CN103493071B - 信号处理设备、信号处理方法和接收设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信号处理设备、信号处理方法和接收设备，利用其可以从根据响应信息负载调制的载波信号以高精度检测响应信息。正直流生成部分（61）生成基于负载调制的载波信号的正阈值。正选择部分（62）输出通过比较载波信号的电压与正阈值获得的较大值到加法部分（65）。负直流生成部分（63）生成基于负载调制的载波信号的负阈值。负选择部分（64）输出通过比较载波信号的电压与负阈值获得的较小值到加法部分（65）。加法部分（65）将正选择部分（62）的输出和负选择部分（64）的输出相加，并且将相加的结果输出到IQ检测部分（53）。作为该相加的结果，获得具有小于原始载波信号的Vpp并且保持电压波动部分的信号。本发明可以应用于非接触通信系统。

Description

信号处理设备、信号处理方法和接收设备
技术领域
本公开涉及信号处理设备、信号处理方法和接收设备，并且更具体地涉及例如在从基于传输信息的负载调制的载波信号检测到响应信息的情况下适合的信号处理设备、信号处理方法和接收设备。
背景技术
诸如FeliCa（索尼公司的注册商标）的非接触通信系统现在广泛使用。在用于诸如列车和巴士的公共运输的检票口系统以及电子货币系统中采用这种非接触通信系统，电子货币系统可以在各种商店和自动售货机中使用。
图1示出传统非接触通信系统的示例结构。该非接触通信系统10用读取器/写入器11和收发器12形成。例如，在火车站的检票口采用该非接触通信系统10的情况下，读取器/写入器11安装在检票口中，并且收发器12嵌入用作票（诸如Suica（商标））的IC卡中。
在预定传输信息从读取器/写入器11传输到收发器12的情况下，像图2的A中示出的信号的正弦载波信号（载波）是ASK（振幅键控）调制的，并且根据传输信息传输。另一方面，在像图2的B中示出的信息的预定数字化响应信息从收发器12传输到读取器/写入器11的情况下，执行负载调制，以便通过根据预定响应信息用开关接通和关断收发器12中的阻尼电阻器R1，导致如图2的C所示的载波信号的电压的改变（例如，见专利文献1）。
然后通过读取器/写入器11的天线接收负载调制的载波信号。接收的负载调制的载波信号具有根据读取器/写入器11和收发器12之间距离而降低的调制度，如图2的D所示。随着调制度变得更低，响应信息的检测变得更加困难。
在火车站等处的检票口中使用非接触通信系统10的情况下，为了确保用户友好度，要求即使读取器/写入器11和收发器12的天线之间的距离是10cm或更长时，通信应该也是可能的。
如果读取器/写入器11和收发器12之间的距离变得更长，负载调制的载波信号的调制度变得更低，并且响应信息的检测变得困难，如上所述。为了补偿，载波信号的峰到峰电压（下文中称为Vpp）大约增加到20V。
图3示出在载波信号的Vpp是20V的情况下可以使用的传统读取器/写入器的示例结构。该读取器/写入器20基于负载调制的载波信号的电压的幅度改变检测响应信息。
在读取器/写入器20中，对负载调制的载波信号执行全波整流，并且由输出检测信号的峰值保持电路对载波信号执行包络检测。例如，在如图4的A所示的负载调制到10%的调制度的载波信号的情况下，如图4的B所示执行全波整流，并且如图4的C所示输出具有1V差别的检测信号。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP2001-307031A
发明内容
本发明要解决的问题
如上所述，传统读取器/写入器20检测响应信息为载波信号的电压中的幅度改变。因此，当载波信号的调制度变得更低时，不可能精确地检测响应信息。
同时，已知在载波信号是基于收发器处的响应信息负载调制的情况下，负载调制不但导致载波信号的电压中的幅度改变，而且导致电压的相位中的改变。在利用该特性的情况下，在读取器/写入器中使用可以检测电压中的幅度改变和相位改变两者的IQ检测器（正交检测器）。
传统IQ检测器通常在处理高频信号的50Ω系统中使用，并且在大多数传统IQ检测器中输入载波信号的最高可允许Vpp低至2V。
如上所述，载波信号的Vpp设为大约20V。因此，为了在读取器/写入器中使用传统IQ检测器，在传统IQ检测器之前级中提供将载波信号的Vpp衰减到原始值的1/10的衰减器，例如如图5所示。在此情况下，具有由衰减器衰减的Vpp的载波信号具有电压中0.1V的幅度差别，并且在要从IQ检测器输出的检测信号中仅导致0.1V的差别，如图6所示。结果，读取器/写入器30对于响应信息的检测灵敏度可能变得更低。
鉴于那些情况作出本公开，并且其目的在于从基于响应信息负载调制的载波信号高精度地检测响应信息。
对于问题的解决方案
作为本公开的第一方面的信号处理设备包括：正检测单元，其检测负载调制的载波信号的电压的正幅度波动部分；负检测单元，其检测载波信号的电压的负幅度波动部分；以及组合单元，其组合载波信号的电压的正幅度波动部分和负幅度波动部分。
正检测单元可以包括：第一生成单元，其生成载波信号的电压的正阈值；以及第一选择单元，其比较载波信号的电压与正阈值，并且选择载波信号的电压与正阈值的较大一个的值。负检测单元可以包括：第二生成单元，其生成载波信号的电压的负阈值；以及第二选择单元，其比较载波信号的电压与负阈值，并且选择载波信号的电压与负阈值的较小一个的值。
作为本公开的第一方面的信号处理设备可以还包括成形单元，其将正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合结果的波形成形为正弦波。
作为本公开的第一方面得信号处理方法是用于衰减负载调制的载波信号的电压的信号处理设备的信号处理方法。所述信号处理方法包括：检测载波信号的电压的正幅度波动部分的正检测步骤；检测载波信号的电压的负幅度波动部分的负检测步骤；以及组合载波信号的电压的正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合步骤，由信号处理设备执行各步骤。
在本公开的第一方面中，检测载波信号的电压的正幅度波动部分，检测载波信号的电压的负幅度波动部分，并且组合载波信号的电压的正幅度波动部分和负幅度波动部分。
作为本公开的第二方面的接收设备，包括：接收单元，其接收负载调制的载波信号；正检测单元，其检测载波信号的电压的正幅度波动部分；负检测单元，其检测载波信号的电压的负幅度波动部分；组合单元，其组合载波信号的电压的正幅度波动部分和负幅度波动部分；以及检测单元，其检测正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合结果。
作为本公开的第二方面的接收设备可以还包括成形单元，其将正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合结果的波形成形为正弦波。在该接收设备中，检测单元可以检测成形为正弦波的组合结果。
在本公开的第二方面中，接收负载调制的载波信号，检测载波信号的电压的正幅度波动部分，检测载波信号的电压的负幅度波动部分，组合正幅度波动部分和负幅度波动部分，并且检测组合的结果。
本发明的效果
根据本公开的第一方面，可以增加基于响应信号负载调制的载波信号的幅度改变的调制度。
根据本公开的第二方面，可以从基于响应信号负载调制的载波信号以高精度检测响应信息。
附图说明
图1是示出传统非接触通信系统的示例结构的电路图。
图2是用于说明负载调制的载波信号的调制度中的改变的图。
图3是示出传统读取器/写入器的示例结构的电路图，该传统读取器/写入器检测负载调制的载波信号的电压中的幅度改变。
图4是示出要从图3中示出的读取器/写入器输出的检测信号的图。
图5是示出包括衰减器和传统IQ检测器的读取器/写入器的示例结构的电路图。
图6是示出输入到图5中示出的读取器/写入器中的IQ检测器的衰减载波信号的电压中的幅度改变的图。
图7是用于比较图5中示出的通过传统衰减器衰减载波信号的Vpp的情况与通过本公开的调制调整单元衰减载波信号的Vpp的情况的图。
图8是图示在没有载波信号的调制度的减小的情况下衰减Vpp的技术的图。
图9是作为实施例的读取器/写入器的示例结构的框图。
图10是示出调制调整单元的示例结构的框图。
图11是示出实现调制调整单元的电子电路的第一示例结构的框图。
图12是示出输入到调制调整单元的第一示例结构的负载调制的载波信号的图。
图13是示出在调制调整单元的第一示例结构的各个部分处的信号波形的图。
图14是示出由调制调整单元的第一示例结构实现的Vpp减小效果的图。
图15是示出调制度的定义的图。
图16是用于说明要由读取器/写入器执行的信号检测操作的流程图。
图17是示出实现调制调整单元的电子电路的第二示例结构的框图。
图18是示出输入到调制调整单元的第二示例结构的负载调制的载波信号的图。
图19是示出在调制调整单元的第二示例结构的各个部分处的信号波形的图。
图20是示出由调制调整单元的第二示例结构实现的Vpp减小效果的图。
图21是示出从调制调整单元输出的波形的图。
图22是示出读取器/写入器的另一示例结构的框图。
具体实施方式
参照附图，以下是用于执行本发明的最佳模式（下文中称为实施例）的详细描述。
<本公开的概述>
首先，描述本公开的概述。图7示出通过图5中示出的传统衰减器衰减基于响应信息负载调制的载波信号的Vpp的情况（图中的A）、与通过本公开的调制调整单元52（图9）衰减基于响应信息负载调制的载波信号的Vpp的情况（图中的B）之间的差别。
在通过传统衰减器衰减负载调制的载波信号的Vpp的情况下，电压的幅度全部压缩，如图中的A所示。结果，减少由响应信息导致的幅度改变或载波信号的调制度，并且响应信息检测的精度变得更低。鉴于此，本公开建议一种用于在没有载波信号的调制度的减少的情况下衰减载波信号的Vpp的技术，如图中的B所示。
图8具体地图示该技术。从图中A所示的预衰减负载调制的载波信号移除不受响应信息影响的中间点电势部分，并且检测作为受响应信息影响的电压的幅度改变分量的正幅度波动部分和负幅度波动部分，如图中的B所示。此外，受响应信息影响的正幅度波动部分和负幅度波动部分相互相加，如图中的C所示。
以此方式，可以获得具有衰减的Vpp但是保持受响应信息影响的幅度改变分量（其中调制度相对增加）的载波信号。因此，可以通过检测该衰减的载波信号，以更高精确度检测响应信息。
<实施例>
[读取器/写入器的示例结构]
图9示出作为本公开实施例的读取器/写入器的示例结构。
例如，在如图1所示的非接触通信系统中使用该读取器/写入器50。读取器/写入器50接收在收发器处根据响应信息负载调制的高电压（大约20V）载波信号，执行正交检测，并且检测响应信息作为检测的结果。
读取器/写入器50包括天线51、调制调整单元52和IQ检测单元53。
天线51接收负载调制的载波信号，并且输出该载波信号到调制调整单元52。调制调整单元52衰减负载调制的载波信号的Vpp，并且输出载波信号到IQ检测单元53，同时保持负载调制的载波信号的幅度改变分量，如图8所示。IQ检测单元53对从调制调整单元52输入的载波信号执行正交检测（IQ检测），并且检测响应信息作为检测的结果。
[调制调整单元52的示例结构]
图10示出调制调整单元52的示例结构。调制调整单元52包括正DC生成单元61、正选择单元62、负DC生成单元63、负选择单元64和加法单元65。
基于从天线51输入的负载调制的载波信号，正DC生成单元61生成作为负载调制的载波信号的电压的正DC分量（固定值）的正阈值，并且输出该正阈值到正选择单元62。具体地，例如从图8中的A示出的负载调制的载波信号生成用于提取图8的B的上部示出的波形的正阈值。
正选择单元62比较从天线51输入的负载调制的载波信号的电压与从正DC生成单元61输入的正DC分量的值（正阈值），并且输出较大值到加法单元65。作为该选择的结果，例如如图8的B的上部所示，提取载波信号的电压的正幅度波动部分。
基于从天线51输入的负载调制的载波信号，负DC生成单元63生成作为负载调制的载波信号的电压的负DC分量（固定值）的负阈值，并且输出该负阈值到负选择单元64。具体地，例如从图8中的A示出的负载调制的载波信号生成用于提取图8的B的下部示出的波形的负阈值。
负选择单元64比较从天线51输入的负载调制的载波信号的电压与从负DC生成单元63输入的负DC分量的值（负阈值），并且输出较小值到加法单元65。作为该选择的结果，例如如图8的B的下部所示，提取载波信号的电压的负幅度波动部分。
加法单元65将正选择单元62的输出和负选择单元64的输出相加，并且输出相加结构（图12c）到IQ检测单元53。结果相加的结果，例如如图8中的C所示，获得具有比原始载波信号的Vpp更低Vpp并且保持电压的波动部分的信号。
[实现调制调整单元52的电子电路的第一示例结构]
图11示出实现调制调整单元52的电子电路的第一示例结构。应该注意，与图10中那些组件等价的组件由与图10中使用的那些参考标号相同的参考标号标识。
在图11中，用二极管D11、电阻器R11和电容器C11形成正DC生成单元61。二极管D11仅通过从连接到阳极侧天线51输入的载波信号的正电压。因此，正电压施加到电容器C11。电阻器R11避免过剩电流流入电容器C11。因此，在电阻器C11中累积的电压值可以通过改变电阻器R11的值来调整。
正选择单元62用并联连接的二极管D12和二极管D13形成。来自连接到阳极侧的电容器C11的正电压施加到二极管D12。来自连接到阳极侧的天线51的载波信号的正电压施加到二极管D13。结果，电容器C11中累积的正电压或载波信号的正电压中更高的输出到之后级的加法单元65。
用二极管D21、电阻器R21和电容器C21形成负DC生成单元63。二极管D21仅通过从连接到阴极侧天线51输入的载波信号的负电压。因此，负电压施加到电容器C21。电阻器R21避免过剩电流流入电容器C21。因此，在电阻器C21中累积的电压值可以通过改变电阻器R21的值来调整。
负选择单元64用并联连接的二极管D22和二极管D23形成。来自连接到阴极侧的电容器C21的负电压施加到二极管D22。来自连接到阴极侧的天线51的载波信号的负电压施加到二极管D23。结果，电容器C21中累积的负电压或载波信号的负电压中更低的输出到之后级的加法单元65。
加法单元65用电阻器R12和电阻器R22形成。
当如图12所示的具有Vpp=40V的负载调制的载波信号输入到图11中示出的调制调整单元52的第一示例结构时，正DC生成单元61可以获得如图13b所示的正固定值（阈值）。可以通过改变电阻器R11的值调整正阈值。正选择单元62从载波信号提取比图13b中示出的正阈值更高的部分，并且获得具有图13a中示出的波形的信号。
同时，负DC生成单元63可以获得如图13d所示的负固定值（阈值）。可以通过改变电阻器R21的值调整负阈值。负选择单元64从载波信号提取比图13d中示出的负阈值更低的部分，并且获得具有图13e中示出的波形的信号。
加法单元65将图13a中示出的波形和图13e中示出的波形相加，以便获得具有图13c中示出的波形的信号。该信号输出到之后级。
图14示出图12中示出的并且输入到调制调整单元52的第一示例结构的载波信号的电压的波形，以及图13c中示出并且从加法单元65输出的电压的波形，其中调整波形的宽度。具体地，图14中的坐标轴A指示±20V范围，并且图14中的坐标轴B指示±2V范围。图15示出负载调制的信号的调制度的定义。通过使用最大Vpp A和最小Vpp B的(A-B)/(A+B)计算调制度。
如从图14明显的，输入到调制调整单元52的第一示例结构的载波信号的最大VppA是40V，并且最小Vpp B是36V。因此，调制度是5.3%。另一方面，从加法单元65输出的信号的最大Vpp A是3.42V，并且最小Vpp B是1.46V。因此，调制度是40.2%。
在图11中示出的调制调整单元52的第一示例结构的情况下，可以使得调制度大约7.5倍高，同时减小载波信号的Vpp。因此，在IQ检测单元53中可以使用具有2V作为最高可允许Vpp的正交检测LSI，并且进一步可以执行基于载波信号的电压中的幅度改变的检测。
[读取器/写入器50的操作]
图16是用于说明要由读取器/写入器50执行的信号检测操作的流程图。
假设通过读取器/写入器50的天线接收由收发器负载调制的载波信号，并且输入到调制调整单元52，执行该信号检测操作。
在步骤S1中，调制调整单元52的正DC生成单元61基于从天线51输入的载波信号生成正阈值，并且输出该正阈值到正选择单元62。在步骤S2中，正选择单元62比较从天线51输入的载波信号的电压与来自正DC生成单元61的正阈值，并且输出较大一个的值到加法单元65。
在步骤S3中，负DC生成单元63基于从天线51输入的载波信号生成负阈值，并且输出该负阈值到负选择单元64。在步骤S4中，负选择单元64比较从天线51输入的载波信号的电压与来自负DC生成单元63的负阈值，并且输出较小一个的值到加法单元65。
实际上同时执行步骤S1到S4的过程。
在步骤S5中，加法单元65将正选择单元62的输出和负选择单元64的输出相加，并且输出相加结果（图12c）到IQ检测单元53。在步骤S6中，IQ检测单元53对从加法单元65输入、具有比原始载波信号的Vpp更低的Vpp、并且保持电压的波动的信号执行IQ检测。作为IQ检测的结果，可以获得来自收发器的响应信息。信号检测操作因此完成。
[实现调制调整单元52的电子电路的第二示例结构]
图17示出实现调制调整单元52的电子电路的第二示例结构。与图11中示出的第一示例结构的那些组件相同的那些组件由与图11中使用的那些相同的参考标号和符号表示，并且因此将不重复它们的说明。
第二示例结构不同于第一示例结构在于加法单元65的结构。具体地，在第一示例结构中用电阻器R12和电阻器R22形成加法单元65，但是第二示例结构进一步包括电阻器R31和运算放大器71。
电阻器R31具有比电阻器R12和电阻器R22的电阻值更小的电阻值，并且用作运算放大器71的反馈电阻。运算放大器71衰减经由电阻器R12输入的正选择单元62的输出和经由电阻器R22输入的负选择单元64的输出的和。衰减值输出到之后级。
当如图18所示具有Vpp=40V的负载调制的载波信号输入到图17中示出的调制调整单元52的第二示例结构时，正DC生成单元61可以获得如图19b所示的正固定值（阈值）。可以通过改变电阻器R11的值调整正阈值。正选择单元62从载波信号提取超过图19b中示出的正阈值的部分，并且获得具有图19a中示出的波形的信号。
同时，负DC生成单元63可以获得如图19d所示的负固定值（阈值）。可以通过改变电阻器R21的值调整负阈值。负选择单元64从载波信号提取比图19d中示出的负阈值更低的部分，并且获得具有图19e中示出的波形的信号。
加法单元65将图19a中示出的波形和图19e中示出的波形相加，以便获得具有图19c中示出的波形的信号。该信号输出到之后级。
图20示出图18中示出的并且输入到调制调整单元52的第二示例结构的载波信号的电压的波形，以及图19c中示出并且从加法单元65输出的电压的波形，其中调整波形的宽度。具体地，图20中的坐标轴A指示±20V范围，并且图20中的坐标轴B指示±2V范围。
如从图20明显的，输入到调制调整单元52的第二示例结构的载波信号的最大VppA是40V，并且最小Vpp B是36V。因此，调制度是5.3%。另一方面，从加法单元65输出的信号的最大Vpp A是3.11V，并且最小Vpp B是2.13V。因此，调制度是18.7%。
在图17中示出的调制调整单元52的第二示例结构的情况下，可以使得调制度大约3.5倍高，同时减小载波信号的Vpp。因此，在IQ检测单元53中可以使用具有2V作为最高可允许Vpp的正交检测LSI，并且进一步可以执行基于载波信号的电压中的幅度改变的检测。
[读取器/写入器的另一示例结构]
通过上述调制调整单元52衰减的载波信号的电压具有图21的A中示出的波形。该载波信号可以输入到IQ检测单元53，并且经历检测。然而，如果波形成行为与如图21的B中所示的正弦波类似的波形，则可以进一步提高检测精度。
图22示出读取器/写入器80的示例结构，读取器/写入器80可以将衰减的载波信号的波形成行为与如上所述的正弦波类似的波形，并且将具有成形的波形的载波信号输入IQ检测单元53。
读取器/写入器80与图9中示出的读取器/写入器50相同，除了LPF 81提供在调制调整单元52和IQ检测单元53之间。除了LPF 81，各组件与读取器/写入器50的那些组件相同。LPF 81可以通过移除衰减载波信号的高频分量，使得衰减的载波信号的波形类似于正弦波。
在读取器/写入器80的情况下，可以以比读取器/写入器50的情况下的精度更高的精度检测响应信息。
具有调制调整单元52，上述读取器/写入器50和80每个在检测载波信号的电压的幅度波动中非常有效。在读取器/写入器和收发器之间的距离相对长的情况下，负载调制比相位改变更经常检测为幅度改变。因此，本公开在扩展读取器/写入器和收发器之间通信距离上特别有效。
本公开的调制调整单元52不但可以在非接触通信系统的读取器/写入器中使用，而且可以在接收负载调制的信号的接收设备中使用。
在本说明书中，“系统”意味着用多于一个设备形成的整个装置。
应该注意，本公开的实施例不限于上述实施例，并且可以对于它们进行各种修改而不背离本公开的范围。
参考标号列表
50读取器/写入器，51天线，52调制调整单元，53IQ检测单元，61正DC生成单元，62正选择单元，63负DC生成单元，64负选择单元，65加法单元，80读取器/写入器，81LPF。

Claims (5)

1.一种信号处理设备，包括：
正检测单元，配置为基于ASK调制的载波信号生成正阈值，并且比较ASK调制的载波信号与正阈值，并且检测较大一个的值作为电压的正幅度波动部分；
负检测单元，配置为基于ASK调制的载波信号生成负阈值，并且比较载波信号的电压与负阈值，并且检测较小一个的值作为负幅度波动部分；以及
组合单元，配置为组合载波信号的电压的正幅度波动部分和负幅度波动部分。
2.如权利要求1所述的信号处理设备，还包括
成形单元，配置为将正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合结果的波形成形为正弦波。
3.一种用于衰减ASK调制的载波信号的电压的信号处理设备的信号处理方法，
所述信号处理方法包括：
比较载波信号的电压与正阈值，并且检测较大一个的值作为正幅度波动部分的正检测步骤，其中基于ASK调制的载波信号生成正阈值；
比较载波信号的电压与负阈值，并且检测较小一个的值作为负幅度波动部分的负检测步骤，其中基于ASK调制的载波信号生成负阈值；以及
组合载波信号的电压的正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合步骤，
由信号处理设备执行各步骤。
4.一种接收设备，包括：
接收单元，配置为接收ASK调制的载波信号；
正检测单元，配置为基于ASK调制的载波信号生成正阈值，并且比较载波信号的电压与正阈值，并且检测较大一个的值作为正幅度波动部分；
负检测单元，配置为基于ASK调制的载波信号生成负阈值，并且比较载波信号的电压与负阈值，并且检测较小一个的值作为负幅度波动部分；
组合单元，配置为组合载波信号的电压的正幅度波动部分和负幅度波动部分；以及
检测单元，配置为检测正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合结果。
5.如权利要求4所述的接收设备，还包括：
成形单元，配置为将正幅度波动部分和负幅度波动部分的组合结果的波形成形为正弦波，
其中检测单元检测成形为正弦波的组合结果。
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