一种短波信号幅度自动调整装置及方法与流程

本发明属于短波通信技术领域，尤其涉及一种短波信号幅度自动调整装置及方法。

背景技术：

在短波通信中，无线信号在传输过程中受到很多因素的干扰，使得接收机输入端的射频信号强度变化范围很大。接收机的输入射频信号弱时只有一微伏甚至更低，射频信号强时可达几百毫伏。这种变化导致接收机很难保证输出信号的稳定性，对后续信号的处理造成困难，特别是语音信号通过数模变换(D/A)后在接收机耳机中输出，话音会忽高忽低。话音太小会无法正常工作，话音太大会出现饱和，甚至溢出变声。

现有的短波接收机对接收到的射频信号经过下变频、滤波等处理，将得到的音频信号进行数模变换(D/A)输出到耳机，话音会忽高忽低，影响信号的质量以及工作人员的舒适度。

技术实现要素：

本发明提供一种短波信号幅度自动调整装置及方法，能够提高信号的接收质量以及工作人员接收语音信号时的舒适性，同时能够扩大接收机的动态接收范围。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种短波信号幅度自动调整装置，所述短波信号来自于射频天线信号输出端，所述装置包括：可控衰减/放大器、A/D转换单元、下变频滤波单元、数字信号处理器、音频信号自动调整单元；

所述射频天线信号输出端与可控衰减/放大器的信号输入端连接，所述可控衰减/放大器的信号输出端与A/D转换单元的信号输入端连接，所述A/D转换单元的信号输出端与下变频滤波单元的信号输入端连接，所述下变频滤波单元的信号输出端分别与数字信号处理器的信号输入端、所述音频信号自动调整单元的信号输入端连接，所述数字信号处理器的信号输出端与可控衰减/放大器的控制端连接；

所述数字信号处理器内设置有：能量检测单元、基准比较单元、控制电压输出单元和D/A转换单元；

所述下变频滤波单元的信号输出端与能量检测单元的信号输入端连接，所述能量检测单元的信号输出端与基准比较单元的信号输入端连接，所述基准比较单元的信号输出端与控制电压输出单元的信号输入端连接，所述控制电压输出单元的信号输出端与D/A转换单元的信号输入端连接，所述D/A转换单元的信号输出端与可控衰减/放大器的控制端连接。

技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述音频信号自动调整单元内设置：幅值检测模块、标准值比较模块、信号调整模块、D/A转换模块以及模拟信号输出模块；

所述下变频滤波单元的信号输出端与幅值检测模块的信号输入端连接，所述幅值检测模块的信号输出端与标准值比较模块的信号输入端连接，所述标准值比较模块的信号输出端与信号调整模块的信号输入端连接，所述信号调整模块的信号输出端与D/A转换模块的信号输入端连接，所述D/A转换模块的信号输出端与模拟信号输出模块的输入端连接。

(2)所述可控衰减/放大器包含可控衰减器和可控放大器；

所述可控衰减器用于根据衰减系数对接收到的射频信号进行衰减；

所述可控放大器用于根据放大系数对接收到的射频信号进行放大；

所述A/D转换单元用于对可控衰减/放大器输出的信号进行模数转换，得到射频数字信号；

所述下变频滤波单元用于对所述A/D转换单元输出的射频数字信号进行下变频，得到数字下变频信号；

所述数字信号处理器用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，并根据所述数字下变频信号产生控制电压，所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

所述音频信号自动调整单元用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，并对所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号进行调整，并将调整后的模拟音频信号输出到耳机。

(3)所述能量检测单元用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，计算所述数字下变频信号的平均能量，并将所述数字下变频信号的平均能量作为射频数字信号的电平；

所述基准比较单元内设置有基准电平下门限和基准电平上门限，所述基准比较单元用于根据所述射频数字信号的电平、所述基准电平下门限和所述基准电平上门限，生成对应于所述射频数字信号的电平的控制电压；所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

所述控制电压输出单元用于产生所述控制电压并输出；

所述D/A转换单元用于将所述控制电压进行数模转换，得到模拟电压，并将所述模拟电压输出到可控衰减/放大器。

(4)所述基准比较单元生成对应于所述射频数字信号的电平的控制电压，具体包括：

若所述射频数字信号的电平大于所述基准电平上门限，则所述基准比较单元生成的控制电压输入到可控衰减器，用于调整所述可控衰减器的衰减系数；

若所述射频数字信号的电平小于所述基准电平下门限，则所述基准比较单元生成的控制电压输入到可控放大器，用于调整所述可控放大器的放大系数。

(5)所述幅值检测模块用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，作为输入所述幅值检测模块的音频信号；并计算所述音频信号的平均幅值；

所述标准值比较模块内设置有标准幅值，所述标准值比较模块用于计算所述标准幅值与所述平均幅值的比值；所述标准幅值为所述音频信号的最大幅值；

所述信号调整模块用于根据所述标准幅值与所述平均幅值的比值，将所述音频信号各个采样点的幅度进行调整，得到具有标准幅值的数字音频信号；所述信号调整模块得到具有标准幅值的数字音频信号之后，还用于将所述具有标准幅值的数字音频信号的中心幅度调整为满足所述D/A转换模块输入需求的数字音频信号。

所述D/A转换模块用于将所述数字音频信号进行数模转换，得到模拟音频信号；

所述模拟信号输出模块用于将所述模拟音频信号进行输出到耳机。

技术方案二：

一种短波信号幅度自动调整方法，应用于技术方案以所述的短波信号幅度自动调整装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1，可控衰减/放大器对接收到的射频信号进行衰减或者放大，并将衰减或者放大后的信号输出到A/D转换单元；

步骤2，所述A/D转换单元对接收到的衰减或者放大后的信号进行模数转换，得到射频数字信号；所述下变频滤波单元对所述A/D转换单元输出的射频数字信号进行下变频，得到数字下变频信号；

步骤3，数字信号处理器接收所述数字下变频信号，并根据所述数字下变频信号产生控制电压，所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

步骤4，所述音频信号自动调整单元接收所述数字下变频信号，对所述数字下变频信号进行调整，并将调整后的模拟音频信号进行输出。

技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)所述步骤3具体包括如下步骤：

(3a)能量检测单元接收所述数字下变频信号，计算所述数字下变频信号的平均能量，并将所述数字下变频信号的平均能量作为射频数字信号的电平；

(3b)基准比较单元内设置有基准电平下门限和基准电平上门限，所述基准比较单元根据所述射频数字信号的电平、所述基准电平下门限和所述基准电平上门限，生成对应于所述射频数字信号的电平的控制电压；所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

(3c)控制电压输出单元产生所述控制电压并输出；

(3d)D/A转换单元将所述控制电压进行数模转换，得到模拟电压，并将所述模拟电压输出到可控衰减/放大器。

(2)子步骤(3b)中，所述基准比较单元中存储有射频数字信号的电平所属的电平范围对应的控制电压的值。

(3)所述步骤4具体包括如下步骤：

(4a)幅值检测模块接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，作为输入所述幅值检测模块的音频信号；并计算所述音频信号的平均幅值；

(4b)标准值比较模块内设置有标准幅值，所述标准值比较模块计算所述标准幅值与所述平均幅值的比值；所述标准幅值为所述音频信号的最大幅值；

(4c)信号调整模块根据所述标准幅值与所述平均幅值的比值，将所述音频信号各个采样点的幅度进行调整，得到具有标准幅值的数字音频信号；并将所述具有标准幅值的数字音频信号的中心幅度调整为满足所述D/A转换模块输入需求的数字音频信号；

(4d)D/A转换模块将所述数字音频信号进行数模转换，得到模拟音频信号；模拟信号输出模块将所述模拟音频信号进行输出到耳机。

本发明提出了一种短波信号幅度自动调整装置及方法，采用数字信号处理技术，通过对射频信号和音频信号的两级自动调整，使得输出信号保持适当的电平，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞；提高了信号的接收质量以及工作人员的舒适性，也扩大了接收机的动态接收范围。

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为本发明实施例提供的短波信号幅度自动调整装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的数字信号处理器的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的音频信号自动调整单元的内部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的短波信号幅度自动调整方法的流程示意图。

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做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。

本发明实施例提供一种短波信号幅度自动调整装置，所述短波信号来自于射频天线信号输出端，如图1所示：

所述装置包括：可控衰减/放大器、A/D转换单元、下变频滤波单元、数字信号处理器、音频信号自动调整单元；

所述射频天线信号输出端与可控衰减/放大器的信号输入端连接，所述可控衰减/放大器的信号输出端与A/D转换单元的信号输入端连接，所述A/D转换单元的信号输出端与下变频滤波单元的信号输入端连接，所述下变频滤波单元的信号输出端分别与数字信号处理器的信号输入端、所述音频信号自动调整单元的信号输入端连接，所述数字信号处理器的信号输出端与可控衰减/放大器的控制端连接；

所述数字信号处理器与所述可控衰减/放大器组成一个闭环负反馈系统。该部分对射频信号的幅度进行调整，防止输入A/D转换单元的射频信号的峰-峰值超出A/D采样的有效范围，并使信号保持平稳。

进一步的，如图2所示，所述数字信号处理器内设置有：能量检测单元、基准比较单元、控制电压输出单元和D/A转换单元；

所述下变频滤波单元的信号输出端与能量检测单元的信号输入端连接，所述能量检测单元的信号输出端与基准比较单元的信号输入端连接，所述基准比较单元的信号输出端与控制电压输出单元的信号输入端连接，所述控制电压输出单元的信号输出端与D/A转换单元的信号输入端连接，所述D/A转换单元的信号输出端与可控衰减/放大器的控制端连接。

具体的，所述可控衰减/放大器包含可控衰减器和可控放大器；

所述可控衰减器用于根据衰减系数对接收到的射频信号进行衰减；所述可控放大器用于根据放大系数对接收到的射频信号进行放大；使后续射频信号限定在A/D采样的有效范围内便于后续信号处理。

本发明实施例中，可控衰减/放大器采用衰减放大电路模块。射频信号输入先进衰减器，后进放大器。

控制电压输出到衰减器时，衰减器进入工作状态。衰减器主要抵制大信号的输入，将射频信号进行衰减，使其进入AD的有效值之内。衰减器的衰减范围为10-20dB，通过控制电压Vj的大小来控制衰减器对信号的衰减程度，Vj越大，衰减越大。

控制电压输出到放大器时，放大器进入工作状态，放大器主要对微弱信号进行放大，使其利于AD采样。放大器的最大放大增益为25dB，通过控制电压Vf的大小来控制放大器对信号的放大程度，Vf越大，放大增益越大。

无控制电压输出时，衰减器和放大器处于通路状态，不对信号进行预处理。

所述A/D转换单元用于对可控衰减/放大器输出的信号进行模数转换，得到射频数字信号；

所述下变频滤波单元用于对所述A/D转换单元输出的射频数字信号进行下变频，得到数字下变频信号；

所述数字信号处理器用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，并根据所述数字下变频信号产生控制电压，所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

具体的，所述能量检测单元用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，计算所述数字下变频信号的平均能量，并将所述数字下变频信号的平均能量作为射频数字信号的电平；

示例性的，可以采用移入移出的方法计算当前最新100个采样点的平均能量，将其作为数字射频信号的电平。

所述基准比较单元内设置有基准电平下门限和基准电平上门限，所述基准比较单元用于根据所述射频数字信号的电平、所述基准电平下门限和所述基准电平上门限，生成对应于所述射频数字信号的电平的控制电压；所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

需要说明的是，基准电平是接收机对数字射频信号的电平的期望幅度值，希望控制输入信号电平在该基准电平范围内波动，基准电平限制在A/D的有效电压允许范围之内。

当数字射频信号电平Vd小于基准电平下门限Vx，产生用于信号放大的控制电压Vf，并且当前数字射频信号电平Vd越小，与基准电平下门限Vx的差值越大，则控制电压Vf越大；

当数字射频信号电平Vd大于基准电平上门限Vs，产生用于信号衰减的控制电压Vj，并且当前数字射频信号电平Vd越大，与基准电平上门限Vs的差值越大，则控制电压Vj越大；

当输入数字射频信号电平在基准电平两个门限之间时，不产生控制电压。

所述控制电压输出单元用于产生所述控制电压并输出；

所述D/A转换单元用于将所述控制电压进行数模转换，得到模拟电压，并将所述模拟电压输出到可控衰减/放大器。

需要补充的是，当没有产生控制电压时，D/A转换单元不进行电压输出。控制电压采用定时输出的方式，由数字信号处理器控制D/A转换单元定时输出。

需要说明的是，所述基准比较单元生成对应于所述射频数字信号的电平的控制电压，具体包括：

若所述射频数字信号的电平大于所述基准电平上门限，则所述基准比较单元生成的控制电压输入到可控衰减器，用于调整所述可控衰减器的衰减系数；

若所述射频数字信号的电平小于所述基准电平下门限，则所述基准比较单元生成的控制电压输入到可控放大器，用于调整所述可控放大器的放大系数。

由于数字信号处理器对射频信号的幅度调整的滞后及调整的精度不够高，音频信号的变化范围仍不能满足要求，需进行进一步的调整。因此，还需要音频信号自动调整单元的再次调整，经过两级自动调整之后，最终输出到耳机的模拟音频信号的平稳度可以达到3dB以内。

所述音频信号自动调整单元用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，并对所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号进行调整，并将调整后的模拟音频信号输出到耳机。

更进一步的，如图3所示，所述音频信号自动调整单元内设置有：幅值检测模块、标准值比较模块、信号调整模块、D/A转换模块以及模拟信号输出模块；

所述下变频滤波单元的信号输出端与幅值检测模块的信号输入端连接，所述幅值检测模块的信号输出端与标准值比较模块的信号输入端连接，所述标准值比较模块的信号输出端与信号调整模块的信号输入端连接，所述信号调整模块的信号输出端与D/A转换模块的信号输入端连接，所述D/A转换模块的信号输出端与模拟信号输出模块的输入端连接。

具体的，所述幅值检测模块用于接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，作为输入所述幅值检测模块的音频信号；并计算所述音频信号的平均幅值；

示例性的，采用移入移出的方法计算当前最新50个音频采样点的平均幅值。

所述标准值比较模块内设置有标准幅值，所述标准值比较模块用于计算所述标准幅值与所述平均幅值的比值；所述标准幅值为所述音频信号的最大幅值；

需要说明的是，算术标准幅值也可以适当选取大于算术最大幅值的值。

所述信号调整模块用于根据所述标准幅值与所述平均幅值的比值，将所述音频信号各个采样点的幅度进行调整，得到具有标准幅值的数字音频信号；所述信号调整模块得到具有标准幅值的数字音频信号之后，还用于将所述具有标准幅值的数字音频信号的中心幅度调整为满足所述D/A转换模块输入需求的数字音频信号。

所述D/A转换模块用于将所述数字音频信号进行数模转换，得到模拟音频信号；

所述模拟信号输出模块用于将所述模拟音频信号进行输出到耳机。

本发明实施例还提供一种短波信号幅度自动调整方法，应用于上述实施例所述的短波信号幅度自动调整装置，如图4所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1，可控衰减/放大器对接收到的射频信号进行衰减或者放大，并将衰减或者放大后的信号输出到A/D转换单元；

步骤2，所述A/D转换单元对接收到的衰减或者放大后的信号进行模数转换，得到射频数字信号；所述下变频滤波单元对所述A/D转换单元输出的射频数字信号进行下变频，得到数字下变频信号；

步骤3，数字信号处理器接收所述数字下变频信号，并根据所述数字下变频信号产生控制电压，所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

所述步骤3具体包括如下步骤：

(3a)能量检测单元接收所述数字下变频信号，计算所述数字下变频信号的平均能量，并将所述数字下变频信号的平均能量作为射频数字信号的电平；

(3b)基准比较单元内设置有基准电平下门限和基准电平上门限，所述基准比较单元根据所述射频数字信号的电平、所述基准电平下门限和所述基准电平上门限，生成对应于所述射频数字信号的电平的控制电压；所述控制电压用于调整所述可控衰减器的衰减系数，或者用于调整所述可控放大器的放大系数；

所述基准比较单元中存储有射频数字信号的电平所属的电平范围对应的控制电压的值。

(3c)控制电压输出单元产生所述控制电压并输出；

(3d)D/A转换单元将所述控制电压进行数模转换，得到模拟电压，并将所述模拟电压输出到可控衰减/放大器。

步骤4，所述音频信号自动调整单元接收所述数字下变频信号，对所述数字下变频信号进行调整，并将调整后的模拟音频信号进行输出。

所述步骤4具体包括如下步骤：

(4a)幅值检测模块接收所述下变频滤波单元输出的数字下变频信号，作为输入所述幅值检测模块的音频信号；并计算所述音频信号的平均幅值；

(4b)标准值比较模块内设置有标准幅值，所述标准值比较模块计算所述标准幅值与所述平均幅值的比值；所述标准幅值为所述音频信号的最大幅值；

(4c)信号调整模块根据所述标准幅值与所述平均幅值的比值，将所述音频信号各个采样点的幅度进行调整，得到具有标准幅值的数字音频信号；并将所述具有标准幅值的数字音频信号的中心幅度调整为满足所述D/A转换模块输入需求的数字音频信号；

(4d)D/A转换模块将所述数字音频信号进行数模转换，得到模拟音频信号；模拟信号输出模块将所述模拟音频信号进行输出到耳机。

本发明实施例提供的一种短波信号幅度自动调整装置及方法，在接收机输入射频信号变化范围在-107dbm～10dbm以内时，经过信号幅度的两级自动调整，可以保证输出的音频信号幅度变化范围在3db以内，保证了通信质量；通过对射频信号自动进行衰减或放大，扩大了接收机的接收范围；在数字信号处理器上实现自动调整的主要功能，提高接收机的工作效率，降低实现复杂度，便于后续功能的提升和完善。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。