DE60002823T2

DE60002823T2 - Verfahren und Filter zur Unterscheidung von periodischen Signale

Info

Publication number: DE60002823T2
Application number: DE60002823T
Authority: DE
Inventors: Olli Vuorinen; Tapio SEPPÄNEN; Juha Röning; Jorma Lilleberg; Timo Kolehmainen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2020-07-15
Also published as: EP1130831A1; FI107477B; EP1130831B1; JP2001186066A; DE60002823D1; US6847689B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Unterscheiden von zwei oder mehreren Signalkomponenten, wenn wenigstens eine Signalkomponente periodisch ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektronische Ausrüstungen bewirken im allgemeinen häufig das Auftreten von elektromagnetischen Störungen an der Umgebung und an dem Betrieb der Ausrüstungen. Elektromagnetische Störungen werden häufig durch regelmäßige Aktivitäten bewirkt, die mit dem Betrieb oder der Stromversorgung der Ausrüstung verbunden sind. Störungen können mittels Signalverarbeitung im Frequenz- oder Zeitbereich beseitigt werden. Ein Nutzsignal und ein Störsignal können jedoch bei der Störungsauslöschung im Frequenzbereich nicht unterschieden werden und deswegen werden einige Nutzsignale während der Störungsauslöschung ebenfalls beseitigt. Um periodische Störungen zu verringern, verwendet die Signalverarbeitung im Zeitbereich z. B. die kohärente Mittelwertbildung, wobei mehr als eine Signalfolge gleichphasig sind und addiert werden, um die Mittelwertform einer einzigen Signalfolge zu bestimmen. Die Lösung kann verbessert werden, indem eine Abtastfrequenz auf die Auftrittsfrequenz eines periodischen Signals bezogen wird, indem auch die kleinen Änderungen in der Auftrittsfrequenz beobachtet werden. Eine derartige Lösung ist in der Veröffentlichung "Periodic Interference Rejection Using Coherent Sampling and Waveform Estimation" von Heinonen, P., Saramäki, T., Malmivuo, J., Neuvo, Y., IEEE Transactions on Circuits and Systems, S. 438–446, Bd. Cas-31, Nr. 5, Mai 1984 beschrieben, die hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
Ein ähnliches Ergebnis wird auch bei der Signalverarbeitung im Zeitbereich erreicht, wenn ein lernendes Filter verwendet wird, das die Form der Störung lernt und die Störung von dem Signal, das verarbeitet werden soll, verringert. Eine solche Lösung ist in der Veröffentlichung "A Learning Filter for Removing Noise Interference", Furno, G. S., Tompkins, W. J., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Bd. BME-30, Nr. 4, April 1983, beschrieben, die hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
In der Patentveröffentlichung WO 94 08396 wird eine adaptive Filterung einer periodischen Störung in einem Meßsystem beschrieben. Die Lösung verwendet eine Verzögerungsleitung, um eine Darstellung einer periodischen Störung zu speichern, von der ein Vielfaches die Verzögerung der Verzögerungsleitung ist. Der Ausgang der Verzögerungsleitung wird so umgesetzt, daß er gegenphasig zum Eingang des Meßsystems ausgelöscht werden kann.
Das Problem bei diesen Lösungen besteht jedoch darin, daß ein Störsignal und ein Nutzsignal nicht genau voneinander unterschieden werden können, insbesondere in solchen Fällen, wenn sich die Amplitude eines periodischen Störsignals ändert und wenn das Nutzsignal gelegentlich zusammen mit dem Störsignal im selben Frequenzband ankommt. Demzufolge ist die Störungsauslöschung nicht erfolgreich oder sie beseitigt außerdem einen wesentlichen Teil des Nutzsignals.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Filter, das das Verfahren unplementiert, zu schaffen, um die oben genannten Probleme zu vermeiden oder zu verringern. Das wird mit dem Verfahren des Typs, der im Oberbegriff beschrieben ist, zum Unterscheiden von Signalkomponenten in einem Endgerät eines Funksystems erreicht, wobei das Signal wenigstens eine Nutzsignalkomponente und eine Störkomponente enthält, wobei wenigstens eine Störkomponente eine periodische Signalfolge bildet und wobei aus dem Signal digitale Abtastwerte entnommen werden. Das Verfahren umfaßt außerdem die folgenden Schritte: Entnehmen von Abtastwerten aus den Signalfolgen der periodischen Signalkomponente während mehrerer Perioden und Bilden eines Signalfolgenmodells durch Anordnen der aus mehreren Signalfolgen entnommenen Abtastwerte zusammen in der Weise, daß die Abtastwerte eine geordnete Signalfolge repräsentieren und die Abtastwerte der anderen Signalkomponenten in zeitliche Unordnung fallen, und Filtern des Signalfolgenmodells, um ein genaues Signalfolgenmodell zu bilden, und Entfernen des genauen Signalfolgenmodells aus dem Signalfolgenmodell, um die Nutzsignalkomponente wiederherzustellen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Filter zum Unterscheiden von Signalkomponenten in einem Endgerät eines Funksystems, wobei das digitalisierte Signal wenigstens eine Nutzsignalkomponente und eine Störkomponente umfaßt und wobei das Signal wenigstens zwei Signalkomponenten umfaßt, wovon wenigstens eine eine periodische Signalfolge umfaßt. Das Filter ist so beschaffen, daß es die Abtastwerte, die aus der Signalfolge während mehrerer Perioden entnommen werden, in einem einzigen Signalfolgenmodell anordnet, so daß die Abtastwerte eine geordnete Signalfolge repräsentieren und die Abtastwerte der anderen Signalkomponenten in zeitliche Unordnung fallen, das Signalfolgenmodell filtert, um ein genaues Signalfolgenmodell zu bilden, und das genaue Signalfolgenmodell aus dem Signalfolgenmodell entfernt, um die Nutzsignalkomponente wiederherzustellen.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Idee, daß die Abtastwerte der Signalfolgen umgeordnet werden, um ein Signalfolgenmodell zu erreichen, das durch die Filterung von Störungen gekennzeichnet ist. Das gefilterte Modell ermöglicht, ein genaues periodisches Signal oder eine Kombination aus anderen Signalkomponenten, die im Signal enthalten sind, zu bilden.
Mit dem Verfahren und der Anordnung der Erfindung können verschiedene Vorteile erreicht werden. Ein Störsignal und ein Nutzsignal können wirkungsvoll voneinander unterschieden werden, auch wenn das Störsignal gelegentlich im gleichen Frequenzband wie das Nutzsignal erscheint oder wenn sich die Amplitude des Störsignals verändert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird nachfolgend mittels der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung genauer beschrieben, in der:
1 eine Quelle eines periodischen Signals und eine elektrische Schaltung, die Störungen empfängt, zeigt;
2A das Abtasten bei einer Frequenz zeigt, die kein Vielfaches der Auftrittsdichte einer Signalfolge ist;
2B das Abtasten bei einer Frequenz zeigt, die ein Vielfaches der Auftrittsdichte der Signalfolge ist;
3 eine zyklostationäre Abtastwertreihe zeigt;
4A ein Signal eines Audioabschnitts eines Funksystem-Endgeräts zeigt, das ein periodisches Störsignal und ein Audiosignal umfaßt;
4B eine überabgetastete Störsignalfolge zeigt;
4C eine gefilterte überabgetastete Störfolge zeigt;
4D ein Audiosignal an einem überabgetasteten Störabschnitt zeigt;
4E ein unterschiedenes Störsignal zeigt;
4F ein unterschiedenes Audiosignal zeigt;
5 eine maskierte Signalfolge zeigt;
6A eine Reihe von Bursts mit einem fehlenden Burst zeigt;
6B ein überabgetastetes Signalfolgenmodell des Bursts zeigt;
6C eine erweiterte überabgetastete Abtastwertreihe zeigt;
6D eine mittelwertgefilterte überabgetastete Störfolge zeigt;
6E eine waveletgefilterte überabgetastete Störfolge zeigt;
6F eine gefilterte überabgetastete Störfolge zeigt, die in ihrer ursprünglichen Länge wiederhergestellt wurde;
6G eine zusätzliche überabgetastete Störfolge zeigt; und
7 ein Blockschaltplan ist, der ein Funksystem-Endgerät zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Lösung kann z. B. zum Beseitigen von periodischen Störungen, zum Suchen sequentieller Signalkomponenten und zum Überwachen von elektronischen Ausrüstungen angewendet werden. Die Erfindung kann insbesondere anwendet werden, um Signale eines Audioabschnitts eines Mobiltelephons in einem im Zeitbereich arbeitenden Funksystem zu unterscheiden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich auf eine oder mehrere periodische Signalkomponenten, um eine oder mehrere periodische Signalkomponenten untereinander oder von anderen Signalkomponenten zu unterscheiden. Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht geeignet, nichtperiodische Signalkomponenten voneinander zu unterscheiden.
1 zeigt eine Situation, die bei der erfindungsgemäßen Lösung auftritt, wobei ein Sendeabschnitt 100 periodische Signalkomponenten bei einer Radiofrequenz sendet. Auch wenn die Übertragung nicht für eine elektronische Schaltung 102 vorgesehen ist, schaltet sich die Signalkomponente in die elektronische Schaltung 102 ein und stört die Signalverarbeitung, die darin erfolgt. Der Sendeabschnitt 100 und die elektronische Schaltung 102 können als Bestandteile in derselben Vorrichtung oder in verschiedenen Vorrichtungen enthalten sein. Eine derartige Situation tritt z. B. in einem Endgerät des GSM-Funksystems auf, wie etwa ein Mobiltelephon. Dabei gelangt ein Teil der GSM-Übertragung, die vom Sendeabschnitt 100 des Endgeräts gesendet wird, in die elektronische Schaltung 102 des Audioabschnitts des Endgeräts und stört die darin enthaltenen Audiosignale.
Im Folgenden wird die Erfindung beschrieben, indem als Beispiel eine paketvermittelte Übertragung vom Sendeabschnitt des Endgeräts im GSM-Funksystem und die Auswirkung einer derartigen paketvermittelten Übertragung auf den Audioabschnitt des Endgeräts verwendet werden. Die Wiederauftrittsdichte einer paketvermittelten Signalfolge im GSM-Funksystem (2A, Bezugszeichen 200, 204) beträgt 216,67 Hz (216 2/3 Hz). 2A veranschaulicht digitale Abtastwerte, die von dem Audiosignal der elektronischen Schaltung im Audioabschnitt des Endgeräts bei einer Frequenz von 8 kHz entnommen werden. Eine derartige Abtastfrequenz ist kein Vielfaches der Wiederauftrittsdichte der Signalfolge, d. h. das Divisionsergebnis zwischen einer Abtastfrequenz und einer Auftrittsfrequenz der Signalfolge ist keine ganze Zahl (8000/216,67 ≈ 36,92). Die Abtastpositionen dafür liegen in unterschiedlichen Phasen einer Signalfolge in aufeinanderfolgenden Signalfolgen. Durch Zusammensetzen der Signalfolgen von unterschiedlichen Phasen eines überabgetasteten Modells wird ein Signalfolgenmodell erreicht, das einem Modell entspricht, das unter Verwendung einer größeren Abtastrate abgetastet wird. Durch Multiplizieren der Abtastrate mit der Anzahl der Signalfolgen unterschiedlicher Phasen, die in dem überabgetasteten Modell enthalten sind, wird die Abtastrate 13*8 kHz = 104 kHz, die dem überabgetasteten Modell entspricht, erreicht.
Die Situation von 2B ist der Situation von 2A sehr ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Abtastfrequenz nun 9,1 kHz beträgt. In diesem Fall ist die Abtastfrequenz ein Vielfaches der Auftrittsfrequenz der Signalfolge, d. h. das Divisionsergebnis zwischen der Abtastwertfrequenz (die der Abtastfrequenz entspricht) und der Auftrittsfrequenz der Signalfolge ist eine ganze Zahl (9100/216,67 = 42) und die Abtastwerte werden in aufeinanderfolgenden Signalfolgen 204 von denselben Positionen ohne Phasenverschiebung entnommen.
Nun soll die erfindungsgemäße Lösung, die in 3 gezeigt ist, genauer betrachtet werden, bei der die Abtastfrequenz und daher auch die Abtastwertfrequenz 8 kHz betragen und die periodische Signalfolge bei einer Frequenz von 216,67 Hz erscheint. Eine derartige Abtastwertreihe ist zyklostationär und die Länge eines Zyklus beträgt 13 Signalfolgen. Zyklostationär bezieht sich auf eine statistische Eigenschaft, wie etwa einen Mittelwert, Standardabweichung oder Korrelation, die regelmäßig auftaucht. Die Phasenverschiebung der Abtastung ist aus den dreizehn Signalfolgen 300 deutlich erkennbar. Da das Divisionsergebnis zwischen der Abtastfrequenz und der Auftrittsfrequenz der Signalfolge keine ganze Zahl ist, ist die Abtastwertereihe zyklostationär, wobei die Abtastwerte der folgenden Signalfolgen zu einer Signalfolge einer anderen Phase gehören. In diesem Fall wird in der erfindungsgemäßen Lösung während wenigstens eines Zyklus aus einer zyklostationären Abtastwertreihe ein überabgetastetes Modell einer einzelnen Signalfolge gebildet, indem die Abtastwerte, die von verschiedenen Phasen der Signalfolge nacheinander entnommen werden, so angeordnet werden, daß sie eine Abtastwertreihe bilden, die eine Signalfolge repräsentiert. In einer mathematischen Darstellung ist die Signalverarbeitungs operation wie folgt. Die aufeinanderfolgenden Abtastwerte seien X = [S_1,1S_1,2 ... S_1,i–1S_1,iS_2,1S_2,2 ... S_2,i... S_j,i–1S_j,i], wobei S_1,1 der erste Abtastwert der ersten Signalfolge ist, S_1,i ist der letzte Abtastwert der ersten Signalfolge, i ist die Anzahl von Abtastwerten, die von der Signalfolge entnommen werden, und S_j,i ist der letzte Abtastwert der letzten Signalfolge und j ist die Anzahl der Signalfolgen in dem Zyklus. Jeder Abschnitt der Signalfolge kann frei als der erste Abtastwert ausgewählt werden. Der Vektor X soll nun in Matrixform umgesetzt werden, bei der die Zeilen Abtastwerten entsprechen, die von verschiedenen Signalfolgen entnommen wurden. Dadurch erhält man aus dem Vektor X die Matrix A:
Wenn eine Transponierte AT von der Matrix A gebildet wird und wenn die transponierte Matrix AT dementsprechend in die Vektorform umgesetzt wird, erhält man den Vektor Y der Form Y = [S_1,1S_1,2... S_j–1,1S_j,1S_1,2S_2,2 ... S_j, ₂ ... S_j–1,iS_j,i]. Die Abtastwertreihe des Vektors Y ist ein überabgetastetes Modell einer einzigen Signalfolge. Das überabgetastete Modell kann z. B. durch Filtern des überabgetasteten Modells und durch Berechnen eines Mittelwerts mehrerer überabgetasteter Modelle festgelegt werden.
Nun soll die erfindungsgemäße Lösung mittels der 4A bis 4F genauer betrachtet werden. 4A zeigt ein Audiosignal des Audioabschnitts in dem Funksystem-Endgerät, wobei das Audiosignal durch regelmäßige Bursts 400 des Endgeräts gestört ist. 4B zeigt ein überabgetastetes Modell 402 des Bursts, das die Signalfolge repräsentiert. Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß sich in dem überabgetasteten Signalfolgenmodell die anderen Signale in ein Signal, das Rauschen ähnelt, oder in ein deterministisches Signal verändern, dessen Frequenzband nicht das gleiche ist wie das Frequenzband des überabgetasteten Modells, d. h. die Umordnung der Abtastwerte in eine sinnvolle Reihenfolge in bezog auf die Signalfolge läßt die Abtastwerte in bezog auf die anderen Signale in Unordnung. Die Umordnung ist eine Art der Umsetzoperation, die im Signalraum auszuführen ist. In diesem Fall werden die Audiosignal-Abtastwerte, die nun in willkürlicher Reihenfolge sind, auf den überabgetasteten Burst addiert und erscheinen als Rauschen. Da die Frequenzbänder voneinander abweichen, können die Signalkomponenten voneinander unterschieden werden. In 4C wird das überabgetastete Signalfolgenmodell gefitert, um nach einem Trend zu suchen und/oder um Rauschen zu verringern, wobei dann aus dem Signalfolgenmodell eine genaue Form erhalten wird. Die Detektoren des Trends sind Filter, die als solche bekannt sind und das Signal gemäß einem bestimmten Modell aus den Signalen (die z. B. in 6E verwendet werden) wiedergewinnen. Ein gefiltertes Signalfolgenmodell 404 entspricht in dem beispielhaften Fall der Form von 13 gemeinsamen Impulsen und aus diesem überabgetasteten Modell können 13 gefilterte Impulse erzeugt werden, indem die Abtastwerte in der ursprünglichen Reihenfolge wiederhergestellt werden oder indem eine inverse Transformation im Signalraum ausgeführt wird. Die Filterung kann z. B. eine Bandpaß-Filterung, eine Zentralwert-Filterung, eine Filterung durch Mittelwertbildung oder jede bekannte Filterung sein, die Rauschen wenigstens geringfügig verringert. 4D zeigt ein Audiosignal 406 in dem überabgetasteten Abschnitt, der Rauschen ähnelt. Das Audiosignal ist geblieben, während das Signal in 4C aus dem Signal von 4B entfernt wurde. 4E zeigt eine Burstreihe 408, die erhalten wird, indem die Abtastwerte von 4C in der ursprünglichen Reihenfolge wiederhergestellt werden. 4F zeigt ein Audiosignal 410, das durch das erfindungsgemäße Verfahren gefiltert wurde, wobei das Signal durch die Wiederherstellung der Abtastwerte von 4D in der ursprünglichen Reihenfolge erhalten wird.
Obwohl die Abtastfrequenz und somit die Abtastwertfrequenz ein Vielfaches der Auftrittsdichte der Signalfolge ist, kann die erfindungsgemäße Lösung ausgezeichnet angewendet werden. In einem derartigen Fall werden Abtastwerte während mehrerer Signalfolgen entnommen und es wird ein Signalfolgenmodell gebildet, indem die Abtastwerte, die von mehreren Signalfolgen gemeinsam entnommen wurden, so angeordnet werden, daß die Abtastwerte eine Signalfolge repräsentieren, die in diesem Fall nicht überabgetastet ist. Die Anordnung der Abtastwerte bewirkt, daß die anderen Abtastwerte der Signalkomponenten in Unordnung fallen und in der Signalfolge als Störung gezeigt werden, die Rauschen ähnelt. Das erfolgt in der gleichen Weise wie in dem Fall, bei dem die Abtastwertfrequenz kein Vielfaches der Auftrittsdichte der Signalfolge ist. Anschließend wird die Signalverarbeitung in der beschriebenen Weise fortgesetzt, derart, daß die Signalfolge gefiltert wird, um Rauschen zu verringern.
Wenn die Abtastwertfrequenz ein Vielfaches der Auftrittsfrequenz der Signalfolge ist, kann die Abtastwertfrequenz geändert werden, um die Abtastfrequenz so zu verändern, daß sie nicht das Vielfache der Auftrittsdichte der Signalfolge ist.
Wenn die Signalkomponenten jedoch nicht ausreichend gut unterschieden werden können, ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung häufig, die Amplitude der periodischen Signalkomponente zu überwachen. Dann kann die zuvor gemessene periodische Signalkomponente aus dem zu verarbeitenden Signal entfernt werden, solange die Amplitude der zuvor gemessenen Signalkomponente korrekt eingestellt ist. Die Amplitude der zuvor gemessenen periodischen Signalkomponente kann mittels Überwachung korrekt angeordnet werden. Wenn die Amplitude nicht korrigiert wird, verschlechtert die Änderung der Störsignalamplitude das Filterungsergebnis. Die Amplitude wird in solchen Fällen korrigiert, bei denen die Signale sehr gut unterschieden werden. Das kommt insbesondere dann vor, wenn das Audiosignal des Funksystem-Endgeräts bedeutend stärker ist als das Störsignal. Im GSM-Mobilsystem kann die Situation verbessert werden, indem die Signalfolgenschätzung des Störsignals, das durch den Burst des Endgeräts bewirkt wird, dann gebildet wird, wenn keine Sprache gesendet wird. Wenn Sprache gesendet wird, wird die Amplitude der Signalfolgenschätzung berichtigt, indem die zuvor gebildete Signalschätzung mit dem durch Überwachung erhaltenen Koeffizienten multipliziert wird, wobei der Koeffizient die Amplitude der Signalfolgenschätzung an die Situation der Sprachübertragung anpaßt. Der Koeffizient wird mittels Überwachung in Übereinstimmung damit geändert, wie die sich Leistung (oder die Amplitude) in den folgenden überabgetasteten Signalfolgenmodellen, aus denen die Sprache entfernt wurde, verändert. Die Zuverlässigkeit der Amplitudeanpassung kann mit den folgenden Maßnahmen verbessert werden. (1) Gegenseitiges Synchronisieren der aufeinanderfolgenden überabgetasteten Signalfolgenmodelle zum Vergleichen, da sich die Phasenlage der überabgetasteten Modelle z. B. auf Grund von Drift und Veränderung der Parameter des TDMA-Systems ändert. (2) Ein Maskierungsvektor kann verwendet werden, um die Stellen aus der überabgetasteten Signalfolge zu entfernen, bei denen der Störabstand groß ist. (3) Ein Stufenbegrenzer kann verwendet werden, um plötzliche Änderungen zu verhindern, die mit größter Wahrscheinlichkeit durch das Audiosignal bewirkt werden. (4) Die Amplitudenanpassung kann während der Übertragung des Audiosignals gesteuert werden, indem der RMS-Fehler (quadratischer Restfehler) gemessen wird.
Bei der Synchronisation (1) gibt die Anordnung von zwei überabgetasteten Modelle an, daß die Differenz zwischen den beiden den minimalen Wert erreicht, d. h. es handelt sich um MMSE-Synchronisation (minimaler mittlerer quadratischer Fehler). Die Synchronisation schafft den Vorteil, daß die Filterung des Modells ermöglicht, Störkomponenten, wie etwa Sprache, zu entfernen, die bewirken könnten, daß sich die Differenz etwas aus der korrekten Position verschiebt. Somit kann die Bildung und Filterung des überabgetasteten Modells die Synchronisation dann verbessern, wenn Rauschen wie Sprache klingt.
Nun werden diese Operationen genauer betrachtet. Das überabgetastete Signalfolgenmodell wird z. B. auf das folgende Modell in der folgenden Weise synchronisiert. Es werden die bekannten TDMA-Zeitdaten verwendet, die vom Sender gesendet werden, wodurch die Filter der Erfindung und die überabgetasteten Modelle gemäß der vom Sender gesendeten Zeitangaben synchronisiert werden. Dann wird die mögliche Verschiebung des Modells entfernt. Eine weitere Alternative besteht darin, den Zeitpunkt der vom Sender gesendeten Daten und die überabgetasteten Modelle auf der Grundlage der geschätzten Zeitangaben zu synchronisieren. Die überabgetasteten Modelle können außerdem mittels der angeordneten Filter oder des MMSE-Fehlers synchronisiert werden. Wenn das MMSE-Verfahren verwendet wird, bei dem die mittlere quadratische Abweichung zwischen den beiden überabgetasteten Modellen berechnet wird, ist die Synchronisation am besten, wenn der MMSE-Fehler am kleinsten ist. Die Phase der Signalfolge kann unter Verwendung der Synchronisation überwacht werden.
5 zeigt die Verwendung eines Maskenvektors zum Bestimmen der Grenzwerte einer überabgetasteten Signalfolge. Wie für einen Fachmann selbstverständlich ist, definiert ein Maskenvektor 500 den Wert der Amplitude der überabgetasteten Signalfolge als 0, solange die Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (oder diesen unterschreitet). Die Amplituden, die den vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, bleiben als die Werte der Signalfolgenamplituden oder sie erhalten Werte, die von null abweichen, wobei die Werte sich auf die ursprünglichen Amplitudenwerte beziehen. Eine weitere Möglichkeit zum Beschränken der Amplituden der überabgetasteten Signalfolgen besteht darin, den Wert der größten Amplitude zu messen und eine vorgegebene Anzahl von Abtastwertamplituden auf beiden Seiten der größten Amplitude zu berücksichtigen. Die vorgegebene Anzahl auf der linken Seite des größten Werts kann sich von der auf der rechten Seite unterscheiden, insbesondere dann, wenn die Signalfolge in bezug auf den größten Amplitudenwert nicht symmetrisch ist.
Die Amplituden von aufeinanderfolgenden überabgetasteten Signalfolgen können sich stark unterscheiden und ein Teil der Veränderungen werden durch Störungen bewirkt. Das mindert die Wirksamkeit der Unterscheidung von Signalen. Eine Art der Verringerung der Wirkung von Störungen besteht darin, die Amplituden der aufeinanderfolgenden überabgetasteten Signalfolgen zu begrenzen, indem ein Stufenbegrenzer verwendet wird, dessen Stufe die Änderung der vorgegebenen größten Amplitude zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalfolgen ist. In einem derartigen Fall wird die Amplitude der überabgetasteten Signalfolge vergrößert oder verkleinert, indem die Abtastwerte der Signalfolge mit einem geeigneten Koeffizienten multipliziert werden, so daß die größte (kleinste) Amplitude der neuen Signalfolge von der größten (kleinsten) Amplitude der vorhergehenden Signalfolge höchstens um eine vorgegebene Stufe abweicht.
Die Amplitudenanpassung ist begrenzt, wenn der Signalabstand groß ist und die Signalkomponenten sich sowohl im Frequenz- als auch Zeitraum überlappen. Die Zuverlässigkeit der Amplitudenanpassung kann unter Verwendung eines RMS-Fehlers gemessen werden, der ermittelt wird, um die neue Signalfolge mit einer vorherigen Signalfolge unter Verwendung einer mittleren Summe der quadratischen Differenzen in den Abtastwerten zu vergleichen. Das vorherige Signalfolgenmodell enthält kein Nutzsignal, was bedeutet, das es an einer Stelle gebildet wurde, an der kein Nutzsignal vorhanden war oder die Wirkung des Nutzsignals unbedeutend war. Um die Ähnlichkeiten der Modelle zu bestimmen, werden die Abtastwerte beider Modelle durch die maximale Amplitude des Modells dividiert. Der RMS-Fehler wird gemäß RMS = Σ(S_j(i) – S_k(i))² berechnet, wobei S_j die Abtastwerte der ersten Signalfolge repräsentiert, S_k die Abtastwerte der zweiten Signalfolge repräsentiert und i der Index des Abtastwerts ist. Der RMS-Fehler gibt an, welche restliche Audiokomponente in der überabgetasteten Signalfolge verbleibt. Die beigefügte Tabelle zeigt ein Beispiel der Schwellenwerte und der Gewichtungskoeffizienten, die diesen entsprechen, wodurch die Steuerung der Amplitudenanpassung an einer Stelle ermöglicht ist, an der das Nutzsignal teilweise oder vollständig mit dem Störsignal überlappt. Der proportionale RMS-Fehler in der Tabelle ist in bezug auf das vorherige Modell berechnet, indem die erhaltene Energie des RMS-Fehlers durch die Energie des vorherigen Modells dividiert wird.
Die Gewichtungswerte werden verwendet, wenn der Amplitudenwert geändert wird. Mit anderen Worten, wenn die Zuverlässigkeit der neuen Amplitude unbedeutend ist, wird hauptsächlich die vorherige Amplitude als die Signalfolgenamplitude verwendet. Wenn der RMS-Wert z. B. 0,04 ist, beträgt die neue Amplitude, die erhalten wird, A = A1 × 1/3 + A2 × 2/3 , wobei A1 der Wert der vorherigen Amplitude ist und A2 der Wert der neuen Amplitude ist.
Bei der Anpassung der vorherigen Amplitude kann die Abpassung lediglich dann beginnen, wenn die Signalfolge der Störsignalkomponente zuerst ohne eine Audiosignalkomponente gemessen wird. Die Amplitudenanpassung kann jedoch auch ausgeführt werden, wenn die Signalfolge des Störsignals während der Übertragung der Audiosignalkomponente gebildet wird. Die Amplitudenanpassung kann spezifiziert werden, sobald das erste Signalfolgenmodell in einem speziellen Moment ohne Audiosignale gemessen wird.
6A ist eine Situation, die in einem bestimmten Zeitfenster beschrieben wird, wobei im Schritt 600 eine impulsförmige Signalfolge fehlt. Diese Folge kann z. B. eine Störung einer paketvermittelten Übertragung eines Mobiltele phons in einem Audioabschnitt eines Mobiltelephons sein. 6B zeigt, wie ein überabgetastetes Modell des Impulses gebildet wird. In diesem Fall bleibt ein Teil 602A des Impulses am Beginn des zu prüfenden Fensters und ein Teil 602B am Ende des Zeitfensters. Das ursprüngliche Zeitfenster ist durch das zyklische Kopieren von Abtastwerten mit korrekter Phase an beiden Enden des Zeitfensters verlängert worden. Das überabgetastete Modell wird in 6C fortgesetzt, wobei in diesem Fall im gesamten Zeitfenster zwei Impulse erhalten werden. Das Zeitfenster in 6D veranschaulicht das Signal von 6C, das mittelwertgefiltert ist. Das Zeitfenster in 6E veranschaulicht das Signal von 6D, das waveletgefiltert ist. In 6F ist das verlängerte Zeitfenster von 6E gelöscht, wodurch eine gefilterte Impulsfigur erhalten wird, die der in 6B gezeigten Situation entspricht. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, eine impulsähnliche Signalfolge zu bilden und unter Verwendung der Signalfolge an der Stelle 600 des fehlenden Impulses, die in 6G gezeigt ist, einen Impuls 604 zu schätzen.
7 zeigt ein Beispiel, wie die erfindungsgemäße Lösung angewendet werden kann. 7 zeigt ein GSM-Funksystem-Endgerät, das ein Mikrophon 704, Datenzuführmittel 706, ein Dulpexfilter 707 und eine Antenne 708 umfaßt. Das Mikrophon 700 ermöglicht, die Sprache des Benutzers in elektrische Signale umzusetzen. Das Endgerät kann verwendet werden, um Daten zu senden, indem die Mittel 704 verwendet werden, die z. B. eine Tastatur oder ein Computer sein können, die mit dem Endgerät verbunden sind. Die Daten können alphanumerische und numerische Daten enthalten, wie etwa Telephonnummern, Textnachrichten, E-Mail-Nachrichten usw. Die Sendeschaltung 704 setzt Sprache oder die Daten, die zu senden sind, in ein paketvermitteltes Hochfrequenzsignal um, das nach dem Duplexfilter 707 als elektromagnetische Strahlung durch die Antenne 708 zu der (in der Figur nicht gezeigten) Basisstation gesendet wird. Das Duplexfilter trennt die Sende- und Empfangsschaltungen voneinander, so daß ein leistungsstarkes Sendesignal den empfindlichen Empfänger nicht beschädigen kann.
Die Antenne 708 empfängt elektromagnetische Strahlung, die das Duplexfilter 707 an die Empfangsschaltung 710 aussendet. Die Empfangsschaltung 710 setzt das Signal mit Radiofrequenz in ein Audiosignal um, das in einen Lautsprecher 714 geleitet wird. Das Datensignal wird in eine Datenverarbeitungsschaltung 716 geleitet, deren Existenz oder Funktionsweise für die Erfindung nicht relevant ist.
Die erfindungsgemäße Lösung kann somit verwendet werden für die Störungsauslöschung, für das Suchen einer periodischen Signalkomponente oder zum Überwachen der Amplitude und/oder der Phase der periodischen Signalkomponente. Die erfindungsgemäße Lösung wird zum Suchen einer periodischen Signalkomponente verwendet, um die Abtastwerte in dem Filter gemäß unterschiedlichen Perioden, die abgesucht werden, gemeinsam anzuordnen. Anschließend wird die Energie der Abtastwerte, die gemäß jeder Periode angeordnet sind, gemessen, wenn die Filterung zuerst verwendet wurde, um die Wirkung der anderen Komponenten von dem periodischen überabgetasteten Modell zu verringern. Anschließend wird nach wenigstens einer gemessenen Energie, die den Maximalwert erreicht, gesucht. Die maximale Energie gibt an, daß eine Signalfolge gefunden wurde, die während der abgesuchten Periode periodisch wiederkehrt. Schließlich wird eine Periode bestimmt, die dem Maximalwert entspricht, d. h. die Periode, die der gesuchten Signalfolgenperiode entspricht. Der Maximalwert muß den Schwellenwert überschreiten, so daß die Energiemaximalwerte, die durch Rauschen oder andere Störungen bewirkt werden, nicht das fehlerhafte Messen der Periode zur Folge haben. Die Amplitude und/oder die Phase der periodischen Signalkomponente wird überwacht, indem die Amplitude und/oder die Phase der gebildeten Signalfolge mit der Amplitude und/oder mit der Phase der vorherigen Signalfolge verglichen wird.
Wenn die Leistung einer oder mehrerer anderer Signalkomponenten in einem gefilterten Signalfolgenmodell die vorgegebene Leistungsgrenze überschreitet, ist das zu verwendende Modell dasjenige, das erhalten wird, wenn die Leistung einer oder mehrerer anderer Signalkomponenten in dem gefilterten Signalfolgenmodell unter die vorgegebene Leistungsgrenze sinkt.

Claims

Verfahren zum Unterscheiden von Signalkomponenten in einem Endgerät eines Funksystems, wobei das Signal wenigstens eine Nutzsignalkomponente und eine Störkomponente enthält, wobei wenigstens eine Störkomponente eine periodische Signalfolge (200, 202, 204, 400) bildet und wobei aus dem Signal digitale Abtastwerte entnommen werden, gekennzeichnet durch Entnehmen von Abtastwerten aus den Signalfolgen (200, 202, 204, 400) der periodischen Signalkomponente während mehrerer Perioden und Bilden eines Signalfolgenmodells (402) durch Anordnen der aus mehreren Signalfolgen (200, 202, 204, 400) entnommenen Abtastwerte zusammen in der Weise, daß die Abtastwerte eine geordnete kombinierte Signalfolge repräsentieren und die Abtastwerte der anderen Signalkomponenten in zeitliche Unordnung fallen, Filtern des Signalfolgenmodells (402), um ein genaues Signalfolgenmodell (404) zu bilden, und Entfernen des genauen Signalfolgenmodells (404) aus dem Signalfolgenmodell (402), um die Nutzsignalkomponente (406) wiederherzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Abtastfrequenz derart ist, daß sich das Divisionsergebnis zwischen der Abtastfrequenz und der Auftrittsfrequenz der periodischen Signalfolge (200, 202, 204, 400) von einer ganzen Zahl unterscheidet, das Signal aus den Abtastwerten, die während mehrerer Signalfolgen (200, 202, 204, 400) entnommen wurden, eine zyklostationäre Abtastwertreihe bilden, in der die Abtastwerte zu Signalfolgen (200, 202, 400) mit unterschiedlichen Phasen gehören, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfaßt: Bilden eines überabgetasteten Modells (402) der Signalfolge (200, 202, 400) aus der zyklostationären Abtastwertreihe während wenigstens eines Zyklus durch Anordnen der Abtastwerte, die aus den verschiedenen Phasen der Signalfolge (200, 202, 400) entnommen wurden, in aufeinanderfolgender Reihenfolge als eine Abtastwertreihe, die eine einzelne Signalfolge (200, 202, 400) repräsentiert, wobei die Abtastwertreihe gefiltert wird, um die gewünschte Signalkomponente zu spezifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Bilden einer periodischen Signalkomponente (408) während mehrerer Perioden durch Wiederherstellen der Abtastwerte des genauen Signalfolgenmodells (400) in der ursprünglichen Reihenfolge.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Wiederherstellen der Abtastwerte der Nutzsignalkomponente (406) in die ursprüngliche Reihenfolge, wodurch die Wirkung der periodischen Signalkomponente aus der Nutzsignalkomponente (406) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkomponente, die die periodische Signalfolge (200, 202, 204, 400) umfaßt, ein Störsignal ist, das aus dem Signal entfernt wird, um die Störung zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Suchen der periodischen Signalkomponente verwendet wird, um so die Abtastwerte gemeinsam in Übereinstimmung mit verschiedenen zu suchenden Perioden anzuordnen, die Energie der in Übereinstimmung mit jeder Periode angeordneten Abtastwerte zu messen, wenigstens eine gemessene Energie zu suchen, mit der ein Maximum erhalten wird, und eine Periode zu bestimmen, die dem Maximum entspricht, das der Signalfolgenperiode entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Überwachen der Amplitude und/oder der Phase der periodischen Signalkomponente durch Vergleichen der gebildeten Signalfolgenamplitude und/oder -phase mit der vorhergehenden Signalfolgenamplitude und/oder -phase.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Leistung einer oder mehrerer Signalkomponenten, die von der gewünschten Signalkomponente verschieden sind, in dem gefilterten Signalfolgenmodell (404) eine vorgegebene Leistungsgrenze übersteigt, das als das Signalfolgenmodell verwendete Modell jenes ist, das vorher erhalten wurde, wenn die Leistung einer oder mehrerer anderer Signalkomponenten unter die vorgegebene Leistungsgrenze in dem gefiterten Signalfolgenmodell (404) fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Vergleichen des RMS-Fehlers, der durch eine oder mehrere Signalkomponenten, die von der gewünschten periodischen Signalkomponente in dem gefilterten neuen Signalfolgenmodell 404 verschieden ist, gebildet wird, wobei die Amplitudendaten der neuen Signalfolge dann, wenn der RMS-Fehler einer oder mehrerer Signalkom ponenten, die von der gewünschten periodischen Signalkomponente verschieden sind, eine vorgegebene RMS-Fehlergrenze in dem gefilterten Signalfolgenmodell (404) übersteigt, mit einem vorgegebenen Gewichtungskoeffizienten gewichtet werden und die Amplitudendaten der vorhergehenden Signalfolge mit einem zweiten vorgegebenen Gewichtungskoeffizienten gewichtet werden, um eine neue Amplitude zu bestimmen, die ein Mittelwert aus den vorhergehenden und neuen Amplitudendaten ist, die in Übereinstimmung mit dem Zuverlässigkeitspegel, der durch den RMS-Fehler bestimmt ist, gewichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mehrere vorgegebene RMS-Fehlergrenzen und dadurch, daß die Größe des Gewichtungskoeffizienten von der überschrittenen RMS-Fehlergrenze abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal ein Signal eines Audioabschnitts in dem Funksystem-Endgerät ist und daß das Signal die paketvermittelte Übertragung des Funksystem-Endgeräts und das Audiosignal als die periodischen Signalkomponenten umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Ausführen einer Amplitudenanpassung, bei der die Leistungsänderung in aufeinanderfolgenden überabgetasteten Modellen, aus denen das Audiosignal unterschieden und entfernt wird, überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch das Synchronisieren der Amplitudenanpassung der überabgetasteten Signalfolgenmodelle miteinander für Vergleichszwecke.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Ausführen einer Amplitudenanpassung, bei der die Leistungsänderung in aufeinanderfolgenden überabgetasteten Modellen überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Filtern des Signalfolgenmodells (402) unter Verwendung eines Trenderfassungsverfahrens zur Spezifikation der gewünschten Signalkomponente.
Filter zum Unterscheiden von Signalkomponenten in einem Endgerät eines Funksystems, wobei das digitalisierte Signal wenigstens eine Nutzsignal komponente und eine Störkomponente umfaßt und wobei das Signal wenigstens zwei Signalkomponenten umfaßt, wovon wenigstens eine eine periodische Signalfolge (200, 202, 204, 400) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (702) so beschaffen ist, daß es die Abtastwerte, die aus der Signalfolge (200, 202, 204, 400) während mehrerer Perioden entnommen werden, in einem einzigen Signalfolgenmodell (402) anordnet, so daß die Abtastwerte eine geordnete kombinierte Signalfolge repräsentieren und die Abtastwerte der anderen Signalkomponenten in zeitliche Unordnung fallen, das Signalfolgenmodell (402) filtert, um ein genaues Signalfolgenmodell (404) zu bilden, und das genaue Signalfolgenmodell (404) aus dem Signalfolgenmodell (402) entfernt, um die Nutzsignalkomponente (406) wiederherzustellen.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz des Filters so beschaffen ist, daß sich das Divisionsergebnis zwischen der Abtastfrequenz und der Auftrittsfrequenz der periodischen Signalfolge (200, 202, 400) von einer ganzen Zahl unterscheidet, wobei die Abtastwerte, die aus dem Signal während mehrerer Signalfolgen (200, 202, 400) entnommen werden, eine zyklostationäre Abtastwertreihe bilden, in der die Abtastwerte zu Signalfolgen (200, 202, 400) mit verschiedenen Phasen gehören, und das Filter (702) so beschaffen ist, daß es ein überabgetastetes Modell (402) einer Signalfolge aus der zyklostationären Abtastwertreihe während wenigstens eines Zyklus bildet, indem die Abtastwerte, die aus den verschiedenen Phasen der Signalfolge (200, 202, 400) entnommen werden, in eine aufeinanderfolgende Reihe als eine Abtastwertreihe angeordnet werden, die eine einzige Signalfolge (200, 202, 400) repräsentiert.
Filter nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es eine periodische Signalkomponente (408) während der mehreren Perioden bildet, indem es die Abtastwerte des genauen Signalfolgenmodells (404) in die ursprüngliche Reihenfolge wiederherstellt.
Filter nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es die Abtastwerte der Nutzsignalkomponente (406) in die ursprüngliche Reihenfolge wiederherstellt, wodurch die Wirkung der periodischen Signalkomponente (404) aus der Nutzsignalkomponente (406) entfernt wird.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es dann, wenn die Signalkomponente, die eine periodische Signalfolge (200, 202, 204, 400) enthält, ein Störsignal ist, das Störsignal aus dem Signal entfernt, um die Störung zu verringern.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es die periodische Signalkomponente sucht, um das Filter (702) so auszubilden, daß es die Abtastwerte in Übereinstimmung mit verschiedenen zu suchenden Perioden gemeinsam anordnet, die Energie der in Übereinstimmung mit jeder Periode angeordneten Abtastwerte mißt, wenigstens eine gemessene Energie sucht, die ein Maximum enthält, und eine Periode bestimmt, die dem Maximum entspricht, das der gesuchten Signalfolgenperiode entspricht.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es die Amplitude und/oder die Phase der periodischen Signalfolge überwacht, indem es die gebildete Signalfolgenamplitude und/oder -phase mit der vorhergehenden Signalfolgenamplitude und/oder -phase vergleicht.
Filter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß es die Leistungsänderung der Amplitudenanpassung in aufeinanderfolgenden überabgetasteten Modellen, aus denen ein Audiosignal unterschieden und entfernt wird, überwacht.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es sich in einem Audioabschnitt des Funksystem-Endgeräts befindet, wobei das Signal ein Audioabschnitt-Signal ist und die paketvermittelte Übertragung des Funksystem-Endgeräts als eine periodische Signalkomponente und das Audiosignal als eine zweite Signalkomponente umfaßt.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es die Leistung einer oder mehrerer Signalkomponenten, die von der periodischen Signalkomponente in dem gefilterten Signalfolgenmodell (404) verschieden sind, vergleicht und dann, wenn die Leistung einer oder mehrerer Signalkomponenten, die von der gewünschten periodischen Signalkomponente verschieden sind, eine vorgegebene Leistungsgrenze in dem gefilterten Signal folgenmodell (404) übersteigt, das Modell, das vorher erhalten wurde, als die Leistung der einen oder der mehreren Signalkomponenten, die von der gewünschten periodischen Signalkomponente verschieden sind, unter der vorgegebenen Leistungsgrenze in dem gefilterten Signalfolgenmodell (404) lag, als das Signalfolgenmodell verwendet.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es den RMS-Fehler, der durch eine oder mehrere Signalkomponenten, die von der gewünschten periodischen Signalkomponente in dem gefilterten neuen Signalfolgenmodell (404) verschieden sind, vergleicht und dann, wenn der RMS-Fehler einer oder mehrerer Signalkomponenten, die von der gewünschten periodischen Signalkomponente verschieden sind, eine vorgegebene RMS-Fehlergrenze in dem gefilterten Signalfolgenmodell (404) übersteigt, die neuen Amplitudendaten der Signalfolge mit einem vorgegebenen Gewichtungskoeffizienten gewichtet und die vorhergehenden Amplitudendaten der Signalfolge mit einem zweiten vorgegebenen Gewichtungskoeffizienten gewichtet, um eine neue Amplitude zu bestimmen, die ein Mittelwert vorheriger und neuer Amplitudendaten ist, die in Übereinstimmung mit dem Zuverlässigkeitspegel, der durch den RMS-Fehler bestimmt ist, der gewichtet sind.
Filter nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch mehrere vorgegebene RMS-Fehlergrenzen und dadurch, daß die Größe des Gewichtungskoeffizienten von der überschrittenen RMS-Fehlergrenze abhängt.
Filter nach Anspruch 22 oder 26, gekennzeichnet durch das Synchronisieren der Amplitudenanpassung der überabgetasteten Signalfolgenmodelle miteinander zu Vergleichszwecken.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es das Signalfolgenmodell (402) unter Verwendung eines Trenderfassungsverfahrens filtert, um die gewünschte Signalkomponente zu spezifizieren.