DE102012202339B4

DE102012202339B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten Empfangssignals

Info

Publication number: DE102012202339B4
Application number: DE102012202339.9A
Authority: DE
Inventors: Fritz Widmann; Udo Seier; Björn Streng; Jens Kramer
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: DE102012202339A1

Abstract

Verfahren zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) durch Ermitteln eines Rauschsperre-Signals in Abhängigkeit des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) und Unterdrücken des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) im aktivierten Zustand des Rauschsperre-Signals,
wobei das Rauschsperre-Signal mittels einer Hilbert-Transformation ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
• Hilberttransformieren eines imaginären Signalanteils (r_h(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)),
• Aktivieren eines Rauschsperre-Signals, sobald eine Phase (φ(t)) zwischen mindestens einem hilberttransformierten, imaginären Signalanteil (H(r_h(t))) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) und mindestens einem reellen Signalanteil (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) zu einer Phase von 180° einen Abstand aufweist, der größer als ein bestimmter Mindestabstand ist, und
• Unterdrücken des Empfangssignals bei aktiviertem Rauschsperre-Signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, insbesondere einseitenbandmodulierten Empfangssignals, unter der Voraussetzung, dass entweder das obere oder das untere Seitenband belegt ist.
Bei der analogen Übertragung von Nutzinformation über technische Kommunikationskanäle – beispielsweise mittels Funk oder mittels Übertragungskabel – besteht empfangsseitig das Problem, im Übertragungssignal Signalabschnitte mit gültigen Nutzinformationen zu erkennen und nur diese Signalabschnitte über eine Ausgabeeinheit an den Nutzer weiterzuleiten. Liegt am Empfänger ein Signalabschnitt ohne gültige Nutzinformationen – beispielsweise ein einzig mit Rauschen belegter Signalabschnitt oder ein Signalabschnitt mit zu stark verrauschten oder anderweitig gestörten Nutzinformationen – an, sollte dieser Signalabschnitt zuverlässig erkannt werden und durch Abschaltung des ausgangsseitigen Audioverstärkers unterdrückt werden. Auf diese Weise wird der Nutzer in Sendepausen oder bei einem stark gestörten Empfangssignal nicht durch Rauschen oder informationslose Störsignale belästigt.
Dieses „Stummschalten” des Empfangssignals wird als Rauschsperre (Squelch) bezeichnet. Das Signal, das Signalabschnitte im Empfangssignal ohne gültige Nutzinformationen detektiert, wird als Rauschsperre-Signal (Squelch-Signal) bezeichnet und ist zur Abschaltung des ausgangsseitigen Audioverstärkers typischerweise aktiviert. Neben dem Ein- und Ausschalten der Ausgabeeinheit wird ein Rauschsperre-Signal zur Signalisierung eines laufenden Empfangs eines gültigen Signals an den Nutzer und darüber hinaus zur Steuerung empfangsseitig angeschlossener Datenempfangseinheiten verwendet, um diesen das Anliegen von empfangenen Daten zu signalisieren.
In 1A ist schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Rauschsperresignals dargestellt von welcher die Anmelderin intern ausgegangen ist. Das hochfrequente Empfangssignal wird von einer Empfangsantenne empfangen und in einer Hochfrequenz-Eingangsstufe mittels eines Quadraturmischers in ein komplexes Basisbandsignal gemischt. Die nachfolgenden Tiefpässe dienen lediglich der Kanalfilterung. In einem sich anschließenden Demodulator wird aus der Inphase- und Quadraturkomponente des komplexen Basisbandsignals, die jeweils das obere und das untere Seitenband enthalten, wird das gewünschte Seitenband herausgefiltert. Aus diesem Signal wird dann in einem Rauschsperresignal-Generator (Squelch) ein Rauschsperresignal erzeugt, das das demodulierte Signal entweder an eine nachfolgende Audio-Ausgabeeinheit freischaltet oder sperrt.
In der DE 199 37 199 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Rauschsperre-Signals für ein amplituden- und ein frequenzmoduliertes Signal offenbart, bei der der im Übertragungssignal enthaltene Anteil an Phasenrauschen mittels Erfassen von Phasen-Abtastwerten des Übertragungssignals und Differenzierens der erfassten Phasen-Abtastwerte ermittelt wird und anschließend nach Mitteilung der Phasendifferenzen die gemittelte Phasendifferenz mit einem geeignet gewählten Schwellwert zur Aktivierung des Rauschsperre-Signals verglichen wird. Die dort beschriebene Vorrichtung weist den Nachteil auf, geeignete Schwellwerte für den Signal-Rausch-Abstand im Empfangssignal zu finden, da der Signal-Rausch-Abstand über der Zeit sich sowohl in Abhängigkeit des Störsignalpegels als auch in Abhängigkeit des Nutzsignalpegels ändern kann.
Die GB 2 256 485 A offenbart eine Vorrichtung zur Detektion und Klassifizierung von Empfangssignalen, wobei eine Hilbert-Transformation angewendet wird. Jedoch wird kein Rauschsperre-Signal ermittelt oder erzeugt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten Empfangssignals, insbesondere eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignal zu schaffen, das bzw. die den obig genannten technischen Nachteil beseitigt.
Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten Empfangssignals mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten Empfangssignals mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte technische Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
Erfindungsgemäß wird zur Aktivierung des Rauschsperre-Signals nicht der Störsignalanteil im gestörten Empfangssignal, sondern das im gestörten Empfangssignal enthaltene Nutzsignal identifiziert. Im Fall eines einseitenbandmodulierten Empfangssignals ohne Trägerzusatz sind die Spektralanteile entweder nur im oberen Seitenband oder nur im unteren Seitenband vorhanden. Somit fehlen entweder die oberen Spektralanteile oder die unteren Spektralanteile zu einer Frequenz, auf der üblicherweise der Träger übertragen wird.
Ein Signal, das nur Spektralanteile oberseitig zu einer bestimmten Frequenz, d. h. im Basisband Spektralanteile nur bei positiven Frequenzen aufweist, wird als analytisches Signal bezeichnet. Bei einem analytischen Signal, das ein komplexes Signal darstellt, lässt sich der imaginäre Signalanteil mittels der Hilbert-Transformation aus dem reellen Signalanteil ermitteln.
Zur Identifizierung des einseitenbandmodulierten Nutzsignalanteils im gestörten Empfangssignals können folglich die Eigenschaften eines analytischen Signals, insbesondere die Gesetzmäßigkeiten einer Hilbert-Transformation, ausgenutzt werden.
Hierzu wird, wie weiter unten noch im Detail bewiesen wird, bevorzugt die Eigenschaft eines analytischen Signals ausgenutzt, dass der hilberttransformierte imaginäre Anteil des analytischen Signals um 180° phasenverschoben zum reellen Anteil des analytischen Signals ist. Durch erfindungsgemäße Ermittlung der Phase des Quotienten zwischen dem hilberttransformierten imaginären Anteil und dem reellen Anteil des insbesondere einseitenbandmodulierten Empfangssignals wird ein einseitenbandmodulierter Nutzsignalanteil im gestörten Empfangssignal bevorzugt dadurch detektiert, dass die somit ermittelte Phase auf einer 45°-Gerade durch den Ursprung eines durch den reellen Anteil und durch den hilberttransformierten imaginären Anteil gebildeten Zustandsraums in den beiden Quadranten des Zustandsdiagramms zu liegen kommt, die durch jeweils unterschiedliche Vorzeichen des reellen Anteils und des hilberttransformierten imaginären Anteils des einseitenbandmodulierten Empfangssignals gekennzeichnet sind.
Der Phasenabstand der ermittelten Phase des Quotienten zwischen dem hilberttransformierten imaginären Anteil und dem reellen Anteil des insbesondere einseitenbandmodulierten Empfangssignals zu einer Phase von 180° entspricht dem Phasenabstand der ermittelten Phase des Quotienten zur Phase der 45°-Gerade im Zustandsdiagramm und wird bevorzugt mit einem geeignet gewählten Schwellwert zur Aktivierung des Rauschsperre-Signals im Fall einer Überschreitung des Schwellwerts verglichen.
In 1B ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Rauschsperresignals dargestellt. Im Gegensatz zur Vorrichtung zur Erzeugung eines Rauschsperresignals nach 1A erzeugt der Rauschsperresignal-Generator (Squelch) das Rauschsperre-Signal hierbei in Abhängigkeit der gefilterten Inphase- und der Quadraturkomponente des komplexen rauschbehafteten Basisbandsignals vor der Demodulation.
Um die Laufzeit, die bei der Durchführung der Hilberttransformation der imaginären Anteile des Empfangssignals auftritt, zu kompensieren, werden vorzugsweise die reellen Anteile des Empfangssignals in einem Laufzeitglied ebenfalls um die identische Laufzeit verzögert.
Zur Dämpfung von Spitzenwerten in den ermittelten Phasen zwischen den hilberttransformierten imaginären Signalanteilen und den reellen Signalanteilen des insbesondere einseitenbandmodulierten Empfangssignals werden mehrere in unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils ermittelte Phasen mittels Mittelung zu einer gemittelten Phase zusammengefasst, bevor die gemittelte Phase in einem Entscheider mit dem Schwellwert zur Aktivierung des Rauschsperre-Signals verglichen wird.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform leisten diejenigen ermittelten Phasen einen positiven, von Null verschiedenen Beitrag zum Mittelungsergebnis, die in denjenigen Quadranten des Zustandsdiagramms zu liegen kommen, die durch unterschiedliche Vorzeichen für den hilberttransformierten, imaginären Anteil des Empfangssignals und für den reellen Anteil des Empfangssignals gekennzeichnet sind. Die in die Quadranten des Zustandsdiagramms mit identischen Vorzeichen für den hilberttransformierten, imaginären Anteil des Empfangssignals und für den reellen Anteil des Empfangssignals fallenden Phasen leisten einen Beitrag von Null zum Mittelungsergebnis.
In einer zweiten bevorzugten Variante der ersten Ausführungsform leisten diejenigen ermittelten Phasen einen positiven, von Null verschiedenen Beitrag zum Mittelungsergebnis, die auf einer Geraden durch den Ursprung des Zustandsdiagramms mit einer Steigung liegen, die sich innerhalb eines bestimmten Maximalphasenabstandes zur obig erwähnten 45°-Gerade befinden.
Wird der Einfluss eines Empfangsfilters beim bevorzugt einseitenbandmodulierten Empfangssignal mit berücksichtigt, so vereinfacht sich die technische Realisierung bei der Generierung eines Rauschsperre-Signals.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geht die Hilberttransformation hierbei über in eine Faltung der imaginären Signalanteile des Empfangssignals mit der hilberttransformierten Impulsantwort des Empfangsfilters, während die reellen Signalanteile des Empfangssignals mit der Impulsantwort des Empfangsfilters gefaltet werden.
Die Ausführungsformen und Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, insbesondere einseitenbandmodulierten Empfangssignals werden im Folgenden anhand der Zeichnung im Detail erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1A ein Blockdiagramm einer schematisch dargestellten Vorrichtung zur Erzeugung eines Rauschsperresignals, von der die Anmelderin intern ausgegangen ist,
1B ein Blockdiagramm einer schematisch dargestellten, erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines Rauschsperresignals,
2 ein Blockdiagramm einer ersten Variante eines Einseitenbandmodulators,
3 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform und ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals,
4 ein Blockdiagramm einer zweiten Variante eines Einseitenbandmodulators,
5 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform und ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals,
6 ein Zustandsdiagramm mit Phasendifferenzen zwischen reellem und imaginärem Anteil eines einseitenbandmodulierten Empfangssignals,
7A ein Zeitdiagramm des reellen und imaginären Signalanteils des einseitenbandmodulierten Empfangssignals ohne Rauschen,
7B ein Zeitdiagramm der Phase zwischen dem reellen und dem hilberttransformierten imaginären Anteil des einseitenbandmodulierten Empfangssignals ohne Rauschen,
7C ein Zustandsdiagramm des reellen und des hilberttransformierten imaginären Anteils des einseitenbandmodulierten Empfangssignals ohne Rauschen,
7D den Betrag des Spektrums des einseitenbandmodulierten Empfangssignals ohne Rauschen,
8A ein Zeitdiagramm des reellen und imaginären Signalanteils des einseitenbandmodulierten Empfangssignals mit Rauschen,
8B ein Zeitdiagramm der Phase zwischen dem reellen und dem hilberttransformierten imaginären Anteil des einseitenbandmodulierten Empfangssignals mit Rauschen,
8C ein Zustandsdiagramm des reellen und des hilberttransformierten imaginären Anteils des einseitenbandmodulierten Empfangssignals mit Rauschen,
8D den Betrag des Spektrums des einseitenbandmodulierten Empfangssignals mit Rauschen,
9A ein Zeitdiagramm des Phasenverlaufs zwischen reellen und imaginären Anteil des einseitenbandmodulierten Empfangssignals ohne Rauschen,
9B ein Zeitdiagramm der gemittelten und normierten Phasenverlaufs zwischen reellen und imaginären Anteil des einseitenbandmodulierten Empfangssignals ohne Rauschen,
10A ein Zeitdiagramm des Phasenverlaufs zwischen reellen und imaginären Anteil des einseitenbandmodulierten Empfangssignals mit Rauschen,
10B ein Zeitdiagramm der gemittelten und normierten Phasenverlaufs zwischen reellen und imaginären Anteil des einseitenbandmodulierten Empfangssignals mit Rauschen,
11A ein Zeitdiagramm des Phasenverlaufs zwischen reellen und imaginären Anteil des Empfangssignals beim Übergang zwischen reinem Rauschen und einseitenbandmodulierten Empfangssignal mit Rauschen,
11B ein Zeitdiagramm des gemittelten und normierten Phasenverlaufs zwischen reellen und imaginären Anteil des Empfangssignals beim Übergang zwischen reinem Rauschen und einseitenbandmodulierten Empfangssignal mit Rauschen,
12 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform und ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals und
13 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform und ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals
Bevor auf die einzelnen Ausführungsformen, Varianten und Untervarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals im Detail eingegangen wird, werden im Folgenden die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen mathematischen Grundlagen hergeleitet.
Ein einseitenbandmoduliertes Signal mit Spektralanteilen einzig im oberen Seitenband oder einzig im unteren Seitenband stellt ein analytisches Signal dar. Der imaginäre Signalanteil eines analytischen Signals ergibt sich mittels Hilberttransformation aus dem reellen Signalanteil. Für ein einseitenbandmoduliertes Sendesignal s_OSB(t) mit Spektralanteilen einzig im oberen Seitenband (OSB) ergibt sich somit gemäß 2 die mathematische Beziehung gemäß Gleichung (1A), während für ein einseitenbandmoduliertes Sendesignal s_USB(t) mit Spektralanteilen einzig im unteren Seitenband (USB) die mathematische Beziehung gemäß Gleichung (1B) gilt. Der imaginäre Signalanteil s_h(t) des analytischen Sendesignals lässt sich gemäß Gleichung (2) mittels der Hilberttransformation H(.) aus dem reellen Signalanteil s(t) des analytischen Sendesignals bestimmen.
Das zum einseitenbandmodulierten Sendesignal s_OSB(t) korrespondierende Empfangssignal r_OSB(t) (im Fall von Spektralanteilen einzig im oberen Seitenband) ergibt sich entsprechend gemäß Gleichung (3) ebenfalls als analytisches Signal. r_OSB(t) = r(t) + j·r_h(t) mit r_h(t) = H(r(t)) (3)
Es gelten für die Hilberttransformation die Gesetzmäßigkeit der Umkehrung gemäß Gleichung (4) und der linearen Filterung mit der Impulsantwort g(t) des Filters gemäß Gleichung (5), die im Folgenden verwendet werden. H(H(x(t))) = –x(t) (4) H(x(t)·g(t)) = H(x(t))·g(t) = x(t)·H(g(t)) (5)
Wird nun erfindungsgemäß gemäß Gleichung (6) die Hilberttransformierte des imaginären Signalanteils r_h(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) gemäß Gleichung (3) ermittelt und dabei die Gesetzmäßigkeit der Umkehrung gemäß Gleichung (4) benutzt, so ergibt sich der negative reelle Signalanteil –r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t). H(r_h(t)) = H(H(r(t)) = –r(t) (6)
Wird die Hilberttransformierte H(r_h(t)) des imaginären Signalanteils r_h(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) mit I(t) und der reelle Signalanteil r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) mit R(t) bezeichnet, so ergibt sich gemäß Gleichung (7) ein den Zusammenhang in Gleichung (6) widerspiegelnder technischer Zusammenhang. R(t) = –I(t) (7)
Ermittelt man gemäß Gleichung (8) die Phase φ(t) des Quotienten Y(t) zwischen der Hilberttransformierten H(r_h(t)) des imaginären Signalanteils r_h(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) – Größe I(t) – und dem reellen Signalanteil r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) – Größe R(t) –, so liegen diese Phasenwerte gemäß 6 alle auf einer 45°-Gerade durch den Ursprung eines durch die beiden Zustandsgrößen R(t) und I(t) aufgespannten Zustandsdiagramms in den beiden Quadranten, die jeweils durch unterschiedlichen Vorzeichen der beiden Zustandsgrößen R(t) und I(t) gekennzeichnet sind.
Wird in Anlehnung an 4 das einseitenbandmodulierte Sendesignal als analytisches Signal s_a(t) mittels zusätzlicher Faltung des reellen und des imaginären Signalanteils mit einem als Tiefpass realisierten Senderfilter mit der Impulsantwort g_TP(t) erzeugt, so ergibt sich ausgehend von Gleichung (1A) das einseitenbandmodulierte Sendesignal s_OSB'(t) mit Spektralanteilen einzig im oberen Seitenband (OSB) gemäß Gleichung (9). S_OSB'(t) = (s(t) + j·s_h(t))·g_TP(t) = s(t)·g_TP(t) + s_h(t)·g_TP(t) (9)
Unter Anwendung der Gesetzmäßigkeit für die lineare Filterung bei einer Hilberttransformation gemäß Gleichung (5) lässt sich die Gleichung (9) für das einseitenbandmodulierte Sendesignal s_OSB'(t) als analytisches Signal s_a'(t) in die Gleichung (10) überführen, in der der reelle Signalanteil des einseitenbandmodulierten Sendesignal s_OSB'(t) durch Faltung des korrespondierenden reellen Sendesignals s(t) mit der Impulsantwort g_TP(t) ermittelt wird, während der imaginäre Signalanteil des einseitenbandmodulierten Sendesignal s_OSB'(t) durch Faltung des reellen Sendesignals s(t) mit der Hilberttransformierten H(g_TP(t)) der Impulsantwort g_TP(t) des Senderfilters bestimmt wird. s_OSB'(t) = s(t)·g_TP(t) + j·s(t)·H(g_TP(t)) = = s(t)·g_TP(t) + j·s(t)·g_hTP(t) mit g_hTP(t) = H(g_TP(t)) (10)
Für das korrespondierende einseitenbandmodulierte Empfangssignal r_OSB'(t) gilt entsprechend Gleichung (11). r_OSB'(t) = r(t)·g_TP'(t) + j·r_h(t)·g_hTP'(t) (11)
In Anlehnung an Gleichung (8) wird bei Benutzung eines Empfangsfilters die Phase φ(t) des Quotienten Y(t) als Arcustangens des Quotienten zwischen den mit der hilberttransformierten Impulsantwort g_hTP'(t) des Empfangsfilters gefalteten imaginären Signalanteilen r_h(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) – Größe I(t) – und den mit der Impulsantwort g_TP'(t) gefalteten reellen Signalanteilen r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) – Größe R(t) – gemäß Gleichung (12) ermittelt.
Eine Entscheidung mit hoher Signifikanz im Hinblick auf eine korrekte Aktivierung des Rauschsperre-Signals wird gemäß Gleichung (13) durch Bestimmung einer gemittelten Phase φ(t) mittels Mittelung von in beispielsweise N Zeitpunkten in einem Abtastraster T_A jeweils gemäß Gleichung (4) oder (12) erfassten Phasen φ(t) erzielt.
Auf der Basis dieser mathematischen Herleitung wird im Folgenden die erste Ausführungsform und erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals im Detail beschrieben.
Im ersten Verfahrensschritt S10 der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals gemäß dem Flussdiagramm in 12 und dem Blockdiagramm in 3 werden nach dem Empfang des komplexen, einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) und nach den üblichen Signalverarbeitungsschritten – Signalverstärkung und -filterung am Eingang, Mischen ins Basisband, Analog-Digital-Wandlung usw. – in einem Realteilbildner 1 die reellen Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) in den einzelnen Abtastzeitpunkten und in einem Imaginärteilbildner 2 die imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) in den einzelnen Abtastzeitpunkten ermittelt. Alternativ können die reellen und imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) auch von den in einem Quadraturmischer bestimmten Inphase- und Quadraturkomponenten des komplexen, einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) abgeleitet werden.
Im nächsten Verfahrensschritt S20 werden die einzelnen imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) in einem Hilberttransformator 3 hilberttransformiert. Die Funktionsweise des Hilberttransformator 3, in dessen praktischer Realisierung bevorzugt nur eine Näherung einer Hilberttransformation implementiert ist, erfolgt nach üblichen numerischen Methoden.
Für den Fall, dass ein einseitenbandmoduliertes Empfangssignal r_ESB(t) mit Spektralanteilen einzig im oberen Seitenband vorliegt, werden in einem nachfolgenden Multiplizierglied 4 die einzelnen hilberttransformierten imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) mit dem Faktor +1 multipliziert, während für den Fall, dass ein einseitenbandmoduliertes Empfangssignal r_ESB(t) mit Spektralanteilen einzig im unteren Seitenband vorliegt, die einzelnen hilberttransformierten imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) mit dem Faktor –1 im Multiplizierglied 4 multipliziert werden.
Zur Kompensation der Laufzeit, die durch die Signalverarbeitung im Hilberttransformator 3 und im Multiplizierglied 4 verursacht wird, werden die reellen Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_ESB(t) in einem Verzögerungsglied 12 um eine identische Laufzeit τ_r verzögert.
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S30 werden in einem Phasenbilder 5 gemäß Gleichung (8) in den einzelnen Abtastzeitpunkten die zugehörigen Phasen φ(t) des Quotienten Y(t) zwischen den Hilberttransformierten H(r_h(t)) der zugehörigen imaginären Signalanteile r_h(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) – entspricht der Größe I(t) – und den zugehörigen reellen Signalanteilen r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) – entspricht der Größe R(t) – ermittelt.
Im nächsten Verfahrensschritt S40 werden die in den einzelnen Abtastzeitpunkten jeweils ermittelten Phasen φ(t) in einer Einheit zum Mitteln 6 gemäß Gleichung (13) einer Mitteilung über beispielsweise N Phasenwerte φ(t) zur Bestimmung einer gemittelten Phase φ(t) des Quotienten Y(t) zwischen den hilberttransformierten imaginären Signalanteilen H(r_h(t)) und den reellen Signalanteilen r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) zugeführt.
Im nächsten Verfahrensschritt S50 erfolgt die Aktivierung des Rauschsperre-Signals. Hierzu tragen in einer ersten Untervariante der Erfindung sämtliche ermittelten Phasen φ(t) von Quotienten Y(t), die in einem durch die reelle Komponente R(t) und durch die imaginäre Komponente I(t) des Quotienten Y(t) als Zustandsgrößen gebildeten Zustandsdiagramm gemäß 6 in den beiden Quadranten zu liegen kommen, die jeweils durch unterschiedliche Vorzeichen der reellen Komponente R(t) und der imaginären Komponente I(t) des Quotienten Y(t) gekennzeichnet sind, einen positiven, von Null verschiedenen Beitrag bei der Bestimmung der gemittelten Phase φ(t) im vorherigen Verfahrensschritt S40 bei. Phasen φ(t) von Quotienten Y(t), die im Zustandsdiagramm in den beiden Quadranten mit identischen Vorzeichen der reellen Komponente R(t) und der imaginären Komponente I(t) des Quotienten Y(t) zu liegen kommen, tragen im vorherigen Verfahrensschritt S40 einen Beitrag von Null zur Bestimmung der gemittelten Phase φ(t) bei.
Für den beispielhaften Fall, dass bei der Bestimmung der gemittelten Phase φ(t) als positiver Beitrag einer Phase φ(t) des Quotienten Y(t) der Wert +1 verwendet wird, und für den Fall, dass dem einseitenbandmodulierten Empfangssignal r_OSB(t) kein Rauschen überlagert ist, ist in 9A der Verlauf der ermittelten Phase φ(t) des Quotienten Y(t) und in 9B der Verlauf der gemittelten und normierten Phase φ(t) dargestellt. Zu erkennen ist, dass der Verlauf der Phase φ(t) des Quotienten Y(t) aufgrund fehlendem Rauschens einzig Werte bei + 3 / 4π und bei – 1 / 4π aufweist und der Verlauf der gemittelten und normierten Phase φ(t) des Quotienten Y(t) somit konstant beim Wert +1 verläuft.
Für den Fall eines überlagerten Rauschens weist der Verlauf der Phase φ(t) des Quotienten Y(t) in 10A eine Wertestreuung um die Werte bei + 3 / 4π und bei – 1 / 4π und der Verlauf der gemittelten und normierten Phase φ(t) des Quotienten Y(t) in 10B Streuwerte unterhalb des Wertes +1 auf. Diese Abweichung des Verlaufs der gemittelten und normierten Phase φ(t) des Quotienten Y(t) vom Wert +1 rührt von Phasenwerten her, die aufgrund des überlagerten Rauschens in den beiden Quadranten des Zustandsdiagramms mit jeweils identischen Vorzeichen der reellen Komponente R(t) und der imaginären Komponente I(t) des Quotienten Y(t) zu liegen kommen und somit einen Beitrag von Null zum Mittelungsergebnis leisten.
Für den Fall, dass im ersten Betrachtungs-Zeitabschnitt lediglich Rauschen und erst im zweiten Betrachtungs-Zeitabschnitt ein mit Rauschen überlagertes einseitenbandmoduliertes Empfangssignal r_OSB(t) empfangen wird, ist in 11A der Verlauf der Phase φ(t) des Quotienten Y(t) und in 11B der Verlauf der gemittelten und normierten Phase φ(t) des Quotienten Y(t) dargestellt. Zu erkennen ist im ersten Betrachtungs-Zeitabschnitt des Verlaufs der Phase φ(t) des Quotienten Y(t) die ideale Wertestreuung des weißen Rauschens und im zweiten Betrachtungs-Zeitabschnitt des Verlaufs der Phase φ(t) des Quotienten Y(t) die Wertestreuung um die Werte bei + 3 / 4π und bei – 1 / 4π. Der Verlauf der gemittelten und normierten Phase φ(t) des Quotienten Y(t) ist im ersten Betrachtungs-Zeitabschnitt durch die Stochastik des weißen Rauschens (Mittelwert bei 0,5 und eine von der Varianz des weißen Rauschen abhängige Standardabweichung) und durch Streuwerte unterhalb des Wertes +1 im zweiten Betrachtungs-Zeitabschnitt in Korrespondenz zum in den 10A und 10B dargestellten Fall gekennzeichnet.
Aus 11B ist sehr deutlich erkennbar, wie durch geeignete Wahl eines Schwellwertes im Entscheider 7 der Zeitraum identifiziert werden kann, in der ein einseitenbandmoduliertes Empfangssignal r_OSB(t) vorliegt bzw. nicht vorliegt. Bei Nichtvorliegen eines einseitenbandmoduliertes Empfangssignals r_OSB(t) wird im Entscheider 7 das Rauschsperre-Signal aktiviert.
In einer zweiten Variante der Erfindung leisten nur diejenigen ermittelten Phasen φ(t) des Quotienten Y(t) einen positiven, von Null verschiedenen Beitrag zum Ergebnis der gemittelten Phase φ(t), die sich auf Geraden durch den Ursprung des Zustandsdiagramms befinden, deren Steigung kleiner als ein geeignet gewählter Maximalphasenabstand zur 45°-Steigung der obig erwähnten 45°-Gerade durch den Ursprung des Zustandsdiagramms ist. Auch für die zweite Variante der Erfindung erfolgt eine Aktivierung des Rauschsperre-Signals einzig in Zeitabschnitten, in denen die gemittelte und normierte Phase φ(t) einen geeignet gewählten Schwellwert überschreitet.
Neben diesen beiden Varianten der Erfindung sind auch andere geeignete Maßnahmen von der Erfindung mit abgedeckt, mit denen der Abstand eines durch den reellen Signalanteil und durch den hilberttransformierten imaginären Signalanteil des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) festgelegten Zustandspunktes im Zustandsdiagramm zur obig erwähnten 45°-Gerade als Kriterium für die Aktivierung des Rauschsperre-Signals herangezogen wird.
So werden anstelle von Phasenwerten φ(t) und/oder von gemittelten Phasenwerten φ(t) des Quotienten Y(t) zwischen dem hilberttransformierten imaginären Signalanteil H(r_h(t)) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) und dem reellen Signalanteil r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) lediglich die hilberttransformierten imaginären Signalanteile H(r_h(t)) und die zugehörigen reellen Signalanteile r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) ermittelt und deren Abstände zur obig erwähnten 45°-Gerade im Zustandsdiagramm ermittelt. Diejenigen auf diese Weise ermittelten Zustandspunkte im Zustandsdiagramm, deren Abstände zur 45°-Gerade im Zustandsdiagramm innerhalb eines geeignet gewählten Maximalabstands liegen, leisten jeweils einen positiven, von Null verschiedenen Beitrag zum Mittelungsergebnis, das mit einem Schwellwert zur Aktivierung des Rauschsperre-Signals verglichen wird.
Im abschließenden Verfahrensschritt S60 wird während der Aktivierungszeit des Rauschsperre-Signals die Ausgabe des Empfangssignals an einer Audio-Ausgabeeinheit mittels einer in 3 nicht dargestellten Schalter-Vorrichtung unterdrückt.
Im Folgenden wird die zweite Ausführungsform und die erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals anhand des Flussdiagramms in 13 und die zugehörige erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals anhand des Blockdiagramms in 5 erläutert.
Die Verfahrensschritte S100 und S120 bis 150 der zweiten Ausführungsform und der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals entsprechen den Verfahrensschritten S10 und S30 bis S60 der ersten Ausführungsform und ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals und werden deshalb im Folgenden nicht mehr erläutert. Äquivalentes gilt für die korrespondierenden Vorrichtungsmerkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zwischen erster und zweiter Variante.
Im zweiten Verfahrensschritt S110 der zweiten Ausführungsform und der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, einseitenbandmodulierten Empfangssignals wird anstelle einer Hilberttransformation der imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) mittels Hilberttransformator 3 gemäß der ersten Ausführungsform ein weniger aufwändiges Falten der imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) mit der Hilberttransformierten H(g_TP'(t)) = g_hTP'(t) der Impulsantwort g_TP'(t) des Empfangsfilters in einem Empfangsfilter 10 gemäß Gleichung (11) durchgeführt. Zusätzlich werden die reellen Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) mit der Impulsantwort g_TP'(t) des Empfangsfilters in einem Empfangsfilter 9 gemäß Gleichung (11) gefaltet. Das Laufzeitglied 5 der ersten Ausführungsform kann in der zweiten Ausführungsform entfallen, da die Laufzeiten zwischen den Signalpfaden der reellen und imaginären Signalanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) näherungsweise gleich sind.
Aus den 7A bis 7D gehen verschiedene Darstellungsformen eines einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) ohne überlagerten Rauschen und aus den 8A bis 8D gehen verschiedene Darstellungsformen des identischen einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) mit überlagerten Rauschen hervor.
In den 7A und 8A sind jeweils die Zeitverläufe des reellen Signalanteils r(t) und des imaginären Signalanteils r_h(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) für ein einseitenbandmoduliertes Sendesignal s_OSB(t) = s(t) + j·s_h(t) = sin(2πf₀t) – j·cos(2πf₀t) dargestellt. Zu erkennen sind die signifikanten rauschbedingten Signalstörungen im Zeitverlauf des reellen Signalanteils r(t) und des imaginären Signalanteils r_h(t) in 8A gegenüber den deutlich geringeren Signalstörungen im Zeitverlauf des reellen Signalanteils r(t) und des imaginären Signalanteils r_h(t) in 7A.
In den 7B und 8B sind jeweils die Zeitverläufe der Phasen zwischen den hilberttransformierten imaginären Signalanteilen H(r_h(t)) und den reellen Signalanteilen r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) dargestellt. In den 7C und 8C ist jeweils ein Zustandsdiagramm mit den hilberttransformierten imaginären Signalanteilen H(r_h(t)) und den reellen Signalanteilen r(t) des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) als Zustandsgrößen dargestellt. In beiden Darstellungsformen sind die deutlich stärker ausgeprägten rauschbedingten Signalstörungen im Phasenverlauf der 8B gegenüber der 7B bzw. in den Zustandsgrößen der 8C gegenüber der 7C zu erkennen.
In den 7D und 8D ist jeweils der Betrag des Frequenzspektrums des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) dargestellt. Im Gegensatz zum vorzeichenbehafteten Frequenzspektrum des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t), das für den Fall eines einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) mit oberen Seitenband keine Spektralanteile im negativen Frequenzbereich aufweist, besitzt dieses Frequenzspektrum zur Frequenz Null spiegelbildliche Spektralanteile, da sich die reellen und imaginären Spektralanteile des einseitenbandmodulierten Empfangssignals r_OSB(t) bei negativen Frequenzen durch die Betragsbildung nicht gegenseitig kompensieren, sondern sich gegenseitig verstärken. In 8D ist der Rauschteppich bei ca. –50 dB zu erkennen, der in 7D fehlt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Varianten beschränkt. Daneben ist von der Erfindung auch ein Äquivalent im Spektralbereich mittels Hilberttransformation erzeugtes Rauschsperresignal mit abgedeckt. Von der Erfindung sind insbesondere auch sämtliche Kombinationen der in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale, der in der Beschreibung offenbarten Merkmale und der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Merkmale mit abgedeckt.

Claims

Verfahren zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) durch Ermitteln eines Rauschsperre-Signals in Abhängigkeit des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) und Unterdrücken des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) im aktivierten Zustand des Rauschsperre-Signals, wobei das Rauschsperre-Signal mittels einer Hilbert-Transformation ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: • Hilberttransformieren eines imaginären Signalanteils (r_h(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)), • Aktivieren eines Rauschsperre-Signals, sobald eine Phase (φ(t)) zwischen mindestens einem hilberttransformierten, imaginären Signalanteil (H(r_h(t))) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) und mindestens einem reellen Signalanteil (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) zu einer Phase von 180° einen Abstand aufweist, der größer als ein bestimmter Mindestabstand ist, und • Unterdrücken des Empfangssignals bei aktiviertem Rauschsperre-Signal.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Phase (φ(t)) eine gemittelte Phase (φ(t)) von in unterschiedlichen Abtastzeitpunkten (t) jeweils ermittelten Phasen (φ(t)) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der gemittelten Phase (φ(t)) nur diejenigen Phasen (φ(t)) jeweils einen positiven, von Null verschiedenen Beitrag leisten, die in einem Quadranten eines durch den reellen Signalanteil (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) und durch den hilberttransformierten, imaginären Signalanteil (H(r_h(t))) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) gebildeten Zustandsdiagramms liegen, der durch unterschiedliche Vorzeichen des reellen Signalanteils (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) und des hilberttransformierten, imaginären Signalanteils (H(r_h(t))) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der gemittelten Phase (φ(t)) nur diejenigen Phasen (φ(t)) jeweils einen positiven, von Null verschiedenen Beitrag leisten, die in einem durch den reellen Signalanteil (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) und durch den hilberttransformierten, imaginären Signalanteil (H(r_h(t))) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) gebildeten Zustandsdiagramm einen Phasenabstand zu einer durch den Ursprung des Zustandsdiagramm mit einer Steigung von –45° zur positiven realen Achse des Zustandsdiagramms verlaufenden Gerade aufweisen, der kleiner als ein bestimmter Maximalphasenabstand ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aktivierung des Rauschsperre-Signals die gemittelte Phase (φ(t)) mit einem Schwellwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der reelle Signalanteil (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) um eine der Verarbeitungszeit des Hilberttransformierens entsprechende Verzögerungszeit verzögert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilberttransformieren des imaginären Signalanteils (r_h(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) mittels Falten des imaginären Signalanteils (r_h(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) mit einer hilberttransformierten Impulsantwort (g_hTP'(t)) eines Empfangsfilters erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der reelle Signalanteil (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) mit einer Impulsantwort (g_TP'(t)) des Empfangsfilters gefaltet wird.
Vorrichtung zur Unterdrückung eines mit Rauschen überlagerten, Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) mit einer mit imaginären Signalanteilen (r_h(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) beaufschlagten Einheit zum Hilberttransformieren (3; 10), einem Phasenbildner (5), dessen erster Eingang mit reellen Signalanteilen (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) beaufschlagt ist und dessen zweiter Eingang mit einem Ausgang der Einheit zum Hilberttransformieren (3; 10) verbundenen ist, und einem mit dem Ausgang des Phasenbildners (5) verbundenen Entscheider (7) zum Erzeugen eines Rauschsperre-Signals zum Unterdrücken des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum Hilberttransformieren (3; 10) einen Hilbert-Transformator (3) zum Hilberttransformieren der Abtastwerte von imaginären Signalanteilen (r_h(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verzögerungsglied (12) zum Verzögern von reellen Signalanteilen (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) dem ersten Eingang des Phasenbildners (5) vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum Hilberttransformieren (3; 10) einen Tiefpassfilter (10) zum Falten der Abtastwerte von imaginären Signalanteilen (R_h(f, t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) mit einer hilberttransformierten Impulsantwort (g_hTP'(t)) eines Empfangsfilters aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Phasenbildner (5) und dem Entscheider (7) eine Mittelungs-Einheit (6) zum Mitteln von am Ausgang des Phasenbildners (5) für jedes Paar von reellen und hilberttransformierten imaginären Signalanteilen (r(t)) des Empfangssignals (r_OSB(t), r_USB(t)) jeweils erzeugten Phasen (φ(t)) geschaltet ist.