專利名稱：在過載的信號環(huán)境中分離am同信道信號的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及射頻(RF)信號接收，更具體地說，涉及接收 和分離同信道調(diào)幅(AM)信號。
背景技術(shù)：
當(dāng)在相同頻率范圍同時發(fā)送兩個或多個信號時出現(xiàn)同信道信號 干擾。例如，正接收由兩個或多個分離的發(fā)射機同時在相同頻率發(fā)送 的兩個或多個信號的接收機可能碰到同信道信號干擾。在此情況下， 在不首先分離給定的信號與其它信號以允許解調(diào)制或其它進一步的信 號處理的情況下，不能訪問或進一步處理包含在干擾同信道信號中的 任意一個中的數(shù)據(jù)(例如語音數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等)。
過去，為了進行同信道信號分離，已經(jīng)采用諸如空間千擾消除的 波束成形和干擾消除技術(shù)。這些技術(shù)通過從感興趣的信號中消除或清 除其它同信道信號而采用多個傳感器來分離給定的感興趣的信號。然 而，除了昂貴的、具有與等于或大于同信道信號數(shù)目的多個傳感器對 應(yīng)的多個信道的相干多信道調(diào)諧器之外，這樣的方法還需要信源的空 間分離。當(dāng)信號的數(shù)量超過傳感器的數(shù)量時，信號環(huán)境可表征為過載。 在這樣的過載的信號環(huán)境中，傳統(tǒng)的波束成形和干擾消除技術(shù)的性能 通常失敗或惡化。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開的是可實現(xiàn)成在過載的信號環(huán)境(即同信道信號的數(shù)量 超過分離傳感器(例如分離天線)的數(shù)量的信號環(huán)境)中分離同信道 AM信號的方法和系統(tǒng)。有利的是，可在一個示例性實施例中實現(xiàn)公 開的方法和系統(tǒng)以通過迭代投影的方法使用從一個傳感器獲得的數(shù)據(jù)
在過載的環(huán)境中實現(xiàn)同信道AM信號的分離。當(dāng)實現(xiàn)為使用從單個信 道調(diào)諧器獲得的數(shù)據(jù)時，例如，公開的方法和系統(tǒng)的迭代方法消除了 對空間分離的多個信源的約束和多信道相干硬件的需要。
在一個實施例中，可實現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)以通過即使當(dāng)AM同 信道信號的數(shù)量超過天線元件或傳感器的數(shù)量時能夠進行同信道信號 分離來改進AM接收機系統(tǒng)的可靠性和性能。在另一實施例中，可實 現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)以通過減少分離同信道AM信號所需的對應(yīng)的分 離調(diào)諧器信道和傳感器的數(shù)量來減少AM接收機系統(tǒng)的成本、復(fù)雜性 和/或大小。在另一實施例中，可實現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)以通過允許從 在相同頻率有意發(fā)送的多個同信道AM信號中選擇和分離一個或多個 目標(biāo)AM信號，并潛在地允許簡化并消除用于建立新的AM廣播信道 的政府批準(zhǔn)過程來允許更高效地使用AM頻段。
作為示例，在一個示例性實施例中，可將7>開的方法和系統(tǒng)實現(xiàn) 為接收機系統(tǒng)，其能夠使用耦合到對應(yīng)的單個信道調(diào)諧器的單個傳感 器(例如單個天線)來從兩個或多個發(fā)送的同信道AM信號中分離或 隔離至少一個AM信號?？衫眠@樣的單個傳感器實現(xiàn)來實現(xiàn)節(jié)省成 本并減少接收機系統(tǒng)大小，幫助在移動平臺(例如，船、飛行器、汽 車、火車、無人航空工具、模型飛行器等)上安裝這樣的接收機系統(tǒng)， 在這些移動平臺中，成本較高和較大的多個傳感器天線接收機系統(tǒng)的 實現(xiàn)是不切實際或不可能的。
可在一個實施例中有利地實現(xiàn)/>開的方法和系統(tǒng)以從已經(jīng)從過 載的信號環(huán)境分離的同信道AM信號中選擇性地隔離(例如為了收聽、 進一步處理等的目的) 一個或多個期望的同信道AM信號，所述過載 的信號環(huán)境是例如當(dāng)恒定或移動接收機同時在相同頻率上在地理上位 于發(fā)送AM信號的兩個發(fā)射器之間時無意或不期望地創(chuàng)建的。這樣的 情況的一個示例是基于車載的接收機，其位于具有在相同頻率同時廣 播AM信號的發(fā)射機的兩個城市之間。
然而，還可在另一實施例中實現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)，從而能夠有 選擇地隔離已經(jīng)從無意或不期望地創(chuàng)建的過載的信號環(huán)境中分離的一
個或多個AM信號。在這點上，以按更高效地利用選擇的頻率范圍的 方式在相同的所選擇的頻率范圍上同時有意地發(fā)送兩個或多個AM信 號。在這樣的實施例中，可按適合于創(chuàng)建下述過載的信號環(huán)境的任意 方式來發(fā)送或發(fā)源同信道AM信號，根據(jù)所述方式，可分離AM同信 道信號并可使用公開的方法和系統(tǒng)隔離至少一個AM同信道信號。例 如，可(例如由位于分開相鄰的城市中的天線和發(fā)射機，由位于相同 城市的不同地理區(qū)域的天線和發(fā)射機，等等)從地理上的遠程位置發(fā) 送或發(fā)源同信道AM信號，和/或(例如由位于相同無線站或其它設(shè)施 處的天線和發(fā)射機)發(fā)送或發(fā)源同信道AM信號。
在一個示例性實施例中，可在相同的所選擇的頻率范圍上有意發(fā) 送多個商用AM無線電信號。在另一示例性實施例中，可在由AM信 號的其它發(fā)射機(例如商用AM無線發(fā)射機)使用(或可由AM信號 的其它發(fā)射機使用)的相同的所選擇的頻率范圍上連續(xù)地或基于需要 地有意地廣播包含公共服務(wù)信息(例如與天氣有關(guān)的信息、與高速路 有關(guān)的信息、緊急廣播系統(tǒng)"EBS，，信息等)的AM無線電信號。例如， 可實現(xiàn)7>開的方法和系統(tǒng)以允許在可由本地商用AM無線站共享的一 個或多個AM頻率上(例如在所選擇的多個AM頻率上)發(fā)送(例如 當(dāng)出現(xiàn)諸如墜機、地震、龍巻風(fēng)、颶風(fēng)等災(zāi)難事件時)間歇公共服務(wù) 廣播。在該實施例中，可根據(jù)公開的方法和系統(tǒng)配置接收機以隔離公 共服務(wù)廣播與其它同信道AM信號。
如果碰巧有時存在公共服務(wù)傳輸(例如為了有助于確保即使在不 利的同信道信號條件下也接收公共服務(wù)傳輸)，則無論過載的信號環(huán) 境是有意的還是無意的，在一個實施例中，都在被設(shè)計為隔離公共服 務(wù)AM廣播信號與過載的信號環(huán)境的專用公共服務(wù)無線電中實現(xiàn)公開 的方法和系統(tǒng)。在另一實施例中，可將z^開的方法和系統(tǒng)實現(xiàn)為商用 AM無線接收機的一部分，所述商用AM無線接收機凈皮配置為在正常 運行條件下接收商用無線廣播，但還被配置為當(dāng)在過載的信號環(huán)境中 出現(xiàn)間歇公共服務(wù)廣播信號時隔離并識別它們。這樣的接收機可被可 選地配置為優(yōu)選地向收聽者播放公共服務(wù)廣播。在任何情況下，在公
共服務(wù)發(fā)送之前，可使信號環(huán)境過載，或可通過(有意或無意地)同
時將公共服務(wù)傳輸發(fā)送到在相同頻率上的其它AM信號上而創(chuàng)建信號 環(huán)境。
在任意情況下，響應(yīng)于指定同信道AM信號中的給定的一個的標(biāo) 識的命令，可執(zhí)行給定的同信道AM信號與已經(jīng)接收并與在過栽的信 號環(huán)境中接收的RF數(shù)據(jù)分離的其它同信道AM信號的隔離。這樣的 命令可例如發(fā)源于適合于可選擇地挑選用于隔離的給定同信道AM信 號(例如，用戶挑選用于收聽的期望的同信道廣播、計算機處理器挑 選用于執(zhí)行手頭的具體任務(wù)所需的選擇的選擇的同信道廣播)的任意 信源。
在一方面中，在此/>開一種用于處理AM信號的方法，所述方法 包括在過載的信號環(huán)境中接收RF數(shù)據(jù)，所述接收的RF數(shù)據(jù)包括 在相同頻率范圍并且同時接收的同信道AM信號；以及分離所述同信 道AM信號中的每一個與所述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號。
在另一方面中，在此公開一種用于發(fā)送AM信號的方法，所述方 法包括提供RF數(shù)據(jù)，所述RF數(shù)據(jù)包括在相同頻率范圍并且同時 發(fā)送以由在過載的信號環(huán)境中運行的接收機接收的同信道AM信號， 所述接收機被配置為分離所述同信道AM信號與所述RF數(shù)據(jù)的其它 同信道AM信號。
在另一方面中，在此公開一種使用過載的信號環(huán)境通信的系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括發(fā)送電路，被配置為提供RF數(shù)據(jù)，所述RF數(shù)據(jù)包 括在相同頻率范圍并且同時發(fā)送的同信道AM信號；以及接收和分離 電路，被配置為接收并分離所述同信道AM信號與所述RF數(shù)據(jù)的其 它同信道AM信號。
在另一方面中，在此公開一種用于處理AM信號的方法，包括 接收RF數(shù)據(jù)，所述RF數(shù)據(jù)包括同信道AM信號。該方法可包括 通過以下步驟分離每一同信道AM信號與接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信 道AM信號i)提供所述同信道AM信號的(S)的初始估計和表示 所述同信道AM信號的幅度和相位的(a)的初始估計，ii)至少部分
地基于所述同信道AM信號的最近的先前估計(W力)、表示所述同 信道AM信號的幅度和相位的(a)的最近的先前估計以及所述接收 的RF數(shù)據(jù)(r)來提供所述同信道AM信號的至少一個附加的改進估 計，以及Hi)重復(fù)步驟ii)，直到滿足指定的終止準(zhǔn)則。
在另一方面中，在此公開一種AM信號處理系統(tǒng)，包括接收和 分離電路，被耦合以從在過載的信號環(huán)境中運行的至少一個傳感器接 收RF數(shù)據(jù)，所述接收的RF數(shù)據(jù)包括在相同頻率范圍并且同時接收 的同信道AM信號。所述接收和分離電路可被配置為分離所述同信道 AM信號中的每一個與所述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號。
在另一方面中，在此公開一種AM信號處理系統(tǒng)，包括接收和 分離電路，被耦合以從在過載的信號環(huán)境中運行的單個傳感器接收RF 數(shù)據(jù)，所述接收的RF數(shù)據(jù)包括同信道AM信號。所述接收和分離電 路可被配置為通過以下步驟分離所述同信道AM信號中的每一個與所 述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號i)提供所述同信道AM信 號的(S)的初始估計和表示所述同信道AM信號的幅度和相位的(a) 的初始估計；ii)至少部分地基于所述同信道AM信號的的最近的先 前估計(S"—")、表示所述同信道AM信號的幅度和相位的(a)的 最近的先前估計以及接收的RF數(shù)據(jù)(r)來提供所述同信道AM信號 的至少一個附加的改進估計(Sw );以及iii)重復(fù)步驟ii)，直到 滿足指定的終止準(zhǔn)則。


圖1示出根據(jù)公開的方法和系統(tǒng)的一個示例性實施例的方法。 圖2示出根據(jù)公開的方法和系統(tǒng)的一個示例性實施例的系統(tǒng)。 圖3示出根據(jù)公開的方法和系統(tǒng)的一個示例性實施例的/(義)的曲線圖。
圖4示出根據(jù)公開的方法和系統(tǒng)的一個示例性實施例的/(A)的曲線圖。
圖5-8示出根據(jù)所公開的方法和系統(tǒng)的方法執(zhí)行的仿真結(jié)果。
具體實施例方式
使用公開的方法和系統(tǒng)，可對從過載的信號環(huán)境接收的同信道
AM信號彼此進行分離。在這點上，可通過對同信道信號環(huán)境建模以 有助于分離過載的信號環(huán)境中的同信道AM信號而在一個實施例中實 現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)。例如，為了示例性目的，單個傳感器接收機可 觀察在共同頻帶內(nèi)進行發(fā)送的n個獨立的AM調(diào)制的信源的m個時間 樣本。在公開的方法和系統(tǒng)的一個實施例中，可通過接收的信號(r) 等于信號矩陣(S)乘以復(fù)向量(a)再加上復(fù)噪聲(n)的形式的均 勻采樣的復(fù)基帶接收信號模型表示所述單個傳感器的情況
r = Sa + n (式l)
其中，reCT,Se及訓(xùn)，asC",iieC"'。在式i的模型中，s的列
表示對于每一信源的時間采樣的波形。a的元素是表示每一信源的幅 度和相位的復(fù)標(biāo)量，以及n是復(fù)噪聲向量。通過使用式l的接收信號 模型，可在一個實施例中實現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)以給定了 r的情況下 確定或估計S。在成功估計S之后，可將估計的S的每一列通過傳統(tǒng) 的AM調(diào)制器以提取消息。
圖1示出根據(jù)公開的方法和系統(tǒng)的 一個示例性實施例的可使用式 1的關(guān)系式在過載的信號環(huán)境中分離同信道AM信號而采用的示例性 方法100。如圖1所示，可在步驟110對a和S的值初始化。如將關(guān) 于在此描述的仿真而進一步描述的那樣，雖然能夠用任意其它合適的 類型的值來初始化a，但也可在步驟110將a和S中的每一個初始化 為隨4幾值。
在圖1的步驟120，可使用a和S的最近的先前估計來改善S的 估計。對于改善的S的估計，這說明S的最近的估計比S的先前估計 更近似S的真實值。在這點上，可使用來自步驟110的a和S的初始 化的值，其后，可能需要如下進一步描述的那樣使用a和S的最近的 先前估計值，在步驟120第一次估計S。在圖1的步驟130，可將來自
步驟120的S的估計約束為實數(shù)。其后，可在步驟140針對一個或多 個選擇的終止準(zhǔn)則評估步驟130的結(jié)果(外加其它結(jié)果，例如S的先 前估計或a的可能的當(dāng)前估計)。如果已經(jīng)滿足終止準(zhǔn)則，則在所示 的步驟160接受新述結(jié)果。然而，如果尚未滿足終止準(zhǔn)則，則可使用 從步驟130獲得的S的先前估計在步驟150估計a的新值。可如迭代 流程路徑152表示的那樣重復(fù)步驟120，此時使用來自步驟150的a 的最近的先前估計和來自步驟130的S的最近的先前估計。使用該方 法，可重復(fù)迭代步驟120至150，直到在步驟140滿足一個或多個選 擇的終止準(zhǔn)則，并在步驟160接受該結(jié)果。
參照圖1，更詳細地說，可使用a的最近的先前估計和S的先前 估計在步驟150估計S的值。由于Sa-r對于S具有無限的解，因此 可施加約束以減少S的解空間。例如，在一個實施例中，可連同施加 殘差約束，通過僅考慮相對"接近于"S的最近的先前估計的解(表示 為§("))來減少S的解空間。在這點上，術(shù)語"接近于"指的是Frobenius 范數(shù)意義上的距離度量，其中，通過得到當(dāng)前估計&和先前估計W-"之 間的差的Frobenius范數(shù)來計算所述距離。Frobenius范數(shù)定義為<formula>formula see original document page 16</formula>
在一個示例性實施例中，可將受約束的優(yōu)化問題如下表示為{E"E}
的矩陣跡(trace)的最小化
<formula>formula see original document page 16</formula>(式2)
其中，E如下定義
E = S -S (式3)
其中，^是最小化目標(biāo)函數(shù)并滿足約束的s的當(dāng)前估計，其中，
5是約束邊界，并且其中，&{.}是跡算子。(注意M￡=^ehe}。)
約束邊界(3)是可用于在S的估計期間定義殘差的平方長度的 的參數(shù)，即可將其用來表示在估計和觀察的數(shù)據(jù)之間的可允許的失配 量。在公開的方法和系統(tǒng)的實踐中，可釆用任意合適的約束邊界方法。 例如，0的約束邊界值導(dǎo)致最小平方殘差約束。還可選擇與噪聲功率
(例如，在噪聲功率的估計為可用的情況下)成比例的約束邊界值。 設(shè)置約束邊界值的另一可能的方法是使用純粹啟發(fā)式的方法。
可使用任意合適的方法來求解圖2的受約束的優(yōu)化問題?？烧业?關(guān)于相似的求解方法的進一步的信息。例如Joel H. Trussel和Mehmet R. Civnlar的The Feasible Solution in Signal Restoration, IEEE
Transactions and Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-32, No.2， April 1984， pp.201-212,通過引用將其合并到此。
可使用拉格朗日函數(shù)技術(shù)在一個示例性實施例中求解式2的優(yōu)化 問題。在此情況下，可將拉格朗日函數(shù)表示為<formula>formula see original document page 17</formula>(式4)
拉格朗日函數(shù)的梯度是
<formula>formula see original document page 17</formula>
(式5)
關(guān)于E求解拉格朗日函數(shù)的梯度Ve."e，a)^o的根，對于E產(chǎn)生 以下的表達式，<formula>formula see original document page 18</formula>(式6)
在步驟125，可使用對于上述E的解以及約束式來計算拉格朗曰 乘數(shù)/(義)?？蓪⒗窭嗜粘藬?shù)的表達式表示如下，
<formula>formula see original document page 18</formula>(式7)
可根據(jù)期望來定義拉格朗日乘數(shù)解的范圍，并在步驟125在指定 的范圍內(nèi)進行計算解的嘗試。如果對計算解的嘗試失敗，則可在步驟 128終止該方法，而無可用的估計。可選地，可在步驟128指定對于 拉格朗日乘數(shù)解的一個或多個連續(xù)的較寬范圍，并可進行在指定的連 續(xù)范圍內(nèi)計算解的嘗試，直到求出解，或直到對于所有指定的連續(xù)范 圍已經(jīng)執(zhí)行該方法，但沒有找到解，此時可在步驟128終止該方法。 在確定式7中的根的過程中，對于假定根存在的加括號的范圍指定的 解和范圍影響迭代的速度。<
一旦獲得/(義)的根，就可基于哪個根最小化目標(biāo)函數(shù)WE"E)來選 擇正確的根?？稍谑?中使用這個根來計算投影E，其后可在步驟120 將投影E用于計算&。
在步驟130,在算法的第k次迭代的結(jié)束，也就是當(dāng)模型將每一 信源的時間采樣定義為實數(shù)時，可舍棄&的虛部，并釆用^的實部作 為S的當(dāng)前估計。
在步驟130之后，可在步驟140針對一個或多個終止準(zhǔn)則評估S 的當(dāng)前估計。在這點上，合適的終止準(zhǔn)則可包括可在步驟140使用以 確定是否應(yīng)該接受步驟130的結(jié)果的任意一個或多個指定的準(zhǔn)則。在 一個實施例中，終止準(zhǔn)則可包括具體數(shù)量的已經(jīng)執(zhí)行的迭代(例如步
驟120至150的迭代)。例如，可對于指定的給定數(shù)量的迭代以迭代 的方式執(zhí)行步驟120至150，而無需考慮其它終止準(zhǔn)則?？蛇x地，當(dāng) 已經(jīng)執(zhí)行指定的最大數(shù)量的迭代時(例如當(dāng)尚未滿足其它指定的終止 準(zhǔn)則時)，可指定最大數(shù)量的迭代以終止步驟120至150的迭代。另 一可能是基于其它指定的終止準(zhǔn)則的實現(xiàn)在允許終止步驟120至150 的迭代之前必須執(zhí)行的指定的最小數(shù)量的迭代?？蓡为毑捎没蚪Y(jié)合其 它指定的終止準(zhǔn)則采用的終止準(zhǔn)則的其它示例包括需要用于在步驟 120獲得的殘差的長度的最小閾值(即當(dāng)殘差的長度小于指定的閾值 時終止迭代)，當(dāng)在評估函數(shù)的指定范圍上步驟120的拉格朗日乘數(shù) 函數(shù)(式7)沒有解時終止步驟120至150的迭代等，但不限于此。 應(yīng)理解，終止準(zhǔn)則的前述示例僅是示例性的，可在步驟140附加地或 可選地采用其它準(zhǔn)則。
如果在步驟140滿足指定的終止準(zhǔn)則，則可結(jié)束方法100的步驟， 并在步驟160接受該結(jié)果。然而，如果在步驟140不滿足終止準(zhǔn)則， 則方法100可進入步驟150，在步驟150可使用任意合適的方法，例 如至少使用在前面的步驟120至130中先前確定的結(jié)果的一部分來估 計a的新值。在一個實施例中，可使用最小平方估計方法在步驟150 聯(lián)合估計a的元素。例如，可如下面所描述的那樣使用在步驟130獲 得的S的最近的先前估計和r來計算a的值。
在一個示例性實施例中，對于步驟150，可將最小平方問題表示 為關(guān)于目標(biāo)函數(shù)等于殘差的平方范數(shù)的優(yōu)化問題，<formula>formula see original document page 19</formula> (式8)
因此，優(yōu)化問題是 minJ(a)。 可通過求解目標(biāo)函數(shù)的梯度
argV。./(a)-0的根來求解最小值。使梯度等于0生成以下表達式，<formula>formula see original document page 19</formula> (式9)
因此，對于該示例性實施例，步驟150中的估計可表達為
可通過檢驗?zāi)繕?biāo)函數(shù)的Hessian是正定的來檢驗解為最小，
Va2=VaVaJ(a) = S"S>0
(式ll)
在此情況下，因為S"S是構(gòu)建的正定，所以將解檢驗為最小。 一旦在步驟150已經(jīng)如此估計a，則方法100可經(jīng)由迭代流程路 徑152進入步驟120，在步驟120，可按照先前描述的方式使用來自步 驟150的a的最近的先前估計和來自步驟130的S的最近的先前估計 來估計S的新值。其后可重復(fù)步驟130至140，并且如果在步驟140 滿足終止準(zhǔn)則，則終止方法100,或者如果在步驟140不滿足終止準(zhǔn) 則，則可重復(fù)步驟150。按照該方式，可迭代地重復(fù)步驟150、 120、 125、 130和140，直到在步驟140滿足終止準(zhǔn)則，并且該方法進入步 驟亂
雖然關(guān)于單個傳感器接收機在此進行描述，但應(yīng)理解，可使用多 于一個的傳感器來實現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)的方法，以在過載的信號環(huán) 境中分離同信道AM信號。
可按適合于取得在此和其它地方描述的同信道信號分離結(jié)果的 任何方式將公開的方法和系統(tǒng)實現(xiàn)為例如接收機或收發(fā)機的一部分。 圖2示出系統(tǒng)200的一個示例性實施例，系統(tǒng)200可實現(xiàn)為在過載的 信號環(huán)境中接收并分離同信道AM信號A和B。如圖2所示，系統(tǒng)200 包括單個傳感器，實現(xiàn)為天線220的形式，天線220被耦合到接收 和分離電路214,在該示例性實施例中，接收和分離電路214包括接 收路徑電路210，其耦合到信號分離電路212，應(yīng)理解可采用適合于執(zhí) 行在此和其它地方描述的一個或多個信號分離任務(wù)的接收和分離電路
(式IO)
的任意其它配置。
在圖2中示出系統(tǒng)200被配置為僅進行接收的系統(tǒng)。然而，應(yīng)理 解，在公開的方法和系統(tǒng)的其它實施例中，可以可選地將其實現(xiàn)在配 置為收發(fā)機的系統(tǒng)中。此外，可能的是，可將一個或多個天線220耦 合到接收和分離電路214，和/或天線220可以是單一元件天線或天線 陣列。還應(yīng)理解，在其它實施例中，過載的信號環(huán)境可包括多于兩個 的同信道信號。
如圖2所示，天線220耦合為將RF數(shù)據(jù)202提供給接收路徑電 路210， RF數(shù)據(jù)202包含多個接收的AM信號A和B的組合。接收 路徑電路210 (例如單個信道調(diào)諧器或其它合適的電路)被配置為處 理或調(diào)節(jié)從天線220接收的RF數(shù)據(jù)202，從而將處理的信號204 (例 如作為單調(diào)諧信道)提供給信號分離電路212 (例如實現(xiàn)為數(shù)字信號 處理器的一部分或以其它合適的電路)，處理的信號204包含組合的 多個信號A和B。信號分離電路212被配置為從接收路徑電路210接 收處理的信號204并分離多個信號A和B。如所示的那樣，信號分離 電路212被配置為將多個區(qū)分的信號A和B (例如作為各個分離信號 206和/或208)提供給未示出的其它接收機系統(tǒng)組件(例如用于進一 步處理、AM調(diào)制的組件/電路等)。應(yīng)理解，可由信號分離電路212 同時提供分離信號206和208，或可由信號分離電路212優(yōu)選地或可 選擇地提供區(qū)分的信號206或208中的僅一個。
在公開的方法和系統(tǒng)的實踐中，可使用適合于分離例如從在過載 的信號環(huán)境中布置的一個或多個傳感器接收的兩個或多個組合的同信 道AM信號的任意電路配置或電路配置的組合來實現(xiàn)圖2的信號分離 電路(例如電路212)。例如，在一個實施例中，可通過迭代投影的 方法(例如使用諸如在此結(jié)合圖l描述的方法)使用從一個或多個傳 感器獲得的數(shù)據(jù)在過載的環(huán)境中按適合于取得同信道AM信號的分離 的任意方式來配置信號分離電路。在一個實施例中，可將圖2的信號 分離電路212實現(xiàn)為數(shù)字信號處理器(DSP)?？蛇x地，或除了 DSP 之外，可使用任意其它類型的合適的信號處理器來實現(xiàn)信號分離電路
212。
應(yīng)理解，圖2所示的實施例僅是示例性的，根據(jù)在此公開的方法、 適合于完成信號分離的電路和/或傳感器的任意其它配置是可能的。還 應(yīng)理解，雖然圖2示出從過載的信號環(huán)境分離兩個同信道AM信號， 但可在包括三個或更多的同信道AM信號的過載的信號環(huán)境中實現(xiàn)公 開的方法和系統(tǒng)。在圖2中，示出信號分離電路212被配置為分離同 信道AM信號A和B，并將這些信號提供為分離輸出信號206和208。 然而，應(yīng)理解，在其它實施例中，可將信號分離電路配置為僅分離出 從兩個或多個同信道AM信號的過載的信號環(huán)境接收的一個同信道 AM信號。例如從圖2的過載的信號環(huán)境僅分離AM信號A或B。在 這點上，過載的信號環(huán)境可包括同信道AM信號的任意給定總數(shù)，在 一個實施例中，可按照期望或要求滿足給定應(yīng)用的需要，可將公開的 方法和系統(tǒng)實現(xiàn)為分離出等于或小于同信道AM信號的總數(shù)的同信道 AM信號的任意數(shù)量。在一個示例性實施例中，可將同信道AM信號 的給定總數(shù)表征為具有大于給定信號強度閾值的接收的信號強度的同 信道AM信號的數(shù)量。
仿真結(jié)果
以下是通過結(jié)合用于在過載的信號環(huán)境中的AM信號(S)的估 計的圖1的公開的方法100實現(xiàn)式1-11而執(zhí)行的仿真結(jié)果。對于四 個仿真中的每一個采用的過載的信號實施例包括一個傳感器和兩個同 信道AM信號。應(yīng)理解，雖然可在具有兩個或多個相等強度的AM同 信道信號的過載的信號環(huán)境中實現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)，但用于每一仿 真的兩個同信道信號包括一個相對較強的同信道信號(Sl)和一個相 對較弱的同信道信號(S2)。
如以下進一步描述的那樣，在改變a的初始估計的同時，使用S 的隨機初始估計執(zhí)行四次仿真。在第一仿真中，將a初始化為信號的 已知真實初始相位。在第二仿真中，使用信號的隨機初始相位初始化
a。在第三仿真中，使用信號的已知錯誤初始相位估計a。使用正確的
初始相位但包括頻偏以仿真關(guān)于較強信號(Sl)的多普勒頻移來執(zhí)行
第四仿真。仿真結(jié)果表明，在以已知、隨機或錯誤相位初始化描述的 條件下，公開的方法成功實現(xiàn)了信號分離。因此，仿真顯示了可如何 有利地實現(xiàn)公開的方法，從而即4吏當(dāng)初始相位未知時也成功實現(xiàn)信號分離。
在一些仿真中可見，在特定條件下以錯誤相位進行初始化可提供 比使用隨機相位初始化更好的信號分離。已經(jīng)觀察到，這種狀況出現(xiàn)
的時間趨向于在對于a的每一分量的隨機值的相位與小的角度分離相 關(guān)聯(lián)時。
仿真的信號環(huán)境和信號生成參數(shù)
以下是用于在此描述的仿真的信號參數(shù)的列表。
仿真的消息以仿真的數(shù)據(jù)執(zhí)行仿真，其中，通過對均勻隨機分 布采樣來構(gòu)造消息。還使用記錄的語音數(shù)據(jù)作為消息來執(zhí)行仿真。在 任何情況下，消息都受AM調(diào)制，并加入零均值加性復(fù)高斯白噪。
帶寬受約束的消息已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將消息帶寬約束為傳輸帶寬的分 數(shù)可改進分離性能。
SNR (信噪比)將AM信號的SNR分別i殳置為20dB和15dB。
初始相位兩個信號的初始相位是30。和100°。
AM調(diào)制指數(shù)將仿真的調(diào)制指數(shù)設(shè)置為0.5，其中，調(diào)制指數(shù) 定義為消息的最小值的負數(shù)除以載波幅度的比率。
塊大小對于大多數(shù)情況，將每處理周期的采樣數(shù)量或塊大小設(shè) 置為1024。
多普勒頻率除非被指示為相反，否則將多普勒頻率設(shè)置為0。 仿真的算法參數(shù)值
使用包括兩個同信道AM信號加上噪聲的信號環(huán)境來進行下面 的仿真。因此，將結(jié)合式l描述的信號模型維度參數(shù)(n)設(shè)置為2。 對于仿真，已經(jīng)將約束邊界^設(shè)置為值1，在此情況下，該值是選擇以
提供與單位范數(shù)殘差約束對應(yīng)的s的解的啟發(fā)式值。與之相比，選擇
零的約束邊界值(5 )導(dǎo)致當(dāng)在求解式7中拉格朗日乘數(shù)的根A時需要 搜索的值的較大范圍。如在式7中可見，約束邊界(5 )的值充當(dāng)上 下變換(shift)整個函數(shù)的參數(shù)。在這點上，當(dāng)殘差的長度變小或約 束邊界(5 )是較小的值時，根接近很大的值。圖3是當(dāng)將約束邊界 (5 )設(shè)置為1時一組特定數(shù)據(jù)的/(義)的曲線圖。圖4是被放大到出現(xiàn) 根的圖1的曲線圖的范圍的相同曲線圖。
在以下仿真中，定義用于定位義的根的加括號的范圍內(nèi)的解和范 圍分別是5.0和[-3， 1000。在仿真中使用的選擇的終止準(zhǔn)則是最大 數(shù)量的六次迭代以及對于在指定范圍上在式7中拉格朗日乘數(shù)的根義 的存在的測試的組合。在該示例性實現(xiàn)中，選擇預(yù)先定義的最大迭代 數(shù)量來充當(dāng)所允許的最大迭代數(shù)量的上界，采用對于拉格朗日乘數(shù)的 根義的存在的測試來允許當(dāng)殘差的長度變小時算法終止或退出。
仿真性能
通過簡單AM調(diào)制器的、具有其各自相位的真實信號和估計信號 的幅度對時間曲線圖的形式來呈現(xiàn)四種仿真情況的性能。除了另外注 明之外，所有以下仿真都使用上述參數(shù)值。此外，在每個曲線圖中僅 繪出少數(shù)采樣，從而可容易地看見相對于真實信號的估計信號的軌跡。
圖5示出使用正確初始相位進行的仿真1的結(jié)果。圖6示出使用 隨機初始相位進行的仿真2的結(jié)果。圖7示出使用錯誤初始相位0°和 90。進行的仿真3的結(jié)果。圖8示出使用正確初始相位但卻包括頻偏以 仿真對30°的20dB信號的50Hz的多普勒頻移和對100。的弱信號的無 多普勒頻移的情況的仿真4的結(jié)果。
圖5-8的四個仿真結(jié)果中的每一個示出用于分離和估計較強 AM同信道信號(Sl)和較弱AM同信道信號(S2)兩者的公開的方 法和系統(tǒng)的實現(xiàn)。前面三個仿真假定對兩個信號進行相干調(diào)諧。圖8 示出在具有結(jié)合較強信號(具有較小多普勒頻移)的無多普勒頻移(相 干調(diào)諧的)的較弱信號的過載的信號環(huán)境中實現(xiàn)公開的方法和系統(tǒng)的。
對于該仿真，塊大小從1024個采樣減少為以10kHz的采樣率的32個 采樣。在一個示例性實施例中，可將多普勒頻率對采樣率的比率用于 在采樣之間確定存在多少相位改變，并確定公開的方法和系統(tǒng)的性能。 關(guān)于在此描述的仿真，注意，a的最終估計可不收斂到真實的a。 在這點上，由于1的約束邊界忽略了幾乎所有的噪聲功率，因此假定 a的每一分量可以稍微擾動偏離真實值是合理的。將相位初始化為0° 和90。的情況可能導(dǎo)致收斂到大約6。和84。的錯誤相位的估計。甚至在 收斂到錯誤相位的情況下，結(jié)果也顯示可估計每一信號。隨每一迭代 降低的殘差表明S和a的估計隨著每一迭代而越來越"符合"數(shù)據(jù)。應(yīng) 理解，在其它示例性實施例中，還可通過多普勒頻移和失諧(miss tuning)偏移的結(jié)合來增強特定信號環(huán)境的性能而實現(xiàn)公開的方法和 系統(tǒng)。
雖然本發(fā)明可適用于各種修改和替換的形式，但已經(jīng)在此描述并 通過示例示出具體實施例。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明并非期望受限于所 公開的特定形式。相反，本發(fā)明覆蓋落入由所附權(quán)利要求定義的本發(fā) 明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物以及替換。此外，可進行各種 組合和/或獨立地使用/>開的方法和系統(tǒng)的不同方面。因此，本發(fā)明不 限于僅在此示出的那些組合，而是可包括其它組合。
權(quán)利要求
1、一種用于處理AM信號的方法，包括在過載的信號環(huán)境中接收RF數(shù)據(jù)，所述接收的RF數(shù)據(jù)包括在相同頻率范圍中并且同時接收的同信道AM信號；以及分離所述同信道AM信號中的每一個與所述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分離包括基于接收 的RF數(shù)據(jù)估計所述同信道AM信號中的每一個。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述分離還包括 提供所述同信道AM信號中的每一個的初始估計；至少部分地基于所述接收的RF數(shù)據(jù)和所述同信道AM信號中的 每一個的所述初始估計提供所述同信道AM信號中的每一個的第一改 進估計；以及至少部分地基于所述接收的RF數(shù)據(jù)和所述同信道AM信號中的 每一個的所述第一改進估計提供所述同信道AM信號中的每一個的第 二改進估計。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述分離還包括i) 提供所述同信道AM信號中的每一個的初始估計；以及ii) 至少部分地基于所述接收的RF數(shù)據(jù)和所述同信道AM信號 中的每一個的最近的先前估計提供所述同信道AM信號中的每一個的 至少一個附加的改進估計。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括重復(fù)步驟ii)，直到滿 足指定的終止準(zhǔn)則。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，由單個傳感器接收所述RF 數(shù)據(jù)；其中，所述步驟O包括提供所述同信道AM信號的(S)的 初始估計和表示所述同信道AM信號的幅度和相位的(a)的初始估 計；并且其中，所述步驟ii)包括至少部分地基于所述同信道AM 信號的最近的先前估計(W-1))、表示所述同信道AM信號的幅度和 相位的(a)的最近的先前估計以及所述接收的RF數(shù)據(jù)(r)提供所 述同信道AM信號的改進估計。
7、如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述步驟ii)包括根據(jù)以下關(guān)系式提供最小化目標(biāo)函數(shù)^E"E)并且滿足約束邊界(cO的所述同信道AM信號的附加估計(S(i)): min^{EwE}服從<formula>formula see original document page 3</formula>
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過在相同頻率范圍內(nèi)同 時有意地廣播所述同信道AM信號來創(chuàng)建所述過栽的信號環(huán)境。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述同信道AM信號中的 一個包括公共服務(wù)信息；并且其中，所述方法還包括隔離包括所述 公共服務(wù)信息的所述AM信號與所述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信道 AM信號。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述方法還包括響應(yīng)于 指定所述同信道AM信號中的給定的一個的標(biāo)識的命令，選擇性地隔 離所述同信道AM信號中的所述給定的一個與所述接收的RF數(shù)據(jù)中 的其它同信道AM信號。
11、 一種用于發(fā)送AM信號的方法，包括提供RF數(shù)據(jù)，所述 RF數(shù)據(jù)包括在相同頻率范圍并且同時發(fā)送以由在過載的信號環(huán)境中 運行的接收機接收的同信道AM信號，所述接收機被配置為分離所述 同信道AM信號中的每一個與所述RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述同信道AM信號中 的一個包括公共服務(wù)信息；并且其中，所述接收機還被配置為隔離包 括所述公共服務(wù)信息的所述AM信號與所述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同 信道AM信號。
13、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述接收機還被配置為 響應(yīng)于指定所述同信道AM信號中的給定的一個的標(biāo)識的命令，選擇 性地隔離所述同信道AM信號中的所述給定的一個與所述接收的RF 數(shù)據(jù)中的其它同信道AM信號。
14、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述方法還包括接收 包括同信道AM信號的所述發(fā)送的RF數(shù)據(jù)；以及分離所述同信道AM 信號中的每一個與所述RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號。
15、 一種使用過載的信號環(huán)境進行通信的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 發(fā)送電路，被配置為提供RF數(shù)據(jù)，所述RF數(shù)據(jù)包括在相同頻率范圍并且同時發(fā)送的同信道AM信號；以及；接收和分離電路，被配置為接收并分離所述同信道AM信號中的 每一個與所述RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號。
16、 一種用于處理AM信號的方法，包括接收RF數(shù)據(jù)，所述接收的RF數(shù)據(jù)包括同信道AM信號；以及 通過以下步驟分離所述同信道AM信號中的每一個與所述接收 的RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號i) 提供所述同信道AM信號的(S)的初始估計和表示所述同信 道AM信號的幅度和相位的(a)的初始估計，ii) 至少部分地基于所述同信道AM信號的最近的先前估計 (W—1))、表示所述同信道AM信號的幅度和相位的(a)的最近的先前估計以及所述接收的RF數(shù)據(jù)(r)來提供所述同信道AM信號的 ()的至少一個附加的改進估計，以及iii) 重復(fù)步驟ii)，直到滿足指定的終止準(zhǔn)則。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述步驟ii)包括根 據(jù)以下關(guān)系式提供用于最小化目標(biāo)函數(shù)^E"巧并且滿足約束邊界(^ ) 的所述同信道AM信號的附加估計(§(t)):<formula>formula see original document page 4</formula>其中，<formula>formula see original document page 5</formula>
18、如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述步驟ii)還包括: 通過以下步驟最小化目標(biāo)函數(shù)^E"E)并且滿足約束邊界(^): a)形成拉格朗日函數(shù)<formula>formula see original document page 5</formula> b)其后，計算拉格朗日函數(shù)的梯度:<formula>formula see original document page 5</formula>c) 其后，關(guān)于E求出拉格朗日函數(shù)的梯度的根；d) 求出用于最小化目標(biāo)函數(shù)^E"E)的/(;i)的根，其中<formula>formula see original document page 5</formula>e)其后，使用以下關(guān)系式計算投影(E):<formula>formula see original document page 5</formula>f) 其后，使用以下關(guān)系式計算所述同信道AM信號的估計(S("): E-S —S;以及g) 將^"約束為實數(shù)。
19、 一種AM信號處理系統(tǒng)，包括接收和分離電路，被耦合以從在過載的信號環(huán)境中運行的至少一 個傳感器接收RF數(shù)據(jù)，所述接收的RF數(shù)據(jù)包括在相同頻率范圍并 且同時接收的同信道AM信號；以及其中，所述接收和分離電路被配置為分離所述同信道AM信號中 的每一個與所述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號。
20、 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路被 配置為通過基于所述接收的RF數(shù)據(jù)估計所述同信道AM信號中的每 一個來分離所述同信道AM信號中的每一個與所述其它同信道AM信 號。
21、 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路還 被酉己置為提供所述同信道AM信號中的每一個的初始估計； 至少部分地基于所述接收的RF數(shù)據(jù)和所述同信道AM信號中的每一個的所述初始估計來提供所述同信道AM信號中的每一個的第一改進估計；以及至少部分地基于所述接收的RF數(shù)據(jù)和所述同信道AM信號中的每一個的所述第一改進估計來提供所述同信道AM信號中的每一個的第二改進估計。
22、 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路還 ;陂配置為i) 提供所述同信道AM信號中的每一個的初始估計；以及ii) 至少部分地基于所述接收的RF數(shù)據(jù)和所述同信道AM信號 中的每一個的最近的先前估計來提供所述同信道AM信號中的每一個 的至少一個附加的改進估計。
23、 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路還 被配置為重復(fù)步驟ii)，直到滿足指定的終止準(zhǔn)則。
24、 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，所述至少一個傳感器是單個傳 感器，并且其中，所述接收和分離電路還被配置為通過提供所述同信道AM信號的(S)的初始估計和表示所述同 信道AM信號的幅度和相位的(a)的初始估計來執(zhí)行所述步驟i); 以及通過至少部分地基于所述同信道AM信號的最近的先前估計 、表示所述同信道AM信號的幅度和相位的(a)的最近的先 前估計以及所述接收的RF數(shù)據(jù)(r)提供所述同信道AM信號的改進 估計(纟(")來執(zhí)行所述步驟ii)。
25、如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路還 被配置為通過根據(jù)以下關(guān)系式提供用于最小化目標(biāo)函數(shù)&{E"E}并且滿足 約束邊界(5 )的所述同信道AM信號的附加估計()來執(zhí)行所述 步驟ii):min 服從<formula>formula see original document page 7</formula>其中，E-S -S 。
26、 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述同信道AM信號中 的一個包括公共服務(wù)信息；并且其中，所述接收和分離電路還被配置 為隔離包括所述公共服務(wù)信息的所述AM信號與所述接收的RF數(shù)據(jù) 的其它同信道AM信號。
27、 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路還 被配置為響應(yīng)于指定所述同信道AM信號中的給定的一個的標(biāo)識的 命令，選擇性地隔離所述同信道AM信號中的所述給定的一個與所述 接收的RF數(shù)據(jù)中的其它同信道AM信號。
28、 一種AM信號處理系統(tǒng)，包括接收和分離電路，被耦合以從在過載的信號環(huán)境中運行的單個傳 感器接收RF數(shù)據(jù)，所述接收的RF數(shù)據(jù)包括同信道AM信號；以及其中所述接收和分離電路被配置為通過以下步驟分離所述同信 道AM信號中的每一個與所述接收的RF數(shù)據(jù)的其它同信道AM信號i) 提供所述同信道AM信號的(S)的初始估計和表示所述同信 道AM信號的幅度和相位的(a)的初始估計，ii) 至少部分地基于所述同信道AM信號的最近的先前估計 (")、表示所述同信道AM信號的幅度和相位的(a)的最近的先前估計以及接收的RF數(shù)據(jù)(r)提供所述同信道AM信號的()的至少一個附加的改進估計，以及iii)重復(fù)步驟ii)，指定滿足指定的終止準(zhǔn)則。
29、如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路還 被配置為通過根據(jù)以下關(guān)系式提供用于最小化目標(biāo)函數(shù)&{EffE}并且 滿足約束邊界(3 )的所述同信道am信號的附加估計()來執(zhí)行 所述步驟ii):服從<formula>formula see original document page 8</formula>
30、如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述接收和分離電路還 被配置為通過用以下步驟最小化目標(biāo)函數(shù)^E"E)并且滿足約束邊界(5 ) 來執(zhí)行步驟ii):a)形成拉格朗日函數(shù)<formula>formula see original document page 8</formula>b)其后，計算拉格朗日函數(shù)的梯度 ▽e』(e,;i)=e+;i<formula>formula see original document page 8</formula>c) 其后，關(guān)于E求出拉格朗日函數(shù)的梯度的根；d) 求出最小化目標(biāo)函數(shù)WE"E)的/(;i)的根，其中<formula>formula see original document page 8</formula>e)其后，使用以下關(guān)系式計算投影(E): <formula>formula see original document page 9</formula>f) 其后，使用以下關(guān)系式計算所述同信道AM信號的估計():E = S -S ;以及g) 將()約束為實數(shù)。
全文摘要
可通過迭代投影的方法使用RF數(shù)據(jù)來分離(212)在過載的信號環(huán)境中接收的多個同信道AM信號(A，B)。
文檔編號H04B1/02GK101103522SQ200580029184
公開日2008年1月9日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者詹姆斯·F·柯林 申請人:L-3綜合系統(tǒng)公司