CN1073772C - 解调方法和解调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种解调方法和解调装置。其中，正交检波器根据本机振荡信号，变换输入的载波频带信号为等效低频信号。复数乘法器将该等效低频信号和复系数相乘，输出检波信号。振幅误差检测器检测检波信号的复数振幅误差。系数误差运算器从复数振幅误差和等效低频信号计算并输出与复系数误差成比例的量。滤波器将系数误差检测器的输出变换为复系数后，提供给复数乘法器。数据重放器将检波信号变换为解调信号输出。

Description

解调方法和解调装置
本发明涉及将载波频带信号解调，并输出数据的解调方法和解调装置。
通常，解调装置必须消除输入的载波信号的相位差。这一功能可用将载波信号变化为称为等效低频信号的复数信号后，进行复数乘运算的方法实现。
下面对已有的解调装置加以说明。图6为已有的解调装置的结构方框图。在图6，该解调装置具备：振荡器1、正交检波器2、复数乘法器3、相位误差检测器51、滤波器52、三角函数发生器53，以及数据重放器7。这种解调装置被描述于《Burst DSPDemodulatonr for LOow Eo/No Operation》(M.Uchishima et al.,IEEEInt.Conf.Commun.Vol.1991,No.Vol.,1,pp.226-230.1991)。
振荡器1产生本机振荡信号。正交检波器2根据本机振荡信号，将输入的载波频带信号变换为等效低频信号。该等效低频信号是复数，由载波频带信号中，表示与本机振荡信号相同的成分的振幅和表示与本机振荡信号正交的成分的振幅构成。复数乘法器3借助于将等效低频信号乘以复系数，修正等效低频信号的相位，输出检波信号。相位误差检测器51将检波信号的相位和理想状态的信号点的相位加以比较，输出相位误差。滤波器52根据相位误差滤除噪声成分，进行积分，从而输出修正相位。三角函数发生器53将修正相位变换成所述复系数。数据重放器7对检波信号作判定后当作数据，并根据需要将对应于复数的两组并行数据变换为1组串行数据、输出解调数据。
下面以QPSK调制方式为例具体说明上述图6的解调装置进行的动作。本机振荡信号的相位由于与发生载波频带信号的发信侧具有的相位无关，将正交检波器2输出的等效低频信号图示于正交平面上，即为图7所示的样子。该等效低频信号，根据要传送的数据取图7的实线(黑点)所示的4个信号点中的1个。与此相反，虚线(白点)所示的4个信号点表示根据传送数据，在发信侧给予的相位。等效低频信号相对于发信侧给予的相位偏离角度φ。解调装置为了正确地重放数据，有必要使实线表示的信号点只反向转动角度φ，修正为虚线表示的本来的信号点。复数乘法器3将等效低频信号乘以表示转角的复系数，做成本来的信号点、即检波信号。
现在，将复数乘法器3输出的检波信号示于图8，该检波信号残留有相位误差。检波信号的信号点用实线(黑点)表示，发信侧给予的相位与图7-样用虚线(白点)表示。符号θ表示的是残留相位误差，相位误差检测器51从正交坐标系表示的检波信号求该θ。滤波器52为了消除噪声的影响，在取出变化θ的低频成分的同时，使修正相位慢慢向负θ方向移动。该缓慢移动通常由积分实现。三角函数发生器53相对于修正相位产生余弦函数和正弦函数，将两函数的组合作为复系数输出。将复系数提供给所述复数乘法器3，进行相位修正。
由复数乘法器3、相位误差检测器51、滤波器52以及三角函数发生器53构成的控制环路，最终使检波信号所含的相位误差消失。
如上所述，已有的解调装置中，在相位误差检测器51，从复数的直角坐标信号，生成相位的极坐标信号，因此，需要建立反三角函数，存在电路规模变大的问题。而且，即使用正交坐标系运算对该反三角函数求近似，在后面的三角函数发生器53，也需要复杂的电路或大的数值表，存在电路规模变大的问题。虽然降低这些组成部分的运算精度则电路规模将会变小，但是，将不能正确地算出检波信号，因此，就有解调数据中错误增加的问题。
本发明的目的在于，提供不使解调数据出错率特性变坏，而且电路规模变小的解调装置。
为了得到上述目的，本发明具有如下特征。
本发明的第1种状态是对输入的载波频带信号的相位误差进行修正、解调的方法，其特征在于，将载波频带信号变换为等效低频信号；将等效低频信号和复系数复数相乘，以求检波信号；检测检波信号的复数振幅误差；用等效低频信号以复数除法除复数振幅误差，以此算出复系数误差；从复系数减去复系数误差的低频成分的常数倍，作为新的复系数；将检波信号变换为解调数据。
如上所述，在第1种状态中，求修正用的复系数，而不将检波信号的误差变换为相位，即不使用反三角函数和三角函数。因而，可以以小规模的电路，实现解调数据出错率没有变坏的高精度的解调装置。而且，由于具有使检波信号的误差最小化的功能，也兼备自动地将检波信号的振幅保持于规定值的效果。
本发明的第2种状态是对输入的载波频带信号的相位误差进行修正、解调的方法，其特征在于，将载波频带信号变换为等效低频信号；将等效低频信号和复系数复数相乘，以求检波信号；检测检波信号的复数振幅误差；将等效低频信号的复数共轭信号以复数乘法乘复数振幅误差，以此算出与复系数误差成比例的值；从复系数，减去与复系数误差成比例的值的低频成分的常数倍，作为新的复系数；将检波信号变换为解调数据。
如上所述，在第2种状态中，将等效低频信号的复数共轭信号以复数乘法乘复数振幅误差，以此算出与复系数误差成比例的值，使用该值，求新的复系数。通常，与复数除法相比，复数乘法可以用简单的运算过程实现，因此，与第1种状态相比，可以将电路规模更加简化。
本发明的第3种状态是对输入的载波频带信号的相位误差进行修正、解调的装置，其特征在于，具备：产生本机振荡信号的振荡器；根据本机振荡信号，将载波频带信号变换为等效低频信号的正交检波器；将等效低频信号和复系数复数相乘，输出检波信号的复数乘法器；检测检波信号的复数振幅误差的振幅误差检测器；从复数振幅误差和等效低频信号算出与复系数误差成比例的量的系数误差运算器；将系数误差运算器的输出变换为复系数的滤波器(filter)；将检波信号变换为解调数据的数据重放器。
上述第3种状态，与第1种状态相同，求修正用的复系数，而不将检波信号的误差变换为相位，即不使用反三角函数和三角函数。因而，可以以小规模的电路，实现解调数据出错率没有变坏的高精度的解调装置。而且，由于具有使检波信号的误差最小化的功能，也兼备自动地将检波信号的振幅保持于规定值的效果。
在上述第3种状态下，系数误差运算器，可以用进行将复数振幅误差除以等效低频信号的复数除法运算的复数除法器构成。又可以用将复数振幅误差乘以等效低频信号的复数共轭数信号的复数乘法器构成。从电路规模上讲，使用复数乘法器比使用复数除法器有利。
图1为表示本发明一实施例的解调装置的结构的方框图。
图2为更详细地表示图1的滤波器的方框图。
图3为检波器及其复数振幅误差的说明图。
图4为表示图1中的系数误差运算器的结构的一个例子的方框图。
图5是表示图1中的系数误差运算器的结构的另一个例子的方框图。
图6是表示已有的解调装置的结构的方框图。
图7是等效低频信号及其相位误差的说明图。
图8是检波信号及其相位误差的说明图。
下面对理想的实施例加以说明。
图1为表示本发明一实施例的解调装置的结构的方框图。在图1中，本实施例的解调装置包括：振荡器1、正交检波器2、复数乘法器3、振幅误差检测器4、系数误差运算器5、滤波器6和数据重放器7。如图2所示，滤波器6包含低通滤波器61、常数乘法器62、减法器63和寄存器64。
振荡器1发生本机振荡信号。正交检波器2根据本机振荡信号将输入的载波频带信号变换为等效低频信号。该等效低频信号是复数，由载波频带信号中表示与本机振荡信号相同的成分的振幅和表示与正交的成分的振幅构成。复数乘法器3对等效低频信号和复系数进行复数相乘，以此修正等效低频信号的相位，输出检波信号。振幅误差检测器4将检波信号的复数振幅和理想状态的信号点的复数振幅加以比较，输出复数振幅误差。系数误差运算器5根据复数振幅误差和等效低频信号计算与复系数的误差成比例的量加以输出。滤波器6将系数误差运算器5的输出变换为复系数，提供给所述复数乘法器3。数据重放器7在将检波信号加以判定并作为数据的同时，根据需要将对应于复数的2组并行数据变换为1组串行数据、解调输出。
下面以QPSK调制方式为例对具有如上结构的本实施例的解调装置进行的动作具体加以说明。由于本机振荡信号的相位与产生载波频带信号的发信侧的相位无关，将正交检波器2输出的等效低频信号图示于正交平面上时，成为图3的样子。该等效低频信号，根据想传送的数据，取图3的实线(黑点)所示的4个信号点中的1个。与此相反，虚线(白点)所示的4个信号点表示根据传送数据在发信侧给予的相位。等效低频信号相对于发信侧给予的相位偏离角度φ。解调装置为了正确地重放数据，需要使实线表示的信号点反向旋转角度φ，修正为虚线表示的本来的信号点。复数乘法器3必须将表示转角的复数系数乘以等效低频信号，制作本来的信号点、即检波信号。
在图3中，以Δb表示复数振幅误差。该复数振幅误差Δb是检波信号的信号点和对应于发信侧给予的相位的信号点中与其最接近的信号点b的差。振幅误差检测器4，从检波信号减去b求该Δb。系数误差运算器5基本上如图4所示，进行复数除法运算，将复数振幅误差Δb除以复数的等效低频信号a，求出复系数误差。
下面对计算复系数误差的动作更详细地加以说明。检波信号以理想的信号点b与复数振幅误差Δb的和表示，而复数振幅误差Δb产生的原因，是由于输入复数乘法器3的复系数中含有误差。将该复系数用理想值c与误差大小Δc的和表示，则检波信号以下述式(1)表示。
b+Δb=(c+Δc)a…………(1)
在复系数为理想值、检波信号不发生误差的情况下，检波信号以下述式(2)表示。
b=c a…………(2)
根据式(1)减去式(2)，复数振幅误差Δb表示如下述式(3)
Δb=Δc.a…………(3)
上式(3)表明，要求出Δc，只要用a除Δb，进行复数运算即可。
如图2所示，滤波器6中的低通滤波器61，为了消除噪声的影响，取出复系数误差Δc的低频成分。常数乘法器62将低频成分乘以适当的常数k，输出修正值kΔc。为了防止修正值过大，而复系数的变化不稳定，该常数k选择足够小的数值。减法器63从寄存器64保持的复系数c+Δc中减去修正值kΔc，求出新的复系数c+(1-k)Δc。用减法器63的动作将复系数向其误差的反方向修正，使其接近理想值c。寄存器64在下一复系数误差输入低通滤波器61的时刻，保持新的复系数作为下一时刻的复系数。寄存器64的输出就是滤波器6的输出。这里，按照低通滤波器61、常数乘法器62、积分器(由减法器63和寄存器64构成)的顺序排列，但是由于都是进行线性运算，可以不管顺序。
滤波器6输出的复系数提供给所述复数乘法器3，在该乘法器进行相位修正。借助于由复数乘法器3、振幅误差检测器4、系数误差运算器5和滤波器6构成的环路，检波信号中所包含的相位误差最终将消除。借助于使用从检波信号的信号点和对应于发信侧给予的相位的信号点求出的复数振幅误差，修正控制不仅对相位，而且对振幅也能够同时进行，因此，检波信号的振幅最终成为预定的信号点的振幅。
还有，在系数误差运算器5用复数运算将复数振幅误差除以等效低频信号，但是，如图5所示，也可以代之以复数振幅误差Δb乘以等效低频信号a的复数共轭信号。这是由于，系数误差运算器5输出的复数系数误差如果方向正确，控制环路就将正确地动作。下式(4)和(5)用于更详细的说明。
Δb/a=(Δb.conjg(a))/｜a｜2 …………(4)
Δb.conjg(a)=｜a｜2·(Δb/a)…………(5)
在上式(4)和(5)中，如上所述，Δb为复数振幅误差，a表示等效低频信号，conjg(a)表示a的共轭复数。式(4)是将复数除法运算加以改写的式子，式(5)是从式(4)导出的，可以看出，复数乘法运算结果与复系数误差成比例，亦即方向相同。以复数乘法运算代替复数除法运算，可以将电路规模做得更小。
以上以QPSK调制方式为例对实施例作了说明，但是，显然本发明可以适用于所有根据传送数据决定等效低频信号的调制方式。例如，如果是16值正交调幅(QAM)的话，振幅误差检测器4求出检波信号的信号点和16个信号点中与其最接近的信号点的差。数据重放器输出16种数据中的某一种。其他构成要素的动作与QPSK的情况相同。如上所述，本发明将检波信号的振幅控制于规定值，因此，也适用于16QAM那样的正交振幅调制信号的解调。

Claims (5)

1．一种调制方法，对输入的载波频带信号的相位误差进行修正、解调，其特征在于，
将所述载波频带信号变换为等效低频信号；
将所述等效低频信号和复系数复数相乘，以求检波信号；
检测所述检波信号的复数振幅误差；
用所述等效低频信号以复数除法除所述复数振幅误差，以此算出复数系数误差；
从所述复系数减去所述复系数误差的低频成分的常数倍，作为新的复系数；
将所述检波信号变换为解调数据。
2．一种调制方法，对输入的载波频带信号的相位误差进行修正、解调，其特征在于，
将所述载波频带信号变换为等效低频信号；
将所述等效低频信号和复系数复数相乘，以求检波信号；
检测所述检波信号的复数振幅误差；
将等效低频信号的复数共轭信号以复数乘法乘所述复数振幅误差，以此算出与复系数误差成比例的值；
从所述复系数减去与所述复系数误差成比例的值的低频成分的常数倍，作为新的复系数；
将所述检波信号变换为解调数据。
3．一种解调装置，是对输入的载波频带信号的相位误差进行修正、解调的装置，具备：
产生本机振荡信号的振荡器；
根据所述本机振荡信号，将所述将载波频带信号变换为等效低频信号的正交检波器；
将所述等效低频信号和复系数复数相乘，输出检波信号的复数乘法器；
将所述检波信号变换为解调数据的数据重放器，
其特征在于，还具备：
检测所述检波信号的复数振幅误差的振幅误差检测器；
从所述复数振幅误差和所述等效低频信号算出与复系数误差成比例的量的系数误差运算器；以及
将所述系数误差运算器的输出变换为所述复系数的滤波器。
4．根据权利要求3所述的解调装置，其特征在于，所述系数误差运算器包含进行将所述复数振幅误差除以所述等效低频信号的复数除法运算的复数除法器。
5．根据权利要求3所述的解调装置，其特征在于，所述系数误差运算器包含进行将所述复数振幅误差乘以所述等效低频信号的复数共轭信号的复数乘法运算的复数乘法器。
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