CN1735084A - 正交解调器和正交信号的解调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信领域，公开了一种正交解调器和正交信号的解调方法。用于解调中频正交调制信号的正交解调器(210，220)，它包括过采样带通增量总和调制模数转换器以及数字滤波器和加法器或抽取器。其有别于传统的正交解调器的特点是数字化解调方式：先借助过采样带通增量总和调制模数转换器把接收到的中频信号数字化。把来自模数转换器的数字化信号分离开，再利用数字滤波器和加法器或抽取器实现解调。由于本发明采用了数字化的解调方式，因此避免了模拟解调方式中含有直流偏置、易受干扰、设计困难的缺点，并且信噪比高。与现有的数字化解调方式相比，本发明的正交解调器(210，220)算法先进，节省了一半多的计算量，因此功耗小、设计更简单、更容易集成、生产成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及正交解调技术。
背景技术
在许多现代通信系统中，因为提高效率以及提高检测和校正传输误差而应用数字传输。数字传输格式包括二进制相移键控(Binary Phase ShiftKeying，简称“BPSK”)、四元的相移键控(Quaternary Phase Shift Keying，简称“QPSK”)、偏移四元相移键控(Offset Quaternary Phase Shift Keying，简称“OQPSK”)、正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，简称“QAM”)、最小频移键控(Minimum Shift Keying，简称“MSK”)、高斯最小频移键控(Gauss Minimum Shift Keying，简称“GMSK”)等。应用数字传输的通讯系统包括码分多址(Code division Multiple Access，简称“CDMA”)通信系统、卫星通信系统、雷达系统、无限局域网等。
在数字传输系统中，用数字化数据来调制应用上列格式之一的正弦载波，形成中频(Intermediate Frequency，简称“IF”)信号。再经过滤波，放大和上变频至射频(Radio Frequency，简称“RF”)信号后，将其发送到目的装置。在目的装置处，通过接收机接收所发送的RF信号并对其进行解调。
正交解调器(又称I/Q解调器)的作用是把接收到的正交中频信号恢复为基带信号，分两路输出(I路和Q路，又称同相路，正交路)给后续的数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)芯片处理。在图1中示出现有技术的示例模拟解调器的方框图，它用于QPSK、OQPSK和QAM等调制信号的正交解调。在正交解调器110内，将由RF信号下变频得到的IF信号提供给混频器112a和112b。正弦波产生器114产生与接收IF信号中心频率同频的正弦波，经过相移器116分别与IF信号混频。将混频器112a产生的信号提供给低通滤波器118a滤波，得到基带信号。将基带信号通过低通模数转换器120a，产生同相(I)信号。将混频器112b产生的信号提供给低通滤波器118b滤波，得到基带信号。将基带信号通过低通模数转换器120b，产生正交(Q)信号。
模拟的I/Q解调器从60年代起已经使用了很多年，但存在着一些不可避免的不足。图1中的混频器112a和112b的隔离性能如果不理想，就会出现自混频的想象，导致产生直流偏置。图1的解调器用的是模拟的解调方式，不利于集成且易受干扰。90年代起出现了数字的I/Q解调器，使得后续的电路转化为数字处理的方式。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种正交解调器和正交信号的解调方法，以及用于正交解调卫星信号的方法和用于正交解调分组语音信号的方法，使得解调器能以数字化的方式工作，避免模拟电路中的固有缺陷，并且获得很高的信噪比，而且电路的功耗小。
为实现上述目的，本发明提供了一种正交解调器，包含：
过采样带通增量总和调制模数转换器，用于接收一个模拟输入信号并数字化，提供数字化输出信号；
4倍时域分离器，用于接收所述数字化输出信号并按采样顺序分离，提供第一分离信号、第二分离信号、第三分离信号和第四分离信号；
连接到所述4倍时域分离器的第一数字滤波器，用于接收所述第一分离信号并提供第一解调信号；
连接到所述4倍时域分离器的第二数字滤波器，用于接收所述第三分离信号并提供第二解调信号；
连接到所述4倍时域分离器的第三数字滤波器，用于接收所述第二分离信号并提供第三解调信号；
连接到所述4倍时域分离器的第四数字滤波器，用于接收所述第四分离信号并提供第四解调信号；
连接到所述第一和第二数字滤波器的第一加法器，用于接收所述第一和第二解调信号，所述第一加法器提供同相输出；
连接到所述第三和第四数字滤波器的第二加法器，用于接收所述第三和第四解调信号，所述第二加法器提供正交输出。
其中，用有源器件实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器。
在专用集成电路(ASIC)内实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器、4倍时域分离器、数字滤波器和加法器。
本发明还提供了一种正交解调器，包含：
过采样带通增量总和调制模数转换器，用于接收一个模拟输入信号并数字化，提供数字化输出信号；
奇偶分离器，用于接收所述数字化输出信号并提供偶信号和奇信号；
连接到所述奇偶分离器的第一数字滤波器，用于接收所述偶信号并提供第一解调信号；
连接到所述奇偶分离器的第二数字滤波器，用于接收所述奇信号并提供第二解调信号；
连接到所述第一数字滤波器的第一抽取器，用于接收所述第一解调信号并提供同相输出；
连接到所述第二数字滤波器的第二抽取器，用于接收所述第二解调信号并提供正交输出。
其中，用有源器件实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器。
在专用集成电路(ASIC)内实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器、奇偶分离器、数字滤波器和抽取器。
本发明还提供了一种用于解调正交信号的方法，包含以下步骤：
用模数转换器把接收信号数字化以提供数字化已调信号；
用奇偶分离器分离所述数字化已调信号以提供奇偶信号对；
用一对数字滤波器处理所述奇偶信号对以提供正交解调信号对；
用一对抽取器处理所述正交解调信号对以提供同相路、正交路解调信号。
其中，选择所述模数转换器的采样率为接收带通信号中心频率的4倍以提供所述数字化已调信号。
本发明还提供了一种用于正交解调卫星信号的方法，包含以下步骤：
用模数转换器把接收信号数字化以提供数字化已调信号；
用奇偶分离器分离所述数字化已调信号以提供奇偶信号对；
用一对数字滤波器处理所述奇偶信号对以提供正交解调信号对；
用一对抽取器处理所述正交解调信号对以提供同相路、正交路解调信号。
本发明还提供了一种用于正交解调分组语音信号的方法，包含以下步骤：
用模数转换器把接收信号数字化以提供数字化已调信号；
用奇偶分离器分离所述数字化已调信号以提供奇偶信号对；
用一对数字滤波器处理所述奇偶信号对以提供正交解调信号对；
用一对抽取器处理所述正交解调信号对以提供同相路、正交路解调信号。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于：
本发明是一种数字化的正交解调器。在本发明中，采用过采样带通增量总和调制模数转换器对接收到的IF信号进行采样、量化，产生一个数字化的信号。解调电路也相应的成为数字电路。结果是改进了模拟式的正交解调器中含有直流偏置，抗干扰能力差等不可避免的缺陷。
本发明在数字化时，采样频率使用高于奈奎斯特频率的4倍IF中心频率进行采样。使得量化噪声分布在一个更广泛的频率范围内，信号带宽内的噪声大大减小。之后的数字滤波器可以移去带外噪声并且改善分辨率。由此得到一个很高的信噪比。
本发明在数字化后的接收信号并不直接进行解调，而是通过分离后再解调。使得之后数字滤波器的结构简化，总系数比直接解调的方式少了将近一半。结果是减少了数字滤波器内乘法器、加法器的数量。功耗也相应的降低。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果：与现有的模拟正交解调器相比本发明采用了数字化解调方式，彻底避免了模拟电路中的缺点。不会因自混频而产生直流偏置，不易受干扰。并且电路设计简单，信噪比高，性能可靠，更有利于在集成电路内实现。
与现有的数字正交解调器相比本发明采用了把接收到的信号数字化后分离的算法，降低了信号的处理速度，节省了一半的计算量，使得后续乘法器、加法器的数量相应减少。这样带来的直接好处就是可处理带通信号的带宽增大，并且减小了集成电路版图的面积，降低了成本与功耗。
附图说明
图1是现有技术的示例解调器的方框图，将它用于QPSK、OQPSK、QAM、MSK和GMSK的信号正交解调；
图2是本发明的一示例解调器的方框图，将它用于QPSK、OQPSK、QAM、MSK和GMSK的正交解调；
图3是本发明的另一示例解调器的方框图，将它用于QPSK、OQPSK、QAM、MSK和GMSK的正交解调。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参考附图，在图2中示出本发明的一示例正交解调器的框图。将它用于QPSK、OQPSK、QAM、MSK和GMSK的正交解调。可以将此正交解调器结合到任何接收系统，如卫星接收系统。在正交解调器210中，将IF信号输入过采样增量总和调制模数转换器进行数字化。之后利用4倍时域分离器进行分离，得到第一、第二、第三、第四分离信号。这4路信号分别经过数字滤波器I1，Q1，I2，Q2滤波。将数字滤波器I1，I2的输出信号通过加法器相加即可得到I路信号；将数字滤波器Q1，Q2的输出信号通过加法器相加即可得到Q路信号。
图2所示的正交解调器工作时，首先将接收到的带通RF信号放大滤波，然后和本地振荡器1产生的正弦波混频，下变频滤波后得到IF1信号。此信号再和本地振荡器2产生的另一正弦波混频，再次下变频后得到IF2信号。此时信号的频率与RF信号相比已经下降了2个数量级，为数字化解调提供了技术保障。将IF2信号输入过采样带通增量总和调制模数转换器212，进行4倍过采样，即采样频率控制为输入带通信号中心频率的4倍。过采样与普通的奈奎斯特采样相比能有效地抑制量化噪声。此模块在功能上相当于把模拟正交解调器中放在最后的模数转换器提前，率先把信号采样，量化，得到数字化信号。为后续的数字解调提供了基础。将数字化信号提供给4倍时域分离器214，分为四路。此分离解调的思想是本发明的重点所在。利用这一算法，数字化信号经过分离后速度下降到原来的1/4，使得后续数字滤波器电路的运算负担也下降到原来的1/4，因此电路设计简单。将来自4倍时域分离器214的第一、第三分离信号分别提供给数字滤波器216a、216b，滤波后得到I路的基带信号。将两路滤波后的信号合并后即可得到同相(I)路信号。将来自4倍时域分离器214的第二、第四分离信号分别提供给数字滤波器216c、216d，滤波后得到Q路的基带信号。将两路滤波后的信号合并后即可得到正交(Q)路信号。
在图3中示出本发明的另一示例正交解调器的框图。将它用于QPSK、OQPSK、QAM、MSK和GMSK的正交解调。可以将此正交解调器结合到任何接收系统，如卫星接收系统。在正交解调器220中，将IF信号输入过采样增量总和调制模数转换器进行数字化，之后利用奇偶分离器实现奇偶分离。将分离得到的奇偶信号对直接通过各自的数字滤波器I、Q实现解调。输出解调信号再通过抽取器去处冗余信息得到I路、Q路解调信号。
图3所示的正交解调器工作时，经与正交解调器210同样的方法得到IF2信号，提供给过采样带通增量总和调制模数转换器222，进行4倍过采样，得到的数字接收信号提供给奇偶分离器224，按奇偶顺序分为两路。将偶路信号直接提供给数字滤波器226a进行滤波，即可得到基带信号。此信号可以做为I路信号来使用，但因前置的过采样带通增量总和调制模数转换器222进行4倍的过采样，所以此时的基带信号包含冗余信息。可将来自数字滤波器226a的信号提供给抽取器228a，除去冗余信息的同时进一步滤除噪声，得到I路信号；将奇路信号提供给数字滤波器226b，同样得到冗余的基带信号，将来自数字滤波器226b的信号提供给抽取器228b，得到Q路信号。
图2，图3的实施方案中将数字信号进行分离后再处理的方法是本发明的关键所在。其算法原理已经得到数学证明，软件仿真的结果也进一步揭示其正确性。在解调之前进行分离能有效地降低信号的频率，提高电路所能处理的带宽范围，并且因运算量的降低而使后续的滤波器中所需乘法器、加法器数量明显减少，设计更简单。带来的直接好处就是在利用集成电路实现时，面积更小，功耗更低，成本更低。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种正交解调器，其特征在于，包含：
过采样带通增量总和调制模数转换器，用于接收一个模拟输入信号并数字化，提供数字化输出信号；
4倍时域分离器，用于接收所述数字化输出信号并按采样顺序分离，提供第一分离信号、第二分离信号、第三分离信号和第四分离信号；
连接到所述4倍时域分离器的第一数字滤波器，用于接收所述第一分离信号并提供第一解调信号；
连接到所述4倍时域分离器的第二数字滤波器，用于接收所述第三分离信号并提供第二解调信号；
连接到所述4倍时域分离器的第三数字滤波器，用于接收所述第二分离信号并提供第三解调信号；
连接到所述4倍时域分离器的第四数字滤波器，用于接收所述第四分离信号并提供第四解调信号；
连接到所述第一和第二数字滤波器的第一加法器，用于接收所述第一和第二解调信号，所述第一加法器提供同相输出；
连接到所述第三和第四数字滤波器的第二加法器，用于接收所述第三和第四解调信号，所述第二加法器提供正交输出。
2.根据权利要求1所述的正交解调器，其特征在于，用有源器件实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器。
3.根据权利要求1所述的正交解调器，其特征在于，在专用集成电路(ASIC)内实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器、4倍时域分离器、数字滤波器和加法器。
4.一种正交解调器，其特征在于，包含：
过采样带通增量总和调制模数转换器，用于接收一个模拟输入信号并数字化，提供数字化输出信号；
奇偶分离器，用于接收所述数字化输出信号并提供偶信号和奇信号；
连接到所述奇偶分离器的第一数字滤波器，用于接收所述偶信号并提供第一解调信号；
连接到所述奇偶分离器的第二数字滤波器，用于接收所述奇信号并提供第二解调信号；
连接到所述第一数字滤波器的第一抽取器，用于接收所述第一解调信号并提供同相输出；
连接到所述第二数字滤波器的第二抽取器，用于接收所述第二解调信号并提供正交输出。
5.根据权利要求4所述的正交解调器，其特征在于，用有源器件实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器。
6.根据权利要求4所述的正交解调器，其特征在于，在专用集成电路(ASIC)内实现所述过采样带通增量总和调制模数转换器、奇偶分离器、数字滤波器和抽取器。
7.一种用于解调正交信号的方法，其特征在于，包含以下步骤：
用模数转换器把接收信号数字化以提供数字化已调信号；
用奇偶分离器分离所述数字化已调信号以提供奇偶信号对；
用一对数字滤波器处理所述奇偶信号对以提供正交解调信号对；
用一对抽取器处理所述正交解调信号对以提供同相路、正交路解调信号。
8.根据权利要求7所述的用于解调正交信号的方法，其特征在于，选择所述模数转换器的采样率为接收带通信号中心频率的4倍以提供所述数字化已调信号。
9.一种用于正交解调卫星信号的方法，其特征在于，包含以下步骤：
用模数转换器把接收信号数字化以提供数字化已调信号；
用奇偶分离器分离所述数字化已调信号以提供奇偶信号对；
用一对数字滤波器处理所述奇偶信号对以提供正交解调信号对；
用一对抽取器处理所述正交解调信号对以提供同相路、正交路解调信号。
10.一种用于正交解调分组语音信号的方法，其特征在于，包含以下步骤：
用模数转换器把接收信号数字化以提供数字化已调信号；
用奇偶分离器分离所述数字化已调信号以提供奇偶信号对；
用一对数字滤波器处理所述奇偶信号对以提供正交解调信号对；
用一对抽取器处理所述正交解调信号对以提供同相路、正交路解调信号。
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| CN 200410053326 CN1735084A (zh) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | 正交解调器和正交信号的解调方法 |
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| CN (1) | CN1735084A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107656153A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-02-02 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种采用矢量分析实现微放电效应检测的装置和方法 |
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2004
- 2004-08-02 CN CN 200410053326 patent/CN1735084A/zh active Pending
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| CN107656153A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-02-02 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种采用矢量分析实现微放电效应检测的装置和方法 |
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