ES2901757T3

ES2901757T3 - Sistema y método de eliminación de señales en banda no deseadas de una señal de comunicación recibida

Info

Publication number: ES2901757T3
Application number: ES14757470T
Authority: ES
Inventors: Michael L Downey; Jeffrey C Chu
Original assignee: Glowlink Communications Technology Inc
Current assignee: Glowlink Communications Technology Inc
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: AU2014223843A1; SG11201506441VA; EP2962401B1; AU2014223843B2; NZ711810A; WO2014133874A1; EP2962401A4; EP2962401A1; CA2900933A1; CA2900933C; CN105075132A

Abstract

Un sistema para eliminar una o más señales en banda (S2) de una señal de comunicación recibida (S1+S2) que comprende: un receptor (210) configurado para recibir (208) una señal (S1+ S2) que incluye una señal de comunicación deseada (S1) y una o más señales en banda no deseadas (S2); un separador de señales (100, 216, 300) configurado para procesar la señal recibida (S1+S2) para formar una estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada y una estimación (S2**) de las señales en banda, en donde el separador de señales está configurado para demodular la señal recibida (S1+S2) para formar una señal demodulada y para remodular la señal demodulada para formar la estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada; el separador de señales que comprende un cancelador de ruido adaptativo (120) configurado para usar la estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada para formar una estimación revisada (S1**) de la señal de comunicación deseada minimizando una diferencia ε entre la estimación revisada (S1**) y la señal de comunicación deseada (S1); estando el separador de señales configurado para retardar la señal recibida (S1+S2) con respecto a la estimación revisada (S1**) y para determinar una diferencia entre la señal retardada (S1+S2) y la estimación revisada (S1**), para formar de este modo la estimación (S2**) de la una o más señales en banda, estando el cancelador de ruido adaptativo configurado para usar la señal S2** como una señal de error en un bucle de realimentación para minimizar S2**; comprendiendo el sistema adicionalmente: un mejorador de rendimiento (302) configurado para procesar la señal recibida (S1+S2) y la estimación (S2**) de la una o más señales en banda para formar una estimación mejorada (S1') de la señal de comunicación deseada y una estimación mejorada (S2') de las señales en banda, en donde el mejorador de rendimiento (302) comprende un bloque de escalado de amplitud (312), un filtro adaptativo (314) y un bloque de suma (316), estando el mejorador de rendimiento (302) configurado para escalar la estimación (S2**) de la una o más señales en banda en amplitud usando el bloque de escalado de amplitud (312), y para introducir la estimación escalada en el filtro adaptativo (314); estando el mejorador de rendimiento (302) configurado adicionalmente para restar la salida del filtro adaptativo de la señal recibida retardada (306) (S1+S2) usando el bloque de suma (316) para formar la estimación mejorada (S1') de la señal de comunicación deseada y la estimación mejorada (S2') de las señales en banda; en donde el filtro adaptativo (314) comprende tomas de filtro configuradas para minimizar la salida de diferencia del bloque de suma (316).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de eliminación de señales en banda no deseadas de una señal de comunicación recibida

Esta solicitud es una continuación parcial de la Publicación de Estados Unidos N.° US 2011/0135043, presentada el 2 de abril de 2010, que reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de Estados Unidos N.° 61/266.312, presentada el 3 de diciembre de 2009.

Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema y método novedosos de eliminación de señales en banda no deseadas de una señal de comunicación recibida, mejorando de este modo la calidad de la comunicación recibida.

Antecedentes

La información puede transmitirse a través de distancias codificando la información en una portadora y transmitiendo la señal de comunicación resultante a través de diferentes tipos de medios por cable o inalámbricos. En el extremo de recepción, se recibe una señal compuesta que incluye tanto la señal de comunicación deseada así como otras señales que se añaden o bien voluntaria o bien involuntariamente a y dentro del ancho de banda de la señal de comunicación deseada. Estas otras señales pueden incluir ruido, interferencias o cualquier otras señales no deseables, y no son deseables generalmente porque colectiva e individualmente contribuyen a la degradación de la calidad de la señal de comunicación recibida. Debido a que están presentes dentro del intervalo de frecuencia (es decir, ancho de banda) de la señal de comunicación deseada, estas otras señales se denominan como que están "en banda".

La calidad de una señal de comunicación recibida, tal como la transportada en un canal de TV o un canal de radio, puede expresarse como una relación de potencia de portadora (C) a potencia de ruido (N), donde C representa la potencia de la señal de comunicación recibida deseada y N representa la potencia agregada de todas las señales no deseadas presentes en el ancho de banda de la portadora. Esta invención se dirige hacia la mejora de la calidad de la señal de comunicación recibida eliminando estas señales no deseadas de la señal de comunicación recibida.

El documento US 2011/0135043 propone un sistema y un método de eliminación de una o más señales en banda no deseadas de una señal de comunicaciones recibida. La señal o señales en banda pueden comprender ruido, señales de interferencia o cualquier otra señal no deseada que impactan en la calidad de las comunicaciones subyacentes. Un receptor recibe una señal de comunicación, incluyendo la señal de comunicación recibida la señal de comunicación deseada y una o más señales en banda. Un procesador de señales procesa la señal recibida para formar una estimación de la señal de comunicación deseada y una estimación de las señales en banda. La estimación de las señales en banda se elimina de este modo de la señal recibida. La estimación de la señal de comunicación deseada y la estimación de las señales en banda se forman sin conocimiento previo de las características de las señales en banda y sin obtener una copia de ninguna de las señales en banda desde cualquier fuente distinta de la señal recibida.

Sumario

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema según se establece en la reivindicación 1. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método según se establece en la reivindicación 14. Se describe un sistema y método de eliminación de una o más señales en banda no deseadas de una señal de comunicaciones recibida. La señal o señales en banda pueden comprender ruido, señales de interferencia o cualquier otra señal no deseada que impactan en la calidad de las comunicaciones subyacentes. Un receptor recibe una señal de comunicación, incluyendo la señal de comunicación recibida la señal de comunicación deseada y una o más señales en banda. Un separador de señales procesa la señal recibida para formar una estimación de la señal de comunicación deseada y una estimación de las señales en banda. Un mejorador de rendimiento procesa la señal recibida y la estimación de la una o más señales en banda para formar una estimación mejorada de la señal de comunicación deseada y una estimación mejorada de las señales en banda.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un eliminador de señales en banda de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 2 ilustra un sistema para recibir y procesar una señal de comunicación de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 3 ilustra un diagrama de constelación de una señal de comunicación recibida de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 4 ilustra un diagrama de constelación de la señal de la Figura 2 después de haberse procesado de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 5 ilustra un diagrama de constelación de una señal de comunicación recibida junto con una señal no deseada de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 6 ilustra un diagrama de constelación de la señal de la Figura 5 después de haberse procesado de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 7 ilustra un separador de señales en banda de acuerdo con una realización de la presente invención; La Figura 8 ilustra un diagrama de bloques de un separador de señales mejorado de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 9 ilustra un sistema que emplea el separador de señales mejorado en conjunto con un modulador de señales de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 10 ilustra un sistema que emplea el separador de señales mejorado en conjunto con dos moduladores de señales de acuerdo con una realización de la presente invención; y

La Figura 11 ilustra un diagrama de bloques de un mejorador de rendimiento de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción de una realización de la invención

Describimos un nuevo sistema y método para eliminar señales en banda no deseadas de una señal de comunicación recibida, mejorando de este modo la calidad de la señal de comunicación. Como se usa en este documento, el término "señal de comunicación recibida" se refiere a una señal compuesta que incluye tanto una información que lleva la señal de comunicación (también denominada una señal de comunicación "deseada") como otras señales que ocupan simultáneamente el mismo ancho de banda que son o bien imprevistas o bien indeseadas (también denominadas señales "no deseadas"). Estas señales no deseadas incluyen ruido, interferencias y cualquier otra señal en banda que no es la señal de comunicación deseada. Estas señales son "no deseadas" porque colectiva e individualmente contribuyen a la degradación de la calidad de la señal de comunicación recibida. Mientras que las señales fuera de banda no deseadas pueden filtrarse fácilmente mediante un filtro selectivo en frecuencia, estas señales no deseadas en banda generalmente no pueden filtrarse. Por lo tanto, las señales en banda son más difíciles de eliminar, especialmente si no está disponible un conocimiento previo de las características de las señales en banda.

El método no requiere un conocimiento previo de las características de las señales en banda no deseadas, ni requiere que una copia de ninguna de las señales en banda no deseadas esté disponible desde cualquier fuente distinta de la propia señal compuesta. Por lo tanto, todo el procesamiento se lleva a cabo solamente a partir de la señal compuesta recibida, que tiene en la misma tanto la señal de comunicación deseada como las señales no deseadas. Debido a esto, el ruido aleatorio puede eliminarse además de eliminar otras señales en banda, tales como interferentes. Para ayudar a ilustrar esta invención, considérese la siguiente señal de comunicación recibida

S = C I1 I2+...+ In NoB (ecuación 1)

Donde,

S representa la señal compuesta recibida que incluye tanto la señal de comunicación deseada como las señales en banda no deseadas

C representa la señal de comunicación deseada

I1 representa la primera señal no deseada

In representa la nésima señal no deseada y

NoB representa el ruido aleatorio recibido

Como tal, podemos describir el rendimiento de portadora a ruido recibido de esta señal como

Portadora a ruido = C/(I1 I2+...+ In NoB) (ecuación 2)

Usando esta invención, los componentes de señal no deseada, I1, I2..., In y NoB pueden estimarse a partir de la señal recibida S. Estas estimaciones pueden describirse como sigue

I1* - Estimación de primer componente de señal no deseada

I2* - Estimación de segundo componente de señal no deseada

In* - Estimación de nésimo componente de señal no deseada

NoB* - Estimación de ruido aleatorio recibido

Si usamos estas estimaciones para cancelar los componentes de señal no deseada, entonces descubrimos lo siguiente

£ = I1-I1* I2-I2* ... In - In* NoB - NoB* (ecuación 3)

Donde £ representa el error residual después de la cancelación. Usando este enfoque, el rendimiento de portadora a ruido recibido de nuestra señal de comunicación puede expresarse como C/£, donde £ << (I1 I2 ... In NoB) si las estimaciones de los componentes no deseables están lo suficientemente cerca de los propios componentes reales.

Esta novedosa técnica puede usarse de varias formas diferentes para mejorar la calidad de una señal de comunicación recibida así como la capacidad de un canal de comunicaciones. En una formulación de esta invención, puede usarse para mejorar la relación portadora a ruido recibida efectiva cuando una señal de comunicación se recibe con ruido aleatorio no deseado, tal como estáticas. Estimando y, a continuación, eliminando el ruido a dentro del intervalo del error, £, puede mejorarse la relación portadora a ruido recibida. Este aspecto de la invención ahorraría potencia y, por lo tanto, consumo de energía, permitiendo que las señales de comunicación se transmitan en potencias bajas, y que aún se reciban con la misma calidad.

En otro aspecto de esta invención, esta técnica puede usarse para eliminar una o más señales interferentes no deseadas que se reciben dentro del ancho de banda de la señal de comunicación deseada. Estimando las señales interferentes y, a continuación, eliminando las mismas a dentro del intervalo del error, £, puede mejorarse la calidad de la señal de comunicación recibida.

En un tercer aspecto de esta invención, puede usarse para aumentar la capacidad de comunicación de un canal permitiendo que se transmitan dos o más señales de comunicación simultáneamente en el mismo ancho de banda. En esta formulación de la invención, tanto la portadora deseada (C) como una señal interferente en banda son señales de comunicación. Pero, desde el punto de vista de la portadora deseada (C), la señal en banda es un interferente no deseado. Sin embargo, desde el punto de vista de la señal en banda (que es en sí misma una señal de comunicación deseada), la portadora (C) es un interferente no deseado. La invención puede usarse para separar estas diversas señales de comunicación entre sí, permitiendo de forma efectiva múltiples portadoras para compartir simultáneamente el mismo canal de comunicaciones, y resultando de este modo en una ganancia neta en la capacidad del canal de comunicaciones. El aumento de capacidad que puede conseguirse usando esta técnica, para un esquema de modulación dado, puede describirse como se muestra en la Ecuación 4 a continuación

Ci = (M-1 )* 100 % (ecuación 4)

Donde Ci es la mejora de capacidad de canal y M es el número de señales de comunicación solapadas. Por ejemplo, dos señales de comunicación (M=2) transmitidas de esta forma resultaría en un aumento del 100 % en capacidad (es decir, (2-1)*100 %).

Una ventaja de este método es que no necesita una copia de una señal no deseada dada para eliminar la misma y obtener la señal deseada.

La Figura 1 muestra un diagrama de bloques de sistema de un eliminador de señales 100 de acuerdo con una realización de la presente invención. Como se muestra en la Figura 1, la señal de entrada S1 indica la señal de comunicación deseada y S2 las señales no deseadas que se reciben simultáneamente en el mismo canal. S1 y S2 pueden ser completamente independientes, significando que S2 no tiene que estar relacionada con S1 de ninguna forma tal como, por ejemplo, cuando S2 es una versión modificada de S1.

Las señales S1 y S2 pueden preprocesarse antes de ser procesadas por el eliminador de señales 100. Esto puede incluir, pero sin limitación a, recibir simultáneamente las señales combinadas S1+S2, y digitalizar, filtrar y remuestrear las señales.

En una realización de la presente invención, se supone que S1 y S2 son diferentes de alguna manera como, por ejemplo, lo siguiente:

Ps2 < Ps1,

donde

Ps1 = Potencia recibida de S1

Ps2 = Potencia recibida de S2

Usando este marco, examinamos el diagrama de bloques de la Figura 1. Comenzando desde la parte superior izquierda, S1 y S2 se reciben juntas y se introducen a un primer bloque (102). A continuación, se describen en orden las etapas de procesamiento:

La señal S1 se demodula usando un procesador, tal como un ecualizador adaptativo o un filtro adaptado. La Figura 1 muestra un ecualizador adaptativo 102, aunque también puede usarse un filtro adaptado, o algún otro esquema de procesamiento. Por lo tanto, haciendo referencia a la Figura 1, la demodulación se realiza por el ecualizador adaptativo 102, un bucle de enganche de fase (PLL) 104, un bloque de decisión de símbolo 106 y un bloque de conversor de símbolos a bits 108. Con la condición de que Ps2 < Ps1, esta etapa de demodulación demodulará la señal S1 (si la condición fuera de tal forma que Ps2 > Ps1, entonces la señal demodulada sería S2). En algunas circunstancias, la etapa de demodulación también puede demodular la señal S1 incluso en la presencia de señales S2 de mayor potencia. Un ejemplo de esto sería si S2 estuviera únicamente solapándose parcialmente en frecuencia con S1.

El ecualizador adaptativo 102 recibe las señales combinadas S1+S2. Los coeficientes de filtro adaptativos se actualizan usando un algoritmo adaptativo tal como el algoritmo de error de mínimos cuadrados medios (LMS), que intenta minimizar la señal de realimentación E del bloque de suma 110. El filtro adaptativo genera en su salida una estimación ecualizada de símbolos de S1. Esta estimación ecualizada se aplica a un multiplicador 112 junto con una señal de diferencia de fase del PLL 104 para generar una estimación con compensación de fase de símbolos de S1 en la salida del multiplicador 112 (esta señal se etiqueta "Y" en la Figura 1). Esta estimación con compensación de fase de símbolos de S1 se proporciona al bloque de decisión de símbolo 106 que emite símbolos de S1 desde un mapa de símbolos basándose en la estimación con compensación de fase de símbolos de S1 (la señal de salida se etiqueta "D" en la Figura 1). En una realización de esta invención, el mapa de símbolos para la señal S1 puede conocerse por adelantado o derivarse a partir de la señal recibida S1, tal como se describe en la Patente de Estados Unidos N.° 7.639.761.

La salida D del bloque de decisión de símbolo 106 se aplica al bloque de símbolos a bits 108, al bloque de suma 110 y al PLL 104. El bloque de suma 110 determina una diferencia entre cada símbolo de S1 emitido desde el bloque de decisión de símbolo 106 y el correspondiente símbolo de Si que se introdujo al bloque de decisión de símbolo 106 para formar la señal de realimentación E que se usa para ajustar los parámetros de ecualizador. El PLL 104 usa los símbolos de Si con compensación de fase del multiplicador 112 y los símbolos emitidos desde el bloque de decisión de símbolo 106 para formar la corrección de fase que se aplica al multiplicador 112. Por lo tanto, el p Ll 104 provoca que la etapa de demodulación se enganche a la señal S1 rastreando y ajustando el desplazamiento de fase desde la salida de ecualizador. La mayor potencia de Si resulta en la fijación a Si en lugar de a S2.

El bloque de símbolos a bits 108 convierte la estimación con compensación de fase de los símbolos (la señal "D") a un flujo de bits de salida de Si. Este flujo de bits representa la estimación demodulada de los bits de S1.

La corrección de errores puede realizarse en la señal S1 demodulada para corregir algunos o todos los errores incurridos durante el proceso de demodulación si en S1 se embebe información de corrección de errores en recepción. Haciendo referencia a la Figura 1, la corrección de errores se realiza por un bloque de corrección de errores 114. La salida del bloque de corrección de errores 114 es una versión con corrección de errores de la estimación de Si y es diferente de la señal demodulada en que se reducen los errores de bits. Debería observarse que en una realización de esta invención, puede omitirse el bloque de corrección de errores 108. La corrección de errores puede omitirse donde la señal S1 no incluye información de corrección de errores en recepción.

Los bits se convierten en símbolos usando el mapa de símbolos para la señal Si. Este proceso se realiza por un bloque de bits a símbolos 116 mostrado en la Figura 1 y puede usar el mapa de símbolos conocido, o un mapa de símbolos que se deriva a partir de la señal recibida S1, como se ha descrito anteriormente.

También puede realizarse conformación de impulso y sobremuestreo. El sobremuestreo se usa para igualar la tasa de muestreo de la señal Si en la entrada. La tasa de muestreo introducida debería ser un múltiplo de la tasa de símbolos de S1 tal como 2 muestras/símbolo. Haciendo referencia a la Figura 1, esto se realiza mediante un bloque de sobremuestreo y conformación de impulso 118. La conformación de pulso aplicada debería coincidir con la conformación de impulso de transmisión de S1. La salida de esta etapa es una estimación de S1. Esta señal estimada se indica como S1*. Si se desconoce la conformación de pulso de S1, entonces puede omitirse la etapa de conformación de pulso. Esto es porque un filtro adaptativo configurado como un cancelador de ruido adaptativo 120, analizado a continuación, también intentará conformar en impulso la estimación, S1*, para coincidir con la de la señal de entrada S1. Por lo tanto, donde se conoce la conformación de pulso de S1, puede aplicarse a la señal estimada; de lo contrario, puede omitirse la conformación de impulso.

La estimación de S1* se introduce, a continuación, en el bloque de cancelador de ruido adaptativo 120. El cancelador de ruido adaptativo 120 cancela adaptativamente la estimación de S1 de la señal recibida combinada S1+S2. El cancelador de ruido adaptativo 120 puede proporcionar dos salidas:

a. La señal de error del cancelador adaptativo 120, que en este caso es una estimación de S2, que se denomina como S2**.

b. Una estimación revisada de S1, que se denomina como S1**. El cancelador de ruido adaptativo 120 genera esta estimación revisada S1** intentando minimizar el error £ que es la diferencia entre S1** y S1.

La señal S1** del cancelador de ruido adaptativo 120 se aplica a un bloque de suma 122. Las señales de entrada S1+S2 se aplican a un bloque de retardo 124 y, a continuación, al bloque de suma 122. El bloque de retardo 124 retarda la señal combinada introducida (que incluye S1 y S2) con respecto a la señal S1** emitida desde el cancelador de ruido 120 por una cantidad de tiempo igual al tiempo que se retarda la señal S1**, de modo que las señales aplicadas al bloque de suma 122 se alinean en tiempo.

El bloque de suma 122 determina una diferencia entre la señal combinada retardada S1+S2 y la señal estimada S1**. Esta diferencia es la señal S2** La señal S2** se usa como una señal de error por el cancelador de ruido adaptativo 120 en bucle de realimentación que minimiza S2** Por consiguiente, la estimación de las señales no deseadas, representadas por S2**, se elimina de la señal recibida combinada S1+S2. Los parámetros del cancelador de ruido adaptativo pueden actualizarse usando un algoritmo adaptativo tal como el LMS u otros algoritmos adaptativos adecuados.

Dado que S1** es una estimación de S1, entonces la relación entre S1 y S1** puede expresarse como sigue

S1** = S1 £ (ecuación 5)

A partir del diagrama de bloques podemos derivar, a continuación, que

S2** = (S1 S2) -S1 ** (ecuación 6)

Esto puede simplificarse como sigue, sustituyendo la ecuación 5

S2** = S1 S2 - S1 - £ = S2 - £ (ecuación 7)

A partir de las ecuaciones 5 y 7 observamos que la señal recibida S1+S2 se ha separado en estimaciones S1** y S2** y que la fidelidad de la separación se indica por el error £. Por lo tanto, una señal recibida compuesta que incluye tanto una señal de comunicación deseada como una o más señales en banda no deseadas se procesa de tal forma que las señales en banda no deseadas se eliminan de la señal recibida dejando la señal deseada disponible para su uso adicional. Adicionalmente, las señales en banda eliminadas están disponibles de forma separada para su uso adicional.

La Figura 2 ilustra el sistema 200 para recibir y procesar una señal de comunicación de acuerdo con una realización de la presente invención. Un ejemplo de un sistema de comunicación 200 de este tipo incluye un satélite 202 que transmite una señal 204 que se recibe a continuación por una antena parabólica 206. El sistema de comunicación 200 puede incluir equipo distinto del satélite 202 y la antena parabólica 206; por ejemplo, el sistema de comunicación puede incluir, pero sin limitación, un transmisor de radio, un transmisor por cable, una torre celular, un transmisor de microondas, un transmisor óptico; una antena, una antena de microondas o un receptor óptico. La presente invención es aplicable a cualquier sistema de comunicación que comunica una señal de comunicación desde un transmisor a un receptor, independientemente del medio o la frecuencia de señal de comunicación.

Un receptor 210 recibe una señal 208 que incluye una señal de comunicación deseada y señales no deseadas. Desde el receptor 210, una señal 212 se pasa a un procesador de señales 214 que incluye un eliminador de señales no deseadas 216 (que puede ser idéntico al eliminador de señales 100 en la Figura 1). El procesador de señales 214 puede realizar un procesamiento de señales en la señal además del procesamiento por el eliminador de señales no deseadas 216, aunque esto no es necesario. Por ejemplo, el procesador de señales 214 puede realizar un preprocesamiento en la señal recibida antes de que se procese por el eliminador 216. Una señal 218 emitida desde el procesador de señales 214 es una estimación de la señal de comunicación deseada S1 (a la que se hace referencia en este documento anteriormente como la señal S1**). Puede emitirse otra señal 220 desde el eliminador 216 y el procesador de señales 214. Esta señal 220 corresponde a la señal de error S2** que como se ha analizado anteriormente es una estimación de señal S2. La señal 220 puede incluir ruido, interferencia u otras señales no deseadas.

Cualquiera o ambas de las señales 218 y 220 pueden proporcionarse a un visualizador de sistema informático de modo que estas pueden verse o introducirse a otro equipo que hace uso de las señales de salida 218 y/o 220, tal como módems de comunicaciones. Por ejemplo, las señales 218 y/o 220 pueden procesarse para determinar, y también posiblemente para visualizar, sus propiedades, tales como propiedades espectrales (por ejemplo, su espectro de frecuencia) o parámetros de comunicación (por ejemplo, frecuencia central o esquema de codificación). Por lo tanto, como un ejemplo adicional, el sistema 200 puede usarse para detectar y extraer señales de interferencia para el propósito de supervisión de señales. Por lo tanto, las señales de salida 218 y 220 pueden procesarse adicionalmente para determinar sus propiedades espectrales que pueden visualizarse, a continuación, como un visualizador de espectro. Las señales de salida 218 y 220 también pueden almacenarse en un almacenamiento de datos informático para su uso posterior.

Cada uno del receptor 210 y del procesador de señales 214 se implementan con circuitos de hardware y también pueden incluir software relacionado que controla al menos una porción del hardware. Mientras la señal recibida se está procesando por el eliminador de señales 216, al menos porciones o componentes de la señal que se están procesando activamente se almacenan al menos temporalmente en la circuitería de hardware que realiza las etapas de procesamiento de señal. Adicionalmente, el mapa de símbolos analizado en este documento también puede almacenarse al menos temporalmente en el hardware.

Ejemplo 1 - S2 como ruido aleatorio

En una formulación de la invención, considérese que S1 es la señal de portadora de comunicaciones deseada y S2 es ruido aleatorio no correlacionado recibido con la señal. Si seguimos este escenario a través del diagrama de bloques terminaremos con lo siguiente de las ecuaciones 5 y 7

S1** = S1 £

S2** = S2 £

En este caso, sin embargo, S2 es ruido aleatorio. Si sustituimos S2 con la notación N, obtenemos lo siguiente

N** = N £ (ecuación 8)

Si £ es menor que N, entonces hemos mejorado de forma efectiva la relación portadora a ruido recibida de S1. A partir del diagrama de bloques, la entrada es S1 N, que tendría una relación portadora a ruido de S1/N. A partir de la ecuación 5, la señal de salida del sistema es S1 £, resultando en la siguiente causa y efecto:

Si £ < N, entonces S1/£ > S1/N (ecuación 9)

A partir de la ecuación 9, observamos que se ha mejorado la relación portadora a ruido recibida. Los siguientes diagramas muestran un ejemplo específico de cómo puede usarse esta invención para ganar una mejora en la relación portadora a ruido recibida de una señal de comunicación.

La Figura 3 muestra un diagrama de constelación de una señal de portadora de comunicaciones QPSK recibida con una relación portadora a ruido recibida de aproximadamente 17 dB. Por lo tanto, la Figura 3 muestra una señal recibida que puede representarse como S1 N. La Figura 4 muestra una visualización de constelación de la señal de salida, S1 £, después de ejecutar esta señal a través de las etapas de procesamiento de esta invención. La señal de salida puede representarse como S1** donde S1** = S1 £. Cualitativamente, es fácil observar que se ha mejorado el rendimiento de recepción. En este caso particular, £ es 7 dB menor que N y, por lo tanto, la relación portadora a ruido recibida se mejoró a 24 dB. Para este ejemplo particular, S1 no incluye ninguna información de corrección de errores en recepción y, por lo tanto, la ganancia de cancelación demostrada es, en cierto modo, conservadora.

Ejemplo 2 - S2 como una señal interferente no deseada

En una segunda formulación de esta invención, considérese que S1 es nuestra señal de portadora de comunicaciones codificada y que S2 es una señal de interferencia no deseada. A partir de la entrada, sabemos que la relación portadora a ruido recibida de S1 estará limitada por la señal interferente S2 y no será mejor que S1/S2. A partir de la ecuación 5, sabemos que después del proceso de cancelación,

S1** = S1 £

Para ilustrar la invención en este escenario, hemos usado la misma señal de portadora de comunicaciones S1 que se usó en el Ejemplo 1 (una portadora de QPSK con un rendimiento de línea base de 17 dB - sin S2 presente). Para S2, hemos inyectado un interferente que es una portadora de comunicaciones que también es QPSK. S2 tiene un ancho de banda que es similar a S1 y se solapa totalmente en frecuencia con S1. La potencia total de portadora S1 es mayor que la potencia total de la señal interferente S2.

Las Figuras 5 y 6 muestran el rendimiento recibido de S1 antes y después de ejecutarse a través del sistema. Más específicamente, la Figura 5 ilustra el rendimiento de recepción de S1 con S2 presente. La Figura 5 ilustra el rendimiento de recepción de S1 después de que se ha eliminado S2 usando esta invención. La señal de salida puede representarse como S1** donde S1** = S1 £. Intuitivamente, es fácil observar la mejora de rendimiento. En este escenario, el rendimiento de portadora a ruido recibido de nuestra estimación, S1**, están dentro de A dB del caso de línea base, significando que la degradación de S1 debido a S2 se ha erradicado casi completamente. Para este ejemplo, S1 no incluye ninguna información de corrección de errores en recepción. Con corrección de errores en recepción, la ganancia de rendimiento demostrada debería ser incluso mejor.

Ejemplo 3 - S2 como otra portadora de comunicaciones

En una tercera formulación de esta invención, considérese que tanto S1 y S2 son portadoras de comunicaciones planeadas. A partir de la ecuación 5 y 7 sabemos que S1 y S2 se separarán y emitirán como se indica a continuación.

S1** = S1 £

S2** = S2 £

En este escenario, tanto S1 como S2 son señales de comunicación que se solapan tanto en frecuencia como tiempo. Ambas son señales de comunicación deseadas de pleno derecho. Sin embargo, cada una también parece ser un interferente no deseado para el otro (como en el Ejemplo 2). En la práctica, mediante la transmisión de S1 y S2 de esta forma, puede ganarse una mejora en capacidad. Por ejemplo, considérese el ejemplo anterior donde dos portadoras de QPSK están transmitiendo en el mismo ancho de banda. Si S1 y S2 están separadas dentro de un error aceptable, £, entonces a través del mismo canal puede transmitirse el doble de la cantidad de información. En esencia, mediante esta invención se dobla la capacidad del canal.

En el caso en el que la invención se esté usando para mejorar la capacidad de canal, el proceso de separación descrito en este documento puede ejecutarse de forma recursiva para separar más de dos portadoras. Por ejemplo, supóngase que S2 representa dos señales de comunicaciones distintas. Después del primer paso de separación de señal, la salida sería como en la Ecuación 7. Si esta salida se realimenta, a continuación, en la entrada del diagrama de bloques mostrado en la Figura 1 (que puede realizarse por el mismo hardware o por hardware duplicado), este proceso puede repetirse para separar S2 en las dos señales distintas. Por lo tanto, esta invención puede usarse para separar de forma recursiva múltiples señales de comunicación deseadas que se están solapando en frecuencia y tiempo. Cuando se aplica de esta forma, la invención puede mejorar la capacidad de canal para un esquema de modulación dado según se muestra en la Ecuación 4.

La Figura 7 ilustra un separador de señales en banda 300 de acuerdo con una realización de la presente invención. El separador de señales 300 mostrado en la Figura 7 puede ser idéntico al eliminador de señales 100 mostrado en la Figura 1. Como se muestra en la Figura 7, el separador de señales 300 recibe las señales combinadas S1 S2 y forma una estimación S1** de la señal de comunicación S1 y una estimación S2** de cualquier señal en banda S2.

La Figura 8 ilustra un diagrama de bloques de un separador de señales mejorado 304 de acuerdo con una realización de la presente invención. Como se muestra en la Figura 8, la estimación S2** formada por el separador de señales 300 se introduce a un mejorador de rendimiento 302. Las señales combinadas S1 S2 se retardan por un bloque de retardo 306 y las señales combinadas retardadas S1 S2 se introducen también al mejorador de rendimiento 302. El mejorador de rendimiento 302 forma una estimación mejorada S1' de la señal de comunicación S1 y una estimación mejorada S2' de la señal en banda S2.

Usando la estimación de la señal en banda S2**, el mejorador de rendimiento 302 realiza una segunda etapa de procesamiento para cancelar esta estimación, S2**, a partir de la señal compuesta recibida, S1 S2. La mejora a la invención puede proporcionar una mejora de tasa de errores de bits (BER) significativa. Por ejemplo, esta mejora ha demostrado mejorar la tasa de errores de bits BER de la señal de comunicación deseada S1 por más de 50 dB (mejorando la BER de recepción desde 10-3 a 10-8).

La Figura 9 ilustra un sistema que emplea el separador de señales mejorado 304 en conjunto con un modulador de señales 306 (por ejemplo, un módem) de acuerdo con una realización de la presente invención como se muestra en la Figura 9, el separador de señales mejorado 304 puede utilizarse para preprocesar señales de comunicación que se degradan mediante interferencias antes de recibirse por un demodulador 308.

Como se muestra en la Figura 9, la señal de comunicación S1 se degrada con interferencia en banda S2. Si esta señal compuesta (S1 S2) se introduce directamente en un módem de recepción, la tasa de errores de bits puede degradarse gravemente debido a la pérdida de rendimiento provocada por la interferencia en banda S2. La BER se degradará porque el módem recibirá S1 con un rendimiento de S1/(N+S2). Esto se denomina comúnmente como la potencia de portadora a ruido relación de interferencia. Por ejemplo, si la potencia de S2 es igual a la potencia del ruido, N, entonces el rendimiento de recepción de S1 se degradará por 3 dB.

Sin embargo, si la señal compuesta (S1 S2) se procesa por el separador mejorado 304, como se muestra en la Figura 9, entonces el rendimiento de recepción de S1 será s 1/(N+S2-S2**). Si la estimación de S2** está cerca de S2, entonces el rendimiento de recepción de S1 puede acercarse a S1/N, que es el rendimiento que se observaría sin la presencia de la señal en banda S2.

51 la estimación S2** producida por el separador de señales 300 se define como S2 e donde e es la diferencia entre 52 y S2**, entonces el rendimiento de la señal recibida será S1/(N+e). A medida que e se acerca a cero, el rendimiento recibido se acercará a S1/N, que es el mismo rendimiento que se conseguiría sin la señal en banda S2.

La tasa de errores de bits (BER) de S1 disminuirá a medida que aumenta la potencia de portadora a ruido relación de interferencia. Si la potencia de interferencia, representada por S2, puede reducirse significativamente, entonces la BER resultante de S1 puede ser dramáticamente baja.

La Figura 10 muestra una segunda aplicación para el separador de señales mejorado 304 de acuerdo con una realización de la presente invención. Específicamente, la Figura 10 ilustra un sistema que emplea el separador de señales mejorado 304 en conjunto con dos moduladores de señales 308, 310. Esta configuración puede utilizarse cuando la señal en banda S2 es otra señal de comunicación deseada. Por lo tanto, en lugar de cancelar esta señal, el sistema puede emitir tanto la versión mejorada de S1 así como una de las estimaciones de S2 (S2** o S2'). Una ventaja de esta configuración es que pueden transmitirse dos señales o más en el mismo ancho de banda, lo que aumenta la capacidad de transmisión de una cantidad dada de ancho de banda.

La Figura 11 ilustra un diagrama de bloques de un mejorador de rendimiento 302 de acuerdo con una realización de la presente invención. Como se muestra en la Figura 11, la señal S2** se introduce desde el bloque de separador de señales 300 y se escala en amplitud por el bloque de escalado de amplitud 312 antes de introducirse a un filtro adaptativo 314 configurado para realizar cancelación de ruido. La salida, S2', del filtro adaptativo 314 se resta de la señal de entrada compuesta, Si S2, por el bloque de suma 316. Como antes, Si es la señal de comunicación deseada y S2 es una señal interferente. Las tomas de filtro del filtro adaptativo 314 se ajustan para minimizar la salida de diferencia del bloque de suma 316. En este caso, la diferencia mínima será la señal de comunicación deseada Si y se conseguirá cuando la salida del filtro adaptativo 314, S2', coincida exactamente con S2. En general, ST será igual a S2+e y la salida resultante Si' del bloque de mejorador de rendimiento 302 será igual a S1-e. Si e es mucho menor que S2, entonces la potencia de portadora a ruido relación de interferencia resultante será mayor que de otra manera y la BER resultante será menor. Los parámetros del filtro adaptativo pueden actualizarse usando un algoritmo adaptativo tal como el LMS u otros algoritmos adaptativos adecuados.

La descripción anterior ilustra la operación de las realizaciones de la invención y no pretende limitar el alcance de la invención. Será evidente para un experto en la materia que el alcance de la invención incluirá las variaciones y que la invención puede ponerse en práctica en otras realizaciones. El sistema descrito en este documento puede implementarse a través de una combinación de hardware y software o en su totalidad en elementos de hardware. También, la división particular de funcionalidad entre los diversos componentes de sistema descritos en este documento es solamente ilustrativa. Por lo tanto, los métodos y operaciones presentadas en este documento no están relacionados inherentemente a ningún ordenador particular u otro aparato. Funciones realizadas por un único componente de sistema pueden realizarse, en su lugar, por múltiples componentes, y funciones realizadas por múltiples componentes pueden realizarse, en su lugar, por un único componente. Será también evidente que etapas de proceso descritas en este documento pueden incorporarse en software, firmware o hardware. Por lo tanto, la presente invención o porciones de la misma pueden implementarse por un aparato para realizar las operaciones en este documento. Este aparato puede construirse o configurarse especialmente, tal como circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC) o matrices de puertas programables en campo (FPGA), como una parte de un ASIC, como una parte de FPGA, o puede comprender un ordenador de fin general activado o reconfigurado selectivamente por un programa informático almacenado en un medio legible por ordenador que puede accederse y ejecutarse por el ordenador. Un programa informático de este tipo puede almacenarse en un medio de almacenamiento legible por ordenador, tal como, pero sin limitación, cualquier tipo de disco incluyendo discos flexibles, discos ópticos, CD-ROM, discos magnético-ópticos, memorias de solo lectura (ROM), memorias de acceso aleatorio (RAM), EPROM, EEPROM, tarjetas ópticas o magnéticas, o cualquier tipo de medio adecuado para el almacenamiento de instrucciones electrónicas, y/o acoplado a un bus de sistema informático. Adicionalmente, los métodos descritos en la memoria descriptiva pueden implementarse por un único procesador o implementarse en arquitecturas que emplean múltiples diseños de procesador para una mayor capacidad informática.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para eliminar una o más señales en banda (S2) de una señal de comunicación recibida (S1+S2) que comprende:

un receptor (210) configurado para recibir (208) una señal (S1+ S2) que incluye una señal de comunicación deseada (S1) y una o más señales en banda no deseadas (S2);

un separador de señales (100, 216, 300) configurado para procesar la señal recibida (S1+S2) para formar una estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada y una estimación (S2**) de las señales en banda, en donde el separador de señales está configurado para demodular la señal recibida (S1+S2) para formar una señal demodulada y para remodular la señal demodulada para formar la estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada;

el separador de señales que comprende un cancelador de ruido adaptativo (120) configurado para usar la estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada para formar una estimación revisada (S1**) de la señal de comunicación deseada minimizando una diferencia £ entre la estimación revisada (S1**) y la señal de comunicación deseada (S1);

estando el separador de señales configurado para retardar la señal recibida (S1+S2) con respecto a la estimación revisada (S1**) y para determinar una diferencia entre la señal retardada (S1+S2) y la estimación revisada (S1**), para formar de este modo la estimación (S2**) de la una o más señales en banda, estando el cancelador de ruido adaptativo configurado para usar la señal S2** como una señal de error en un bucle de realimentación para minimizar S2**;

comprendiendo el sistema adicionalmente:

un mejorador de rendimiento (302) configurado para procesar la señal recibida (S1+S2) y la estimación (S2**) de la una o más señales en banda para formar una estimación mejorada (S1') de la señal de comunicación deseada y una estimación mejorada (S2') de las señales en banda, en donde el mejorador de rendimiento (302) comprende un bloque de escalado de amplitud (312), un filtro adaptativo (314) y un bloque de suma (316), estando el mejorador de rendimiento (302) configurado para escalar la estimación (S2**) de la una o más señales en banda en amplitud usando el bloque de escalado de amplitud (312), y para introducir la estimación escalada en el filtro adaptativo (314);

estando el mejorador de rendimiento (302) configurado adicionalmente para restar la salida del filtro adaptativo de la señal recibida retardada (306) (S1+S2) usando el bloque de suma (316) para formar la estimación mejorada (S1') de la señal de comunicación deseada y la estimación mejorada (S2') de las señales en banda; en donde el filtro adaptativo (314) comprende tomas de filtro configuradas para minimizar la salida de diferencia del bloque de suma (316).

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la potencia de la señal de comunicación recibida deseada (S1) es mayor que la potencia recibida agregada de las señales en banda (S2) y el separador de señales (100, 216, 300) está configurado para usar la mayor potencia de la señal de comunicación deseada (S1) para engancharse a la señal de comunicación deseada (S1) para formar la señal demodulada.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el separador de señales (100, 216, 300) está configurado para formar la estimación (S1**) de la señal de comunicación deseada y la estimación (S2**) de las señales en banda usando como entrada únicamente la señal recibida (S1+S2).

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el separador de señales (100, 216, 300) almacena al menos temporalmente una porción de la señal recibida (S1+S2) durante dicho procesamiento de la señal recibida (S1+S2).

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema (200, 304) está configurado para procesar la estimación mejorada de la una o más señales en banda (S2') para determinar sus propiedades.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en donde las propiedades de la señal en banda (S2) comprenden propiedades espectrales.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el sistema (200, 304) está configurado para visualizar las propiedades de la una o más señales en banda (S2) usando un visualizador de sistema informático.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la señal de comunicación deseada (S1) es una primera señal de comunicación deseada y la una o más señales en banda (S2) comprenden una segunda señal de comunicación deseada que solapa la primera señal de comunicación deseada tanto en frecuencia como tiempo y en donde la estimación (S2**) de las señales en banda comprende una estimación de la segunda señal de comunicación deseada, de este modo tanto primera como la segunda señales de comunicación deseadas se recuperan de la señal recibida (S1+S2); o

en donde la señal de comunicación deseada (S1) es una primera señal de comunicación deseada y la una o más señales en banda (S2) comprenden dos o más señales de comunicación deseadas adicionales que solapan la primera señal de comunicación deseada tanto en frecuencia como en tiempo y en donde el sistema (200, 304) está configurado para procesar de forma recursiva la estimación de la una o más señales en banda (S2**) usando al menos el separador de señales (100, 216, 300) para recuperar cada una de las dos o más señales de comunicación deseadas adicionales.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el separador de señales comprende un ecualizador adaptativo (102) o un filtro adaptado.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la señal de comunicación deseada (S1) incluye información de corrección de errores en recepción y el separador de señales (300) está dispuesto para realizar corrección de errores en recepción (114) para mejorar la estimación de la señal de comunicación deseada (S1*).

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema (200, 304) está configurado para remuestrear la estimación de la señal de comunicación deseada (S1*) para igualar una tasa de muestreo de la señal de comunicación deseada (S1).

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el sistema (200, 304) está configurado para realizar conformación de impulso (118) en la estimación de la señal de comunicación deseada (S1*).

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la una o más señales en banda (S2) comprenden ruido aleatorio; o en donde la una o más señales en banda (S2) comprenden una señal interferente que tiene una fuente que es independiente de la de la señal de comunicación deseada (S1).

14. Un método de eliminación de una o más señales en banda (S2) de una señal de comunicación recibida (S1+S2), que comprende:

obtener una señal de comunicación recibida (S1+S2), incluyendo la señal de comunicación recibida (S1+S2) una señal de comunicación deseada (S1) y una o más señales en banda (S2);

procesar la señal de comunicación recibida (S1+S2) usando un separador de señales (100, 216, 300) para formar una estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada y una estimación (S2**) de las señales en banda, en donde el separador de señales (100, 216, 300) demodula la señal recibida (S1+S2) para formar una señal demodulada y remodula la señal demodulada para formar la estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada y en donde el separador de señales usa la estimación (S1*) de la señal de comunicación deseada para formar una estimación revisada (S1**) de la señal de comunicación deseada minimizando una diferencia £ entre la estimación revisada (S1**) y la señal de comunicación deseada (S1);

retardar la señal recibida (S1+S2) con respecto a la estimación revisada (S1**) y determinar una diferencia entre la señal retardada (S1+S2) y la estimación revisada (S1**), para formar de este modo la estimación (S2**) de la una o más señales en banda, siendo la señal S2** usada como una señal de error en un bucle de realimentación para minimizar S2**;

procesar la señal recibida (S1+S2) y la estimación (S2**) de la una o más señales en banda usando un mejorador de rendimiento (302) para formar una estimación mejorada (S1') de la señal de comunicación deseada y una estimación mejorada (S2') de las señales en banda, en donde procesar la señal recibida (S1+S2) y la estimación (S2**) de la una o más señales en banda por el mejorador de rendimiento (302) comprende:

escalar la estimación (S2**) de la una o más señales en banda en amplitud usando un bloque de escalado de amplitud (312);

introducir la estimación escalada en un filtro adaptativo (314); y

restar la salida del filtro adaptativo de la señal recibida (S1+S2) usando un bloque de suma (316) para formar la estimación mejorada (S1') de la señal de comunicación deseada y la estimación mejorada (S2') de las señales en banda;

en donde la salida de diferencia del bloque de suma (316) se minimiza usando tomas de filtro del filtro adaptativo (314).

15. Un medio legible por ordenador no transitorio que tiene almacenado en el mismo un código informático que cuando es ejecutado por un procesador (214) provoca que el procesador (214) realice un método de eliminación de señales en banda (S2) de una señal de comunicación recibida (S1+S2) de acuerdo con la reivindicación 14.