CN102684643B - 相移键控解调电路的环路滤波器以及相移键控解调电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种相移键控解调电路的环路滤波器以及相移键控解调电路，以及一种信号处理方法，其中环路滤波器包括第一电路和第二电路，所述第一电路上设置有第一乘法器和第一加法器，第二电路上设置有第二乘法器、第二加法器、单位延迟器和限幅装置，第二乘法器的输出端与所述第二加法器的第一输入端连接，第二加法器的输出端与所述限幅装置的输入端连接限幅装置的输出端分别与所述第一加法器的第二输入端和单位延迟器的输入端连接，限幅装置用于根据第一加法器的输出值和预设的阈值，选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。上述技术方案能够提高相移键控解调电路的解调性能。
Description
技术领域
本发明涉及信号解调技术，尤其涉及一种相移键控解调电路的环路滤波电路以及相移键控解调电路，属于信号处理技术领域。
背景技术
在电力线载波通信技术中，对于通信信号的解调通常采用相移键控(Phase Shift Keying，以下简称：PSK)技术进行解调，图1给出了现有技术中的PSK解调电路，其中接收到的载波信号分为同相(I部分)和正交(Q部分)两路，其首先与数控振荡器(Numerical ControlledOscillator，以下简称：NCO)模块输出的本地正交信号相乘，然后分别通过低通滤波器(Low Pass Filter，以下简称：LPF)滤波后输出；上述低通滤波器输出的两路信号经过平滑鉴相器相乘后输出到环路滤波电路进行处理，可输出NCO频率字的调整值并调整NCO频率，由此完成一个科斯塔(Costas)环路跟踪相位过程。其中的解调信号由I路进行LPF后输出得到。上述的解调电路也可称为PSK科斯塔解调电路。
上述解调电路中，环路滤波电路的作用是衰减由于输入信号噪声引起的快速变化的相位误差和平滑鉴相器泄露的高频分量，以便在环路滤波电路输出端对原始信号进行精确的估计，环路滤波电路的性能对解调电路精度影响很大。
如图2所示，给出了一种环路滤波器的电路结构，该电路结构包括第一电路和第二电路，第一电路上设置有第一乘法器和第一加法器，第二电路上设置有第二乘法器、第二加法器和单位延迟器，具体的该环路滤波器的输入分别接入第一乘法器和第二乘法器的输入端，第一乘法器的输出端与第一加法器的第一输入端连接；第二乘法器的输出端与第二加法器的第一输入端连接，第二加法器的输出端分别与第一加法器的第二输入端和单位延迟器的输入端连接，且单位延迟器的输出端连接到第二加法器的第二输入端，整个环路滤波器的输出从第一加法器的输出端输出。
在如下两种情况下会导致环路滤波电路不能够正确估计输入情况，一是当环路滤波器输入in输入一个很大的噪声干扰，即in较大，导致第二乘法器的输出c2out较大，单位延迟器的输出in_sum_ts与c2out的相加得到输出in_sum较大，in_sum较大会导致in_sum_ts较大，即使第二乘法器的输出c2out变小，c2out与in_sum_ts的相加之和in_sum依旧较大，最终导致第一加法器中对c1out与in_sum相加得到的环路滤波器输出out一直较大；二是环路滤波器中单位延迟器的输出in_sum初始值为0，实际运行时in_sum会在0附近进行调整，而c2out与单位延迟器的输出in_sum_ts相加得到in_sum，同时in_sum经过单位延迟器Z-1后得到信号in_sum_ts，该电路为典型的积分电路，随机噪声环境中易在某段时间内出现偏向某一方向的较小输入，导致环路滤波器输入in一段时间内偏向某一方向，经过上述积分电路的累加，最终导致in_sum累加出偏向某一方向的一个较大量，而当实际信号来时，由于in_sum的值较大，就会导致in_sum_ts较大，c2out与in_sum_ts的和in_sum较大，最终也会导致环路滤波器输出out较大。
上述两种情况下，环路滤波电路都不能正确估计出滤波器输入情况，使得环路滤波电路性能很差，使得解调系统无法有效快速跟踪上载波的相位，导致解调性能差。
发明内容
本发明提供一种相移键控解调电路的环路滤波器以及相移键控解调电路，以及基于上述环路滤波器的信号处理方法，用以提高相移键控解调电路的解调性能。
本发明提供了一种相移键控解调电路的环路滤波器，包括第一电路和第二电路，所述第一电路上设置有第一乘法器和第一加法器，所述第二电路上设置有第二乘法器、第二加法器、单位延迟器和限幅装置，所述环路滤波器的输入分别接入到所述第一乘法器和所述第二乘法器的输入端，所述第一乘法器的输出端与所述第一加法器的第一输入端连接；所述第二乘法器的输出端与所述第二加法器的第一输入端连接，所述第二加法器的输出端与所述限幅装置的输入端连接，所述限幅装置的输出端分别与所述第一加法器的第二输入端和单位延迟器的输入端连接，且所述单位延迟器的输出端连接到所述第二加法器的第二输入端，所述环路滤波器的输出从所述第一加法器的输出端输出；所述限幅装置用于根据所述第一加法器的输出值和预设的阈值，选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。
本发明还提供了一种相移键控解调电路，包括上述的环路滤波器。
本发明还提供了一种基于上述环路滤波器的信号处理方法，包括：
限幅装置获取第一加法器的输出端的输出值，所述第一加法器的输出值为整个环路滤波器的输出值；
限幅装置对所述获取的第一加法器的输出值和预设的阈值进行比较；
限幅装置根据所述比较结果选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。
本发明提供的相移键控解调电路的环路滤波器，以及基于该环路滤波器的信号处理方法，在现有的环路滤波器的电路结构基础上增加了限幅装置，该限幅装置能够根据环路滤波器的输出值对信号进行限幅，控制是否向第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。具体的可以是在环路滤波器的输出值大于预设阈值时，向第一加法器或者是单位延迟器输出限幅值。其中向第一加法器的第二输入端输出限幅值能够直接降低环路滤波器的输出，向单位延迟器的输入端输出限幅值，能够减少积分电路的累加，也能够起到降低环路滤波器的输出值的效果。通过上述的电路设计，能够有效对载波信号中的噪声进行削峰，避免瞬间噪声对环路滤波器的输出带来的持续影响，提高环路滤波器的跟踪性能，进一步提高相移键控解调电路的解调性能。
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为现有技术中相移键控解调电路的电路结构示意图；
图2为现有技术中环路滤波器的电路结构示意图；
图3为本发明实施例中相移键控解调电路的环路滤波器的电路结构示意图；
图4为本发明信号处理方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
针对现有技术中环路滤波电路的缺陷，本发明实施例提供了一种相移键控解调电路的环路滤波器，具体的如图3所示，本发明实施例提供的环路滤波器，主要包括第一电路和第二电路，其中的第一电路上设置有第一乘法器11和第一加法器12，所述第二电路上设置有第二乘法器21、第二加法器22、限幅装置23和单位延迟器24，环路滤波器的输入分别接入第一乘法器11和第二乘法器21的输入端，第一乘法器11的输出端与所述第一加法器12的第一输入端连接；第二乘法器21的输出端与第二加法器22的第一输入端连接，第二加法器22的输出端与限幅装置23的输入端连接，限幅装置23的输出端分别与第一加法器12的第二输入端和单位延迟器24的输入端连接，且单位延迟器24的输出端连接到第二加法器22的第二输入端，环路滤波器的输出从第一加法器12的输出端输出；限幅装置23用于根据第一加法器12的输出值和预设的阈值，选择是否向第一加法器12的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器24的输入端输出限幅值。
本发明上述实施例提供相移键控解调电路的环路滤波器，在现有的环路滤波器的电路结构的基础上增加了限幅装置，该限幅装置能够根据环路滤波器的输出值对信号进行限幅，控制是否向第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。具体的可以是在环路滤波器的输出值(第一加法器的输出值)大于预设的阈值时，向第一加法器或者是单位延迟器输出限幅值，也可以同时向第一加法器和单位延迟器输出限幅值。其中向第一加法器的第二输入端输出限幅值能够直接降低环路滤波器的输出，向单位延迟器的输入端输出限幅值，输出限幅值能够减少积分电路的累加，也能够起到降低环路滤波器的输出值的效果，在具体的实施过程中，可以根据实际情况进行调节。通过上述的电路设计，能够有效对载波信号中的噪声进行削峰，避免瞬间噪声对环路滤波器的输出带来的持续影响，提高环路滤波器的跟踪性能，进一步提高相移键控解调电路的解调性能。
具体的如图3所示，本发明上述实施例中的限幅装置23具体的可以包括获取模块25、判决模块26和限幅电路；其中获取模块25用于获取所述第一加法器12的输出端的输出值；判决模块26用于根据第一加法器12的输出端的输出值和预设的阈值生成控制信号，并将所述控制信号发送给限幅电路；限幅电路的输入端与第二加法器22的输出端连接，并用于根据控制信号选择是否向所述第一加法器12的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器24的输入端输出限幅值。
另外对于本发明上述实施例中的限幅电路，可以具体由第一选择器271，第二选择器272和限幅器273；所述限幅器的输入端与所述第二加法器22的输出端直接连接，第一选择器271的输入端包括第一限幅端和第一非限幅端，第一限幅端与限幅器273的输出端连接，第一非限幅端直接与第二加法器22的输出端连接，第一选择器271的输出端与第一加法器12的输入端连接；第二选择器272的输入端包括第二限幅端和第二非限幅端，第二限幅端与限幅器273的输出端连接，第二非限幅端直接与第二加法器22的输出端连接，第二选择器272的输出端与单位延迟器24的输入端连接；其中限幅器273的作用是设置有一阈值，其中当输入值大于或等于该阈值时，输出值为阈值，当输入值小于该阈值时，输出值为输入值。另外，对于控制信号，其可以包括第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号用于控制第一选择器271选择第一限幅端或者第一非限幅端的输入作为输入值，第二控制信号用于控制第二选择器272选择第二限幅端或者第二非限幅端的输入作为输入值。在具体的实施过程中，其中可以同时控制第一选择器和第二选择器选择限幅端的输入作为输入值，或者是只有一个选择器选择限幅端的输入作为输入值。
本发明实施例还提供了一种相移键控解调电路，该相移键控解调电路中包括上述实施例提供的环路滤波器。本发明上述实施例提供的环路滤波器，加入适当的限幅器，将噪声能量进行削峰，来保证频率调整值在有效范围内；避免相位的误跟踪现象，提升解调性能。
本发明实施例还提供了一种基于上述的环路滤波器的信号处理方法，图4为本发明信号处理方法实施例的流程示意图，该实施例中，该实施例中涉及的环路滤波器的具体电路结构参见上述各实施例，其步骤可如图4所示：
步骤101、限幅装置获取第一加法器的输出端的输出值，所述第一加法器的输出值为整个环路滤波器的输出值；
步骤102、限幅装置对所述获取的第一加法器的输出值和预设的阈值进行比较；
步骤103、限幅装置根据所述比较结果选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。
本实施例中增加限幅装置，该限幅装置能够根据环路滤波器的输出值，对其内部信号处理进行控制，其中向第一加法器的第二输入端输出限幅值能够直接降低环路滤波器的输出，向单位延迟器的输入端输出限幅值，输出限幅值能够减少积分电路的累加，也能够起到降低环路滤波器的输出值的效果。即达到将噪声能量进行削峰，来保证频率调整值在有效范围内；避免相位的误跟踪现象，提升解调性能。
本发明上述实施例中，步骤103中的限幅装置根据比较结果选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值可以具体包括：
限幅装置在所述第一加法器的输出值大于预设的阈值时，选择向第一加法器的第二输入端和/或单位延迟器的输入端输出限幅值。
而本发明的具体实施例中，其中的限幅装置可以包括获取模块、判决模块和限幅电路，限幅电路的输入端与所述第二加法器的输出端连接，上述方法可具体为：步骤101中由上述获取模块获取所述第一加法器的输出端的输出值；步骤102中由上述判决模块根据所述第一加法器的输出端的输出值和预设的阈值生成控制信号，并将所述控制信号发送给限幅电路；步骤103中由上述限幅电路根据所述控制信号选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。本发明的方案在科斯塔环路法的解调电路中对环路滤波器电路进行部分调整，以此提升解调性能。现有的科斯塔环路法的环路滤波器设计中未加入限幅器，相当于在图3中控制信号线cs_0和cs_1同时置1的情况，即两个选择器选择与限幅装置的输入端直接连接，这种情况下，在实际应用中对小信号的跟踪易受噪声的干扰，导致环路滤波器性能较差，直接影响跟踪环路的性能。本发明提供的技术方案中，在环路滤波器电路中加入限幅器，其可使用控制线cs_0和cs_1对两个MUX(2选1选择器)进行控制，以针对不同环境下进行相应的配置。
本发明的环路滤波器中，其中的输入(in)与C1相乘得到c1out；环路滤波器输入(in)与C2相乘得到c2out，c2out与in_sum_ts相加得到in_sum，同时in_sum通过MUX(2选1选择器)经过单位延迟器Z-1后得到信号in_sum_ts；环路滤波器输出(out)等于c1out与in_sum相加。将控制信号线cs_0和cs_1同时置0时，两个MUX(2选1选择器)均使能0通道；此时in_sum_c0等于in_sum_s，in_sum_c1等于in_sum_s，in_sum_s为in_sum限幅后的值。
针对现有技术中提到的两种导致环路滤波器性能下降的情况，本发明提供的技术方案具有如下优点：一是当预解调信号为小信号时(信噪比较差时)，选择通路0，即in_sum_s分别与延时单元输入端in_sum_c1连接和in_sum_c0相连接，当接收很大的噪声干扰时，输入in较大，导致c2out较大，in_sum_ts与c2out的相加得到in_sum较大，in_sum输入至限幅器，限幅器输出限幅值in_sum_s，这样延时模块输出in_sum_ts的值得到有效的抑制，那么in_sum的值很大程度取决于它的输入c2out(c2out取决于环路滤波器的输入in)，这样in_sum_c0将不受较大干扰输入的影响，能很好地根据c2out的变化进行变化，这样对噪声起到了很好的抑制作用，最终in_sum_c0与c1out的相加得到的环路滤波器输出(out)能很好地对环路滤波器输入(in)进行评估，具有很好的实时性和对信号正确的调整性，能较好的根据输入信号对NCO进行调整；二是即使in_sum在随机噪声环境中累加出现偏向某一方向的较大量，但由于限幅器的作用，将in_sum的值进行限制，使其限制在某个可控的值之内。这样当c2out改变会很好地体现在in_sum_c0的变化上，最终in_sum_c0与c1out的相加得到的环路滤波器输出(out)能很好地对输入进行评估，具有很好的实时性和对信号正确的调整性，能较好的根据输入信号对NCO进行调整。本发明提供的技术方案，通过在不同应用环境中控制信号线cs_0和cs_1对限幅器进行控制，达到在特定环境下限幅器最佳配置，使得环路滤波器的性能提高，使用在相移键控解调器中，能够有效的避免相位的误跟踪现象，提升其解调性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种相移键控解调电路的环路滤波器，其特征在于，包括第一电路和第二电路，所述第一电路上设置有第一乘法器和第一加法器，所述第二电路上设置有第二乘法器、第二加法器、单位延迟器和限幅装置，所述环路滤波器的输入分别接入到所述第一乘法器和所述第二乘法器的输入端，所述第一乘法器的输出端与所述第一加法器的第一输入端连接；所述第二乘法器的输出端与所述第二加法器的第一输入端连接，所述第二加法器的输出端与所述限幅装置的输入端连接，所述限幅装置的输出端分别与所述第一加法器的第二输入端和单位延迟器的输入端连接，且所述单位延迟器的输出端连接到所述第二加法器的第二输入端，所述环路滤波器的输出从所述第一加法器的输出端输出；所述限幅装置用于根据所述第一加法器的输出值和预设的阈值，选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值；
所述限幅装置具体用于在所述第一加法器的输出值大于预设的阈值时，选择向第一加法器的第二输入端和/或单位延迟器的输入端输出限幅值；
所述限幅装置包括获取模块、判决模块和限幅电路；所述获取模块用于获取所述第一加法器的输出端的输出值；所述判决模块用于根据所述第一加法器的输出端的输出值和预设的阈值生成控制信号，并将所述控制信号发送给限幅电路；所述限幅电路的输入端与所述第二加法器的输出端连接，并用于根据所述控制信号选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值；
所述限幅电路包括第一选择器，第二选择器和限幅器；所述限幅器的输入端与所述第二加法器的输出端直接连接，所述第一选择器的输入端包括第一限幅端和第一非限幅端，所述第一限幅端与所述限幅器的输出端连接，所述第一非限幅端直接与所述限幅电路的输入端连接，所述第一选择器的输出端与所述第一加法器的输入端连接；所述第二选择器的输入端包括第二限幅端和第二非限幅端，所述第二限幅端与所述限幅器的输出端连接，所述第二非限幅端直接与所述限幅电路的输入端连接，所述第二选择器的输出端与所述单位延迟器的输入端连接；所述控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，所述第一控制信号用于控制第一选择器选择第一限幅端或者第一非限幅端的输入作为输入值，所述第二控制信号用于控制第二选择器选择第二限幅端或者第二非限幅端的输入作为输入值。
2.一种相移键控解调电路，其特征在于，包括权利要求1所述的环路滤波器。
3.一种基于权利要求1所述的环路滤波器的信号处理方法，其特征在于，包括：
限幅装置获取第一加法器的输出端的输出值，所述第一加法器的输出值为整个环路滤波器的输出值；
限幅装置对所述获取的第一加法器的输出值和预设的阈值进行比较；
限幅装置根据所述比较结果选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值；
其中，所述限幅装置根据比较结果选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值包括：
限幅装置在所述第一加法器的输出值大于预设的阈值时，选择向第一加法器的第二输入端和/或单位延迟器的输入端输出限幅值；
所述限幅装置包括获取模块、判决模块和限幅电路，其中限幅电路的输入端与所述第二加法器的输出端连接，所述方法具体为：
所述获取模块获取所述第一加法器的输出端的输出值；
所述判决模块根据所述第一加法器的输出端的输出值和预设的阈值生成控制信号，并将所述控制信号发送给限幅电路；
所述限幅电路根据所述控制信号选择是否向所述第一加法器的第二输入端输出限幅值，以及是否向单位延迟器的输入端输出限幅值。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 200235 Shanghai city Xuhui District Longcao Road No. 299 Tianhua Information Technology Park Building 2 floor A block 5 Patentee after: SHANGHAI EASTSOFT MICROELECTRONICS CO., LTD. Address before: 200235 Shanghai city Xuhui District Longcao Road No. 299 Tianhua Information Technology Park Building 2 floor A block 5 Patentee before: Shanghai Hair Group Integated Circuit Co., Ltd. |