CN112953572A - 一种低延迟小抖动电台静噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低延迟小抖动电台静噪方法，涉及通信电台技术领域，其技术方案要点是：通过模拟联合数字AGC的方法计算接收信号的射频信号幅度、真实幅度，将真实幅度和载波静噪门限值进行比较处理，得到载波静噪判决结果；对接收信号进行处理后产生载波锁定指示和解调信号，依次计算有效调制度、音频信噪比，将音频信噪比与预设的音频静噪等级对比分析，得到音频静噪判决结果；若载波静噪开关、音频静噪开关同时开启，则最终静噪开关状态为开启；否则，最终静噪开关状态为关闭。本发明将载波静噪与音频静噪技术结合，并对载波静噪和音频静噪分别进行改进，降低了处理延迟，保障了实时通信效果，解决了静噪开关电平易被干扰、易抖动的问题。

Description

一种低延迟小抖动电台静噪方法

技术领域

本发明涉及通信电台技术领域，更具体地说，它涉及一种低延迟小抖动电台静噪方法。

背景技术

目前，大多数通信电台仍然以话音通信为主，并且仍然采用AM调制方式，受通信体制限制，无法像手机、卫星电话等移动通信工具采用纠错编解码技术降低话音噪声，因此话音通信电台通常噪声较大，特别是在复杂电磁环境下的噪声更大，让使用者难以接受，在这样的情况下需要采用静噪技术将话音关断，待电磁环境情况好转，话音质量提升后再将话音打开，此外由于电台使用者的听觉感受存在差异，所以静噪技术还需要设计不同的静噪等级，以满足不同使用者的感受。

常用的静噪方法一般采用载波静噪结合音频静噪的设计方法。

传统的载波静噪方法通常采用计算中频信号带内带外能量比的方法，如图1所示，该方法需要使用多个陡峭的高阶数字滤波器去获取带内、带外能量，对数字处理器要求高，成本高，且滤波器阶数越高，带来的处理延迟大，而且中频信号能量比的方法，不适用于8.33kHz频率间隔的窄带工作模式，8.33kHz频率间隔时，可用于提取噪声能量的带宽变小，无法获取稳定的噪声能量，进而导致载波静噪开关抖动变大，如果此时电台受到外部干扰，静噪开关的抖动会进一步加剧。

传统的音频静噪方法通常采用音频信号带内带外能量比计算的方法。音频信号一般取0.3kHz～3.4kHz范围内的能量作为带内能量，取4kHz以外的信号能量作为带外能量。该方法的音频带宽范围太宽，需要较长时间平滑才能得到音频静噪开关电平，延迟较大，同样也会因为音频带宽太宽，很容易被干扰，引起音频静噪开关电平抖动。另外，音频静噪门限的设置，一般根据信号的不同调制度设置相应的门限值。在估计信号调制度时，传统方法使用谱峰值来计算，需要做傅里叶变换，傅里叶变换的频率分辨率受数据量的影响，数据量小则势必会影响结果的准确度，数据量大则会造成较大时延；另一种估计信号调制度的方法是使用话音能量和载波能量的权重比来估计信号调制度，将其制作成查找表，该方法虽可行且速度快，但受制于不同的电磁环境，每换一个新的应用场景需重新制作查找表，其实用性不强。

综上，如何研究设计一种低延迟小抖动电台静噪方法是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种低延迟小抖动电台静噪方法，有效解决传统载波静噪成本高、处理延迟大、不适用于窄带工作模式、静噪开关抖动大等问题，同时有效解决传统音频静噪处理延迟大、易被干扰、静噪开关电平易抖动等问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的，包括以下步骤：

S101：通过模拟联合数字AGC的方法计算接收信号的射频信号幅度，并对射频信号幅度进行噪声补偿后得到接收信号的真实幅度，以及，通过回滞处理的判决方法将真实幅度和载波静噪门限值进行比较处理，得到载波静噪判决结果；

S102：通过锁相环解调器对接收信号进行处理后产生载波锁定指示和解调信号，采用实时判决方法对解调信号进行分帧处理后计算得到当前的有效调制度，并将解调信号滤波去除直流分量后计算得到解调信号的音频信噪比；以及，将音频信噪比与预设的音频静噪等级对比分析，且依据有效调制度自适应调整音频静噪等级的门限值，得到音频静噪判决结果；

S103：根据载波静噪判决结果、音频静噪判决结果分别确定载波静噪开关、音频静噪开关的状态；若载波静噪开关、音频静噪开关同时开启，则开启最终静噪开关；否则，关闭最终静噪开关。

进一步的，所述射频信号幅度的计算过程具体为：

通过第一模数转换器以1ksps的速率采样射频接收机输出的AGC电压值；

通过数字处理器对AGC电压值进行平滑滤波处理得到第一电压值；

将第一电压值和存储在数字处理器中的第二电压值进行查表映射，得到当前输入的接收信号的射频信号幅度。

进一步的，所述平滑滤波处理的计算公式具体为：

V_{agc_smooth}＝αV_agc(n)+(1-α)V_agc(n-1)

其中，V_{agc_smooth}表示第一电压值；V_agc(n)表示当前的AGC电压值；V_agc(n-1)表示上一次的AGC电压值；α为平滑系数，取值为0.25。

进一步的，所述真实幅度的计算过程具体为：

通过第二模数转换器采集射频接收机输出的中频信号，并将中频信号传输至数字处理器；

当检测到射频接收机无有效的接收信号输入时，确定输入数字处理器的中频信号为噪声信号，并对中频信号进行噪声估计运算后得到噪声信号能量，以及根据噪声信号能量计算得到噪声功率；

当检测到射频接收机有有效的接收信号输入时，根据射频信号幅度、噪声功率进行噪声补偿运算后得到真实幅度。

进一步的，通过模拟联合数字AGC控制射频接收机输出的AGC电压与射频信号幅度值一一对应，具体控制过程为：

数字处理器对中频信号计算后得到中频信号能量；

将中频信号能量与预期能量值进行比较分析，得到射频接收机的衰减控制值；

通过数模转换器将衰减控制值转为衰减控制电压信号后传送给射频接收机。

射频接收机根据衰减控制电压信号调整输出的中频信号幅度。

进一步的，所述载波静噪判决结果的计算过程具体为：

将真实幅度和载波静噪门限值进行比较，输出载波静噪开关电平；

当真实幅度大于或者等于载波静噪门限值时，开启载波静噪开关；

且在载波静噪开关关闭时设置4dB回滞，得到回滞门限值，当真实幅度小于回滞门限值时，关闭载波静噪开关。

进一步的，所述有效调制度的计算过程具体为：

将解调信号分帧，筛选每帧信号的第二大值A与第二小值B，并以第二大值A、第二小值B的差值与第二大值A、第二小值B的和值之比计算得到当前帧的调制度计算值；

当调制度计算值在某个预设的范围内时只视作一个调制度X，且在连续几帧信号保持同一个调制度才记为有效调制度，输出给下一级；否则，则输出上一次的有效调制度Y。

进一步的，所述音频信噪比的计算过程具体为：

将解调信号经过滤波器去除直流分量后进行FFT变换，得到主要人声频段、次要人声频段和噪声频段；

分别计算主要人声频段、次要人声频段、噪声频段的平均能量，得到主要人声频段平均能量、次要人声频段平均能量、噪声频段平均能量；

根据主要人声频段平均能量、次要人声频段平均能量、噪声频段平均能量计算得到解调信号的的音频信噪比。

进一步的，所述解调信号的音频信噪比计算公式具体为：

SNR＝10 log₁₀(0.8*E_S0+0.2*E_S1/E_N)

其中，SNR表示解调信号的音频信噪比；E_S0表示主要人声频段平均能量；E_S1表示次要人声频段平均能量；E_N表示噪声频段平均能量。

进一步的，所述音频静噪结果的计算过程具体为：

在同一个调制度条件下，测试不同载波信号强度的音频信噪比范围，取较小值作为该调制度所对应音频静噪等级的门限值；

当音频信噪比大于对应音频静噪等级的门限值时，开启音频静噪开关；

当连续N帧的音频信噪比均小于对应音频静噪等级的门限值时，关闭音频静噪开关。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明将载波静噪与音频静噪技术结合，并对载波静噪和音频静噪分别进行创新性改进，降低了处理延迟，保障了实时通信效果，同时解决了静噪开关电平易被干扰、易抖动的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是传统带内带外能量比的载波静噪处理原理图；

图2是本发明实施例中的静噪处理的流程图；

图3是本发明实施例中载波静噪处理原理图；

图4是本发明实施例中模拟联合数字AGC控制的流程图；

图5是本发明实施例中载波静噪处理的流程图；

图6是本发明实施例中音频静噪处理的流程图；

图7是本发明实施例中调制度判决的流程图；

图8是本发明实施例中音频静噪判决的流程图；

图9是本发明实施例中静噪指示对应中频信号的示意图；

图10是本发明实施例中静噪指示对应解调信号的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图1-10，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：一种低延迟小抖动电台静噪方法，具体由以下步骤实现。

步骤一，如图2与图5所示，通过数字AGC电压方法计算接收信号的射频信号幅度，并对射频信号幅度进行噪声补偿后得到接收信号的真实幅度，以及，通过回滞处理的判决方法将真实幅度和载波静噪门限值进行比较处理，得到载波静噪判决结果。

(1)如图3所示，射频信号幅度的计算过程具体为：通过第一模数转换器以1ksps的速率采样射频接收机输出的AGC电压值；通过数字处理器对AGC电压值进行平滑滤波处理得到第一电压值；将第一电压值和存储在数字处理器中的第二电压值进行查表映射，电压映射值对应输入射频信号幅度，按1dB步进，对应的幅度范围为-110dBm～-70dBm，通过查找表的方法得到当前输入的接收信号的射频信号幅度，可用RSSI表示。

平滑滤波处理的计算公式具体为：

V_{agc_smooth}＝αV_agc(n)+(1-α)V_agc(n-1)

其中，V_{agc_smooth}表示第一电压值；V_agc(n)表示当前的AGC电压值；V_agc(n-1)表示上一次的AGC电压值；α为平滑系数，取值为0.25。

采用平滑滤波的方法获取RSSI值，计算复杂度低，对处理器的性能要求低；只需要2个采样点的时间即可完成载波静噪判决，处理延迟小；不需要从带外获取噪声能量，适用于窄带工作模式的电台；由于数字处理器对采样到的AGC电压进行了平滑处理，可以有效剔除AGC电压异值，降低外部干扰对载波静噪开关的影响，减小载波静噪开关的抖动。

(2)真实幅度的计算过程具体为：通过第二模数转换器采集射频接收机输出的中频信号，并将中频信号传输至数字处理器；当检测到射频接收机无有效的接收信号输入时，确定输入数字处理器的中频信号为噪声信号，并对中频信号进行噪声估计运算后得到噪声信号能量P_n，以及根据噪声信号能量计算得到噪声功率；当检测到射频接收机有有效的接收信号输入时，根据射频信号幅度、噪声功率进行噪声补偿运算后得到真实幅度。

噪声功率为10log₁₀(P_n)；

噪声补偿运算：RSSI_real＝RSSI-10log₁₀(P_n)；RSSI_real可以认为是输入射频信号真实幅度。

(3)如图4所示，通过模拟联合数字AGC控制射频接收机输出的AGC电压与射频信号幅度值一一对应，具体控制过程为：数字处理器对中频信号计算后得到中频信号能量；将中频信号能量与预期能量值进行比较分析，得到射频接收机的衰减控制值；通过数模转换器将衰减控制值转为衰减控制电压信号后传送给射频接收机。射频接收机根据衰减控制电压信号调整输出的中频信号幅度。

(4)载波静噪判决结果的计算过程具体为：将真实幅度和载波静噪门限值进行比较，输出载波静噪开关；当真实幅度大于或者等于载波静噪门限值时，开启载波静噪开关；且在载波静噪开关关闭时设置4dB回滞，得到回滞门限值，当真实幅度小于回滞门限值时，关闭载波静噪开关。

步骤二，如图2与图6所示，通过锁相环解调器对接收信号进行处理后产生载波锁定指示和解调信号，采用实时判决方法对解调信号进行分帧处理后计算得到当前的有效调制度，并将解调信号滤波去除直流分量后计算得到解调信号的音频信噪比；以及，将音频信噪比与预设的音频静噪等级对比分析，且依据有效调制度自适应调整音频静噪等级的门限值，得到音频静噪判决结果。

(1)有效调制度的计算过程具体为：如图6与图7所示，将解调信号分帧，筛选每帧信号的第二大值A与第二小值B，并以第二大值A、第二小值B的差值与第二大值A、第二小值B的和值之比计算得到当前帧的调制度计算值。由于干扰以及计算误差导致相邻帧信号的调制度估值不同，而调制度只作为辅助手段不需要太高精确度，因此只设9个调制度(10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％)。当调制度计算值在某个预设的范围内时只视作一个调制度X，且在连续几帧信号保持同一个调制度才记为有效调制度，输出给下一级；否则，则输出上一次的有效调制度Y。

调制度计算值Δ的计算公式如下：Δ＝(A-B)/(A+B)。

(2)音频信噪比的计算过程具体为：如图6所示，将解调信号经过滤波器去除直流分量后进行FFT变换，得到主要人声频段、次要人声频段和噪声频段；分别计算主要人声频段、次要人声频段、噪声频段的平均能量，得到主要人声频段平均能量、次要人声频段平均能量、噪声频段平均能量；根据主要人声频段平均能量、次要人声频段平均能量、噪声频段平均能量计算得到解调信号的的音频信噪比。

解调信号的音频信噪比计算公式具体为：

SNR＝10 log₁₀(0.8*E_S0+0.2*E_S1/E_N)

其中，SNR表示解调信号的音频信噪比；E_S0表示主要人声频段平均能量；E_S1表示次要人声频段平均能量；E_N表示噪声频段平均能量；其中，主要人声频段平均能量权重占比0.8，次要人声频段平均能量权重占比0.2。

本发明的音频静噪综合静噪灵敏度、漏检率、虚检率以及检测速度、算法复杂度等多方面考虑，提出了一种基于基音能量信噪比的方法。基音是发音体整体振动产生的音，能量最强，决定音高，与泛音相对。人声的基音是由声带振动产生，其频率范围在62.5Hz到1100Hz。使用基音频段62.5Hz到1125Hz作为主要人声频段，频段1126Hz到3406.25Hz作为次要人声频段，频段4000Hz到5062.5Hz频带作为噪声频段，所得信噪比与传统带内带外能量计算法相比，检测灵敏度高，容易区分静噪等级，同时需要的平滑时间短，延迟小，不易被干扰，可提高音频静噪开关电平的稳定性。另外，调制度的判决避免了谱峰值和查找表等方法，采用了实时计算的方法，不但延迟小，而且可以自适应不同的应用场景。

(3)音频静噪判决结果的计算过程具体为：如图8所示，在同一个调制度条件下，测试不同载波信号强度的音频信噪比范围，取较小值作为该调制度所对应音频静噪等级的门限值；当音频信噪比大于对应音频静噪等级的门限值时，开启音频静噪开关；当连续N帧的音频信噪比均小于对应音频静噪等级的门限值时，关闭音频静噪开关。预设值N应根据最终听觉感受选取，太小会导致通话时断时续，太大会导致静噪开关关闭不及时。

步骤三，如图2所示，根据载波静噪判决结果、音频静噪判决结果分别确定载波静噪开关和音频静噪开关的状态；若载波静噪开关和音频静噪开关同时开启，则最终静噪开关状态为开启；否则，最终静噪开关状态为关闭。

实验结果如图9与图10所示，本发明方法在起始端仅单载波的情况下，静噪开关一直保持关闭状态；在有语音的情况下，静噪开关立即开启；在语音段间隔较长的情况下，静噪开关保持了一定的开启时间才关闭；在语音段间隔较短的情况下，静噪开关一直保持开启状态。因此本方案的静噪技术可以准确、有效的检测出话音段和噪声段，且静噪稳定，不容易被干扰，静噪开关抖动很小，在不同的电磁环境中的适用性很强。

静噪时延测试记录如表1所示，频率表示电台工作频率，静噪门限表示当前电台设置的静噪等级对应的静噪门限，静噪时延表示电台射频信号输入到音频输出之间的时延。

表1静噪时延测试表格

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，包括以下步骤：

S101：通过模拟联合数字AGC的方法计算接收信号的射频信号幅度，并对射频信号幅度进行噪声补偿后得到接收信号的真实幅度，以及，通过回滞处理的判决方法将真实幅度和载波静噪门限值进行比较处理，得到载波静噪判决结果；

S102：通过锁相环解调器对接收信号进行处理后产生载波锁定指示和解调信号，采用实时判决方法对解调信号进行分帧处理后计算得到当前的有效调制度，并将解调信号滤波去除直流分量后计算得到解调信号的音频信噪比；以及，将音频信噪比与预设的音频静噪等级对比分析，且依据有效调制度自适应调整音频静噪等级的门限值，得到音频静噪判决结果；

S103：根据载波静噪判决结果、音频静噪判决结果分别确定载波静噪开关、音频静噪开关的状态；若载波静噪开关、音频静噪开关同时开启，则最终静噪开关状态为开启；否则，最终静噪开关状态为关闭。

2.根据权利要求1所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述射频信号幅度的计算过程具体为：

通过第一模数转换器以1ksps的速率采样射频接收机输出的AGC电压值；

通过数字处理器对AGC电压值进行平滑滤波处理得到第一电压值；

将第一电压值和存储在数字处理器中的第二电压值进行查表映射，得到当前输入的接收信号的射频信号幅度。

3.根据权利要求2所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述平滑滤波处理的计算公式具体为：

V_{agc_smooth}＝αV_agc(n)+(1-α)V_agc(n-1)

其中，V_{agc_smooth}表示第一电压值；V_agc(n)表示当前的AGC电压值；V_agc(n-1)表示上一次的AGC电压值；α为平滑系数，取值为0.25。

4.根据权利要求2所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述真实幅度的计算过程具体为：

通过第二模数转换器采集射频接收机输出的中频信号，并将中频信号传输至数字处理器；

当检测到射频接收机无有效的接收信号输入时，确定输入数字处理器的中频信号为噪声信号，并对中频信号进行噪声估计运算后得到噪声信号能量，以及，根据噪声信号能量计算得到噪声功率；

当检测到射频接收机有有效的接收信号输入时，根据射频信号幅度、噪声功率进行噪声补偿运算后得到真实幅度。

5.根据权利要求4所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，通过模拟联合数字AGC控制射频接收机输出的AGC电压与射频信号幅度值一一对应，具体控制过程为：

数字处理器对中频信号计算后得到中频信号能量；

将中频信号能量与预期能量值进行比较分析，得到射频接收机的衰减控制值；

通过数模转换器将衰减控制值转为衰减控制电压信号后传送给射频接收机。

射频接收机根据衰减控制电压信号调整输出的中频信号幅度。

6.根据权利要求1所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述载波静噪判决结果的计算过程具体为：

将真实幅度和载波静噪门限值进行比较，输出载波静噪开关电平；

当真实幅度大于或者等于载波静噪门限值时，开启载波静噪开关；

且在载波静噪开关关闭时设置4dB回滞，得到回滞门限值，当真实幅度小于回滞门限值时，关闭载波静噪开关。

7.根据权利要求1所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述有效调制度的计算过程具体为：

将解调信号分帧，筛选每帧信号的第二大值A与第二小值B，并以第二大值A、第二小值B的差值与第二大值A、第二小值B的和值之比计算得到当前帧的调制度计算值；

当调制度计算值在某个预设的范围内时只视作一个调制度X，且在连续几帧信号保持同一个调制度才记为有效调制度，输出给下一级；否则，则输出上一次的有效调制度Y。

8.根据权利要求1所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述音频信噪比的计算过程具体为：

将解调信号经过滤波器去除直流分量后进行FFT变换，得到主要人声频段、次要人声频段和噪声频段；

分别计算主要人声频段、次要人声频段、噪声频段的平均能量，得到主要人声频段平均能量、次要人声频段平均能量、噪声频段平均能量；

根据主要人声频段平均能量、次要人声频段平均能量、噪声频段平均能量计算得到解调信号的音频信噪比。

9.根据权利要求8所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述解调信号的音频信噪比计算公式具体为：

SNR＝10log₁₀(0.8*E_S0+0.2*E_S1/E_N)

其中，SNR表示解调信号的音频信噪比；E_S0表示主要人声频段平均能量；E_S1表示次要人声频段平均能量；E_N表示噪声频段平均能量。

10.根据权利要求1所述的一种低延迟小抖动电台静噪方法，其特征是，所述音频静噪结果的计算过程具体为：

在同一个调制度条件下，测试不同载波信号强度的音频信噪比范围，取较小值作为该调制度所对应音频静噪等级的门限值；

当音频信噪比大于对应音频静噪等级的门限值时，开启音频静噪开关；

当连续N帧的音频信噪比均小于对应音频静噪等级的门限值时，关闭音频静噪开关。

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