CN101867701A - 一种用于dtmb接收机的同频干扰抑制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置，包括一CCI检测器、CCI陷波滤波器和选择器。CCI检测器接收数字电视基带信号进行自相关运算得到相关值R_rc(n)，当其模大于等于设定的门限H₀，则存在同频干扰；当其模小于设定的门限H₀，则不存在同频干扰。CCI陷波滤波器接收数字电视基带信号并滤除其中的模拟电视信号的亮度载波、色副载波、音频副载波，输出同频干扰抑制的数字电视基带信号；当有同频干扰时，选择器选择同频干扰抑制的数字电视基带信号输出，当没有同频干扰，选择器选择数字电视基带信号输出；由于本发明的同频干扰的检测是在时域进行，检测结果作为一个选择信号，选通陷波滤波器或不选通陷波滤波器，而对数字电视基带信号的陷波滤波在频域中进行，这样同频干扰的检测计算速度并不影响通信效率。

Description

一种用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置

技术领域

本发明属于数字地面多媒体广播接收技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置。

背景技术

DTMB，即数字地面多媒体广播作为数字地面电视传输标准，自2007年8月起在我国强制实行。然而，在部分地区，开路的模拟电视信号和地面数字电视信号将会共存，这就会对地面数字电视信号的解调带来干扰。

图1是NTSC制式的模拟电视信号时间波形图。如图1所示，模拟电视信号是一个以行同步周期长度的周期信号，周期约为64us；每一个周期以一个同步脉冲开始，宽度约为4.7us。图2是NTSC制式的模拟电视信号的功率谱密度图。如图2所示，我们可以看到NTSC制式的模拟电视信号能量主要分布在三个载波附近：亮度载波、色副载波和音频副载波。

数字地面多媒体广播采用OFDM，即正交频分复用信道编码，而OFDM是一种数字多载波调制结构，传输信道被分成许多子信道且各个子信道携带信息独立随机，其具有平坦的频谱特性。离模拟电视信号的亮度载波、色副载波和音频副载波三个干扰越近的子载波受到的干扰越大，其信噪比越小。

DTMB接收机是利用地面数字电视信号帧的帧头，即PN序列来进行同步和信道估计的。由于模拟电视信号带来的CCI(co-channel interference，同频干扰)会降低同步和信道估计的精度和增加信噪比损失。因此有必要检测出CCI并进行抑制。

对常规的OFDM系统而言，目前能解决这种窄带干扰的方法主要采取自适应调制或强效的FEC(Forward Error Correction)机制，而这些方法是以降低整个通信系统效率为代价的。

另外也有提出在频域做CCI消除的，而这种方法需要在一些参数已知的情况下才能实现。在DTMB系统中，接收机参数的估计是基于时域PN序列相关完成的，CCI的存在严重干扰了时域的参数估计，单纯的频域CCI处理方案对于DTMB接收机而言是无效的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中CCI抑制方法降低通信系统效率的问题和不足，提供一种不降低通信效率的用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置。

为实现上述发明目的，本发明的用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置，其特征在于，包括：

一CCI检测器，用于接收数字电视基带信号，然后进行自相关运算，得到相关值：

$R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}(n+k)r(n+N_l+k)$

其中，N_l为不超过T_l/T_s的最大整数，T_l为模拟电视的行周期、T_s为采样周期，N_p为相关长度，相关长度N_p由模拟电视的行同步脉冲宽度T_p决定，为不超过T_p/T_s的最大整数；

在CCI检测器中，设定有一门限H₀，则CCI检测器的输出：

$F_{\mathrm{cci}}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \left|R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)\right|\&GreaterEqual;H_0\\ 0,& \left|R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)\right|<H_0\end{array}\right.$

一具有三个频率凹陷区的CCI陷波滤波器，用于接收数字电视基带信号，并滤除其中同频干扰的模拟电视信号的亮度载波、色副载波、音频副载波，输出同频干扰抑制的数字电视基带信号；

一选择器，两路输入分别接数字电视基带信号和同频干扰抑制的数字电视基带信号，选择控制信号端接CCI检测器的输出F_cci；当F_cci为1时，选择器选择同频干扰抑制的数字电视基带信号输出，当F_cci为0时，选择器选择数字电视基带信号输出；

选择器的输出作为DTMB接收机的输入信号。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明依据模拟电视信号的特征，即采用周期性的行同步脉冲来进行同步，采用检测同步脉冲的方式来检测CCI信号是否存在，具体做法是，将数字电视基带信号r(n)进行模拟电视行周期的延时，即得到延时后的数字电视基带信号r(n+N_l)，然后对未延时的数字电视基带信号求共轭，得到信号r^*(n)；将延时后的数字电视基带信号r(n+N_l)和求共轭后的数字电视基带信号r^*(n)进行相乘，相乘的结果进行滑动求和，得到自相关值：

$R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}^{*}(n+k)r(n+N_l+k)$

滑动的长度，即相关长度N_p由模拟电视的行同步脉冲宽度T_p决定，为不超过T_p/T_s的最大整数。

在CCI检测器中，设定有一门限H₀，当自相关值的模|R_rc(n)|大于等于设定的门限H₀，则CCI检测器的输出F_cci的输出为1，即存在模拟电视信号同频干扰；当自相关值的模|R_rc(n)|小于设定的门限H₀，则CCI检测器的输出F_cci的输出为0，即不存在模拟电视信号同频干扰。

在本发明中还设置有一具有三个频率凹陷区的CCI陷波滤波器，其凹陷区的频率分别对应模拟电视信号的亮度载波、色副载波、音频副载波的频率，这样用于滤除输入数字电视基带信号中同频干扰的模拟电视信号的亮度载波、色副载波、音频副载波，输出同频干扰抑制的数字电视基带信号。

这样，通过选择器，当CCI检测器检测到同频干扰时，即同频干扰存在，则选择CCI陷波滤波器输出的同频干扰抑制的数字电视基带信号送入DTMB接收机中进行解调；而当检测器没有检测到同频干扰时，即同频干扰不存在，则直接选择数字电视基带信号送入DTMB接收机中进行解调，不对其进行干扰抑制。

由于本发明的同频干扰的检测是在时域进行，检测结果作为一个选择信号，选通陷波滤波器或不选通陷波滤波器，而对数字电视基带信号的陷波滤波在频域中进行，这样同频干扰的检测计算速度并不影响通信效率。

附图说明

图1是NTSC模拟电视信号的时间波形图；

图2是NTSC模拟电视信号的功率谱密度图；

图3是本发明用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置原理框图；

图4是图3所示的CCI检测器四种情况下的求模后的输出曲线图；

图5是图3所示的CCI检测器原理框图；

图6是DTMB接收机在三种调制情况下采用本发明同频抑制装置前后的误码率BER与信干比SIR关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

在本实施例中，如图3所示，本发明的用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置包括CCI检测器301、CCI陷波滤波器302以及选择器303。

1、CCI检测器

CCI检测器301接收数字电视基带信号r(n)进行自相关运算，得到相关值R_rc(n)：

$R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}^{*}(n+k)r(n+N_l+k)---\left(1\right)$

其中，N_l为不超过T_l/T_s的最大整数、T_l为模拟电视的行周期、T_s为采样周期，N_p为相关长度，相关长度N_p由模拟电视的行同步脉冲宽度T_p决定，为不超过T_p/T_s的最大整数。

在本实施例中，为了增加CCI检测的可信度，通过累加多个相关周期的相关值R_rc(n)以进一步提高相关值的增益，得到相关累加值A(n)：

$A\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_{\mathrm{rc}}(n-j{N}_l)---\left(2\right)$

其中M为累加次数。

在本实施例中，M取不超过T_f/T_l的最大整数，T_f为DTMB的一个OFDM帧的长度。在本实施例中，T_f＝555.56us，而行周期T_l＝64us，因此，累加次数M取为8。对相关累加值A(n)进行求模，得到相关累加值的模|A(n)|。

图4是图3所示的CCI检测器四种情况下的求模后的输出曲线图，如图4所示，随着时间的增加，累加次数的增加，即从1到8，相关累加值的模|A(n)|也随之增加，当经过一个OFDM帧的长度后，趋于稳定，这样大大提高了CCI检测器301的可靠性。

对于某一水平的CCI，CCI检测器301经过一个OFDM帧的长度后，相关累加值的模|A(n)|的输出是一个幅值稳定的曲线，因此，在CCI检测器301中，设定有一门限H₀，则CCI检测器301的输出：

$F_{\mathrm{cci}}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \left|A\left(n\right)\right|\&GreaterEqual;H_0\\ 0,& \left|A\left(n\right)\right|<H_0\end{array}\right.---\left(3\right)$

在本实施例中，CCI检测器301的硬件构成如图5所示，将数字电视基带信号r(n)在延时器401中进行模拟电视行周期t_l的延时，即得到延时后的数字电视基带信号r(n+N_l)，然后对未延时的数字电视基带信号r(n)在求共轭电路402中求共轭，得到数字电视基带信号r^*(n)；将延时后的数字电视基带信号r(n+N_l)和求共轭后的数字电视基带信号r^*(n)在乘法器403中进行相乘，相乘的结果在滑动求和器404中进行滑动求和，得到自相关值R_rc(n)；相关值R_rc(n)在累加器405进行M次累加中，得到相关累加值A(n)；相关累加值A(n)在求模电路406中求模，得到相关累加值的模|A(n)|，相关累加值的模|A(n)|在门限判决电路中进行判断，得到CCI检测器的输出F_cci。

2、CCI陷波滤波器

CCI陷波滤波器302具有三个频率凹陷区，三个频率分别对应同频干扰的模拟电视信号的亮度载波、色副载波、音频副载波频率。CCI陷波滤波器302接收数字电视基带信号r(n)，其三个频率凹陷区将接收数字电视基带信号r(n)中的模拟电视信号的亮度载波、色副载波、音频副载波频谱成分滤除掉，抑制这三个载波的干扰，滤除后输出同频干扰抑制的数字电视基带信号r′(n)。

对于数字电视基带信号r(n)中的同频干扰，其频谱不具有对称性，因此，必须采用复系数陷波滤波器。另外，为了降低陷波滤波器实现结构复杂度和最大限度地削弱同频干扰，在本实施例中，采用IIR滤波器实现陷波滤波。

对于给定陷波滤波器频率ω_i、3dB带宽Δω_i和滤波器增益A_i，我们可以确定其传递函数为：

$H_i\left(z\right)=A_i\frac{1-e^{j{\mathrm{\&omega;}}_i}{z}^{-1}}{1-{\mathrm{\&rho;}}_i{e}^{j{\mathrm{\&omega;}}_i}{z}^{-1}}---\left(4\right)$

极径：

${\mathrm{\&rho;}}_i=1-\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&omega;}}_i}{2}---\left(5\right)$

滤波器增益：

$A_i=\sqrt{\frac{1+2{\mathrm{\&rho;}}_i\cos {\mathrm{\&omega;}}_i{\mathrm{\&rho;}}_i^2}{2(1+\cos {\mathrm{\&omega;}}_i)}}---\left(6\right)$

由于陷波滤波器不会影响远离ω_i的频谱，因此非常适合用来抑制某些窄带干扰。前面分析可知，数字电视基带信号r(n)中的同频干扰属于窄带干扰，其能量主要集中在三个载波频率附近。因此，在本实施例中，设计一种高阶滤波器，其三个凹陷区去滤掉同频干扰，即模拟电视信号载波附近的频谱成分。

亮度载波、色副载波和音频副载波的载波频率分别为f₁、f₂和f₃，3dB带宽为Δf₁、Δf₂和Δf₃，可以得到其标准角频率为ω_i＝2πf_i/f_s、Δω_i＝2πΔf_i/f_s，其中i＝1，2，3，其中f_s＝1/T_s，是采样频率。利用前式(4)、(5)、(6)，可以计算出带一个凹陷的一阶IIR滤波器的传递函数，进一步带三个凹陷的滤波器传递函数可表示为：

$H_{\mathrm{cci}}=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Pi;}}}{H}_i\left(z\right)=\frac{b_0+\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{b}_k{z}^{-k}}{1+\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_k{z}^{-k}}---\left(7\right)$

其实现结构表达式：

$y\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{b}_{k}r(n-k)-\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_{k}y(n-k)---\left(8\right)$

滤波器系数可通过下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{b}_0=A=A_1{A}_2{A}_3\\ b_1=-A\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{j{\mathrm{\&omega;}}_k}\\ b_2=A(e^{j({\mathrm{\&omega;}}_1+{\mathrm{\&omega;}}_2)}+e^{j({\mathrm{\&omega;}}_1+{\mathrm{\&omega;}}_3)}+e^{j({\mathrm{\&omega;}}_2+{\mathrm{\&omega;}}_3)})\\ b_3=-A{e}^{j({\mathrm{\&omega;}}_1+{\mathrm{\&omega;}}_2+{\mathrm{\&omega;}}_3)}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{a}_1=-\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_k{e}^{j{\mathrm{\&omega;}}_k}\\ a_2={\mathrm{\&rho;}}_1{\mathrm{\&rho;}}_2{e}^{j({\mathrm{\&omega;}}_1+{\mathrm{\&omega;}}_2)}+{\mathrm{\&rho;}}_1{\mathrm{\&rho;}}_3{e}^{j({\mathrm{\&omega;}}_1+{\mathrm{\&omega;}}_3)}+{\mathrm{\&rho;}}_2{\mathrm{\&rho;}}_3{e}^{j({\mathrm{\&omega;}}_2+{\mathrm{\&omega;}}_3)}\\ a_3={\mathrm{\&rho;}}_1{\mathrm{\&rho;}}_2{\mathrm{\&rho;}}_3{e}^{j({\mathrm{\&omega;}}_1+{\mathrm{\&omega;}}_2+{\mathrm{\&omega;}}_3)}\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中，A_i，i＝1，2，3可以通过前面(5)、(6)式计算。

IIR复系数陷波滤波器的设计属于现有技术，在此不再赘述。

3、选择器

选择器303的两路输入分别接数字电视基带信号r(n)和同频干扰抑制的数字电视基带信号r′(n)，选择控制信号端接CCI检测器的输出F_cci；当F_cci为1时，选择器303选择同频干扰抑制的数字电视基带信号r′(n)输出，当F_cci为0时，选择器303选择数字电视基带信号输出r(n)。

选择器303的输出作为DTMB接收机的输入信号，DTMB接收机对输入的信号进行处理后，输出码流信号。

图6是DTMB接收机在三种调制情况下采用本发明同频抑制装置前后的误码率BER与信干比SIR关系图，图中虚线表示不带CCI同频干扰抑制装置的DTMB接收机的误码曲线，实线表示带CCI同频抑制抑制装置的DTMB接收机的误码曲线。从图6可以看到带CCI同频抑制抑制装置的DTMB接收机提高信干比增益约20dB，加强了DTMB接收机抗模拟电视同频干扰能力。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置，其特征在于，包括：

一CCI检测器，用于接收数字电视基带信号，然后进行自相关运算，得到相关值：

$R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}^{*}(n+k)r(n+N_l+k)$

其中，N_l为不超过T_l/T_s的最大整数，T_l为模拟电视的行周期、T_s为采样周期，N_p为相关长度，相关长度N_p由模拟电视的行同步脉冲宽度T_p决定，为不超过T_p/T_s的最大整数；

在CCI检测器中，设定有一门限H₀，则CCI检测器的输出：

$F_{\mathrm{cci}}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \left|R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)\right|\&GreaterEqual;H_0\\ 0,& \left|R_{\mathrm{rc}}\left(n\right)\right|<H_0\end{array}\right.$

一具有三个频率凹陷区的CCI陷波滤波器，用于接收数字电视基带信号，并滤除其中同频干扰的模拟电视信号的亮度载波、色副载波、音频副载波，输出同频干扰抑制的数字电视基带信号；

一选择器，两路输入分别接数字电视基带信号和同频干扰抑制的数字电视基带信号，选择控制信号端接CCI检测器的输出F_cci；当F_cci为1时，选择器选择同频干扰抑制的数字电视基带信号输出，当F_cci为0时，选择器选择数字电视基带信号输出；

选择器的输出作为DTMB接收机的输入信号。

2.根据权利要求1所述的用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置，其特征在于，所述的CCI检测器中，对多个相关周期的相关值R_rc(n)累加，得到相关累加值A(n)：

$A\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_{\mathrm{rc}}(n-j{N}_l)$

其中M为累加次数；

所述的CCI检测器的输出：

$F_{\mathrm{cci}}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \left|A\left(n\right)\right|\&GreaterEqual;H_0\\ 0,& \left|A\left(n\right)\right|<H_0\end{array}\right.$

3.根据权利要求2所述的用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置，其特征在于，所述的累加次数M取不超过T_f/T_l的最大整数，T_f为DTMB的一个OFDM帧的长度。

4.根据权利要求1所述的用于DTMB接收机的同频干扰抑制装置，其特征在于，所述的陷波滤波器为复系数陷波滤波器，类型为IIR滤波器。

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