CN1238972C - 防止干扰的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种在离散幅值信号处理系统尤其是以突发方式运行的通信系统中防止干扰的方法；在上述系统中，尤其是当信号电平低于门限电平值和/或信号幅值长时间恒定不变时会出现干扰；为此，在系统中沿处理路径施加一个具有至少一个频率的人工干扰信号，使信号电平超过门限电平值或者至少防止幅值长时间恒定不变。
Description
本发明涉及离散幅值信号处理系统尤其是以突发方式运行的通讯系统中防止干扰的方法和装置。
具体来说，在此类系统的音频路径中，当信号的信号电平低于门限电平值和/或信号的幅值长时间恒定不变时，就会出现干扰。其原因在于系统中的一个或多个处理装置具有下列特性：产生一个干扰信号对被处理信号的上述特性做出响应和/或将一个现有信号放大到非期望等级。现有信号，举例来说，也是一干扰信号，例如被送入电话终端的接收路径中的麦克风噪音。
此类处理装置的第一个实例是一个数字滤波器，该滤波器布置在音频路径的数字部分，即在处理方向上的数-模转换器上游。通常，此类滤波器(的信号)均反馈到数字处理部分的输入端，由此产生了“极限环”问题：
滤波器对于电平如此之低以致于离散幅值表示为一个零信号的信号以生成一个循环信号的方式进行响应。这一干扰信号被传送到处理装置的下游，从而使系统经受非期望干扰。
类似的情况还发生在当数字滤波器上存在一个幅值长时间恒定的信号时，在这种情况下，滤波器会产生一个叠加在当前信号上的干扰信号。
此类处理装置的另外一个实例是“噪声整形器”，它一般连接在音频路径内的数模转换器上游(从信号处理方向上看)。噪音整形器用于低电平噪音信号的截波或抑制。一些噪声整形器以上述数字滤波器相同的方式进行响应。另外一些噪声整形器则是在噪声整形器上的待处理信号的电平值低于门限值时将干扰信号送入或注入到处理路径中并使其达到非期望等级。所以，只有当存在低电平的用户信号时，才会产生干扰信号。如果系统中存在此类干扰，则信噪比将远远低于相关标准的要求。
为解决这一问题，现在已知的方法是使用一个额外的滤波器结构将干扰信号滤掉，但是，此种解决方案所存在的缺点是结构复杂，因而价格昂贵。
另外一个已知的方法是应用“颤动技术”。该技术包括在可能产生干扰的处理装置上游的信号处理方向上注入一个颤动信号。该颤动信号是一个以例如连续随机数方式加在数字处理路径中的噪音信号。关于该项技术的说明，可以参考例如1997年由德国斯图加特Teubner Verlag出版社出版的第二版“数字音频信号处理”(DigitalAudio Signal Processing)一书，作者为Udo Zolzer。该书第2.2.1节对颤动技术进行了解释说明。颤动信号可以使量化电平即信号的幅值量化电平线性化。从而，可以防止上文所述的极限环，即使是那些其信号电平比最低量化电平还要低得多的信号说，也是如此。
然而，颤动技术的一个缺点是，其信号处理要比不采用颤动技术时更加准确。当为表示颤动随机数而在数字字中增加附加位时，上述问题表现得尤其明显。该技术还需相应地配置计算能力并且处理装置也需要更加复杂的设计。因此，该方案在防止了极限环或其它影响的同时，也带来了费用问题。
本发明的一个目的是，确定一种能够防止干扰并且实施起来不发生昂贵费用的方法和装置。
本发明提供了一种在离散幅值信号处理系统也就是以突发方式运行的通信系统中防止干扰的方法，在这些系统中，尤其是当信号电平低于门限电平和/或信号幅值长时间恒定不变时会发生干扰，为此，在系统中沿处理路径施加一人工干扰信号可使信号电平超过门限电平值或者可以至少防止幅值长时间恒定不变，其特征在于：根据系统的不同，第一干扰信号出现在处理路径中或被注入到处理路径中；第一干扰信号具有第一基频，也就是数字通信线路的脉冲组重复频率以及可能的谐波频率；第二人工干扰信号施加在处理路径中，其具有一个与第一基频频率相等的第二基频或一个与后者的谐波频率之一相等的谐波频率。此外，本发明还提供了一种用于在离散幅值信号处理系统尤其是以突发方式运行的通信系统中防止干扰的装置，在上述系统中，尤其是当信号电平低于门限电平值和/或信号电平长时间恒定不变时会出现干扰，第一干扰信号出现在处理路径中或被注入到处理路径中；第一干扰信号具有第一基频，也就是数字通信线路的脉冲组重复频率；该装置包括：一个信号处理路径部分，其能够处理并传送一个或多个离散幅值信号；一个干扰信号发生器，用于产生一个具有一个与第一基频频率相等的第二基频或一个与后者的谐波频率之一相等的谐波频率的人工干扰信号；以及将干扰信号加入或注入至信号处理路径部分中的装置。通过采用上述方法和装置，可以实现本发明的目的。本发明的详细说明在从属权利要求中予以论述。
本发明方法包括在系统中沿处理路径施加一个具有至少一个干扰信号频率的人工干扰信号。对于信号电平低于门限电平值时发生干扰的情况，所选择的干扰信号的信号电平应完全超过门限电平值。干扰信号的信号电平被确定为一固定值较佳。然而，施加的干扰信号具有至少一个干扰信号频率可保证在任何情况下信号的幅值不会长时间恒定不变，因此，尤其可以防止上文所述的干扰。
具有至少一个干扰频率的人工干扰信号可以用简单的、因而不发生昂贵费用的方法产生。具体来说，具有至少一个干扰频率的人工干扰信号可以用数字信号处理范围内的简单方法产生，例如，可根据插入待处理信号中的至少一个干扰信号频率，施加单独的位(二进)值。
然而，本发明不仅限于施加数字干扰信号。例如，可以在通过一无线电通信线路传送一用户信号之前或之后以模拟方式施加干扰信号。同样，产生具有至少一个干扰频率的人工干扰信号用模拟干扰信号发生器也可以用简单因而是不昂贵的方式制造。
本发明基于一种见解，即，通过施加一个干扰信号即一个具有至少一个信号频率的附加信号可以准确地防止前述干扰情况。尽管这种方法又将干扰介入到系统中，但是，与需要防止的干扰不同，这种干扰是可控的。所以，在实际应用中，必须要确保可控干扰能够被相关应用领域所允许。所以，本发明的一个基本优点在于：不可控的、有时是瞬时可变的干扰得到防止，而可控干扰则可以通过简单可靠的方法予以消除或者可以被调整到没有实际影响。
与颤动技术相比，本发明不需要为防止不希望的干扰而配置任何额外的计算能力或处理能力，特别是不需要进行任何量化电平的线性化工作。因此，使用较便宜的处理装置和/或更加有效地使用现有能力即可实现本发明之目的。
在本方法的一个改进方案中，施加的干扰信号是一个声音信号，其基频基本上是一个离散值。由于声音信号的电平是一个有限值，因此，一个具有无限区别的离散值在物理上是不可能实现的。一个声音信号可以被理解为不仅仅是一个音频频率范围内的信号，而且更是一个从更广泛的意义上讲对应于声音即其基频基本上是一个离散值的信号。当生成声音信号和/或当进一步处理声音信号时，伴随着基频，会出现与相关谐波对应的更高频率。
使用声音信号的优点在于它可以利用特别简单的方法生成，并且此干扰信号易于从其基频中识别出来。
本方法的一个改进方案中，在防止干扰的系统中进行处理的离散幅值信号被转换为音频信号。由于不可控干扰所产生的影响特别有害，通常在此类系统中是不能允许的；例如，在极限环内，一个不可控正弦波信号或周期性方波信号一经产生即被转换为一个清晰可辩的声音。本发明可以防止这种情况发生。尤其更佳的是，本发明所施加的干扰信号的基频在可听频率范围以外或者在系统输出或处理的音频范围以外。所以，本发明故意产生的干扰没有任何消极影响或最多对于声音信号有轻微的音频影响。
一项尤其较佳的改进涉及这样的系统，即，根据系统特性，第一干扰信号出现或被注入到该系统中的处理路径中。这类系统尤其包括数字化信息分组传送即以“脉冲组”形式传送的通讯系统。各脉冲组通常按固定的时间间隔发送，因此，脉冲组的传送按照一定的频率重复，例如，在基于DECT标准的系统中，该“脉冲组重复频率”为100Hz。尤其是电话终端，例如电感性或电容性影响会在信号处理路径中注入一个相应的干扰信号；这样就存在一个第一干扰信号，其具有一个第一基频并且可能具有其它更高的频率(谐波)。
本发明方法尤其较佳的改进是，沿处理路径故意加入具有第二基频或具有一振荡频率的第二干扰信号，该第二基频或谐波频率等于第一基频频率或等于后者谐波之一。
因此，通过施加第二干扰信号，可以特别防止由极限环造成的潜在可能的系统干扰，因为第二干扰信号的频率与已经以任何形式存在的第一干扰信号的频率相匹配；这样，第二干扰信号就不产生实质性的额外干扰，尤其是当转换为音频信号时，额外干扰完全或几乎听不见。
在一个改进方案中，当要防止的干扰是由一个沿系统中处理路径布置的处理装置产生并且第一干扰信号只出现在处理装置处或其下游处理方向上时，在处理装置处或其上游处理方向上施加第二干扰信号；与第一干扰信号相比，施加的第二干扰信号电平在处理装置下游的总信号电平中所占比例较小，所以，此干扰信号几乎察觉不到。
本发明中防止离散幅值信号处理系统干扰的装置包括以下部分：
一个信号处理路径部分，用于处理一个或多个离散幅值信号并沿信号处理路径对其进行传送；一个干扰信号发生器，用于产生一个具有至少一个干扰信号频率的人工干扰信号；以及将干扰信号加入或注入至信号处理路径中的装置。
从本发明方法的说明中可直接了解本发明装置的优点和改进。
具体来说，本装置是一部无绳电话。尤其更佳，用于施加干扰信号的信号处理路径部分设计为能够传送一个或多个离散幅值信号。
本装置的一项改进是具有一个用于处理离散幅值信号的信号处理装置；该装置在没有足够电平的信号时和/或当存在一个长时间恒定不变的幅值信号时产生干扰信号；干扰信号加入或注入装置布置在处理路径方向上的处理装置的上游或处理装置处。
具体来说，信号处理装置是一数字滤波器或是一数字噪音整形器，用于对低信号电平的信号分量尤其是噪音进行截波。
尤其更佳，干扰信号发生器是一声音发生器，用于产生一个基频基本为一离散值的声音信号。
下面参照具体实施例对本发明进行详细说明。本说明书中涉及到随附图纸，在下列图纸中：
图1为一部DECT电话机的接收路径中的声音路径示意图。
图1所示信号源1还代表一部DECT电话机的其它元件(未详细标示)，如天线、模拟信号处理装置、模-数转换器。一信号处理路径4用于将信号从信号源1传送至扬声器15。信号源1的输出产生一个数字形式的离散幅值信号。
沿信号处理路径4方向，信号首先到达数字滤波器7，用于滤掉非期望频率分量，尔后到达数字噪音整形器9，用于去除低信号电平的噪音，最后到达数-模转换器11，在这里信号被转换为模拟音频信号。在数-模转换器下游处理方向上有一个用于放大音频信号的放大器13及用于将放大的音频信号以可听信号的形式输出的扬声器15。
数字滤波器7和数字噪音整形器9具有当施加在它们输入端的信号的电平低于门限电平值时或当输入信号的幅值长时间恒定不变时产生非期望干扰信号并通过它们的输出端将干扰信号送入信号处理路径4的特性。
为防止干扰信号，配置了一个能够产生基频为50Hz的附加干扰信号的声音发生器3。利用信号施加装置5可以将附加干扰信号注入至信号处理路径4中，而与信号源1的输出端上存在的信号是否导致数字滤波器7和/或噪音整形器9内产生非期望干扰信号无关。
DECT系统固有的100Hz脉冲组重复频率意味着电容性、电感性和/或其它影响将把100Hz的干扰送入信号处理路径4中的模拟部分。因此，该干扰信号没有施加在数字滤波器7和噪音整形器9的输入端，而只是施加在数-模转换器11处或其下游。
声音发生器3所产生的附加干扰信号的基频选择原则为：第一，该基频处于绝大多数人感觉不到或只有当强度非常大时才能感觉到的频率范围内；第二，50H基本振荡的第一谐波的频率为100Hz。鉴于上述原因，当音频信号经扬声器15输出时，任何在声音发生器3内或沿信号路径4产生的具有该频率的谐波均不会被作为额外的、干扰的声音而感觉到，因为其频率与脉冲组重复频率相等。
另外，声音发生器3产生的附加干扰信号的电平选择得如此之低，以致于数字滤波器7和噪音整形器9不能产生非期望干扰信号，但是，信号处理路径4的模拟部分内的干扰电平不增加，或者增加的幅度几乎感觉不到。
已知的颤动技术需要在处理数字信号时增强系统的处理能力，与此相比，本发明不需要增强处理能力，从而节省了费用。然而，增强的处理能力却可以用于改善信噪比，所以，当采用颤动技术中使用的噪音整形器实施本发明时，信噪比改善了+12dB。
也可以按照DECT电话实施例中相应的方法将本发明用于其它系统，例如GSM(全球移动电话通信系统)或UMTS(通用移动电话通信系统)。其它的示例是基于Bluetooth标准的系统以及通常采用TDMA(分时多重进接)通信的系统。当选择故意加入的干扰信号的频率时，则需要考虑相应的系统固有频率，尤其是脉冲组重复频率。
Claims (11)
1.一种在离散幅值信号处理系统也就是以突发方式运行的通信系统中防止干扰的方法，在这些系统中，尤其是当信号电平低于门限电平和/或信号幅值长时间恒定不变时会发生干扰，为此，在系统中沿处理路径施加一人工干扰信号可使信号电平超过门限电平值或者可以至少防止幅值长时间恒定不变，
其特征在于：根据系统的不同，第一干扰信号出现在处理路径中或被注入到处理路径中；第一干扰信号具有第一基频，也就是数字通信线路的脉冲组重复频率以及可能的谐波频率；第二人工干扰信号施加在处理路径中，其具有一个与第一基频频率相等的第二基频或一个与后者的谐波频率之一相等的谐波频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于干扰信号可由布置在系统中处理路径上的处理装置(7，9)产生或伴随产生；第一干扰信号只出现在处理方向上的处理装置(7，9)处或其下游，而第二干扰信号施加在处理方向上的处理装置(7，9)处或其上游，与第一干扰信号相比，施加的干扰信号电平在处理装置(7，9)下游的总信号电平中所占比例较小。
3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于施加的干扰信号是一个声音信号，其基频是一个离散值。
4.根据权利要求1或2中所述的方法，其特征在于离散幅值信号被转换为一个音频信号。
5.根据权利要求1或2中所述的方法，其特征在于施加的干扰信号的基频在可听频率范围之外或在由系统输出的或经系统处理的音频范围之外。
6.一种用于在离散幅值信号处理系统尤其是以突发方式运行的通信系统中防止干扰的装置，在上述系统中，尤其是当信号电平低于门限电平值和/或信号电平长时间恒定不变时会出现干扰，第一干扰信号出现在处理路径中或被注入到处理路径中；第一干扰信号具有第一基频，也就是数字通信线路的脉冲组重复频率；该装置包括：
-一个信号处理路径(4)部分，其能够处理并传送一个或多个离散幅值信号；
-一个干扰信号发生器(3)，用于产生一个具有一个与第一基频频率相等的第二基频或一个与后者的谐波频率之一相等的谐波频率的人工干扰信号；
-以及将干扰信号加入或注入至信号处理路径(4)部分中的装置(5)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：信号处理路径(4)部分被设计为能够传送一个或多个离散幅值信号。
8.根据权利要求6或7所述的装置，该装置具有一个用于处理离散幅值信号的信号处理装置(7，9)；该装置在没有足够电平的信号时和/或当存在一个幅值长时间恒定不变的信号时会产生干扰；干扰信号的加入和注入装置(5)布置在处理路径(4)方向上信号处理装置(7，9)处或其上游。
9.根据权利要求8中所述的装置，其特征在于信号处理装置(7)为一个数字滤波器。
10.根据权利要求8中所述的装置，其特征在于信号处理装置(9)是一个数字噪音整形器，其用于信号分量尤其是低信号电平噪音的截波。
11.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于干扰信号发生器(3)是一个声音发生器，其用于产生一个基频为一离散值的声音信号。
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