CN116724494A - 用于自适应地降低fm无线电信号的噪声的装置 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于降低在FM频带中接收的无线电信号中的噪声的装置(10)，其包括：‑用于解调无线电信号的模块(11)，其被适配用于从所接收的无线电信号生成解调的无线电信号；‑噪声抑制模块(12)，其被适配用于利用被去除噪声的序列替换解调的无线电信号的时间序列；‑用于控制噪声抑制模块的模块(13)，其被适配用于控制噪声抑制模块的激活，用于降低噪声的装置的特征在于，其还包括用于分析所接收的无线电信号的频谱的模块(14)，并且控制模块被配置用于按照根据所接收的无线电信号的谱内容而在多个预定的激活策略当中选取的激活策略来控制噪声抑制模块。

Description

用于自适应地降低FM无线电信号的噪声的装置

技术领域

本公开涉及一种用于降低接收到的FM无线电信号中的噪声(特别是脉冲噪声)的装置，并且尤其用于被集成到自动车辆中的车载无线电接收器中。

背景技术

无线电接收器通常包括用于降低噪声的装置，用于降低噪声的装置包括用于解调所接收的无线电信号的模块和噪声抑制模块(按英语术语已知为“noise blanker(噪声消隐器)”)。

尤其是在文献US6577851中描述了被配置用于利用自信号部分替换信号的有噪声部分的噪声抑制模块的示例。

在其它情况下，噪声抑制模块可以利用从有噪声部分的某些分量重构的部分来替换信号的有噪声部分。

在所有情况下，需要设置与有噪声部分的检测和性能良好的噪声抑制模块的激活有关的策略。实际上，有噪声部分的无效检测不允许以足够满意的方式消除噪声。另一方面，由于被称为“消隐”或噪声抑制的技术可能在复原的音频信号中引入失真，因此适当的是避免过于严格的激活噪声抑制模块的策略。

为了确保满意的噪声降低，在专利申请FR3049132中已经提出了用于限制无线电信号中的脉冲噪声的方法，其中噪声抑制模块是根据对被调制的接收到的无线电信号的同相分量与正交分量之间的比率的模量下降的推导以及被解调的接收到的无线电信号中的高频噪声的检测来激活的。

在该解决方案中，针对两个检测提出的阈值是在对装置进行调整时由专业人员确定的并且然后被以确定的方式设置。

然而，这种调整未必适配于所有情况和所有类型的音频内容。例如，当音频内容涉及“pop(流行)”音乐时，与在涉及古典音乐或口头节目时相比收听者对噪声不太敏感。

因此存在针对减轻这种缺点的需要。

发明内容

鉴于上述情况，本公开的目的是提出一种用于降低无线电信号中的噪声的装置，其允许进行根据信号的内容适配的噪声消除。

在这方面，提出了一种用于降低在FM频带中接收的无线电信号中的噪声的装置，包括：

-用于解调无线电信号的模块，其被适配用于从所接收的无线电信号生成解调的无线电信号，

-噪声抑制模块，其被适配用于利用被去除噪声的序列来替换解调的无线电信号的时间序列，

-用于控制噪声抑制模块的模块，其被适配用于操控噪声抑制模块的激活，

用于降低噪声的装置特征在于，其还包括用于分析所接收的无线电信号的频谱的模块，并且控制模块被配置用于按照根据所接收的无线电信号的谱内容而在多个预定的激活策略当中选取的激活策略来控制噪声抑制模块。

在一些实施例中，预定的激活策略包括在相邻信道干扰的情况下的第一策略、在没有相邻信道干扰并且在接收到的无线电信号的弱动态频谱的情况下的第二策略、以及在没有相邻信道干扰并且在接收到的无线电信号的强动态频谱的情况下的第三策略。

在一些实施例中，用于降低噪声的装置还包括：

-用于根据高频噪声检测阈值来检测解调的无线电信号中的高频噪声的模块：

-用于根据模量下降检测阈值来检测调制的无线电信号的同相分量与正交分量之间的比率的模量的下降的模块，

其中控制模块被适配用于根据高频噪声检测和同相分量与正交分量之间的比率的模量的下降的检测来激活噪声抑制模块，

并且控制模块还被适配用于根据所选择的激活策略来设置高频噪声检测阈值和模量下降检测阈值的值。

在一些实施例中，对应于第一策略的高频噪声检测阈值和模量下降检测阈值的值被相应地包括在对应于第二激活策略和第三激活策略的高频噪声检测阈值和模量下降检测阈值的值之间。

在一些实施例中，装置还包括用于将接收到的无线电信号的频率朝向中间频率转换的模块，并且用于分析频谱的模块被适配用于分析来自频率转换模块的信号的频谱。

在一些实施例中，用于分析谱的模块被适配用于检测相邻信道干扰，并且在检测到相邻信道干扰的情况下，控制模块被配置用于实现用于激活噪声抑制模块的第一策略。

在一些实施例中，为了检测相邻信道干扰，用于分析谱的模块被配置用于：

-确定在被包括在谱的中心频带中的频率处的频谱能量与被包括在位于谱的端部处的频带中的频率处的频谱能量之间的比率，

-将比率与预定阈值进行比较，并且如果比率小于阈值，则检测到相邻信道干扰。

在一些实施例中，在没有相邻信道干扰的情况下，用于分析谱的模块还被适配用于确定无线电信号的频谱是弱动态的还是强动态的，并且控制模块被配置用于分别实现适合于弱动态内容的用于激活噪声抑制模块的第二策略或适合于强动态内容的用于激活噪声抑制模块的第三策略。

在一些实施例中，用于分析谱的模块被配置用于确定被包括在谱的中心频带中的频率处的信号的能量的时间变化，将时间变化与预定阈值进行比较，并且如果时间变化小于所述阈值，则将无线电信号的声音内容确定为弱动态的，并且如果时间变化大于所述阈值，则将无线电信号的声音内容确定为强动态的。

在一些实施例中，噪声抑制模块被适配用于利用通过在最后的无噪声样本和返回的无噪声样本之间的多项式插值获得的序列替换解调的信号的时间序列。

根据另一目的，提出了一种适于接收和解调多路复用的FM无线电信号的FM无线电接收装置，其特征在于，其包括根据前面的描述的用于降低噪声的装置。

根据另一目的，提出了一种用于降低接收到的FM无线电信号中的噪声的方法，方法包括实现如下步骤：

-分析所接收的无线电信号的频谱，

-根据所执行的分析，从一组预定的策略当中选择噪声抑制策略，以及

-依照所选择的策略实现噪声抑制。

在一些实施例中，对所接收的无线电信号的频谱进行分析包括：

-确定在被包括在谱的中心频带中的频率处的无线电信号的频谱的能量与被包括在位于谱的端部处的频带中的频率处的信号的能量之间的比率，并且如果比率小于确定的阈值，则选择第一激活策略，否则

-确定被包括在谱的中心频带中的频率处的无线电信号的频谱的能量的时间变化，将时间变化与预定阈值进行比较，以及

·如果所述时间变化小于阈值，则选择第二激活策略，

·否则，选择第三激活策略。

所提出的用于降低噪声的装置包括噪声抑制模块，其可以是根据接收到的信号的频率内容按照不同的激活策略而被选择性地激活的。激活策略对应于或多或少地高的噪声检测阈值，并且因此对应于或多或少地严格的噪声抑制模块的激活条件。

以这种方式，与其中噪声检测阈值可能更高的pop音乐的情况对比，可以减小用于对其而言收听者将更容易感知到噪声的音频内容(例如古典音乐)的噪声检测阈值。

附图说明

通过阅读下面的详细描述并且通过分析随附附图，其它特征、细节和优点将变得显而易见，在附图中：

[图1]示出根据实施例的包括用于降低噪声的装置的无线电接收装置。

[图2]示出根据实施例的由用于降低噪声的装置实现的用于选择噪声抑制模块的激活策略的方法。

具体实施方式

现在参照[图1]，其示意性地表示FM频带中的无线电接收装置，其可以典型地(但是非限制性地)车载于自动车辆上。无线电接收装置1包括天线(未表示)和用于降低噪声的装置10，天线允许捕获无线电信号，用于降低噪声的装置10被适配用于解调接收到的无线电信号，同时还抑制其包括的噪声，特别是脉冲噪声或多路径噪声。

在下文中，用于降低噪声的装置10的不同的模块可以是模拟模块或数字模块。

接收的FM信号被借助于正交幅度调制技术以本身已知的方式调制，从而接收的FM信号被调制并且具有同相分量I和正交的分量。

用于降低噪声的装置10包括：用于解调接收的信号的模块11，其被适配用于从接收的信号生成解调的无线电信号；噪声抑制模块12，其被适配用于利用被去除噪声的序列替换解调的无线电信号的时间序列；以及用于控制噪声抑制模块的模块13，其被适配用于根据激活策略来操控噪声抑制模块12的激活。随后，激活策略对应于或多或少地高的噪声检测阈值，根据该阈值控制模块13激活或不激活噪声抑制模块。

在一些实施例中，噪声抑制模块12可以被适配用于利用自信号部分替换无线电信号的序列。作为变型，噪声抑制模块12可以利用通过在最后的无噪声信号样本和第一返回的无噪声样本之间的多项式插值构造的序列替换信号的有噪声序列。针对更多细节将能够参照例如文献FR3049132。

控制模块13被配置用于根据接收到的无线电信号的谱内容按照从多个预定的激活策略当中选取的激活策略来操控噪声抑制模块的激活。

有利地，预备至少两个并且优选地至少三个预定的激活策略。

在实施例中，控制模块13布置有两个激活策略，其分别被适配用于相应地弱的动态或强的动态的无线电信号的频谱。弱动态的频谱可以例如对应于古典音乐或口头节目。在这些情况下，收听者对噪声的存在更敏感，并且用于激活噪声抑制模块的策略必须更严格，具有更小的噪声检测阈值。至于强动态的频谱，其可以涉及“pop”音乐，对其而言噪声的存在不太会妨碍，因为其不太干扰收听。在这种情况下，用于激活噪声抑制模块的策略可以不太严格，具有更高的噪声检测阈值。

在实施例中，在其中接收的信号包括相邻信道干扰——还以首字母缩写已知为ACI(针对英语的“Adjacent Channel Interference(相邻信道干扰)”)——的情况下控制模块13布置第三激活策略。在这种情况下，需要以频繁的方式激活噪声抑制模块以预防这种干扰，并且因此布置特定的激活策略。

为了使控制模块13能够确定要从预定策略当中选择的激活策略，用于降低噪声的装置10还包括用于分析接收到的无线电信号的频谱的模块14。参照[图2]，示意性地表示了为了确定适当的噪声抑制模块的激活策略而实现对接收到的信号的频谱分析的示例。

用于分析频谱的模块14被配置用于优选地首先确定100无线电信号是否包括相邻信道的干扰，这在[图2]中由询问“ACI？”标示。

用于降低噪声的装置10以通常方式包括用于将接收到的信号的频率朝向中间频率转换的模块15，该转换模块位于解调模块11的上游，并且用于分析频谱的模块14被适配用于分析来自频率转换模块的信号的频谱，以便将位于信号的中心频率频带中的频率(例如中心频率)处的谱的能量与被包括在位于谱的端部的频带中的频率处的谱的能量进行比较。所确定的在频率频带中的谱的能量可以是通过针对包含在频带中的频率对信号的功率谱密度进行积分或求和而获得的。分析模块14可以例如计算谱的中心频带中的能量与端部频带中的能量之间的比率。

例如，如果信号被在其上发射的频带具有带有中心频率f的频带宽度L，则那么可以认为谱的端部包括被包含在区间[f-L/2；f-L/2+0.2L]和[f+L/2-0.2L；f+L/2]中的频率。还可以认为例如谱的中心频带对应于区间[f-L/10；f+L/10]或[f-L/5；f+L/5]中的频率频带。

以示例的方式，在FM频带的情况下，在信号被在其上发射的频带的宽度为100kHz的量级。位于谱的端部的频率频带可以处在以频带的中心频率为中心的80kHz的范围之外。

一旦计算了中心频率处的信号的能量与在谱的端部的频率处的信号的能量之间的比率，就由分析模块14将该比率与预定阈值进行比较。该阈值例如大于或等于1，例如大于或等于1.5。

如果该比率小于阈值，则这意味着接收的信号的内容在分配给信号的频率频带的端部处是显著的，而信号通常应当在该频率频带的中心，并且因此这允许检测相邻信道的干扰的存在(离开步骤100的箭头Y)。在这种情况下，分析模块14向控制模块13发送检测到相邻信道的干扰的信息，并且控制模块选择对应的用于激活噪声抑制模块的策略，其在[图2]中由“STRAT1”标示。

相反，如果比率大于阈值，则没有检测到任何相邻信道的干扰(离开步骤100的箭头N)。

然后，频率分析模块被配置用于确定200接收的信号的频谱是弱动态的还是强动态的，这在[图2]中由询问“DYN？”标示。该分析同样在频率转换模块的输出处的信号上实现。

为了实施该分析，频率分析模块计算位于谱的中心频带中的频率处的信号的能量的时间变化，并将该时间变化与预定阈值进行比较。如果时间变化小于阈值，则那么认为信号的频谱是弱动态的(图2中的箭头“CLA”)，并且如果时间变化大于阈值，则认为频谱是强动态的(图2中的箭头“POP”)。该确定的结果被发送到噪声抑制模块的控制模块，其由此选择用于激活噪声抑制模块的策略。在[图2]中标示“STRAT2”和“STRAT3”，“STRAT2”是对应于弱动态频谱的激活策略，“STRAT3”是对应于强动态频谱的激活策略。

在实施例中，激活策略对应于噪声检测阈值的值。

因此，用于降低噪声的装置2还可以包括用于根据模量下降检测阈值SI/Q检测调制的无线电信号的同相分量与正交分量之间的比率的模量(在下文中被标示为I/Q模量)的下降的模块16。该模块可以位于用于将频率朝向中间频率转换的模块的下游。

用于降低噪声的装置2还包括用于检测解调的无线电信号中的高频噪声的模块17，其通过将被解调的无线电信号中的高频尖峰与频率阈值——在下文中被称为高频噪声检测阈值SHF——进行比较来检测这些尖峰的存在。

用于检测I/Q模量的下降的模块16和用于检测高频噪声的模块17被配置用于向控制模块13传送由于对应的阈值被跨过而已经相应地检测到I/Q模量的下降或高频噪声的事实。当模块16和17的两个检测阈值已经被相应地跨过时，控制模块13激活噪声抑制模块12。

在该实施例中，用于激活噪声抑制模块12的不同策略对应于模量下降检测阈值和高频噪声检测阈值的相应的值，其由控制模块13在由频率分析模块实现的分析结束时设置。

因此，用指标“ACI”来标示在检测到相邻频带干扰的情况下这些阈值的值，用指标“POP”来标示在没有相邻频带干扰的情况下并且在强动态谱内容的情况下这些阈值的值，并且用指标“CLA”来标示在没有相邻频带干扰的情况下并且在弱动态谱内容的情况下这些阈值的值。

对阈值进行设置以使得：SI/Q、CLA<SI/Q、ACI<SI/Q、POP以及SHF、CLA<SHF、ACI<SHF、POP。

对应于弱动态谱内容的阈值是最低的，这意味着它们对应于相当频繁地激活噪声抑制模块12。对应于强动态谱内容的阈值是最高的，这意味着更罕见地激活噪声抑制模块。最后，在相邻信道干扰的情况下使用的阈值在这两者之间，因为为了有效地防止这种类型的干扰而频繁地激活噪声抑制模块12是必要的。

Claims (11)

1.一种用于降低在FM频带中接收的无线电信号中的噪声的装置(10)，包括：

-用于解调无线电信号的模块(11)，其被适配用于从所接收的无线电信号生成解调的无线电信号，

-噪声抑制模块(12)，其被适配用于利用被去除噪声的序列来替换解调的无线电信号的时间序列，

-用于控制噪声抑制模块的模块(13)，其被适配用于操控噪声抑制模块的激活，

所述用于降低噪声的装置的特征在于，其还包括用于分析所接收的无线电信号的频谱的模块(14)，并且控制模块(13)被配置用于控制噪声抑制模块以实现：

-当分析模块确定相邻信道干扰时的第一策略，

-当分析模块确定不存在相邻信道干扰并且所接收的无线电信号的弱动态频谱时的第二策略，以及

-当分析模块确定不存在相邻信道干扰并且所接收的无线电信号的强动态频谱时的第三策略。

2.根据权利要求1所述的用于降低噪声的装置(10)，还包括：

-用于根据高频噪声检测阈值来检测解调的无线电信号中的高频噪声的模块(17)：

-用于根据模量下降检测阈值来检测调制的无线电信号的同相分量与正交分量之间的比率的模量的下降的模块(16)，

其中控制模块(13)被适配用于根据高频噪声检测和同相分量与正交分量之间的比率的模量的下降的检测来激活噪声抑制模块(12)，

以及控制模块(13)还被适配用于根据所选择的激活策略来设置高频噪声检测阈值和模量下降检测阈值的值。

3.根据权利要求1和2的组合所述的用于降低噪声的装置(10)，其中对应于第一策略的高频噪声检测阈值和模量下降检测阈值的值被相应地包括在对应于第二激活策略和第三激活策略的高频噪声检测阈值和模量下降检测阈值的值之间。

4.根据前述权利要求中的任何一项所述的用于降低噪声的装置(10)，还包括用于将接收到的无线电信号的频率朝向中间频率转换的模块(15)，并且用于分析频谱的模块(14)被适配用于分析来自频率转换模块的信号的频谱。

5.根据前述权利要求中任何一项所述的用于降低噪声的装置(10)，其中，用于分析谱的模块(14)被适配用于检测相邻信道干扰，并且在检测到相邻信道干扰的情况下，控制模块(13)被配置用于实现用于激活噪声抑制模块(12)的第一策略。

6.根据前项权利要求所述的用于降低噪声的装置(10)，其中，为了检测相邻信道干扰，用于分析谱的模块(14)被配置用于：

-确定在被包括在谱的中心频带中的频率处的频谱能量与被包括在位于谱的端部的频带中的频率处的频谱能量之间的比率，

-将比率与预定阈值进行比较，并且如果比率小于阈值，则检测到相邻信道干扰。

7.根据权利要求5或6中的任何一项所述的用于降低噪声的装置(10)，其中，在没有相邻信道干扰的情况下，用于分析谱的模块(14)还被适配用于确定无线电信号的频谱是弱动态的还是强动态的，并且控制模块被配置用于分别实现适合于弱动态内容的用于激活噪声抑制模块的第二策略或适合于强动态内容的用于激活噪声抑制模块的第三策略。

8.根据前项权利要求所述的用于降低噪声的装置(10)，其中，用于分析谱的模块(14)被配置用于确定被包括在谱的中心频带中的频率处的信号的能量的时间变化，将时间变化与预定阈值进行比较，并且如果时间变化小于所述阈值，则将无线电信号的声音内容确定为弱动态的，并且如果时间变化大于所述阈值，则将无线电信号的声音内容确定为强动态的。

9.根据前述权利要求中任何一项所述的用于降低噪声的装置(10)，其中，噪声抑制模块(12)被适配用于利用通过在最后的无噪声样本和返回的无噪声样本之间的多项式插值获得的序列替换解调的信号的时间序列。

10.一种适于接收和解调多路复用的FM无线电信号的FM无线电接收装置(1)，其特征在于，其包括根据前述权利要求中的任何一项所述的用于降低噪声的装置(10)。

11.一种用于降低接收到的FM无线电信号中的噪声的方法，所述方法包括实现如下步骤：

-分析所接收的无线电信号的频谱，

-确定(100)在被包括在谱的中心频带中的频率处的无线电信号的频谱的能量与被包括在位于谱的端部的频带中的频率处的信号的能量之间的比率，并且如果比率小于确定的阈值，则选择第一激活策略，否则

-确定被包括在谱的中心频带中的频率处的无线电信号的频谱的能量的时间变化，将时间变化与预定阈值进行比较，以及，

-如果所述时间变化小于阈值，则选择第二激活策略，

否则，选择第三激活策略。