CN101800513A - 数字解调装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种数字解调装置及方法。其中数字解调装置用于解调载波具有第一频率的调幅信号，所述数字解调装置包含：处理电路，根据第二频率及调幅信号的多个数字值，执行第一及第二路径数字化处理，第一及第二路径数字化处理表示分别混合调幅信号与相正交的第一及第二正弦信号以执行下变频，第一与第二正弦信号的频率等于第二频率，第二频率等于第一频率加上预定频移；输出级，耦接处理电路，根据路径数字化处理的多个处理结果产生输出信号；其中，预定频移高于或等于人类听觉敏感范围的上限频率或输出级后级的截止频率。本发明可减轻处理负担，简化计算，并达到较好的解调性能。

Description

数字解调装置及方法

技术领域

本发明涉及数字化处理，更具体地，涉及数字解调装置及方法。

背景技术

请参照图1，图1所示为根据现有技术的接收器中的数字解调器的示意图。如图1所示，混频器(mixer)10-1和10-2，滤波器20-1和20-2，以及绝对值计算单元40(标示为“ABS”)分别表示混合，滤波，及绝对值计算的数字化操作。另外，加法器30-1和30-2分别表示图1所示的上方路径和下方路径中包含量化噪声e1(t)与e2(t)。另外，输入至混频器10-1和10-2的调幅(Amplitude Modulation，AM)信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))表示加载S(t)(S(t)为关于时间t的函数)的载波cos(2*pi*fc*t)，其中，调幅信号的包络(envelope)对应S(t)，pi(即π)表示圆周率，以及fc表示载波cos(2*pi*fc*t)的频率。

在理想状态下，混频器10-1混合调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))与信号cos(2*pi*fc*t)，混频器10-2混合调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))与信号sin(2*pi*fc*t)，以便数字解调器可正确操作以产生解调结果(S(t)+e3(t))，其中，e3(t)表示来自量化噪声e1(t)与e2(t)的随机噪声。然而，在实际情况下，由于设计的困难，数学模型中的混频器10-1和10-2分别使用的信号cos(2*pi*fc*t)与信号sin(2*pi*fc*t)的频率fc通常是不准确的。例如，fc’＝fc+50Hz，表示在不准确的频率fc’与产生于发送器中的载波频率fc之间存在50Hz的频率差，其中，发送器发送调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))至接收器。因此，解调结果(S(t)+e3(t))与50Hz的噪声成分相重叠。不幸的是，若S(t)表示待回放的音频信号，收听者可听到50Hz的噪声成分，并会感觉到非常刺耳。

传统技术包含大量必需的计算，用于更正不准确的频率fc’，以准确锁定发送器中产生的载波频率fc。因此，繁复的计算导致接收器的数字化处理单元的处理负担繁重。另外，为达到更好的性能，实施相应算法将非常复杂。

发明内容

传统技术采用大量计算用以更正不准确的载波频率，导致繁重的处理负担，此外，为使装置达到更好的性能，实施相应算法又非常复杂，有鉴于此，本发明提供数字解调装置及方法以解决上述问题。

一种数字解调装置，用于解调调幅信号，调幅信号的载波具有第一频率，所述数字解调装置包含：处理电路，用以根据第二频率及调幅信号的多个数字值，执行第一路径数字化处理及第二路径数字化处理，其中，第一路径数字化处理表示经由混合调幅信号与第一正弦信号执行下变频，第二路径数字化处理表示经由混合调幅信号与第二正弦信号执行下变频，第一正弦信号的频率与第二正弦信号的频率均等于第二频率，第二频率等于第一频率加上预定频移，且第二正弦信号正交于第一正弦信号；以及输出级，耦接于处理电路，输出级用以根据第一路径数字化处理的多个第一处理结果与第二路径数字化处理的多个第二处理结果，产生输出信号；其中，预定频移高于或等于人类听觉的敏感范围的上限频率或输出级的后级的截止频率。

一种数字解调方法，用于解调调幅信号，调幅信号的载波具有第一频率，所述数字解调方法包含：根据第二频率及调幅信号的多个数字值，执行第一路径数字化处理及第二路径数字化处理，其中，第一路径数字化处理表示经由混合调幅信号与第一正弦信号执行下变频，第二路径数字化处理表示经由混合调幅信号与第二正弦信号执行下变频，第一正弦信号的频率与第二正弦信号的频率均等于第二频率，第二频率等于第一频率加上预定频移，且第二正弦信号正交于第一正弦信号；以及根据第一路径数字化处理的多个第一处理结果与第二路径数字化处理的多个第二处理结果，产生输出信号；其中，预定频移高于或等于人类听觉的敏感范围的上限频率或利用输出信号的后级的截止频率。

利用本发明所提供的数字解调装置及方法，避免了为更正不准确的载波频率而导致的繁重处理负担，同时利用较简便的算法，达到较好的解调性能。

以下是根据多个图示对本发明的较佳实施例进行详细描述，本领域技术人员阅读后应可明确了解本发明的目的。

附图说明

图1所示为根据现有技术的接收器中的数字解调器的示意图。

图2为根据本发明第一实施例的数字解调装置100的示意图。

图3所示为图2所示的数字解调装置100的电路运作示意图。

图4为根据本发明一实施例的数字解调装置200的示意图。

图5所示为图4所示的数字解调装置200的电路运作示意图。

图6为根据本实施例的数字解调方法910的流程图。

具体实施方式

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然该描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

请参照图2，图2为根据本发明第一实施例的数字解调装置100的示意图，其中，数字解调装置100用于解调调幅信号。在本实施例中，待解调的调幅信号可为如图1所示的调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))，其中，调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))表示载波cos(2*pi*fc*t)加载S(t)(S(t)为关于时间t的函数)，该调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))的包络对应S(t)，pi(即π)表示圆周率，以及fc表示载波cos(2*pi*fc*t)的频率。

根据该第一实施例，待解调的调幅信号具有第一频率(即，本实施例中的频率fc)。如图2所示，数字解调装置100包含模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)101，处理电路103，以及输出级105，其中，输出级105包含绝对值计算单元140(在本实施例中标示为“ABS”)及数模转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)107。根据本实施例，S(t)表示待回放的音频信号，且数字解调装置100耦接于放大器80(标示为“Amp”)以驱动扬声器(speaker)90。

在本实施例中，ADC1o1对调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))取样以产生调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))的多个数字值102，并且，根据第二频率(fc+fd)及调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))的多个数字值102，处理电路103执行第一路径数字化处理及第二路径数字化处理。其中，第一路径数字化处理表示经由混合调幅信号与第一正弦信号执行下变频(down conversion)，第二路径数字化处理表示经由混合调幅信号与第二正弦信号执行下变频，其中，第一正弦信号的频率与第二正弦信号的频率均等于第二频率(fc+fd)，第二频率等于第一频率fc加上预定频移fd，且第二正弦信号正交于第一正弦信号。在本实施例中，第一正弦信号为cos(2*pi*(fc+fd)*t)，第二正弦信号为sin(2*pi*(fc+fd)*t)。

在本实施例中，输出级105根据多个处理结果104产生输出信号108，其中，多个处理结果104包含第一路径数字化处理的多个第一处理结果与第二路径数字化处理的多个第二处理结果。更具体地，本实施例的绝对值计算单元140，用以根据多个处理结果104产生输出值。在本发明的一个实施例中，绝对值计算单元140可执行绝对值计算，如计算多个第一处理结果中的一个与多个第二处理结果中的一个的平方和的平方根，以产生输出信号108的多个输出值106中的一个。绝对值计算单元140可重复类似操作，以产生对应多个第一处理结果与多个第二处理结果的多个输出值106，因此，DAC107对多个输出值106执行数模转换以产生输出信号108。需要注意，此为本发明的一个实施例，本发明并不以此为限，本领域惯用的计算方法皆可用于计算本发明的输出信号。因此，为了执行S(t)的回放，放大器80放大输出信号108以驱动扬声器90。

需要注意，本发明有意提供预定频移fd，其中本实施例中的预定频移fd高于或等于人类听觉的敏感范围的上限频率(例如，大致为20000Hz)，以减少或消除输出信号108中的对应预定频移fd的噪声成分，从而避免听到噪声。

关于不准确的频率fc’的现有技术问题，尽管处理电路103使用的第二频率(fc+fd)中的fc可能不完全准确，但不包含噪声成分，如50Hz的噪声成分。这是因为预定频移fd通常大于fc的偏差。因此，预定频移fd可支配(dominating)不准确的频率fc’的偏差，并将50Hz噪声成分偏移至人类听觉的不敏感或听不到的范围。因此，无需引入繁复的计算，来将本地产生的频率锁定至发送器中产生的载波频率fc上，就能解决不准确的频率fc’的现有技术问题。

请参照图3，图3所示为图2所示的数字解调装置100的电路运作示意图。如图3所示，混频器110-1和110-2，滤波器120-1和120-2，及绝对值计算单元140分别表示混合，滤波，及绝对值计算的数字化操作。另外，加法器130-1和130-2表示在图3所示的上方路径与下方路径的数字化操作过程中分别包含量化噪声e1(t)及e2(t)。需要注意，如图3所示，上方路径和下方路径可分别指I路径和Q路径。

根据本实施例，混频器110-1混合调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))与第一正弦信号cos(2*pi*(fc+fd)*t)，混频器110-2混合调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))与第二正弦信号sin(2*pi*(fc+fd)*t)，以便数字解调装置100产生解调结果(S(t)+(A*cos(2*pi*fd*t))+e3(t))，其中，e3(t)表示来自量化噪声e1(t)与e2(t)的随机噪声。由于噪声成分(A*cos(2*pi*fd*t))的载波频率大致类似于预定频移fd(若处理电路103使用的第二频率(fc+fd)中的fc不完全准确)或等于预定频移fd，其中预定频移fd为本发明有意提供，且由于本发明提供的预定频移fd将噪声成分(A*cos(2*pi*fd*t))指定位于人类听觉的不敏感或听不到的范围，因此，可减小或消除对应输出信号108中的预定频移fd的噪声成分(A*cos(2*pi*fd*t))。

根据如图2所示的实施例的变形，混频器110-1和110-2，及滤波器120-1和120-2在处理电路103内可为精确组件。在本变形中，处理电路103包含第一路径与第二路径(即，上述I路径与Q路径)。另外，第一路径包含混频器110-1和耦接于混频器110-1的滤波器120-1，其中，混频器110-1为乘法器，用以将调幅信号的多个数字值分别与表示第一正弦信号的值相乘，以产生多个第一中间值，以及滤波器120-1用以对多个第一中间值滤波以产生多个第一处理结果。此外，第二路径包含混频器110-2和耦接于混频器110-2的滤波器120-2，其中，混频器110-2为乘法器，用以将调幅信号的多个数字值分别与表示第二正弦信号的值相乘，以产生多个第二中间值，以及滤波器120-2用以对多个第二中间值滤波以产生多个第二处理结果。

根据图2所示的实施例的另一变形，混频器110-1和110-2，及滤波器120-1和120-2在处理电路103内可为精确成分。本变形与上述变形的区别描述如下。处理电路103包含一乘法器，该乘法器用以将调幅信号的多个数字值分别与表示第一正弦信号的值相乘，以产生多个第一中间值，或者，该乘法器用以将调幅信号的多个数字值分别与表示第二正弦信号的值相乘，以产生多个第二中间值。处理电路103包含一滤波器，该滤波器用以对该多个第一中间值滤波以产生多个第一处理结果，或者该滤波器用以对该多个第二中间值滤波以产生多个第二处理结果。

根据如图2所示的实施例的另一变形，数字解调装置100的至少一部分集成在一颗芯片之上。例如，处理电路103与输出级105集成在一颗芯片之上。在本变形的另一实施例中，处理电路103与绝对值计算单元140集成在一颗芯片之上。在本变形的另一实施例中，ADC 101，处理电路103，及绝对值计算单元140可集成在一颗芯片之上。在本变形的另一实施例中，ADC 101，处理电路103，及输出级105均可集成在一颗芯片之上。

根据如图2所示的实施例，ADC101可从数字解调装置100中移除，并于数字解调装置100外部实施。根据如图2所示的实施例的另一变形，DAC 107亦可从数字解调装置100中移除，并于数字解调装置100的外部实施。

根据如图2所示的实施例的变形的第二实施例，S(t)不仅限于待回放的音频信号，且数字解调装置100可耦接于输出级105的后级(图中未示)，而不是耦接于上述放大器80，其中，本实施例的后级位于数字解调装置100的外部。该第二实施例的预定频移fd高于或等于该后级的截止频率，以便最终减小或消除输出信号108中的对应预定移频fd的噪声成分(A*cos(2*pi*fd*t))。

根据该第二实施例的变形，后级可为扬声器，该扬声器的截止频率低于预定频移fd。

根据如图2所示的实施例的变形的一第三实施例，S(t)不仅限于待回放的音频信号，且数字解调装置100可耦接于输出级105的后级(图中未示)，而非耦接于上述放大器80，其中，数字解调装置100更包含该后级，即，该后级位于数字解调装置100内部。该第三实施例的预定频移fd高于或等于后级的截止频率，以便最终减小或消除对应输出信号108中的预定频移fd的噪声成分(A*cos(2*pi*fd*t))。

请参照图4与图5。图4为根据本发明一实施例的数字解调装置200的示意图，其中，数字解调装置200用于解调调幅信号。图5所示为图4所示的数字解调装置200的电路运作示意图。本实施例为第一实施例的一变形。如图4所示，数字解调装置200的待解调的调幅信号为中频(Intermediate Frequency，IF)信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))，其中，IF电路60对上述调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))执行下变频，以产生IF信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))。在图4中，与前述相同的数字编号所指示的是与前述类似的区域、组件或结构，其运作与图2所示的实施例及其变形类似，简洁起见，相似描述在此不再对本实施例重复描述。其中，ADC101对IF信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))取样以产生IF信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))的多个数字值202，输出级105根据多个处理结果204产生输出信号208。更具体地，绝对值计算单元140可对多个处理结果204执行绝对值计算，以产生多个输出值206；DAC107对多个输出值206执行数模转换以产生输出信号208。类似描述与上述相同，简洁起见，在此不再赘述。在本发明另一实施例中，IF电路60亦可设置于数字解调装置200内部，用来对待解调的调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))执行下变频，产生IF信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))，以进行后续操作。在图5中，与前述相同的数字编号所指示的是与前述类似的区域、组件或结构，其运作与图3所示的实施例及其变形类似，简洁起见，相似描述在此不再对本实施例重复描述。其中，混频器110-1混合IF信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))与第一正弦信号cos(2*pi*(fi+fd)*t)，混频器110-2混合IF信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))与第二正弦信号sin(2*pi*(fi+fd)*t)，以便数字解调装置200产生解调结果(S(t)+(A*cos(2*pi*fd*t))+e3(t))，其中，e3(t)表示来自量化噪声e1(t)与e2(t)的随机噪声。

根据本发明的另一实施例，处理电路(图中未示)可用于执行至少一个程序代码，以完成实施例或上述变形中数字解调装置(如数字解调装置100或数字解调装置200)的数字化操作的至少一部分。图6为根据本实施例的数字解调方法910的流程图，其中，数字解调方法910用以解调调幅信号，待解调的调幅信号可为调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fc*t))或调幅信号(S(t)*cos(2*pi*fi*t))，该调幅信号对应上述实施例或变形中的一个，且调幅信号的载波相应具有第一频率(如fc或fi)。数字解调方法910可描述如下：

步骤910S：开始。

步骤912：提供程序代码的第一部分，用以根据第二频率及调幅信号的多个数字值，执行第一路径数字化处理及第二路径数字化处理。

步骤914：提供程序代码的第二部分，用以产生多个输出值，该多个输出值对应第一路径数字化处理的多个第一处理结果与对应第二路径数字化处理的多个第二处理结果，用以计算多个第一处理结果中的一个与多个第二处理结果中的一个的平方和的平方根，以产生多个输出值中的一个。

步骤916：对调幅信号取样以产生调幅信号的多个数字值。

步骤918：利用本实施例的处理电路，执行程序代码以产生多个输出值(如图2所示的多个输出值106或图4所示的多个输出值206)。

步骤920：对多个输出值执行数模转换以产生输出信号(如图2所示的输出信号108或图4所示的输出信号208)。

步骤910E：结束。

类似地，预定频移高于或等于人类听觉的敏感范围的上限频率或用于直接或间接利用多个输出值的后级的截止频率，以便减小或最终消除输出信号中的对应预定频移的噪声成分。简洁起见，相似描述在此不再对本实施例重复描述。

上述实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何本领域技术人员可依据本发明的精神轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求为准。

Claims (15)

1.一种数字解调装置，用于解调一调幅信号，所述调幅信号的载波具有一第一频率，其特征在于，所述数字解调装置包含：

一处理电路，用以根据一第二频率及所述调幅信号的多个数字值，执行第一路径数字化处理及第二路径数字化处理，其中，所述第一路径数字化处理表示经由混合所述调幅信号与一第一正弦信号来执行下变频，所述第二路径数字化处理表示经由混合所述调幅信号与一第二正弦信号来执行下变频，所述第一正弦信号的频率与所述第二正弦信号的频率均等于所述第二频率，所述第二频率等于所述第一频率加上一预定频移，且所述第二正弦信号正交于所述第一正弦信号；以及

一输出级，耦接于所述处理电路，所述输出级用以根据所述第一路径数字化处理的多个第一处理结果与所述第二路径数字化处理的多个第二处理结果，产生一输出信号；

其中，所述预定频移高于或等于人类听觉的敏感范围的一上限频率或所述输出级的一后级的一截止频率。

2.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述处理电路包含：

一第一路径，包含：一第一乘法器，将所述调幅信号的所述多个数字值分别与表示所述第一正弦信号的值相乘，以产生多个第一中间值；以及一第一滤波器，耦接于所述第一乘法器，用以对所述多个第一中间值滤波以产生所述多个第一处理结果；以及

一第二路径，包含：一第二乘法器，将所述调幅信号的所述多个数字值分别与表示所述第二正弦信号的值相乘，以产生多个第二中间值；以及一第二滤波器，耦接于所述第二乘法器，用以对所述多个第二中间值滤波以产生所述多个第二处理结果。

3.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述处理电路包含：

至少一个乘法器，将所述调幅信号的所述多个数字值与表示所述第一正弦信号的值相乘，以产生所述多个第一处理结果，或将所述调幅信号的所述多个数字值与表示所述第二正弦信号的值相乘，以产生所述多个第二处理结果。

4.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述数字解调装置更包含：

一模数转换器，耦接于所述处理电路，用以对所述调幅信号取样以产生所述调幅信号的所述多个数字值。

5.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述输出级计算所述多个第一处理结果中的一个与所述第二处理结果中的一个的平方和的一平方根，以产生所述输出信号的一输出值。

6.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述输出级产生多个输出值，所述多个输出值对应于所述多个第一处理结果与所述多个第二处理结果，以及所述输出级包含：

一数模转换器，用以对所述多个输出值执行数模转换，以产生所述输出信号。

7.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述数字解调装置中的至少一部分集成在一颗芯片之上。

8.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述预定频移大于或等于所述截止频率，且所述数字解调装置包含所述后级或者所述后级位于所述数字解调装置之外。

9.如权利要求1所述的数字解调装置，其特征在于，所述预定频移大于或等于所述截止频率，且所述后级为一扬声器。

10.一种数字解调方法，用于解调一调幅信号，所述调幅信号的载波具有一第一频率，其特征在于，所述数字解调方法包含：

根据一第二频率及所述调幅信号的多个数字值，执行第一路径数字化处理及第二路径数字化处理，其中，所述第一路径数字化处理表示经由混合所述调幅信号与一第一正弦信号来执行下变频，所述第二路径数字化处理表示经由混合所述调幅信号与一第二正弦信号来执行下变频，所述第一正弦信号的频率与所述第二正弦信号的频率均等于所述第二频率，所述第二频率等于所述第一频率加上一预定频移，且所述第二正弦信号正交于所述第一正弦信号；以及

根据所述第一路径数字化处理的多个第一处理结果与所述第二路径数字化处理的多个第二处理结果，产生一输出信号；

其中，所述预定频移高于或等于人类听觉的敏感范围的一上限频率或利用所述输出信号的一后级的一截止频率。

11.如权利要求10所述的数字解调方法，其特征在于，执行所述第一路径数字化处理的步骤更包含：将所述调幅信号的所述多个数字值分别与表示所述第一正弦信号的值相乘，以产生多个第一中间值；以及对所述多个第一中间值滤波以产生所述多个第一处理结果；

其中，执行所述第二路径数字化处理的步骤更包含：将所述调幅信号的所述多个数字值分别与表示所述第二正弦信号的值相乘，以产生多个第二中间值；以及对所述多个第二中间值滤波以产生所述多个第二处理结果。

12.如权利要求10所述的数字解调方法，其特征在于，执行所述第一路径数字化处理及所述第二路径数字化处理的步骤更包含：

将所述调幅信号的所述多个数字值与表示所述第一正弦信号的值相乘，以产生所述多个第一处理结果；或

将所述调幅信号的所述多个数字值与表示所述第二正弦信号的值相乘，以产生所述多个第二处理结果。

13.如权利要求10所述的数字解调方法，其特征在于，所述数字解调方法更包含：

对所述调幅信号取样以产生所述调幅信号的所述多个数字值。

14.如权利要求10所述的数字解调方法，其特征在于，产生所述输出信号的步骤更包含：

计算所述多个第一处理结果中的一个与所述多个第二处理结果中的一个的平方和的一平方根，以产生所述输出信号的一输出值。

15.如权利要求10所述的数字解调方法，其特征在于，产生所述输出信号的步骤更包含：

产生对应所述多个第一处理结果与所述多个第二处理结果的多个输出值；以及

对所述多个输出值执行数模转换，以产生所述输出信号。

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