CN110710115B - 消除调幅无线电信号中的电磁干扰的方法 - Google Patents

Abstract

用于衰减由无线电接收器接收到的AM无线电信号中的电磁干扰的方法，从而产生经滤波的无线电信号Z _n ，其在时刻n的定义为

，其中，Y _n 是向量，其分量分别对应于由第一天线接收到的无线电信号以及由连接到干扰源的第二天线接收到的第二信号，并且W _n 是向量，其分量对应于脉冲响应滤波器的复系数，其中

，借助于引入在所述复系数的实部和虚部之间的关联，所述复系数以极坐标表示，使得

并且

，并且实现预定的迭代算法，该算法被配置成确定能够最小化以下成本函数

的g _1,n 、g _2,n 、θ _1,n 和θ _2,n 。

Description

消除调幅无线电信号中的电磁干扰的方法

技术领域

本发明涉及电磁干扰的衰减的领域，所述电磁干扰尤其是由车辆的电动机引起的对由所述车辆接收到的调幅无线电信号的电磁干扰。

更确切地说，在车辆、特别是电动车辆中车载的能够接收AM（AM是针对英语的“Amplitude Modulation”，意为幅度调制）信号的无线电接收器的上下文中，本发明旨在消除由于电动机的运转而引入到所述AM无线电信号中的电磁干扰。

背景技术

众所周知，这些电磁干扰尤其是由此类车辆的电动机所产生的。

尤其是在机动车辆的多媒体系统中的无线电接收器能够接收无线电信号，特别是AM无线电信号。此类车辆的电动机、特别是电动或混合动力车辆的电动机产生电磁干扰，这会扰乱AM无线电信号的接收。

为了消除这些电磁干扰，本领域技术人员已知求助于实现迭代算法的滤波器，所述迭代算法称为CPA算法，CPA是针对英语的“Constant Phase Algorithm”，意为“恒定相位算法”。顾名思义，这些CPA算法旨在确保处理后的AM无线电信号中的恒定的相位。

更确切地说，CPA算法用于定义要应用于接收到的AM无线电信号以消除其中的电磁干扰的最佳滤波器。

由无线电接收器以调制形式接收到的这种AM无线电信号经历各种传感器和匹配滤波，使得可以以良好的条件、尤其是在机动车辆的驾驶室中播放相应的解调无线电信号。

本领域技术人员知道AM（即调幅）无线电信号被匹配的无线电接收器接收以便被解调然后播放给听众的工作原理。

与经由移动无线电接收器、尤其是集成到电动或混合动力机动车辆中的移动无线电接收器来接收AM无线电信号有关的已知问题在于以下事实：电磁干扰，特别是在电动或混合动力车辆的情况下由电动机产生的电磁干扰，其会扰乱接收到的AM无线电信号。

由此引发了必要的滤波，其通常借助于脉冲响应滤波器（“FIR”），以便消除所述电磁干扰。

参考图1，为了消除接收到的AM无线电信号中的电磁干扰，开发了脉冲响应滤波器FIR。这些滤波器实现如下所述的CPA算法，此类算法被配置成衰减接收到的AM无线电信号中的所述电磁干扰，所述接收到的AM无线电信号以复基带表示并且记为y _n ，以便提供经处理的AM无线电信号z _n 。

根据现有技术，用于消除电磁干扰的算法通常是如前所述的恒定相位类型的算法。实际上，幅度调制的原理确保了所发射的无线电信号具有恒定的相位。因此，称为CPA算法的计算算法得到调整，并且本领域技术人员不断寻求改进它们，其主要约束是要在计算之后确保在接收器内的经滤波的无线电信号具有基本恒定的相位。

CPA算法是迭代的计算算法，其目标在于确定要应用于与接收到的AM无线电信号（以复基带表示）相对应的复向量的复系数的实部和虚部，以便实现使得能够衰减AM无线电信号中存在的电磁干扰的组合。

从数学的观点来看，如下表达上面介绍的原理，其中将表征脉冲响应滤波器的复系数赋予由复基带表示的接收到的信号，所述接收到的信号的一部分是由无线电接收器的天线接收的，其对应于AM无线电信号，其被添加了由干扰源（如例如车辆的电动机）产生的电磁干扰，并且所述接收到的信号的另一部分是由连接到所述干扰源（如上述电动机）的第二天线接收的，其对应于所述干扰，以便在衰减了所述电磁干扰之后形成要播放的经滤波的无线电信号。

经滤波的无线电信号写作：

其中，y _1,n 是由无线电接收器的所讨论的天线接收到的以复基带的无线电信号，它对应于被电磁干扰扰乱的发射AM无线电信号，并且y _2,n 是接收来自干扰源（尤其是电动或混合动力车辆的电动机）的噪声的天线所接收到的信号，并且w _1,n 、w _2,n 是经由脉冲响应滤波器FIR赋予所述接收无线电信号的复系数。

根据现有技术，实现CPA算法来确定能够最小化以下成本函数的复向量W _n ：

。

此外，根据现有技术，复系数向量W _n 被认为由线性复数构成，所述向量W _n 因此具有以下形式：

。

该复系数向量W _n 的分量彼此独立，并且每个分量的实部和虚部也彼此独立。

可以通过瞬时梯度技术来降低相应的成本函数，使其写作：

其中，μ是选定的常数，其使得能够使梯度根据期望的收敛稳定性和速度而更快或更慢地收敛。

复系数的更新于是来自以下公式：

。

代表了现有技术的该算法给出了图2的解的曲线，其具有实部Re和虚部Im，并且其可能收敛至非最优解。特别地，尽管相位朝0收敛是正确的，但是现有技术的解的曲线还使得增益朝0收敛，增益朝0收敛也构成了所实现的CPA算法的目标解。

为了减轻这个主要缺点，在现有技术中，已知将归一化系数添加到要经由脉冲响应滤波器实现的复系数的更新方程中。因此，复系数的所述更新变为：

为了消除特别是由电动或混合动力车辆的电动机产生的电磁干扰，如目前应用的已知的滤波技术和CPA算法的主要缺点在于它们有时收敛得很慢，尤其是它们有时会不恰当地收敛并且具有很差的稳定性。换言之，证实了所需条件的复系数有时会导致播放质量较差的无线电信号。

正是为了减轻这些缺点提出了本发明，以使得能够借助于改进的滤波方法来消除由无线电接收器、特别是机动车辆中车载的无线电接收器接收到的AM无线电信号中的电磁干扰。

发明内容

为此，本发明特别地规定实现例如CPA算法类型的迭代算法，以基于成本函数来确定要应用的滤波器的特性，所述成本函数是特定的，使得所述迭代算法的任务是最小化。

所述成本函数特别地以极坐标表示并且在增益方面被归一化，从而确保相位朝0收敛。

以此方式，所讨论的迭代算法更快速、更稳定地收敛于要应用的复系数的向量的确定，所述复系数尤其是借助于脉冲响应滤波器而要应用于以复基带表示的由所讨论的无线电接收器的天线和由第二天线接收到的信号，以消除电磁干扰。

更确切地说，本发明旨在衰减、甚至消除特别是由车辆的电动机产生的对无线电接收器接收到的AM无线电信号的电磁干扰。

为此，旨在接收所发射的AM无线电信号的所述无线电接收器被连接到彼此分离的至少两个无线电接收天线，第一天线在时刻n接收第一无线电信号y _1,n ，其对应于被电磁干扰扰乱的所发射的AM无线电信号，并且第二天线在时刻n接收噪声信号y _2,n ，其对应于电磁干扰。

第一无线电信号和第二噪声信号旨在通过脉冲响应滤波器进行组合，本发明的目的是该滤波器的系数的确定。

更确切地说，本发明的主题是一种用于衰减由无线电接收器接收到的调幅无线电信号中的电磁干扰的方法，所述电磁干扰是由干扰源产生的，从而产生经滤波的无线电信号Z _n ，其在时刻n的定义为

，其中，Y _n 是向量，其分量分别对应于由无线电接收器的第一天线接收到的无线电信号以及由连接到干扰源的第二天线接收到的第二信号，其在复基带中，所述接收到的无线电信号包括电磁干扰，所述第二信号对应于电磁干扰，并且W _n 是向量，其分量对应于表征脉冲响应滤波器的复系数，所述复系数旨在分别应用于以复基带表示的接收无线电信号和第二无线电信号，以便在组合后形成其中衰减了电磁干扰的经滤波的无线电信号Z _n ，根据本发明的方法包括如下确定向量W _n 的复系数：

，

其是借助于引入在所述复系数的实部和虚部之间的关联，所述复系数以极坐标表示，使得

并且

，

并且实现预定的迭代算法，该算法被配置成确定能够最小化以下成本函数的g _1,n 、g _2,n 、θ _1,n 和θ _2,n ：

以获得表征脉冲响应滤波器的复系数向量W _n ，所述脉冲响应滤波器要应用于接收到的无线电信号Y _n 以衰减其中的电磁干扰。

借助于根据本发明的方法，所实现的迭代算法能够快速且稳定地收敛于有限的解集，从而确保经滤波的无线电信号中的零相位和非零增益。实际上，在滤波器的复系数的实部和虚部之间引入关联等同于针对迭代算法的实现融入了两个信号y _1,n 和y _2,n 之间存在的关联。

有利地，所述迭代自适应算法是恒定相位自适应算法。

根据一个实施例，根据本发明的方法包括：实现迭代自适应算法包括确定能够随时间最小化成本函数的复增益

和复相位

，所述成本函数通过下面的瞬时梯度来表征：

，

其中

，

并且

，

其中，

是由时刻n处的复系数的增益组成的向量，并且

是由复系数的相位组成的向量。

根据一个实施例，借助于下式来计算

、

随时间的相应演变：

其中，

是由时刻n处的复系数的增益组成的向量，

是由复系数的相位组成的向量，并且μ _g 和μ _θ 是常数，其是根据所实现的迭代自适应算法的期望的收敛速度和精度来选择的。

本发明还涉及一种包括微控制器的无线电接收器，所述微控制器被配置成实现如上面简述的方法。

本发明还涉及一种机动车辆，其包括如上面简述的无线电接收器。

根据一个实施例，所述车辆包括电动机，第一天线是无线电接收器的接收天线，并且第二天线是连接到机动车辆的所述电动机的天线，所述电动机是干扰源。

附图说明

通过阅读以下描述将更好地理解本发明，该描述仅作为示例给出，并且其参考附图，附图示出：

- 图1示出了借助于实现CPA算法的滤波器来衰减电磁干扰的方法的原理示意图；

- 图2示出了在诸如现有技术中实现的CPA算法的情况下的可能的解的集合的曲线；

- 图3示出了在诸如根据本发明实现的CPA算法的情况下的可能的解的集合的曲线。

具体实施方式

介绍根据本发明的用于消除AM无线电信号的电磁干扰的方法，其主要旨在实现于机动车辆中的车载多媒体系统的无线电接收器中。

然而，也旨在本发明在任何其他技术领域中的实现，特别是在任何类型的AM无线电接收器中的实现。

本发明提出了，在旨在如上所述的那样确定要应用于接收到的AM无线电信号的复系数向量的分量以去除其中的电磁干扰的过程的情境中，以一种特定的方式重写要被最小化的成本函数。

通过应用上述复系数向量而被滤波的无线电信号的观察模型表达为下式：

其中

，

其中，Z _n 是经滤波的无线电信号，y _1,n 是无线电接收器的所讨论的天线接收到的在复基带中的接收无线电信号，所述接收无线电信号y _1,n 包括要播放的无线电信号和电磁干扰，y _2,n 是连接到电磁干扰源（特别是混合动力或电动车辆的电动机）的第二天线接收到的信号，所述第二信号对应于所述电磁干扰，并且w _1,n 、w _2,n 是构成要应用于接收无线电信号Y _n 的滤波器的复系数向量。

为了利用在CPA算法的实现中仅相位是要考虑的约束这一事实，本发明提出如下用极坐标来表达复系数，该复系数对应于要应用于接收无线电信号Y _n 的滤波器的系数，接收无线电信号Y _n 的一部分对应于接收到的AM无线电信号，并且还对应于与电磁干扰相对应的第二信号：

和

。

因此，经滤波的信号也写作极坐标，从而简化了梯度的计算：

。

因此，根据本发明，实现迭代算法，特别是CPA算法，以确定能够最小化以下成本函数的系数w _n ：

。

该成本函数的瞬时梯度写作：

其中

。

并且偏导数写作：

其中，

是由时刻n处要应用的滤波器的复系数的增益组成的向量，

是由时刻n处要应用的滤波器的复系数的相位组成的向量。

因此，借助于下式来获得要确定的每个复系数的增益和相位随时间的更新：

其中，μ _g 和μ _θ 是常数，其是根据期望的算法的收敛速度、稳定性和精度来选择的。

从这些公式可以得出要确定的复系数的实部和虚部之间的较强的互相关性。

这样，基于这些公式的迭代算法、特别是CPA算法的实现，在最小化上面展示的成本函数的约束下，比现有技术更高效地收敛。实际上，增益为0的解不再可能，并且相反，确保了相位朝0的收敛。

因此，图3显示了根据上述公式实现的CPA算法的解的曲线，包括其各自的模量Abs和其相位Ph。

借助于本发明，CPA算法因此收敛到解的比在诸如现有技术中实现的CPA算法的可能解的集合更小的子集。

因此，经由脉冲响应滤波器FIR实现根据本发明的方法使得能够以比现有技术中更好的稳定性和更快的速度消除由车辆的无线电接收器的天线接收到的AM无线电信号中的电磁干扰，所述干扰是由发动机、特别是这种车辆的电动机所产生的。

此外要明确的是，本发明不限于借助于CPA算法的上述实施例，而是可以有本领域技术人员可想到的变型；特别地，完全可以实现其他类型的算法。

Claims (7)

1.用于衰减由无线电接收器接收到的调幅无线电信号中的电磁干扰的方法，所述电磁干扰是由干扰源产生的，从而产生经滤波的无线电信号Z _n ，其在时刻n的定义为

，其中，Y _n 是向量，其分量分别对应于由无线电接收器的第一天线接收到的无线电信号（y _1,n ）以及由连接到干扰源的第二天线接收到的第二信号（y _2,n ），其在复基带中，所述接收到的无线电信号包括电磁干扰，所述第二信号对应于电磁干扰，并且W _n 是向量，其分量对应于表征脉冲响应滤波器的复系数（w _1,n 、w _2,n ），所述复系数（w _1,n 、w _2,n ）旨在分别应用于以复基带表示的接收无线电信号和第二信号，以便在组合后形成其中衰减了电磁干扰的经滤波的无线电信号Z _n ，该方法包括如下确定向量W _n 的复系数：

，

其中，

是w _1,n 的共轭，并且

是w _2,n 的共轭，

其是借助于引入在所述复系数的实部和虚部之间的关联，所述复系数以极坐标表示，使得

并且

，

并且实现预定的迭代算法，该算法被配置成确定能够最小化以下成本函数的g _1,n 、g _2,n 、θ _1,n 和θ _2,n ：

以获得表征脉冲响应滤波器的复系数向量W _n ，所述脉冲响应滤波器要应用于接收到的无线电信号Y _n 以衰减其中的电磁干扰。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述迭代算法是恒定相位自适应算法。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法包括：实现迭代算法包括确定能够随时间最小化成本函数的复增益

和复相位

，所述成本函数通过下面的瞬时梯度来表征：

，

其中

，

并且

，

其中，

是Z _n 的共轭，

是由时刻n处的复系数的增益（g _n ）组成的向量，并且

是由复系数的相位（θ _n ）组成的向量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，借助于下式来计算

、

随时间的相应演变：

其中，

是Y _n 的共轭，

是由时刻n处的复系数的增益（g _n ）组成的向量，

是由复系数的相位（θ _n ）组成的向量，并且μ _g 和μ _θ 是常数，其是根据所实现的迭代算法的期望的收敛速度和精度来选择的。

5.包括微控制器的无线电接收器，所述微控制器被配置成实现根据权利要求1至4中的任一项所述的方法。

6.机动车辆，其包括根据权利要求5所述的无线电接收器。

7.根据权利要求6所述的机动车辆，所述车辆包括电动机，其中，第一天线是无线电接收器的接收天线，并且第二天线是连接到机动车辆的所述电动机的天线，所述电动机是干扰源。

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