一种谐波干扰消除的方法及装置、接收设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤指一种谐波干扰消除的方法及装置、接收设备。

背景技术

在无线通信系统中，接收机所接收的信号中经常会出现干扰信号，比如谐波干扰等，干扰信号导致相应频点处有用信号的信噪比恶化，从而严重影响接收性能。

谐波干扰中的谐波频点可能来自于接收机电路本身，也可能来自外界干扰。比如，射频(简称RF，Radio Frequency)晶振谐波干扰，当晶振的谐波分量耦合到RF高频输入口，再通过混合器后，就变成接收信号的带内干扰。

谐波频点可能是已知频率的谐波，比如上述的射频晶振谐波干扰，其谐波频点为晶振基频的整数倍，而晶振基频事先已知。

对于已知频率的谐波干扰，其谐波频点位置固定，可以利用已知频率信息进行谐波干扰消除，比如在已知的谐波干扰频点设置对应的陷波滤波器。

但是若谐波频点是未知频率的谐波，或谐波频点动态变化，上述方法就不适合了，所以有必要提出一种适合谐波干扰频点未知或谐波干扰频点变化的谐波干扰消除方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种谐波干扰消除的方法及装置、接收设备，用于解决谐波干扰频点未知或谐波干扰频点变化的谐波干扰问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种谐波干扰消除的方法，包括：对接收信号进行第一次接收处理，得到原始信号估计；对所述原始信号估计进行重构；根据重构信号，得到噪声估计信号；对所述噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点；根据所述谐波干扰频点设置陷波滤波器的陷波频率，并用所述陷波滤波器对所述接收信号进行滤波处理；对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。

进一步地，所述第一次接收处理包括：对接收信号依次进行解调处理和译码处理,将译码处理后的结果作为原始信号估计；对所述原始信号估计进行重构，包括：对所述原始信号估计依次进行编码处理和调制处理。

进一步地，根据以下公式，由所述接收信号和重构信号得到噪声估计信号n：

其中，y为所述接收信号，

进一步地，所述的对所述噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点，包括：对所述噪声估计信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱信息；从所述频谱信息中挑选出能量超过预设门限，且频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为谐波干扰频点。

进一步地，所述的对接收信号依次进行解调处理和译码处理，包括：对接收信号用陷波滤波器进行第一次滤波处理，再对第一次滤波后的信号进行解调处理和译码处理；所述陷波滤波器的陷波频率为前一次的谐波干扰频点；所述的根据重构信号，得到噪声估计信号，包括：根据所述第一次滤波后的信号和重构信号，得到噪声估计信号。

进一步地，所述的对所述噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点，包括：对所述噪声估计信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱信息；从所述频谱信息中挑选出能量超过预设门限，且频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为本次输出的候选干扰频点；获取前一次输出的谐波干扰频点在所述频谱信息中的能量，并根据所述陷波滤波器的滤波深度参数对其进行补偿，得到对应的补偿能量；根据所述候选干扰频点的能量与前一次输出的谐波干扰频点的补偿能量，从所述候选干扰频点和所述前一次输出的谐波干扰频点中，挑选出频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为本次输出的谐波干扰频点。

本发明还提供一种谐波干扰消除的装置，包括：接收处理模块，用于对接收信号进行第一次接收处理，得到原始信号估计；重构模块，用于对所述原始信号估计进行重构；噪声估计模块，用于根据重构信号，得到噪声估计信号；谐波估计模块，用于对所述噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点；陷波滤波模块，用于根据所述谐波干扰频点设置陷波滤波器的陷波频率，用所述陷波滤波器对所述接收信号进行滤波处理；所述接收处理模块，还用于对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。

进一步地，所述接收处理模块，还用于对接收信号依次进行解调处理和译码处理,将译码处理后的结果作为原始信号估计；所述重构模块，还用于对所述原始信号估计依次进行编码处理和调制处理。

进一步地，所述接收处理模块，还用于对接收信号用陷波滤波器进行第一次滤波处理，再对第一次滤波后的信号进行解调处理和译码处理，将译码处理后的结果作为原始信号估计；所述陷波滤波器的陷波频率为前一次的谐波干扰频点；所述噪声估计模块，还用于根据所述第一次滤波后的信号和重构信号，得到噪声估计信号。

本发明还提供一种接收设备，包括：包括前述任一项所述的谐波干扰消除的装置。

通过本发明提供的一种谐波干扰消除的方法及装置、接收设备，至少能够带来以下有益效果：

1、本发明在接收时利用信号重构进行谐波干扰频点检测，根据谐波干扰频点动态调整陷波滤波器的参数，对接收信号进行陷波滤波，从而自适应消除谐波干扰，提升接收设备的接收性能。

2、本发明通过自适应检测谐波干扰频点，能够很好的跟踪谐波干扰频点的变化。

3、本发明通过用前一次的谐波干扰频点设置的陷波滤波器对接收信号进行第一次滤波，再利用信号重构做进一步的谐波干扰检测，再更新陷波滤波器的陷波频率，如此循环，进一步提升了谐波干扰检测的准确性。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，一种谐波干扰消除的方法及装置、接收设备的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的一种谐波干扰消除的方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明的一种谐波干扰消除的方法的另一个实施例的流程图；

图3是本发明的一种谐波干扰消除的装置的一个实施例的结构示意图；

图4是本发明的一种接收设备的一个实施例的结构示意图；

图5是无线通信系统的一种结构示意图；

图6是本发明应用于LTE系统的一种谐波干扰消除方法的工作原理示意图。

附图标号说明：

100.接收处理模块，200.重构模块，300.噪声估计模块，400.谐波估计模块，500.陷波滤波模块，40.谐波干扰消除的装置。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘制了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本发明的一个实施例，如图1所示，一种谐波干扰消除的方法，包括：

步骤S100对接收信号进行第一次接收处理，得到原始信号估计。

步骤S200对原始信号估计进行重构。

具体地，典型的无线通信系统如图5所示，包括无线接入网(Radio AccessNetwork，RAN)11和核心网(Core Network，CN)12，用户设备(User Equipment，UE)13通过AN11接入到无线网络，经过CN 12与其它网络，例如数据网络(Data Nework)，通信。

RAN侧的设备可以称为RAN设备，又可以称为基站。在不同的通信制式中其名称不同，例如，在长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中称为演进型节点B(evolved NodeB，eNB)，在5G系统中，称为下一代节点B(gNB)。基站与UE之间通过空口(Uu)通信。在上行方向上，UE发送数据，基站接收。在下行方向上，基站发送数据，UE接收。

本实施例适用于接收端，在基站的上行方向或UE的下行方向都可以实施。

第一次接收处理的一种实施方式是，对接收信号进行解调处理,将解调处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第一原始信号估计。相应地，对第一原始信号估计进行调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的一种发射信号估计。

第一次接收处理的另一种实施方式是，对接收信号依次进行解调处理和译码处理,将译码处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第二原始信号估计。对第二原始信号估计进行编码处理和调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的另一种发射信号估计。这种实施方式，根据译码后结果进行重构，重构信号更准确，使得后续的噪声估计信号更准确，从而使谐波干扰频点的检测更准确。另外，根据译码结果的CRC校验是否正确可以识别译码结果的准确性。优选地，若译码CRC校验正确，对原始信号估计进行重构以及执行后续的步骤；否则，放弃。

步骤S300根据接收信号和重构信号，得到噪声估计信号。

根据以下公式得到噪声估计信号n：

其中，y为接收信号，

步骤S400对噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点。

具体地，对噪声估计信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱信息。从频谱信息中挑选出能量超过预设门限，且频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为谐波干扰频点。具体地，可以从频谱信息中找出能量最强的前N个频点，N为预设数目，将前N个频点中能量超过预设门限的频点作为谐波干扰频点。也可以，从频谱信息中找出能量超过预设门限的频点，再从这些频点中挑选谐波干扰频点，若这些频点数大于N，则选出能量最强的前N个频点，作为谐波干扰频点；若这些频点数不大于N，则将这些频点作为谐波干扰频点。

步骤S500根据谐波干扰频点设置陷波滤波器的陷波频率，并用陷波滤波器对接收信号进行滤波处理。

步骤S600对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。

具体地，将本次输出的陷波滤波器的陷波频率设置为谐波干扰频点。若有多个谐波干扰频点，则设置对应数目的陷波滤波器。可根据预设的谐波干扰频点数确定陷波滤波器的数目。若在实际检测中没有检测出达到预设的谐波干扰频点数的谐波干扰频点，则可将多余的陷波滤波器的参数设为直通。

用陷波滤波器对接收信号进行滤波处理，对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。第二次接收处理是指常规的接收处理，包括解调处理和译码处理。因第二次接收处理消除了谐波干扰的影响，所以第二次接收处理得到的信号估计更准确，作为最终的原始信号。

本实施例，通过在接收时利用信号重构进行谐波干扰频点检测，根据谐波干扰频点动态调整陷波滤波器的参数，对接收信号进行陷波滤波，从而自适应消除谐波干扰，提升接收设备的接收性能；能够自适应检测谐波干扰频点，跟踪谐波干扰频点的变化。

本发明的另一个实施例，如图2所示，一种谐波干扰消除的方法，包括：

步骤S110对接收信号用陷波滤波器进行第一次滤波处理，再对第一次滤波后的信号进行第一次接收处理，得到原始信号估计；陷波滤波器的陷波频率为前一次的谐波干扰频点。

步骤S210对原始信号估计进行重构。

具体地，本实施例适用于接收端，在基站的上行方向或UE的下行方向都可以实施。

初始，陷波滤波器设为直通，比如，可将陷波频率的初始值设为接收频带外的一个频点。在已获得谐波干扰频点后，陷波频率为前一次的谐波干扰频点。

第一次接收处理的一种实施方式是，对接收信号进行解调处理,将解调处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第一原始信号估计。相应地，对第一原始信号估计进行调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的一种发射信号估计。

第一次接收处理的另一种实施方式是，对接收信号依次进行解调处理和译码处理,将译码处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第二原始信号估计。对第二原始信号估计进行编码处理和调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的另一种发射信号估计。优选地，若译码CRC校验正确，对原始信号估计进行重构以及执行后续的步骤；否则，放弃。

由于对接收信号先进行了滤波处理，滤除了一部分干扰，再进行第一次接收处理，得到的原始信号估计，相比于对接收信号直接进行第一次接收处理得到的原始信号估计会更准确。由此得到的重构信号也会更准确。

步骤S310根据第一次滤波后的信号和重构信号，得到噪声估计信号。

根据以下公式得到噪声估计信号n：

其中，y2为第一次滤波后的信号，

步骤S410对噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点。

具体包括：对噪声估计信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱信息；从频谱信息中挑选出能量超过预设门限，且频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为本次输出的候选干扰频点；获取前一次输出的谐波干扰频点在该频谱信息中的能量，并根据陷波滤波器的滤波深度参数对其进行补偿，得到对应的补偿能量；根据候选干扰频点的能量与前一次输出的谐波干扰频点的补偿能量，从候选干扰频点和前一次输出的谐波干扰频点中，挑选出频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为本次输出的谐波干扰频点。

示例，假设预设数目为3，谐波滤波器的滤波深度参数为10dB，前一次输出3个谐波干扰频点，为f11、f12、f13；本次输出3个候选干扰频点，对应频点为f1、f2、f3。从本次得到的频谱信息中，f1、f2、f3的能量值分别为a1、a2、a3；获取f11、f12、f13的能量值分别为b1、b2、b3；由于f11、f12、f13频点的信号受到谐波滤波器的陷波滤波处理，得到的信号能量减小了10dB，所以他们实际的能量应该加上10dB，再与f1、f2、f3的能量值进行比较。得到f11、f12、f13的补偿能量值分别为(b1+10)、(b2+10)、(b3+10)。比较f11、f12、f13的能量值和f11、f12、f13的补偿能量值，从中挑选能量最大的前3个频点作为本次输出的谐波干扰频点。

步骤S510根据本次输出的谐波干扰频点更新陷波滤波器的陷波频率，并用陷波滤波器对接收信号进行滤波处理。

步骤S610对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。

第二次接收处理是指常规的接收处理，包括解调处理和译码处理。将第二次接收处理得到的信号作为最终的原始信号。

本实施例，先用前一次的谐波干扰频点设置的陷波滤波器对接收信号进行第一次滤波处理，再进行常规的接收处理可以获得更准确的原始信号估计，从而获得更准确的重构信号，进一步提升了谐波干扰检测的准确性。

本发明的一个实施例，如图3所示，一种谐波干扰消除的装置40，包括：

接收处理模块100，用于对接收信号进行第一次接收处理，得到原始信号估计。

重构模块200，用于对原始信号估计进行重构。

具体地，本实施例适用于接收端，在基站的上行方向或UE的下行方向都可以实施。

第一次接收处理的一种实施方式是，对接收信号进行解调处理,将解调处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第一原始信号估计。相应地，对第一原始信号估计进行调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的一种发射信号估计。

第一次接收处理的另一种实施方式是，对接收信号依次进行解调处理和译码处理,将译码处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第二原始信号估计。对第二原始信号估计进行编码处理和调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的另一种发射信号估计。这种实施方式，根据译码后结果进行重构，重构信号更准确，使得后续的噪声估计信号更准确，从而使谐波干扰频点的检测更准确。另外，根据译码结果的CRC校验是否正确可以识别译码结果的准确性。优选地，若译码CRC校验正确，对原始信号估计进行重构以及执行后续的步骤；否则，放弃。

噪声估计模块300，用于根据接收信号和重构信号，得到噪声估计信号。

噪声估计模块300根据以下公式得到噪声估计信号n：

其中，y为接收信号，

谐波估计模块400，用于对噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点。

具体地，谐波估计模块对噪声估计信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱信息。从频谱信息中挑选出能量超过预设门限，且频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为谐波干扰频点。

陷波滤波模块500，用于根据谐波干扰频点设置陷波滤波器的陷波频率，并用陷波滤波器对接收信号进行滤波处理。

接收处理模块100，还用于对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。

具体地，将本次输出的陷波滤波器的陷波频率设置为谐波干扰频点。若有多个谐波干扰频点，则设置对应数目的陷波滤波器。可根据预设的谐波干扰频点数确定陷波滤波器的数目。若在实际检测中没有检测出达到预设的谐波干扰频点数的谐波干扰频点，则可将多余的陷波滤波器的参数设为直通。

用陷波滤波器对接收信号进行滤波处理，对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。第二次接收处理是指常规的接收处理，包括解调处理和译码处理。因第二次接收处理消除了谐波干扰的影响，所以第二次接收处理得到的信号估计更准确，作为最终的原始信号。

本实施例，通过在接收时利用信号重构进行谐波干扰频点检测，根据谐波干扰频点动态调整陷波滤波器的参数，对接收信号进行陷波滤波，从而自适应消除谐波干扰，提升接收设备的接收性能；能够自适应检测谐波干扰频点，跟踪谐波干扰频点的变化。

本发明的一个实施例，如图3所示，一种谐波干扰消除的装置40，包括：

陷波滤波模块500，用于对接收信号用陷波滤波器进行第一次滤波处理；陷波滤波器的陷波频率为前一次的谐波干扰频点。

接收处理模块100，用于对第一次滤波后的信号进行第一次接收处理，得到原始信号估计。

重构模块200，用于对原始信号估计进行重构。

具体地，本实施例适用于接收端，在基站的上行方向或UE的下行方向都可以实施。

初始，陷波滤波器设为直通，比如，可将陷波频率的初始值设为接收频带外的一个频点。在已获得谐波干扰频点后，陷波频率为前一次的谐波干扰频点。

第一次接收处理的一种实施方式是，对接收信号进行解调处理,将解调处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第一原始信号估计。相应地，对第一原始信号估计进行调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的一种发射信号估计。

第一次接收处理的另一种实施方式是，对接收信号依次进行解调处理和译码处理,将译码处理后的结果作为一种原始信号估计，记为第二原始信号估计。对第二原始信号估计进行编码处理和调制处理，得到重构信号，该重构信号为与接收信号对应的另一种发射信号估计。优选地，若译码CRC校验正确，对原始信号估计进行重构以及执行后续的步骤；否则，放弃。

由于对接收信号先进行了滤波处理，滤除了一部分干扰，再进行第一次接收处理，得到的原始信号估计，相比于对接收信号直接进行第一次接收处理得到的原始信号估计会更准确。由此得到的重构信号也会更准确。

噪声估计模块300，用于根据第一次滤波后的信号和重构信号，得到噪声估计信号。

噪声估计模块300根据以下公式得到噪声估计信号n：

其中，y2为第一次滤波后的信号，

谐波估计模块400，用于对噪声估计信号进行频域分析，得到谐波干扰频点。

具体包括：对噪声估计信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱信息；从频谱信息中挑选出能量超过预设门限，且频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为本次输出的候选干扰频点；获取前一次输出的谐波干扰频点在该频谱信息中的能量，并根据陷波滤波器的滤波深度参数对其进行补偿，得到对应的补偿能量；根据候选干扰频点的能量与前一次输出的谐波干扰频点的补偿能量，从候选干扰频点和前一次输出的谐波干扰频点中，挑选出频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为本次输出的谐波干扰频点。

陷波滤波模块500，还用于根据本次输出的谐波干扰频点更新陷波滤波器的陷波频率，并用陷波滤波器对接收信号进行滤波处理。

接收处理模块100，还用于对滤波处理后的信号进行第二次接收处理。

第二次接收处理是指常规的接收处理，包括解调处理和译码处理。将第二次接收处理得到的信号作为最终的原始信号。

本实施例，先用前一次的谐波干扰频点设置的陷波滤波器对接收信号进行第一次滤波处理，再进行常规的接收处理可以获得更准确的原始信号估计，从而获得更准确的重构信号，进一步提升了谐波干扰检测的准确性。

需要说明的是，本发明提供的谐波干扰消除的装置的实施例与前述提供的谐波干扰消除的方法的实施例均基于同一发明构思，能够取得相同的技术效果。因而，谐波干扰消除的装置的实施例的其它具体内容可以参照前述谐波干扰消除的方法的实施例内容的记载。

本发明还提供了具体实施场景示例，将本申请提供的谐波干扰消除的方法和装置应用于LTE系统，用于提高接收端的谐波干扰消除能力，接收端可以是基站或UE。

工作原理示意图如图6所示，在解调处理之前，增加陷波滤波器(Notch Filter)组，用于对检测出的谐波干扰进行消除。

具体步骤如下：

步骤S0、接收机对天线口的接收信号进行射频处理后，得到用于基带处理的接收信号。在基带处理中，先经过陷波滤波器组进行第一次滤波。

初始将陷波滤波器组设为直通。

在进行第一次谐波干扰检测后，陷波滤波器组的陷波频率在步骤S4将被更新为第一次检测出的谐波干扰频点。在进行第二次谐波干扰检测时，陷波滤波器组的陷波频率保持不变，即为第一次检测出的谐波干扰频点，进行第一次滤波。在第二次谐波干扰检测后，陷波滤波器组的陷波频率被更新为第二次检测出的谐波干扰频点，如此循环，这样对于干扰频点稳定的情况，陷波滤波器组的陷波频率将会稳定下来。

步骤S1、对第一次滤波后的信号进行解调和译码处理，得到原始信号估计。此次接收处理称为第一次接收处理。

步骤S2、若译码后结果CRC校验正确，则根据译码结果重构出与当前接收信号对应的发射信号，作为重构信号。

步骤S3、根据第一系滤波后的信号、重构信号及当前信道估计矩阵H，进行谐波估计，输出谐波干扰频点。

当前信道估计矩阵H可以根据收到的参考信号进行信道估计得到。

步骤S3具体包括：

步骤S31、设时域上第一次滤波后的信号为y2，重构信号为

步骤S32、对噪声估计信号n进行FFT(快速傅里叶变换)分析，得到噪声中各个频点的能量，进一步归一化处理，得到在有用信号强度归一化下，噪声中各个频点的相对能量(又称为归一化能量，即基于信号强度为1的相对能量)，如此得到各个频点的频谱信息。

步骤S33、从频谱信息中找出超过预设门限，且相对能量最强的m个频点f1～fm，将这些频点作为候选干扰频点。

步骤S34、获取前一次输出的谐波干扰频点在该频谱信息中的能量，并根据陷波滤波器的滤波深度参数对其进行补偿，得到对应的补偿能量。

步骤S35、根据候选干扰频点的能量与前一次输出的谐波干扰频点的补偿能量，从候选干扰频点和前一次输出的谐波干扰频点中，挑选出频点数不超过预设数目的能量最强的频点作为本次输出的谐波干扰频点。

步骤S4、根据本次输出的谐波干扰频点，计算得到相应的Notch Fliter组的系数，主要是陷波频率、陷波宽度等，用这些系数更新Notch Fliter组。

步骤S5、将接收信号经更新的Notch Fliter组进行陷波滤波，对滤波后的信号进行第二次接收处理，将第二次接收处理的结果作为最终的原始信号。

本发明的一个实施例，如图4所示，一种接收设备，包括谐波干扰消除的装置40。

接收设备对接收信号进行谐波干扰频点检测，根据谐波干扰频点动态调整陷波滤波器的参数，再对接收信号进行陷波滤波，对滤波后的信号进行第二次接收处理，从而自适应消除谐波干扰，提升接收设备的接收性能。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。