CN1520667A - 基于时域叠加和卷积的调频同步波形成形电路 - Google Patents

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���
苏伟克
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Abstract

通过滤波、方波和/或脉冲成形信号的合成可以进行调频同步波形成形。尤其是，产生多个第一方波成形信号，并利用至少一个第一滤波器滤波，从而生成至少一个滤波信号。产生多个第二方波成形信号，并利用至少一个第二滤波器滤波，从而生成至少一个第二滤波信号。将上述至少一个第一和至少一个第二滤波信号合成，从而在限定有一信息率的多个数据周期的每一个内，生成一具有特征形状的连续成形波形。可替换的是，产生至少一个具有多个正弦脉冲的脉冲信号，每一正弦脉冲都包括正脉冲和负脉冲。上述至少一个脉冲信号利用至少一个滤波器滤波，从而生成上述连续成形波形。

Description

基于时域叠加和卷积的调频同步波形成形电路
相关申请的参考
本申请要求2001年6月25日申请的、发明名称为“基于时域叠加和卷积的调频同步波成形电路”的美国申请第60/301,055的优先权。
对于由联邦政府赞助研究或者开发完成的发明的权利声明
不适用
对于“序列表”、表格、或者在高密度磁盘上提交的计算机程序列表附件的参考。
不适用
发明背景
本发明通常涉及一种波形成形的技术，尤其是涉及单周期载波的成形技术。
在基带处的波形成形已经是通信信号传输的重要处理过程。这样的波形成形通常用在调制为载波之前，获得一带宽有效信号，从而传输一特定频带。传统的调制技术，例如频移键控(FSK)等已知的调制方案都需要处理多周期(multiple cycles)的载波信号，以使得接收器可以有效锁定并检测包含在原始信号中的单个符号。这样的技术通常需要调制的信号具有连续的相位。由于符号散布在多周期的载波信号内，系统利用上述传统技术传输的信号就不需要基于调频基础(cycle-by-cycle)进行波形成形。但当通信信号表示每一利用相对较少周期，或仅仅一个周期载波的符号时，单周期的载波成形就很有必要。而且仍需要调制信号具有连续的相位。
发明简述
通过滤波、方波和/或脉冲成形信号的合成可以进行调频同步波形成形。尤其是，产生多个第一方波成形信号，并利用至少一个第一滤波器滤波，从而生成至少一个滤波信号。产生多个第二方波成形信号，并利用至少一个第二滤波器滤波，从而生成至少一个第二滤波信号。将上述至少一个第一和至少一个第二滤波信号合成，从而在限定有一信息率的多个数据周期的每一个内，生成一具有特征形状的连续成形波形。在一实施例中，上述连续成形波形为一具有至少第一和第二频率的频移键控(FSK)信号，其中上述第一方波成形信号和至少一个第一滤波器对应于上述第一频率，其中上述第二方波成形信号和至少一个第二滤波器对应于上述第二频率。
可替换的是，产生至少一个具有多个正弦脉冲的脉冲信号，每一正弦脉冲都包括正脉冲和负脉冲。上述至少一个脉冲信号都利用至少一个滤波器滤波，从而生成上述连续成形波形。在一个实施例中，利用一方波成形信号同一延迟的方波成形信号差动合成(differentially combining)，从而产生至少一个上述正弦脉冲。
附图简述
图1说明一可以由调频同步波形成形特定技术生成的频移键控(FSK)信号。
图2说明一根据本发明的FSK调频同步波形成形电路的实施例。
图3是上述FSK调频同步波形成形电路的实施框图，
图4A，4B，5A和5B是代表不同差动合成的、用以生成所需FSK调频同步波形的滤波信号的时域坐标图。
图6是图3所示实施电路所生成的所需FSK调频同步波形的时域坐标图。
图7A是用在根据本发明中调频同步波形成形电路的第二实施例的卷积处理功能框图。
图7B和7C说明如何进行图7A所示的卷积处理、用以分别生成频移键控(FSK)信号或二进制移相键控(BPSK)信号的实例。
图8是根据本发明产生BPSK信号的调频同步波形成形电路的第二实施例800的框图。
图9是代表图8所示实施电路所产生的所需BPSK调频同步波形的时域坐标图。
发明详述
图1说明一可以由调频同步波形成形特定技术生成的频移键控(FSK)信号。该技术产生一FSK信号，通过低通滤波器发送一混合方波，生成一FSK信号。在每一预定的范围内，上述混合方波既可以是低频方波，也可以是高频方波。这样上述滤波输出就代表一FSK信号。但是由于上述混合方波包含低频方波和高频方波，上述单一的低通滤波器是不够的。这是由于上述低频方波的谐波并没有去掉。所以上述低频方波的谐波就会干扰上述输出信号中的高频方波。如图1所示，这就会产生一失真的FSK信号。下面探讨调频同步波形成形的更有效方式。
图2是一根据本发明的FSK调频同步波形成形电路200的示意性实施例的高电平功能框图。上述电路200生成一具有明显数据周期的FSK调频同步波形290，上述数据周期包括数据周期292，294，296和298。四个同步数字信号201，202，203和204作为上述电路的输入。在信号从高电平跃迁到低电平的时间段内，上述数字信号201和202每一都具有一周期长度T，反之亦然。类似的，数字信号203和204在信号从高电平跃迁到低电平的时间段内，每一都具有一周期长度T/2，反之亦然。一般的，上述数字信号201，202，203和204都可以利用任意传统技术例如数字逻辑，处理器或其它实施方式产生。
上述数字信号201通过数字设备单元211和低通滤波器221，产生一滤波信号231。数字信号202通过数字设备单元212和低通滤波器222，生成一滤波信号232。上述数字信号203通过数字设备单元213和低通滤波器223，产生一滤波信号233。最后数字信号204通过数字设备单元214和低通滤波器224，也产生一滤波信号234。上述数字设备单元211，212，213和214分别将上述数字信号201，202，203和204中的直流分量去掉。滤波信号231和232在组合器242处合成，形成一第一合成信号252，滤波信号233和234在组合器244处合成，形成一第二合成信号254。
上述第一合成信号252包括信号为“为零”的区域，例如输入信号201，202的区域“A”。图中示出了区域“A”中，上述数字信号201和202的相位差为180°。所以分别对应于上述信号201和202的滤波信号231和232在上述组合器242处合成的时候在区域“A”中就会彼此抵消。因此第一合成信号252在对应区域“A”的区域就具有一零信号。另一方面，在上述合成信号254对应于区域“A”的相同区域，该合成信号就会被放大。即在区域“A”，在数字信号203和204之间的相位差为0°。所以对应于数字信号203和204的滤波信号233和234在组合器244处合成的时候，在区域“A”内彼此明显叠加。
类似的，上述第二合成信号254在某些区域是一有效的零信号。例如在一示意性区域“B”中，数字信号203和204之间的相位差为180°。所以对应于数字信号203和204的滤波信号233和234在组合器244处合成的时候，在区域“B”内明显彼此抵消。所以第二合成信号254在区域“B”内是一有效的零信号。另一方面，在上述合成信号252对应于区域“B”的相同区域，该合成信号就会被放大。即在区域“B”，在数字信号201和202之间的相位差为0°。所以对应于数字信号201和202的滤波信号231和232在组合器242处合成的时候，在区域“B”内彼此明显叠加。
第一、第二合成信号252、254在组合器260处彼此合成，从而形成适于传输的FSK调频同步波形290。上述波形290具有明显的数据周期292，294，296和298。需要注意的是数据周期292，294，298对应于第一合成信号252提供一具有周期长度T的信号，第二合成信号254提供一有效零信号的区域。而且还要注意数据周期296对应于第二合成信号254提供一具有两周期、每一周期长度为T/2的信号，上述第一合成信号252提供一有效零信号的区域。
从图2中可以理解，叠加原则提供一可替换结构，其中合成数字信号201-204，从而在滤波之前，生成一中间数字信号。上述中间数字信号可以去掉直流分量，并利用一合适的低通滤波器进行低通滤波。
图3是FSK调频同步波形成形电路200的实施框图300。该实施产生一周期的信号，频率为f0(一周期为1/f0)，代表二进制位“1”，还产生一两周期的信号，频率为f1(一周期为1/f1)，代表二进制位“0”。这里，f1是一两倍于f0的频率。
延迟锁定回路(DLL)电路302接收一原始数据信号304和一异步时钟信号306，并执行锁定输入原始数据信号304的定时功能。上述DLL电路302输出一同步时钟信号(Sync Clk signal)308，一同步数据信号310，和一2×同步时钟信号312。上述同步时钟信号308的频率等于同步数据信号310的信息率。上述2×同步时钟信号312的频率两倍于同步数据信号310的信息率。时钟信号308和312和上述数据信号310都保持同步。
上述同步时钟信号308，同步数据信号310，和2×同步时钟信号312都输入一组合逻辑电路314，从而产生一低Dout信号321，一低时钟信号322，一高Dout信号323，和一高时钟信号324。上述低Dout信号321通过一耦合电容331和一低通滤波器341，形成一滤波信号351。上述低时钟信号322通过一耦合电容332和一低通滤波器342，形成一滤波信号352。上述高Dout信号323通过一延迟设备326，一耦合电容333和一低通滤波器343，形成一滤波信号353。上述高时钟信号324通过一延迟设备328，一耦合电容334和一低通滤波器344，形成一滤波信号354。
需要注意低Dour信号321和低时钟信号322一起表示用以指示二进制位“1”的低频f0信号的周期。但在这种实施方式中，上述低Dout信号321单独携带相关二进制位“1”位置的信息。低时钟信号322仅仅是一和低Dout信号321同步的时钟信号。尽管如此，低时钟信号322仍然和低Dout信号321组合，以确保数字信号321或322非零值的时间间隔至多为2TL，这里TL为信号321或322中两个可能跃迁之间的时间间隔。
类似的，高Dour信号323和高时钟信号324一起表示用以指示二进制位“0”的高频f1信号的周期。高Dout信号323单独携带相关二进制位“0”位置的信息。高时钟信号324仅仅是一和高Dout信号323同步的时钟信号。高Dout信号323仍然和高时钟信号324组合，以确保数字信号323或324非零值的时间间隔至多为2TH，这里TH为信号323或324中两个可能跃迁之间的时间间隔。
也需要注意的是低通滤波器341、342组成一低通滤波器组1，其中每一滤波器的截止频率对应于数字信号的脉冲频率1/2 TL(低Dout信号321和低时钟信号322)。低通滤波器343、344组成一低通滤波器组2，其中每一滤波器的截止频率对应于数字信号的脉冲频率1/2 TH(高Dour信号323和高时钟信号324)。上述低通滤波器321，322，323和324可以减小不同滤波信号中的谐波。上述低通滤波器321，322，323和324也可作为模拟无限响应的脉冲响应滤波器。当然也可以使用任何一种传统滤波器，例如巴特沃斯滤波器，贝塞尔滤波器等等。在一本发明的特定实施例中，上述低通滤波器就可以是巴特沃斯滤波器，众所周知，巴特沃斯滤波器有利于减小滤波信号邻近脉冲的失真。
延迟设备326和328用以增加高Dour信号323和高时钟信号324的延迟，以使得可以补偿低通滤波器组1和2之间的延迟差。上述延迟设备326和328可以利用可调数字延迟器，长传输路径或有线或其他方式来实施。
再来参考图3，上述滤波信号351、352在差动组合器360中差动合成，从而产生一第一差动合成信号364。在每一代表相关二进制位“0”的数据周期的区域内，上述滤波信号351、352在差动组合器360处明显相互抵消，所以上述第一差动合成信号364在上述区域内为一有效的零信号。类似的，滤波信号353、354在差动组合器362中差动合成，从而产生一第二差动合成信号368。在每一代表相关二进制位“1”的数据周期的区域内，上述滤波信号353、354在差动组合器362处明显相互抵消，所以上述第二差动合成信号368在上述区域内也为一有效的零信号。
上述第一、第二差动合成信号364、368在差动组合器370处彼此差动合成，从而生成适合于传输的所需FSK调频同步波形290。需要注意的是，应用不同的差动组合器360，362和370是由于要以不同的差动模式传输上述不同的信号，从而在消除噪音和正弦波成形上得以改善。在该实施例中，利用组合逻辑电路314控制上述低Dour信号321，低时钟信号322，高Dout信号323和高时钟信号324的极性来获得不同的信号。
应该注意的是，图3示出了一FSK调频同步波形产生的过程，也可以利用类似的实施方式通过产生不同相位的数字信号，并滤波和/或合成上述数字信号，产生一二进制移相键控(BPSK)或另一种移相键控(PSK)调频同步波形。
图4A，4B，5A和5B是代表不同差动合成的、用以生成所需FSK调频同步波形290的滤波信号的时域坐标图。图4A和4B分别代表滤波信号351和352。注意这两个信号的特征在于时间间隔TL。图5A和5B分别代表滤波信号353和354。注意这两个信号的特征在于时间间隔TH。图6是图3中所示电路产生的所需FSK调频同步波形290的时域坐标图。
图7A是用在根据本发明中调频同步波形成形电路的第二实施例800(图8)的卷积处理功能框图。数据脉冲702和延迟数据脉冲704在差动组合器706处差动合成，从而形成一具有正脉冲712和负脉冲714的脉冲对710。
上述延迟数据脉冲704相对于数据脉冲702延迟一精确时间量，而不类似上述数据脉冲702。该数据脉冲702和延迟数据脉冲704可以由数字逻辑，处理器或其他实施方式得以产生。上述数据脉冲702和延迟数据脉冲704在T/2-TS周期时间内重叠，当差动合成时，上述数据脉冲702和延迟数据脉冲704在这段重复周期内相互抵消，脉冲702和704没有重叠的部分生成脉冲对710中的正脉冲712和负脉冲714。
上述脉冲对710在上述时域内利用一高斯滤波器720卷积，从而生成一具有正半周732和负半周734的正弦脉冲730。上述脉冲对710的正脉冲712产生上述正半周732，类似上述高斯滤波器720的脉冲响应。上述脉冲对710的负脉冲714产生上述负半周734，类似上述高斯滤波器720的负脉冲响应。高斯滤波器720相比较于其他滤波器脉冲响应更紧密，振荡更小。高斯滤波器720也可以LC电路的形式来实现。但也可以使用其他的滤波器，例如巴特沃斯滤波器，贝塞尔滤波器等等。
图7B和7C是说明如何进行图7A所示的卷积处理、用以分别生成频移键控(FSK)信号或二进制移相键控(BPSK)信号的实例。图7A所示的卷积处理可以高度可控并在一特定时间内精确产生一正弦脉冲。在一特定时间位置产生并叠加合适的正弦脉冲，就可以生成例如FSK和BPSK信号等合适的数据调制信号。图7B说明通过串接具有2T周期长度的正弦脉冲和两个具有T周期长度的正弦脉冲，可以生成一部分PSK信号。图7C说明通过串接具有T周期长度的正弦脉冲和另一具有T周期长度、但振幅方向相反的正弦脉冲，可以生成一部分BPSK信号。
图8是根据本发明产生BPSK信号的调频同步波形成形电路的第二实施例800的框图。这里，两个单独的正弦脉冲802和804在特定时间位置产生，并差动合成所需BPSK调频同步波形806的一部分。尽管在图8中只示出了正弦脉冲802和804，但可以理解其他前面，下列或即使和正弦脉冲802、804重叠的脉冲也都可以用于差动合成上述BPSK调频同步波形806的其他部分。
参考图8，产生的数字信号810包含周期长度T的数据脉冲，并被供给电路800。一AND功能块811接收上述数字信号810和时钟信号812，时钟信号812的脉冲周期长度为T/2，并同步于上述时钟信号810。AND功能块811输出一半周信号813。通过这一方式，就可以提取数字信号810中每一代表二进制位“1”(或二进制位“高”)的脉冲，并减少为半占空周期，从而生成一半周信号813。延迟设备814接收上述半周信号813，并延迟TS，产生一延迟半周信号815。上述半周信号813和延迟半周信号815在一差动组合器816处差动合成，从而生成一脉冲对818。
上述数字信号810在一反向器819处反向，产生一反向的数字信号820。一AND功能块821接收上述反向数字信号820和时钟信号812，时钟信号812的脉冲周期长度为T/2，并同步于上述反向信号820。AND功能块811输出一半周信号823。通过这一方式，就可以提取数字信号810中每一代表二进制位“0”(或二进制位“低”)  的脉冲，并减少为半占空周期，从而产生一半周信号823。延迟设备814接收上述半周信号823，并延迟TS，产生一延迟半周信号825。上述半周信号823和延迟半周信号825在一差动组合器826处差动合成，从而生成一脉冲对828。
脉冲再生电路830接收上述脉冲对818，并产生一再生脉冲对信号832。类似的，一脉冲再生电路840接收上述脉冲对828，并产生一再生脉冲对信号842。在某些情况下，上述脉冲对818、828对合适脉冲信号没有合适的信号电平和/或形式。举例来说，支持上述数字信号813，815，823和825的数字数据缓冲使得这些信号转换率很低，从而导致脉冲对信号818、828中的正脉冲和负脉冲产生“污点”。这些正、负脉冲所以就缺乏适当的信号电平和/或形式。而上述脉冲再生电路830、840就校正了这个问题，它们通过调节上述信号电平和/或其它再生脉冲对信号832、842特性，从而提供合适的脉冲信号。
差动组合器854接收上述再生脉冲对信号832、842，并生成一合成再生脉冲对信号852。周期长度为T/2-TS的高斯滤波器854接收上述合成再生脉冲对信号852，并生成上述BPSK调频同步波形806。可替换的是，上述再生脉冲对信号832、842可以单独滤波，然后被差动合成。在这种情况下，就需要有两个高斯滤波器。图9是表示图8所示实施电路所产生的所需BPSK调频同步波形的时域坐标图。
应该注意的是，图8示出了BPSK调频同步波形的产生过程，通过根据不同的频率产生脉冲对，并将这种脉冲对进行滤波和/或合成，从而可以通过类似的实施方式产生一FSK调频同步波形。
尽管以特定实施例的方式叙述了本发明，但对于本领域技术人员显而易见的是本发明的范围并不仅仅限定于所述的特定实施例。
相应的，说明书和附图也仅仅是作为示意性的，而并不是一种限制。而非常明显的是，添加，修改，替换或其他变化在不偏离本发明权利要求的精神和范围内也都是可以的。

Claims (28)

1、一种产生连续成形波形、用以在通信系统中传输的方法，该方法包括：
产生多个第一方波成形信号；
将上述第一方波成形信号滤波，产生至少一个滤波信号；
产生多个第二方波成形信号；
将上述第二方波成形信号滤波，产生至少一个第二滤波信号；
将上述至少一个第一和至少一个第二滤波信号合成，从而生成一连续成形波形，上述连续成形波形在每一限定有一信息率的多个数据周期内具有特征形状。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于上述第一滤波信号在至少一个上述数据周期内明显相互抵消。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于上述第二滤波信号在至少一个上述数据周期内明显相互叠加。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于上述连续成形波形是一频移键控(FSK)信号，具有至少一第一频率分量和一第二频率分量，其中上述第一频率分量基于上述第一方波成形信号，上述第二频率分量基于上述第二方波成形信号。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于上述第一和第二方波成形信号为数字信号。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于上述第一和第二方波成形信号为同步信号。
7、如权利要求1所述的方法，进一步包括从上述第一和第二方波成形信号中去掉直流分量的步骤。
8、如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在将上述第一方波成形信号滤波之前，合成上述第一方波成形信号；
在将上述第二方波成形信号滤波之前，合成上述第二方波成形信号。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于上述第一方波成形信号在至少一个上述数据周期内明显相互抵消。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于上述第二方波成形信号在至少一个上述数据周期内明显相互叠加。
11、如权利要求1所述的方法，其特征在于上述至少一个第一滤波信号和上述至少一个第二滤波信号差动合成。
12、如权利要求8所述的方法，其特征在于上述第一方波成形信号和上述第二方波成形信号差动合成。
13、如权利要求1所述的方法，其特征在于将上述第一方波成形信号滤波包括：利用高斯式滤波，贝塞尔式滤波和巴特沃思滤波操作中的一种。
14、如权利要求1所述的方法，其特征在于上述连续成形波形是一种移相键控(PSK)信号。
15、如权利要求14所述的方法，其特征在于上述PSK信号是一种二进制移相键控(BPSK)信号。
16、一种产生连续成型波形、适于在通信系统中传输的系统，该系统包括：
产生多个第一方波成形信号的装置；
将上述第一方波成形信号滤波、产生至少一个滤波信号的装置；
产生多个第二方波成形信号的装置；
将上述第二方波成形信号滤波、产生至少一个第二滤波信号的装置；
将上述至少一个第一和至少一个第二滤波信号合成、生成一连续成形波形的装置，上述连续成形波形在每一限定有一信息率的多个数据周期内具有特征形状。
17、一种产生连续成型波形、适于在通信系统中传输的方法，该方法包括：
产生至少一个具有多个正弦脉冲的脉冲信号，每一正弦脉冲都包括正脉冲和负脉冲；
将上述至少一个脉冲信号滤波，从而产生上述连续成形波形，上述波形在每一限定有一信息率的多个数据周期内具有特征形状。
18、如权利要求17所述的方法，进一步包括在上述滤波步骤之前，合成上述脉冲信号。
19、如权利要求17所述的方法，进一步包括在上述滤波步骤之后，合成上述脉冲信号。
20、如权利要求17所述的方法，其特征在于至少一个上述正弦脉冲由将方波成形信号和一延迟的方波成形信号差动合成而得以产生。
21、如权利要求20所述的方法，其特征在于上述方波成形信号为数字信号。
22、如权利要求20所述的方法，其特征在于上述成形信号为同步信号。
23、如权利要求18或19所述的方法，其特征在于上述脉冲信号差动合成。
24、如权利要求17所述的方法，其特征在于根据下列一种进行滤波：高斯滤波器，贝塞尔滤波器和巴特沃思滤波器。
25、如权利要求17所述的方法，其特征在于上述连续成形波形是一种移相键控(PSK)信号。
26、如权利要求25所述的方法，其特征在于上上述PSK信号是一种二进制移相键控(BPSK)信号。
27、如权利要求17所述的方法，其特征在于上述连续成形波形是一频移键控(FSK)信号。
28、一种产生连续成形波形、适于在通信系统中传输的系统，该系统包括：
产生至少一个具有多个正弦脉冲的脉冲信号的装置，每一正弦脉冲都包括正脉冲和负脉冲；
将上述至少一个脉冲信号滤波、从而产生上述连续成形波形的装置，上述波形在每一限定有一信息率的多个数据周期内具有特征形状。
CNA028127978A 2001-06-25 2002-06-24 基于时域叠加和卷积的调频同步波形成形电路 Pending CN1520667A (zh)

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