CN1221114C - 频移键制/高斯频移键制讯号接收器及其接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频移键制/高斯频移键制(FSK/GFSK)讯号接收器及其接收方法，该讯号接收器包含：一FSK/GFSK讯号解调器，接收从天线收到的传输讯号，并放大及过滤后产生中频(基频)讯号；一模拟数字转换器，接收前述的中频(基频)讯号，并转换成数字信号；一数字频率鉴别器，接收前述的数字信号，并产生鉴别信号；一数字带通滤波器，过滤鉴别信号的高频成分与直流成分，并产生解调信号；及一准位判断器，接收解调信号并产生接收信号；本发明利用数字滤波电路过滤鉴别信号的直流偏移量，产生一不受频率偏移直流成分影响的解调讯号，使后级的准位判断器不需依据信号的直流准位即可正确判断解调信号。

Description

频移键制/高斯频移键制讯号接收器及其接收方法

技术领域

本发明涉及自动频率偏移补偿器，特别是利用数字滤波器来滤除频移键制(Frequency Shift Keying，FSK)/高斯频移键制(GaussianFrequency Shift Keying，GFSK)解调器中因频率偏移值(frequencyoffset)所造成的DC电压的一种频移键制/高斯频移键制(FSK/GFSK)讯号接收器及其接收方法。

背景技术

由于尺寸、成本等的限制，在许多场合下，频率合成器(synthesizer)、石英振荡器(quartz oscillator)或其他具有高精确度振荡频率的装置无法用来产生射频(radio frequency)。因此，一般的射频(radio unit)以自动频率控制来执行发射端(transmission side)与接收端(receptionside)之间的频率偏移(frequency offset)。

图1所示为一般接收FSK/GFSK讯号的接收器的方块图。如该图所示，该接收器10包含一天线11、一讯号解调器(signal demodulator)12、一频率鉴别器(Frequency Discriminator)13、以及一资料输出单元14。讯号解调器12是将天线11所接收的讯号过滤放大，包含一带通滤波器121(band-pass filter)、一第一放大器(Amplifier)122、一混波器(Mixer)123、一振荡器124、一第二放大器125、以及一振幅限制器(Limiter)126。天线11接收从发射端(图未示)发射的射频讯号，产生接收信号后传给讯号解调器12。讯号解调器12从接收信号萃取出(extract)所需频率范围并放大后输出。最后利用频率鉴别器13解调出所收到的信号，并经由输出单元14输出解调信号。然而，在此通讯系统中，由于传送端与接收端的载波(carrier)频率的偏移(offset)，会造成频率鉴别器的输出信号包含一直流偏移值，而导致输出单元误判。

一般FSK/GFSK接收器输出单元14系采用由电阻142与电容144组成的模拟式低通滤波器取得频率鉴别器13输出信号的直流准位，再经由比较器15比较频率鉴别器13的输出信号与该直流准位而产生解调信号。频率鉴别器13的输出信号经由缓冲器141与电阻142对电容144充电，并由控制开关143控制充电时间，以取得频率鉴别器13的直流准位。然后，将控制开关143打开(Turn off)，利用电容144所保存的电压作为比较器15的准位依据，借以产生正确的解调信号。

但是，上述输出单元14中有几项问题会影响解调信号的正确性。首先，控制开关143的切换时间与所取得的直流准位的精确度有极大影响。第二是电阻与电容的大小必须依所设计的系统进行个别评估。第三，切换开关143必须由后级控制单元(图未示)来控制，增加制造成本。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是提出利用数字滤波单元过滤频率偏移值所造成的直流成份的一种频移键制/高斯频移键制(FSK/GFSK)讯号接收器及其接收方法。

为达成上述目的，本发明的一种频移键制/高斯频移键制(FSK/GFSK)讯号接收器，包含：一FSK/GFSK讯号解调器，系接收从天线收到的传输讯号，并放大及过滤后产生中频(基频)讯号；一模拟数字转换器，接收FSK/GFSK讯号解调器的中频(基频)讯号，并转换成数字信号；一数字频率鉴别器，接收模拟数字转换器的数字信号，并产生鉴别信号；一数字带通滤波器，过滤鉴别信号的高频成分与直流成分，并产生解调信号；以及，一准位判断器，接收解调信号并产生接收信号。而数字带通滤波器可由数字低通滤波器与数字高通滤波器串接而成。因此，本发明的频移键制/高斯频移键制(FSK/GFSK)讯号接收器，利用数字滤波电路将鉴别信号的直流偏移量过滤，产生一不受频率偏移直流成分影响的解调讯号，使后级的准位判断器不需要依据信号的直流准位即可正确判断解调信号。

附图说明

图1为现有技术接收FSK/GFSK讯号接收器的方块图；

图2为本发明FSK/GFSK讯号接收器的方块图；

图3为图2的部分单元的实施例；

图4为图3中，低通滤波器的输出信号未经过数字滤波电路的信号B的波形；

图5为图3中，低通滤波器的输出信号经过数字滤波电路的信号A的波形；

图6为本发明的FSK/GFSK讯号接收器的流程图。

图中元件参数符号说明：

12 讯号解调器

20 FSK/GFSK讯号接收器

21 模拟数字转换器

22 数字频率鉴别器

23 有限脉冲响应数字低通滤波器

24 无限脉冲响应数字滤波电路

25 准位判断器

具体实施方式

以下参考附图详细说明本发明的频移键制/高斯频移键制(FSK/GFSK)讯号接收器。

图2所示为本发明的FSK/GFSK讯号接收器的方块图。如该图所示，本发明的FSK/GFSK讯号接收器20与一般的FSK/GFSK讯号接收器(参考图1)类似，均包含天线11以及讯号解调器12。且该等单元的架构与功能与一般的讯号接收器(参考图1)类似，在此不再重复说明。

除了上述单元外，本发明FSK/GFSK讯号接收器20还包含一模拟数字转换器(Analog/Digital Converter，ADC)21、一数字频率鉴别器(DigitalFrequency Discriminator)22、一有限脉冲响应数字低通滤波器(FiniteImpulse Response Digital Low Pass Filter)23、一无限脉冲响应数字滤波器(Infinite Impulse Response Digital Filter)24、及一准位判断器(slicer)25。模拟数字转换器21接收讯号解调器12的讯号并将该讯号转换成数字信号DS。该数字信号DS经由数字频率鉴别器22鉴别出所需的频率的信号后，借由数字低通滤波器23让所要的低频讯号通过，产生第一解调信号。接着，利用无限脉冲响应数字滤波器24滤除直流成分后产生不具直流成分的第二解调信号。该第二解调信号经由准位判断器25转换成接收信号。由于无限脉冲响应数字滤波器24产生的第二解调信号不具直流成分，所以准位判断器25仅需要一比较器251即可，而且所输出的解调信号不会受到直流偏移值的影响而误判。

图3显示为图2的部分单元的实施例。在此实施例中输入的中频(Inter-medium frequency)信号IF的频率为1MHz，且具有一150KHz的频率偏移值。该信号的符元速率(symbol rate)为1Mbps，且模拟数字转换器21的取样速度(sampling rate)fs＝32MHz。另外，有限脉冲响应数字低通滤波器23的转移函数为h(z)＝h₀+h₁z^-1+…+h₆₃z^-63，且通过频带(pass-band)为0-0.2MHz，停止频带(stop-band)为2M以上。h(z)函数的系数的设计为数字信号处理(Digital Signal Processing)领域的现有技术，设计方法可参考相关文献，或使用相关的电脑软件辅助设计(例如MATLAB^R的Signal Processing Toolbox)。同时该有限脉冲响应数字低通滤波器23的高斯(Gaussian)BT Product为0.5。另外，无限脉冲响应数字滤波器24的转移函数为 $g\left(z\right)=\frac{1-z^{-2}}{1-{{(1-2^{-g})}_2}^{-2}}.$

由于数字滤波器的频率响应 $G\left(f\right)=g\left[e^{j\frac{2\mathrm{nf}}{f_0}}\right],$ 可得知该数字滤波器在频率f＝0Hz及f＝16MHz时(即g(z)在z＝1以及z＝-1时)其频率响应皆为0。由于输入该滤波器的第一解调信号已于前一级的有限脉冲响应数字低通滤波器23将2MHZ以上的频率成分滤除，因此无限脉冲响应数字滤波器24的实际功能在于将第一解调信号的直流成分滤除。此外，上述有限脉冲响应数字低通滤波器23与滤除直流成分的无限脉冲响应数字滤波器24亦可交换其先后顺序。或是使用数字信号处理的现有技术设计一适当的带通滤波器来取代两个串接的数字低通滤波器与数字高通滤波器，借以同时滤除鉴别信号中的高频成分与直流成分。

图4为图3实施例中，有限脉冲响应数字低通滤波器23的输出信号未经过无限脉冲响应数字滤波电路24的信号B的波形，图5为图3实施例中，有限脉冲响应数字低通滤波器23的输出信号经过无限脉冲响应数字滤波电路24的信号A的波形。如图4所示的波形，有限脉冲响应数字低通滤波器23的输出信号由于受到一150KHz频率偏移的影响，所以产生了大约0.4V的直流偏移电压(DC offset)。该0.4V的偏移电压会导致输出单元(准位判断器25)误判。但是，如图5所示的波形，有限脉冲响应数字低通滤波器23的输出信号经过无限脉冲响应数字滤波电路24后，已消除直流偏移电压。所以，准位判断器25不会产生误判。

图6显示本发明的频移键制/高斯频移键制(FSK/GFSK)讯号接收方法的流程图。如该图所示，本发明的接收方法大致分成五个步骤。以下分别根据该流程图说明每个步骤的动作：

步骤S600：开始。

步骤H602：讯号接收步骤，接收从天线收到的传输讯号，并放大及过滤后产生中频(基频)讯号。

步骤S604：讯号转换步骤，将中频(基频)讯号转换成数字信号。

步骤S606：讯号频率鉴别步骤，鉴别数字信号的频率，并产生鉴别信号。

步骤S608：信号过滤步骤，过滤鉴别信号的高频成分与低频成分，并产生解调信号。

步骤S610：判断准位步骤，判断解调信号的准位并产生接收信号。

步骤S612：结束。

在步骤S608中，本发明方法是利用一带通滤波器将鉴别信号的高频成分与直流成分过滤。因此，所产生的解调信号将不会包含直流成分，故在步骤S610的判断准位步骤中，可使用如比较器等的准位判断器正确地产生接收信号。且如上所述，带通滤波器可由一有限脉冲响应数字低通滤波器串接一无限脉冲响应数字滤波器所构成。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。

Claims (5)

1.一种频移键制/高斯频移键制讯号接收器，其特征是：它包含：

一接收从天线收到的传输讯号、并经放大及过滤后产生中频讯号的频移键制/高斯频移键制讯号解调器；

一接收前述频移键制/高斯频移键制讯号解调器的中频讯号、并转换成数字信号的模拟数字转换器；

一接收前述模拟数字转换器的数字信号、并产生鉴别信号的数字频率鉴别器；

一过滤前述鉴别信号的高频成分与低频成分、并产生解调信号的数字带通滤波器；以及，

一接收前述解调信号并产生接收信号的准位判断器。

2.根据权利要求1所述的频移键制/高斯频移键制讯号接收器，其特征是：其中前述数字带通滤波器包含串接的数字低通滤波器与数字高通滤波器。

3.根据权利要求2所述的频移键制/高斯频移键制讯号接收器，其特征是：其中前述数字低通滤波器为一有限脉冲响应数字低通滤波器。

4.根据权利要求2所述的频移键制/高斯频移键制讯号接收器，其特征是：其中前述数字高通滤波器为一无限脉冲响应数字滤波器。

5.一种频移键制/高斯频移键制讯号接收方法，其特征是：包含下列步骤：

接收讯号，接收从天线收到的传输讯号，并经放大及过滤后产生中频讯号；

讯号转换，将前述中频讯号转换成数字信号；

讯号频率鉴别，鉴别前述数字信号的频率，并产生鉴别信号；

信号过滤，过滤前述鉴别信号的高频成分与低频成分，并产生解调信号；以及判断准位，判断前述解调信号的准位并产生接收信号。

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