CN107534632A

CN107534632A - 解调装置

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Publication number: CN107534632A
Application number: CN201680024481.7A
Authority: CN
Inventors: 田中成知
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2036-08-22
Also published as: DE112016003942T5; WO2017038535A1; US20180062679A1; JP6378445B2; CN107534632B; US10141962B2; JPWO2017038535A1

Abstract

解调装置具备：解调部，其输出对调制信号进行解调而得到的解调信号；积分部(60a)，其对解调信号进行积分；区间检测部(60b)，其基于由积分部输出的积分信号，来检测解调信号中的置换对象区间；以及置换部(60c)，其将解调信号中的置换对象区间的信号置换为置换对象信号。利用积分部对解调信号进行积分，利用区间检测部基于该积分信号来检测解调信号中的置换对象区间，由此能够去除噪声。

Description

解调装置

技术领域

本发明涉及一种解调装置。

背景技术

在将声音信号等信号调制为无线电波的一个调制方式中，有使载波的频率根据信号波的振幅发生变化的频率调制(FM调制)。关于进行FM调制而得到的信号(FM信号)，在解调装置中，例如通过反正切型检波方式来将FM信号转换为相互正交的I/Q信号，求出I/Q信号所呈的角度(即，反正切值)θ＝tan^-1(Q/I)，通过计算其时间微分值(简称为微分值)Δθ(＝dθ/dt)而被解调。

已知通过该反正切型检波方式，在弱电场时产生脉冲性噪声(也称为弱电场噪声)。因此，需要在弱电场信号的解调中去除脉冲性噪声。这种脉冲性噪声能够通过使弱电场信号通过低通滤波器来去除(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-296307号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，当使弱电场信号通过低通滤波器时，不仅脉冲性噪声会被去除，就连高频带的信号成分也会被去除，因此有时会导致要被解调的信号劣化。因此，从弱电场信号中去除脉冲性噪声的噪声消除装置(blanker)是有前景的。使用噪声消除装置的解调装置例如在将以固定周期进行采样而得到的解调信号的当前值与之前采样得到的值进行比较，在差异大的情况下判断为产生了弱电场噪声，通过将该解调信号置换为消隐(blank)信号来去除弱电场噪声。

但是，在反正切型检波中检测的反正切值被定义在例如-π至+π的2π的范围内。如果根据上述内容来将反正切值的微分值标准化到-π至+π的2π的范围内，则例如在通过对检测出的反正切值进行微分而获得值+1.1π的情况下，微分值被标准化为-0.9π。因而，有时由于这样的反正切值的微分值的标准化而产生对脉冲性噪声错误地检测等解调的误动作。

用于解决问题的方案

(项目1)

解调装置可以具备解调部，该解调部输出对调制信号进行解调而得到的解调信号。

解调装置可以具备积分部，该积分部对解调信号进行积分。

解调装置可以具备区间检测部，该区间检测部基于由积分部输出的积分信号，来检测解调信号中的置换对象区间。

解调装置可以具备置换部，该置换部将解调信号中的置换对象区间的信号置换为置换对象信号。

(项目2)

积分部可以具有高通滤波器，对通过了高通滤波器的解调信号进行积分。

(项目3)

积分部可以具有绝对值计算部，该绝对值计算部计算对解调信号进行积分而得到的信号的绝对值。

(项目4)

解调装置可以还具备抽取滤波器，该抽取滤波器使通过了置换部的解调信号的数据速率降低。

(项目5)

区间检测部可以具有比较部，该比较部基于将积分信号与基准值进行比较而得到的结果，来检测解调信号的噪声区间。

区间检测部可以具有决定部，该决定部将噪声区间扩大来决定置换对象区间。

(项目6)

置换部可以具有低通滤波器，该低通滤波器被输入解调信号并输出置换对象信号。

(项目7)

解调部可以具有正交解调器，该正交解调器从进行频率调制而得到的调制信号解调出相互正交的I信号和Q信号。

解调部可以具有频率解调器，该频率解调器输出对I信号和Q信号的反正切进行微分而得到的解调信号。

(项目8)

频率解调器也可以输出将I信号和Q信号的反正切的微分值校正到预先决定的数值范围内而得到的解调信号。

(项目9)

置换对象区间可以是至少存在伴随着反正切值的微分值的标准化而产生的脉冲性噪声的区间。

此外，上述的发明概要并没有列举本发明的所有特征。另外，这些特征群的子组合也能够成为发明。

附图说明

图1示出本实施方式所涉及的解调装置的结构。

图2示出解调部的结构。

图3示出噪声去除部的结构。

图4A示出反正切值的一例。

图4B示出针对图4A的反正切值计算的微分值和将该微分值标准化来计算的解调信号的一例。

图4C示出对图4B的解调信号进行滤波处理而得到的信号的一例。

图5示意性地示出噪声去除部所包含的积分部的输出。

图6A示出包含弱电场噪声的解调信号的一例。

图6B示出图6A的解调信号被输入到噪声去除部的情况下的积分部的输出的一例。

具体实施方式

下面，通过发明的实施方式来说明本发明，但是以下的实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定。另外，实施方式中所说明的特征的组合的全部未必是发明的技术方案所必需的。

图1示出本实施方式所涉及的解调装置100的结构。解调装置100是接收被调制为无线电波的信号后通过反正切(Arctangent)型检波来对该接收信号进行解调的装置。在反正切型检波中，解调装置100将反正切值的微分值标准化到例如-π至+π的范围内。在此，在弱电场中杂音大的情况下，有时由于反正切值的误差而使反正切值的微分值超过上述范围。因此，解调装置100将反正切值的微分值标准化到上述范围内。例如，在反正切值的微分值为+1.1π的情况下，解调装置100将该微分值标准化为-0.9π。本实施方式所涉及的解调装置100的目的在于，进行适当的解调处理以避免随着这样的反正切值的微分值的标准化而产生解调的误动作，从而从接收信号中适当地去除噪声。

此外，在本实施方式中，关于无线电波，设为使载波V_c＝Csin(ω_ct)的频率根据信号波V_s的振幅发生变化并FM(Frequency Modulation：频率)调制为V_FM＝Csin(ω_ct+m∫V_sdt)。其中，使用载波的频率f_c而使ω_c＝2πf_c，m为常数。

解调装置100具备解调部10、噪声去除部60以及滤波器部70。

解调部10对接收信号RF中的已被调制的信号(调制信号)进行解调后输出解调信号。解调部10包括正交解调器20、AD转换部30、滤波器部40以及FM解调部50。

正交解调器20通过天线来接收无线电波V_FM，将接收到的接收信号RF解调为相互正交的I信号和Q信号。正交解调器20具有局部发送器26以及混合器22和混合器24。局部发送器26生成具有频率f_c的相互正交的两个正交本地信号cos(ω_ct)和sin(ω_ct)并分别向混合器22和混合器24输出。混合器22将正交信号sin(ω_ct)与接收信号RF混合(即，相乘)来生成I信号(I＝V_FMsin(ω_ct))。混合器24将正交信号cos(ω_ct)与接收信号RF相乘来生成Q信号(Q＝V_FMcos(ω_ct))。向AD转换部30输出所生成的I信号和Q信号。

AD转换部30将模拟形式的I信号和Q信号转换为数字形式。AD转换部30具有AD转换器(ADC)32和AD转换器(ADC)34。

AD转换器(ADC)32与混合器22连接，对从混合器22输入的I信号进行数字转换，AD转换器(ADC)34与混合器24连接，对从混合器24输入的Q信号进行数字转换。AD转换器32和AD转换器34的采样速率相对于解调装置100的输出的频率足够高，例如为2倍以上至100倍左右。即，AD转换器32和AD转换器34对输入信号进行过采样。向滤波器部40输出已转换的I信号和Q信号。

滤波器部40使输入到滤波器部40的信号的数据速率降低(即，进行下采样)。滤波器部40包括两个抽取滤波器(Decimation filter)42和46以及两个采样频率转换器44和48。

抽取滤波器42从AD转换器32接收I信号，使高频带截止后向采样频率转换器44输出，抽取滤波器46从AD转换器34接收Q信号，使高频带截止后向采样频率转换器48输出。作为抽取滤波器42和抽取滤波器46，能够使用低通滤波器。能够根据采样频率转换器44和采样频率转换器48的下采样速率来适当决定截止频率。

采样频率转换器44与抽取滤波器42连接，对从抽取滤波器42输入的高频带被截止的I信号进行下采样，采样频率转换器48与抽取滤波器46连接，对从抽取滤波器46输入的高频带被截止的Q信号进行下采样。采样频率转换器44和采样频率转换器48的下采样速率例如为二分之一倍以下。

滤波器部40通过对I信号和Q信号进行下采样来从它们中去除载波成分，向FM解调部50只输出信号波成分。在此，在由滤波器部40进行的下采样中，使I信号经由抽取滤波器42而通过采样频率转换器44且使Q信号经由抽取滤波器46而通过采样频率转换器48，由此能够防止因下采样产生的混叠。

FM解调部50与滤波器部40连接，使用从滤波器部40输入的I信号和Q信号来对接收信号RF进行解调。向噪声去除部60输出已被解调的信号(解调信号)。关于FM解调部50的详细结构，后面记述。

噪声去除部60与FM解调部50连接，对从FM解调部50输入的解调信号进行处理，去除解调信号所包含的噪声。向滤波器部70输出噪声已被去除的解调信号。关于噪声去除部60的详细结构，后面记述。

滤波器部70与噪声去除部60连接，对从噪声去除部60输入的噪声已被去除的解调信号进行下采样。滤波器部70包含一个抽取滤波器72和一个采样频率转换器74。

抽取滤波器72从噪声去除部60接收解调信号，使高频带截止后向采样频率转换器74输出。作为抽取滤波器72，能够使用低通滤波器。能够根据采样频率转换器74的下采样速率来适当决定截止频率。

采样频率转换器74与抽取滤波器72连接，对从抽取滤波器72输入的高频带已被截止的解调信号进行下采样。采样频率转换器74的下采样速率例如为二分之一倍以下。

在此，在由滤波器部70进行的下采样中，使解调信号经由抽取滤波器72而通过采样频率转换器74，由此能够防止因下采样产生的混叠。

此外，通过将滤波器部40和滤波器部70一起使用，来将利用AD转换器32和AD转换器34进行了过采样的信号下降到所决定的采样速率。因而，滤波器部40和滤波器部70各自的下采样速率被决定为它们的积的倒数与AD转换器32和AD转换器34的采样速率相等。例如，针对AD转换器32和AD转换器34的采样速率为20倍左右，滤波器部40和滤波器部70各自的下采样速率的积为20分之一左右。因而，例如，在只利用滤波器部40来使进行了过采样的信号下降到所决定的采样速率的情况下，并不必须具备滤波器部70。

在图2中，示出FM解调部50的结构。FM解调部50包括检波器52和微分器54。

检波器52是反正切型检波方式的检波器，使用从滤波器部40输入的I信号和Q信号来计算反正切值θ＝tan^-1(Q/I)。在此，在预先决定的数值范围内、例如-π至+π的2π的范围内计算反正切值θ。向微分器54输出计算结果。

微分器54与检波器52连接，通过时间微分Δθ(＝dθ/dt)或差来计算与从检波器52输入的反正切值相对的微分值。在此，微分器54基于在检波器52中在预先决定的数值范围内计算反正切值θ，而将反正切值的微分值校正(也称为标准化)到预先决定的数值范围内，在此为与反正切值θ的数值范围相同的范围内。其计算结果作为解调信号而向噪声去除部60输出。

图3示出噪声去除部60的结构。在本实施方式中，作为噪声去除部60，能够使用噪声消除装置。噪声去除部60包括积分部60a、区间检测部60b以及置换部60c。

积分部60a将解调信号转换为适于将伴随FM解调部50中的反正切值的微分值的标准化而产生的解调的误动作剔出的形式。积分部60a构成为包括滤波器61、积分器62以及绝对值计算部63。

滤波器61从FM解调部50接收解调信号，使低频带、特别是包含载波成分的偏置截止，并向积分器62输出其结果。作为滤波器61，能够使用高通滤波器(HPF)。能够根据载波频率来适当地决定截止频率。

积分器62与滤波器61连接，对从滤波器61输入的信号进行积分并向绝对值计算部63输出其结果(即，解调信号的积分结果)。在本实施方式中，积分器62在预先决定的区间内对输入信号进行积分(也称为部分积分或区间积分)。部分积分的区间能够决定为适于检测解调的误动作或脉冲性噪声的区间。

绝对值计算部63与积分器62连接，计算从积分器62输入的解调信号的积分结果的绝对值，将其结果作为积分信号来向区间检测部60b输出。由此，能够与解调信号的值的正负无关地检测解调的误动作。

区间检测部60b使用积分信号来检测解调信号中的要作为置换对象的置换对象区间(所谓的消隐区间)。区间检测部60b包括比较部64和决定部65。

比较部64与积分部60a连接，将从积分部60a输入的积分信号与基准值进行比较，基于其结果来检测解调信号所包含的噪声的区间(称为噪声区间)。在此，在积分信号高于基准值的情况下，生成为逻辑高的脉冲，并将该脉冲作为比较结果信号来向决定部65输出。此外，将基准值适当决定为剔出解调的误动作并去除噪声的水平。也可以是，例如，将基准值决定为大于弱电场噪声的振幅来只剔出解调的误动作并置换解调信号。

决定部65与比较部64连接，是将从比较部64输入的比较结果信号所包含的脉冲的时宽扩大的脉冲展宽器。由此，决定部65将噪声区间扩大来决定置换对象区间，作为表示置换对象区间的置换对象区间信号来向置换部60c所包含的置换器68输出。

置换部60c将解调信号中的置换对象区间的信号置换为置换对象信号。置换部60c包括延迟电路66a和延迟电路66b、滤波器67以及置换器68。

延迟电路66a从FM解调部50接收解调信号，使该解调信号延迟后向延迟电路66b(和滤波器67)输出。延迟电路66b将已被延迟电路66a延迟的解调信号进一步延迟后向置换器68输出。利用延迟电路66a和延迟电路66b来与向置换器68输入置换对象区间信号的定时相应地向置换器68输入解调信号。

滤波器67与延迟电路66a连接，使经过了延迟电路66a的解调信号的高频带截止来生成置换对象信号，并向置换器68输出该置换对象信号。作为滤波器67，能够使用低通滤波器(LPF)。由此，滤波器67能够生成解调信号中所产生的尖峰状的噪声被截止的置换对象信号。在此，延迟电路66b的延迟时间被设定为与滤波器67的延迟时间相等。由此，滤波器67能够与经由延迟电路66a和延迟电路66b而向置换器68输入解调信号的定时相应地向置换器68输入置换对象信号。

置换器68在从区间检测部60b输入的置换对象区间信号为逻辑高的情况下，即在置换对象区间信号表示是置换对象区间的情况下，将从延迟电路66b输入的解调信号置换为由滤波器67生成的置换对象信号。

此外，在上述的噪声去除部60中，使用使解调信号通过滤波器67所生成的置换对象信号来置换解调信号，由此去除噪声，但是取而代之地，也可以是，噪声去除部60将解调信号置换为消隐信号或置换对象区间的前一个输入信号的值。在所述情况下，置换器68(和滤波器67)例如可以是被置换对象区间信号触发来保持经由延迟电路66a输入的解调信号的D型触发器(未图示)。

对伴随反正切值的微分值的标准化而产生的解调的误动作更加详细地进行说明。

图4A示出利用FM解调部50的检波器52来检测的反正切值的一例。在该例中，反正切值θ在时刻0至时刻7的八次采样时分别被计算为0.6π、0.7π、0.8π、0.9π、0.0π、1.1π、1.2π以及1.3π。

图4B示出由微分器54对图4A的反正切值计算出的微分值(实线)和将该微分值标准化后输出的解调信号(虚线)。微分值在时刻1至时刻7的七次采样时分别被计算为0.1π、0.1π、0.1π、-0.9π、1.1π、0.1π以及0.1π。即，微分值包含在时刻4和时刻5分别具有负的振幅和正的振幅的尖峰状的噪声。与此相对，通过将微分值标准化到-π至+π的2π的范围内，解调信号在七次采样时分别被输出为0.1π、0.1π、0.1π、-0.9π、-0.9π、0.1π、以及0.1π。这样，通过反正切值的微分值的标准化，时刻5的微分值1.1π被解调为-0.9π，产生解调的误动作。解调信号包含在时刻4和时刻5分别具有负的振幅的尖峰状的噪声和解调的误动作，由于各自的值相等，因此包含从时刻4至时刻5具有负的振幅的幅宽的噪声。

图4C示出对图4B的解调信号进行滤波处理而得到的信号的一例。如果在FM解调部50中反正切值的微分值不被标准化就作为解调信号输出，则在图4B中的时刻4和时刻5产生的尖峰状的噪声具有当进行平均时没有正负的偏差的值，由此使解调信号通过噪声去除部60而作为脉冲性噪声被截止或者使解调信号通过滤波器部70所包含的抽取滤波器72而作为高次谐波成分被截止。其结果，输出不包含噪声的信号(实线)。与此相对，关于反正切值的微分值已被标准化的情况下的解调信号，图4B中的时刻5的信号值即使平均为-0.9π，相对于本来的信号值1.1π也被解调为在负侧存在大幅度的偏差的值，不被截止而输出。另外，即使使解调信号通过滤波器部70所包含的抽取滤波器72，在时刻4和时刻5，也由于即使进行平均在负侧也存在大幅度的偏差的值的信号位于低频带而不被截止，输出包含噪声的信号(虚线)。

对由噪声去除部60进行的噪声处理的原理进行说明。在此，以图4B所示的解调信号(和反正切值的微分值)作为输入信号被输入到噪声去除部60的情况为例进行说明。

图5示出积分器62的输出的一例(虚线)。为了参考，也示出反正切值的微分值不被标准化就被输入到噪声去除部60的情况下的积分器62的输出(实线)。关于解调信号，在通过积分器62之前通过滤波器61所具有的高通滤波器，由此解调信号所包含的位于低频带的信号成分被抑制，位于高频带的噪声成分被抽出。利用积分器62对该噪声成分已被抽出的信号进行积分。

由于在时刻4产生的噪声和在时刻5产生的解调的误动作，积分器62的输出在时刻4和时刻5具有负的大的值。因而，通过检测绝对值比基准值大的积分值，能够检测解调的误动作。

在图6A和图6B中示出积分器62(积分部60a)的动作的一例。在此，作为一例，向噪声去除部60输入包含图6A所示的弱电场噪声的解调信号。解调信号大致区分地包含三个成分、即相对于时间单调减少的载波成分、相对于该载波成分以微小的振幅波动的信号波和弱电场噪声的成分以及在时刻7.5毫秒和在时刻8.1毫秒分别大幅度跳动的解调的误动作的成分。此外，在图6A中，载波成分的值以不在决定的数值范围(-π至+π的2π的范围)内标准化的方式表示，以使解调的误动作的成分明确出现。

利用积分器62来对图6A的解调信号进行区间积分，由此输出图6B所示的积分信号。积分信号大致区分地包含三个成分、即相对于时间固定的载波成分、相对于该载波成分以微小的振幅波动的信号波和弱电场噪声的成分以及在时刻7.5毫秒和时刻8.1毫秒出现的解调的误动作的成分。在此，两个解调的误动作的成分以具有大的振幅的尖峰的方式出现。因而，通过利用比较部64来将来自积分部60a的积分信号与基准值进行比较，能够与信号波和弱电场噪声明确区分地检测解调的误动作。

此外，关于本实施方式所涉及的解调装置100，设为对进行FM调制而得到的无线电波进行解调的装置进行了说明，但是不限于此，也可以设为对进行伴随反正切值的微分值的标准化而能够产生解调的误动作的调制方式、例如FSK(Frequency-shift keying：移频键控)调制而得到的无线电波进行解调的解调装置。

此外，本实施方式所涉及的解调装置100利用正交解调器20来从接收信号RF生成I信号和Q信号，利用FM解调部50所包含的反正切型检波方式的检波器52对这些信号进行解调，但是取而代之地，也可以是，采用希尔伯特转换器，使接收信号RF通过希尔伯特转换器，然后利用检波器52进行解调。

以上，使用实施方式来对本发明进行了说明，但是本发明的技术范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。在上述实施方式中，能够进行各种变更或改进，这是本领域技术人员所清楚的。进行这样的变更或改进的方式也能够包含在本发明的技术范围中，这是从权利要求书的记载中显而易见的。

应该注意：权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法中的动作、过程、步骤以及阶段等各处理的执行顺序没有特别注明“比…之前”、“…之前”等，而且，只要不是将之前的处理的输出用在之后的处理中，就能够以任意的顺序来实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，虽然为了便于说明而使用“首先，”、“接着，”等来进行了说明，但是并不意味着必须以此顺序来实施。

附图标记说明

10：解调部；20：正交解调器；22、24：混合器；26：局部发送器；30：AD转换部；32、34：AD转换器；40：滤波器部；42、46：抽取滤波器；44、48：采样频率转换器：50：FM解调部；52：检波器；54：微分器；60：噪声去除部：60a：积分部；60b：区间检测部；60c：置换部；61：滤波器；62：积分器；63：绝对值计算部；64：比较部；65：决定部；66a、66b：延迟电路；67：滤波器；68：置换器；70：滤波器部；72：抽取滤波器；74：采样频率转换器；100：解调装置。

Claims

1.一种解调装置，具备：

解调部，其输出对调制信号进行解调而得到的解调信号；

积分部，其对所述解调信号进行积分；

区间检测部，其基于由所述积分部输出的积分信号，来检测所述解调信号中的置换对象区间；以及

置换部，其将所述解调信号中的所述置换对象区间的信号置换为置换对象信号。

2.根据权利要求1所述的解调装置，其特征在于，

所述积分部具有高通滤波器，对通过了所述高通滤波器的所述解调信号进行积分。

3.根据权利要求1或2所述的解调装置，其特征在于，

所述积分部具有绝对值计算部，该绝对值计算部计算对所述解调信号进行积分而得到的信号的绝对值。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的解调装置，其特征在于，

还具备抽取滤波器，该抽取滤波器使通过了所述置换部的所述解调信号的数据速率降低。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的解调装置，其特征在于，

所述区间检测部具有：

比较部，其基于将所述积分信号与基准值进行比较而得到的结果，来检测所述解调信号的噪声区间；以及

决定部，其将所述噪声区间扩大来决定所述置换对象区间。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的解调装置，其特征在于，

所述置换部具有低通滤波器，该低通滤波器被输入所述解调信号并输出所述置换对象信号。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的解调装置，其特征在于，

所述解调部具有：

正交解调器，其从进行频率调制而得到的所述调制信号解调出相互正交的I信号和Q信号；以及

频率解调器，其输出对所述I信号和所述Q信号的反正切进行微分而得到的所述解调信号。

8.根据权利要求7所述的解调装置，其特征在于，

所述频率解调器输出将所述I信号和所述Q信号的反正切的微分值校正到预先决定的数值范围内而得到的所述解调信号。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的解调装置，其特征在于，

所述置换对象区间是至少存在伴随着反正切值的微分值的标准化而产生的脉冲性噪声的区间。