CN1074217C - 符号检测器及采用这种符号检测器的无线通信装置 - Google Patents

符号检测器及采用这种符号检测器的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

用于从具有多信号电压的接收信号中产生数据符号的符号检测器，包括用于把多信号电压转换成数字值的模/数转换器，以及与模/数转换器相连的用于确定分别与接收信号的高、低电压相关的峰、谷值的峰、谷值计数器。该符号检测器还包括：与峰、谷值计数器相连的计数电路，用于根据峰、谷值计算出上、下和中心阈值；以及与模/数转换器及计算电路相连的用于根据数字值和上、下及中心阈值产生数据符号解码器。

Description

符号检测器及采用这种符号检测器的 无线通信装置
本发明一般地说涉及无线电通信装置，更具体地说，涉及接收4电平信号的无线电通信装置。
如选择呼叫寻呼系统这样的数字通信系统使用二进制数字信令格式已很多年了。当使用了这样的数字信令格式时，数字信息就被用调制技术如移频键控技术(FSK)调制到载波上，其中数字信息被直接调制到载波上。在接收机中，移频键控的载波被解调并进一步处理以提供数字数据流。这种调制和解调技术虽然在较低的数据比特速率是有效的，如数据比特速率低于每秒大约6000比特，但由于在联播系统中的同步问题，在较高的数据比特速率就不是很有效了。因此，需要其它的能以较低的符号速率给出较高的数据吞吐量的调制技术。
一种能以较低的符号速率产生较高的数据吞吐量的调制技术是多电平调频技术，如4电平调频。与常规的移频键控调制相比，4电平FM对给定的数据符号速率能允许两倍的数据吞吐量。在常规的4电平FM接收机中，载波被接收并转换成模拟电压。然后模拟电压与预编程的阈值电平相比较，以确定每个模拟电压产生4个数据符号中的哪一个，虽然这一解调技术提供了一个数字数据流，但数据不会总是被正确地恢复，因为预编程阈值电平不允许在接收载波中导致电压偏移的变化。接收到的载波偏移越大，发生的电压偏移就越大；就可能产生不正确的数据符号，就可能引起从无线电信号中错误的恢复信息。
因此，需要一种用于多电平信令格式的方法和装置，并根据接收载波中电压变化引起的电压偏移的变化，动态地变化阈值电平，用于数据符号的恢复。
根据本发明的第一个方面，用于从具有多个信号电压的接收信号中产生数据符号的符号检测器，该符号检测器包括：模/数转换器，用于把多信号电压转换成数字值；与模/数转换器相连的峰一谷值计数器，用于跟踪数字值以确定分别与接收信号的高、低电压相关的峰、谷值；与峰、谷值计数器相连的计算装置，用于根据峰、谷值计算上、下和中心阈值，其中计算装置包括：第一和第二模计数器，用于把峰值和减少值除以第一预定值以分别得出第一和第二整数以及第一和第二余数，其中减少值等于谷值计数器被减少以得出谷值的次数；与第一和第二模计数器相连的第一求和器，用于当第一和第二余数的和大于第二预定值时把第一和第二整数以及第三预定值相加，以得出一个第一和值，并当第一和第二余数的和不大于第二预定值时，把第一和第二整数相加，以得出该第一和值；与第一求和器相连的第二求和器，用于从第四预定值中减去第一求和值，以得出第二和值；与第二求和器和解码器相连的第三求和器，用于把第二和值与峰值相加以产生上阈值；与第三求和器和解码器相连的第四求和器，用于从谷值中减去第二求和值以产生低阈值；以及与模/数转换器和计算装置相连的解码器，用于根据数字值和上、下及中心阈值产生数据符号。
根据本发明的第二方面，用于处理接收信号以恢复其中的信息的无线电通信装置，无线电通信装置包括：接收机，用于解调接收的信号，以从中提供模拟信号电压；与接收机相连的符号检测器，用于从提供给其的模拟电压中产生数据符号，以及与符号检测器相连的处理器，用于接收数据符号并恢复接收信号中所包括的信息并且其中检测器包括：模/数转换器，用于把模拟信号转换成数字值；与模/数转换器相连的峰、谷值计数器，用于跟踪数字值，以确定分别与接收信号的高和低电压相关的峰值和谷值；与峰值和谷值计数器相联的计算装置，用于根据峰、谷值计算上、下和中心阈值；以及与计算装置和模/数转换器相连的解码器，用于从上、下和中心阈值及数字值产生数据符号；其中计算装置包括：模计数器，用于把峰值和减少值除以第一预定值，以分别得出第一和第二整数以及第一和第二余数，从而得出谷值，其中减少值等于谷值计数器被减少的次数；与模计数器相连的第一求和器(345)，用于当第一和第二余数的和大于第二预定值时，把第一和第二整数及笫三预定值相加，得出第一求和值，并当第一和第二余数的和不大于第二预定值时，把第一和第二整数相加以得出第一求和值；与第一求和器相连的第二求和器，用于从第四预定值中减去第一求和值以得出第二求和值；与第二求和器和解码器相连的第三求和器，用于把第二求和值与峰值相加，以产生上阈值；以及与第三求和器和解码器相连的第四求和器，用于从谷值中减去第二求和值以产生下阈值。
图1是根据本发明的最佳实施例的用于接收以4电平信令格式发送的信号的无线电通信装置的电方框图。
图2是根据本发明的最佳实施例的包括对应于4电平射频信号的模拟信号电压数据值的数字波形的例子。
图3是根据本发明的最佳实施例的包括在图1的无线电通信装置中的用于从接收信号中产生上、下和中心阈值的自适应阈值发生器的电方框图。
图4是根据本发明的另一实施例的用于产生上、下和中心阈值的自适应阈值发生器的电方框图。
图5和图6是描述图3的自适应阈值发生器的操作的流程图。
图1是根据本发明的最佳实施例的无线电通信装置100的电方框图。无线电通信装置100包括收发信机105，后者用于从接收的利用4电平调频(FM)发送的射频信号中解调和恢复模拟信号电压。然后，模拟信号电压被提供给符号检测器110，用于把模拟信号电压转换成最好是位码型形式的数据符号。
符号检测器110包括一个用于所提供的模拟信号电压转换成数字值的模/数(A/D)转换器115，该数字值长为8位，因此对8位模/数转换器来说，其范围为0～255。该数字值被耦合到根据本发明的最佳实施例的自适应阈值发生器120，后者从数字值中计算出上、下和中心阈值。符号检测器110还包括一个连到自适应阈值发生器120和模/数转换器115的解码器125，用于根据数字值和上、下及中心阈值产生数据符号，这参阅图2将更易理解。
图2是曲线图，显示了包括所恢复的与接收机105接收的4电平射频信号的模拟信号电压相对应的数字值的波形202的一个例子。解码器125(图1)从自适应阈值发生器120接收以数字阈值形式的上、下和中心阈值。此外，解码器125接收与模拟信号电压相对应的数字值。解码器125随后确定由上、下和中心阈值限定的4个范围的哪一个包含数字值，并随后产生适当的数据符号。为4个范围的每个所产生的数据符号(如，位码型204)可以如下所示：
范围                            位码型
数字值＞上阈值(UT)               0-0
中心阈值(CT)＜数字值＜UT         0-1
低阈值(LT)＜数字值＜CT           1-1
数字值＜LT                       1-0
虽然可以知道包括在符号检测器110中的解码器125是以常规的方式产生数据符号的(如，位码型204)，但由于提供给解码器125的上、下和中心阈值是根据接收的4电平射频信号而变化的(以后将详细描述)，所以符号检测器110将产生比常规符号检测器更准确的结果。而在常规的符号检测器中，上、下和中心阈值是预编程好的，以与接收的4电平信号相关的期望值一致的，所以不能改变。因此，如果接收信号的电压偏移大于期望值时，预编程的阈值就导致错误的数据符号的产生。
再看图1，无线电通信装置100还包括处理器，最好是微处理器130，例如是由在伊利诺州的Schanmburg的摩托罗拉公司生产的MC68HC05型。此外，处理器可由具有完成等效操作能力的硬布线逻辑来实现。微处理器130包括中央处理单元(CPU)135，用于控制微机130的操作，并通过方式控制线137控制自适应阈值发生器120的操作。CPU135通过使自适应阈值发生器120复位的方式控制线137发送信号，以复位、跟踪输入的数字值，以动态地产生阈值或保持当前阈值。
CPU135根据存在只读存储器(ROM)140中的子程序接收并处理符号检测器110提供的数据符号。因为直到需要接收机部件的稳定性的加热(warm-up)时间后，数据符号可能不准确，所以CPU135在解码数据符号以恢复包含在其中的信息如选择呼叫消息之前，参照耦合到微机130上的时钟提供的时间值。然后，把信息存入随机存取存储器(RAM)150中，RAM150通常用于暂时存储在无线电通信装置100操作期间得出的数据，如变量和解码信息。当收到选择呼叫消息时，最好自动或响应用户控制155，启动向用户显示消息的显示器160传送的信号CUP135。
参阅图3，其中描述了根据本发明的最佳实施例的自适应阈值发生器120的框图。自适应阈值发生器120最好包括控制器305，后者用于“复位”、“跟踪“和“保持”来自CPU135的信号，并以模/数转换器115接收数字值。当设置为“跟踪”方式时，控制器305使初始值设为0的峰值计数器310增加，以便以本领域技术人员熟知的方法跟踪与入站射频信号的交电压相应的数字值。控制器305使谷值计数器315减小，以跟踪与低信号电压相应的数字值，谷值计数器315在开始最好被设在其最大值，对8位计数器来说是255(1-1-1-1-1-1-1-1)。模6二进制计数器320、325分别连到峰、谷值计数器310、315上，用于当峰、谷值计数器310、315分别增加和减小时，增加其值。由于模6计数器320、325每增加60时被复位，所以他们用于存储余数的值，这些余数值由加法器330数字地相加。相加的结果被提供给比较器332，用于把余数值的和与第一预定值相比，如5。当余数的和大于5时，比较器产生高输出，如数字1。
自适应阈值发生器120还包括第一和第二阈值计数器335、340，如图所示，它们每个与一个模计数器相连。每个阈值计数器335、340随分别与之相连的模计数器320、325的每次复位而增加。然后，加法器345把阈值计数器335、340存储整数值和比较器332的输出的值数字地相加，得出第一和值SUM1并将其提供给加法器350。加法器350把第一和值SUM1与硬线连到加法器350的第二预定值相加。第二预定值最好由模/数转换器115的位数确定，并由关系式INT{2(#bits)/6}给出。例如，如果模/数转换器115是8位转换器，则第二预定值为42。求和器350相加的结果是第二和值SUM2
自适应阈值发生器120中还包括求和器355、356，第一求和器355把第二和值SUM2与峰值即存在峰值计数器310的值数字地相加，以产生上阈值UT，第二求和器356从谷值即存在谷值计数器315中的值中减去第二和值SUM2，以产生下阈值LT。求和器360用于把上阈值与下阈值相加，其结果在除法器中除2以产生中的阈值CT。
应该理解，中心阈值CT也可如图4所述的另一实施例那样由对峰和谷值求和而得出。如图所示，求和器360被连到峰、谷值计数器310、315，以得到与图3所述的自适应阈值发生器120产生的中心阈值的相同的结果。
如图3或图4所示的自适应阈值发生器120，能以有利的方式从所提供的数字值中产生上、下和中心阈值。当对应于数字值的高和低信号电压变化时也许意味着接收信号的电压偏移，峰、谷值的变化，因而修改上、下和中心阈值以反映接收信号的电压变化。因此，当接收信号的电压偏移变化时，解码器125产生的数据符号保持准确。
参阅图5和图6，它们描述了自适应阈值发生器120操作的流程图。当无线电通信装置100接通电源时，控制器305(图3)在步骤505接收来自CPU135(图1)的方式控制信号。当控制器305由此被设置在“复位”方式时，峰值和谷值计数器310、315，被重新初始化即峰值=0且谷值=最大值。当控制器305在步骤510被设置为“保持”方式时，上、下和中心阈值在步骤520被连续从峰值、谷值计数器310、315，模计数器320、325和阈值计数器335、340中当前存储的值产生。
当控制器305在步骤525被设成“跟踪”方式时，存储在峰值计数器310中的峰值在530步被增加，以跟踪对应于高信号电压的数字值。在步骤535，与峰值计数器310相连的模计数器320随着峰值计数器310的每次增加而增加且在每增加60次时复位。因此，模计数器320有效地存储了峰值除以6的商的余数，即REM{P/6}。在步骤540，每次模计数器320复位，阈值计数器335增加，因而存储了峰值除以6的商的整数部分，即INT{P/6}。
类似地，控制器305在步骤545减少设在谷值计数器315中的谷值，以跟踪对应于低信号电压的数字值。在步骤550，与谷值计数器315相连的模计数器325，在每次谷值减少时增加，且在每60次增加后复位。因而，模计数器325存储了减少值除以6的结果的余数，其中减小值等于最大值(如255)减去减少后的谷值。模计数器325所存储的值由关系式REM{(255-V)/6}给出。在步骤555，随着模计数器325的每次复位而增加的阈值计数器340存储了减少值除以6商的整数部分，即INT{(255-V)/6}。
而后，存在模计数器320、325中的余数在步骤560中由求和器330(图3)求和，其结果被提供给比较器332。在步骤565，当余数的和大于第一预定数(最好为5)时，比较器输出在步骤570被置为1。当余数的和不大于5时，比较器的输出在步骤575被置为0。此后，在步骤580，求和器345把比较器332产生的值和阈值计数器335、340存储的值求和以得出第一和值SUM1；在步骤585，求和器350从第二预定值中减去第一和值，以得出第二和值SUM2。如上所述，第二预定值取决于模/数转换器115的位数，并由前述关系式给出。
然后，在步590由求和器355对第二和值和峰值求和，产生上阈值。此外，在步骤595，在求和器356从谷值中减去第二和值，以产生下阈值。接下来在步骤600，用参考附图3和4中所述的两种方式之一产生中心阈值。
总的来说，根据本发明的符号检测器，用自适应阈值发生器，把模拟信号电压转换成数据符号。自适应阈值发生器确定分别与高、低信号电压相关的峰值和谷值，并从中计算出传送到解码器的上、下和中心阈值；该解码器产生数据符号提供给微机。用这种方法，即使按收的射频信号的电压偏移发生变化，解码器也能准确地产生数据符号。另一方面，在常规的无线电通信装置中，用于产生数据符号的阈值就是预编程的且不能改变。因此，当载波的电压偏移足够大时，就可能产生不正确的数据符号。
现在可以知道，已提出了一种根据对应于接收的无线电频率信号的电压偏移的变化动态改变阈值的方法和设备。

Claims (8)

1．用于从具有多个信号电压的接收信号中产生数据符号的符号检测器(110)，该符号检测器(110)包括：
模/数转换器(115)，用于把多信号电压转换成数字值；
与模/数转换器(115)相连的峰、谷值计数器(910、315)，用于跟踪数字值以确定分别与接收信号的高、低电压相关的峰、谷值；
与峰、谷值计数器(310、315)相连的计算装置(120)，用于根据峰、谷值计算上、下和中心阈值，其中计算装置(120)包括：
第一和第二模计数器(320、325)，用于把峰值和减少值除以第一预定值以分别得出第一和第二整数以及第一和第二余数，其中减少值等于谷值计数器(315)被减少以得出谷值的次数；
与第一和第二模计数器(320、325)相连的第一求和器(345)，用于当第一和第二余数的和大于第二预定值时把第一和第二整数以及第三预定值相加，以得出一个第一和值，并当第一和第二余数的和不大于第二预定值时，把第一和第二整数相加，以得出该第一和值；
与第一求和器(345)相连的第二求和器(350)，用于从第四预定值中减去第一求和值，以得出第二和值；
与第二求和器(350)和解码器(125)相连的第三求和器(355)，用于把第二和值与峰值相加以产生上阈值；
与第三求和器(355)和解码器(125)相连的第四求和器(356)，用于从谷值中减去第二求和值以产生低阈值；以及
与模/数转换器(115)和计算装置(120)相连的解码器(125)，用于根据数字值和上、下及中心阈值产生数据符号。
2．根据权利要求1的符号检测器(110)，其中计算装置(120)还包括：
与第三和第四求和器(355、356)相连的第五求和器(360)，用于把上、下阈值相加以得出第三求和值；以及
与第五求和器(360)和解码器(125)相连的除法器(365)，用于把第三求和值除以2以产生中心阈值。
3．根据权利要求1的符号检测器(110)，其中计算装置(120)还包括：
与峰值和谷值计数器(310、315)相连的第五求和器(360’)，用于把峰值和谷值相加以得出第三求和值；以及
与第五求和器(360’)和解码器(125)相连的除法器(365)，用于把第三求和值除以2，以产生中心阈值。
4．根据权利要求1的符号检测器(110)，其中除法装置包括：
分别与峰、谷值计数器(310、315)相连的第一和第二模计数器(320、325)，用于把峰值和减少值除以第一预定值，并存储第一和第二余数；
分别与第一和第二模计数器(320、325)及第一求和器(345)相连的第一和第二阈值计数器(335、340)，用于存储第一和第二整数并把第一和第二整数提供给第一求和器(345)；
与第一和第二模计数器(320、325)相连的第五求和器(330)，用于对第一和第二余数求和；以及
与第五求和器(330)及第一求和器(345)相连的比较器(332)，用于把第一和第二余数的和与第二预定值相比，并当第一和第二余数的和大于第二预定值时，把第三预定值提供给第一求和器(345)。
5．用于处理接收信号以恢复其中的信息的无线电通信装置(100)，无线电通信装置(100)包括：
接收机(105)，用于解调接收的信号，以从中提供模拟信号电压；
与接收机(105)相连的符号检测器(110)，用于从提供给其的模拟电压中产生数据符号，以及与符号检测器(110)相连的处理器(130)，用于接收数据符号并恢复接收信号中所包括的信息并且其中检测器(110)包括：
模/数转换器(115)，用于把模拟信号转换成数字值；
与模/数转换器(115)相连的峰、谷值计数器(310、315)，用于跟踪数字值，以确定分别与接收信号的高和低电压相关的峰值和谷值；
与峰值和谷值计数器(310、315)相联的计算装置(120)，用于根据峰、谷值计算上、下和中心阈值；以及
与计算装置(120)和模/数转换器(115)相连的解码器(125)，用于从上、下和中心阈值及数字值产生数据符号；
其中计算装置包括：
模计数器(320、325)，用于把峰值和减少值除以第一预定值，以分别得出第一和第二整数以及第一和第二余数，从而得出谷值，其中减少值等于谷值计数器(315)被减少的次数；
与模计数器(320、325)相连的第一求和器(345)，用于当第一和第二余数的和大于第二预定值时，把第一和第二整数及第三预定值相加，得出第一求和值，并当第一和第二余数的和不大于第二预定值时，把第一和第二整数相加以得出第一求和值；
与第一求和器(345)相连的第二求和器(350)，用于从第四预定值中减去第一求和值以得出第二求和值；
与第二求和器(350)和解码器(125)相连的第三求和器(355)，用于把第二求和值与峰值相加，以产生上阈值；以及
与第三求和器(350)和解码器(125)相连的第四求和器(356)，用于从谷值中减去第二求和值以产生下阈值。
6．根据权利要求5的无线电通信装置(100)，其中计算装置(120)进一步包括：
与第三和第四求和器(355、356)相连的第五求和器(360)，用于把上、下阈值相加以得出第三求和值；以及
与第五求和器(360)和解码器(125)相连的除法器(365)，用于把第三和值除以2以产生中心阈值。
7．根据权利要求5所述的无线电通信装置(100)，其中计算装置(120)还包括：
与峰、谷值计数器(310、315)相连的第五求和器(360’)，用于把峰值和谷值相加以得出第三求和值；以及
与第五求和器(360’)和解码器(125)相连的除法器(365)，用于把第三求和值除以2，以产生中心阈值。
8．根据权利要求5的无线电通信装置(100)，其中模计数器包括：
与峰、谷值计数器(310、315)分别相连的第一和第二模计数器(320、325)，用于将峰值和减少值除以第一预定值，并存储第一和第二余数；
分别与第一和第二模计数器(320、325)及第一求和器(345)相连的第一和第二阈值计数器(335、340)，用于存储第一和第二整数，并把第一和第二整数提供给第一求和器(345)；
与第一和第二模计数器(320、325)相连的第五求和器(330)，用于对第一和第二余数求和；以及
与第五求和器(330)和第一求和器(345)相连的比较器(332)，用于把第一和第二余数的和与第二预定值相比，并当第一和第二余数的和大于第二预定值时，把第三预定值提供给第一求和器(345)。
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