一种带内同频数模音频广播信号的分离方法技术

本发明专利技术为一种带内同频数模音频广播信号的分离方法，具体如下：步骤1：接收调频混合信号；步骤2：获得模拟信号和数字信号的初始估计；步骤3：更新模拟信号估计和数字信号估计，在时间域调频的模拟信号具有恒包络特性，得到新的模拟信号估计，再更新数字信号估计；步骤4：不同的模拟信号估计、数字信号估计的组合得五个候选对，选择噪声能量最小的候选对；步骤5：重复步骤3、4，形成迭代循环，模拟信号和数字信号迭代分离。本发明专利技术充分地结合了不同分离技术和信号特性，所恢复的数字信号性能更好，从接收恢复的数字信号和对应的发送的数字信号更接近、均方差提高了2～5个dB。

【技术实现步骤摘要】
一种带内同频数模音频广播信号的分离方法
本专利技术涉及属于数字音频广播
，具体地说为一种带内同频数模音频广播信号的分离方法。
技术介绍
伴随着全球数字化的浪潮，音频广播也不例外地开始了数字化广播。已出现了真正的同频同带(Trulyin-band-on-channel，TIBOC)数模音频广播系统，模拟主调频信号和数字调频信号的频谱完全重叠，即相同的调频频道同时用于传输模拟主调频信号和数字调频信号。其中的数字调频信号经过信道编码和调制，以便更好地抵抗噪声和干扰。数字调制信号可以是传统的正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)多载波方案、单载波方案，或者扩频方案。较多采用OFDM方案。为了更适合中国的调频频道，申请号为201110224259.0、名为“带内同频模数音频广播信号的产生方法和发送设备”和申请号为201310085553.7、名为“改进的带内同频数模音频广播信号产生方法”提出了带内同频数模音频广播信号产生方法，所得到的模拟调频信号和数字调频信号的混合信号表示为zk＝xk+dk，zk+N＝yk+dk，或者，zk+N＝yk-dk其中，xk和yk是模拟信号样值，dk是数字信号样值。在带内同频模数音频广播系统中的基本问题是接收端如何更有效地把模拟信号和数字信号分离。因为它们共用频谱，原始的滤波器方法不能实现它们的分离。根据申请号为201110224579.6、名为“调频广播频段数字广播模数信号的分离方法和接收设备”所公开的内容，x2m+x2m+1是两个相距N点长度的模拟调频调制信号的离散时间信号矢量之和，归一化处理后两个模拟调频信号x2m和x2m+1的第n个分量表示为ejα和ejβ，2个接收信号相减后消除了数字信号，剩下两个模拟调频信号相加或相减，如S＝ejα-ejβ或者S＝ejα+ejβ，以两个模拟调频信号相减为例说明：①其中θ＝α-β②③④从两个模拟调频信号相减的表达式①中推算得到模拟调频信号的振幅A'和相位φ＝β+δ，那么按照以下步骤即可恢复发送的模拟调频信号：1：由已知的振幅A'，从式④中得到2：把步骤1得到θ参量代入式③，得到δ。3：把步骤2得到的δ参量代入式①的相位部分φ＝β+δ，得到参量β＝φ-δ；4：把步骤1和3得到的θ、β参量代入式②，得到α＝θ+β；5：把步骤3和步骤4得到的β和α分别代入相位调制信号ejα和ejβ，就得到了两个模拟调频信号ejα和ejβ。上述方法分离共用频谱的数字调频信号和模拟调频信号的关键在于：1、基于重复信号设计的分离。例如，传送的模数混合信号为：zk＝xk+dk，zk+N＝yk+dk，在接收端，通过相减zk-zk+N＝xk-yk，去除了数字信号dk。xk-yk可以通过解析方式分解为两组模拟信号:或者它们是模拟信号xk和yk的估计，即或者可见估计出来的模拟信号和是有模糊性的。由于数字信号功率比模拟信号小很多，可以认为最后选的解(或)和接收信号(zk,zk+N)的欧几里得距离很小，而被排除掉的解和接收信号(zk,zk+N)的欧几里得距离比较大。因此，分别比较()和接收信号的距离，即可去除候选集合的模糊性。2、基于模拟信号和数字信号特性的分离。模拟调频信号是频率调制，只改变载波的频率，幅度保持不变，即模拟调频信号是恒包络的。数字调频信号根据调制方式的不同，调制后具有不同数量的离散的星座点。3、参照申请号为201110224543.8、名为“调频广播频段数字广播信号接收方法和接收系统”公开的迭代方法获得模拟和数字调频信号的估计。但是上述方法的步骤1中，从式④得到cosθ，在一个无噪声的无限精度的系统中，cosθ是没有误差的估计。但是实际系统中总是存在噪声的，并且数字采样信号是有限精度的，所以步骤1从式④得到的cosθ有误差。当步骤2把步骤1得到θ参量代入式③，其对应的sinθ就有模糊性也有误差，因根据cosθ，得到的是|sinθ|，即sinθ等于±|sinθ|。这就使所得模拟调频信号与发送端模拟信号相比有失真。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种带内同频数模音频广播信号的分离方法，其分为两个阶段，第一阶段通过计算欧几里得距离，得到数字调频信号的直接解或解析解，第二阶段通过迭代分离，实现模拟和数字调频信号更好的分离。本专利技术设计的一种带内同频数模音频广播信号的分离方法方案如下：第一阶段，得到模拟数字信号的初始估计，第二阶段采用数字信号处理重新估计模拟信号和数字信号，根据数字信号是离散的、模拟信号是恒定包络的以及模拟信号与数字信号之和等于接收信号，重新估计数字模拟信号；第一阶段的初始估计和数字模拟信号的重新估计组合，得到更新的数字模拟信号估计，此即本方法的迭代过程。本方法提出的新的两阶段分离带内同频数模音频广播信号的方法，充分地结合了不同分离技术和信号特性的优点，恢复后的数字信号与发送的数字信号更接近。本专利技术为带内同频数模音频广播信号的分离方法，所述带内同频数模音频广播信号为单载波数字信号和模拟信号的混合信号，或者多载波数字信号和模拟信号的混合信号，或者单载波-多载波数字信号和模拟信号的混合信号。本方法的具体步骤如下：第一阶段：获得模拟信号和数字信号的初始估计步骤1：接收调频混合信号接收长度为2N的调频混合信号，其符号为(z1,z2...zN)和(zN+1,zN+2...z2N)；接收的调频混合信号中模拟信号和数字信号的初始估计为其中和是模拟信号的估计，d～k是数字信号估计，k＝1,2…N。接收信号中模拟调频信号和数字调频信号的混合信号表示为zk＝xk+dk，zk+N＝yk+dk，或者，zk+N＝yk-dk其中，zk和zk+N是接收信号样值，和是模拟信号样值，dk是数字信号样值。在以下步骤中，以zk+N＝yk+dk为例说明，zk+N＝yk-dk时的情况相似。步骤2：获得模拟信号和数字信号的初始估计令ck＝zk-zk+N＝xk-yk。因为xk的幅度范围是[-1，1]，yk的幅度范围是[-1，1],所以ck的幅度的范围是[-2，2]。当xk和yk接近同相或者反相的时候，ck的幅度的绝对值接近2，这个时候分解出来的xk和yk神的误差值比较大。当|ck|<ξ1或者|ck|>ξ2时用直接解作为模拟信号的估计。其中ξ1、ξ2是门限，通过计算机仿真获取。0＜ξ1≤0.6，1.5＜ξ2≤2。即|ck|过小或者过大，说明两个信号接近同相或者反相，现有的恢复发送的模拟调频信号的方法的解析解所得到的估计误差较大，用直接解作为模拟信号的直接估计，即此时，数字信号估计为dk＝zk-zk/|zk|,或者dk＝zk+N-zk+N/|zk+N|。由于数字信号在第k时刻和第k+N时刻重复发送相同信号，以求平均来得到数字信号估计，为和是模拟信号的直接估计。在第一次估计的时候，直接估计也是一种合理的解。因为数字信号dk的功率比模拟信号的功率小很多，比如正常情况下数字信号功率为模拟信号功率的-18～-25dB,数字信号可以当成噪声项。当ξ2≥|ck|≥ξ1，模拟信号的解析估计会比直接估计更加可靠。但是模拟信号的解析估计有两个可能的解，即，模拟信号的解析解具有模糊性。对应地，两个可能的数字信号估计的候选对分别为：在该候选对中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带内同频数模音频广播信号的分离方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：接收调频混合信号接收长度为2N的调频混合信号，其符号为(z1,z2…zN)和(zN+1,zN+2…z2N)；接收信号中模拟调频信号和数字调频信号的混合信号表示为zk＝xk+dk，zk+N＝yk+dk,或者，zk+N＝yk‑dk；接收的调频混合信号中模拟信号和数字信号的初始估计为其中和是模拟信号的估计，是数字信号估计，k＝1,2…N；步骤2：获得模拟信号和数字信号的初始估计令ck＝zk–zk+N＝xk–yk，xk的幅度范围是[‑1，1]，yk的幅度范围是[‑1，1],ck的幅度的范围是[‑2，2]；当|ck|<ξ1或者|ck|>ξ2，ξ1、ξ2是门限，通过计算机仿真获取；用直接解作为模拟信号的估计：x~k=zk/|zk|]]>y~k=zk+N/|zk+N|]]>数字信号估计为dk=(zk-x~k+zk+N-y~k)/2;]]>当ξ2≥|ck|≥ξ1，两个可能的数字信号估计的候选对分别为：d~k1=zk-A/Bd~k+N1=zk+N-(-A*B)]]>在该候选对中，模拟信号解析估计为：d~k2=zk-A*Bd~k+N2=zk+N-(-A/B)]]>在该候选对中，模拟信号解析估计为：其中，A和B是参数，A是ck的归一化值，B是模拟信号xk和yk的相位差的函数；A＝ck/|ck|，B＝cosδ+jsinδ，j＝sqrt(‑1)，δ值的求法如下：①取ck＝xk‑yk的绝对值|ck|；②计算Cosθ＝(2‑|ck|)/2,③计算δ=arctan(Sinθ1-Cosθ);]]>即求得：B＝cosδ+jSinθ；得到两个模拟信号估计的候选对为：(x^k1,y^k1)=(AB,-A*B),]]>(x^k2,y^k2)=(A*B,-A/B);]]>求和(zk,zk+N)的欧几里得距离，以及和(zk,zk+N)的欧几里得距离，选取其中欧几里得距离较小的模拟信号的估计作为输出；步骤3：更新模拟信号估计和数字信号估计本步骤对步骤2所得的初始数字信号估计和模拟信号估计x0={x10,...,xN0},y0={y10,...,yN0},]]>按以下步骤得到更新的模拟信号估计和数字信号估计：Ⅰ、得到模拟信号首先利用FFT运算得Di＝FFT(di)；利用星座形状划分去除估计误差，利用已知的导频和空子载波信息消除Di的估计误差，去除估计误差后表示为再进行IFFT变换，得到从接收信号中减去数字信号di+1后，分别得到模拟信号xki+1=zk-dki+1]]>和yki+1=zk+N-dki+1;]]>Ⅱ、得到新的模拟信号估计新的模拟信号估计为x~ki+1=xki+1/|xki+1|]]>y~ki+1=yki+1/|yki+1|;]]>Ⅲ、数字信号估计的更新经过上述步骤Ⅱ之后，数字信号的估计更新为：d~ki+1=((zk-x~ki+1)+(zk+N-y~ki+1))/2]]>此时模拟信号估计为步骤Ⅱ所得和数字信号估计为步骤Ⅲ所得步骤4：选择噪声能量最小的候选对获得5个候选对，第一个候选对第二个候选对第三个候选对第四个候选对第五个候选对n~k5=zk-zk/|zk|-d~kn~k+N5=zk+N-zk+N/|zk+N|-d~k;]]>以上各候选对表达式中：r，g是缩放因子，满足r‑g＝1，r≥0，g≥0；从以上五个候选对中任意取2～5个不同的候选对，比较选择噪声能量最小的、用以进行模拟、数字信号估计；步骤5：模拟信号和数字信号迭代分离用上一次迭代所得的数字信号估计和模拟信号估计，再重复步骤3和4计算下一代的模拟信号估计和数学信号估计重复步骤3、4，形成迭代循环；迭代次数达到最大迭代次数的时候迭代结束，以最后一次迭代得到的模拟信号估计和数学信号估计作为输出，得到恢复的调频模拟信号和数字信号。...

【技术特征摘要】
1.一种带内同频数模音频广播信号的分离方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：接收调频混合信号接收长度为2N的调频混合信号，其符号为(z1,z2…zN)和(zN+1,zN+2…z2N)；接收信号中模拟调频信号和数字调频信号的混合信号表示为zk＝xk+dk,zk+N＝yk+dk,或者，zk+N＝yk-dk；接收的调频混合信号中模拟信号和数字信号的初始估计为其中和是模拟信号的估计，是数字信号估计，k＝1,2…N；步骤2：获得模拟信号和数字信号的初始估计令ck＝zk–zk+N＝xk–yk，xk的幅度范围是[-1，1]，yk的幅度范围是[-1，1],ck的幅度的范围是[-2，2]；当|ck|<ξ1或者|ck|>ξ2，ξ1、ξ2是门限，通过计算机仿真获取；用直接解作为模拟信号的估计：数字信号估计为当ξ2≥|ck|≥ξ1，两个可能的数字信号估计的候选对分别为：在该候选对中，模拟信号解析估计为：在该候选对中，模拟信号解析估计为：其中，A和B是参数，A是ck的归一化值，B是模拟信号xk和yk的相位差的函数；A＝ck/|ck|，B＝cosδ+jsinδ，j＝sqrt(-1)，δ值的求法如下：①取ck＝xk-yk的绝对值|ck|；②计算Cosθ＝(2-|ck|)/2,③计算即求得：B＝cosδ+jSinθ；得到两个模拟信号估计的候选对为：1求和(zk,zk+N)的欧几里得距离，以及和(zk,zk+N)的欧几里得距离，选取其中欧几里得距离较小的模拟信号的估计作为输出；步骤3：更新模拟信号估计和数字信号估计本步骤对步骤2所得的初始数字信号估计和模拟信号估计按以下步骤得到更新的模拟信号估计和数字信号估计：Ⅰ、得到模拟信号首先利用FFT运算得Di＝FFT(di)；利用星座形状划分去除估计误差，利用已知的导频和空子载波信息消除Di的估计误差，去除估计误差后表示为再进行IFFT变换，得到从接收信号中减去数字信号di+1后，分别得到模拟信号和Ⅱ、得到新的模拟信号估计新的模拟信号估计为

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建忠，张光华，李立，彭铁雁，郭淑琴，
申请(专利权)人：桂林市思奇通信设备有限公司，深圳思凯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45