CN107005510A - 具有相位和符号边沿检测的am解调 - Google Patents
具有相位和符号边沿检测的am解调 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开一种解调经振幅调制的无线电信号的方法。所述方法包括将所述经调制信号302引导到相位检测器308和边沿检测器314两者，以及使用所述相位检测器308和边沿检测器314的相应输出信号310、318、320来确定所述信号302中调制符号340的结束。
Description
技术领域
本发明涉及解调经振幅调制(AM)信号，确切地说如短距离数据通信中所使用的无线电信号。
背景技术
当解调信号时，有时必须准确地确定调制符号的边沿。举例来说，无线通信系统可经配置使得发射器将包括由调制符号调制的周期性载波信号的AM信号发射到接收器，所述接收器必须解调AM信号以便恢复信号内包含的信息或数据。举例来说，如果所述信号递送包括重复图案载波(其中振幅在两个预定电平之间变化)的数字数据，那么每一调制符号的结束的准确定时对于系统的操作可能是关键的，尤其是关于用于将响应的起点设定在确切时间点处的起始计时器。
当从经调制信号解调AM调制符号时，已知使用包络检测器来提取递送调制信号的大体形状的信号包络，所述信号包络大体来说将遵循产生所述经调制信号的调制符号。此包络检测器常常包括简单整流器，其中使用模拟滤波器对整流器的输出信号滤波，且接着将其馈送到比较器以提供经解调信号。
此解决方案中使用的模拟滤波器通常遭受过程变化(归因于制造过程的装置之间的差异)，其可导致实际包络的不精确检测和调制符号边沿的定时的不确定性。
还已知在信号的调制中已使用仅AM技术的情况下，使用锁相回路(PLL)用于解调。在此系统中，经调制信号和本机振荡器信号两者馈送到相位检测器。当通过抑制载波调制输入信号时，相位检测器将不感测参考输入上的任何信号，且PLL将丢失锁相。通过使用所属领域的技术人员本身已知的简单的锁定检测器电路，可实现解调。
使用PLL的缺点是，检测锁相所需的时间取决于振荡器空转频率，该振荡器空转频率自身通常取决于模拟组件的模拟过程变化。
发明内容
本发明开始提供一种替代方法。
依据第一方面，本发明提供一种解调经振幅调制的无线电信号的方法，包括：将所述经调制信号引导到相位检测器和边沿检测器两者；以及使用相位检测器和边沿检测器的相应输出信号来确定所述信号中调制符号的结束。
依据第二方面，本发明提供一种经布置以解调经振幅调制的无线电信号的接收器，其包括均经布置以接收经调制信号的相位检测器和边沿检测器，所述接收器经布置以使用所述相位检测器和边沿检测器的相应输出信号来确定所述经调制信号中调制符号的结束。
因此，所属领域的技术人员将了解，根据本发明，接收器将经调制的无线电信号引导到相位检测器以便获得经调制信号的包络，并且还引导到可确定经调制信号中的边沿的边沿检测器。来自两个检测器的输出可用于确定调制符号的结束且因此提供经解调的信号输出。
与无边沿检测器的常规系统相比，使用相位检测器和边沿检测器两者提供获得关于调制符号的结束具有减小的不确定性的经解调信号的能力。
存在此项技术中本身已知的若干相位检测器电路。在一些实施例组中，相位检测器包括锁相回路和锁定检测器。
为了确定是否存在调制符号，有利的是将常规上为正弦的输入信号转换为方波，随后将其作为输入提供到相位检测器。在一些实施例组中，将经调制信号馈送到正弦/方波转换器。
上文提及的方波输出可用于确定何时经调制信号上存在调制符号。在一些进一步的实施例组中，正弦/方波转换器的输出在不存在调制符号时包括方波，且在存在调制符号时包括恒定值。
当存在调制信号时，归因于正弦/方波转换器电路的性质，通常并非始终事先知道方波输出将包括逻辑高值还是逻辑低值。通常正弦/方波转换器(例如利用施密特触发器(Schmitt trigger)的那些正弦/方波转换器)具有滞后作用，使得当输入低于克服所述滞后作用所需的阈值电压时不知道输出将采取什么值。
经调制信号上存在的调制符号的结束可通过监视边沿检测器输入的值从第一恒定值到第二值的改变来确定。在一些实施例组中，边沿检测器包括当到边沿检测器的输入高于第一阈值时锁存到第一电平的第一输出，和当到边沿检测器的输入低于第二阈值时锁存到第二电平的第二输出。所述第一和第二阈值可相同但通常其不同。
边沿检测器可连续产生输出。然而，在一组实施例中，一旦已知此调制符号当前在经调制信号上存在，其就改为仅监视调制符号的结束。因此，在一些实施例组中，提供组合器，其经布置以在相位检测器已检测到调制符号之后复位边沿检测器。
当确定经调制信号上存在调制符号且边沿检测器已复位时，随后有利的是监视调制符号的结束。归因于正弦/方波转换器上存在的上文提及的滞后效应，通常事先并不知道调制符号的结束将由低到高转变还是高到低转变意指，但有可能确定信号的当前电平且监视对于对应相反电平的改变。在一些实施例组中，组合器经布置以检测在复位边沿检测器之后锁存到第一输出值的边沿检测器的第一输出，且监视锁存到第二输出值的边沿检测器的第二输出。
一些时间之后，调制符号将结束，且来自正弦/方波转换器的输出将不再保持恒定。在进一步的实施例组中，锁存到第二输出值的边沿检测器的第二输出可用于指示调制符号的结束。
大体来说，存在任何给定解调方案中可发生误差的可能性，且在一些情况下有利的是通过验证调制符号的所检测的结束以确保其为真来减少这些误差。在一些实施例组中，由边沿检测器检测到的边沿是通过检查所述边沿后跟着相位检测器输出变高来验证。
在一些实施例组中，解调器在电池供电的集成电路中实施。
所属领域的技术人员将理解，本发明具有广范围通信技术中的应用。在一些实施例组中，提供解调以供在近场通信(NFC)系统中使用。
所属领域的技术人员还将理解，关于本发明提及的载波不限于正弦波，且可包括其它形式，包含(但不限于)方波、锯齿波、三角波或其它周期性波形。
附图说明
现将仅借助于实例参考附图描述本发明的实施例，在这些附图中：
图1a为常规模拟包络检测器的框图；
图1b为常规锁相回路解调器的框图；
图2为常规简单模拟包络检测器和常规锁相回路解调器的时序图；
图3为本发明的示范性实施例的框图；以及
图4为本发明的示范性实施例的时序图。
具体实施方式
图1a展示常规模拟包络检测器解调器布置100的框图。传入的经调制信号102馈送到模拟包络检测器104。此包络检测器104可采取简单整流器的形式。包络检测器104产生包络信号106作为输出。此包络信号106具有紧密遵循输入的经调制信号102的包络的形状。所得包络信号106随后馈送到比较器108，比较器108将包络信号106与阈值比较以便产生经解调信号110。
图1b展示常规锁相回路解调布置200的框图。传入的经调制信号202馈送到正弦/方波转换器204，正弦/方波转换器204产生方波206作为输出。此方波206具有与传入的经调制信号202的固定相位关系，如将进一步参看图2详述。具有锁定-检测的锁相回路208获取方波206作为第一输入，且获取匹配频率本机振荡器207作为第二输入。在调制符号期间，方波206和振荡器207之间不再存在相位关系，且因此锁相回路丢失锁定。意指何时锁相回路具有锁定和不具有锁定的信号提供经解调信号210作为输出。
图2展示图1a的常规模拟包络检测器解调器布置100和图1b的相位检测器解调器布置200的时序图，其展示随时间而变的与其相关联的信号的性质。
经调制信号102、202由已经使用振幅调制(AM)技术调制的载波信号组成(在此实例中，载波信号为正弦波)，使得所得经调制信号102、202的包络在此情况下递送两个相异信号电平的符号。符号120、220的长度为信号电平低于给定阈值所持续的持续时间。
当使用模拟包络检测器解调器布置100时，经调制信号102由包络检测器104处理，且获得经解调信号110。此处可见，经解调信号110的包络遵循经调制信号102的包络，且已经历阈值运算来界定符号边沿。然而，如图中可看出，归因于边沿检测器的组件中的不可避免的过程变化，调制符号的结束存在一定程度的不确定性122，这导致经解调信号110中存在的符号的长度不同于如经调制信号102中原始存在的符号120的长度。
当使用锁相回路解调布置200时，经调制信号202由正弦/方波转换器204处理，正弦/方波转换器204产生经转换的方波信号206。当不存在调制符号220时，经转换的方波信号206具有与经调制信号202相同的频率。然而，在调制符号220期间，经转换的方波信号206在方波符号持续时间214内保持恒定。经转换的方波信号206在调制符号220期间锁存高或低，但将是哪一者并不可预测，且可能每次都改变。
在此常规锁相回路解调布置200(图1b)中，经转换的方波信号206随后输入到具有锁定检测器的锁相回路208。具有锁定检测器的锁相回路208具有本机空转振荡器207，其在载波频率下运行且将本机振荡器信号207与经转换的方波信号206比较并确定两个信号之间的相位关系和产生输出信号210。
当锁相回路具有建立的锁定(即，本机振荡器信号和经转换的方波信号206之间存在固定相位关系)时，输出信号210为高。相比而言，当无锁定可建立时(其在存在调制符号220时发生)，输出信号210为低，从而致使经转换的方波信号206在方波符号持续时间214内保持恒定，从而移除经转换的方波信号206和本机振荡器信号之间的相位关系。输出信号210遵循形成经调制信号202的调制信号的大体形状，因此提供经解调信号。然而，归因于再建立锁定所花费的可变时间，经解调的输出信号210具有关于调制符号的结束的位置的一定程度的不确定性212。
图3展示例如供在双向无线电通信系统中使用的本发明的示范性实施例的框图。天线328接收传入信号326，且将所接收信号330提供到放大器332。所接收信号330由放大器332放大以提供足够振幅供解调器300使用。经放大信号334随后由降频转换器336处理以产生适于解调的经调制信号输入302。在其它实施例中，例如在近场通信(NFC)实施方案中，可能不需要降频转换器和/或放大器。传入的经调制信号302引导到正弦/方波转换器304，正弦/方波转换器304产生经转换的方波信号306。
经转换的方波信号306随后输入到具有锁定检测器的锁相回路308。具有锁定检测器的锁相回路308具有本机空转振荡器309，所述本机空转振荡器309在载波频率下运行且将此本机振荡器信号与经转换的方波信号306比较且确定所述两个信号之间的相位关系且产生锁定检测信号310。
经转换的方波信号306还输入到边沿检测器314。边沿检测器314包括两个锁存器，其中的第一者提供当经转换的方波信号306高于预定阈值时锁存到逻辑高值的正边沿信号318，其中的第二者提供当经转换的方波信号306低于另一预定阈值时锁存到逻辑高值的负边沿信号320。
锁定检测信号310输入到组合器312，组合器312监视调制符号的存在且将锁存器复位信号316提供到边沿检测器314。此组合器312还获取正318和负320边沿信号，且将这些输入与锁定检测信号310组合以产生经解调的输出信号322，如下文将进一步参看图4阐述。
图4为图3中展示的本发明的示范性实施例的时序图，且展示随时间而变的与本发明的各种组件相关联的信号的性质。
经调制信号302由已经使用振幅调制(AM)技术调制的载波信号组成(在此实例中，载波信号为正弦波)，使得所得经调制信号302的包络在此情况下递送两个相异信号电平的符号。符号340的长度为信号电平低于给定阈值所持续的持续时间。
当使用锁相回路解调布置300时，经调制信号302由正弦/方波转换器304处理，正弦/方波转换器304产生经转换的方波信号306。当不存在调制符号340时，经转换的方波信号306具有与经调制信号302相同的频率。然而，在调制符号340期间，经转换的方波信号306在方波符号持续时间314内保持恒定。归因于正弦/方波转换器304中存在的滞后作用，经转换的方波信号306在调制符号340期间锁存高或低，但其将是哪一者并不可预测，且可能每次都改变。
具有锁定检测器的锁相回路308的锁定检测信号310在锁相回路已建立锁定时为高(即，本机振荡器信号和经转换的方波信号306之间存在固定相位关系)。相比而言，当无锁定可建立时，锁定检测信号310为低，这在存在调制符号340时发生，从而致使经转换的方波信号306在方波符号持续时间314内保持恒定，从而移除经转换的方波信号306和本机振荡器信号之间的相位关系。输出信号310遵循形成经调制信号302的调制信号的大体形状，因此提供经解调信号。然而，锁定检测信号310具有关于调制符号的结束的位置的一定程度的不确定性346。
组合器312监视锁定检测信号310。一旦锁定检测信号310已为低持续预定时间长度(指示存在调制符号340)，组合器312就将锁存器复位信号316提供到边沿检测器314，其将两个锁存器复位到逻辑低值352。因为锁存器相对于阈值触发，所以一旦锁存器复位信号316被移除，两个锁存器中的一者就将立即触发，但归因于如上文所解释的正弦/方波转换器304中的滞后作用，其事先并不知道哪一者将触发。组合器312检测第一锁存器的触发，且接着监视第二锁存器的触发，因为此将意指调制符号340的结束。
因为此时经转换的方波信号306为高，所以正边沿信号318立即触发到逻辑高值354，从而意指组合器312必须监视负边沿信号320以在稍后时间356触发到逻辑高值。
锁定检测信号310随后与检测到的更精确的负边沿信号320组合以产生经解调的输出信号322，与同如图1b的常规锁相回路解调布置中所使用的锁定检测信号310相关联的不确定性346相比，经解调的输出信号322具有较窄不确定性窗口348。
随后可能通过检查在负边沿信号触发到逻辑高值356之后锁定检测信号310返回到逻辑高值而验证所检测的边沿。此产生具有验证的经解调信号324，所述具有验证的经解调信号324与无验证的经解调信号322相比具有略微时间延迟。
因此，将看到，已描述一种用于解调经调制信号的方法，其中可以比常规方法中少的模拟过程变化确定符号边沿。
尽管已详细地描述特定实施例，但在本发明的范围内，许多变化和修改是可能的。
Claims (20)
1.一种解调经振幅调制的无线电信号的方法，其包括将所述经调制信号引导到相位检测器和边沿检测器两者，以及使用所述相位检测器和边沿检测器的相应输出信号来确定所述信号中的调制符号的结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述相位检测器包括锁相回路和锁定检测器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其包括将所述经调制信号馈送到正弦/方波转换器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述正弦/方波转换器的输出在不存在调制符号时包括方波，且在存在调制符号时包括恒定值。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述边沿检测器包括当到所述边沿检测器的输入高于第一阈值时锁存到第一电平的第一输出，和当到所述边沿检测器的所述输入低于第二阈值时锁存到第二电平的第二输出。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其包括在所述相位检测器已检测到调制符号之后复位所述边沿检测器。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其包括检测复位所述边沿检测器之后锁存到第一输出值的所述边沿检测器的第一输出，以及监视锁存到第二输出值的所述边沿检测器的第二输出。
8.根据权利要求7所述的方法，其包括使用锁存到第二输出值的所述边沿检测器的所述第二输出来指示所述调制符号的所述结束。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其包括通过检查由所述边沿检测器检测到的边沿后跟着所述相位检测器输出变高来验证所述边沿。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述解调器实施在电池供电的集成电路中。
11.一种经布置以解调经振幅调制的无线电信号的接收器，其包括均经布置以接收所述经调制信号的相位检测器和边沿检测器，所述接收器经布置以使用所述相位检测器和边沿检测器的相应输出信号来确定所述经调制信号中调制符号的结束。
12.根据权利要求11所述的接收器，其中所述相位检测器包括锁相回路和锁定检测器。
13.根据权利要求11或12所述的接收器，其中所述经调制信号馈送到正弦/方波转换器。
14.根据权利要求13所述的接收器，其中所述正弦/方波转换器的输出在不存在调制符号时包括方波，且在存在调制符号时包括恒定值。
15.根据权利要求11到14中任一权利要求所述的接收器，其中所述边沿检测器包括当到所述边沿检测器的输入高于第一阈值时锁存到第一电平的第一输出，和当到所述边沿检测器的所述输入低于第二阈值时锁存到第二电平的第二输出。
16.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的接收器，其包括经布置以在所述相位检测器已检测到调制符号之后复位所述边沿检测器的组合器。
17.根据权利要求11到16中任一权利要求所述的接收器，其中一或所述组合器经布置以检测复位所述边沿检测器之后锁存到第一输出值的所述边沿检测器的第一输出，且监视锁存到第二输出值的所述边沿检测器的第二输出。
18.根据权利要求17所述的接收器，其中锁存到第二输出值的所述边沿检测器的所述第二输出用于指示所述调制符号的所述结束。
19.根据权利要求11到18中任一权利要求所述的接收器，其中由所述边沿检测器检测到的边沿是通过检查所述边沿后跟着所述相位检测器输出变高来验证。
20.根据权利要求11到19所述的接收器，其中所述解调器实施在电池供电的集成电路中。
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