CN109586818A - 恒包络调制信号的信噪比估计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种恒包络调制信号的信噪比估计方法及装置，采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；采用二级一阶低通滤波器对模值进行处理，得到与模值对应的信号均值和噪声均值；一阶低通滤波器的系数为2‑n；根据预置的对应关系查找信号均值对应的第一分贝值，以及噪声均值对应的第二分贝值；将第一分贝值与第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。基于本申请，主要硬件资源开销仅为两个一阶低通滤波器，由于复数取模近似计算与一阶低通滤波器均不需要使用通用乘法器，因此，本申请公开的方案具有复杂度低和硬件资源开销小的优点。

Description

恒包络调制信号的信噪比估计方法及装置
技术领域
本申请涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种恒包络调制信号的信噪比估计方法及装置。
背景技术
恒包络调制对通信系统的功率放大器的线性指标要求较宽松，因此，系统中通常可采用线性度相对较差而效率更高的功率放大器，更高效率的功率放大器可直接地降低系统的整体功耗，因此恒包络调制在低功耗无线通信中应用非常广泛。常见的恒包络调制技术包括高斯最小频移键控(GMSK)，高斯频移键控(GFSK)以及频率调制(FM)等。
信噪比是用于评价通信系统收发链路性能和信道状况最为重要的指标参数之一，信噪比表示信号能量与噪声能量之比，在系统接收机中通常对信噪比参数进行估计。在接收机中接收信号是真实信号与噪声的混合信号，计算信噪比的一般方法是：首先根据一些已知发送数据或利用调制信号本身的特性来实现实际信号与噪声的提取，然后计算二者功率值之比的分贝值，即得到信噪比。信噪比计算过程中需要用到硬件资源开销较大的通用乘法器，使得接收机的硬件资源开销较大。
因此，如何降低信号比估计的硬件资源开销成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种恒包络调制信号的信噪比估计方法及装置，以至少部分的克服现有技术中存在的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：
一种恒包络调制信号的信噪比估计方法，包括：
采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；所述I、Q基带信号通过对恒包络调制信号进行正交下变频得到；
采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，得到与所述模值对应的信号均值和噪声均值；所述一阶低通滤波器的系数为2-n；
根据预置的对应关系查找所述信号均值对应的第一分贝值，以及所述噪声均值对应的第二分贝值；
将所述第一分贝值与所述第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。
上述方法，优选的，所述采用无乘法器的近似方法估计由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值，包括：
利用第一公式计算由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；
所述第一公式为：(max(|I|，|Q|)+|I|+|Q|)/2。
上述方法，优选的，所述采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，包括：
将所述模值输入第一级一阶低通滤波器，得到与所述模值对应的信号均值；
计算所述信号均值与所述模值之差的绝对值，得到噪声幅度；
将所述噪声幅度输入第二级一阶低通滤波器，得到与所述噪声幅度对应的噪声均值。
上述方法，优选的，所述第一分贝值和所述第二分贝值的查找时分复用同一个硬件资源。
一种恒包络调制信号的信噪比估计装置，包括：
估计模块，用于采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；所述I、Q基带信号通过对恒包络调制信号进行正交下变频得到；
滤波模块，用于采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，得到与所述模值对应的信号均值和噪声均值；所述一阶低通滤波器的系数为2-n；
查找模块，用于根据预置的对应关系查找所述信号均值对应的第一分贝值，以及所述噪声均值对应的第二分贝值；
计算模块，用于将所述第一分贝值与所述第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。
上述装置，优选的，所述估计模块利用第一公式计算由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；
所述第一公式为：(max(|I|，|Q|)+|I|+|Q|)/2。
上述装置，优选的，所述滤波模块包括：
第一级一阶低通滤波器，用于基于所述模值得到与所述模值对应的信号均值；
计算单元，用于计算所述信号均值与所述模值之差的绝对值，得到噪声幅度；
第二级一阶低通滤波器，用于基于所述噪声幅度得到与所述噪声幅度对应的噪声均值。
上述装置，优选的，所述查找模块时分复用同一个硬件资源查找所述第一分贝值和所述第二分贝值。
通过以上方案可知，本申请提供的一种恒包络调制信号的信噪比估计方法及装置，在得到I、Q基带信号后，采用无乘法器的近似方法估计由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，得到与所述模值对应的信号均值和噪声均值；所述一阶低通滤波器的系数为2-n；根据预置的对应关系查找所述信号均值对应的第一分贝值，以及所述噪声均值对应的第二分贝值；将所述第一分贝值与所述第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。可见，基于本申请，在计算恒包络调制信号的信噪比时，主要硬件资源开销仅为两个一阶低通滤波器，由于复数取模近似计算与一阶低通滤波器均不需要使用通用乘法器，因此，本申请公开的方案具有复杂度低和硬件资源开销小的优点。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
图1为本申请实施例提供的恒包络调制信号的信噪比估计方法的一种实现流程图；
图2为本申请实施例提供的采用二级一阶低通滤波器对模值进行处理的一种实现流程图；
图3为本申请实施例提供的恒包络调制信号的信噪比估计方法的另一种实现流程图；
图4为本申请实施例提供的恒包络信号的信噪比估计装置的一种结构示意图；
图5为本申请实施例提供的滤波模块的一种结构示意图。
说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供的恒包络调制信号的信噪比估计方法及装置可以应用于恒包络通信系统的接收机中。恒包络通信系统可以为：高斯最小频移键控、高斯频移键控或频率调制等。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的恒包络调制信号的信噪比估计方法的一种实现流程图，可以包括：
步骤S11：采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值。其中，I、Q基带信号通过对接收机接收到的恒包络调制信号进行正交下变频得到。对恒包络调制信号进行正交下变频是信号接收机的一个常用功能，这里不再详述其实现过程。
也就是说，本申请在计算由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值时，不是利用传统的计算方法(即)，而是采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值。
步骤S12：采用二级一阶低通滤波器对上述模值进行处理，得到与上述模值对应的信号均值和噪声均值。
本申请中，一阶低通滤波器是指一阶无线冲击响应低通滤波器，该滤波器的传输函数为：
其中，一阶低通滤波器的系数k为2-n。这样一阶低通滤波器中涉及的乘法运算可以采用简单的移位来实现，而不再需要通用乘法器。
步骤S13：根据预置的对应关系查找信号均值对应的第一分贝值，以及噪声均值对应的第二分贝值。
可以预先建立信号均值与分贝值的对应关系，以及噪声均值与分贝值的对应关系，上述两个对应关系可以以表格的形式存储。则可以通过查表得到与信号均值对应的第一分贝值，以及噪声均值对应的第二分贝值。
信号均值与分贝值的对应关系，以及噪声均值与分贝值的对应关系可以存储在同一个表格中，也可以分别存储在不同的表格中。
步骤S14：将第一分贝值与第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。
本申请提供的恒包络调制信号的信噪比估计方法，计算过程中主要硬件资源开销仅为两个一阶低通滤波器，由于复数取模近似计算与一阶低通滤波器均不需要使用通用乘法器，因此，本申请公开的方案具有复杂度低和硬件资源开销小的优点。
在一可选的实施例中，上述采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值的一种实现方法可以为：
利用第一公式计算由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；
第一公式为：(max(|I|，|Q|)+|I|+|Q|)/2。
也就是说，公式(max(|I|，|Q|)+|I|+|Q|)/2的值即为由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值。其中|I|、|Q|分别表示I与Q的绝对值，max()函数表示求最大值。
在一可选的实施例中，上述采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值的另一种实现方法可以为：
利用第二公式计算由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；
第二公式为：max(|I，|Q|)。也就是说，将I的绝对值和Q的绝对值中的最大值作为由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值。
在一可选的实施例中，采用二级一阶低通滤波器对模值进行处理的一种实现流程图如图2所示，可以包括：
步骤S21：将模值输入第一级一阶低通滤波器，得到与模值对应的信号均值。
步骤S22：计算信号均值与模值之差的绝对值，得到噪声幅度。
步骤S23：将噪声幅度输入第二级一阶低通滤波器，得到与噪声幅度对应的噪声均值。
本实施例中，在计算信号均值和噪声均值的过程中不涉及乘法计算，因而省去了通用乘法器。
在一可选的实施例中，第一分贝值和第二分贝值的查找可以时分复用同一个硬件资源。与第一分贝值和第二分贝值的查找使用不同的硬件资源相比，时分复用同一个硬件资源可以进一步节约资源开销。
在一可选的实施例中，上述预置补偿参数为5dB。当然，根据实际情况，上述预置补偿参数还可以调整为其它值。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的恒包络调制信号的信噪比估计方法的另一种实现流程图，可以包括：
步骤S31：估计模值，即采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值。其中，I、Q基带信号通过对恒包络调制信号进行正交下变频得到；
步骤S32：一阶低通滤波，即将估计得到的模值输入第一级一阶低通滤波器，得到与模值对应的信号均值。
步骤S33：计算信号均值与模值之差的绝对值，得到噪声幅度。
步骤S34：一阶低通滤波，即将噪声幅度输入第二级一阶低通滤波器，得到与噪声幅度对应的噪声均值。
步骤S35：计算分贝值之差与补偿，即根据预置的对应关系查找信号均值对应的第一分贝值，以及噪声均值对应的第二分贝值；将第一分贝值与第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。
与方法实施例相对应，本申请还提供一种恒包络信号的信噪比估计装置，本申请提供的恒包络信号的信噪比估计装置的一种结构示意图如图4所示，可以包括：
估计模块41，滤波模块42，查找模块43和计算模块44；其中，
估计模块41用于采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；所述I、Q基带信号通过对恒包络调制信号进行正交下变频得到；
滤波模块42用于采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，得到与所述模值对应的信号均值和噪声均值；所述一阶低通滤波器的系数为2-n；
查找模块43用于根据预置的对应关系查找所述信号均值对应的第一分贝值，以及所述噪声均值对应的第二分贝值；
计算模块44用于将所述第一分贝值与所述第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。
本申请提供的恒包络调制信号的信噪比估计装置，计算过程中主要硬件资源开销仅为两个一阶低通滤波器，由于复数取模近似计算与一阶低通滤波器均不需要使用通用乘法器，因此，本申请公开的方案具有复杂度低和硬件资源开销小的优点。
在一可选的实施例中，估计模块41可以利用第一公式计算由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；
所述第一公式为：(max(|I|，|Q|)+|I|+|Q|)/2。
在一可选的实施例中，滤波模块42的一种结构示意图如图5所示，可以包括：
第一级一阶低通滤波器51，用于基于所述模值得到与所述模值对应的信号均值；
计算单元52，用于计算所述信号均值与所述模值之差的绝对值，得到噪声幅度；
第二级一阶低通滤波器53，用于基于所述噪声幅度得到与所述噪声幅度对应的噪声均值。
在一可选的实施例中，查找模块43可以时分复用同一个硬件资源查找所述第一分贝值和所述第二分贝值。
在一可选的实施例中，所述预置补偿参数为5dB。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
应当理解，本申请实施例中，从权、各个实施例、特征可以互相组合结合，都能实现解决前述技术问题。
所述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种恒包络调制信号的信噪比估计方法，其特征在于，包括：
采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；所述I、Q基带信号通过对恒包络调制信号进行正交下变频得到；
采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，得到与所述模值对应的信号均值和噪声均值；所述一阶低通滤波器的系数为2-n；
根据预置的对应关系查找所述信号均值对应的第一分贝值，以及所述噪声均值对应的第二分贝值；
将所述第一分贝值与所述第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用无乘法器的近似方法估计由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值，包括：
利用第一公式计算由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；
所述第一公式为：(max(|I|，|Q|)+|I|+|Q|)/2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，包括：
将所述模值输入第一级一阶低通滤波器，得到与所述模值对应的信号均值；
计算所述信号均值与所述模值之差的绝对值，得到噪声幅度；
将所述噪声幅度输入第二级一阶低通滤波器，得到与所述噪声幅度对应的噪声均值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一分贝值和所述第二分贝值的查找时分复用同一个硬件资源。
5.一种恒包络调制信号的信噪比估计装置，其特征在于，包括：
估计模块，用于采用无乘法器的近似方法估计由I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；所述I、Q基带信号通过对恒包络调制信号进行正交下变频得到；
滤波模块，用于采用二级一阶低通滤波器对所述模值进行处理，得到与所述模值对应的信号均值和噪声均值；所述一阶低通滤波器的系数为2-n；
查找模块，用于根据预置的对应关系查找所述信号均值对应的第一分贝值，以及所述噪声均值对应的第二分贝值；
计算模块，用于将所述第一分贝值与所述第二分贝值之差减去预置补偿参数，得到信噪比。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述估计模块利用第一公式计算由所述I、Q基带信号组合成的复数信号的模值；
所述第一公式为：(max(|I|，|Q|)+|I|+|Q|)/2。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述滤波模块包括：
第一级一阶低通滤波器，用于基于所述模值得到与所述模值对应的信号均值；
计算单元，用于计算所述信号均值与所述模值之差的绝对值，得到噪声幅度；
第二级一阶低通滤波器，用于基于所述噪声幅度得到与所述噪声幅度对应的噪声均值。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述查找模块时分复用同一个硬件资源查找所述第一分贝值和所述第二分贝值。
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