CN1152976A

CN1152976A - 直接变频接收机

Info

Publication number: CN1152976A
Application number: CN 95194084
Authority: CN
Inventors: C·N·史密夫
Original assignee: Roke Manor Research Ltd
Current assignee: Roke Manor Research Ltd
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2015-05-10
Also published as: CN1066870C

Abstract

一种接收机包括输入装置，输入装置包括天线和阻塞滤波器，滤波器的输出连接到放大器。输入信号被分开，然后分别与由混频器电路中的振荡器产生的同相位信号和正交相位信号进行混频，每个混频器电路的输出加到低通滤波器和限幅电路的输入端。每个低通滤波器的输出分别加到加法器电路的输入端。其第一个加法器用来把同相位信号和正交相位信号相加，其第二个加法器用来把同相位信号和正交相位信号相减，以产生各自的输出信号，该信号具有介于同相位信号轴和正交相位信号轴之间的轴。这些信号，再加上同相位信号和正交相位信号，分别通过限幅电路，再进到解码器电路从而恢复信号。限幅电路的输出提供量化为8个可能相位状态的信号，它们之间相隔45°。当输入信号是GFSK调制时矢量将至少跨过一个轴，所以转动的方向可以在数据恢复之前被确定。在另一个实施例中，可以使用一个比率组合器来代替加法器电路，这在π/4-DQPSK调制中特别有用，在π/4-DQPSK调制中每个符号的相位偏移是±45°或±135°，这取决于比特对组合，且在这样的实施例中，将产生至少8个轴来给出16个区间和22.5°的相位分辨率。

Description

直接变频接收机

本发明涉及一种射频系统使用的直接变频(direct conversion)接收机。

众所周知，使用直接变频接收机可以避免那些体积庞大且价格昂贵的中频(IF)带通滤波器。而且，射频-滤波器的使用已经明显地简化，整个接收机都可以集成在一块芯片上。

实际上，成功实现直接变频的主要障碍之一是要求使用自动增益控制(AGC)，尤其是在数字通信环境中。在直接变频接收机中，AGC必须通过基带来实现，由于现代数字系统通常使用突发信号，这样与突发信号一起使用AGC就显得太慢了。

参考图1和图2，图1所示为低数据率寻呼接收机中经常使用的一种装置，还包括连接在阻塞滤波器(blocking filter)4的一个输入端的天线2，该滤波器的输出作为放大器6的一个输入。放大器的输出分别加到混频器8和10的一个输入端，这两个混频器的第二个输入端接收振荡器12的输出。混频器8接收来自振荡器12的0°相角信号，而混频器10接收来自振荡器12的90°相角的信号。混频器8和10的输出分别加在低通滤波器14和16的输入端上，低通滤波器的输出则分别加到限幅器18和20。限幅器18的输出是同相位信号I，而限幅器20的输出是90°正交相位信号Q。这样的电路是不需要AGC的。

如果接收机的输入是频移键控(FSK)信号，就如图2中以矢量表示出来的一样。如图2中左图所示，该输入可以具有任何相角，而输出信号I和Q经过硬限幅(hard limiting)以后量化到任何四个可能的相位，如图2中右图所示。

为了解调频移键控(FSK)调制，有必要建立矢量转动的方向。在寻呼系统中，调制指数较高，转动方向是向前方，因为对每一个数据位而言矢量都要转动几周。被限幅的输出信号I和Q变成了彼此相差90°的方波信号，即可能超前也可能滞后，这要看转动的方向。通过在一个相位敏感检测器(比如一个D型双稳态多谐振荡器)中比较限幅信号I和Q，相差的极性以及因而，调制都可以被恢复。

但是，在更为谱有效的低调制指数情况下，比如高斯频移键控(GFSK)，对于每一个数据位矢量可能只转动50°。这就意味着矢量可以完全保持在一个象限内，所以限幅器的输出不发生变化。在这种情况下数据是不可恢复的。

本发明的一个目的就是提供一种与相位调制信号一起使用的直接变频接收机，且无需使用AGC。

根据本发明，该接收机包括用来接收通过射频媒介传输的输入信号的装置、用于从接收到的信号中产生同相位和正交相位信号的装置以及用于产生以突发硬限幅信号形式的同相位和正交相位信号的装置，其特征在于该接收机包括用来产生介于同相位和正交相位信号轴之间的附加轴的电路装置，由该附加轴可以产生突发硬限幅信号，另外还包括解码装置，用来接收所述突发硬限幅信号和产生相应于接收的射频信号的数据。

该电路装置可以包括第一和第二加法器电路，其中第一加法器用来把同相位信号和正交相位信号相加，而第二加法器用来把同相位信号与正交相位信号相减，从而产生具有介于同相位信号轴和正交相位信号轴之间的一个轴的信号。

该电路装置可包括一个比率组合器，用来产生介于同相位信号轴和正交相位信号轴之间的8个轴。

现在参考附图说明本发明的各种不同的实施例。

图3所示为一种使用四个限幅器的直接变频接收机。

图4所示为四轴接收机的矢量信号说明。

图5所示为FSK解码器的框图。

图6所示为一种使用n个限幅器的直接变频接收机的框图。

图7所示为π/4-DQPSK(差分正交相移键控)解码器的框图。

参考图3，该图所示为一种使用四个限幅器的直接变频接收机的框图。如图所示的接收机通过有效地引入介于同相位信号I和正交相位Q的轴之间的附加轴而克服了现有技术中的缺点。其最简单实施方案就是通过先取出同相位信号I和正交相位信号Q之间的和与差，然后把命名为A和B的这两个新信号进行硬限幅，从而加上了45°和135°两根附加轴，如图所示。该接收机包括一个连接到阻塞滤波器24的天线22，阻塞滤波器的输出加到放大器26。放大器的输出则分别加给混频器电路28和30的第一输入端。混频器电路28接收来自振荡器32的同相位信号I，电路30接收来自振荡器32的正交相位信号Q。混频器电路28和30的输出则分别加到低通滤波器34和36的输入端。滤波器34的输出提供同相位信号，加到限幅器42的输入端、加法器电路38的输入端和加法器电路40的输入端。类似地，滤波器36的输出提供正交相位信号，加到限幅器48的输入端、加法器电路40的另一个输入端和加法器电路38的另一个输入端。加法器38产生输出信号A，代表两个输入信号的和，而加法器40产生输出信号B，代表两个输入信号的差。加法器38的输出加到限幅器44，加法器40的输出加到限幅器46的输入端。加法器42-48均分别产生一个输出信号加到解码器50，解码器50在输出信号线52上产生一个输出数据信号。

关于图3的矢量图如图4所示。四个轴产生了8个区间，被硬限幅的信号有效地提供了被量化为8个可能相隔45°的相位状态的信号，当输入信号是GFSK调制信号时，矢量至少会穿过一个轴，因此就可以建立转动的方向并恢复数据。

参考图4，左图显示出输入信号可以具有任何相角，右图显示出经过硬限幅以后输出被量化为8个可能的相位状态。

数据的解码可以以数字化方式从图4中限幅器42-48所输出的二进制信号中实现，解码过程如图5所示。图5中显示出一种FSK解码器，它包括组合逻辑电路54，该电路接收来自图4中限幅器42-48的输入信号I、A、B和Q。组合逻辑电路的输出连接到延迟电路56的输入端和加法器电路58的输入端。延迟电路56的输出连接到加法器电路58的又一个输入端上。加法器电路58的输出则连接到平均电路60的输入端上，平均电路60的输出被加到硬限幅器62，而硬限幅器62向输出线64输出数据。

可以使用简单的组合逻辑电路来产生从0到7的二进制区间输出，这些输出代表信号瞬间所在的相位区间。通过从当前区间值中减去以前的区间值(模8运算)，可以得到一系列可正可负的脉冲，其正负取决于转动的方向。另外还有效地形成一个采样频率鉴相器。为了避免混叠，延迟单元应小于位周期的一半。然后脉冲序列在电路60中被平均，在电路62中被限幅，从而取出数据。

在每比特相位偏移更少的调制方案中(比如π/4-DQPSK或具有极低BT因子的GFSK，其中B是调制滤波器的带宽，T是位周期)，可以通过引入更多的轴来扩展这项技术，从而改善相位分辨率。这个概念如图6所示。

参考图6，现在说明本发明的另一个实施方案，并且显示使用n个限幅器的直接变频接收机。

该接收机包括天线66，它向RF滤波器68馈入信号，滤波器68的输出连接到放大器70的输入端。放大器的输出加到混频器电路72的输入端和混频器电路74的输入端。混频器电路72和74的第二个输入端接收来自振荡器76的输出信号，其中同相位信号加到混频器72，而正交相位信号加到混频器74。混频器电路72的输出加到低通滤波器78，类似地，混频器电路74的输出加到低通滤波器80。滤波器78和80的输出分别加给比率组合器82，而且分别加到限幅器84和92的输入端。比率组合器82产生多个输出信号，其每个信号分别加给限幅器86-90的输入端。而每一个限幅器的输出都加给解码器电路94的一个输入端，该解码器用来在输出线96上产生一个输出信号。

在π/4-DQPSK调制中，每个符号的相位偏移是±45°或±135°，这取决于比特对的组合(00、01、10或11)。在如图6所示的接收机装置中，至少要求具有8根轴(和8个限幅器)，从而给出16个区间和22。5°的相位分辨率。解码过程也会与FSK的情况稍有不同，因为需要三个判断门限来检测相移的极性和大小。解码器如图7所示。

参考图7，解码器电路包括一个逻辑电路98，该逻辑电路从限幅器电路84-98接收输入信号(图6)。逻辑电路的输出加到加法器电路102的输入端和延迟电路100的输入端。延迟电路100的输出加到加法器电路102的另一个输入端。加法器电路102的输出连接到平均电路104的输入端，平均电路的输出则加到三个门限装置106、108和110，这些门限装置被用来比较平均电路104的输出和一个加在它们第二输入端上的门限电平。门限装置106-110的输出都加到逻辑电路112的输入端，该逻辑电路在输出线114和116上产生输出数据位。

将会看到，对于本领域技术人员在以下权利要求的范围内进行变化和修改是可能的，该接收机主要是针对相位或频率调制方案。然而，将可看到在必须保留包络变化的系统中(比如为了均衡)，信号的包络可以从限幅器的接收信号强度指示(RSSI)输出中得到。由于这将是一个对数压缩包络，所以需要一个反对数函数来恢复线性幅度变化。

Claims

1.一种接收机，该接收机包括用来接收通过射频媒介传输的输入信号的装置、用于从接收到的信号中产生同相位和正交相位信号的装置以及用于产生以突发硬限幅信号形式的同相位和正交相位信号的装置，其特征在于，该接收机包括用来产生介于同相位和正交相位信号轴之间的附加轴的电路装置，由该附加轴可以产生突发硬限幅信号，另外还包括解码装置，用来接收所述突发硬限幅信号和产生相应于接收的射频信号的数据。

2.根据权利要求1的接收机，其中电路装置包括第一和第二加法器电路，第一加法器用来把同相位信号和正交相位信号以任何比例相加，第二加法器用来把同相位信号和正交相位信号以任何比例相减，藉此产生具有介于同相位信号轴和正交相位信号轴之间的一个轴的信号。

3.根据权利要求2的接收机，其中来自第一和第二加法器的输出信号分别加到一个限幅装置的输入端，这个限幅装置产生所述突发硬限幅信号，并且所述同相位和正交相位信号也分别加到一个限幅装置，该限幅装置的输出信号分别加到所述解码电路的输入。

4.根据以上任何权利要求的接收机，其特征在于解码电路包括一个组合逻辑电路，用来从限幅装置接收输出信号，并且当使用四个轴时，还用来产生从0到7的区间输出，它们代表信号瞬间所在的相位区间，以及包括用来从当前矢量中减去一个以前的矢量从而产生一个依赖于矢量转动方向的脉冲序列的装置。

5.根据权利要求4的接收机，其中脉冲序列加到平均电路和限幅电路，限幅电路用来从所述脉冲序列中提取数据。

6.根据以上任何权利要求的接收机，其中解码装置是FSK解码器。

7.根据权利要求1的接收机，其中电路装置包括一个比率组合器，它用来产生介于同相位和正交相位信号轴之间的8个轴。

8.根据权利要求7的接收机，其比率组合器的输出信号、同相位信号和正交相位信号分别加到限幅电路，限幅电路的输出信号则分别加到解码器电路的输入端。

9.根据权利要求8的接收机，其中解码器电路包括输入逻辑装置，它用来从限幅装置接收输入信号，并且当使用8个轴时，还用来产生从0到15的区间输出信号，以及包括用来从当前矢量中减去一个以前的矢量从而产生一个输出信号序列的装置。

10.根据权利要求9的接收机，其中输出信号序列加到一个平均电路，平均电路的输出分别加到三个判断电路的输入端，判断电路用来检测相移的大小和极性，每个判断电路的输出都连接在一个输出逻辑电路上，该逻辑电路用来在输出数据线上产生数据输出信号。

11.根据权利要求1或7-10中任一项权利要求的接收机，其中解码装置是π/4-DQPSK解码器。

12.一种参考附图3、4、5、6、和7及如以上所说明的接收机。