CN101034904A - 一种调频收音机准确搜索电台的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种调频收音机准确搜索电台的装置，其包括FM解调器，所述装置还包括包络检测模块、直流幅度检测模块；FM信号经过射频放大、射频下变频、模数转换器和数字正交下变频得到第一信号(I)、第二信号(Q)；第一信号(I)、第二信号(Q)经过低通滤波器后，一路进入FM解调器的输入端，另一路形成两信号的平方和与包络检测模块的输入端相连；FM解调器的输出端与直流幅度检测模块的输入端相连。本发明可以根据晶体振荡器频偏选择直流检测门限值，从而降低了对晶体振荡器频偏的要求，灵活性强，并降低了整个系统的应用成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及调频收音机的应用设计领域，尤其是调频收音机如何准确搜索电台的方法。
【背景技术】
现今在调频收音机如何准确选择合适电台时常用的方法为：
调频信号解调前都有限幅电路，该限幅电路的电流与输入信号强度的对数在相当大的范围内成正比。利用接收信号强度指示(RSSI)电路(该电路检测限幅电路的电流)可得出输入信号的强度，从而选择电台。此种方法的应用例如，在移动通信中的手持设备用接收信号强度指示表示接收信号的大小。
虽然这种方法具有实现电路简单的优点，但却存在容易误判的缺陷。调频收音机信号带宽最大为180KHz左右，而搜台频率间隔分为50KHz、100KHz和200KHz三种。当遇到一个强电台并且其信号带宽大，用频率间隔为50KHz和100KHz搜台时，上述方法在180KHz内指示的信号强度都大于设定门限(该门限一般为最弱电台信号强度)，会误判为2-3个电台。当存在大于设定门限的噪声信号时，上述方法会将此噪声信号误判为电台信号。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种调频收音机准确搜索电台的装置，克服了现有技术关于调频收音机搜索电台容易产生误判现象的不足，用于本振(本振是由锁相环产生的，为混频提供信号源)存在频偏(由于芯片外的晶振存在频偏)的调频收音机芯片准确搜索电台。
为了实现这一目的，本发明提供了一种调频收音机准确搜索电台的装置，其包括FM解调器，所述装置还包括包络检测模块、直流幅度检测模块；FM信号经过射频放大、射频下变频、模数转换器和数字正交下变频得到第一信号(I)、第二信号(Q)；第一信号(I)、第二信号(Q)经过低通滤波器后，一路进入FM解调器的输入端，另一路形成两信号的平方和与包络检测模块的输入端相连；FM解调器的输出端与直流幅度检测模块的输入端相连。
作为本发明的一种优选方案，所述的数字正交下变频是用相互正交的两个数字本振去与来自模数转换器的中频信号混频，得到载波在零频的第一信号(I)、第二信号(Q)。
作为本发明的一种优选方案，所述第一信号(I)为FM调制信号的同相分量，第二信号(Q)为FM调制信号的正交分量。
作为本发明的一种优选方案，所述的低通滤波器带宽为75KHZ。
作为本发明的一种优选方案，所述第一信号(I)、第二信号(Q)的平方和是由第一信号(I)、第二信号(Q)分别送入乘法器然后再相加而得到的。
本发明的另一个目的在于提供一种调频收音机准确搜索电台的方法，包括以下步骤：
(a)将FM信号经过射频放大、射频下变频、模数转换器和数字正交下变频得到FM调制信号的第一信号(I)、第二信号(Q)，第一信号(I)为FM调制信号的同相分量，第二信号(Q)为FM调制信号的正交分量；
(b)将第一信号(I)、第二信号(Q)分别通过低通滤波器滤波；
(c)将低通滤波器输出的第一信号(I)、第二信号(Q)的平方和送入包络检测模块，得到包络检测值；
(d)将经过步骤b的第一信号(I)、第二信号(Q)送入FM解调器，FM解调器解调后把信号输出；
(e)将从FM解调器输出的信号数据送入直流幅度检测模块，得到直流检测值；
(f)分别为包络检测模块和直流幅度检测模块定义第一门限、第二门限；
(g)当包络检测值＜第一门限、直流检测值＜第二门限同时满足时，判断该信号为正常台。
作为本发明的一种优选方案，所述的步骤a中的数字正交下变频是用相互正交的两个数字本振去与来自模数转换器的中频信号混频，得到载波在零频的第一信号(I)、第二信号(Q)。
作为本发明的一种优选方案，所述的步骤c中的低通滤波器输出的第一信号(I)、第二信号(Q)的平方和幅值为FM信号的幅度，该值变化程度反映包络变化大小。
作为本发明的一种优选方案，所述的步骤c中的包络检测模块检测的方法为：包络检测模块输入其中一路经过N次累加再除以N取均值，再把均值重复N次，然后将每个数据点与另外一路数据点相减取绝对值，即得到每个数据幅度变化绝对值；该值经过累加N*N次，再除以N*N个数据点幅度累加值，得到N*N个数据内归一化幅度变化绝对值，即包络检测值。
作为本发明的一种优选方案，所述N为128。
作为本发明的一种优选方案，所述的步骤e中，直流幅度检测模块输入FM解调信号数据，由于该数据是有符号的，累加N*N次再取绝对值就得到直流幅度值，即直流检测值。
作为本发明的一种优选方案，所述的步骤e中，如果频谱没被解调前的滤波器改变，FM解调器解调输出的信号数据的直流与频偏成正比，FM解调器解调后提取解调信号的直流即得到对应的频偏，由此可以正确判断存在不同频偏的信道。
作为本发明的一种优选方案，所述的步骤f中的第一门限根据输入FM信号的信噪比的大小确定；所述的步骤f中的第二门限根据晶体振荡器频偏的大小确定。
本发明可以根据晶体振荡器频偏选择直流检测门限值，从而降低了对晶体振荡器频偏的要求，灵活性强，并降低了整个系统的应用成本。
【附图说明】
图1是调频收音机准确搜索电台的模块框图；
图2是包络检测模块工作的流程图；
图3是直流幅度检测模块工作的流程图。
【具体实施方式】
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
本发明的调频收音机准确搜索电台的方法的一个实施例是：先将FM信号经过射频放大、射频下变频、模数转换器和数字正交下变频得到FM调制信号的同相分量I和正交分量Q，将信号同相分量I、信号正交分量Q分别通过低通滤波器；将低通滤波器输出的信号同相分量I、信号正交分量Q的平方和送入包络检测模块；将低通滤波器输出的信号送入FM解调器；将FM解调输出的信号数据送入直流幅度检测模块；分别为包络检测模块和直流幅度检测模块定义两个门限Ka、Kb；当包络检测值＜Ka和直流检测值＜Kb同时满足时，该信号即为正常台；当遇到一个强电台并且其信号带宽大，以50KHz、100KHz、200KHz的频率间隔搜台时均不会出现多台误判；当存在大于设定门限的噪声信号时也不会将此噪声信号误判为电台。
首先请参阅图1，图1是调频收音机准确搜索电台的模块框图。如图1所示，FM信号经过射频放大、射频下变频、模数转换器和数字正交下变频(用相互正交的两个数字本振去与来自模数转换器的中频信号混频，就得到载波在零频的两路信号)得到信号分别为I和Q两路，I和Q分别为FM信号的同相和正交分量。
由于FM最大频偏为±75KHz，这里I、Q两路都通过带宽为75KHz低通信道滤波器，用于滤除带外噪声和干扰。滤波器输出的I和Q信号先分别送入乘法器，然后相加得到I、Q信号的平方和，它的幅值为FM信号的幅度，该值变化程度反映包络变化大小。
如果频谱没被解调前的滤波器改变，FM解调出的直流与频偏成正比，FM解调后提取解调信号的直流即得到对应的频偏，由此可以正确判断存在不同频偏的信道。FM解调后输入直流幅度检测模块。
请参阅图2，以模块输入为采样率608K的FM信号幅度举例来说，其中一路经过128次累加再除以128取均值，再把均值重复128次，然后将每个数据点与另外一路数据点相减取绝对值即得到每个数据幅度变化绝对值。该值经过累加16384次(1282)再除以16384个数据点幅度累加值，就得到16384数据内归一化幅度变化绝对值。由于该值比较小，这里乘以1024后再输出利于做判断。
请参阅图3，模块输入为采样率608K的FM解调信号数据。由于该数据是有符号的，累加16384次再取绝对值就得到直流幅度。
定义一个恰当门限为Ka(根据输入信噪比的大小，这里取输入信噪比为9dB对应的包络检测值)。定义一个恰当门限为Kb(根据频偏的大小，这里取频偏为±11KHz对应的直流检测值)。当图2中的包络检测模块的输出(包络检测值)＜Ka和图3的直流幅度检测模块输出(直流幅度检测值)＜Kb同时满足时，该信号即为正常台。
由于音频信号频率范围一般为300Hz～15KHz，FM最大频偏(已调载频信号的最大瞬时频率与载频之差)为±75KHz，标准单音调制度(调制度指调频信号的峰值频偏与系统最大频偏的百分比)为30％和100％，对应频偏为±22.5KHz和±75KHz。FM最大调制频偏一般有22.5KHz和75KHz。下面就五种典型情况进行分析，这里以50KHz的频率间隔搜台为例：
(1)调制信号为300Hz，调制频偏为±22.5KHz
由于晶振原因造成本振频偏10KHz的正常台的单边(即只考虑I或Q)频谱带宽为33KHz左右(调制频偏22.5KHz+调制信号0.3KHz+10KHz频偏)，在75KHz低通滤波器带宽内，此正常台的频谱未被滤波器改变，因此为恒包络，图2输出的包络检测值小于门限Ka。由于频偏为10KHz，图3的直流幅度检测值小于门限Kb，该台可以准确选择到为正常台。
如果继续以50KHz频率间隔搜台，即本振以50KHz步进来选择电台，在正常台两边搜索的本振频偏最少为40KHz，其单边频谱带宽为63KHz左右，也都在滤波器带内，图2输出的包络检测值小于门限Ka。但是由于频偏40KHz，图3的直流检测值大于门限Kb，因而不会选择这个频率为正常台。由于本振频偏越大，直流检测值越大，所以不会把一个正常台误判为多个台。
(2)调制信号为300Hz，调制频偏为±75KHz
由于晶振原因造成本振频偏10KHz的正常台的单边频谱带宽为85KHz左右，大部分在滤波器带内，基本上是恒包络，包络检测的值小于门限Ka。由于频偏10KHz，直流检测值小于门限Kb。该台可以准确选择到为正常台。
如果继续以50KHz频率间隔搜台，即本振以50KHz步进来选择电台，在正常台两边搜索的本振频偏最少的为40KHz。它的单边频谱带宽为115KHz左右。如果滤波器带外抑制性能比较好，会使频谱不再是恒包络，包络检测的值大于门限Ka。由于频偏40KHz，还有接近一半信号在滤波器内，直流检测值大于门限Kb。即使滤波器带外抑制不太好，但是直流检测值大于门限Kb，因而不会选择这个频率为正常台。由于本振频偏越大，直流检测值越大，所以不会把一个正常台误判为多个台。
(3)调制信号为8000Hz，调制频偏为±22.5KHz
由于晶振原因造成本振频偏10KHz的正常台的单边频谱带宽为41KHz左右，在滤波器带内，此正常台的频谱未被滤波器改变，肯定是恒包络，包络检测的值小于门限Ka。由于频偏10KHz，直流检测值小于门限Kb，该台可以准确选择到为正常台。
如果继续以50KHz频率间隔搜台，即本振以50KHz步进来选择电台，在正常台两边搜索的本振频偏最少的为40KHz。它的单边频谱带宽为71KHz左右，也在滤波器带内，包络检测的值小于门限Ka。但是由于频偏40KHz，直流检测值大于门限Kb，因而不会选择这个频率为正常台。由于本振频偏越大，直流检测值越大，所以不会把一个正常台误判为多个台。
(4)调制信号为8000Hz，调制频偏为±75KHz
由于晶振原因造成本振频偏10KHz的正常台的单边频谱带宽为93KHz左右，大部分频谱都在滤波器带内，基本上是恒包络，包络检测的值小于门限Ka。由于频偏10KHz，直流检测值小于门限Kb，则该台可以准确选择到为正常台。
如果继续以50KHz频率间隔搜台，即本振以50KHz步进来选择电台，在正常台两边搜索的本振频偏最少的为40KHz。它的单边频谱带宽为123KHz左右，大部分频谱被滤波器滤掉，会使频谱不再是恒包络，包络检测的值大于门限Ka。同时由于频偏40KHz，直流检测值大于门限Kb，因而不会选择这个频率为正常台。由于本振频偏越大，直流检测值越大，所以不会把一个正常台误判为多个台。
(5)带内噪声
由于噪声不是恒包络，包络检测的值大于门限Ka，所以不会把噪声误判为电台。
当以100KHz、200KHz频率间隔搜台时，分析情况与以50KHz频率间隔搜台时的类似。
以上介绍的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的装置作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。
Claims (13)
1、一种调频收音机准确搜索电台的装置，其包括FM解调器，其特征在于：
所述装置还包括包络检测模块、直流幅度检测模块；
FM信号经过射频放大、射频下变频、模数转换器和数字正交下变频得到第一信号(I)、第二信号(Q)；
第一信号(I)、第二信号(Q)经过低通滤波器后，一路进入FM解调器的输入端，另一路形成两信号的平方和与包络检测模块的输入端相连；
FM解调器的输出端与直流幅度检测模块的输入端相连。
2、如权利要求1所述的调频收音机准确搜索电台的装置，其特征在于：所述的数字正交下变频是用相互正交的两个数字本振去与来自模数转换器的中频信号混频，得到载波在零频的第一信号(I)、第二信号(Q)。
3、如权利要求1所述的调频收音机准确搜索电台的装置，其特征在于：所述第一信号(I)为FM调制信号的同相分量，第二信号(Q)为FM调制信号的正交分量。
4、如权利要求1或2或3所述的调频收音机准确搜索电台的装置，其特征在于：所述的低通滤波器带宽为75KHZ。
5、如权利要求1或2或3所述的调频收音机准确搜索电台的装置，其特征在于：所述第一信号(I)、第二信号(Q)的平方和是由第一信号(I)、第二信号(Q)分别送入乘法器然后再相加而得到的。
6、一种调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
a.将FM信号经过射频放大、射频下变频、模数转换器和数字正交下变频得到FM调制信号的第一信号(I)、第二信号(Q)，第一信号(I)为FM调制信号的同相分量，第二信号(Q)为FM调制信号的正交分量；
b.将第一信号(I)、第二信号(Q)分别通过低通滤波器滤波；
c.将低通滤波器输出的第一信号(I)、第二信号(Q)的平方和送入包络检测模块，得到包络检测值；
d.将经过步骤b的第一信号(I)、第二信号(Q)送入FM解调器，FM解调器解调后把信号输出；
e.将从FM解调器输出的信号数据送入直流幅度检测模块，得到直流检测值；
f.分别为包络检测模块和直流幅度检测模块定义第一门限、第二门限；
g.当包络检测值＜第一门限、直流检测值＜第二门限同时满足时，判断该信号为正常台。
7、如权利要求6所述的调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于：所述的步骤a中的数字正交下变频是用相互正交的两个数字本振去与来自模数转换器的中频信号混频，得到载波在零频的第一信号(I)、第二信号(Q)。
8、如权利要求6所述的调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于：所述的步骤c中的低通滤波器输出的第一信号(I)、第二信号(Q)的平方和幅值为FM信号的幅度，该值变化程度反映包络变化大小。
9、如权利要求6所述的调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于：所述的步骤c中的包络检测模块检测的方法为：包络检测模块输入其中一路经过N次累加再除以N取均值，再把均值重复N次，然后将每个数据点与另外一路数据点相减取绝对值，即得到每个数据幅度变化绝对值；该值经过累加N*N次，再除以N*N个数据点幅度累加值，得到N*N个数据内归一化幅度变化绝对值，即包络检测值。
10、如权利要求9所述的调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于：所述N为128。
11、如权利要求6所述的调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于：所述的步骤e中，直流幅度检测模块输入FM解调信号数据，由于该数据是有符号的，累加N*N次再取绝对值就得到直流幅度值，即直流检测值。
12、如权利要求6所述的调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于：所述的步骤e中，如果频谱没被解调前的滤波器改变，FM解调器解调输出的信号数据的直流与频偏成正比，FM解调器解调后提取解调信号的直流即得到对应的频偏，由此可以正确判断存在不同频偏的信道。
13、如权利要求6所述的调频收音机准确搜索电台的方法，其特征在于：所述的步骤f中的第一门限根据输入FM信号的信噪比的大小确定；所述的步骤f中的第二门限根据晶体振荡器频偏的大小确定。
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