CN100438350C - 接收消息信号的接收电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到用于接收消息信号的接收电路，它具有用来将消息信号转换成采样信号的采样器，确定采样信号质量的信号质量确定单元、控制采样器至少一个采样参数作为采样信号质量的函数的控制单元。

Description

接收消息信号的接收电路
技术领域
本发明涉及到用于接收消息信号的接收电路，它具有将消息信号转换成采样信号的采样器。
消息信号是指这样一种信号，它包含按任何所需方式进行编码的信息。所谓的采样器是指这样一种设备，它能够在可定义的时间点对消息信号采样并将其转换成采样信号。
背景技术
在使用通讯信道进行传输或者在数据载体中记录之前，消息(即数据组)通常按照以下方式进行编码：在接收消息或者数据组时可以识别或者校正由信道的干扰或者数据载体的误差而产生的误差。可能出现的误差是幅值误差和相位误差。幅值误差通常会造成一位或者多位的误差，而相位误差可能破坏消息的全部内容。相位误差是由发送器和接收器之间位同步的不准确性所造成的。避免相位误差的方法是基于边沿的再同步方法，即一收到消息中的每个边沿时接收器中的位定时调整为数据流。然而，如果输入信号受到噪声的严重影响，这种方法会导致位同步完全开锁因而会丢失消息中的内容。这种根据所识别的边沿对位时间的长度进行调整的方法是众所周知的，例如可以通过CANSpecification，version 1.2，Robert Bosch GmbH，1990获得。但是当输入信号受到噪声严重影响时，这种方法可以导致位同步完全开锁因而丢失消息中的内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种接收电路以及相应的方法，以便可以改进对所接收消息信号的解码。
这一目的可以通过本发明用来接收消息信号的接收电路来实现，该电路包括将消息信号转换成采样信号的采样器，用来确定所采样信号质量的信号质量确定单元以及用来控制采样器的至少一个采样参数的控制单元，该采样参数是所采样信号质量的函数。
本发明的思路是阻止例如由发送器和接收器之间较差的同步所产生的误差，并且早在接收消息信号期间就阻止其产生。正是为了达到这一目的才提供信号质量确定单元，它在采样过程期间确定所采样信号的质量。信号质量反映所接收消息信号与采样器所期望模式的符合程度。
通过信号质量确定单元所测量的信号质量作为输入信号提供给控制单元。然后控制单元控制采样器的至少一个采样参数作为所采样信号质量的函数。如果所采样信号的质量很高，采样参数保持不变。如果所采样信号质量降低，控制单元采取控制手段来抵消它，改变至少一个采样参数，因而增加所采样信号的质量。本发明具有按照所谓“在线”的方式控制采样的优点。以这种方式可以迅速识别出信号质量的任何一种下降，可以大大减小甚至完全避免误差的出现。
最好按照采样模式进行采样。采样模式是指所期望的循环重复的模式。所期望的模式包含期望窗口，采样器期望在期望窗口中确定位置(最好为窗口中央)中消息信号具有给定的特性。在边沿编码的消息信号中，所期望的信号特性是指在消息信号中的边沿变化。
在本发明一个方面的优选实施例中，提供控制单元来控制采样模式的参考点。参考点是与输入消息信号相关的采样模式中的时间参考点。采样模式本身即采样模式的周期保持不变。所发生的只是在与输入消息信号相关的采样模式中时间的移位。
这种参考点的调整提供的是位定时的事实上的再同步，即根据所测得的定时重新估计所期望的时间点。当前的位或被缩短或被延长。
在本发明另一个方面的优选实施例中，控制单元用于控制采样模式的采样周期。在这个实施例中在期望的模式中会有持续的变化。例如，可以通过锁相环(PLL)来校正采样频率。这样可以对发送器和接收器的定时之间所建立的持续偏差进行不断的校正。
这种调整最好持续到消息发送结束，在另外的消息发送过程中可以再次调整采样周期。
本发明对于边沿编码的信号具有特殊的优势。在边沿编码的信号中，在消息信号中的信息是通过信号中边沿出现的次数来确定的。在边沿编码的信号中消息信号的幅值并不传递信息。最好使用Xerxes编码。
在本发明另一个方面的优选实施例中，考虑信号质量的动态特性来进行采样参数的调整。信号质量的动态特性最主要是根据信号质量连续变化还是突变和/或变化得快慢来确定。然后进行信号参数的采样，将其作为变化的信号质量的动态特性的函数。当出现采样信号质量快速连续的降低时，需要对至少一个采样参数进行快速的反馈控制。同样，如果信号质量的变化的动态特性很不明显，采样参数的动态控制也可以不很明显。
可以实现采用A/D转换器或者阈值鉴别器的采样器。阈值鉴别器最好通过n次过采样进行操作并发送0和1的序列。采用A/D转换器的采样器拓宽了质量分析的机会。因此，例如，对于浅层梯度(Shallow gradient)的信号边沿，可以通过A/D转换器从信号的波形中估计边沿的位置。A/D转换器应该在其上游具有与其相连的带通滤波器用来避免混叠。
在本发明另一个方面的优选实施例中，提供解码单元和检验单元。解码器对采样信号形成的位流进行解码并最好同时监视其对代码的破坏。在重新构建位流阶段检验单元进行检验，例如进行循环冗余检验(CRC)。解码单元和检验单元所检验的误差可以同样用于控制采样器。
在一个优选实施例中，这些误差信号可以用于调整采样器的控制算法。例如，如果采样参数控制的是采样周期，误差信号可以用于以更高或者更低的速度改变周期的长度。也可以控制阈值作为误差信号的函数，根据阈值改变采样参数。如果解码单元和/或者检测单元表明出现误差，根据其实施控制的阈值可以相应地降低以便停止其它误差的出现。
对于边沿编码的信号，采样器产生期望窗口，在期望窗口中采样器期望在消息信号中出现边沿。期望的时间点可以在期望窗口的中央甚至在其边缘。如果接收的消息信号中的边沿出现在所期望时间点或者其附近，采样信号的质量较高，不需要对采样器进行控制。如果实际接收的信号严重地偏离了所期望的时间点，采样信号的质量下降，对至少一个采样参数进行控制以增加信号的质量。
原理上，本发明可以用于通信和存储技术的各个领域。特别地，在汽车工程、工业自动化、医疗技术等安全性十分重要的应用领域中，当考虑为了这种安全程度所必须的费用时各种应用可以得益子这种自适应采样。
关于这种方法，本发明的目的可以通过权利要求10中所述的方法来实现。
附图说明
参照附图所述的实施例的这些方面以及其它方面是显而易见的。
附图中：
图1为根据本发明接收电路的方框电路图；
图2介绍了在位时间边沿具有信号边沿的边沿编码消息信号的时间波形；
图3介绍了在位时间中央具有信号边沿的边沿编码消息信号的时间波形。
具体实施方式
图1介绍了具有采样单元1的接收电路，消息信号2输入到其输入端中。解码器3连接到采样单元1的下游，检验单元4连接到解码器3的下游。最后，消息翻译单元5连接到检验单元4的下游。从采样单元1输出的信号送到解码器3的输入端，它又称作采样信号6。采样信号6也送到信号质量确定单元7的输入端。信号质量确定单元7提供的输出信号是质量信号8，它作为给控制单元9的输出信号。同样送到控制单元9的是解码器3提供的第一误差信号10和检验单元4提供的第二误差信号11。控制单元9向采样单元1提供控制信号S。
送到采样单元1的消息信号2是包含编码信息的模拟信号。采样单元1对消息信号2进行采样并将其转换成采样信号6。采样单元1可以按照采用n次过采样的阈值鉴别器的形式来实现。如果是这种情况，采样单元1向解码器3提供一系列的0和1作为采样信号。或者，采样单元1可以以A/D转换器的形式来实现。后者最好是低分辨率。
使用这种A/D转换器可以进行更高级的质量分析。按照这种方式，例如，当信号边沿具有浅层梯度时，即使阈值鉴别器无法再正常工作，也可以使用A/D转换器从信号波形中估计边沿编码信号中的边沿位置。如果采样单元1按照A/D转换器的方式来实现，A/D转换器在其上游应该具有一个带通滤波器以避免混叠。解码器3对采样信号进行解码并将其转换成位流。例如，消息信号2可以是Xerxes编码信号。在这种情况下，解码器3可以以Xerxes解码器的形式来实现。除了解码功能外，解码器也可以监视编码的各种损坏的操作，如果检验到编码损坏，它就向控制单元9提供第一误差信号10。连接到解码器3上游的检验单元4对解码器3提供的位流进行检验，例如通过循环冗余检验(CRC)的方式。如果检验单元4发现误差，它向控制单元9提供第二误差信号11。从检验单元4输出的信号送到进一步执行消息或者数据处理的消息翻译单元5中。信号质量确定单元7确定采样信号6的质量。采样单元1按照循环间隔对消息信号2进行采样并且希望在给定的时间点或者给定的时间段中在消息信号2中期望一个事件。对于边沿编码的信号，这种事件可以是边沿的变化。如果在采样器期望的时间点或者时间间隔(期望窗口)中出现了该事件，例如边沿的变化，采样信号的质量很高，不需要对采样单元1进行控制。但是如果在消息信号6中所期望的时间点之外出现了该事件，采样信号的质量很差，因而建议对采样单元1进行控制。这种偏差是由于发送器和接收器之间位同步的不精确性而出现的。质量确定单元7确定采样信号6的质量，即检验所期望的事件是正在所期望窗口中的采样信号6中，还是在所期望的时间点上。采用这种方法信号质量确定单元7以质量信号8的形式将所测量的偏差传递给控制单元9。控制单元9分析质量信号8并且决定是否需要或者最好对采样单元1进行控制。如果需要，它向采样单元1提供控制信号12，并对采样单元1至少一个采样参数进行控制。控制单元9所控制的采样参数最好是采样模式的参考点或者采样周期本身。这一点将参照图2在下面进行详细地介绍。
图2为消息信号12示意性的时间波形。消息信号12是边沿编码的，也就是说信息是通过边沿出现的时间序列来传送的。消息信号12具有第一个边沿——上升沿12a和第二个边沿——下降沿12b。消息信号12在时间点t1，t2到tn采样。这一点如图2中垂直箭头所示。采样的结果以位序列的形式示于图2中垂直箭头的下方。图2所示的采样是通过阈值鉴别器的方式进行的。在时间点t1，t2和t3阈值鉴别器发送0作为采样信号，而在时间点t4发送1作为采样信号。因此在时间点t3和t4之间出现边沿变化。作为在时间点t1，t2到tn采样的结果，形成了采样模式。图2示出期望窗口13，采样单元1期望在窗口内边沿发生变化。如果在期望窗口13内出现边沿变化，则采样信号的质量很高，控制单元9不需要对采样单元1进行控制。在左右两侧与期望窗口13相邻的是两个容错窗口14和15。如果在这些容错窗口14和15中出现边沿的变化，尽管采样信号的质量不是最优的，但是存在的偏差仍然是可以忍受的，因而不需要对采样参数或者采样方法进行调整或者改变。在容错窗口14和15左右分别是误差窗口16和17。如果在这些误差窗口16或者17中出现边沿的变化，采样信号的质量很低以至于需要对采样单元进行控制。因此信号质量检验单元7对控制单元9提供质量信号8并依次将控制信号S提供给采样单元1。结果，期望窗口13以及采样模式中的参考点朝着实际出现的边沿移位并进行调整。这种调整允许进行位定时的事实上的再同步，也就是说根据所测量的定时来重新估计所期望时间点或者期望窗口。当前位或被延长或被缩短。
除了一次缩短或者加长位周期或者移位期望窗口外，可以使采样周期本身缩短或者加长。这也就造成了期望窗口13、容错窗口14或者15、误差窗口16或者17窗口的增加或者缩短。例如，通过PLL，采样频率的反馈控制可以对发送器和接收器位定时之间持续偏差的进行不断的校正。特别地，误差信号10和11可以影响控制的本质。因此，如果解码器3或者检验单元4发送误差信号，最好使控制算法动态特性增加。当解码器3和/或检验单元4发送误差信号时，即使边沿的变化落在容错窗口14或者15内也可以通过实施控制来完成这一点。
以同样的方式，对第二个边沿——下降沿12b建立一个期望窗口17，两个容错窗口18和19、两个误差窗口20和21。期望窗口13的时间中心设定第一期望的时间点te1，期望窗口17的时间中心设定第二期望的时间点te2。每个期望时间点te1和te2给出了标称期望信号边沿出现的标称(nominal)时间点。
所期望时间点te1和te2之间的距离形成了位时间TE。这一时间为一个位周期的长度。
根据编码方法，提供其它的距离，例如对于Xerxes编码而言为半位时间的奇数倍。
图3示出消息信号12的这种示意性信号波形，其中在位时间TE的中心出现边沿12c。以类似的方式，在位时间中心提供另外一个时间点，在图3中，这给出例如三种可能的期望时间点te1，te2和te3。
以类似方式在中央期望时间点te2的附近建立一个期望窗口22，两个容错窗口23和24，两个误差窗口25和26。
如果将图2与图3结合起来考虑，可以看出如果边沿的变化落入期望窗口、容错窗口以及误差窗口所定义的时间范围内，采样信号的边沿只可能分配给一个位置，例如在位时间的开始或者中央。
在采样质量分析中另一个检验是发生变化的动态特性。这种方法设定的条件是存储用来评估以前测量点质量的指示符。
获得动态自适应采样方法优点的一个基本要求是沿一个方向缓慢连续的偏差。这种情况被一个系统行为所满足，如果在频率发生器部分出现偏差或者漂移或者在单独的部件(电缆、网络耦合器)中出现与温度或者时间相关的传输延迟变化，这种情况作为采样信号质量的下降就在发送信道的接收节点中变得显而易见了。
采样质量的突变是由于例如被输入EM辐射所修改的信号流造成的。最好这种变化不会产生期望窗口的任何移位(最差的情况是TR/2)。位定时调整算法中的一种低通滤波器可以将这种效应降至最低。
该算法可以作如下的介绍：
如果边沿分配到误差窗口中，也就是说通常要对采样频率或者对采样翻译进行调整，然后进行第一次检验以确定是否以前的数值离开理想的时间点(期望窗口，期望时间点)，是否已经处于容错窗口。如果以前出现过这种情况，就进行校正，如果没有，忽略指示，结论是信号以伪造的方式遭到破坏，而模式或期望窗口并没有被移位。在这种情况下也可以有其它的算法，它要浏览更久的历史记录用于决策，或者形成平均值来校正所发现的偏差部分。
输入信号会受到低通滤波(在值域中)，它过滤掉采样周期中1至m阶的信号峰值。例如，根据加权移位寄存器的结构可以设计模拟滤波器和数字滤波器用于该目的。这种单元应该在上述信号质量确定单元的上游提供，即所述的0、1序列应该作为这种滤波器的输出，并形成用于映射成上述参考标志和用于质量窗口应用的输入序列。

Claims (9)

1.一种接收消息信号的接收电路，包括：
-采样器(1)，用于根据采样模式将消息信号(2)转换为采样信号(6)，
-信号质量确定单元(7)，用于确定采样信号(6)的质量，以及
-解码单元(3)，其中信号质量确定单元(7)和解码单元(3)均接收采样信号(6)，
-控制单元(9)，用于控制采样器(1)的至少一个采样参数，
其中采样器(1)适于以循环间隔对消息信号(2)进行采样，并适于在预定的时间点或预定的期望窗口中在消息信号(2)中期望事件，其中信号质量确定单元(7)适于检验所期望的事件存在于预定时间点上还是预定期望窗口中的采样信号(6)中，其中根据所述检验，信号质量确定单元(7)适于向控制单元(9)输出质量信号(8)，其中解码单元(3)适于对所提供的采样信号(6)进行解码并监视对编码的各种损坏，其中如果检测到编码损坏，向控制单元(9)提供第一误差信号(10)，其中控制单元(9)适于根据所接收到的信号质量确定单元(7)的质量信号(8)以及根据解码单元(3)的第一误差信号(10)，控制期望窗口和采样模式的参考点。
2.根据权利要求1所述的接收电路，其特征在于，设计采样器用来按照采样模式进行采样，设计控制单元控制采样模式的采样周期。
3.根据权利要求1所述的接收电路，其特征在于，编码消息信号(2)是边沿编码信号。
4.根据权利要求1所述的接收电路，其特征在于，设计控制单元(9)用来根据信号质量的动态特性来进行采样参数的调整。
5.根据权利要求1所述的接收电路，其特征在于，采样器(1)按照模数转换器或者阈值鉴别器的形式来实现。
6.根据权利要求1所述的接收电路，其特征在于，提供用来对采样信号进行解码的解码单元(3)和用来检验解码后的采样信号的检验单元(4)，设计解码单元(3)和/或者检验单元(4)用来对控制单元(9)提供误差信号(10，11)，控制单元(9)使用误差信号来控制采样器。
7.根据权利要求6所述的接收电路，其特征在于，使用误差信号来调整采样器的控制算法。
8.根据权利要求3所述的接收电路，其特征在于，为了确定信号质量，控制单元建立期望窗口，在期望窗口内期望在消息信号中出现信号边沿，其特征在于期望窗口内由信号边沿的时间位置来确定信号质量。
9.一种接收编码后消息信号的方法，包括步骤：
-通过以循环间隔对消息信号(2)进行采样，利用采样处理根据采样模式将消息信号(2)转换为采样信号(6)，其中采样处理适于在预定的时间点或预定的期望窗口中在消息信号(2)中期望事件，
-通过检验所期望的事件存在于预定时间点上还是预定期望窗口中的采样信号(6)中，确定采样信号(6)的质量，并根据所述检验，输出质量信号(8)；以及
-与确定质量相并行，
-对所提供的采样信号(6)进行解码，以及
-监视解码后的信号，以监视对编码的各种损坏，其中如果检测到编码损坏，输出第一误差信号(10)；以及
-根据所接收到的质量信号(8)以及根据第一误差信号(10)，控制采样处理中的期望窗口和采样模式的参考点。
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