CN1058115C - 恢复调频信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用以恢复调频信号的装置和方法，该调频信号具有零RF频谱位置的调频信号的第一分量和零RF频谱位置的调频信号的第二分量，两分量呈正交关系。该方法包括以下步骤：在第一混频器中对第一和第二分量上变频和求和以产生一个基准信号；对第一和第二分量延时；在另一个混频器中对延迟的上变频的第一和第二分量上变频并求和，以产生一个延迟的基准信号，该信号与基准信号呈正交关系；在限幅器中对基准信号和延迟信号限幅；以及在异或门中对限幅的基准信号和延迟信号进行异或运算。

Description

恢复调频信号的方法和装置
本发明涉及射频(RF)信号，具体涉及恢复调频(FM)信号的方法和装置。
利用直接变换的接收机来恢复FM信号的方法是众所周知的。这些方法通常包括用接收机(图1)把从被选信道上接收载频信号变频为中频(IF)信号，再把IF信号变成一个方波，然后利用该方波及其延时形态加到一个正交检波器(例如一个异或门)上，就可直接变换为复原了的声频信号。
该接收机(图1)可在800-900MHz发送频带解码信号内工作，信道间隔为25KHz的蜂窝通信系统中使用。该系统中的全调制FM信号偏离信道的载频中心点+10KHz或-10KHz，信号(全调制信号)偏离±10KHz的速率代表(和跟踪)原始编码声频信号(例如，对于一个2KHz输入声频信号，其FM信号将以2KHz速率在载频±10KHz之间循环)。
FM信号从信道频率变频为IF频率通常是通过将FM信号变频为一个基带频率(零RF)，然后向上变频为IF频率来实现的。从信道频率变频为零RF状态是通过将接收的信号与第一本机振荡器(LOCAL OSC#1)混频来实现的。FM信号到零RF的变频另外还伴随有与传输信道有关的FM信号幅度变化。如先有技术已知的，FM信号幅度变化由检波器解码为附加的声频信息。该附加的声频信息代表干扰，它劣化检波信号的质量。
消除幅度变化的一种途径是通过削波限幅使转换后的FM信号(IF频率)变为方波，然后将该方波和该方波的延时拷贝输入到异或门，该异或门的输出是一串脉冲，它的平均值代表传送的声频信号。
接收的FM信号(载波频率)变为方波是借助将接收的信号(在第一混频器内)与第一本机振荡器(LOCAL OSC#1)的第一输出进行第一混频，然后该接收的信号在第二混频器内与第一本地振荡器的第二输出进行混频(上述第二输出与第一输出是正交关系)而实现的。这两个混频器(图4)的输出是以零RF频率的FM信号的正交分量。
另一方面，以零RF频率的FM信号的正交分量(施加到异或门上)不能以基带频率相加和限幅，因为声频信息的谐波(例如，2KHz的声频信息具有4、8或16KHz的谐波)仍落在该接收信号的带宽内。鉴于上述的谐波问题，为此将以零RF的FM信号的正交分量在第二组混频器内与第二本地振荡器(LOCAL OSC#2)的正交分量混频为IF频率(例如为131KHz)，并在限幅之前相加。限幅器的输出是一个方波，将其施加到异或门便可从该方波恢复声频信息。
从方波恢复声频信息是借助将该方波和它延时后的拷贝施加到异或门上实现的。时延的选择要使得经延时的方波在IF中心频率处落后于未经延时方波90°。在IF中心频率处，异或门的输出脉冲的宽度与两脉冲之间的间距相同。在IF中心频率处，异或门的平均输出是该异或门输出脉冲电压的一半。在IF频率向上偏离FM信号(131KHz+10KHz)的情况下，异或门的平均输出也朝满标度脉冲电压增加。在IF频率向下偏离(131KHz-10KHz)的情况下，异或门的平均输出也朝零减少。鉴于异或门的输出与时延有关，所以，经延时的方波的时延值必须精心选择，以避免切削该输出声频信号。
虽然FM信号经直接变换而恢复得很好，但这种系统的稳定度与异或门的平均输出有关。为使检波器的输出真实地再生出输入声频信号，异或门的平均输出必须保持居中。因检波器是一个“通一断”装置，故检波器的平均输出是由该方波与经延时的方波的关系确定的。延时方波的时间关系改变时(因为老化、温度等原因)，检波器变成中心错位，并导致切削输出信号。
延迟方波通常是使用带通滤波器来实现，该滤波器工作在滤波(衰减)曲线的中点。这种工作在该中点提供了足够的相移以得到该检波器所需的延时量。当工作在中点的滤波器因IF频率偏移或滤波器元件参数变化而偏离中点时，检波器的可靠运行受到不利影向。
鉴于直接检波对于FM变换的重要性，本发明的目的在于提供一种更可靠的在检波之前延迟方波信号的方法和装置。
一种恢复调频信号的方法，该调频信号具有在零RF频谱位置的调频信号第一分量和在零RF频谱位置的调频信号的第二分量，第二分量与第一分量的关系是正交关系，其特征在于，该方法包括以下步骤：对第一和第二分量上变频和求和，以产生一个基准信号；对第一和第二分量进行延迟；对延迟的上变频第一和第二分量上变频和求和，以产生一个延迟的基准信号，延迟的基准信号与基准信号的关系是正交关系；对基准信号和延迟的基准信号限幅；以及对所限幅的基准信号和所限幅的延迟基准信号检波。
一种用以在直接变换的接收机中恢复调频信号的装置，该接收机具有零RF频谱位置的调频信号的第一信号和零RF频谱位置的调频信号的第二信号，第二信号与第一信号呈正交关系，其特征在于，该装置包括：将第一和第二信号上变频以产生一个基准信号的装置；将第一和第二信号延时并将延迟的第一和第二信号上变频以产生一个延迟基准信号的装置，在该调频信号未被调制时延迟基准信号与基准信号呈正交关系；对基准信号和延迟基准信号限幅的装置；以及对限幅的基准和延迟基准信号进行异或运算的装置。
图1示出一种先有技术的FM接收机的方框图；
图2示出本发明实施例的FM信号检波的流程图；
图3示出本发明实施例的FM接收机的方框图；
图4示出零RF的FM信号的正交分量示意图。
解决检波前可靠地延迟FM信号问题在概念上是消除在IF部分内的方波信号延迟和在上变频前在零RF部分内提供一个比交可靠的信号延迟装置。延迟装置移到零RF部分允许使用窄带低通滤波器作为延迟装置。
图2示出本发明的FM信号延迟和检波的流程图。
图3示出本发明实施例的FM接收机10的方框图。接收机10包含一个带通滤波器(BPF)11和第一本机振荡器(LOCAL OSC1)13，这些构成与先有技术相同，用以将接收信号变换为基带信号。BPF 11提供一种将被选信道上的所需信号与指定的子频谱内其它信道上的其它信号相隔离的方法。LOCAL OSC#1 13提供一种将接收信号在混频器12和14的输出端上呈现从被选信道变换到零RF状态的手段。在混频器12和14中将接收信号与LOCAL OSC#1 13的正交输出相混提供一种产生零RF的FM信号正交(第一和第二)分量的手段(如图4中分别示为信号31和32)。
FM信号的第一和第二分量在接收机10中沿第一和第二信号通路得到处理，以产生一个基准信号和一个延迟的基准信号。该基准信号和该延迟的基准信号随后被限幅并施加到检波器上。
在接收机10中(亦即在第一和第二通路中)，通过在混频器15和16内将FM信号的第一和第二分量与LOCALOSC#2 18的正交输出相混，混频后的信号在加法器17中求和，然后在限幅器26中限幅，在限幅器26的输出端上产生该基准信号，它形似一个方波。在混频器15和16中将零RF的FM信号的第一和第二分量与IF的正交输出(即Sin(ω2)t和Cos(ω2)t相混，其作用是使FM信号的第一和第二分量向上变频为IF状态并同时保持上变频后的第一和第二信号的正交关系。在加法器17中IF状态的保持正交关系的信号求和，以产生一个求和后的输出，该输出形似一个方波，该波顶带有双峰。在限幅器26内进行的限幅实现了方波成形的处理过程。
在接收机10中(亦即在第二通路中)，通过在延时装置19-20中将零1F的FM信号的第一和第二分量延时，在混频器21-22中向上变频，在加法器23中求和，以及在限幅器25中限幅而在限幅器25的输出端上产生延迟后的上变频信号，它形似方波。根据本发明，因信号延迟是在零RF状态发生的，故简单的低通滤波器19-20可用以作为延时装置19和20。为了提供足够的延迟，低通滤波器19、20必须宽得足以通过零RF的FM信号，还必须在第一和第二分量的带宽上提供一个线性的相移。在零RF的FM信号的相移之后，利用LOCAL OSC#2 18的正交输出信号完成延迟信号的上变频(在第二信号通路内上变频所使用的正交输出信号应被选择得与在第一信号通路内所使用的正交输出信号的相位相差180°)。
在第二信号通路内上变频之后，上变频信号在加法器23内相加，然后相加后的信号被限幅，以在限幅器25内形成一个方波。
在接收机10的检波器24内声频信息的恢复是通过在检波器24(异或门)内将限幅的基准信号与限幅的上变频的延迟信号相比较来实现的。限幅的基准信号与限幅的上变频延迟信号之间的精确关系是利用本机振荡器13和18的正交输出和利用可靠的延时装置19-20来保障的。因延时装置19-20以基带(零RF)工作，而不是以IF工作，故长时延可用一个简单的线性相位低通滤波器就能容易地实现。因复原的声频电平与延时直接成正比，故长时延是很重要的。根据本发明构成的FM接收机，事实上业已提供了是先有技术FM接收机声频电平的三至四倍的音频输出电平。
限幅基准信号与限幅上变频延迟信号之间90°相移是根据上变频器相乘信号的正交关系得出的。限幅基准信号和限幅上变频延迟信号(和FM信号的基带第一与第二分量)的正交关系是通过对本地振荡器的正交输出进行反馈环路控制使其在小于1°误差之内而维持的。开关混频器在上变频器内使用，向上变频器提供方皮作为乘信号。正交方波容易在1MHz以内用D触发器产生，D触发器具有远小于1°的相位误差。因90°相移是由两个非常精确的源信号确定的，故本发明在常规的正交检波器中没有因相移变化而引起的输出电压变化。
本发明的许多特点和优点在上述详细描述中是显而易见的，为此它由所附的、触覆盖本发明真实精神和范围的该系统所有这样特点和优点的权利要求书来限定。再则，对于本领域的普通技术人员来说作出很多修改和变化(例如使用数字信号处理器延迟装置)是很容易的，故无需将本发明限制成为示例性的和所描述的确切的结构和操作，为此，一切适当的修改和等同物都落在本发明的范围内。
当然，应该理解，本发明不会局限于附图中的具体图示，它包括了在所附权利要求书范围内的任何修改。

Claims (8)

1.一种恢复调频信号的方法，该调频信号具有在零RF频谱位置的调频信号第一分量和在零RF频谱位置的调频信号的第二分量，第二分量与第一分量的关系是正交关系，其特征在于，该方法包括以下步骤：对第一和第二分量上变频和求和，以产生一个基准信号；对第一和第二分量进行延迟；对延迟的上变频第一和第二分量上变频和求和，以产生一个延迟的基准信号，延迟的基准信号与基准信号的关系是正交关系；对基准信号和延迟的基准信号限幅；以及对所限幅的基准信号和所限幅的延迟基准信号检波。
2.根据权利要求1的恢复调频信号的方法，其特征在于，对所限幅基准信号和所延迟限幅基准信号限幅的步骤还包括把限幅基准信号和限幅延迟基准信号施加在一个异或门上的步骤。
3.根据权利要求1的恢复调频信号的方法，其特征在于，使用一个混频器进行上变频。
4.根据权利要求3的恢复调频信号的方法，其特征在于，对第一和第二分量上变频的求和使用混频器的步骤包括第一分量乘以一个上变频信号以形成一个第一乘积信号和第二分量乘以该上变频信号的正交形态以形成一个第二乘积信号的步骤；和对第一和第二乘积信号求和以成为基准信号的步骤。
5.根据权利要求3的恢复调频信号的方法，其特征在于，对第一和第二分量上变频和求和使用混频器的步骤还包括将第一延迟分量乘以另一个上变频信号以形成第一乘积信号和第二延迟分量乘以该另一个上变频信号以形成一个第二乘积信号的步骤和对第一和第二乘积信号求和以成为延迟基准信号的步骤。
6.一种用以在直接变换的接收机中恢复调频信号的装置，该接收机具有零RF频谱位置的调频信号的第一信号和零RF频谱位置的调频信号的第二信号，第二信号与第一信号呈正交关系，其特征在于，该装置包括：将第一和第二信号上变频以产生一个基准信号的装置；将第一和第二信号延时并将延迟的第一和第二信号上变频以产生一个延迟基准信号的装置，在该调频信号未被调制时延迟基准信号与基准信号呈正交关系；对基准信号和延迟基准信号限幅的装置；以及对限幅的基准和延迟基准信号进行异或运算的装置。
7.根据权利要求6的恢复调频信号的装置，其特征在于，上变频装置还包括一个混频器，可工作用以将第一信号乘以一个上变频信号以形成一个第一乘积信号，并将第二信号乘以该上变频信号的正交形态以形成一个第二乘积信号，再将第一与第二乘积信号相加。
8.根据权利要求6的恢复调频信号的装置，其特征在于，延时和上变频的装置还包括：延迟装置，用以接收并延迟第一和第二信号以及输出延迟的第一和第二信号；一个混频器，与上述的延迟装置相耦合，适合于接收延迟的第一信号，并将该第一信号乘以一个上变频信号以形成一个第一乘积信号，接收延迟的第二信号，并将该第二信号乘以该上变频信号的正交形态以形成一个第二乘积信号；以及一个加法器，与上述混频器相耦合，用以接收第一和第二乘积信号，并对这两乘积信号求和产生延迟的基准信号。
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