CN103067043A - 调制跟踪环路的解调器及解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种调制跟踪环路的解调器及解调方法，主要由宽带调制跟踪锁相环电路、可控有源积分器、延时器、抽样判决器和定时脉冲发生电路组成。宽带调制跟踪锁相环电路的输入端接收UWB-chirp调制信号。宽带调制跟踪锁相环电路的输出端经可控有源积分器连接抽样判决器的其中一个输入端。定时脉冲发生电路的输出端一路连接在抽样判决器的另一个输入端上，另一路经过延时器与可控有源积分器的控制输入端相连。抽样判决器的输出端输出UWB-chirp解调信号。本发明具有结构简单、成本低和实现简单的特点。

Description

调制跟踪环路的解调器及解调方法

技术领域

本发明属于通信系统的调制解调领域，具体涉及一种应用于无线通信中使用UWB-chirp信号进行调制的通信系统中的调制跟踪环路的解调器及解调方法。

背景技术

超宽带(UWB, Ultra-Wideband)技术是目前无线通信领域中较先进的技术之一，由于其具有高容量、高功率效率、低发射功率和低干扰、低成本等诸多优点，使得UWB技术在通信、雷达和无线定位等领域具有广阔的应用前景。到目前为止，有四种方式来实现超宽带技术：（1）基于脉冲无线电（IR）的UWB；（2）基于直接序列码分多址（DS-CDMA）的UWB；（3）基于多载波正交频分复用（MB-OFDM）的UWB；（4）基于Chirp扩频（CSS）的UWB。与其他三种形式的UWB相比，Chirp-UWB利用Chirp扩频技术来实现频谱的扩展，并且UWB-chirp信号对频偏不敏感和不存在峰均功率比（PAPR），同时UWB-chirp同样具有抗干扰能力强、同步实现简易、发射功率低、传输速率高、传输距离远、多径分辨率高和测量精度高。2006年IEEE802.15.4a工作组最终选择了CSS技术作为物理层的标准。

UWB-Chirp信号是一种特殊的非平稳信号。作为大的时间带宽积信号,它广泛地出现在通信、雷达、声纳和地震勘探等系统。在这类系统中, UWB-Chirp信号的解调与检测、参数估计和信号恢复是一个重要的研究课题。到目前为止，对于UWB-Chirp信号的最佳解调与检测方法有：基于脉冲压缩匹配滤波检测法与基于分数阶Fourier变换（FRFT）的参数检测法。但是基于脉冲匹配滤波检测法需要专门定制SAW-DLL器件,若设计的信号频率、带宽等参数发生改变时，先前定制的SAW-DLL器件就不再适用了，又需要重新定制，使用的这种方法的灵活性大大降低，导致设计的成本高和周期长。而分数阶Fourier变换（FRFT）的参数检测法是一种数字的方法，由于运算量太大，需要有快速的算法，目前的快速算法在硬件中还难于实现。因此必须研究一种的成本低、灵活性好以及可以实现的检测方法，基于宽带调制PLL+积分器的检测方法，克服了上述方法的缺点，且能够获得和匹配检测法相当的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种调制跟踪环路的解调器及解调方法，其具有结构简单、成本低和实现简单的特点。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

一种调制跟踪环路的解调器，主要由宽带调制跟踪锁相环电路、可控有源积分器、延时器、抽样判决器和定时脉冲发生电路组成。宽带调制跟踪锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连，环路滤波器的输出端经压控振荡器与鉴相器相连，鉴相器的输入端为宽带调制跟踪锁相环电路的输入端，环路滤波器的输出端为宽带调制跟踪锁相环电路的输出端。宽带调制跟踪锁相环电路的输入端接收UWB-chirp调制信号。宽带调制跟踪锁相环电路的输出端经可控有源积分器连接抽样判决器的其中一个输入端。定时脉冲发生电路的输出端一路连接在抽样判决器的另一个输入端上，另一路经过延时器与可控有源积分器的控制输入端相连。抽样判决器的输出端输出UWB-chirp解调信号。

上述方案中，所述环路滤波器为积分滤波器。

上述方案中，所述压控振荡器的控制电压

。其中，K_t为发送信号的调制灵敏度，K₀为压控振荡器的压控灵敏度，m(t)为调制的锯齿信号。

一种调制跟踪环路的解调方法，包括如下步骤：

①将接收到的UWB-chirp调制信号送入宽带调制跟踪锁相环电路进行调制跟踪，完成UWB-chirp调制信号的鉴频；

②定时脉冲发生电路产生定时脉冲，定时脉冲提供给抽样判决器的同步抽样时钟信号，同时定时脉冲经过延时器输出到有源积分器控制积分器的清零操作；

③有源积分器在经过适当延时的定时脉冲控制下，对宽带调制跟踪锁相环电路输出的信号在码元间隔时间内进行积分运算和清零操作；

④抽样判决器在定时同步脉冲的作用下对积分后的峰值信号进行抽样判决：当抽样信号大于门限值时判为数据“1”：当抽样信号小于数据门限值时判为数据“0”，这样就完成了数据的解调输出。

与现有技术相比，本发明的UWB-chirp 信号解调中，利用锁相环的宽带调制跟踪特性完成chirp调制信号的鉴频功能，然后利用积分器的能量收集功能，提高系统的检测信噪比，提高了数据抽样判决的可靠性。该发明在实际系统易于实现，同时具有成本地、实现简单等优点。

附图说明

图1为一种UWB-chirp信号的调制跟踪环路的解调器的电路原理图。

图2为接收解调信号的各点波形示意图。

具体实施方式

参见图1，一种调制跟踪环路的解调器，其主要由宽带调制跟踪锁相环电路、可控有源积分器、延时器、抽样判决器和定时脉冲发生电路组成。

宽带调制跟踪锁相环电路PLL包括鉴相器、环路滤波器LF和压控振荡器VCO。鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连，环路滤波器的输出端经压控振荡器与鉴相器相连，鉴相器的输入端为宽带调制跟踪锁相环电路的输入端，环路滤波器的输出端为宽带调制跟踪锁相环电路的输出端。在本发明中，所述环路滤波器为积分滤波器。所述压控振荡器的控制电压

，其中，K_t为发送信号的调制灵敏度，K₀为压控振荡器的压控灵敏度，m(t)为调制的锯齿信号。

宽带调制跟踪锁相环电路的输入端接收UWB-chirp调制信号。宽带调制跟踪锁相环电路的输出端经可控有源积分器连接抽样判决器的其中一个输入端；定时脉冲发生电路的输出端一路连接在抽样判决器的另一个输入端上，另一路经过延时器与可控有源积分器的控制输入端相连；抽样判决器的输出端输出UWB-chirp解调信号。

上述解调器所实现的调制跟踪环路的解调方法，如图2所示，包括如下步骤：

①将接收到的UWB-chirp调制信号送入宽带调制跟踪锁相环电路进行调制跟踪，完成UWB-chirp调制信号的鉴频功能。

输入信号为UWB-Chirp信号，其表达式为

u_i(t)=U_isin[ω_ot+θ₁(t)]

其中以ω_ot为参考的相位：

，m(t)为受调制数据控制的线性变化的锯齿波信号。

输入信号的瞬时频率为

${\mathrm{\ω}}_i\left(t\right)=\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\ω}}_{o}t+{\mathrm{\θ}}_1\left(t\right))={\mathrm{\ω}}_0+K_t\·m\left(t\right)$

其中K_t为发送信号的调制灵敏度，由此可以看出输入信号的瞬时频率是以ω₀为中心，随锯齿波信号作m(t)线性变化，调制灵敏度K_t和锯齿波信号的幅度峰值决定输入的UWB-Chirp信号的扫频范围。

压控振荡器的输出电压为

u_o(t)=U_osin[ω_ot+θ₂(t)]

其中θ₂(t)是输出信号u_o(t)以ω_ot为参考的相位。

宽带调制跟踪锁相环电路的工作原理如下：由于环路工作在宽带调制跟踪状态，因此环路的压控振荡器VCO的输出电压信号将跟踪输入信号u_i(t)的相位调制。当环路工作在宽带调制跟踪状态时，鉴相器输出的相位误差信号θ_e(t)=θ₂(t)-θ₁(t)很小。特别是当环路滤波器使用理想积分滤波器时，可以认为相位误差θ_e(t)近似为0，此时

。又根据环路中压控振荡器VCO的控制特性

，其中K₀为本地VCO的压控灵敏度，可得到环路的控制电压 $u_c\left(t\right)=\frac{p{\mathrm{\θ}}_2\left(t\right)}{K_0}=\frac{1}{K_0}\frac{d{\mathrm{\θ}}_2\left(t\right)}{\mathrm{dt}}\≈\frac{1}{K_0}\frac{d{\mathrm{\θ}}_1\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{K_t}{K_0}m\left(t\right)$ ，由该式可以看出VCO的控制电压信号与调制的锯齿信号m(t)呈线性关系变化。

②定时脉冲发生电路产生定时脉冲δ(t)，定时脉冲的作用是提供给抽样判决器的同步抽样时钟信号，同时定时脉冲经过延时器输出到有源积分器控制积分器的清零操作。

③有源积分器在经过适当延时的定时脉冲控制下，对宽带调制跟踪锁相环电路输出的信号在码元间隔时间内进行积分运算和清零操作。清零的目的是是使得积分器在下一个码元时刻能够从零开始积分，利用有源积分器的能量收集功能和平均滤波功能，能够有效地抑制电路中的白噪声和高频干扰噪声，获得有用信号的能量峰值，提高系统检测的性能，有利于后续的抽样判决器工作。

④抽样判决器在定时同步脉冲δ(t)的作用下对积分后的峰值信号进行抽样判决：当抽样信号大于门限值时判为数据“1”：当抽样信号小于数据门限值时判为数据“0”，这样就完成了数据的解调输出。

Claims (4)

1.调制跟踪环路的解调器，其特征是：

主要由宽带调制跟踪锁相环电路、可控有源积分器、延时器、抽样判决器和定时脉冲发生电路组成；

宽带调制跟踪锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连，环路滤波器的输出端经压控振荡器与鉴相器相连，鉴相器的输入端为宽带调制跟踪锁相环电路的输入端，环路滤波器的输出端为宽带调制跟踪锁相环电路的输出端；

宽带调制跟踪锁相环电路的输入端接收UWB-chirp调制信号；宽带调制跟踪锁相环电路的输出端经可控有源积分器连接抽样判决器的其中一个输入端；定时脉冲发生电路的输出端一路连接在抽样判决器的另一个输入端上，另一路经过延时器与可控有源积分器的控制输入端相连；抽样判决器的输出端输出UWB-chirp解调信号。

2.根据权利要求1所述的调制跟踪环路的解调器，其特征是：所述环路滤波器为积分滤波器。

3.根据权利要求1所述的调制跟踪环路的解调器，其特征是：所述压控振荡器的控制电压

，其中，K_t为发送信号的调制灵敏度，K₀为压控振荡器的压控灵敏度，m(t)为调制的锯齿信号。

4.调制跟踪环路的解调方法，其特征是包括如下步骤：

①将接收到的UWB-chirp调制信号送入宽带调制跟踪锁相环电路进行调制跟踪，完成UWB-chirp调制信号的鉴频；

②定时脉冲发生电路产生定时脉冲，定时脉冲提供给抽样判决器的同步抽样时钟信号，同时定时脉冲经过延时器输出到有源积分器控制积分器的清零操作；

③有源积分器在经过适当延时的定时脉冲控制下，对宽带调制跟踪锁相环电路输出的信号在码元间隔时间内进行积分运算和清零操作；

④抽样判决器在定时同步脉冲的作用下对积分后的峰值信号进行抽样判决：当抽样信号大于门限值时判为数据“1”：当抽样信号小于数据门限值时判为数据“0”，这就完成了数据的解调输出。

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