CN100414844C

CN100414844C - 具有信号通路的接收机及方法

Info

Publication number: CN100414844C
Application number: CNB038057018A
Authority: CN
Inventors: W·J·蒂里; L·A·J·范帕佩格姆
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: US20050105645A1; US7433417B2; JP4272071B2; CN1639989A; JP2005520388A; DE60303450D1; ATE317182T1; EP1486006B1; DE60303450T2; WO2003077435A1; EP1486006A1; AU2003252815A1

Abstract

本发明涉及用于接收RF信号的接收机(1，49，51，52，54)。已知的接收机包括由立体声导频控制的锁相环。由于无用频率发生变化，所以在立体声解码器之间放置一个采样率转换器。通过本发明可以进行复数范围内的滤波操作。

Description

具有信号通路的接收机及方法

技术领域

本发明涉及一种具有信号通路的接收机，包括下列元件：调谐装置；解调电路，用于提供具有基带立体声和信号(L+R)、19kHz立体声导频以及在空白的38kHz副载波上双边带调幅的立体声差信号(L-R)的立体声多路复用信号；用于将模拟信号转换成时间离散信号的采样装置；以及具有滤波器和包括振荡器的锁相环的立体声解码器。

背景技术

可以从EP 0512606B1中得知这种接收机。在88-108MHz的UHF范围中，RF信号是作为调频信号发射的。大多数的站发射立体声信号。在解调RF调频信号之后，获得立体声多路复用信号，该信号具有在15kHz范围内的基带立体声和信号(L+R)和在38kHz空白副载波上双边带调幅的立体声差信号(L-R)。和信号(L+R)也称为单声道信号。立体声差信号(L-R)的解调需要具有大量电路组件的接收机。该接收机包括由立体声导频控制的锁相环。当发射机的频率变化时，立体声导频也发生变化。要重新调整接收机中的解调器。由于这些无用频率发生变化，所以将简称为SRC的采样率转换器放置在立体声解码器之前。第二采样频率转换器在立体声解码器之后。这些转换器是精密的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种简单的立体声解码器。根据本发明的一方面，提供一种具有信号通路的接收机，包括下列元件：调谐装置；解调电路，用于提供具有基带立体声和信号(L+R)、19kHz立体声导频，以及在空白的38kHz副载波上双边带调幅的立体声差信号(L-R)的立体声多路复用信号；用于将模拟信号转换成时间离散信号的采样装置；以及立体声解码器，它具有多个有限脉冲响应滤波器、包括振荡器的锁相环、以及多个调制器，其特征在于所述立体声解码器还包括转换器，其中所述多个有限脉冲响应滤波器中的第一有限脉冲响应滤波器对所述立体声多路复用信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的一个进行复数滤波，所述多个调制器中的第一调制器对滤波后的信号进行复调制，所述多个有限脉冲响应滤波器中的第二有限脉冲响应滤波器对调制后的信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的另一个进行复数滤波，所述多个调制器中的第二调制器对信号进行复调制，所述多个有限脉冲响应滤波器中的第三和第四有限脉冲响应滤波器分离基带立体声和信号(L+R)和立体声差信号(L-R)，所述多个调制器中的第三调制器对(L+R)和(1-R)信号进行调制，以及所述转换器将信号从复数信号转换为实数信号。

根据本发明的另一方面，提供一种在接收机的解码器中对时间离散的立体声多路复用信号进行解码的方法，该立体声多路复用信号具有基带立体声和信号(L+R)、19kHz立体声导频，以及在空白的38kHz副载波上双边带调幅的立体声差信号(L-R)，其特征在于该方法包括步骤：通过有限脉冲响应滤波器对立体声多路复用信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的一个进行复数滤波，通过调制器对滤波后的信号进行复调制的第一调制步骤，通过有限脉冲响应滤波器对调制后的信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的另一个进行复数滤波，对信号进行复调制的第二调制步骤，通过两个有限脉冲响应滤波器分离基带立体声和信号(L+R)和立体声差信号(L-R)，对(L+R)和(1-R)信号进行调制的第三调制步骤，以及将信号从复数信号转换为实数信号。

根据本发明，可以在复数范围内执行滤波器的操作。频率响应边缘处于0Hz附近的一个复数范围内。在一段时间周期内执行的实数输入信号与余弦波的乘法产生了在频率范围内向两侧偏移的结果，即，在载波频率+/-φ周围的调制：

Y(e^iθ)＝(X(e^i(θ-φ))+X(e^i(θ+φ)))/2

借助于具有载波频率φ的余弦波的调制产生一个输出信号，其中有用部分在+/-2φ附近被输入频谱中的无用部分补充。这可以借助于一个能抑制频谱中+/-2φ附近的无用部分的前置滤波器来避免。这同样适用于采用正弦波的调制。

实数或复数信号利用复指数e^iθn，即与虚指数相乘，导致只向频率范围中的一侧偏移，因此没有使用前置滤波器。

Y(e^iθ)＝(X(e^i(θ-φ))

在该立体声解码器中，复调制是通过由振荡器提供的信号cos(nφ)和sin(nφ)实现的。非递归的半带滤波器，即，有限脉冲响应滤波器，简称为FIR滤波器，具有π/2相移的特性。该π/2相移也称为90度相移或称为二次反射(quadratic mirroring)。术语二次反射表示这类滤波器的传递函数H(f)可以根据下列等式被反射采样频率的四分之一(Fs/4)。

|H(Fs/4-f)|+|H(Fs/4+f)|＝1

术语半带是指FIR滤波器的第二特性，即表示这些滤波器起缩减和/或内插的作用。FIR滤波器具有一个值得关注的特性，其一半的系数是零。当用于缩减时，在数字技术中这意味着在表格中每个第二值被除去。对于内插，这意味着第二值，即先前的值，被插入在表格中的每个值之后。两倍缩减也称为下降2倍采样(down-sampling by 2)。

该FIR滤波器的第三个值得关注的特性是当选定长度为奇数时，延迟是采样的整数倍。当这些FIR滤波器与复调制结合使用时，只插入简单的延迟元件，从而使得在立体声解码器中的复调制在不同的时间是同相的。用于复数信号的立体声解码器中的FIR滤波器的传递函数在频率范围内偏移采样频率的四分之一，从而使得在下文中也称为斜面的过渡带以0Hz频率附近为中心，即，在f₀＝0附近，并且与L+R和L-R频谱重叠，当使用这些滤波器时频谱也可以以f₀＝0为中心。用直流电流类推，值f₀＝0也称为DC，其在施加的电压处具有零频率。由于反射特性，可以通过连接该信号的实数部分来恢复L+R和L-R信号。

FIR滤波器的传递函数在频率范围内偏移采样频率的四分之一是指该实数FIR滤波器的系数是用下列方式修改的：

h[n]→h[n]e^inπ/2

这些系数的修改对于实现FIR滤波器没有其他的影响。

与复调制相结合的FIR滤波器的这三个特性是完美解决立体声解码器的关键。

附图说明

参考在下文中描述的实施例，本发明的这些及其他方面将得到阐述并变得清晰。

在附图中：

图1是包括立体声解码器的接收机的方框图，

图2显示了在立体声解码器的输入端处的第一频谱，

图3显示了第一频谱和第一半带或FIR滤波器的频率响应，

图4显示了在第一FIR滤波器的输出端处的第二频谱，

图5显示了在第一调制器的输出端处的第三频谱，

图6显示了第三频谱和第二FIR滤波器的频率响应，

图7显示了在第二FIR滤波器的输出端处的第四频谱，

图8显示了在第二调制器的输出端处的第五频谱，

图9显示了第五频谱以及对称的FIR高通和低通滤波器的另两个频率响应，

图10显示了在对称的FIR高通和低通滤波器的第一输出端处的第六频谱，

图11显示了在对称的FIR高通和低通滤波器的第二输出端处的第七频谱，

图12显示了在椭圆滤波器的输出端处的导频，

图13显示了在第三调制器的输出端处的具有复数L+R信号的第八频谱，

图14显示了在第四调制器的输出端处的具有复数L-R信号的第九频谱，

图15显示了在第一转换器的输出端处的实数L+R信号的第十频谱，

图16显示了在第二转换器的输出端处的实数L-R信号的第十一频谱，

图17是锁相环的方框图，以及

图18是振荡器的方框图。

具体实施方式

图1显示了立体声解码器1，它具有有限脉冲响应或FIR滤波器2、复调制器3、第二FIR滤波器4、第二复调制器5、下降2倍采样滤波器6、具有两个FIR滤波器8和9的电路7、第三和第四调制器10和11、另外两个下降2倍采样滤波器12和13、两个转换器14和15、椭圆低通滤波器16、控制通路17、二重内插滤波器18、振荡器19、延迟元件20、第五下降2倍采样滤波器21、第二延迟元件22、第六下降2倍采样滤波器23、以及第三延迟元件24。在立体声解码器1中，输入信号通过导电连接25被提供到FIR滤波器2。另外的双导电连接26从FIR滤波器2引向调制器3，并从FIR滤波器2把信号提供到调制器3。来自调制器3的信号通过双导电信号连接27被提供到第二FIR滤波器4。通过其他的信号连接27到36，以及通过FIR滤波器4、调制器5、FIR滤波器8和9、调制器10和11、下降2倍采样滤波器12和13、以及转换器14和15，信号进一步被提供到输出端37和38。连接26到36是双并行连接，每个连接传送一个信号。

振荡器19是离散控制的振荡器，简称为DCO。DCO 19具有三个带有双导电信号连接的输出端39到41，它们通向复调制器3；通过延迟元件20和另一个连接42通向调制器5，并且通过下降2倍采样滤波器21和第二延迟元件22、以及连接43和44通向调制器10；通过FIR滤波器4、下降2倍采样滤波器23和第三延迟元件24、以及其他的连接45、46和47通向调制器11。DCO 19在输出端的一个信号连接上产生余弦信号并在另一个信号连接上产生正弦信号。信号在连接39上具有38kHz的频率，在连接40、45、46和47上具有+19kHz的频率，并且在连接41、42、43和44上具有-19kHz的频率。

在立体声解码器1的输入端48处设置具有天线50的调谐装置49、调频器51和A/D转换器52。转换器以4×44.1kHz的采样率Fs采样时分多路复用信号。调谐装置49通过连接53控制。设置在立体声解码器1的输出端37和38处的转换器54从单声道信号L+R和差信号L-R中产生左立体声信号和右立体声信号，扬声器55和56将该立体声信号再现为声信号。立体声解码器1、调谐装置49、调频器51、A/D转换器52和转换器54组成接收机。

与复调制结合的FIR滤波器2、4、7、8和9是立体声解码器1的完美解决方案的关键，现在参考图2到15说明立体声解码器1的功能。

图2显示了提供到立体声解码器1的多路复用信号的频谱，该信号存在于连接25上，并以4×44.1kHz的采样率Fs采样。所示的频谱没有RDS、ARI和SCA信号。从零开始，具有基带57的基带立体声和信号L+R、19kHz的导频58、以及随后的具有在38kHz副载波上双边带调幅的两个边带59和60的立体声差信号L-R，在频谱的右半边延伸。由于频带范围内的对称特性，频带和导频57-60围绕零反射，并且以侧边反转的形式按频带和导频61、62、63和64的方式出现在频谱的左半边。

图3显示了对称的FIR低通滤波器2的频率响应65，从零交点看，右移了Fs/4，即44.1kHz。因此，L+R信号处于传输频带66中，该传输频带66在下文中也称为斜面。滤波器2是复数的，以复数形式操作并且也提供复数输出信号。

图4显示了在滤波器2滤波之后的复数输出信号的频谱。因为L+R信号是以斜面66内的斜面值滤波的，取决于有关的斜面值，为L+R信号获得减少的值。L+R信号的边带67和68被减少。滤波器2的复数输出信号存在于连接26上。

图5显示了在调制器3调制之后的频谱。信号在调制器3中在-38kHz处被复调制，即，频谱左移-38kHz。因此，频谱的L-R信号以零附近为中心，即在DC周围。现在零在L-R信号的两个边带59和60之间。在连接27上提供调制器3的输出信号。

图6显示了现在提供给对称的FIR滤波器4的居中的L-R信号。滤波器左移Fs/4，即44.1kHz。采用右移Fs/4的对称的FIR高通滤波器滤波也是有可能的。因此L-R信号，即L-R信号的两个边带位于第二频率响应70的第二过渡带69，在下文中也称为斜面。

图7显示了在利用滤波器4滤波之后的频谱。因为立体声差信号L-R是以斜面69内的斜面值滤波的，取决于有关的斜面值，为L-R信号获得减少的值。在连接28上提供具有减少的边带71和72的相关信号并且将其提供到调制器5。

图8显示了在调制器5中在19kHz处被复调制并且右移19kHz的频谱。当复调制的频率是原始的导频的精确倍数时，当前导频位于零交点处。在下降2倍采样滤波器6中，信号被下降2倍采样。复数信号从连接30通过两个不同的支路传递。在一个支路中，信号被提供到滤波电路7以用于音频处理，而在另一个支路中，它被提供到椭圆滤波器16，即具有小带宽的带通滤波器，以用于提取导频58和62。现在靠近DC的导频58用于控制DCO 19，该DCO 19控制复调制。

图9显示了滤波电路7中的信号。在左侧部分显示了具有频率响应73的FIR滤波器8，并且在右侧部分显示了具有频率响应74的FIR滤波器9。滤波电路是左移(Fs/2)/4＝22.05kHz的对称的FIR高通和低通滤波器，以便分离L+R和L-R信号。

图10显示了由FIR低通滤波器8在连接32上提供的输出信号的频谱。该信号是用斜面66复数滤波的L+R单声道信号，具有两个减少的边带67和68。

图11显示了由FIR滤波器9在连接31上提供的输出信号的频谱。该信号是用斜面69复数滤波的L-R立体声差信号，具有两个减少的边带71和72。

图12显示了在低通滤波器16之后的频谱。导频58在DC处。

图13显示了在调制器10之后的L+R单声道信号的频谱。在调制器10中，信号以19kHz调制，即右移19kHz，从而使得频谱的两个减少的边带67和68以DC为中心。

图14显示了在调制器11之后的L-R差信号的频谱。在调制器11中，L-R信号以-19kHz调制，即左移-19kHz，从而使得频谱的两个减少的边带71和72以DC为中心。

图15显示了在转换器14之后的具有原始边带66和76的L-R信号的频谱。转换器14从复数L+R信号中过滤实数部分，从而获得原始的L+R信号。

图16显示了在转换器15之后的具有原始边带77和78的L-R信号的频谱。转换器15从复数L-R信号中过滤实数部分，从而获得原始的L-R信号。

图17显示了锁相环或PLL 80，它具有调制器3、FIR滤波器4、第二调制器5、下降2倍采样滤波器6、椭圆低通滤波器16、控制通路17、内插滤波器18、DCO 19、和延迟元件20。控制通路17包括具有系数a的放大器81、在前向控制84中的延迟元件82和具有系数b的第二放大器83、以及在反馈控制86中的延迟元件85、以及两个加法器87和88。PLL 80按照下列方式操作。

当DCO 19与导频以频率和相位同步计时时，原始的L-R信号只能精确地恢复并且与L+R信号同相。这意味着复数信号在椭圆低通滤波器16之后仅仅具有DC部分，或者信号的虚数部分是零。利用PLL 80，与零的偏差被用于控制DCO 19使其与导频相位同步。

当从初始相位和频率偏差开始的偏移量被设置为零时，比例与积分控制通路16是必需的，从而使得在相位和频率中都是分段的输入信号与偏移量中的零同步。

在复调制之后只有虚数部分，即实际上只有相位识别被用于PLL的反馈回路中，并且用于控制DCO 19。

瞬时响应的特性，例如响应时间和衰减可以通过控制通路17中的放大器81和83的倍增系数a和b的调整而调整。

振荡器19的输入信号是对导频的相位和DCO 19的输出信号之间的不匹配的校正。

图18显示了具有四个运算放大器90、91、92和93、两个延迟元件94和95、以及两个加法器96和97的DCO 19。复数振荡器19在第一输出端98处产生余弦信号，并且在第二输出端99处产生正弦信号。运算放大器90和92的系数c、以及运算放大器91和93的系数s和-s可以按如下计算：

c＝cos(2πθ/Fs)

s＝sin(2πθ/Fs)

延迟电路94和95中的原始值应当设置为0和1。作为不匹配的校正的控制通路的输出信号，被用于通过线性Taylor序列来修改系数c和s，其中εn是控制通路17的输出信号，它控制DCO 19：

c＝cos(2πθ/Fs)-sin(2πθ/Fs)*∑∈n

s＝sin(2πθ/Fs)+cos(2πθ/Fs)*∑∈n

具有振荡频率θ的复数振荡器19可能以软件形成，作为界限稳定的振荡滤波器。

附图标记列表：

1立体声解码器

2FIR滤波器

3复调制器

4第二FIR滤波器

5复调制器

6下降2倍采样滤波器

7滤波电路

8，9FIR滤波器

10，11复调制器

12，13下降2倍采样滤波器

14，15转换器

16低通滤波器

17控制通路

18内插滤波器

19振荡器

20延迟元件

21下降2倍采样滤波器

22第二延迟元件

23下降2倍采样滤波器

24第三延迟元件

25，26，27，28，29，30，31 32，33，34，35，36信号连接

37，38输出端

39，40，41信号连接

42，43，44，45，46，47连接

48输入端

49调谐装置

50天线

51频率解调器

52A/D转换器

53连接

54转换器

55，56扬声器

57L+R信号

58导频

59L-R信号第一边带

60L-R信号第二边带

61侧边反转的L+R信号

62导频，侧边反转

63L-R信号第一频带，侧边反转

64L-R信号第二频带，侧边反转

65频率响应

66斜面

67L+R边带，减少的

68第二L+R边带，减少的

69第二斜面

70第二频率响应

71L-R边带，减少的

72第L-R边带，减少的

73，74频率响应

75，76实数L+R边带

77，78实数L-R边带

79

80锁相环

81放大器

82延迟元件

83放大器

84前向控制

85延迟元件

86反馈

87，88加法器

89

90，91，92，93运算放大器

94，95延迟元件

96，97加法器

98，99输出端

Claims

1. 一种具有信号通路的接收机(1，49，51，52，54)，包括下列元件：调谐装置(49)；解调电路(51)，用于提供具有基带立体声和信号(L+R)、19kHz立体声导频，以及在空白的38kHz副载波上双边带调幅的立体声差信号(L-R)的立体声多路复用信号；用于将模拟信号转换成时间离散信号的采样装置(52)；以及立体声解码器(1)，它具有多个有限脉冲响应滤波器(2，4，7，8，9)、包括振荡器(19)的锁相环(80)、以及多个调制器(3，5，10，11)，其特征在于所述立体声解码器(1)还包括转换器(14，15)，其中

所述多个有限脉冲响应滤波器中的第一有限脉冲响应滤波器对所述立体声多路复用信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的一个进行复数滤波，

所述多个调制器中的第一调制器对滤波后的信号进行复调制，

所述多个有限脉冲响应滤波器中的第二有限脉冲响应滤波器对调制后的信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的另一个进行复数滤波，

所述多个调制器中的第二调制器对信号进行复调制，

所述多个有限脉冲响应滤波器中的第三和第四有限脉冲响应滤波器分离基带立体声和信号(L+R)和立体声差信号(L-R)，

所述多个调制器中的第三调制器对(L+R)和(1-R)信号进行调制，以及

所述转换器将信号从复数信号转换为实数信号。

2. 根据权利要求1的接收机，其特征在于振荡器(19)是离散控制的。

3. 根据权利要求1或2的接收机，其特征在于振荡器(19)提供复数信号。

4. 根据权利要求1或2的接收机，其特征在于振荡器(19)提供余弦信号和正弦信号。

5. 根据权利要求1或2的接收机，其特征在于振荡器(19)包括一个界限稳定的振荡滤波器。

6. 根据权利要求1或2的接收机，其特征在于振荡器(19)控制调制器(3，5，10，11)。

7. 根据权利要求6的接收机，其特征在于调制器(3，5，10，11)包括乘法元件。

8. 根据权利要求1的接收机，其特征在于采样装置(52)以固定时钟操作。

9. 根据权利要求8的接收机，其特征在于该固定时钟在4×20kHz和4×80kHz之间，优选地在4×32kHz和4×64kHz之间，特别地在4×44.1kHz。

10. 根据权利要求1的接收机，其特征在于立体声导频是用具有0Hz附近的频率响应的椭圆滤波器(16)滤波的。

11. 根据权利要求1的接收机，其特征在于锁相环(80)包括具有放大器(81，83)的控制通路(17)。

12. 一种在接收机的解码器中对时间离散的立体声多路复用信号进行解码的方法，该立体声多路复用信号具有基带立体声和信号(L+R)、19kHz立体声导频，以及在空白的38kHz副载波上双边带调幅的立体声差信号(L-R)，其特征在于该方法包括步骤：

通过有限脉冲响应滤波器对立体声多路复用信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的一个进行复数滤波，

通过调制器对滤波后的信号进行复调制的第一调制步骤，

通过有限脉冲响应滤波器对调制后的信号进行滤波，其中借助于有限脉冲响应滤波器频率响应中的斜面对两个立体声信号(L+R，L-R)中的另一个进行复数滤波，

对信号进行复调制的第二调制步骤，

通过两个有限脉冲响应滤波器分离基带立体声和信号(L+R)和立体声差信号(L-R)，

对(L+R)和(1-R)信号进行调制的第三调制步骤，以及

将信号从复数信号转换为实数信号。

13. 根据权利要求12的方法，其特征在于在第二调制步骤之后对调制后的信号下降2倍采样。

14. 根据权利要求12的方法，其特征在于在第三调制步骤之后对信号下降2倍采样。

15. 根据权利要求12的方法，其特征在于将实数信号分离成左立体声信号和右立体声信号。