CN113557672A

CN113557672A - 信噪比估计方法

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Publication number: CN113557672A
Application number: CN202080022196.8A
Authority: CN
Inventors: 林超
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2020-03-21
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2040-03-21
Also published as: US11757480B2; FR3094160B1; FR3094160A1; WO2020188113A1; CN113557672B; US20220149875A1

Abstract

本发明涉及接收数字无线电信号的信噪比的估计方法（200）。所述估计方法（200）包括：检测步骤（1211），包括恢复包含在接收数字无线电信号中的接收同步符号；以及估计步骤（1222），其被配置为根据第一接收同步信号（Ŝa(t)）和第二接收同步信号（Ŝb(t)）之间的差异来确定接收数字无线电信号的信噪比。第一和第二接收同步信号（Ŝa(t)、Ŝb(t)）包括在接收同步符号中。

Description

信噪比估计方法

技术领域

本发明总体上涉及无线电信号的信噪比（英语为“Signal-to-Noise Ratio”，缩写为“SNR”）的估计方法。

本发明尤其是关于包括同步符号的调制无线电信号的信噪比估计方法。

背景技术

信噪比通常被认为是用于评估无线电接收器接收的无线电信号解调后数据的可靠性以及用于估计无线电信号传输所使用的信道的质量的重要参数。因此，使用信噪比来确定无线电信号的处理策略，如声音减弱（英语也称为“soft mute（软静音）”）、搜索功能、以及针对模拟无线电信号（例如FM信号）的信号混合（英语也称为“blend（调和）”）、以及针对数字无线电信号（例如DAB、DRM和CDR信号）的透明（英语也称为“seamless（无缝）”）转变、隐藏（英语也称为“concealment（隐蔽）”）和跳频。这样可以改善无线电接收器接收的信号质量。

上述术语FM、DAB、DRM、CDR是缩写，分别表示无线电信号的频率调制（英语为“frequency modulation”，调频）以及数字无线电标准，表示“数字声音无线电广播系统”（英语为“Digital Audio Broadcasting”，数字音频广播）、“世界数字无线电”和“汇聚数字无线电”（英语为“Convergent Digital Radio”）。如CDR标准文件GY/T 268.1/2-2013中定义的CDR无线电标准是一种新的“数字模拟同时发射”（英语称为“In-Band-On-Channel”，带内同频，缩写为“IBOC”）型无线电标准，其被设计用于在同一频带中同时发射数字和模拟无线电，或用于在FM频带（87MHz至108MHz）中发射数字无线电。该CDR无线电标准主要在中国使用。

为了估计所接收的模拟无线电信号的信噪比，可以执行多种常规方法，如EMV方法（英语称为“Envelope-Mean Variance”，包络均值方差）。对于数字无线电信号，可以借助于在频域中应用的方法（例如OFDM导频符号学习）或借助于在时域中应用的方法（例如使用循环前缀）来估计信噪比。术语“OFDM”是正交频分复用调制方法的英语缩写（英语为“Orthogonal Frequency-Division Multiplexing”）。

然而，已知的信噪比估计方法包括困难且复杂的计算。其中的一些方法依赖于长度受限的循环前缀，这限制了接收无线电信号的信噪比估计的准确性。一些其他方法可能容易受到外部环境参数或频率参数或者受到因频率选择性衰减引起的延迟的影响。

因此，需要使得能够以比已知方法更简单、更有效且更稳健的方式估计信噪比的解决方案。

发明内容

为了达成该结果，本发明涉及接收数字无线电信号的信噪比（英语为“Signal-to-Noise Ratio”，缩写为“SNR”）的估计方法；该估计方法包括：检测步骤，包括恢复（récupérer）包含在接收数字无线电信号中的接收同步符号；以及估计步骤，其被配置为根据第一接收同步信号和第二接收同步信号之间的差异来确定接收数字无线电信号的信噪比，第一接收同步信号和第二接收同步信号包括在接收同步符号中。

这样，本发明使得能够以比已知方法更简单、更有效且更稳健的方式估计信噪比。

有利地，所述信噪比是以下两项之间的比值：一方面是第二接收同步信号的值的两倍；并且另一方面是第一接收同步信号和第二接收同步信号之间的差异。

有利地，接收数字无线电信号对应于包括初始同步符号的调制数字无线电信号，初始同步符号包括第一同步信号和第二同步信号，所述第一和第二同步信号相同。

优选地，第一接收同步信号包括第一同步信号和第一噪声信号，并且第二接收同步信号包括第二同步信号和第二噪声信号；估计步骤是根据初始同步符号的第一同步信号和第二同步信号之间的相似性以及第一噪声信号和第二噪声信号之间的非相干性（incohérence）来执行的。

优选地，接收数字无线电信号包括多个连续符号，其中的第一个符号是所述接收同步符号，所述接收同步符号是根据CDR（英语为“Convergent Digital Radio”）汇聚数字无线电标准定义的信标符号。

本发明还涉及无线电接收器，其被配置为估计接收数字无线电信号的信噪比；无线电接收器包括被配置为实施如上所述的估计方法的模块。

本发明还涉及传输后的接收模拟无线电信号的信噪比的估计方法，其中接收模拟无线电信号在也传输数字无线电信号的频带中传输；所述第一信噪比是根据接收到的所述数字无线电信号的第二信噪比确定的，第二信噪比是借助于如上所述的估计方法计算的。

有利地，通过将第二信噪比乘以关联系数来计算第一信噪比。

有利地，根据为模拟无线电信号和数字模拟无线电信号的传输选择的频谱模式来确定关联系数。

优选地，关联系数等于0.701。

本发明还涉及无线电接收器，其被配置为估计接收模拟无线电信号的信噪比，无线电接收器包括被配置为实施如上简述的估计方法的模块，所述模块被配置为估计接收模拟无线电信号的信噪比。

附图说明

通过阅读以下描述，本发明的其他特征和优点将进一步显现。该描述纯粹是例证性的，并且应参照附图来阅读，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的由无线电接收器执行的处理方法；

图2示出了无线电信号的调制和传输所采用的频谱模式的示意图；以及

图3示出了在传输之前包含在调制无线电信号中的初始同步符号的示例。

应当注意，各图详细呈现了本发明以便实施本发明，当然，所述图在必要时能够用于更好地限定本发明。

具体实施方式

图1示出了由无线电接收器执行以便解调由该无线电接收器接收的无线电信号的处理方法100。包括接收数字无线电信号的接收无线电信号对应于以OFDM方式调制并在频带中传输的无线电信号。

处理方法100包括所述接收数字无线电信号的信噪比的估计方法200。所述估计方法200是本发明的主题并且将在接下来的段落中进行描述。此外，为了便于理解本发明，接下来的段落中也将描述在执行估计方法200之前和之后执行的一些步骤。

所述无线电接收器包括诸如天线、一个或多个调谐器和一个或多个混频器之类的模块或设备。本发明与所使用的模块或设备无关。

优选地，根据以下无线电标准之一来调制无线电信号：DAB、DRM和CDR。仍更有利地，根据CDR无线电标准调制无线电信号。

在一个有利（但非限制性的）实施例中，接收无线电信号还包括接收模拟无线电信号。优选地，接收模拟无线电信号是FM无线电信号。在这种情况下，处理方法100还包括估计方法300，其被配置为估计所述接收模拟无线电信号的信噪比。估计方法300也将在接下来的段落中描述。

包括数字无线电信号和模拟无线电信号的调制无线电信号的传输示例在图2中示出。在该示例中，调制无线电信号是CDR无线电信号，并且使用OFDM子载波进行传输。CDR无线电信号的传输应采用混合频谱模式（英语为“spectrum mode”），如CDR标准文件GY/T268.1/2-2013中定义的频谱模式9，如图2中的示意图所示。这样，CDR无线电信号的数字无线电信号（称为“数字部分”）和模拟无线电信号（称为“数字部分”）在同一频带中传输，该频带优选地从-200KHz到200KHz，其中数字无线电信号在所述频带的两个边带（例如-200KHz至-150KHz和150KHz至200KHz）中传输，而模拟无线电信号在更靠近所述频带的中心频率的部分中传输。数字无线电信号和模拟无线电信号分别对应于传输后的接收数字无线电信号和接收模拟无线电信号。

在根据CDR无线电标准调制无线电信号的实施例中，调制无线电信号包括一个或多个640ms的帧（英语为“frame”）。一个帧包括四个子帧（英语为“sub-frame”），每个子帧持续160ms。每个子帧包括多个连续符号，其中的第一个符号是同步符号。根据CDR无线电标准，多个连续符号是按时间顺序的OFDM符号。此外，同步符号仅包括用于同步的数据，而在所述同步符号之后的其他符号每个都包括要传输的无线电信号的数据的一部分。将在接下来的段落中并在图3中更详细地描述同步符号的示例。

处理方法100包括以下步骤：滤波步骤110和接收数字无线电信号的处理步骤120。在接收无线电信号不仅包括数字部分（而且包括模拟部分）的实施例中，处理方法100还包括模拟无线电信号的处理步骤130。

滤波步骤110包括由无线电接收器的一个或多个调谐器和放大器执行的常规步骤，以便接收调制和传输的无线电信号、保留接收无线电信号在期望频率上的部分、并放大接收无线电信号的被保留的所述部分等等。在滤波步骤110结束时，从接收无线电信号中提取接收数字无线电信号以及在适当情况下接收模拟无线电信号。本发明与该滤波步骤110无关。

接下来，执行包括估计方法200的接收数字无线电信号的处理步骤120，以便解调接收数字无线电信号。估计方法200包括检测步骤1221和SNR估计步骤1222。优选地，检测步骤1221和SNR估计步骤1222分别在采集模式121下和接收数字无线电信号的处理步骤120的另一操作模式122下执行。

采集模式121包括两个步骤1211和1212。检测步骤1211包括恢复包含在接收数字无线电信号中的接收同步符号。然后使用在检测步骤1211中恢复的导频符号、时间和频率同步来执行同步步骤1212。优选地，可以通过应用已知的方法来执行同步步骤1212。因此，本发明与用于执行同步步骤1212的方法无关。

在采集模式121之后，无线电接收器以操作模式122继续进行，包括下面描述的步骤1221、1222、1225和1226。

如上所述，执行确定步骤1221以确定接收数字无线电信号中包含的符号是否为接收同步符号。实际上，在执行采集模式121之后，接收数字无线电信号中包含的所有符号都已识别。如果该确定步骤1221的结果表明该符号是接收同步符号，则接下来使用该接收同步符号来执行SNR估计步骤1222，以估计接收数字无线电信号的信噪比。如上所述，该SNR估计步骤1222构成估计方法200的一部分。

从接收数字无线电信号中恢复的接收同步符号包括第一接收同步信号Ŝa(t)和第二接收同步信号Ŝb(t)，二者分别对应于包含在与接收同步符号相对应的初始同步符号中的第一同步信号Sa(t)和第二同步信号Sb(t)。图3示出了初始同步符号的示例。在该示例中，初始同步符号还包括在第一和第二同步信号Sa(t)和Sb(t)之前的循环前缀（CP）。循环前缀的长度相对于第一同步信号Sa(t)或第二同步信号Sb(t)的长度非常有限。

在调制无线电信号的传输期间会产生噪声，这导致接收同步符号与其初始同步符号之间存在差异。换言之，接收同步符号的第一接收同步信号Ŝa(t)包括初始同步符号的第一同步信号Sa(t)和在传输期间产生的第一噪声信号na(t)。类似地，接收同步符号的第二接收同步信号Ŝb(t)包括初始同步符号的第二同步信号Sb(t)和也是在传输期间产生的第二噪声信号nb(t)。这由下面两个等式（1）和（2）表示：

【数学式1】 Ŝa(t) = Sa(t) + na(t)

【数学式2】 Ŝb(t) = Sb(t) + nb(t)。

在优选但非限制性的实施例中，第一和第二同步信号Sa(t)和Sb(t)包括无线电接收器事先已知的同步数据。在有利实施例中，第一和第二同步信号Sa(t)和Sb(t)是相似或甚至完全相同的，如与根据CDR无线电标准定义的“信标符号”（英语为“beacon symbol”）完全相同的两个同步信号。

相比之下，第一噪声信号na(t)和第二噪声信号nb(t)之间没有任何关联。因此，接收数字无线电信号的信号信噪比可以使用同一个初始同步符号的第一和第二同步信号Sa(t)和Sb(t)之间的相似性以及第一噪声信号na(t)和第二噪声信号nb(t)之间的非相干性。这样，所述信噪比的估计并不特别依赖于长度非常有限的循环前缀。这种估计也不容易受到外部环境参数或频率参数的影响。于是显著改善了信噪比估计的准确性。

优选地，所述信噪比可以容易地根据同一接收同步符号的第一接收同步信号Ŝa(t)和第二接收同步信号Ŝb(t)之间的差异来实现。有利地，所述信噪比是根据以下两项之间的比值X确定的：一方面是接收同步符号的两个接收同步信号Ŝa(t)和Ŝb(t)之和；并且另一方面是第一和第二接收同步信号Ŝa(t)和Ŝb(t)之间的所述差异。仍更确切地说，接收数字无线电信号的所述信噪比借助于下面的等式（3）获得：

【数学式3】

。

在估计方法200的一个实施示例中，接收数字无线电信号的信噪比是所述比值X的一半。

替换地，接收数字无线电信号的信噪比是以下两项之间的比值（不同于比值X）：一方面是所述第二接收同步信号Ŝb(t)的值的两倍；并且另一方面是同一接收同步符号的第一和第二接收同步信号Ŝa(t)和Ŝb(t)之间的所述差异，如下面的等式（4）所示，其是从前面的等式（3）推导出来的：

【数学式4】

。

这样，本发明的估计方法200使得能够以比已知方法更简单、有效且稳健的方式来估计接收数字无线电信号的信噪比。

在其中确定步骤1221的结果显示该符号不是接收同步符号的另一种情况下，分别使用所述符号执行信道均衡步骤1225和信道解码步骤1226。应当注意，本发明与信道均衡步骤1225和信道解码步骤1226无关。

如上所述，在滤波步骤110结束时提取接收模拟无线电信号的情况下，执行接收模拟无线电信号的处理步骤130以解调接收模拟无线电信号。

接收模拟无线电信号的该处理步骤130包括两个步骤131和132。在接收模拟无线电信号是FM信号的实施例中，步骤131包括优选地以常规方式执行接收模拟无线电信号的FM解调。本发明与用于执行步骤131的方法无关。

接下来，执行SNR估计步骤132以估计接收模拟无线电信号的信噪比。在该步骤132中，执行根据本发明的估计方法300以根据接收数字无线电信号的信噪比（称为“第二信噪比”）来估计接收模拟无线电信号的所述信噪比（称为“第一信噪比”），接收数字无线电信号的信噪比已经通过执行估计方法200而获得。

优选地，通过将第二信噪比乘以关联系数α来计算第一信噪比。

由于IBOC无线电广播的性质——即数字无线电信号和模拟无线电信号的传输共享同一频带，如上所述——因此第一和第二信噪比之间存在关联。

优选地，根据针对调制无线电信号的传输选择的频谱模式来确定关联系数α。在所选频谱模式是CDR无线电标准的频谱模式9的实施例中，关联系数α等于0.701。

这样，本发明使得能够以比已知方法更简单、有效且稳健的方式来估计接收数字无线电信号的信噪比以及接收模拟无线电信号的信噪比。

本发明不限于上述实施例，而是扩展至符合其精神的任何实施例。

Claims

1.接收数字无线电信号的信噪比的估计方法（200），估计方法（200）的特征在于其包括：

- 检测步骤（1211），包括恢复包含在接收数字无线电信号中的接收同步符号；以及

- 估计步骤（1222），其被配置为根据第一接收同步信号（Ŝa(t)）和第二接收同步信号（Ŝb(t)）之间的差异来确定接收数字无线电信号的信噪比，第一和第二接收同步信号（Ŝa(t)、Ŝb(t)）包括在接收同步符号中。

2.根据权利要求1所述的估计方法（200），其中，所述信噪比是以下两项之间的比值（X）：一方面是第二接收同步信号（Ŝb(t)）的值的两倍；并且另一方面是第一和第二接收同步信号（Ŝa(t)、Ŝb(t)）之间的差异。

3.根据权利要求2所述的估计方法（200），其中，接收数字无线电信号对应于包括初始同步符号的调制数字无线电信号，初始同步符号包括第一同步信号（Sa(t)）和第二同步信号（Sb(t)），所述第一和第二同步信号（Sa(t)、Sb(t)）相同。

4.根据权利要求3所述的估计方法（200），其中，第一接收同步信号（Ŝa(t)）包括第一同步信号（Sa(t)）和第一噪声信号（na(t)），并且第二接收同步信号（Ŝb(t)）包括第二同步信号（Sb(t)）和第二噪声信号（nb(t)）；估计步骤（1222）是根据初始同步符号的第一同步信号（Sa(t)）和第二同步信号（Sb(t)）之间的相似性以及第一噪声信号（na(t)）和第二噪声信号（nb(t)）之间的非相干性来执行的。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的估计方法（200），其中，接收数字无线电信号包括多个连续符号，其中的第一个符号是所述接收同步符号，所述接收同步符号是根据CDR汇聚数字无线电标准定义的信标符号。

6.传输后的接收模拟无线电信号的第一信噪比的估计方法（300），其特征在于：

- 接收模拟无线电信号在也传输数字无线电信号的频带中传输；并且

- 所述第一信噪比是根据接收到的所述数字无线电信号的第二信噪比确定的，第二信噪比是借助于根据权利要求1至5中的任一项所述的估计方法（200）计算的。

7.根据权利要求6所述的估计方法（300），其中，通过将第二信噪比乘以关联系数（α）来计算第一信噪比。

8.根据权利要求7所述的估计方法（300），其中，根据为模拟无线电信号和数字模拟无线电信号的传输选择的频谱模式来确定关联系数（α）。

9.根据权利要求8所述的估计方法（300），其中，关联系数（α）等于0.701。

10.无线电接收器，其被配置为估计接收数字无线电信号的信噪比，其特征在于，其包括被配置为实施根据权利要求1至5中的任一项所述的估计方法（200）的模块。

11.无线电接收器，其被配置为估计接收模拟无线电信号的信噪比，其特征在于，其包括被配置为实施根据权利要求6至9中的任一项所述的估计方法（300）的模块。