CN1812293B - 一种应用于gsm手机的时分多址噪声控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其特征在于，包括步骤：步骤一，测量时分多址噪声频谱；步骤二，产生反相噪声波形数据，形成与所述时分多址噪声电平的幅值相等、相位相反的噪声抵消信号；及步骤三，将所述噪声抵消信号分别加入话音发送通道和接收通道，降低所述时分多址噪声。本发明可以有效降低时分多址噪声，提高通话的音质。

Description

一种应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种噪声控制系统及方法，特别是涉及一种应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统及方法。

背景技术

GSM(Global System for Mobile，全球移动通讯系统)手机只能在特定的时隙内收发信息，这些时隙之间有固定的重复周期，约为4.615ms，时隙的长度约为577μs，于是造成了基波频率约为216Hz(1/4.615ms)的TDMA(TimeDivision Multiple Address，时分多址)噪声。TDMA噪声不可避免地会耦合进入手机的话音收发电路，如果耦合进的功率电平足够大，则会产成“嗡嗡”声，从而影响了手机的音频性能。TDMA噪声的功率谱能用音频分析仪如R&S的UPL准确测定得到。一般情况下，216Hz为其峰值，但由于手机的壳体、电磁屏蔽、PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)布线、天线及其安装位置等因素的不同，有时亦可在432Hz、648Hz和864Hz处测得峰值。由于TDMA噪声落在了话音频带内，抑制较为困难。

当前TDMA噪声的抑制主要从以下几个角度考虑：PCB布线，主要方法是将音频线路用地线隔离和屏蔽；用EMI(电磁干扰)涂料或屏蔽罩加强电磁屏蔽效果；使用性能好的天线；变换天线的馈点位置。这种方法是被动式的，即利用某种方式将TDMA耦合进入话音电路的途径阻断，或者更换部件以降低TDMA噪音。受手机外形的限制，PCB布线有时比较困难，不能很好的阻断TDMA噪声耦合进入话音电路；某些天线的辐射性能不好，或者馈点的位置不正确，会增大TDMA噪音；涂EMI涂料有比较大的随意性，需要试验多次，比较麻烦；增添屏蔽罩有时比较困难，甚至是不可能的；采用多种措施后，有时仍会发现TDMA噪音没有降到足够低的水平。因此，为了能克服现有技术的种种问题，迫切需要一种TDMA噪声控制系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种应用于GSM手机的主动式时分多址噪声控制系统及方法，用以解决现有技术无法大幅度降低TDMA噪声，影响通话音质的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，能大幅度降低GSM手机的噪声水平，提高手机音质的纯净度，其特征在于，包括步骤：步骤一，测量时分多址噪声频谱；步骤二，产生反相噪声波形数据，形成与所述时分多址噪声电平的幅值相等、相位相反的噪声抵消信号；及步骤三，将所述噪声抵消信号分别加入话音发送通道和接收通道，降低所述时分多址噪声。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其中，所述步骤二进一步包括：步骤21，截取0-1KHz范围内的时分多址噪声频谱，得到截断噪声频谱以产生噪声抵消信号；步骤22，将所述截断噪声频谱离散化并进行采样，得到离散傅立叶变换频域系数；步骤23，对所述离散傅立叶变换频域系数进行反相，得到反相噪音波形的频域系数；步骤24，对所述反相噪音波形的频域系数进行离散傅立叶逆变换，得到反相噪声波形数据；及步骤25，记录、保存反相噪声波形在各个时刻的幅值。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其中，所述步骤三包括：对于话音接收通道，在脉冲编码调制码数模转换前加入所述噪声抵消信号；对于话音发送通道，在脉冲编码调制编码后加入所述噪声抵消信号。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其中，所述步骤三进一步包括：在工作时，每到来一个或一组脉冲编码调制编码，依次取出一个反相噪声波形数据与之相加。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其中，所述采样的采样规则为：采样的频域步长为1Hz；0-100Hz内的频谱值为零；1000Hz以上的频谱值为零；100-1000Hz范围内的频谱值保持不变。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，能大幅度降低GSM手机的噪声水平，提高手机音质的纯净度，包括一存储器、一数字基带处理器与一模拟基带处理器，其特征在于，还包括一噪声抵消处理模块，用以将与时分多址噪声电平的幅值相等、相位相反的反相噪声波形数据，加入脉冲编码调制码流。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其中，所述噪声抵消处理模块存储在手机的非易失性存储器中，所述反相噪声波形数据存储在所述存储器的一连续存储区内，或者通过一指针指示存储在一非连接的存储区内。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其中，所述数字基带处理器和/或模拟基带处理器依次取出各个时刻的反相噪声波形数据并将其加入脉冲编码调制码流。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其中，在手机通话时加载所述噪声抵消处理模块。

上述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其中，可加载和/或卸载所述噪声抵消处理模块。

本发明提供的应用于手机的主动式时分多址噪声控制系统及方法，能够有效降低GSM手机的TDMA噪声水平，特别是在PCB、壳体空间及天线受限的情况下，可以使手机的音质更加纯净，从而提高通话质量。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为一TDMA噪声功率谱图；

图2为一手机TDMA噪声的功率谱及相位谱图；

图3为图2经截断后得到的功率与相位谱图；

图4为图3经过频域采样后的角频率图；

图5为手机中一连续存储区的反相噪声波形数据表；

图6为本发明抵消TDMA噪声的流程图；及

图7为本发明的一具体实施例。

具体实施方式

本发明属于数字主动式噪音抑制技术，即产生针对话音发送通道和接收通道的噪音抵消信号，该信号与TDMA噪音电平的幅值相等、相位相反。将此噪音抵消信号分别加入话音发送通道和接收通道，从而抵消掉TDMA噪音。

本发明可从工作原理、硬件和软件三个方面说明。本发明的工作原理简述：TDMA噪音频谱的测量，这可以用音频分析仪如R&S的UPL得到；噪音抵消信号的产生；噪音抵消信号的加入，对于接收通道，噪音抵消信号可在PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)码D/A转换前加入，对于发送通道，噪音抵消信号可在PCM编码后加入。

在本发明的系统中，所得到反相噪音波形数据保存在手机的存储器中；数字基带处理器或者模拟基带处理器依次取出各个时刻的反相噪音波形数据并将其加入PCM码流。

在本发明的系统中，还包括一噪声抵消处理模块，用以将与时分多址噪声电平的幅值相等、相位相反的反相噪声波形数据，加入PCM码流。

在本发明的方法中，软件用于控制将反相噪音波形数据并将其加入PCM码流；当手机通话时，该软件将被激活；该软件可以按需要加载和卸载；该软件保存在手机的存储器中。

得到反相噪声波形数据的步骤如下：1、用音频分析仪测试手机TDMA噪声的功率谱或者频谱以及相位谱；2、截断；3、频域采样；4、在PC上利用Matlab由采样结果得到离散傅立叶(DFT)变换的频域系数X₁[k]，其中k＝0，1，...7999。将X₁[k]反相得到X[k]，即反相噪音波形的频域系数。5、进行离散傅立叶逆变换(IDFT)。

$x\left[n\right]=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left[k\right]e^{\mathrm{jk}(2\mathrm{\π}/N)n},(n=\mathrm{0,1}...7999)$

得到反相噪音波形数据，共8000个数值点。

图1所示为一TDMA噪声功率谱图，关于TDMA噪声，用R&S公司的音频分析仪UPL测得的TDMA噪声功率谱如图1所示，在该图中，可以清楚的看到在216Hz、432Hz及其他216Hz的倍频处出现的峰值，而且该功率谱基本上不随时间的变化而变化。

图2所示为一手机TDMA噪声的功率谱及相位谱图，图3所示为图2经截断后得到的功率与相位谱图。如图2所示为用音频分析仪测试手机TDMA噪声的功率谱或者频谱以及相位谱图。因为TDMA噪声的频谱在216Hz处达到第一个峰值，拓展范围很宽，可达20KHz以上，但超过1KHz的频率分量的幅值相对较小，因此一般只需关心100-1000Hz内的频谱即可，当然根据实际情况对截断频率变更也是可行的。通常话音的最高频率限定在3.4K，因此数据的采样率一般为8KHz，截至频率为4KHz。为了处理上的方便，可以定出以下采样规则：a、采样的频域步长为1Hz(角频率为2π)；b、0-100Hz的频谱值为零；c、1000Hz以上频谱值为零；d、100-1000Hz频谱值保持不变；其实，这相当于用频域窗函数

$W\left(f\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<f<100\\ 1& 100\&le;f\&le;1000\\ 0& f>1000\end{array}\right.$

与TDMA噪声的频谱相乘，从而得到TDMA噪声中的主要成份，截断后的功率与相位谱如图3所示。

图4所示为图3经过频域采样后的角频率图，对图3所示进行频域采样，利用公式ω＝2πf将横坐标换成角频率，然后再将采样点数定为8000，将横坐标分为8000等分进行采样，得到如图4所示的角频率图。

图5所示为手机中一连续存储区的反相噪声波形数据表，在手机的非易失性存储器中开辟一块连续存储区(也可以非连续，加一指针即可)，将得到的反相噪音波形数据存放于此，形成一个表，如图5所示，该表连同噪音抵消程序可以编译在手机软件代码中，写入软件时一并写入存储器。

图6所示为本发明抵消TDMA噪声的流程图，工作时，每到来一个PCM码流60，噪音抵消程序就从上表中依次取出一个反相噪音波形数据62与之相加，如图6所示，即可将PCM码中的TDMA噪声部分的抵消，得到降噪PCM码流61。当到达图5所示表的末尾时，继续从表头开始循环取数。

图7所示为本发明的一具体实施例，包括存储器70、RF(射频发送/接收部分)71、RCV(受话器)72、MIC73；手机的数字基带处理器74为AD6526，模拟基带处理器75为AD6521，当采用了主动式TDMA噪声抑制方法后，TDMA噪声可得到显著降低。

图8所示为本发明抵消TDMA噪声的框图流程图，包括步骤800，测量时分多址噪声频谱；步骤810，产生反相噪声波形数据，形成与所述时分多址噪声电平的幅值相等、相位相反的噪声抵消信号；及步骤820，将所述噪声抵消信号分别加入话音发送通道和接收通道，降低所述时分多址噪声。

本发明能大幅度的降低GSM手机的TDMA噪声水平，特别是在PCB、壳体空间及天线受限的情况下，可以使手机的音质更加纯净。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，测量时分多址噪声频谱；

步骤二，测试所述时分多址噪声的功率谱或频谱，以及相位谱，并截断、频率采样，由采样结果得到离散傅立叶变换的频域系数，对该频域系数反相得到反相噪声波形的频域系数，对该反相噪声波形的频域系数进行离散傅立叶逆变换产生反相噪声波形数据，形成与所述时分多址噪声电平的幅值相等、相位相反的噪声抵消信号；及

步骤三，将所述噪声抵消信号分别加入话音发送通道和接收通道，降低所述时分多址噪声。

2.根据权利要求1所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括：

步骤21，截取0-1KHz范围内的时分多址噪声频谱，得到截断噪声频谱以产生噪声抵消信号；

步骤22，将所述截断噪声频谱离散化并进行采样，得到离散傅立叶变换频域系数；

步骤23，对所述离散傅立叶变换频域系数进行反相，得到反相噪音波形的频域系数；

步骤24，对所述反相噪音波形的频域系数进行离散傅立叶逆变换，得到反相噪声波形数据；及

步骤25，记录、保存反相噪声波形在各个时刻的幅值。

3.根据权利要求1所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其特征在于，所述步骤三包括：

对于话音接收通道，在脉冲编码调制码数模转换前加入所述噪声抵消信号；对于话音发送通道，在脉冲编码调制编码后加入所述噪声抵消信号。

4.根据权利要求1所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：在工作时，每到来一个或一组脉冲编码调制编码，依次取出一个反相噪声波形数据与之相加。

5.根据权利要求2所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制方法，其特征在于，所述采样的采样规则为：采样的频域步长为1Hz；0＜f＜100Hz的频谱值为零；f＞1000Hz的频谱值为零；100Hz≤f≤1000Hz范围内的频谱值保持不变，f为频率。

6.一种应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，包括一存储器、一数字基带处理器与一模拟基带处理器，其特征在于，还包括一噪声抵消处理模块，存储在所述存储器中，用以将与时分多址噪声电平的幅值相等、相位相反的反相噪声波形数据，加入脉冲编码调制码流。

7.根据权利要求6所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其特征在于，所述反相噪声波形数据存储在所述存储器的一连续存储区内，或者通过一指针指示存储在一非连接的存储区内。

8.根据权利要求7所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其特征在于，所述数字基带处理器或模拟基带处理器依次取出各个时刻的反相噪声波形数据并将其加入脉冲编码调制码流。

9.根据权利要求6、7或8所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其特征在于，在手机通话时加载所述噪声抵消处理模块。

10.根据权利要求6、7或8所述的应用于GSM手机的时分多址噪声控制系统，其特征在于，可加载和/或卸载所述噪声抵消处理模块。

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