种用于接收频率调制无线电信号的方法，更具体地涉及在无线电接收机中用于过滤掉相邻信道噪声的动态选择的改善使用。进一步地，本发明还涉及适用于执行所述方法的无线电接收机。

背景技术

在电信系统中，频率调制(FM)通过改变载波的频率在载波上传达信息，与之相对的是，在幅度调制(AM)中载波频率保持不变而载波振幅被改变。由于对于抗噪声和干扰而言，FM比AM更加强健，因此FM被更加广泛的使用。

在FM中，低频调制信号(信息信号)被用于改变载波信号的高载波频率。如图1中所阐述的，在图1中对照载波、调制波和调制结果，调制波的符号定义了降低还是增加载波频率，并且调制波的振幅定义了载波频率改变的量。例如，调制波的正的部分导致载波频率的增加，而调制波的负的部分导致载波频率的降低，正如能够从图1的调制结果图中所理解的。

图2也对照调制波和所产生的已调载波信号，并且说明了调制信号大/小幅度和所产生的已调载波信号频率改变之间的对应关系。更详细的说，图2显示了具有不同幅度的两个调制信号，和所产生的已调载波信号。如从其中可明显得知的，调制信号的幅度决定载波信号频率偏差的总量。换句话说，载波信号连续地延伸通过两个边界频率值之间的所有频率。

在调制波的零相交点上，未调制的载波频率信号停留片刻。

术语频率偏差(Δf)被用在FM无线电中用于描述FM已调频率和标称载波频率之间的最大瞬时差异，因此代表在一个方向上偏离载波频率的最大偏移。该术语有时被错误地当成与频率漂移同义而使用，然而频率漂移是指振荡器偏离其标称频率的无意识偏移。

频率调制被广泛地应用于广播诸如音乐和语音这样的落在音频频谱中的音频信号，然而频率调制还能被应用于视频信号传送或其他数据。完整的音频频谱的范围为从20Hz到20000Hz，但FM无线电将调制频率上限限制到15kHz(与之相比，AM无线电将上限频率限制到5kHz)。

FM立体声广播通过在同一个FM信道上广播立体声广播的左声道和右声道使得能够以立体声方式传输音频。将多个信号以原始信号能够通过接收机再生的方式结合成一个合成信号的过程，被称为多路复用。立体声多路复用信号(MPX)与早期的单声道FM无线电兼容，从而，立体声MPX信号的低频部分(0-15kHz)应当一如既往地包含左声道和右信道的总和，即L+R，用于持续的单声道接收。

此外，通过使用是AM调制的双边带抑制载波(DSBSC)调制将L-R信号作为MPX信号的一部分来发送，以便于接收机能按如下那样确定左声道和右声道。如果接收机将L+R信号添加到L-R信号，则其得到2L，即放大两倍的左声道信号。如果接收机从L-R信号中减去L+R信号，则其得到2R，即放大两倍的右信道信号。

由于最高至15kHz的音频信号将要用MPX信号来发送，因此有必要使用高于30kHz的MPX信号载波频率。38kHz的载波频率被选择，然而38kHz的实际载波信号被消除。反而，19kHz(＝38/2kHz)的导频信号被插入到MPX信号中，以便告知无线电接收机信号是立体声的，并且同时通过使用简单的倍频器使得无线电接收机能够重生成具有正确相位的38kHz载波信号。

在38kHz的载频处对L-R信号的AM调制，产生两个具有15kHz最大音频频率的带宽的边带，即23kHz-38kHz和38kHz-53kHz。

如能够在图3中看到，FM MPX信号包括最高至15kHz的L+R(单声道)信号、19kHz的导频信号和在23kHz-53kHz范围内的L-R信号，其中完整的FM MPX信号被用于频率调制FM载波信号。

全世界中，除少许例外情况，广播带宽均落入无线电频谱非常高的频率部分内(VHF，在德国：UltraKurzWelle，UKW)，通常是87.5MHz-108.0MHz。

无线电信号的频率偏差对于带宽特别重要，因为越少的偏差意味着更多信道能匹配到相同数量的频谱中。FM广播(例如87.5MHz-108.0MHz)使用100kHz的信道间距，具有75kHz的最大频率偏差，在中心频率之上和之下留下25kHz的缓冲，以减少与其他信道的相互影响。

FM MPX信号的带宽可以使用：

BW≈2*(Δf+faudio)

来预测。其中f_audio是15kHz的最大调制频率，Δf为75kHz。这产生大约为180kHz的带宽。

显然，约200kHz或更大的信道间距是必要的，以便避免两个相邻信道间的频率重叠。然而，考虑到FM广播具有低距离范围，100kHz的信道间距允许在远离的区域内具有两个相邻信道，因为当两个信道彼此相距较远时，一个信道的信号能量通常太低，以致于不会在另一个信道导致噪声。

尽管存在这些措施，相邻无线电台仍可能造成对另一个信号的干扰，特别是当载频是邻近的以及相邻无线电信道的信号强度与实际信号的信号强度相比足够大的时候。

为了减弱来自相邻无线电台的噪声，首先需要的是确定信号何时真正地被噪声影响，何时不被影响，以及何时存在噪声，从而尽可能消除上述的噪声。然而重要的是可靠地确定噪声的存在，因为假如无线电信号被错误地确定为具有来自相邻信道或另一个信源的干扰，则用于消除所述干扰的手段将会不必要地恶化接收信号的质量。错误地应用噪声消除的影响根据所使用的噪声消除的种类而不同。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种用于接收无线电信号的方法，其中来自相邻信道的噪声能被可靠地识别出，从而改善了噪声消除。

该目标通过独立权利要求的主题内容来解决。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题内容。

本发明的一个方面是分别确定在载频/中频之上和之下的频率偏差，从而检测来自相邻信道的噪声。假如在载频/中频之上的频率偏差实质上不同于载频/中频之下的频偏，则无线电受到了相邻信道噪声的影响。

与之相对，大的频偏将在载频/中频之上和之下产生基本上相同的频偏。因此，可以很容易地将来自相邻信道的噪声与大频偏区分开。

优选地，考虑到伴随着频率调制，频偏的大小对应于解调信号的幅度，可以通过分别确定经解调的FM MPX信号的正幅度和负幅度，然后将其与彼此相比较，来确定来自相邻信道的噪声的存在。如果正幅度实质上不同于负幅度，则无线电信号受到了来自相邻信道的噪声的影响。

本发明的一个实施例提供了一种用于接收特定中心频率处的无线电信道上的频率已调无线电信号的方法。进一步，该方法确定无线电信道是否受到来自相邻无线电信道的噪声的影响，确定的结果可用于消除无线电信号中的噪声。根据接收到的无线电信号的预定部分，确定中心频率之上频偏的大小和中心频率之下频偏的大小。如果中心频率之下的频偏大小实质上和中心频率之上的频偏大小不同，则确定无线电信号受到来自相邻无线电信道的噪声的影响。

根据本发明的优选实施例，能够将无线电信号偏离中心频率的大频偏与来自影响无线电信号的相邻信道的噪声区分开。如果中心频率之下的频偏大小实质上和中心频率之上的频偏大小相同，则确定无线电信号具有大频偏。

本发明的另一个实施例提供了一种用于接收无线电信道上的频率已调无线电信号的方法。此外，该方法确定无线电信道是否受到来自相邻无线电信道的噪声的影响，确定的结果可用于消除无线电信号中的噪声。接收到的无线电信号被解调成为信息信号。根据信息信号预定部分，信息信号的正幅度大小和信息信号的负幅度大小被确定。如果正幅度大小实质上不同于负幅度大小，则无线电信号受到来自相邻无线电信道的噪声的影响。

根据本发明的另一个实施例，将用于对无线电信号进行频率调制的偏离中频的大频偏与来自于影响无线电信号的相邻无线电信道的噪声区分开。说到底，如果，正幅度大小实质上与负幅度大小相同，则可以推断无线电信号具有大频偏。

在本发明的优选实施例中，将正幅度和负幅度程度之间的差异与一个阈值相比较。然后，如果阈值被超过，则无线电信号具有大频偏。

参考本发明更详细的实施例，具有在无线电信号中心频率周围的预定频带的带通滤波器被提供，用于将来自相邻无线电信道的噪声从无线电信号中滤除掉。如果确定无线电信号受到来自相邻无线电信道的噪声的影响，则将带通滤波器改变到中心频率周围的第二频带，其中第二频带比预定的频带窄。

参考本发明的另一个实施例，如果确定无线电信号具有大频偏，则维持带通滤波器的预定频带不变。

根据本发明的优选实施例，在确定正幅度大小和负幅度大小之前消除无线电信号的干扰。

本发明的所述实施例可以用于超外差式接收机。

在本发明进一步的实施例中，中心频率是通过混合无线电信号的载频和预定的第二频率获得的中频，或是无线电信号的载频。

本发明的一个实施例进一步提供了一种用于经由无线电信道接收频率已调无线电信号的无线电接收机，在该无线电接收机中使用了上述的发明方法其中之一。

附图说明

以下，将参考附图更详细地描述本发明。附图中类似或相应的细节采用相同的附图标号来标记。

图1示出了对照载波、调制波和所产生的已调波的三个波形图。

图2示出了已经调频的载波信号和相应的调制波。

图3阐述了FM立体声多路复用信号的组成，包括单声道信号、立体声信号和导频信号。

图4示出超外差式无线电接收机的框图，其使用中频来解调无线电信号。

图5示出了FM MPX信号的示波器输出，对于该输出，大频偏已经被用于频率调制，然而不会遭受任何来自相邻信道的干扰，以及

图6示出了FM MPX信号的另一个示波器输出，对于该输出，“标准”频偏已经被用于频率调制，但是包含了来自相邻信道的干扰。

具体实施方式

下列段落将描述本发明的多个实施例。然而，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明不被限制于此，还可以被应用于其他技术领域。

调谐射频接收机(TRF接收机)是一种无线电接收机，通常由几个调谐高射频放大器组成，这几个调谐高射频放大器之后跟随有用于检测和放大音频信号的电路。三阶TRF接收机包括用于高频率的RF阶、检测器阶和音频阶。一般而言，需要两个或三个RF放大器来过滤所接收的频率信号和将所接收的频率信号放大到足以驱动检测器阶的水平。检测器将RF信号直接转换成信息，并且音频阶将信息信号放大至可用的水平。在调谐射频接收机中，所需频率的选择是基于高频率电路的频率选择的。然而在高频率处，很难获得良好的选择结果，因为必要的滤波器很昂贵，而且其性能受限制。

超外差式(superhet)无线电(也称为其全称超外差式(superheterodyne)接收机)是调谐射频接收机的进一步发展，并且至今为止是在许多应用中使用的接收机的最受欢迎的形式之一，这些应用包括从广播接收机到双向无线电通信链路，以及许多移动无线电通信系统。超外差式接收机的概念以混合来产生比混合过程之前原始频率更低的中频(IF)的过程为中心。这通过(超)外差完成，即通过混合两个频率来产生两者之间的差异频率。超外差式接收机将RF频率改变成更容易处理的较低中频。该中频将被放大并解调，以得到信息信号。

该过程将参考附图4在下面被更加详细地解释，图4公开了超外差式接收机的图，并且更具体而言公开了其中的电路。

经由天线41接收到无线电信号，然后在高频放大器和滤波器42中对该无线电信号进行预选和放大。进行预选，使得仅有在期望的接收带宽内的频率被放大，而过滤掉其他的频率。

混合器43混合RF信号和来自本地振荡器44的信号f_LO，这样产生几个新的频率。取决于混合器43的特性，这些包括原始频率，以及原始频率和振荡器频率的总和与差异。通常，差频信号被用作中频IF。由RF放大器和滤波器预选的期望接收带宽(其包括用于RF信号频率调制的载波频率)和在本地振荡器使用的频率f_LO一起被控制，从而能够通过混合器总是获得相同的差频，即相同的中频，通常例如是约10.7MHz。

中频滤波器，IF滤波器45，是仅允许在其频率周围的小带宽频率通过的带通滤波器。然后，经滤波的信号由IF放大器46放大，以便在解调器47中做进一步处理，在解调器47处从IF信号解调出信息信号(低频率信号，LF信号)。

这些IF阶段45、46包含接收机中的大部分放大处理和使得能将一个频率上的信号与下一个频率上的信号分离开的滤波处理。由于在较低的IF频率上执行处理过程，放大和滤波能被更精确地完成。

对于不同类型的传输需要不同的解调器，结果一些接收机可能具有多种解调器，其能够切换以适应将要遇到的不同类型的传输。解调器的输出可以是例如恢复的音频。假如音频无线电信号已经被接收，则该输出被传递到音频阶，在该音频阶中LF信号在LF放大器48处被放大，并且通过例如扬声器49输出。

一些超外差式无线电具有多于一个的频率转换，并且具有用于提供需要的性能水平的附加电路。

超外差式无线电的主要优点之一是大多数无线电的信号路径仅对窄范围频率敏感。仅前端(在频率转换器阶段之前的部分)需要对宽频率范围敏感。例如，前端可能需要对1-30MHz敏感，而无线电剩下的部分可能需要仅对455kHz、用于放大调制的典型IF或用于频率调制的10.7MHz敏感。

在超外差式接收机中，接收机的选择性由IF阶段，即IF滤波器确定。因此，超外差式接收机能获取比TRF接收机更好的选择性。选择性是无线电接收机仅响应调谐传输(例如无线电台信道)而拒绝邻近的，例如在相邻信道上的另一个广播的其他信号的性能的测量标准。无线电接收机中使用的许多滤波器具有非常高水平的性能，使得无线电接收机即使在存在许多其他邻近信号的情况下仍能选择自己的信号。

尽管超外差式接收机的选择性较好，然而来自相邻信道的无线电信号仍可以通过预选阶段和IF滤波器阶段，而导致在解调的信息信号中的噪声。IF滤波器阶段所选择的带宽被控制，以便获取良好的选择性、低失真以及可能的其他特征。为了减弱来自于相邻频率上的邻近站台的干扰，可以将IF滤波器的带宽变窄。然而，通过执行该步骤，同时解调信号的失真随着IF滤波器阶段带宽变窄而增加。相反地，更宽的带宽会使解调信号失真减弱，并且这样可以改善调谐质量，但是会引起接收机更易受干扰的影响，特别是当输入信号微弱或存在高功率的邻近站台时。

通常，接收机能在IF滤波器的至少两个不同带宽之间切换，从而取得两方面的优点。详细地，假如没有来自相邻信道的干扰存在于无线电信号中，则将IF滤波器的频率带宽维持得较宽以降低失真。然而，假如相邻信道引起无线电信号中的噪声，则将IF滤波器的频率带宽变窄以过滤掉来自所述相邻信道的干扰。

因此，很重要的是可靠地确定相邻信道是否真正地产生无线电信号中的噪声。否则，中间滤波器中频率带宽的切换可能弊多于利。

接收机可具有用于检测在FM解调信号中的噪声水平的检测器。在本领域中存在不同的方法来识别来自相邻信道的噪声。通常的噪声消除装置或多径检测器可以被提供于所述方面。然而，这些噪声的检测器还会对被误判断为噪声的大频偏作出响应。因此，对于具有大频偏但不具有噪声的信号而言，IF滤波器的频率带宽也会被变窄，因此导致更差的信号声音质量，例如使信号具有大量的失真。

这对于例如东欧的一些经常使用较大频偏的国家而言特别不利。例如在无线电FM中，频偏通常被限制到75kHz，然而在东欧高达300kHz的频偏也能遇到，自然会导致传统噪声检测失灵。

本发明提供了一种可靠地识别来自相邻信道的噪声的方式，并且允许将这种噪声与不应为之执行IF频率带宽调整的大频偏区分开。

本发明的要点是分别确定频率已调信号的频偏的正的最大值fmax和负的最小值fmin，然后比较正负部分的绝对值。对于来自相邻信道的噪声而言，频率不以对称方式偏离载频，但是有趋向于相邻信道载频频率的趋势。换言之，频偏正部分或负部分之一实质上大于另一个。

与之相反，大频偏是对称的，并且通常表现出相等量的正最大值fmax和负频偏最小值fmin。因此，假如频偏的量很大并且正部分和负部分大约相等，则可以推断大频偏被用于对所述无线电信号进行调频。

然而，在实践中，信号分析不对接收的FM无线电信号执行，而是对解调信号，例如由解调器47产生的MPX信号执行，因为这样更有效而且较不复杂。如在前面的描述中所提到的，例如参考图2，解调信号的幅度依赖于频率已调无线电信号的频偏。由于这种依赖性，可以执行模拟MPX信号分析。这将参考图5和6来阐述。

图5公开了在频率调制处理使用大频偏用于调制的情形下，MPX信号的示波器输出。图6公开了包括相邻信道干扰并使用了比图5中的频偏低的频偏的MPX信号的示波器输出。优选地，在执行检测相邻信道噪声的发明方法之前通过取消干扰来净化FM MPX信号。

在两幅图中水平线都位于0伏特，这样就将MPX信号划分为较低部分和较高部分，即负部分和正部分。当比较图5和6时，显而易见的是图5和图6的MPX信号具有同样的最大偏移差异；换句话说，最大负幅度和最大正幅度的间隔是相同的。然而，虽然图5的MPX信号相对于0V线对称，但图6的MPX信号是不对称的。因此，假如在正方向和负方向上的偏移量被分别确定并且与彼此相比较，就可以将用于频率调制的大频偏(图5)和在使用更普遍的较低频偏的信号中存在的相邻信道干扰(图6)区别开。

在图6中，MPX信号的负部分代表所用的频率调制采用的频偏。与之相对，图6的MPX信号的正部分由于相邻信道的干扰而明显更大。在该例子中，相邻信道的载频比无线电信号的载频大，因为其是MPX信号的更大的正部分。当然，本发明的实施例还能够被应用于检测来自在比所期望无线电信号更低的载频处的相邻信道的干扰。在所述情形中，MPX信号的负部分将比正部分大(未示出)。

在任何情况下，通过确定MPX信号的正部分和负部分并比较它们，可以可靠地检测来自相邻信道的干扰。进一步，这样可以容易地区分用于频率调制的大频偏和来自相邻信道的干扰。

当使用超外差式接收机时，该信息可以被用于锁定用于中频滤波器的滤波器带宽变窄。更具体而言，在噪声被检测到的情况下使IF滤波器的带宽会变小，从而减弱噪声。然而，正如已经陈述的，这对于被错误确定为噪声的大频偏并不是令人期望的。因此根据以上描述的新噪声确定中的任何一个，可以被采用来单独地控制IF滤波器的带宽。

或者，发明的噪声检测被用于锁定对IF滤波器频率带宽的控制。更详细地，通常的噪声确定被应用于无线电信号，以控制IF滤波器的频率带宽。然而此外，发明的噪声确定也被执行从而锁定IF滤波器的频率带宽，从而在仅有大频偏被用于无线电信号的频率调制时，假如传统噪声确定错误地确定无线电信号中存在噪声，阻止频率带宽发生改变。

这样，以改进的方式控制IF滤波器，即其频率带宽的改变就成为可能，从而避免带宽变窄被错误地应用于无线电信号，从而避免信号质量失真。

在前面的段落中，本发明的多个实施例和其变形已经被描述。本领域技术人员将体会到，在不脱离如广泛描述的本发明精神或范围的情况下，可以对在特定实施例中示出的本发明作出多种变形和/或修改。

进一步应当注意的是，大部分实施例是联系超外差式接收机来论述的。然而，本发明并不被限制于此。

Claims (11)

1.一种用于接收特定中心频率处的无线电信道上的频率已调无线电信号的方法，该方法确定所述无线电信道是否受到来自相邻无线电信道的噪声的影响，确定的结果可用于消除所述无线电信号中的噪声，所述方法包括步骤：

根据接收到的无线电信号的预定义部分，确定所述中心频率之上的频偏的大小和所述中心频率之下的频偏的大小，

如果所述中心频率之下的频偏大小与所述中心频率之上的频偏大小实质上不相同，则确定所述无线电信号受到来自相邻无线电信道的噪声的影响。

2.如权利要求1所述的用于接收无线电信号的方法，其中所述无线电信号偏离所述中心频率的大频偏将被与来自影响所述无线电信号的相邻无线电信道的噪声区分开，其中如果所述中心频率之下的频偏大小与所述中心频率之上的频偏大小实质上相同，则确定所述无线电信号具有大频偏。

3.一种用于接收无线电信道上的频率已调无线电信号的方法，该方法确定所述无线电信道是否受到来自相邻无线电信道的噪声的影响，确定的结果可用于消除所述无线电信号中的噪声，所述方法包括步骤：

将接收到的无线电信号解调为信息信号，

根据所述信息信号的预定部分，确定所述信息信号的正幅度大小和信息信号的负幅度大小，

如果所述正幅度大小实质上不同于所述负幅度大小，则确定所述无线电信号受到来自相邻无线电信道的噪声的影响。

4.如权利要求3所述的用于接收无线电信号的方法，其中用于对无线电信号进行频率调制的偏离中心频率的大频偏将被与来自影响所述无线电信号的相邻无线电信道的噪声区分开，其中如果所述正幅度大小与所述负幅度大小实质上相同，则确定所述无线电信号具有大频偏。

5.如权利要求3或4所述的用于接收无线电信号的方法，其中将所述正幅度大小和所述负幅度大小之间的差异与阈值相比较，并且

如果该阈值被超过，则确定所述无线电信号具有大频偏。

6.如权利要求1-5中任一项所述的用于接收无线电信号的方法，其中提供具有在所述无线电信号中心频率周围的预定频带的带通滤波器，用于将来自相邻无线电信道的噪声从所述无线电信号中滤除掉，并且

如果确定所述无线电信号受到来自相邻无线电信道的噪声的影响，则将所述带通滤波器改变到所述中心频率周围的第二频带，所述第二频带比所述预定频带窄。

7.如权利要求6所述的用于接收无线电信号的方法，其中如果确定所述无线电信号具有大频偏，则维持所述带通滤波器的预定频带不变。

8.如权利要求3-7中任一项所述的用于接收无线电信号的方法，其中在确定所述正幅度大小和所述负幅度大小之前消除所述无线电信号的干扰。

9.如权利要求1-8中任一项所述的用于接收无线电信号的方法，其中所述方法可以用于超外差式接收机。

10.如权利要求1、2、4-9中任一项所述的用于接收无线电信号的方法，其中所述中心频率是通过混合所述无线电信号的载频和预定的第二频率获得的中频，或是所述无线电信号的载频。

11.一种用于经由无线电信道接收频率已调无线电信号的无线电接收机，其中在所述无线电接收机中使用如权利要求1-10中任一项所述的用于接收无线电信号的方法。

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