CN106027165B - Ook脉冲信号接收装置、方法及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号接收装置、方法及通信装置，其中，信号接收装置包括：基波提取器、判决器、脉冲展宽器和倍频器；所述基波提取器的输入端连接至信号发射装置，所述基波提取器的输出端连接至所述判决器的输入端，所述判决器的输出端连接至所述脉冲展宽器的输入端，所述脉冲展宽器的输出端连接至所述倍频器的输入端。上述信号接收装置及通信装置，无需采用结构复杂的同步相关、时钟恢复电路，结构简单，降低了成本和功耗。

Description

OOK脉冲信号接收装置、方法及通信装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种OOK脉冲信号接收装置、方法及通信装置。

背景技术

在现有的通信系统中，非脉冲式的FSK(Frequency-shift keying，频移键控)、BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)等方式是较为常用的调制解调方式。FSK、BPSK等方式主要采用同步接收方式，需要同步相关、时钟恢复等电路，电路结构相对复杂，不利于整个系统全集成设计，而且功耗较大，上述缺陷限制了FSK、BPSK等方式在实际场景中的应用。

以人体通信等体域网应用环境为例，人体介质通信技术通俗地说是一种将人体作为线缆进行数据传输的新型通信方式，通过该技术，人体将成为网络的一部分，人们只需要通过触摸便可进行信息的收发。在体域网应用环境下，对穿戴式特别是植入式设备的体积和功耗都有严格的限制，FSK、BPSK等通信方式的这些缺陷很大的局限了人体介质通信系统的实用性和产品化。

综上所述，现有技术功耗大、结构复杂。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术功耗大、结构复杂的问题，提供一种信号接收装置、方法及通信装置。

一种信号接收装置，包括：

基波提取器、判决器、脉冲展宽器和倍频器；

所述基波提取器的输入端连接至信号发射装置，所述基波提取器的输出端连接至所述判决器的输入端，所述判决器的输出端连接至所述脉冲展宽器的输入端，所述脉冲展宽器的输出端连接至所述倍频器的输入端；

所述基波提取器用于提取接收信号中的基波成分；

所述判决器用于对所述基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号；

所述脉冲展宽器用于以预设的时间宽度对所述数字脉冲信号进行脉冲展宽，得到宽脉冲信号；

所述倍频器用于以预设周期的时钟信号对所述宽脉冲信号进行边沿触发，得到解调信号，将所述解调信号与所述时钟信号同步输出。

一种信号接收方法，包括以下步骤：

提取接收信号中的基波成分；

对所述基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号；

以预设的时间宽度对所述数字脉冲信号进行脉冲展宽，得到宽脉冲信号；

以预设周期的时钟信号对所述宽脉冲信号进行边沿触发，得到解调信号，将所述解调信号与所述时钟信号同步输出。

一种通信装置，包括：

信号发射装置、第一传感器、第二传感器，以及信号接收装置；

所述信号发射装置的输出端与所述第一传感器的输入端相连接，所述第一传感器的输出端通过传输信道与所述第二传感器的输入端相连接，所述第二传感器的输出端与所述信号接收装置中的基波提取器相连接。

上述信号接收装置、方法及通信装置，通过提取接收信号中的基波成分，对基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号，并对数字脉冲信号展宽后，以预设周期的时钟信号对所述展宽信号进行边沿触发输出，将触发后的信号与所述时钟信号同步输出，无需采用结构复杂的同步相关、时钟恢复电路，结构简单，降低了成本和功耗。

附图说明

图1为一个实施例的信号接收装置的结构示意图；

图2为一个实施例的脉冲展宽器的结构示意图；

图3为一个实施例的脉冲展宽器的工作流程图；

图4为一个实施例的倍频器的结构示意图；

图5为一个实施例的信号接收方法的流程图；

图6为一个实施例的通信装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的信号接收装置及通信装置的实施例进行说明。

图1为一个实施例的信号接收装置的结构示意图。如图1所示，所述信号接收装置可包括：

基波提取器10、判决器20、脉冲展宽器30和倍频器40；

所述基波提取器10的输入端连接至信号发射装置100，所述基波提取器10的输出端连接至所述判决器20的输入端，所述判决器20的输出端连接至所述脉冲展宽器30的输入端，所述脉冲展宽器30的输出端连接至所述倍频器40的输入端；

所述基波提取器10用于提取接收信号中的基波成分；

所述判决器20用于对所述基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号b(t)；

所述脉冲展宽器30用于以预设的时间宽度Td对所述数字脉冲信号b(t)进行脉冲展宽，得到宽脉冲信号c(t)；

所述倍频器40用于以预设周期的时钟信号CLK对所述宽脉冲信号c(t)进行边沿触发，得到解调信号d(t)，将所述解调信号d(t)与所述时钟信号CLK同步输出。

所述接收信号r(t)可以是OOK(On-Off Keying，开关键控)窄脉冲调制信号。

所述基波提取器10可以是，例如，正序基波提取器，也可以是其他类型的基波提取器。所述基波提取器10通过对信号进行翻转，可以将接收信号r(t)中的基波成分分离出来，从而将所述接收信号r(t)所携带的有用信息保留下来。

所述判决器20可以对所述基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号b(t)。例如，当所述基波成分的幅值大于预设的幅度阈值时，可以将所述基波成分判决为高电平；反之，则可以将所述基波成分判决为低电平。

如图2所示，所述脉冲展宽器30可包括触发翻转电路301与定时计数器302；所述触发翻转电路301的触发输入端与所述判决器20的输出端相连接，所述触发翻转电路301的复位输入端与所述定时计数器302的输出端相连接，所述触发翻转电路301的输出端与所述定时计数器302的使能输入端和所述倍频器40的输入端相连接。所述触发翻转电路301的触发输入端可接入所述判决器20输出的所述数字脉冲信号b(t)，所述定时计数器302的时钟输入端可接入计数时钟。

所述脉冲展宽器30可以对所述数字脉冲信号b(t)进行固定时间宽度的脉冲展宽。可以根据定时计数机理对所述数字脉冲信号b(t)进行脉冲展宽。具体地，在所述数字脉冲信号b(t)的脉冲到来时，所述脉冲展宽器30可以将所述宽脉冲信号c(t)触发为高电平输出，并开始计数；当所计数值达到预设的计数阈值时，所述脉冲展宽器30可以将所述宽脉冲号设置为低电平输出，并将计数值清零，重复上述步骤。所述脉冲展宽器30的工作流程图如图3所示，图中，NUM为当前计数值，X为计数阈值。在此之前，可以根据所述宽脉冲信号c(t)的脉冲宽度调节的需要来设置所述计数阈值。通过脉冲展宽，相同信号辐射功率下使得信号幅值可以极大降低，从而避免通信过程中对人体组织的损害。所述固定时间宽度可以大于所述接收信号r(t)的最小符号周期的一半。

如图4所示，所述倍频器40可包括时钟切换电路401、第一触发电路402、第二触发电路403、二分频电路404和脉冲宽度判别电路405；所述时钟切换电路401的输出端与所述第一触发电路402的时钟输入端和二分频电路404的输入端相连接，所述第一触发电路402的信号输入端与所述脉冲展宽器30的输出端相连接，所述第一触发电路402的输出端与所述脉冲宽度判别电路405和第二触发电路403的信号输入端相连接，所述二分频电路404的输出端与所述第二触发电路403的时钟输入端相连接，所述脉冲宽度判别电路405的输出端与所述时钟切换电路401的使能输入端相连接。当所述时钟切换电路401接收到的“使能控制信号”为逻辑“1”时，可输出某一相位的时钟信号CLK(如0度)；当所述时钟切换电路401接收到的“使能控制信号”为逻辑“0”时，可输出另一相位时钟信号CLK’(如180度)。所述倍频器40可以对所述宽脉冲信号c(t)的脉冲宽度进行判别。所述脉冲宽度判别电路405可以包括计数器。当脉冲宽度大于某一阈值时，所述脉冲宽度判别电路405可输出逻辑“1”，小于某一阈值时，所述脉冲宽度判别电路405可输出逻辑“0”。所述倍频器40可采用周期为所述数字脉冲信号b(t)的信号周期的二分之一的时钟信号CLK对所述宽脉冲进行边沿触发输出。

所述脉冲展宽器30配套结合所述倍频器40可以实现一定范围的对所述接收信号r(t)边沿抖动纠偏，由此提高对经过信道之后接收信号r(t)接收解调的可靠性。

在一个实施例中，所述信号接收装置还可包括整流器50、低噪声放大器60和滤波器70；所述整流器50、低噪声放大器60和滤波器70依次连接，所述整流器50的输入端连接到所述信号发射装置100，所述滤波器70的输出端连接到所述基波提取器10；所述整流器50用于将原始接收信号的负半轴信号以地电平为中心垂直翻转到正半轴，得到翻转信号；所述低噪声放大器60用于对所述翻转信号进行低噪声放大；所述滤波器70用于对放大后的接收信号进行滤波处理，得到所述接收信号r(t)。其中，所述负半轴信号是接收信号中电平低于地电平的部分。

例如，假设接收信号r(t)的频带宽度为40MHz～60MHz(中心频率50MHz)，翻转后，接收信号r(t)的频谱会被分离为基波成分和倍频成分，其中，基波成分对应0～10MHz，倍频成分对应90MHz～110MHz，后续电路可以对其中的基波成分(0～10MHz)进行放大与判决。如果不翻转，后续电路就直接对40MHz～60MHz进行放大，导致耗费的功率更高实现难度加大，而且由于40MHz～60MHz的频带信号中不含有均值成分，后续判决器20难于实现判决。通过对接收信号r(t)进行翻转，降低了后续电路的判决难度，同时降低了功耗，提高了信号能量利用率。

在一个实施例中，所述信号接收装置还可包括自动增益控制器80，连接到所述基波提取器10与判决器20之间；所述自动增益控制器80可用于对所述基波成分进行自动增益控制放大，以获得脉冲幅度区域稳定的数字脉冲信号b(t)。

图5为一个实施例的信号接收方法的流程图。如图5所示，所述信号接收方法可包括以下步骤：

S1，提取接收信号中的基波成分；

S2，对所述基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号；

S3，以预设的时间宽度对所述数字脉冲信号进行脉冲展宽，得到宽脉冲信号；

S4，以预设周期的时钟信号对所述宽脉冲信号进行边沿触发，得到解调信号，将所述解调信号与所述时钟信号同步输出。

上述各步骤可以采用与所述信号接收装置的实施例中对应的装置来实现，也可以通过软件方法来实现，此处不再赘述。

图6为一个实施例的通信装置的结构示意图。所述通信装置可包括信号发射装置100、第一传感器200A、第二传感器200B，以及信号接收装置300；

所述信号发射装置100的输出端与所述第一传感器200A的输入端相连接，所述第一传感器200A的输出端通过传输信道与所述第二传感器200B的输入端相连接，所述第二传感器200B的输出端与所述信号接收装置300中的基波提取器10相连接。

在一个实施例中，所述第一传感器和第二传感器可以安装在可穿戴设备或植入设备中，例如穿戴于指尖的血氧传感器、腕表型血糖传感器、植入式心电监测传感器、植入式脑电信号采集传感器等。所述可穿戴设备或植入设备可以由用户携带，从而可以将用户作为通信媒介(即所述传输信道)，在信号发射装置和信号接收装置之间实现通信。

所述信号源产生基带信号S1，经过所述信号发射装置100处理后得到调制后的窄脉冲信号S2，再经过发射端的第一传感器200A耦合到人体信道，经过人体介质传输后，接收端的第二传感器200B检测到信号S2’，信号S2’经过信号接收装置处理后还原出原始基带信号。

所述信号接收机的实施例与上述信号接收机相同，此处不再赘述。

本发明具有如下优点和效果：不需要同步相关、时钟恢复等电路，简化了系统复杂度，降低了系统功耗，便于集成为小型化的人体介质通信可穿戴式设备，适用于人体通信。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种信号接收装置，其特征在于，包括：

基波提取器、判决器、脉冲展宽器和倍频器；

所述基波提取器的输入端连接至信号发射装置，所述基波提取器的输出端连接至所述判决器的输入端，所述判决器的输出端连接至所述脉冲展宽器的输入端，所述脉冲展宽器的输出端连接至所述倍频器的输入端；

所述脉冲展宽器包括触发翻转电路与定时计数器；所述触发翻转电路的触发输入端与所述判决器的输出端相连接，所述触发翻转电路的复位输入端与所述定时计数器的输出端相连接，所述触发翻转电路的输出端与所述定时计数器的使能输入端和所述倍频器的输入端相连接；

所述倍频器包括时钟切换电路、第一触发电路、第二触发电路、二分频电路和脉冲宽度判别电路；所述时钟切换电路的输出端与所述第一触发电路的时钟输入端和二分频电路的输入端相连接，所述第一触发电路的信号输入端与所述脉冲展宽器的输出端相连接，所述第一触发电路的输出端与所述脉冲宽度判别电路和第二触发电路的信号输入端相连接，所述二分频电路的输出端与所述第二触发电路的时钟输入端相连接，所述脉冲宽度判别电路的输出端与所述时钟切换电路的使能输入端相连接；

所述基波提取器用于提取接收信号中的基波成分；

所述判决器用于对所述基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号；

所述脉冲展宽器用于以预设的时间宽度对所述数字脉冲信号进行脉冲展宽，得到宽脉冲信号；

所述倍频器用于以预设周期的时钟信号对所述宽脉冲信号进行边沿触发，得到解调信号，将所述解调信号与所述时钟信号同步输出。

2.根据权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，还包括：

整流器、低噪声放大器和滤波器；

所述整流器、低噪声放大器和滤波器依次连接，所述整流器的输入端连接到所述信号发射装置，所述滤波器的输出端连接到所述基波提取器；

所述整流器用于将原始接收信号的负半轴信号以地电平为中心垂直翻转到正半轴，得到翻转信号；其中，所述负半轴信号是接收信号中电平低于地电平的部分；

所述低噪声放大器用于对所述翻转信号进行低噪声放大；

所述滤波器用于对放大后的接收信号进行滤波处理，得到所述接收信号。

3.根据权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，还包括：

自动增益控制器，连接到所述基波提取器与判决器之间；

所述自动增益控制器用于对所述基波成分进行自动增益控制放大。

4.根据权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，所述脉冲展宽器进一步用于：

在所述数字脉冲信号的脉冲到来时，将所述宽脉冲信号触发为高电平输出，并开始计数；

当所计数值达到预设的计数阈值时，将所述宽脉冲号设置为低电平输出，并将计数值清零。

5.根据权利要求4所述的信号接收装置，其特征在于，所述脉冲展宽器根据所需的输出信号的脉冲宽度来调节所述计数阈值。

6.根据权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，所述预设周期为所述数字脉冲信号的信号周期的二分之一。

7.根据权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，所述预设的时间宽度大于所述接收信号的最小符号周期的一半。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的信号接收装置，其特征在于，所述接收信号为OOK窄脉冲调制信号。

9.一种基于权利要求1至8任意一项所述的信号接收装置的信号接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

提取接收信号中的基波成分；

对所述基波成分进行时域判决，得到数字脉冲信号；

以预设的时间宽度对所述数字脉冲信号进行脉冲展宽，得到宽脉冲信号；

以预设周期的时钟信号对所述宽脉冲信号进行边沿触发，得到解调信号，将所述解调信号与所述时钟信号同步输出。

10.一种通信装置，其特征在于，包括：

信号发射装置、第一传感器、第二传感器，以及如权利要求1至8任意一项所述的信号接收装置；

所述信号发射装置的输出端与所述第一传感器的输入端相连接，所述第一传感器的输出端通过传输信道与所述第二传感器的输入端相连接，所述第二传感器的输出端与所述信号接收装置中的基波提取器相连接。