CN103166884A - 计算频率调制信号接收信噪比的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算频率调制信号接收信噪比的电路，包括：计数器，按照频率调制信号的幅度信号的采样周期进行计数；第一累加器，其输入信号是频率调制信号的幅度信号；减法模块，一输入端输入频率调制信号的幅度信号，另一输入端与第一累加器相连接；取绝对值模块，其输入端与减法模块的输出端连接；第二累加器，其输入端与取绝对值模块连接；除法模块，一输入端与第一累加器输出端连接，另一输入端与第二累加器输出端连接；查找表模块，其输入端与除法模块连接；加法器，一输入端与除法模块连接，另一输入端与查找表模块相连接；寄存器，其输入端与所述加法器输出端连接。本发明能直接计算有用信号带宽内的信号能量与噪声能量。
Description
技术领域
本发明涉及数字信号传输领域，特别是涉及一种计算频率调制信号接收信噪比的电路。
背景技术
频率调制如FM(调频)、FSK(移频健控)等是常用的信号调制方式，而信噪比的计算是各类产品普遍需要实现的功能，比如FM收音机，对讲机，无线鼠标，非接卡等各种具有FM无线接收功能的设备。
目前计算频率调制信号信噪比时，其信号能量用的是信号带宽内的接收能量。噪声能量有的是用边上空闲频段上能量来估计；也有的用不发信号时的信号带宽内的接收能量来估计。但是这两种方法都有缺陷。前一种方法的缺陷是，边上空闲频段的底噪不一定与信号带宽内的底噪相同，而且边上也不一定有空闲频段。后一种方法的缺陷是，有可能在接收机开启的时间段内，信号带宽内一直有信号在发送，这样就没办法进行估计了。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种计算频率调制信号接收信噪比的电路，能够直接计算有用信号带宽内的信号能量与噪声能量，得到的信噪比更加准确。
为解决上述技术问题，本发明的计算频率调制信号接收信噪比的电路，包括：
一计数器，按照频率调制信号的幅度信号sig_amp的采样周期进行计数；幅度信号sig_amp的采样信号sig_amp_samp为该计数器的输入脉冲信号，其周期等于采样周期；计数周期为2N+1，其中N为正整数；所述计数器有三个输出信号，分别为输出信号state0，输出信号state1，输出信号state2；当所述计数器的计数值小于2N时，输出信号state0为1，输出信号state1和输出信号state2为0；当所述计数器的计数值大于2N小于2N+1时，输出信号state1为1，输出信号state0和输出信号state2为0；当所述计数器的计数值等于2N+1时，输出信号state2为1，输出信号state0和输出信号state1为0；当所述计数器1的计数值在0～2N-1之间时，表示所述电路在计算平均值；当所述计数器1的计数值在2N～2N+1-1之间时，表示所述电路在计算均方差；
一第一累加器，用于无符号数累加，其输入信号是频率调制信号的幅度信号sig_amp，输出信号为sum_amp；该第一累加器受计数器的输出信号state0，state2控制，当计数器的输出信号state0＝1时，对其输入信号进行累加；当计数器的输出信号state0＝0时，保持累加结果；当计数器的输出信号state2＝1时，对第一累加器清0；
一减法模块，其一个输入端输入频率调制信号的幅度信号sig_amp，作为被减数；另一个输入端与所述第一累加器相连接，输入第一累加器的输出信号sum_amp，作为减数；其输出信号为err_amp；
一取绝对值模块，其输入端与所述减法模块的输出端相连接，其输出信号为err_amp_abs，用于计算均方差时所用的绝对值；
一第二累加器，其输入端与所述取绝对值模块的输出端相连接，其输出信号为sum_err_amp_abs；该第二累加器受所述计数器输出信号state1和输出信号state2控制，当计数器输出信号state1＝1时，对输入信号累加；当计数器输出信号state1＝0时，保持累加结果；当计数器输出信号state2＝1时，对第二累加器清0；
一除法模块，其一个输入端与所述第一累加器的输出端相连接，输入第一累加器的输出信号sum_amp，作为被除数，另一个端与所述第二累加器的输出端相连接，输入第二累加器的输出信号sum_err_amp_abs，作为除数；其输出信号为snr_est，用于信噪比的除法运算，得到经过仿真计算的信噪比snr_est；
一查找表模块，其输入端与所述除法模块的输出端相连接，输入除法模块的输出信号snr_est，其输出信号为est_err；该查找表模块记录的是，仿真时信道上加上的已知信噪比SNR和经过仿真计算得到的信噪比snr_est之间的差值；
一加法器，其一个输入端与所述除法模块的输出端相连接，另一个输入端与查找表模块的输出端相连接；其输出信号为snr_cal；用于补偿经过仿真计算得到的信噪比snr_est与实际结果的差；
一寄存器，其输入端与所述加法器的输出端相连接，该寄存器输出信号snr_o即为接收信号的信噪比；所述寄存器受所述计数器输出信号state2控制，当计数器输出信号state2＝1时，输出信号snr_o变为加法器输出信号snr_cal；当计数器输出信号state2＝0时，输出信号snr_o保持不变；用于保证只有在所述电路的所有计算结束后，寄存器的输出才会改变。
由于在理想频率调制信号中，幅度是不变的；因此，本发明的核心思想是通过把调制信号幅度的标准差看作是接收的噪声能量，把幅度的平均值看作接收的信号能量，来直接计算信号带宽内频率调制信号的信噪比。其中标准差的计算简化为计算差值之后取绝对值的累加。这样计算出来的信噪比跟用白噪声信道仿真出来的信噪比存在一个正向关系。如果需要准确的信噪比，可以把以上计算出来的信噪比加上一个误差值来得到。这里的误差值是指经过仿真，对比仿真时加在信道上的真正信噪比(已知信噪比)，与按本发明的电路计算的信噪比之间的误差。因此本发明能够直接计算有用信号带宽内的信号能量与噪声能量，得到的信噪比更加准确。避免了用边上空闲频段的底噪来估计信号带宽内的底噪所产生的不准确性，和用空闲时段来估计低噪所产生的空闲时段不可得性(空闲时段不可得性，具体讲，比如说在用FM收音机收音时，广播台一直在发，没有空闲时段来估计底噪)。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
附图是计算频率调制信号接收信噪比的电路原理框图。
具体实施方式
附图是所述计算频率调制信号接收信噪比的电路一实施例原理框图，包括：
一计数器1，按照频率调制信号的幅度信号sig_amp的采样周期进行计数。幅度信号sig_amp的采样信号sig_amp_samp为该计数器的输入脉冲信号，其周期等于采样周期。计数周期为2N+1，其中N为正整数。所述计数器1有三个输出信号，分别为输出信号state0，输出信号state1，输出信号state2。当所述计数器1的计数值小于计数值小于2N时，输出信号state0为1，输出信号state1和输出信号state2为0。当所述计数器1的计数值大于2N小于2N+1时，输出信号state1为1，输出信号state0和输出信号state2为0。当所述计数器1的计数值等于2N+1时，输出信号state2为1，输出信号state0和输出信号state1为0。这样当所述计数器1的计数值在0～2N-1之间时，表示所述电路在计算平均值；当所述计数器1的计数值在2N～2N+1-1之间时，表示所述电路在计算均方差。
一第一累加器2，用于无符号数累加，其输入信号是频率调制信号的幅度信号sig_amp，输出信号为sum_amp。第一累加器2受计数器1的输出信号state0，state2控制，当计数器1的输出信号state0＝1时，对其输入信号进行累加，得到输入幅度信号sig_amp的和；当计数器1的输出信号state0＝0时，保持累加结果；当计数器1的输出信号state2＝1时，对第一累加器2清0。
一第一右移模块3，其输入端与所述第一累加器2的输出端相连接，输入第一累加器2的输出信号sum_amp，对第一累加器2的输出信号sum_amp进行右移位；其输出信号为aver_amp，即得到输入信号sum_amp的平均值。第一右移位模块的移位位数是前面所述的N。第一累加器2和第一右移位模块3共同完成对输入幅度信号sig_amp的平均值计算。
一减法模块4，其一个输入端输入频率调制信号的幅度信号sig_amp(被减数)；另一个输入端与所述第一右移位模块3的输出端相连接，输入第一右移位模块3的输出信号aver_amp(减数)；其输出信号为err_amp，得到输入幅度信号sig_amp与所述第一右移模块3输出信号aver_amp平均值的差。这样做的目的是为了后面计算均方差的需要，为了硬件实现方便，本发明用差的绝对值累加的平均值来代替均方差。
一取绝对值模块5，其输入端与所述减法模块4的输出端相连接，输入减法模块4的输出信号err_amp；其输出信号为err_amp_abs，用于计算均方差时所用的绝对值。
一第二累加器6，其输入端与所述取绝对值模块5的输出端相连接，输入取绝对值模块5的输出信号err_amp_abs；其输出信号为sum_err_amp_abs。该第二累加器6受所述计数器1输出信号state1、输出信号state2控制；当计数器输出信号state1＝1时，对输入信号进行累加；当计数器输出信号state1＝0时，保持累加结果；当计数器输出信号state2＝1时，对第二累加器6清0。
一第二右移位模块7，其输入端与所述第二累加器6的输出端相连接，输入第二累加器6的输出信号sum_err_amp_abs，对第二累加器6的输出信号sum_err_amp_abs进行右移位；其输出为aver_err_amp_abs，即得到第二累加器6输出的绝对值的和的平均值。第二右移位模块7的移位位数是N。所述第二累加器6和第二右移位模块7共同完成取绝对值模块5输出的绝对值err_amp_abs的平均值计算，该平均值是计算均方差时所需要的。
一除法模块8，进行除法运算，其一个输入端与所述第一右移位模块3的输出端相连接，输入第一右移位模块3的输出信号aver_amp(被除数)，另一个输入端与所述第二右移位模块7的输出端相连接，输入第二右移位模块7的输出信aver_err_amp_abs(除数)；其输出信号为snr_est，用于信噪比的除法运算，得到经过仿真计算的信噪比snr_est。
一查找表模块9，其输入端与所述除法模块8的输出端相连接，输入除法模块8的输出信号snr_est，其输出信号为est_err。所述查找表模块9记录的是，仿真时信道上加上的已知信噪比SNR和经过仿真计算得到的信噪比snr_est之间的差值(该差值即为查找表模块9的输出)。
一加法器10，其一个输入端与所述除法模块8的输出端相连接，输入除法模块8的输出信号snr_est，另一个输入端与查找表模块的输出端相连接，输入查找表模块的输出信号est_err；其输出信号为snr_cal。将除法模块8输出的经过仿真计算得到的信噪比snr_est，加上查找表模块9记录的已知信噪比和经过仿真计算得到的信噪比snr_est之间的差值，其目的是用于补偿经过仿真计算得到的信噪比snr_est与实际结果的差。
一寄存器11，其输入端与所述加法器10的输出端相连接，输入加法器10的输出信号snr_cal，其输出信号为snr_o。该寄存器11受所述计数器输出信号state2控制，当计数器输出信号state2＝1时，输出信号snr_o变为加法器输出信号snr_cal。当计数器输出信号state2＝0时，输出信号snr_o保持不变。这个最后得到的寄存器输出信号snr_o就是接收信号的信噪比。所述寄存器11的作用是保证只有在电路的所有计算完成后，才改变寄存器11输出的信噪比SNR计算结果。
在上述实施例中，所述除法模块8的输入可以是第一右移位模块3的输出信号aver_amp和第二右移位模块7的输出信号aver_err_amp_abs；也可以是第一累加器2的输出信号sum_amp(被除数)和第二累加器6的输出信号sum_err_amp_abs(除数)。用第一累加器的2输出信号sum_amp和第二累加器6的输出信号sum_err_amp_abs作为输入时，第一右移位模块3和第二右移位模块7就不需要了。当两个右移位模块都没有时，就是两个累加值相除，因为两个累加值的个数都是2N，所以相当于两个累加值分别先右移N位再相除。采用先右移N位再除可以减少除法器的输入的位数。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种计算频率调制信号接收信噪比的电路，其特征在于，包括：
一计数器，按照频率调制信号的幅度信号sig_amp的采样周期进行计数；幅度信号sig_amp的采样信号sig_amp_samp为该计数器的输入脉冲信号，其周期等于采样周期；计数周期为2N+1，其中N为正整数；所述计数器有三个输出信号，分别为输出信号state0，输出信号state1，输出信号state2；当所述计数器的计数值小于2N时，输出信号state0为1，输出信号state1和输出信号state2为0；当所述计数器的计数值大于2N小于2N+1时，输出信号state1为1，输出信号state0和输出信号state2为0；当所述计数器的计数值等于2N+1时，输出信号state2为1，输出信号state0和输出信号state1为0；当所述计数器1的计数值在0～2N-1之间时，表示所述电路在计算平均值；当所述计数器1的计数值在2N～2N+1-1之间时，表示所述电路在计算均方差；
一第一累加器，用于无符号数累加，其输入信号是频率调制信号的幅度信号sig_amp，输出信号为sum_amp；该第一累加器受计数器的输出信号state0，state2控制，当计数器的输出信号state0＝1时，对其输入信号进行累加；当计数器的输出信号state0＝0时，保持累加结果；当计数器的输出信号state2＝1时，对第一累加器清0；
一减法模块，其一个输入端输入频率调制信号的幅度信号sig_amp，作为被减数；另一个输入端与所述第一累加器相连接，输入第一累加器的输出信号sum_amp，作为减数；其输出信号为err_amp；
一取绝对值模块，其输入端与所述减法模块的输出端相连接，其输出信号为err_amp_abs，用于计算均方差时所用的绝对值；
一第二累加器，其输入端与所述取绝对值模块的输出端相连接，其输出信号为sum_err_amp_abs；该第二累加器受所述计数器输出信号state1和输出信号state2控制，当计数器输出信号state1＝1时，对输入信号累加；当计数器输出信号state1＝0时，保持累加结果；当计数器输出信号state2＝1时，对第二累加器清0；
一除法模块，其一个输入端与所述第一累加器的输出端相连接，输入第一累加器的输出信号sum_amp，作为被除数，另一个端与所述第二累加器的输出端相连接，输入第二累加器的输出信号sum_err_amp_abs，作为除数；其输出信号为snr_est；用于信噪比的除法运算，得到经过仿真计算的信噪比snr_est；
一查找表模块，其输入端与所述除法模块的输出端相连接，输入除法模块的输出信号snr_est，其输出信号为est_err；该查找表模块记录的是，仿真时信道上加上的已知信噪比SNR和经过仿真计算得到的信噪比snr_est之间的差值；
一加法器，其一个输入端与所述除法模块的输出端相连接，另一个输入端与查找表模块的输出端相连接；其输出信号为snr_cal；用于补偿经过仿真计算得到的信噪比snr_est与实际结果的差；
一寄存器，其输入端与所述加法器的输出端相连接，该寄存器输出信号snr_o即为接收信号的信噪比；所述寄存器受所述计数器输出信号state2控制，当计数器输出信号state2＝1时，输出信号snr_o变为加法器输出信号snr_cal；当计数器输出信号state2＝0时，输出信号snr_o保持；用于保证只有在所述电路的所有计算结束后，寄存器的输出才会改变。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括一第一右移位模块和一第二右移位模块；
所述第一右移位模块，其输入端与所述第一累加器的输出端相连接，输入第一累加器的输出信号sum_amp，对第一累加器的输出信号sum_amp进行右移位，其输出信号为aver_amp；第一右移位模块的移位位数为N；第一右移位模块的输出端分别与所述除法模块的一输入端和减法模块的输入端相连接，其输出信号分别作为被除数和被减数；该第一右移位模块和所述第一累加器共同完成对输入幅度信号sig_amp的平均值计算；
所述第二右移位模块，其输入端与所述第二累加器的输出端相连接，第二右移位模块的移位位数是N；第二右移位模块的输出端与所述除法模块的另一输入端相连接，其输出信号作为除数；该第二右移位模块和所述第二累加器共同完成取绝对值模块输出的绝对值err_amp_abs的平均值计算。
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