CN105811590A - 无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其中包括：无线充电设备对调幅信号进行正交分解得到同相分量和正交分量；无线充电设备对同相分量和正交分量分别进行降采样处理与去直流处理；无线充电设备分别对处理后的同相分量和正交分量进行数据解码。采用本发明的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，对同相分量和正交分量分别进行解调和解码，避开平方与开方运算，最大程度地保留调幅信号的包络特征，无需锁相环，便于后期解码，仅通过计数器和一个加法器即可分辨1KHz与2KHz信号及其对应数据，减少计算量，提高解码效率，结构简单，易于实现，具有更广泛的应用范围。

Description

无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及无线充电信号调幅解调技术领域，具体是指一种无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法。

背景技术

Qi标准的无线充电设备，其用于通讯的调幅信号，是通过不同线圈之间的耦合实现由接收端向发射端传输的。在这一过程中，整个信号由于线圈耦合的问题发生变形，从而导致接收到的调幅信号其包络在正半轴和负半轴具有很大的差异和一定得衰减。

传统的调幅信号解调方法是对信号进行正交分解，得到同相分量和正交分量，对同相分量和正交分量的平方和进行开方，再去除直流分量从而得到调制信号。

上述方法不能很好的解调出包络已经受到一定破坏的调幅信号，因为调幅信号包络在正负半轴的不一致且包络的幅度很小，导致通过传统的正交方法无法得到包络上的信号，且该方法还需要平方和开方运算，消耗较大。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种对同相分量和正交分量分别进行解调和解码，避开平方与开方运算，最大程度地保留调幅信号的包络特征，无需锁相环，便于后期解码的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法。

为了实现上述目的，本发明的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法具有如下构成：

该无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的无线充电设备对所述的调幅信号进行正交分解得到同相分量和正交分量；

(2)所述的无线充电设备对所述的同相分量和正交分量分别进行降采样处理与去直流处理；

(3)所述的无线充电设备分别对处理后的所述的同相分量和正交分量进行数据解码。

进一步地，所述的无线充电设备分别对所述的同相分量和正交分量进行数据解码，包括以下步骤：

(3.1)所述的无线充电设备分别对所述的同相分量和正交分量进行过零检测，并得到所述的同相分量的每两过零点之间的同相数据点数和所述的正交分量的每两个过零点之间的正交数据点数；

(3.2)所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数判断所述的同相分量对应的同相频率，和所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数判断所述的正交分量对应的正交频率；

(3.3)所述的无线充电设备获得所述的同相频率对应的同相数据和所述的正交频率对应的正交数据。

更进一步地，所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数判断所述的同相分量对应的同相频率，和所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数判断所述的正交分量对应的正交频率，包括以下步骤：

(3.2.1)所述的无线充电设备根据下列计算公式计算得到1KHz以及2KHz信号下每两个过零点之间的理论数据点数：

Num_1K＝Fs/1KHz/2；

Num_2K＝Fs/2KHz/2；

其中，Num_1K为1KHz信号下每两个过零点之间的理论数据点数，Fs为所述的无线充电设备的采样频率，Num_2K为2KHz信号下每两个过零点之间的理论数据点数；

(3.2.2)所述的无线充电设备根据所述的Num_1K和Num_2K设定第一门限值、第二门限值、第三门限值和第四门限值；

(3.2.3)所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数、所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的同相分量对应的同相频率，并且所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数、所所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的正交分量对应的正交频率。

更进一步地，所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数、所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的同相分量对应的同相频率，包括以下步骤：

(3.2.3.1)所述的无线充电设备判断所述的同相数据点数是否满足大于第一门限值且小于所述的第二门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.2)，否则继续步骤(3.2.3.3)；

(3.2.3.2)所述的无线充电设备判定所述的同相分量对应的同相频率为1KHz；

(3.2.3.3)所述的无线充电设备判断所述的同相数据点数是否满足大于第三门限值且小于所述的第四门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.4)，否则提示数据解码错误；

(3.2.3.4)所述的无线充电设备判定所述的同相分量对应的同相频率为2KHz。

更进一步地，所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数、所所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的正交分量对应的正交频率，包括以下步骤：

(3.2.3.a)所述的无线充电设备判断所述的正交数据点数是否满足大于第一门限值且小于所述的第二门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.b)，否则继续步骤(3.2.3.c)；

(3.2.3.b)所述的无线充电设备判定所述的正交分量对应的正交频率为1KHz；

(3.2.3.c)所述的无线充电设备判断所述的正交数据点数是否满足大于第三门限值且小于所述的第四门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.d)，否则提示数据解码错误；

(3.2.3.d)所述的无线充电设备判定所述的正交分量对应的正交频率为2KHz。

其中，所述的第一门限值为0.85·Num_1K，所述的第二门限值为1.2·Num_1K，所述的第三门限值为0.65·Num_2K，所述的第四门限值为1.35·Num_2K。

进一步地，所述的无线充电设备对所述的调幅信号进行正交分解得到同相分量和正交分量，包括以下步骤：

(1.1)所述的无线充电设备根据正弦表来产生与所述的调幅信号相同频率的同频正弦信号与同频余弦信号；

(1.2)所述的无线充电设备将所述的调幅信号与所述的同频正弦信号进行正交混频和高频滤除处理，并且所述的无线充电设备将所述的调幅信号与所述的同频余弦信号进行正交混频和高频滤除处理。

进一步地，所述的降采样处理具体为：

所述的无线充电设备在两个采样点中抽取一个采样点保留，而删除另一个采样点。

进一步地，所述的无线充电设备包括去直流滤波模块，该去直流滤波模块的传递函数如下：

$H\left(z\right)=\frac{{1-z}^{-1}}{1-{\mathrm{az}}^{-1}};$

其中，a值为0.998046875。

采用了本发明的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，对同相分量(I)和正交分量(Q)分别进行解调和解码，在解调部分最大程度上保留了调幅信号的包络特征，同时采用同相分量(I)和正交分量(Q)两路信号解调，低通滤波后的同相分量(I')和正交分量(Q')信号之间具有相位差，但是此时无需锁相，而是同时使用降采样处理与去直流处理后的同相分量(I″)和正交分量(Q″)两路信号解码，以此消除相位差造成的影响，从而避免了一个开销较大的锁相环的使用；在数据解码部分，本发明通过计点的方式分辨1KHz与2KHz信号，仅通过计数器和一个加法器即可判断出结果，减少计算量，提高解码效率，结构简单，易于实现，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法的流程图。

图2为本发明的一个具体实施例的总流程图。

图3为本发明的一个具体实施例的数据解码的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

如图1所示，在一种实施方式中，本发明的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法包括以下步骤：

(1)所述的无线充电设备对所述的调幅信号进行正交分解得到同相分量和正交分量；

(2)所述的无线充电设备对所述的同相分量和正交分量分别进行降采样处理与去直流处理；

(3)所述的无线充电设备分别对处理后的所述的同相分量和正交分量进行数据解码。

以下结合图2所示流程，对各个步骤进行详细的描述。

1、正交解调

根据Qi标准，调幅信号的载波频率是一个可变的已知频率Fc，因此根据系统的采样频率Fs，本发明用一张正弦表来产生对应的正弦与余弦值。

其中，所述的正弦表由以下函数得到：

$\sin \left(\frac{i\·2\·\mathrm{\π}}{4096}\right)(i=\mathrm{0,1,2}......)$ (式1)

正弦表的长度为4096。

设信号为 $A\·\sin \left(\frac{\mathrm{index}\·2\·\mathrm{\π}\·\mathrm{Fc}}{\mathrm{Fs}}\right)(\mathrm{index}=\mathrm{0,1,2}......)$ (式2)，如果要在式2中寻址找出对应值i，就需要满足以下条件：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{index}\·\mathrm{Fc}}{\mathrm{Fs}}=\frac{i}{4096}\\ i=\mathrm{0,1,2}......\end{array}\right.;$

即 $i=\mathrm{INT}\left(\frac{\mathrm{index}\·\mathrm{Fc}\·4096}{\mathrm{Fs}}\right)(\mathrm{index}=\mathrm{0,1,2}......)$ (式3)

设输入的幅度调制信号为：s(t)＝A(m(t)+m'(t))cos(w_ct+φ₀)，其中，m(t)为基带调制信号,m'(t)为直流分量，A为初始幅度,w_c为载波角频率,φ₀为初始相位。

幅度调制信号与同频正弦和同频余弦信号正交混频后得到I和Q：

$\begin{array}{c}I=A(m\left(t\right)+m^{\′}\left(t\right))\cos (w_{c}t+{\mathrm{\φ}}_0)\×\cos \left(w_{c}t\right)\\ =\frac{A}{2}(m\left(t\right)+m^{\′}\left(t\right))[\cos ({2w}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_0)+\cos \left({\mathrm{\φ}}_0\right)]\end{array}$

$\begin{array}{c}Q=A(m\left(t\right)+m^{\′}\left(t\right))\cos (w_{c}t+{\mathrm{\φ}}_0)\×[-\sin \left(w_{c}t\right)]\\ =\frac{A}{2}(m\left(t\right)+m^{\′}\left(t\right))[-\sin ({2w}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_0)+\sin \left({\mathrm{\φ}}_0\right)]\end{array}$

经过LPF滤除高频分量后，得到I'和Q'：

$I^{\′}=\frac{A}{2}(m\left(t\right)+m^{\′}\left(t\right))\cos \left({\mathrm{\φ}}_0\right)$

$Q^{\′}=\frac{A}{2}(m\left(t\right)+m^{\′}\left(t\right))\sin \left({\mathrm{\φ}}_0\right)$

此处低通滤波器为3dB点在4KHz的巴特沃兹滤波器。

2、降采样与去直流：

依据Qi标准，基带调制信号m(t)为1KHz以及2KHz的方波信号，因此为了降低后续处理的开销，本算法中对信号进行降一半采样率的操作。本方案中直接采用两个采样点抽取一个的方法来降采样率(针对m(t)为方波)。

去直流滤波器采用一阶IIR滤波器，其传递函数为当前a值为0.998046875，该值的得出是经过系统测试的一个较好的经验值。

3、数据解码：

根据Qi标准的调频信号调制规律，在本发明中通过计算两过零点之间的数据个数与采样频率相结合的方法，来判断I″与Q″两路信号上的频率，从而最终判断出数据。

信号I″、Q″的采样频率为Fs，基带调制信号m(t)为1KHz以及2KHz的方波信号，则通过计算可知：

Num_1K＝Fs/1KHz/2；

Num_2K＝Fs/2KHz/2；

其中，Num_1K与Num_2K分别为采样频率Fs下，1KHz以及2KHz信号两过零点之间的数据点数。由于调幅信号在传播过程中因线圈耦合发生形变，因此本方案在Num_1K与Num_2K的基础上，经过大量统计数据，确定了如下门限值：

Num_1K_Min：第一门限值，两过零点之间1KHz信号最小点数，该值为0.85·Num_1K；

Num_1K_Max：第二门限值，两过零点之间1KHz信号最大点数，该值为1.2·Num_1K；

Num_2K_Min：第三门限值，两过零点之间2KHz信号最小点数，该值为0.65·Num_2K；

Num_2K_Max：第四门限值，两过零点之间2KHz信号最大点数，该值为1.35·Num_2K；

Num_Shake：第五门限值，因电路原因掺杂到信号中的抖动，如果两个两点之间数据小于该值，将此时的信号划分到正常的信号抖动中去，而不作为一个过零点处理，该值为0.3·Num_2K。

以此为依据I″与Q″两路信号同时进行数据解码，其数据解码过程如图3所示，在数据解码过程中，设计了以下变量：

Count——计数器每次过零点输出的计数值，同时清零计数器；

Count_old[4]——前四个过零点的计数器输出值；

data_sign——标志位，每当检测到过零点，程序会将标志“data_sign”置1；

number_detect——检测到的数据个数，如果判断不成功，将会输出0；

data_detect——检测到的数据结果，如果判断不成功，将会输出00xFF。

在根据Count_old进行数据判断时，需要用到上述门限值来判断I″与Q″两路信号上的频率，从而最终判断出数据。

采用了本发明的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，对同相分量(I)和正交分量(Q)分别进行解调和解码，在解调部分最大程度上保留了调幅信号的包络特征，同时采用同相分量(I)和正交分量(Q)两路信号解调，低通滤波后的同相分量(I')和正交分量(Q')信号之间具有相位差，但是此时无需锁相，而是同时使用降采样处理与去直流处理后的同相分量(I″)和正交分量(Q″)两路信号解码，以此消除相位差造成的影响，从而避免了一个开销较大的锁相环的使用；在数据解码部分，本发明通过计点的方式分辨1KHz与2KHz信号，仅通过计数器和一个加法器即可判断出结果，减少计算量，提高解码效率，结构简单，易于实现，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的无线充电设备对所述的调幅信号进行正交分解得到同相分量和正交分量；

(2)所述的无线充电设备对所述的同相分量和正交分量分别进行降采样处理与去直流处理；

(3)所述的无线充电设备分别对处理后的所述的同相分量和正交分量进行数据解码。

2.根据权利要求1所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的无线充电设备分别对所述的同相分量和正交分量进行数据解码，包括以下步骤：

(3.1)所述的无线充电设备分别对所述的同相分量和正交分量进行过零检测，并得到所述的同相分量的每两过零点之间的同相数据点数和所述的正交分量的每两个过零点之间的正交数据点数；

(3.2)所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数判断所述的同相分量对应的同相频率，和所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数判断所述的正交分量对应的正交频率；

(3.3)所述的无线充电设备获得所述的同相频率对应的同相数据和所述的正交频率对应的正交数据。

3.根据权利要求2所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数判断所述的同相分量对应的同相频率，和所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数判断所述的正交分量对应的正交频率，包括以下步骤：

(3.2.1)所述的无线充电设备根据下列计算公式计算得到1KHz以及2KHz信号下每两个过零点之间的理论数据点数：

Num_1K＝Fs/1KHz/2；

Num_2K＝Fs/2KHz/2；

其中，Num_1K为1KHz信号下每两个过零点之间的理论数据点数，Fs为所述的无线充电设备的采样频率，Num_2K为2KHz信号下每两个过零点之间的理论数据点数；

(3.2.2)所述的无线充电设备根据所述的Num_1K和Num_2K设定第一门限值、第二门限值、第三门限值和第四门限值；

(3.2.3)所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数、所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的同相分量对应的同相频率，并且所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数、所所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的正交分量对应的正交频率。

4.根据权利要求3所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的无线充电设备根据所述的同相数据点数、所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的同相分量对应的同相频率，包括以下步骤：

(3.2.3.1)所述的无线充电设备判断所述的同相数据点数是否满足大于第一门限值且小于所述的第二门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.2)，否则继续步骤(3.2.3.3)；

(3.2.3.2)所述的无线充电设备判定所述的同相分量对应的同相频率为1KHz；

(3.2.3.3)所述的无线充电设备判断所述的同相数据点数是否满足大于第三门限值且小于所述的第四门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.4)，否则提示数据解码错误；

(3.2.3.4)所述的无线充电设备判定所述的同相分量对应的同相频率为2KHz。

5.根据权利要求3所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的无线充电设备根据所述的正交数据点数、所所述的第一门限值、所述的第二门限值、所述的第三门限值和所述的第四门限值判断所述的正交分量对应的同相频率，包括以下步骤：

(3.2.3.a)所述的无线充电设备判断所述的正交数据点数是否满足大于第一门限值且小于所述的第二门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.b)，否则继续步骤(3.2.3.c)；

(3.2.3.b)所述的无线充电设备判定所述的正交分量对应的同相频率为1KHz；

(3.2.3.c)所述的无线充电设备判断所述的正交数据点数是否满足大于第三门限值且小于所述的第四门限值，如果是，则继续步骤(3.2.3.d)，否则提示数据解码错误；

(3.2.3.d)所述的无线充电设备判定所述的正交分量对应的同相频率为2KHz。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的第一门限值为0.85·Num_1K，所述的第二门限值为1.2·Num_1K，所述的第三门限值为0.65·Num_2K，所述的第四门限值为1.35·Num_2K。

7.根据权利要求1所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的无线充电设备对所述的调幅信号进行正交分解得到同相分量和正交分量，包括以下步骤：

(1.1)所述的无线充电设备根据正弦表来产生与所述的调幅信号相同频率的同频正弦信号与同频余弦信号；

(1.2)所述的无线充电设备将所述的调幅信号与所述的同频正弦信号进行正交混频和高频滤除处理，并且所述的无线充电设备将所述的调幅信号与所述的同频余弦信号进行正交混频和高频滤除处理。

8.根据权利要求1所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的降采样处理具体为：

所述的无线充电设备在两个采样点中抽取一个采样点保留，而删除另一个采样点。

9.根据权利要求1所述的无线充电设备中实现调幅信号解调与解码的方法，其特征在于，所述的无线充电设备包括去直流滤波模块，该去直流滤波模块的传递函数如下：

$H\left(z\right)=\frac{1-z^{-1}}{1-{\mathrm{az}}^{-1}};$

其中，a值为0.998046875。