CN103188188A - 一种解调滤波的信号系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对调制信号进行解调滤波的系统，采用鉴频器在模拟域中把调制信号解调成电压幅值信号，然后输入到信号转换模块中把信号转换成数字信号进行滤波处理，还在解调滤波系统中增加码元恢复电路对调制信号进行码元恢复处理；本发明还公开了一种基于上述解调滤波系统对调制信号进行解调滤波以及码元恢复的方法；采用本发明的解调滤波系统，可以减少复杂的数字解调电路以及降低对信号转换器的精度要求。

Description

一种解调滤波的信号系统以及方法

技术领域

本发明涉及对频移键控调制信号的解调滤波以及码元的恢复。

背景技术

频移键控调制是一种在无线通信系统中经常使用的数字调制方式，一般包括有FSK、GFSK和GMSK等形式，能够将数字基带信号通过频移键控的方式调制到载波上，实现射频通道进行通信。

请参考图1，图1为现有对频移键控调制信号的接收机原理图；天线接收空中的微弱高频电磁信号转化成高频电信号，经滤波和低噪声放大后再下变成中频信号，中频信号经过滤波放大处理后直接用解调器把信号提取出来得到数字基带信号。

请参看图2，图2为现有在数字领域对频移键控调制信号的解调系统；下变频处理后的中频信号先经过模数转换(ADC)成数字信号(DS)，再经过数字鉴频器、数字滤波器、准位判断等操作最后产生解调信号。

以上两种对频移键控调制信号的解调方法，对信号转换器的要求都很高，而且后续对数字处理的方法较为复杂，输入信号的精度直接影响输出信号的精度。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是用简单的电路结构实现对调制信号进行解调并实现对调制信号进行码元恢复。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于解调滤波的信号系统，包括鉴频器、信号转换模块以及滤波模块；其中，所述鉴频器用于接收调制信号并将输入的调制信号解调成模拟电压幅值信号；所述信号转换模块用于接收所述鉴频器输出的模拟电压幅值信号并将所述模拟电压幅值信号转换成数字信号；所述滤波模块用于接收所述信号转换模块输出的数字信号对所述数字信号进行滤波处理并输出。

所述鉴频器包括相位检波器、低通滤波器以及压控振荡器；所述相位检波器接收输入的调制信号以及所述压控振荡器的输出信号，并把经过检波处理的信号输出到所述低通滤波器中进行滤波处理；所述压控振荡器接收所述低通滤波器的输出信号，并反馈输出到所述相位检波器中；所述低通滤波器将输出信号输出到所述信号转换模块中。

所述信号转换模块包括信号加减运算器，积分运算器，模数转换器和数模转换器；所述信号加减运算器根据所述鉴频器的输出信号和所述数模转换器的输出信号输出误差信号；所述积分运算器对所述误差信号进行积分处理；所述模数转换器将所述积分运算器的积分处理结果转换成数字信号输出到所述数模转换器以及所述滤波模块中；所述数模转换器把所接收的数字信号转换成模拟信号并反馈到所述信号加减运算器中。

所述滤波模块包括时间窗累加电路以及加权滤波电路；所述时间窗累加器将所述信号转换器输出的数字信号进行移位求和后输出到所述加权滤波器中进行滤波处理。

再进一步的，所述信号系统还可以包括码元恢复电路；其中，所述码元恢复电路接收所述滤波模块的输出信号并对所接收的信号进行码元恢复并输出。

所述码元恢复电路可以包括峰值检测电路以及采样判决电路；所述峰值检测电路对所述滤波模块的输出信号进行峰值检测并计算峰值时刻点以及平均值，输出到所述采样判决电路根据所述峰值时刻点以及平均值进行采样判决，恢复码元信号并输出。

本发明还提供了一种基于上述信号系统对频移键控调制信号进行解调滤波的方法，包括以下步骤：

对输入的调制信号进行解调得到模拟电压幅值信号；

将所述模拟电压幅值信号转换成数字信号；

对所述数字信号进行滤波处理。

进一步的，对所述数字信号进行滤波处理之后，还可以包括对所述滤波处理后的数据进行码元恢复处理。

所述对所述滤波处理后的数据进行码元恢复处理包括：

通过所述滤波处理后的数据连续的峰值计算出峰值时刻点和均值；

从峰值时刻开始进行采样，若采样值大于经过码元周期的均值则输出码元1，若采样值小于经过码元周期的均值则输出码元0。

进一步的，通过所述滤波处理后的数据连续的峰值计算出峰值时刻点和均值的步骤包括：

初始设定差值阈值、时间阈值以及峰值初始值；

对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值；

比较所述差的绝对值与所述差值阈值，若所述差的绝对值小于所述差值阈值，则计时器清零，等待下一个时钟周期，重新对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值；；

比较所述差的绝对值与峰值，若所述差的绝对值大于所述峰值，则记录当前差值、当前时刻值以及峰值，并重新计时；若所述差的绝对值小于所述峰值，计数器加1；

计时的时间如果大于设定的时间阈值则输出当前时刻值以及峰值；计时的时间如果小于设定的时间阈值则等待下一个时钟周期，重新对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值。

本发明的有益效果是：采用简单的电路组合对频移键控调制信号进行解调与滤波，直接用解调器在模拟域进行解调，解调完再经过信号转换器把电压幅度信号转换成高低电平宽窄变化的数字信号，在数字域进行滤波处理；这样，电路对信号转换器的精度要求不高，并且能够节省电路的功耗；在信号系统中增加码元恢复电路，可以对中频频率偏移的信号进行码元恢复；提高解调系统的精度要求，还可以降低对系统输入的中频信号的精度要求。

附图说明

图1为现有信号接收机原理图；

图2为现有在数字领域对调制信号的解调系统；

图3为本发明实施例一中解调滤波信号系统原理图；

图4为本发明实施例一中鉴频器原理图；

图5为本发明实施例一中信号转换模块原理图；

图6为本发明实施例一中滤波模块原理图；

图7为本发明实施例二中解调滤波信号系统原理图；

图8为本发明实施例二中码元恢复电路结构原理图；

图9为本发明实施例二中峰值检过程测流程图；

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的主要发明构思为：采用鉴频器在模拟域中对调制信号进行解调，然后把解调后的信号转换成数字信号，然后在数字域中对信号进行滤波处理。

实施例一：

请参考图3，图3为本实施例中解调滤波信号系统原理图；所述解调滤波系统包括鉴频器1、信号转换模块2以及滤波模块3，其中，所述鉴频器1接收频移键控调制信号并把所接收的信号解调成模拟电压幅值信号输出到所述信号转换模块2中，信号转换模块2把所述模拟电压幅值信号转换成数字信号，然后输出到所述滤波模块3中，所述滤波模块3把所述数字信号在数字域中对信号进行滤波处理。这样，在模拟域中对信号进行解调，避免采用复杂电路在数字域对信号解调，而且对信号转换器的精度要求不高。在数字域中对信号进行滤波处理，对滤波电路的要求低，不需要对中频频率偏移进行RC校正。

请参考图4-图6，其中，图4为本实施例中鉴频器结构原理图；图5为本实施例中信号转换模块的结构原理图，图6为本实施例中滤波模块结构原理图；如图4所示所述鉴频器包括相位检波器11、低通滤波器12以及压控振荡器13，所述相位检波器11，接收频移键控信号以及所述压控振荡器13的输出信号，并把经过检波处理的信号输出到所述低通滤波器12中进行滤波处理；所述压控振荡器13，接收所述低通滤波器12的输出信号，并反馈输出到所述相位检波器11中；所述低通滤波器12的输出信号输出到所述信号转换模块2中。所述频移键控调制信号与所述压控振荡器13的输出信号输入所述相位检波器11中，所述相位检波器11根据所接收的两路输入信号的相位差转换成电压信号，所述电压信号经过低通滤波器12滤除干扰信号之后输入压控振荡器13中，用于控制压控振荡器13的输出频率；当所述频移键控调制信号与所述压控振荡器13的输出频率相差比较大时，所述电压信号控制压控振荡器13改变输出频率以减少两者之间的差异，最终，所述压控振荡器13的输出频率与其控制电压成正比；所述相位检波器11根据压控振荡器13的输出信号对频移键控信号进行鉴频处理成电压幅值信号。

所述电压幅值信号输入到所述信号转换模块2中，如图5所示所述信号转换模块2包括信号加减运算器21，积分运算器22，一位模数转换器23以及一位数模转换器24，其中，所述电压幅值信号和所述一位数模转换器24的输出信号输入到所述信号加减运算21中，所述信号加减运算器21根据两输入信号运算得到误差信号，并把所述的误差信号输出到所述积分运算器22中，所述积分运算器22对所述误差信号进行积分并把积分结果输出到所述一位模数转换器23中，所述一位模数转换器23把所输入的信号进行转换，得到数字信号，所述一位数模转换器24接收所述一位模数转换器23输出的数字信号并把所述数字信号转换成模拟信号并反馈到所述信号加减运算器21中。

信号由S输入，在所述信号加减运算21中与所述一位数模转换器24的输出的模拟信号相减，得到一个误差信号，所述信号加减运算21把该误差信号输出到所述积分运算器22中进行积分处理，积分后得到一个误差的累积信号，把所述累积误差信号输出到一位模数转换器23中进行从模拟信号到数字信号的转换，从而得到数字信号输出X。

本设计并不限于采用一位的数模转换器和一位的模数转换器，本设计对模数转换器和数模转换器的精度要求较低，只要能够完成模拟信号与数字信号之间的转换，任意的模数转换器和数模转换器都可以应用在本设计的信号解调系统中。

如图6所述滤波模块3包括时间窗累加器31以及加权滤波器32，所述时间窗累加器31接收信号转换模块2的输出信号X进行移位求和处理，并把处理后的信号Y输出到所述加权滤波器32中；

时间窗累加器31接收所述信号转换模块2的输出信号X，以N个采样点作为一个窗口，对窗内的N个样点X₁、X₂...X_n进行求和，并统计窗口内高电平个数；

移位寄存器中31中的数据向右移动移一位，对窗口内的N个样点X₂、X₃...X_n+1进行求和，统计窗口内高电平的个数；

窗口依次向右移位，并对窗口内的N个样点进行求和，统计窗口内高电平的个数；

加权滤波器32接收时间窗累加器输出信号Y，以N个样点为窗口，对窗口内的样点Y₁、Y₂...Y_n，将窗内的样点与对应的系数a₁、a₂...a_n相乘，把所得乘积进行累加并输出累加结果Z。

所述的解调滤波信号系统不仅限于对频移键控调制信号进行解调滤波处理，同样可以对以其他方式调制的信号进行解调滤波处理。

实施例二：

请参考图7和图8，其中，图7为本实施例中解调滤波信号系统的原理图；图8为本实施例中码元恢复电路的结构原理图；

如图7所示在实施例所述的信号解调滤波系统中还可以包括码元恢复电路4对经过滤波模块3处理的信号进行码元恢复处理；由于元器件的制造或其他原因，解调系统的中心频率跟发送端的中心频率会出现偏移，这样会给滤波后的信号带来一定的直流偏置，因此需要码元恢复电路能够抑制该直流偏置带来的影响。

如图8所示所述码元恢复电路包括峰值检测电路41以及采样判断电路42；所述峰值检测电路接收滤波模块3的输出信号并对所接收的信号进行峰值检测，计算出峰值时刻以及均值，再经过所述采样判决电路对数字波形进行采样判决，恢复出码元信号。

请参考图9，图9为本实施例中峰值检测流程图；峰值检测采用的原理是将间隔为码元周期T时间的数值进行相减操作，得到差值如果在一定时间内保持为最大，则认为该差值对应的时刻为信号峰值。检测的过程，可以包括以下步骤：

初始设定差值阈值、时间阈值以及峰值初始值；

对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值；

比较所述差的绝对值与所述差值阈值，若所述差的绝对值小于所述差值阈值，则计时器清零，等待下一个时钟周期，重新对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值；

比较所述差的绝对值与峰值，若所述差的绝对值大于所述峰值，则记录当前差值、当前时刻值以及峰值，并重新计时；若所述差的绝对值小于所述峰值，计数器加1；

计时的时间如果大于设定的时间阈值则输出当前时刻值以及峰值；计时的时间如果小于设定的时间阈值则等待下一个时钟周期，重新对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值。

当连续检测到峰值Zp，且峰值的间隔时间为码元周期T±Δt(Δt为允许偏差)，则计算出连续峰值的均值和峰值时刻点的均值。从峰值时刻开始，经过码元周期T后的采样值Z如果大于或等于均值则输出码值为1，如果小于则输出码值为0，从而对频移键控调制信号恢复出码元。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于解调滤波的信号系统，其特征在于，包括鉴频器、信号转换模块以及滤波模块；其中，所述鉴频器用于接收调制信号并将输入的调制信号解调成模拟电压幅值信号；所述信号转换模块用于接收所述鉴频器输出的模拟电压幅值信号并将所述模拟电压幅值信号转换成数字信号；所述滤波模块用于接收所述信号转换模块输出的数字信号对所述数字信号进行滤波处理并输出。

2.如权利要求1所述的信号系统，其特征在于，所述鉴频器包括相位检波器、低通滤波器以及压控振荡器；所述相位检波器接收输入的调制信号以及所述压控振荡器的输出信号，并把经过检波处理的信号输出到所述低通滤波器中进行滤波处理；所述压控振荡器接收所述低通滤波器的输出信号，并反馈输出到所述相位检波器中；所述低通滤波器将输出信号输出到所述信号转换模块中。

3.如权利要求1所述的信号系统，其特征在于，所述信号转换模块包括信号加减运算器，积分运算器，模数转换器和数模转换器；所述信号加减运算器根据所述鉴频器的输出信号和所述数模转换器的输出信号输出误差信号；所述积分运算器对所述误差信号进行积分处理；所述模数转换器将所述积分运算器的积分处理结果转换成数字信号输出到所述数模转换器以及所述滤波模块中；所述数模转换器把所接收的数字信号转换成模拟信号并反馈到所述信号加减运算器中。

4.如权利要求1所述的信号系统，其特征在于，所述滤波模块包括时间窗累加电路以及加权滤波电路；所述时间窗累加器将所述信号转换器输出的数字信号进行移位求和后输出到所述加权滤波器中进行滤波处理。

5.如权利要求1-4任一项所述的信号系统，其特征在于，还包括码元恢复电路；其中，所述码元恢复电路接收所述滤波模块的输出信号并对所接收的信号进行码元恢复并输出。

6.如权利要求5所述的信号系统，所述码元恢复电路包括峰值检测电路以及采样判决电路；所述峰值检测电路对所述滤波模块的输出信号进行峰值检测并计算峰值时刻点以及平均值，输出到所述采样判决电路根据所述峰值时刻点以及平均值进行采样判决，恢复码元信号并输出。

7.一种解调滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

对输入的调制信号进行解调得到模拟电压幅值信号；

将所述模拟电压幅值信号转换成数字信号；

对所述数字信号进行滤波处理。

8.根据权利要求7所述的解调滤波方法，其特征在于，对所述数字信号进行滤波处理之后，还包括对所述滤波处理后的数据进行码元恢复处理。

9.根据权利要求8所述的解调滤波方法，其特征在于，所述对所述滤波处理后的数据进行码元恢复处理包括：

通过所述滤波处理后的数据连续的峰值计算出峰值时刻点和均值；

从峰值时刻开始进行采样，若采样值大于经过码元周期的均值则输出码元1，若采样值小于经过码元周期的均值则输出码元0。

10.根据权利要求9所述的解调滤波方法，其特征在于，通过所述滤波处理后的数据连续的峰值计算出峰值时刻点和均值的步骤包括：

初始设定差值阈值、时间阈值以及峰值初始值；

对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值；

比较所述差的绝对值与所述差值阈值，若所述差的绝对值小于所述差值阈值，则计时器清零，等待下一个时钟周期，重新对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值；

比较所述差的绝对值与峰值，若所述差的绝对值大于所述峰值，则记录当前差值、当前时刻值以及峰值，并重新计时；若所述差的绝对值小于所述峰值，计数器加1；

计时的时间如果大于设定的时间阈值则输出当前时刻值以及峰值；计时的时间如果小于设定的时间阈值则等待下一个时钟周期，重新对相隔码元周期的两个数据作差，并求所述差的绝对值。

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