CN102065036B - 一种简易的通信信号信噪比估计装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简易的通信信号信噪比估计装置，它涉及通信领域中速率自适应、信道估计、功率控制等部分的信噪比估计装置。它由正交下变频器、低通滤波器、功率估计器、信噪比估计器等部件组成。它采用两个独立的不同带宽的带通滤波器分别对接收信号进行滤波，统计滤波后信号的总功率，再经过一定的统计计算，得到接收信号的信噪比。本发明具有信噪比估算准确度高，可准确估计的信噪比范围宽、实现简单的特点，特别适用于基于信道估计的速率自适应或功率自适应通信系统。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域中速率自适应、信道估计、功率自适应等部分的信噪比估计装置，特别适用于基于信道估计的速率自适应或功率自适应通信装置。
背景技术
现有的通信信号信噪比估计装置是基于眼图来估计信噪比的，需要的统计时间较长，且当接收信号信噪比较高或较低时，估计值存在较大误差。
发明内容
本发明目的在于避免上述背景技术中的统计时间较长且在较低和较高信噪比下估计值误差较大的不足之处而提供一种既不需要很长的统计时间又能在更宽的信噪比范围内较准确的估计出接收信号信噪比的装置。本发明具有信噪比估算准确度高，可准确估计的信噪比范围宽、实现简单等特点。
本发明的目的是这样实现的：
一种简易的通信信号信噪比估计装置，它包括正交下变频器，还包括第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一功率估计器、第二功率估计器、信噪比估计器；所述的正交下变频器的输入端口1通过信号线与外部输入的中频接收信号相连接，正交下变频器的输出端口2分别与第一低通滤波器的输入端口1和第二低通滤波器的输入端口1相连接，正交下变频器的输出端口3分别与第一低通滤波器的输入端口2和第二低通滤波器的输入端口2相连接，正交下变频器对接收到的中频信号进行正交下变频得到I、Q两路信号，分别送给带宽不同的第一低通滤波器和第二低通滤波器进行低通滤波；第一低通滤波器的输出端口3与第一功率估计器的输入端口1相连接，滤除正交下变频器输出的I路信号的二次频成分，第一低通滤波器的输出端口4与第一功率估计器的输入端口2相连接，滤除正交下变频器输出的Q路信号的二次频成分；第一功率估计器的输出端口3与信噪比估计器的输入端口1相连接，对经过第一低通滤波器的低频I、Q信号进行取模运算并统计出信号的平均功率估计值P1；第二低通滤波器的输出端口3与第二功率估计器的输入端口1相连接，滤除正交下变频器输出的I路信号的二次频成，第二低通滤波器的输出端口4与第二功率估计器的输入端口2相连接，滤除正交下变频器输出的Q路信号的二次频成分；第二功率估计器的输出端口3与信噪比估计器的输入端口2相连接，对经过低通滤波器的低频I、Q信号进行取模运算并统计出信号的平均功率估计值P2；信噪比估计器的输入端口3、4分别连接第一低通滤波器的带宽常数C和第二低通滤波器的带宽常数D，对来自第一功率估计器和第二功率估计器的信号的平均功率估计值P1、P2及第一低通滤波器的带宽常数C、第二低通滤波器的带宽常数D进行运算，得到中频输入信号的信噪比估计值B，信噪比估计器的输出端口5输出信噪比的估计值B。
所述的第一功率估计器或第二功率估计器包括第一乘法器、第二乘法器、加法器和累加器；所述的乘法器的输入端口1、2均与第一低通滤波器或第二低通滤波器的输出端口3相连接，对第一低通滤波器或第二低通滤波器输出的I路低频信号进行平方运算，其输出端口3与加法器的输入端口1相连接；乘法器的输入端口1、2均与第一低通滤波器或第二低通滤波器的输出端口4相连接，对第一低通滤波器或第二低通滤波器输出的Q路低频信号进行平方运算，其输出端口3与加法器的输入端口2相连接；加法器的输出端口3与能量累加器的输入端口1相连，对第一乘法器和第二乘法器输出的信号进行相加运算，得到第一低通滤波器或第二低通滤波器输出信号的模值；累加器输出端口2与信噪比估计器的输入端口1或2相连接，累加器对输入的信号模值进行累加统计，得到输入信号的平均功率估计值P1或P2。
所述的信噪比估计器包括第一乘法器、第二乘法器、第一减法器、第二减法器和除法器；所述的第一乘法器的输入端口1与第一功率估计器的输出端口3相连接，第一乘法器的输入端口2连接第一低通滤波器的带宽常数C，将第一功率估计器的输出的信号的平均功率估计值P1与第一低通滤波器的带宽常数C进行相乘运算，第一乘法器的输出端口3与第一减法器的输入端口1相连接；所述的第二乘法器的输入端口1与第二功率估计器的输出端口3相连接，第二乘法器输入端口2连接第二低通滤波器的带宽常数D，将第二功率估计器的输出的信号的平均功率估计值P2与第二低通滤波器的带宽常数D进行相乘运算，第二乘法器输出端口3与第一减法器的输入端口2相连接；第一减法器输出端口3与除法器的输入端口1相连接，第一减法器用于将第一乘法器输出减去第二乘法器输出，得到纯信号功率的估计值；第二减法器的输入端口1与第一功率估计器的输出端口3相连接，第二减法器的输入端口2与第二功率估计器的输出端口3相连接，第二减法器输出端口3与除法器的输入端口2相连接，第二减法器用于将功第一率估计器的信号的平均功率估计值P1减去第二功率估计器的信号的平均功率估计值P2的功能，得到纯噪声功率的估计值；除法器将减法器输出的纯信号功率估计值除以减法器输出的纯噪声功率估计值，得到信噪比的估计值B，并通过输出端口3输出。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.统计时间较短，适合于突发通信。
2.可以准确估计的信噪比范围较宽，在较低信噪比和较高信噪比两种极端情况下估计误差较小。
3.结构简单，易于硬件实现。
附图说明
图1是本发明电原理方框图。
图2是本发明第一功率估计器4-1或第二功率估计器4-2的电原理图。
图3是本发明信噪比估计器5实施例的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本发明由正交下变频器1、第一低通滤波器2、第二低通滤波器3、第一功率估计器4-1、第二功率估计器4-2、信噪比估计器5组成。图1是本发明的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中正交下变频器1的输入端口1通过信号线与外部输入的中频接收信号相连接，其输出端口2、3各分两路，分别与第一低通滤波器2的输入端口1、2和第二低通滤波器3的输入端口1、2相连接；第一低通滤波器2的输出端口3与第一功率估计器4-1的输入端口1相连接，第一低通滤波器(2)的输出端口4与第一功率估计器4-1的输入端口2相连接；第一功率估计器4-1的输出端口3与信噪比估计器5的输入端口1相连接；第二低通滤波器3的输出端口3与第二功率估计器4-2的输入端口1相连接，第二低通滤波器3的输出端口4与第二功率估计器4-2的输入端口2相连接；第二功率估计器4-2的输出端口3与信噪比估计器5的输入端口2相连接；信噪比估计器5的输入端口3、4分别连接低通滤波器1的带宽常数C和第一低通滤波器2的带宽常数D，其输出端口5输出信噪比的估计值B。
正交下变频器1的作用是将外部输入的中频接收信号与本地载波相乘，完成接收信号的频谱搬移，并将得到的I路和Q路信号输出到第一低通滤波器2、第二低通滤波器3；第一低通滤波器2的作用是对正交下变频1输出的I、Q路下变频信号进行低通滤波，滤波器带宽设置为C，滤出信号的2次频分量；第二低通滤波器3的作用是对正交下变频1输出的I、Q路下变频信号进行低通滤波，滤波器带宽设置为D，滤出信号的2次频分量；实施例正交下变频器1、第一低通滤波器2、第二低通滤波器3均采用美国Altera公司生产的FPGA芯片制作。
本发明第一功率估计器4-1、第二功率估计器4-2的作用是对输入的信号进行功率统计，估计输入信号的功率值，它由第一乘法器6-1、第二乘法器6-2、加法器7、累加器8组成；图2是本发明调制器1的电原理图，实施例按图2连接线路。其中第一至第二乘法器6-1、6-2的作用是分别对输入的I路、Q路低通信号进行平方运算；加法器7的作用是得到输入低通信号的模值；累加器8的作用是对输入的信号模值进行功率统计，算得信号功率的估计值；实施例第一乘法器6-1、第二乘法器6-2、加法器7、累加器8均采用美国Altera公司生产的FPGA芯片制作。
本发明信噪比估计器5的作用是根据第一功率估计模块4-1、第二功率估计模块4-2提供的不同滤波带宽后信号的平均功率估计值P1、P2及两滤波器的带宽值C、D算得接收信号信噪比的估计值，它由第一乘法器9-1、第二乘法器9-2、第一减法器10、第二减法器11、除法器12组成；图3是本发明调制器1的电原理图，实施例按图3连接线路。其中第一乘法器9-1的作用是完成第一功率估计器4-1输出的功率值与第一低通滤波器2的带宽常数C的相乘；第二乘法器9-2的作用是完成第二功率估计器4-2输出的功率值与第二低通滤波器3的带宽常数D的相乘；第一减法器10完成第一乘法器9-1输出值与第二乘法器9-2输出值相减的功能；第二减法器11完成第一功率估计模块4-1提供的信号的平均功率估计值P1与第二功率估计模块4-2提供的信号的平均功率估计值P2相减的功能；除法器12完成第一减法器10输出值除以第二减法器11输出值的功能。实施例第一乘法器9-1、第二乘法器9-2、第一减法器10、第二减法器11、除法器12均采用美国Altera公司生产的FPGA芯片制作。
本发明简要工作原理如下：
正交下变频器1对接收到的中频信号进行正交下变频得到I、Q两路信号，I、Q两路信号各分两路分别送给带宽不同的两滤波器第一低通滤波器2、第二低通滤波器3进行低通滤波，滤除I、Q中的二次频成份，第一功率估计器4-1、第二功率估计器4-2分别对两路来自不同低通滤波器的低频信号进行取模运算并统计出信号的平均功率估计值P1、P2，信噪比估计器5对来自第一功率估计器4-1、第二功率估计器4-2的信号的平均功率估计值P1、P2及第一低通滤波器2的带宽常数C、第二低通滤波器3的带宽常数D进行运算，得到中频输入信号的信噪比估计值B。
Claims (2)
1.一种简易的通信信号信噪比估计装置，它包括正交下变频器(1)，其特征在于：还包括第一低通滤波器(2)、第二低通滤波器(3)、第一功率估计器(4-1)、第二功率估计器(4-2)、信噪比估计器(5)；所述的正交下变频器(1)的输入端口1通过信号线与外部输入的中频接收信号相连接，正交下变频器(1)的输出端口2分别与第一低通滤波器(2)的输入端口1和第二低通滤波器(3)的输入端口1相连接，正交下变频器(1)的输出端口3分别与第一低通滤波器(2)的输入端口2和第二低通滤波器(3)的输入端口2相连接，正交下变频器(1)对接收到的中频信号进行正交下变频得到I、Q两路信号，分别送给带宽不同的第一低通滤波器(2)和第二低通滤波器(3)进行低通滤波；第一低通滤波器(2)的输出端口3与第一功率估计器(4-1)的输入端口1相连接，滤除正交下变频器(1)输出的I路信号的二次频成分，第一低通滤波器(2)的输出端口4与第一功率估计器(4-1)的输入端口2相连接，滤除正交下变频器(1)输出的Q路信号的二次频成分；第一功率估计器(4-1)的输出端口3与信噪比估计器(5)的输入端口1相连接，对经过第一低通滤波器(2)的低频I、Q信号进行取模运算并统计出信号的平均功率估计值P1；第二低通滤波器(3)的输出端口3与第二功率估计器(4-2)的输入端口1相连接，滤除正交下变频器(1)输出的I路信号的二次频成分，第二低通滤波器(3)的输出端口4与第二功率估计器(4-2)的输入端口2相连接，滤除正交下变频器(1)输出的Q路信号的二次频成分；第二功率估计器(4-2)的输出端口3与信噪比估计器(5)的输入端口2相连接，对经过低通滤波器(3)的低频I、Q信号进行取模运算并统计出信号的平均功率估计值P2；信噪比估计器(5)的输入端口3、4分别连接第一低通滤波器(2)的带宽常数C和第二低通滤波器(3)的带宽常数D，对来自第一功率估计器(4-1)和第二功率估计器(4-2)的信号的平均功率估计值P1、P2及第一低通滤波器(2)的带宽常数C、第二低通滤波器(3)的带宽常数D进行运算，得到中频输入信号的信噪比估计值B，信噪比估计器(5)的输出端口5输出信噪比的估计值B。
2.根据权利要求1所述的一种简易的通信信号信噪比估计装置，其特征在于：所述的第一功率估计器(4-1)或第二功率估计器(4-2)包括第一乘法器(6-1)、第二乘法器(6-2)、加法器(7)和累加器(8)；所述的第一乘法器(6-1)的输入端口1、2均与第一低通滤波器(2)或第二低通滤波器(3)的输出端口3相连接，对第一低通滤波器(2)或第二低通滤波器(3)输出的I路低频信号进行平方运算，第一乘法器(6-1)的输出端口3与加法器(7)的输入端口1相连接；第二乘法器(6-2)的输入端口1、2均与第一低通滤波器(2)或第二低通滤波器(3)的输出端口4相连接，对第一低通滤波器(2)或第二低通滤波器(3)输出的Q路低频信号进行平方运算，第二乘法器(6-2)的输出端口3与加法器(7)的输入端口2相连接；加法器(7)的输出端口3与累加器(8)的输入端口1相连，对第一乘法器(6-1)和第二乘法器(6-2)输出的信号进行相加运算，得到第一低通滤波器(2)或第二低通滤波器(3)输出信号的模值；累加器(8)输出端口2与信噪比估计器(5)的输入端口1或2相连接，累加器(8)对输入的信号模值进行累加统计，得到输入信号的平均功率估计值P1或P2。
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