CN101980462A - 一种drm数字音频广播节目搜台方法 - Google Patents
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Abstract
一种DRM数字音频广播节目搜台方法，涉及数字音频广播技术领域。步骤如下：将具有多级数字增益调谐器的增益调到初始状态，读取ADC数字化中频值；启动AGC算法使调谐器输出的中频控制值在ADC线性工作区内，进行快速傅里叶变换；将其变换数据逐级送入能量估计算法，能量分布算法，DRM导频估计算法进行多级筛选；将结果送入判决器判决是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第二步骤，没有则输出判决结果；继续能量估计、分布估计、导频估计；判决器根据三个导频信号处理能量值，计算导频间差值，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，最终输出结果，解决了普通模拟电台搜索算法不能适用于DRM数字音频广播节目的问题。
Description
技术领域
本发明涉及数字音频广播技术领域，尤其是涉及一种能够快速准确搜索DRM数字音频广播节目的搜台方法。
背景技术
长期以来人们依赖于长波、中波、短波调幅收音机，接收即时新闻和音乐节目。但由于该传输信道的固有恶劣性，如电离层的波动，多普勒效应以及瞬间的无线电干扰，致使此类接收机的接收质量较差。由于其传送的覆盖面积较大，因此这种发射接收系统仍被广泛采用。而调频广播接收由于其抗干扰性强，所以广泛地用于本地的音乐广播节目中，但是由于其传播距离和频谱利用率低，所以营运成本较高。
由欧洲广播联盟提出并通过的30MHz以下的数字收音机的标准，正是为了解决以上的问题而提出的。该DRM系统采用先进的音频压缩技术和信道编码技术，正交频分调制技术以及实时的信道特性估算技术，能在现行模拟调幅的频带宽度内，并根据当前信道的特点使用不同的DRM工作模式，实现高效频带利用率和抗干扰的良好折衷。以往模拟收音机搜台方法基本是这样的：与天线相连的收音机调谐器把信号送往中频放大器，中频放大器将放大后的调制信号送往检波器，检波器输出声音信号到功放。同时将输出的声音信号往AGC电路。AGC电路输出增益控制信号到前端收音机调谐器和中频放大器做增益控制。同时此增益控制信号作为有无电台的标准与预置的门限比较，判断是否存在电台。由于DRM系统和其发射的信号与模拟调幅调频射频信号截然不同，很明显以上所述的搜台方法不能够用来处理DRM数字音频广播节目的搜索。直接拿来使用会造成大面积的误判决。为了能够准确搜索DRM数字音频广播节目，需要研制新的搜台算法。本研究则采用多级筛选算法结构，加速了搜索速度；采用DRM信号导频信号进行信号辨识，提高了搜索准确性；利用DRM信号频谱SNR，快速排除非DRM信号；利用增益控制状态，快速排除不稳定信号。解决了普通模拟电台搜索算法不能适用于DRM数字音频广播节目的问题。
日本株式会社东芝在200810006337.8号专利中公开了名为“广播接收设备和广播信号接收方法”的内容，主要是提供一种广播接收设备，包括：输入高频信号的输入单元；将高频信号转换为数字中频信号的转换单元；差分输出由转换单元转换的数字中频信号的差分输出单元；解调从差分输出单元差分输出的数字中频信号的解调单元；以及谐振单元，包括：在差分输出单元和解调单元之间互相串联的线圈和电容器，谐振单元构造为用来传递数字中频信号同时衰减数字中频信号的带外部分。其目的与创新内容与本发明是完全不同的。
发明内容
本发明的目的是公开一种广播节目搜台方法，能够用来快速准确地搜索能接受的DRM数字音频广播节目。
本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：
一种DRM数字音频广播节目搜台方法，该方法包括如下步骤：
第一步：将具有多级数字增益的调谐器201的增益设置到初始状态，并读取ADC 202的数字化中频值，启动AGC算法使调谐器201输出的中频控制值到ADC202的线性工作区内，进行快速傅里叶变换209；将快速傅里叶变换209的数据逐级送入能量估计算法204，能量分布算法205，DRM导频估计算法206进行多级筛选；将三个计算结果送入判决器207判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第二步骤，没有则输出判决结果；
第二步：能量估计算法204具体步骤是：
2.1、将傅里叶变换209后的数据送入信号能量估计器302、噪声能量估计器303和能量修正因子估计器304中；
2.2、在信号能量估计器302中估计有用信号能量，将估计值送入判决器207中；
2.3、在噪声能量估计器303中估计噪声能量，将估计值送入判决器207中；
2.4、在能量修正因子估计器304中计算噪声能量分布，联合信号能量估计信号能量修正因子，将估计值送入判决器207中；
判决器207通过信号能量、噪声能量估计值判断当前DRM信号的SNR，最终判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第三步骤，没有则输出判决结果；
第三步：能量分布估计算法205具体步骤是：
3.1、将傅里叶变换209后的数据送入信号能量估计器402；
3.2、在信号能量估计器402中估计有用信号能量；
3.3、通过信号能量和信号占用带宽估计信号能量分布403；
3.4、判决器207根据信号能量分布排除传统模拟广播，判断信号能量分布是否符合DRM信号特点，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第四步骤，没有则输出判决结果；
第四步：导频估计算法206具体步骤是：
4.1、将傅里叶变换209后的数据送入导频能量估计器502；
4.2、在导频能量估计器502计算导频能量；
4.3、在导频能量估计器503计算导频位置自相关函数；
4.4、判决器207根据导频位置自相关函数，判断自相关函数峰值大小，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，最终输出判决结果；
4.5、判决器207根据三个导频信号处理能量值，计算导频间能量差值，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，最终输出判决结果。
上述判决器207判决过程步骤如下：
判决开始1001读取能量估计值1002，判断该估计值是否满足要求1003；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果1008，有则继续进行下阶段的判决；
读取能量分布估计值1004，判断该估计值是否满足要求1005；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果1009，有则继续进行下阶段的判决；
读取导频估计值1006，判断该估计值是否满足要求1007；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果1010，有则输出存在有效DRM电台节目的结果1011。
本方法能能快速准确地搜索DRM数字音频广播电台频率，其程序存储在与CPU处理器相连接的外部存储器105中，其硬件支持是能搜索DRM数字音频广播节目的接收机(参见图1)。
与现有技术相比，本发明的优点与有益效果如下：
①克服了普通搜索算法不能找到有效的DRM电台频率的缺点；
②采用多级筛选算法结构，加速了搜索速度；
③采用DRM信号导频信号进行信号辨识，大大提高了搜索准确性；
④利用DRM信号频谱SNR，快速排除非DRM信号；
⑤利用增益控制状态，快速排除不稳定信号。
附图说明
图1是本发明一个实施例，支撑硬件的原理结构框图示意图；
图2是本发明DRM数字音频广播节目搜台方法步骤示意图；
图3是本发明搜台方法中能量估计算法步骤示意图；
图3.1是本发明能量估计算法具体流程示意图实施例；
图4是本发明节目搜台方法中能量分布估计算法步骤示意图；
图4.1本发明能量分布估计算法具体流程示意图实施例；
图5是本发明节目搜台方法中导频估计算法步骤示意图；
图5.1是本发明导频估计算法具体流程示意图实施例；
图6是本发明节目搜台方法中判决器判决流程步骤示意图；
图7是本发明一个实施例，实施过程中理想DRM信号频谱示意图；
图8是本发明又一实施例，为DRM信号临近模拟信号干扰频谱示意图；
图9是本发明又一实施例，为模拟电台频谱示意图。
图中的字母表示：
DRM：Digital Radio Mondiale数字调幅广播；
SNR：Signal to Noise Ratio信噪比；
AGC：Automatic Gain Control自动增益控制；
ADC：Analog to Digital Converter模数转换器。
具体实施方式
结合附图与实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1是本发明一个实施例，提供了本发明的支撑硬件即能够搜索DRM数字音频广播节目的接收机原理结构示意图。该机主要构成如图1所示，包括与天线相连的、具有多级数字增益的收音机调谐器101，与调谐器相连接的混频器102，与混频器相连的模数转换器103，与模数转换器相连的CPU处理器和控制电路106。以及分别与CPU处理器相连接的内存104、键盘109、显示器110、数模转换器107、外部存储器105，与数模转换器相连接的音频放大器108。其中与CPU处理器相连接的外部存储器105中包含有能快速准确地搜索DRM数字音频广播电台频率的程序。
图2提供了所述的DRM数字音频广播节目搜台方法步骤。
所述DRM数字音频广播节目搜台方法共分四个步骤：
第一步：将具有多级数字增益的调谐器201的增益设置到初始状态，并读取ADC202的数字化中频值，启动AGC算法使调谐器201输出的中频控制值到ADC202的线性工作区内，进行快速傅里叶变换209；将快速傅里叶变换209的数据逐级送入能量估计算法204，能量分布算法205，DRM导频估计算法206进行多级筛选；将三个计算结果送入判决器207判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第二步骤，没有则输出判决结果；
第二步：将傅里叶变换209后的数据送入信号能量估计器302、噪声能量估计器303和能量修正因子估计器304中；
参见图3，在信号能量估计器302中估计有用信号能量，将估计值送入判决器207中；在噪声能量估计器303中估计噪声能量，将估计值送入判决器207中；在能量修正因子估计器304中计算噪声能量分布，联合信号能量估计信号能量修正因子，将估计值送入判决器207中；判决器207通过信号能量、噪声能量估计值判断当前DRM信号的SNR，最终判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第三步骤，没有则输出判决结果；
图3.1给出了能量估计算法204的具体流程实施例，步骤是：能量估计开始，计算DRM信号能量(Ps)，计算噪声能量(Ns)，根据计算DRM信号能量(Ps)以及计算噪声能量(Ns)的结果得到能量修正因子(b)，计算能量估计判决值A＝Ps*b/Ns1103；将结果送入判决器；
第三步：能量分布估计算法205具体步骤是：将傅里叶变换209后的数据送入信号能量估计器402；在信号能量估计器402中估计有用信号能量；参见图4，通过信号能量和信号占用带宽估计信号能量分布403；判决器207根据信号能量分布排除传统模拟广播，判断信号能量分布是否符合DRM信号特点，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第四步骤，没有则输出判决结果；
图4.1给出了能量分布估计算法205的具体流程实施例，步骤是：能量分布估计开始，计算DRM信号的能量(Pdrm)，计算整体信号能量(Pall)，计算DRM信号能量分布估计值B＝Pdrm/Pall，将结果送入判决器；
第四步：导频估计算法206具体步骤是：将傅里叶变换209后的数据送入导频能量估计器502；参见图5，在导频能量估计器502计算导频能量；在导频能量估计器503计算导频位置自相关函数；判决器207根据导频位置自相关函数，判断自相关函数峰值大小，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，最终输出判决结果；判决器207根据三个导频信号处理能量值，计算导频间能量差值，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，最终输出判决结果。
图5.1给出了导频估计算法206的具体流程实施例，步骤是：导频估计开始，计算DRM三个导频的相对位置N1，N2，N3，根据导频相对位置，计算整个信号带宽内，导频相关函数：
R(k)＝P(N1+k)+P(N2+k)+P(N3+k)
k∈[0，Kmax]
其中P为信号能量谱函数，k为子载波索引；
计算最大可能的信号载波位置Ndc，其使得R(Ndc)取得相关函数R(k)的最大值，计算导频或导频间能量关系，判断Ndc是否为有效值，并且输出估计值到判决器207判决过程1006。
图6是广播节目搜台方法中判决器判决流程步骤示意图，判决器207判决过程步骤如下：
判决开始1001读取能量估计值1002，判断该估计值是否满足要求1003；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果1008，有则继续进行下阶段的判决；读取能量分布估计值1004，判断该估计值是否满足要求1005；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果1009，有则继续进行下阶段的判决；读取导频估计值1006，判断该估计值是否满足要求1007；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果1010，有则输出存在有效DRM电台节目的结果1011。
图7是本发明实施例，实施过程中理想DRM信号频谱示意图，为一个没有干扰的高SNR的DRM信号。
图8是本发明又一实施例，为DRM信号临近模拟信号干扰频谱示意图。用来在能量估计算法步骤204中说明排除临近模拟信号的干扰。即判决器207通过信号能量、噪声能量估计值判断当前DRM信号的SNR，在计算SNR时通过能量修正因子修正SNR，防止存在模拟广播干扰时，导致判断失误。最终判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第三步骤，没有则输出判决结果。
图9是本发明又一实施例，为模拟电台频谱示意图。用来在能量分布估计算法205的步骤中说明排除模拟电台。即判决器207根据信号能量分布排除传统模拟广播，参见图9，判断信号能量分布是否符合DRM信号特点，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第四步骤，没有则输出判决结果。
Claims (2)
1.一种DRM数字音频广播节目搜台方法，其特征是，包括如下步骤：
第一步：将具有多级数字增益的调谐器(201)的增益设置到初始状态，并读取ADC(202)的数字化中频值，启动AGC算法使调谐器(201)输出的中频控制值到ADC(202)的线性工作区内，进行快速傅里叶变换(209)；将快速傅里叶变换(209)的数据逐级送入能量估计算法(204)，能量分布算法(205)，DRM导频估计算法(206)进行多级筛选；将三个计算结果送入判决器(207)判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第二步骤，没有则输出判决结果；
第二步：能量估计算法(204)具体步骤是：
2.1、将傅里叶变换(209)后的数据送入信号能量估计器(302)、噪声能量估计器(303)和能量修正因子估计器(304)中；
2.2、在信号能量估计器(302)中估计有用信号能量，将估计值送入判决器(207)中；
2.3、在噪声能量估计器(303)中估计噪声能量，将估计值送入判决器(207)中；
2.4、在能量修正因子估计器(304)中计算噪声能量分布，联合信号能量估计信号能量修正因子，将估计值送入判决器(207)中；
判决器(207)通过信号能量、噪声能量估计值判断当前DRM信号的SNR，最终判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第三步骤，没有则输出判决结果；
第三步：能量分布估计算法(205)具体步骤是：
3.1、将傅里叶变换(209)后的数据送入信号能量估计器(402)；
3.2、在信号能量估计器(402)中估计有用信号能量；
3.3、通过信号能量和信号占用带宽估计信号能量分布(403)；
3.4、判决器(207)根据信号能量分布排除传统模拟广播，判断信号能量分布是否符合DRM信号特点，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，有则进入第四步骤，没有则输出判决结果；
第四步：导频估计算法(206)具体步骤是：
4.1、将傅里叶变换(209)后的数据送入导频能量估计器(502)；
4.2、在导频能量估计器(502)计算导频能量；
4.3、在导频能量估计器(503)计算导频位置自相关函数；
4.4、判决器(207)根据导频位置自相关函数，判断自相关函数峰值大小，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，最终输出判决结果；
4.5、判决器(207)根据三个导频信号处理能量值，计算导频间能量差值，判决当前频率是否有DRM数字音频广播节目，最终输出判决结果。
2.根据权利要求1所述DRM数字音频广播节目搜台方法，其特征是，所述判决器(207)判决过程步骤如下：
判决开始(1001)读取能量估计值(1002)，判断该估计值是否满足要求(1003)；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果(1008)，有则继续进行下阶段的判决；
读取能量分布估计值(1004)，判断该估计值是否满足要求(1005)；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果(1009)，有则继续进行下阶段的判决；
读取导频估计值(1006)，判断该估计值是否满足要求(1007)；不满足则输出没有有效DRM电台节目的结果(1010)，有则输出存在有效DRM电台节目的结果(1011)。
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