TWI757195B

TWI757195B - 消除信號中射頻干擾的方法與其通信系統

Info

Publication number: TWI757195B
Application number: TW110120114A
Authority: TW
Inventors: 蕭博修; 黃亮維
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2022-03-01
Also published as: US20220393712A1; US11855669B2; TW202249468A

Abstract

說明書提出一種消除信號中射頻干擾的方法與其通信系統，在通信系統中，當接收的類比信號轉換為頻域的數位信號後，會帶有射頻干擾，信號繼續經過等化器與遠端串音消除器處理，這時，為了避免其中產生的陷波造成錯誤信號的問題，所提出的消除信號中射頻干擾的方法即修正等化器與遠端串音消除器的遮罩參數，採取不處理偵測到有射頻干擾的頻段的方式，即遮蔽經快速傅立葉轉換到頻域後對應的倉，再輸出信號至射頻干擾消除器進行射頻干擾消除，最終通信系統得到經射頻干擾消除的數位信號。

Description

消除信號中射頻干擾的方法與其通信系統

說明書提出一種消除信號干擾的技術，特別是一種通過遮蔽受到射頻干擾的頻段而避免陷波影響的消除射頻干擾的方法與通信系統。

一個無線通信系統在運作過程中可能遭遇各種干擾，例如等化器（equalizer）在通信系統中是很重要的一部分，由於傳送信號在傳送路徑到接收器接收的過程中會受到多路徑干擾（multipath interference）以及路徑中遮蔽物阻擋造成遮蔽效應（shadow effect），這些現象都會造成接收訊號錯誤率上升。因此在習知技術中，為了降低通訊系統傳輸的錯誤率要作通道估測（channel estimation），經由估測的結果對通道響應做補償進而降低傳送錯誤率。

另一種干擾為射頻干擾（radio frequency interference），射頻干擾的成因是電磁波輻射，對射頻（RF）信號於相同頻段的共振，造成射頻信號被電磁波輻射干擾，因而無法傳遞無線電波信號。射頻干擾主要原因在於有線高頻介面須要做高速傳輸，所用的基頻（baseband）與倍頻（frequency multiplication）為高頻訊號，與無線射頻所用的頻率重疊，而高頻訊號因訊號不連續，所以發生電磁波輻射形成雜訊，但由於雜訊所輻射的能量遠大於無線訊號能量，因此高頻雜訊共振干擾射頻訊號，即為射頻干擾。

在現有技術中，提出一種射頻干擾消除器（Radio Frequency Interference (RFI) canceller）的技術，在通信系統中，在等化器後面使用一音頻產生器（tone generator）以對射頻干擾進行消除。然而，在連線階段的訓練模式（Training mode）時，射頻干擾消除器卻容易與等化器與和一遠端串音消除器（FEXT (Far End Crosstalk) canceller）等濾波電路進行互動，使其係數受到射頻干擾而變形，因此影響系統效能，嚴重時導致連線失敗。

為了避免通信系統中濾波電路相互影響而過度處理電磁干擾產生的問題，揭露書提出一種消除信號中射頻干擾的方法與運行此方法的通信系統，其中方法特別通過遮蔽受到射頻干擾的頻段來避免通信系統中干擾消除電路過度處理而產生的陷波（notch）問題。

根據通信系統的實施例，通信系統主要的電路包括一類比數位信號轉換器，用以轉換通信系統接收的類比信號為頻域中的數位信號；一射頻干擾偵測器，用以偵測數位信號中受到射頻干擾的頻段；一干擾消除電路，例如等化器與遠端串音消除器，其目的為執行通信系統中的干擾消除；以及一射頻干擾消除器，這是用來針對數位信號中有射頻干擾的頻段執行射頻干擾消除。

通信系統中執行一消除信號中射頻干擾的方法，在此方法中，先通過射頻干擾偵測器偵測數位信號中受到射頻干擾的頻段，以其中處理電路修改干擾消除電路中的遮罩參數，使得干擾消除電路在處理數位信號時，並不處理偵測到射頻干擾的頻段，接著才將處理後的信號傳送到射頻干擾消除器，以執行射頻干擾消除，之後輸出經射頻干擾消除的數位信號。

在所述通信系統中，最後輸出經射頻干擾消除的數位信號時，可再經一數據分割器處理後，將非雜訊的信號自通信系統輸出。

並且，經此數據分割器輸出的信號可再通過一回饋等化器消除信號中符元間干擾與載波間干擾，以增加信噪比，之後再回饋至射頻干擾消除器，以優化射頻干擾消除器消除射頻干擾的效能。

在一實施例中，所述干擾消除電路即可包括等化器與遠端串音消除器，通過修改等化器與遠端串音消除器的遮罩參數來處理數位信號，能使得等化器與遠端串音消除器不處理偵測到射頻干擾的頻段。

在一實施方案中，其中不處理偵測到射頻干擾的頻段的方式為遮蔽經快速傅立葉轉換到頻域後經偵測到有射頻干擾的倉。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

在無線通信的領域中，不論是發送端或是接收端，總是會有信號干擾的問題，如射頻干擾（radio frequency interference），射頻干擾一般是在接收器（receiver）所接收的信號的頻率位置或接近此頻率的位置接收到頻率差不多的信號彼此互感耦合（mutual inductance coupling）造成的電磁干擾，而這些射頻干擾會佔據沒有使用的頻段，也會干擾有在使用的頻段的信號。常見消除射頻干擾（一般僅能降低干擾，而無法完全消除干擾）的方式除了盡量隔開干擾源外，亦可採用補償與增益調整的方式。然而，在一般通信系統中，卻有可能因為通信系統中特定干擾消除電路（如等化器（equalizer）或遠端串音消除器（far-end crosstalk canceller））因為過度處理而產生陷波（notch），陷波將影響後續射頻干擾消除的效果。

揭露書揭示一種消除信號中射頻干擾的方法與其通信系統，所述方法的主要技術目的是在通信系統進行射頻干擾（radio frequency interference，RFI）消除時，通過修正等化器與遠端串音消除器的遮罩參數而不處理偵測到有射頻干擾的頻段，之後才交給射頻干擾消除器（radio frequency interference canceller）執行射頻干擾消除，如此能避免射頻干擾消除器與等化器或遠端串音消除器之間互動產生的陷波（notch）影響到射頻干擾消除的效果，除了可以避免信號處理過程因為陷波造成的錯誤，還能夠同時保持系統效能。

運用所述消除信號中射頻干擾的方法的通信系統可以參考圖1所示的通信系統電路架構實施例圖，通信系統中各電路元件實現所述方法，相關流程同時參閱圖2所示的實施例流程圖。

通信系統通過天線接收一輸入信號11（步驟S201），此類比信號先經類比數位信號轉換器101轉換為數位信號（步驟S203），且在所運行的消除信號中射頻干擾的方法中，同時將時域的信號轉換到頻域的信號（步驟S205），接著由一射頻干擾偵測器102偵測數位信號中受到射頻干擾的頻段（步驟S207）。根據一實施例，偵測信號中射頻干擾的頻段的方法之一是，先將數位信號儲存到通信系統的暫存器，通過一快速傅立葉轉換（fast Fourier transformation）的電路把時域（time domain）信號轉為頻域（frequency domain）信號，之後通過通信系統中的射頻干擾偵測器102，根據干擾信號的特徵，比對出有射頻干擾的信號，而能自其他信號中分別出來。

對以射頻干擾偵測器102偵測其中受到射頻干擾的頻段，通信系統遮蔽（mask）這些受到射頻干擾的頻段，使得通信系統中後續的干擾消除電路處理數位信號時，可以不處理偵測到射頻干擾的頻段。所述將頻段進行遮蔽的技術可以用倉（bin）表示實施方式，倉為進行傅立葉轉換時的最小單位，其中不處理偵測到射頻干擾的頻段的方式可為遮蔽經快速傅立葉轉換到頻域後經偵測到有射頻干擾的倉，相關修改遮罩參數的演算方式可以參考以下方程式。

方程式一為頻域下以最小均方誤差（Least Mean Square，LMS）更新通信系統中的等化器103（如一種前饋等化器（Feed-Forward Equalization，FFE））係數與遠端串音消除器105（Far End Crosstalk，FEXT）係數的公式，其中「C(k)」表示在頻域中的倉，k為索引值，「µ * X ^H(k)E(k)」為利用等化器103與遠端串音消除器105等干擾消除電路執行干擾消除的係數，方程式二描述這些系統的傅立葉轉換方程式。

揭露書提出的消除信號中射頻干擾的方法為在頻域中針對偵測到有射頻干擾的倉（bin）的梯度（Gradient）進行遮蔽。也就是，當射頻干擾偵測器（RFI detector）偵測到某倉（bin，index m）有射頻干擾，即把這些倉的遮罩參數（mask）設為0，即方程式三所示，逐一處理信號（index k）到所述有射頻干擾的倉（k=m）時，將干擾消除係數設為0（X ^H(k)E(k)= 0，即設定遮蔽），以讓這一項不進行更新，使得等化器103與該遠端串音消除器105不處理偵測到射頻干擾的頻段，也就是上述實施例描述的不處理偵測到射頻干擾的頻段的作法。

C(k+1) = C(k) + µ * X ^H(k)E(k); E(k) = FFT[e(n)] （方程式一）

X(k)=FFT[X(n)]，k=1,2,…,N （方程式二）

X ^H(k)E(k)= 0, if k=m （方程式三）

如此，即以修改遮罩參數的干擾消除電路處理信號（步驟S209），而特別的是，其中並不處理偵測到射頻干擾的頻段。接著，根據一實施例，射頻干擾偵測器102可將得出的受到射頻干擾的頻段（或倉）提供射頻干擾消除器107以執行射頻干擾消除（步驟S211），最後輸出經射頻干擾消除的信號（步驟S213）。

根據一實施例，在通信系統中，輸出經射頻干擾消除的數位信號可再經一數據分割器（data slicer）109處理後，產生輸出信號12，再將此非雜訊的信號自通信系統輸出。所述數據分割器109為通信系統的後級處理電路之一，可以實現後級放大，讓整個通信系統最後的輸出振幅可以放大到可解調的準位，數據分割器109亦可利用比較器（comparator）根據信號中的位元符號（bit symbol）比對出誤差而恢復通信系統中接收器解調出來的數位信號，最終判斷信號為雜訊或是實際信號，以輸出實際信號。

數據分割器109輸出信號的同時，可以將信號傳送到回饋等化器（feedback equalizer，FBE）108，回饋等化器108用以消除信號中符元（symbol）間干擾與載波間干擾，增加信噪比（SNR）。

根據一實施例，上述通訊系統可以一電路系統實現，可應用在網路裝置中，用於網路信號處理。當此網路裝置接收到信號後，經電路轉換到頻域信號，其中將可能帶有射頻干擾（RFI），根據以上實施例可知，訊號會經等化器處理多路徑干擾，經遠端串音消除器處理串音後再輸出給射頻干擾消除器，最後經數據分割器處理後輸出。

應用上述消除信號中射頻干擾的方法，圖3描述通信系統在訓練模式（training mode）下收斂得出干擾消除電路的遮罩參數的流程實施例。

上述通信系統在訓練模式（training mode）時，通過一信號產生器產生信號（步驟S301），其中射頻干擾偵測器即根據干擾的特徵偵測其中射頻干擾（步驟S303），並須註記受到干擾的頻段，或是倉，將相關註記儲存於通信系統的暫存器中。這時將針對註記的頻段（或倉）設定遮罩參數（步驟S305），使之在執行信號干擾消除（等化器、遠端串音消除）時，不處理經註記的頻段（或倉）（步驟S307），之後可以得出信號干擾消除的結果，以此更新相關干擾消除電路的參數（步驟S309）。

其中更新相關干擾消除電路參數的參考依據可參考圖4至圖7所示波形圖。

圖4顯示在時域下前饋等化器處理信號的波形圖，其中顯示信號經等化器處理後，在沒有將偵測到有射頻干擾的頻段遮蔽的情況下，得出無遮蔽處理的信號401，當將偵測到有射頻干擾的頻段遮蔽時，等化器處理信號後得到有遮蔽處理的信號402。由此圖可知，信號經等化器處理後，除了峰值部份沒有影響外，有遮蔽處理的信號402中部份信號有平緩的情況。

將時域的信號轉換為頻域信號，在頻域下等化器的表現可參考圖5所示在頻域下前饋等化器處理信號的波形圖，其中顯示信號經等化器處理後，在沒有將偵測到有射頻干擾的頻段遮蔽的情況下，得出無遮蔽處理的信號501，特別的是出無遮蔽處理的信號501在0.6的位置信號強度有明顯下陷的情況，即上述實施例所描述因為過度處理產生陷波（notch）503的現象，而當對偵測到有射頻干擾的頻段進行遮蔽時，等化器處理信號後得到已經解決陷波503問題的有遮蔽處理的信號502。

圖6顯示在時域下遠端串音消除器處理信號的波形圖，其中顯示原始信號602呈現為震盪較大的波形，若其中沒有針對有射頻干擾的頻段遮蔽，信號經過遠端串音消除器處理後得到無遮蔽經干擾消除的信號601，若將偵測到有射頻干擾的頻段遮蔽時，經遠端串音消除器處理後得出經遮蔽與干擾消除後的信號603。在時域中並沒有能夠明顯得出經過遮蔽有射頻干擾頻段時得到的效果。

當將時域信號轉為頻域信號時，經過遠端串音消除器處理後的波形可參考圖7顯示在頻域下遠端串音消除器處理信號的波形圖。此圖顯示有原始信號702，其中沒有針對有射頻干擾的信號進行遮蔽時，經遠端串音消除器處理後得到無遮蔽經干擾消除的信號701，此時可以得到過度處理產生的陷波704，然而，若針對偵測到有射頻干擾的頻段進行遮蔽時，可以得出已經解決陷波704的經遮蔽與干擾消除後的信號703，可以看到通過揭露書提出的消除信號中射頻干擾的方法可以有效減緩等化器與遠端串音消除器受到射頻干擾而產生的陷波現象，有效降低射頻干擾對通信系統中干擾消除電路（濾波器）的影響，進而維持系統的效能穩定。

綜上所述，根據上述實施例所描述的消除信號中射頻干擾的方法與其通信系統，所提出方法主要是要解決通信系統中的干擾消除電路可能因為過度處理產生錯誤的問題，特別是因為通信系統接收的信號中帶有射頻干擾時，為了避免其中產生的陷波造成錯誤信號的問題，所述方法將修正等化器與遠端串音消除器的遮罩參數，採取不處理偵測到有射頻干擾的頻段的方式，之後才以射頻干擾消除器進行射頻干擾消除，最終通信系統得到經射頻干擾消除的數位信號。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

11:輸入信號

101:類比數位信號轉換器

102:射頻干擾偵測器

103:等化器

105:遠端串音消除器

107:射頻干擾消除器

108:回饋等化器

109:數據分割器

12:輸出信號

401:無遮蔽處理的信號

402:有遮蔽處理的信號

501:無遮蔽處理的信號

502:有遮蔽處理的信號

503:陷波

601:無遮蔽經干擾消除的信號

602:原始信號

603:經遮蔽與干擾消除後的信號

701:無遮蔽經干擾消除的信號

702:原始信號

703:經遮蔽與干擾消除後的信號

704:陷波

步驟S201～S213:消除信號中射頻干擾的流程

步驟S301～S309:在訓練模式下收斂得出遮罩參數的流程

圖1顯示運用消除信號中射頻干擾的方法的通信系統的電路架構實施例圖；

圖2顯示消除信號中射頻干擾的方法的實施例流程圖；

圖3描述通信系統在訓練模式下收斂得出干擾消除電路的遮罩參數的流程實施例；

圖4顯示在時域下前饋等化器處理信號的波形圖；

圖5顯示在頻域下前饋等化器處理信號的波形圖；

圖6顯示在時域下遠端串音消除器處理信號的波形圖；以及

圖7顯示在頻域下遠端串音消除器處理信號的波形圖。