CN102263717B - 信号解调装置和信号解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施方式公开了一种信号解调装置,其中:载波相位估计单元,用于对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以得到瞬时载波相位信号;相位滤波器,用于对瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号;延迟匹配单元,用于对接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为载波相位估计单元和相位滤波器的处理延时总和;乘法器,用于对相位滤波器发送来的去除噪声后的载波相位信号和延迟匹配单元发送来的延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号。本发明实施方式还公开了一种信号解调方法。本发明实施方式能够增加解调稳定性,并当受到干扰时,失效时间不会扩大。

Description

信号解调装置和信号解调方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域,更具体地说,本发明涉及信号解调装置和信号解调方法。
背景技术
目前,幅度调制技术广泛应用于无线通信和广播电视等领域。幅度调制技术一般可以分为双边(DSB)、单边(SSB)和残留边带(VSB)这三类。比如:模拟电视就采用残留边带(VSB)技术实现无线传输,而模拟广播的调幅(AM)则采用双边带调制。
另外,目前幅度调制信号的接收解调方法一般分为两类:第一类为非相干解调(如包络检波),第二类为相干解调。这两种方法都常见于通信原理教材。非相干解调的解调效率和灵敏度较低,但易于实现,成本低,在低端接收机得到广泛应用。相干解调灵敏度高,实现较复杂,在高端接收机有广泛应用。
在现有技术中,相干解调大多基于一个载波恢复的闭环反馈系统。图1为现有技术中的闭环反馈相干解调系统结构示意图。
在如图1所示的相干解调中,首先载波相位估计单元101从解调信号中估计出残余载波相位信息,该残余载波相位信息经过环路滤波器102后,产生载波频率控制字,然后该载波频率控制字被送给载波合成单元103(例如压控振荡器(VCO)或数控振荡器(DCO)),再由载波合成单元103恢复出发射时的载波信号,然后再将恢复出的载波信号和接收到的幅度调制信号在乘法器104中进行乘法运算,以消除载波调制作用,得到解调信号。
然而,在这种基于闭环反馈载波恢复的相干解调技术中,稳定性是最大的问题。闭环系统稳定性一般是基于条件的,当稳定条件不满足(例如,受到无线信道中的多径衰落影响)而处于不稳定状态时,其输出信号会严重失真。而且,一旦闭环系统失稳,还需要经历一个载波频率搜索、入锁和锁定的过程,而这个过程持续时间通常相对较长,甚至远长于干扰的持续时间,而在此期间内输出的解调信号也是完全不可用的。
发明内容
本发明实施方式提出一种信号解调装置,以增强稳定性。
本发明实施方式还提出一种信号解调方法,以增强稳定性。
本发明实施方式的技术方案是这样实现的:
一种信号解调装置,该装置包括载波相位估计单元、相位滤波器、延迟匹配单元和乘法器;
载波相位估计单元和延迟匹配单元同时接收幅度调制信号,其中:
载波相位估计单元,用于对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以得到瞬时载波相位信号;
相位滤波器,用于对由载波相位估计单元输出的所述瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号,并将所述去除噪声后的载波相位信号发送到乘法器;
延迟匹配单元,用于对接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为载波相位估计单元和相位滤波器的处理延时总和,并将延迟后的幅度调制信号发送给乘法器;
乘法器,用于对相位滤波器发送来的所述去除噪声后的载波相位信号和延迟匹配单元发送来的所述延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号。
所述相位滤波器包括:坐标变换单元、第一低通滤波器、第二低通滤波器和坐标反变换单元,其中:
坐标变换单元,用于将由载波相位估计单元输出的所述瞬时载波相位信号映射为单位圆上的复数矢量;
第一低通滤波器,用于对所述复数矢量的实部进行低通滤波,并将低通滤波后的实部发给坐标反变换单元;
第二低通滤波器,用于对所述复数矢量的虚部进行低通滤波,并将低通滤波后的虚部发给坐标反变换单元;
坐标反变换单元,用于将由第一低通滤波器发送来的实部和第二低通滤波器发送来的虚部所组成的复数矢量映射为载波相位信号。
所述瞬时载波相位信号为p,p分布在[-π,+π]区间,且p+nπ=p,其中n为任意整数。
一种信号解调方法,该方法包括:
对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以产生瞬时载波相位信号;
对所述瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号;
对所述接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为所述进行载波相位估计和所述进行相位滤波的处理延时总和;
对所述去除噪声后的载波相位信号和所述延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号。
所述对瞬时载波相位信号进行相位滤波包括:
将所述瞬时载波相位信号映射为单位圆上的复数矢量;
对所述复数矢量的实部和虚部分别进行低通滤波;
将所述进行低通滤波的实部和所述进行低通滤波的虚部所组成的复数矢量映射为载波相位信号。
所述瞬时载波相位信号为p,p分布在[-π,+π]区间,且p+nπ=p,其中n为任意整数。
从上述实施方式中可以看出,在本发明实施方式的信号解调装置中,载波相位估计单元,用于对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以得到瞬时载波相位信号;相位滤波器,用于对由载波相位估计单元输出的瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号,并将去除噪声后的载波相位信号发送到乘法器;延迟匹配单元,用于对接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为载波相位估计单元和相位滤波器的处理延时总和,并将延迟后的幅度调制信号发送给乘法器;乘法器,用于对相位滤波器发送来的去除噪声后的载波相位信号和延迟匹配单元发送来的延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号。
由此可见,应用本发明实施方式后,提出了基于开环载波恢复的相干解调装置和方法。由于开环系统的稳定性是绝对的,即使受到干扰导致载波恢复失效,其持续时间与干扰持续时间相当,因此本发明实施方式可以增强解调稳定性。
另外,由于基于开环载波恢复的相干解调装置和方法不存在重锁的过程,因此本发明实施方式的输出信号不可用时间还能够降到最小。
附图说明
图1为现有技术中的闭环反馈相干解调系统结构示意图;
图2为根据本发明实施方式的信号解调装置结构示意图;
图3为根据本发明实施方式的相位滤波器结构示意图;
图4为根据本发明实施方式的信号解调方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白,下面结合附图及具体实施方式对本发明再作进一步详细的说明。
在本发明实施方式中,提出了基于开环载波恢复的相干解调装置和方法。由于开环系统的稳定性是绝对的,即使受到干扰导致载波恢复失效,其持续时间与干扰持续时间相当,因此可以增强解调稳定性。而且,由于不存在重锁的过程,因此输出信号不可用时间还能够降到最小。
图2为根据本发明实施方式的信号解调装置结构示意图。
如图2所示,该装置包括载波相位估计单元201、相位滤波器202、延迟匹配单元203和乘法器204。其中:载波相位估计单元201分别与相位滤波器202及延迟匹配单元203连接;延迟匹配单元203与乘法器204的一个输入端连接,相位滤波器202与乘法器204的另一个输入端连接。
载波相位估计单元201和延迟匹配单元203同时接收幅度调制信号,其中:
载波相位估计单元201,用于对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以得到瞬时载波相位信号;
相位滤波器202,用于对由载波相位估计单元201输出的瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号,并将去除噪声后的载波相位信号发送到乘法器204;
延迟匹配单元203,用于对接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为载波相位估计单元201和相位滤波器202的处理延时总和,并将延迟后的幅度调制信号发送给乘法器204;
乘法器204,用于对相位滤波器202发送来的去除噪声后的载波相位信号和延迟匹配单元203发送来的延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号。
其中,在本发明实施方式中,载波相位估计单元201可以采用但不限于与现有技术中的闭环载波估计相同的载波相位估计方式,本发明实施方式对此并无限定。
下面更详细地对本发明实施方式的信号解调装置进行说明。
在图2中,假定接收到幅度调制信号s(t),首先将幅度调制信号s(t)分成两路。一路输入给载波相位估计单元201,一路输入给延迟匹配单元203。
载波相位估计单元201针对s(t)进行载波相位估计,得到原始含噪声的瞬时载波相位p(t),再由相位滤波器202对瞬时载波相位p(t)经过相位滤波,以去除噪声得到去噪后的相位量Vp(t),并将Vp(t)送到乘法器204的一个端口。
延迟匹配单元203对幅度调制信号s(t)经过延迟匹配T,得到s(t-T),然后将s(t-T)送到乘法器的另一个端口,其中延迟匹配T为载波相位估计单元201和相位滤波器202的处理延时总和。
然后,乘法器204对s(t-T)和Vp(t)这两路信号进行共轭乘运算,得到解调信号m(t),即m(t)=s(t-T)*(Vp(t))H,(其中Vp(t))H表示对Vp(t)取共轭)。
由于从载波相位估计201所得到的瞬时载波相位信号含有大量噪声,因此必须经噪声滤波才可用于解调。相位滤波器202是开环载波恢复系统所特有的,一般在相位域进行处理。相位滤波器202对当前信号点前后若干个信号的瞬时相位实施低通滤波,以得到当前信号点更可靠的相位估计。
图3为根据本发明实施方式的相位滤波器结构示意图。
如图3所示,该相位滤波器包括:坐标变换单元301、第一低通滤波器302、第二低通滤波器303和坐标反变换单元304。坐标变换单元301分别与第一低通滤波器302及第二低通滤波器303连接,第一低通滤波器302与坐标反变换单元304连接,第二低通滤波器303与坐标反变换单元304连接。其中:
坐标变换单元301,用于将由载波相位估计单元201输出的瞬时载波相位信号映射为单位圆上的复数矢量;
第一低通滤波器302,用于对所述复数矢量的实部进行低通滤波,并将低通滤波后的实部发给坐标反变换单元304;
第二低通滤波器303,用于对所述复数矢量的虚部进行低通滤波,并将低通滤波后的虚部发给坐标反变换单元304;
坐标反变换单元304,用于将由第一低通滤波器302发送来的实部和第二低通滤波器303发送来的虚部所组成的复数矢量映射为载波相位信号,即为噪声去除后的载波相位信号。
具体地说,假设瞬时载波相位信号可以为p,且p是分布在[-π,+π]区间内的信号,具有周期折回效应,即p+nπ=p,其中n为任意整数。
在对瞬时载波相位信号进行平滑滤波时,不能直接进行通常数学运算。首先,通过坐标变换单元301将瞬时载波相位信号映射成单位圆上的复数矢量,该矢量的相角等于相位信号p。然后,第一低通滤波器302和第二低通滤波器303分布对复数的实部和虚部进行滤波,然后用滤波后的实部和虚部通过坐标反变换单元304得到噪声去除后的载波相位信号Vp。
比如,如果瞬时幅度调制信号具体为s(t),且s(t)=I(t)+Q(t)j,则其对应的瞬时载波相位估计值为p(t)=tan-1(I(t)/Q(t))。
更具体地,首先通过坐标变换将瞬时幅度调制信号s(t)映射成单位圆上的复数矢量[I,Q],该矢量[I,Q]的相角等于幅度调制信号s(t),即I=cos(p(t)),Q=sin(p(t))。然后,用两个常规实数滤波器(即第一低通滤波器302和第二低通滤波器303)分布对复数的实部和虚部进行滤波,得到If,Qf,再用滤波后的实部和虚部得到对应的相位pf(t)=tan-1(If(t)/Qf(t))),经过坐标反变换单元304坐标反变换得到相位矢量Vp(t)=cos(pf(t))+j*sin(pf(t)),即为噪声去除后的载波相位矢量信号。
本领域技术人员可以意识到,以上虽然详细描述了相位滤波器的一种具体示范性结构,但是本发明实施方式并不局限于此。
基于上述分析,本发明实施方式还提出了一种信号解调方法。
图4为根据本发明实施方式的信号解调方法流程示意图。
如图4所示,该方法包括:
步骤401:对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以产生瞬时载波相位信号;
步骤402:对瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号;
步骤403:对接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为进行载波相位估计和进行相位滤波的处理延时总和;
步骤404:对去除噪声后的载波相位信号和延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号。
在上述流程中,对瞬时载波相位信号进行相位滤波具体可以包括:
首先将瞬时载波相位信号映射为单位圆上的复数矢量,然后对复数矢量的实部和虚部分别进行低通滤波;再将进行低通滤波的实部和所述进行低通滤波的虚部所组成的复数矢量映射为载波相位信号。
具体地,在对瞬时载波相位信号进行平滑滤波时,不能直接进行通常数学运算。
首先,将瞬时载波相位信号映射成单位圆上的复数矢量,该矢量的相角等于相位信号p,且p是分布在[-π,+π]区间内的信号,具有周期折回效应,即p+nπ=p,n为任意整数。
然后,分别对复数的实部和虚部进行滤波,然后用滤波后的实部和虚部组成复数矢量,并将该复数矢量映射为噪声去除后的载波相位信号。
综上所述,在本发明实施方式的信号解调装置中,载波相位估计单元,用于对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以得到瞬时载波相位信号;相位滤波器,用于对由载波相位估计单元输出的瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号,并将去除噪声后的载波相位信号发送到乘法器;延迟匹配单元,用于对接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为载波相位估计单元和相位滤波器的处理延时总和,并将延迟后的幅度调制信号发送给乘法器;乘法器,用于对相位滤波器发送来的去除噪声后的载波相位信号和延迟匹配单元发送来的延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号。
由此可见,应用本发明实施方式后,提出了基于开环载波恢复的相干解调装置和方法。由于开环系统的稳定性是绝对的,即使受到干扰导致载波恢复失效,其持续时间与干扰持续时间相当,因此本发明实施方式可以增强解调稳定性。
另外,由于基于开环载波恢复的相干解调装置和方法不存在重锁的过程,因此本发明实施方式的输出信号不可用时间还能够降到最小。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种信号解调装置,其特征在于,该装置包括载波相位估计单元、相位滤波器、延迟匹配单元和乘法器;
载波相位估计单元和延迟匹配单元同时接收幅度调制信号,其中:
载波相位估计单元,用于对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以得到瞬时载波相位信号;
相位滤波器,用于对由载波相位估计单元输出的所述瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号,并将所述去除噪声后的载波相位信号发送到乘法器;
延迟匹配单元,用于对接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为载波相位估计单元和相位滤波器的处理延时总和,并将延迟后的幅度调制信号发送给乘法器;
乘法器,用于对相位滤波器发送来的所述去除噪声后的载波相位信号和延迟匹配单元发送来的所述延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号;所述相位滤波器包括:坐标变换单元、第一低通滤波器、第二低通滤波器和坐标反变换单元,其中:
坐标变换单元,用于将由载波相位估计单元输出的所述瞬时载波相位信号映射为单位圆上的复数矢量;
第一低通滤波器,用于对所述复数矢量的实部进行低通滤波,并将低通滤波后的实部发给坐标反变换单元;
第二低通滤波器,用于对所述复数矢量的虚部进行低通滤波,并将低通滤波后的虚部发给坐标反变换单元;
坐标反变换单元,用于将由第一低通滤波器发送来的实部和第二低通滤波器发送来的虚部所组成的复数矢量映射为载波相位信号。
2.根据权利要求1所述的信号解调装置,其特征在于,所述瞬时载波相位信号为p,p分布在[-π,+π]区间,且p+nπ=p,其中n为任意整数。
3.一种信号解调方法,其特征在于,该方法包括:
对接收到的幅度调制信号进行载波相位估计,以产生瞬时载波相位信号;
对所述瞬时载波相位信号进行相位滤波,以得到去除噪声后的载波相位信号;
对所述接收到的幅度调制信号进行延迟,其中延迟值为所述进行载波相位估计和所述进行相位滤波的处理延时总和;
对所述去除噪声后的载波相位信号和所述延迟后的幅度调制信号进行乘法运算,以得到解调信号;
所述对瞬时载波相位信号进行相位滤波包括:将所述瞬时载波相位信号映射为单位圆上的复数矢量;对所述复数矢量的实部和虚部分别进行低通滤波;将所述进行低通滤波的实部和所述进行低通滤波的虚部所组成的复数矢量映射为载波相位信号。
4.根据权利要求3所述的信号解调方法,其特征在于,所述瞬时载波相位信号为p,p分布在[-π,+π]区间,且p+nπ=p,其中n为任意整数。
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