CN1845543A - Rds信号的非相干数字解调装置 - Google Patents

Abstract

一种RDS信号的非相干数字解调装置，无需锁相即可恢复出RDS基带信号。包括A/D转换器、数字下变频器以及残留载频消除器，残留载波消除器又包含：基带信号幅值计算器、基带信号符号发生器。其中基带信号幅值采用CORDIC计算；信号符号通过I/Q两路信号积分值比较以及I/Q两路信号是否同符号的判断产生。

Description

RDS信号的非相干数字解调装置

技术领域

本发明涉及RDS信号的非相干数字解调装置，尤其该装置可在无严格锁相的条件下正确接收解调输出RDS基带信号。

背景技术

广播数据系统(Radio Data System，简称RDS)利用现有调频立体声电台，在其基带频谱的57KHz+/-2Khz附加用差分二进制相移键控(Differential Binary Phase Shift Keying，DBPSK)方式调制的数字频谱，多工的传送广播信息。

二进制码流经差分编码、双相编码及波形成型产生基带信号，对57KHz进行抑制副载波的双边带调幅，附加到调频立体声广播的基带信号中。RDS接收机必须将附加信道副载波去除，提取基带信号，然后对基带信号进行解调、位定时提取、符号判决以恢复二进制码流，再进行RDS解码处理。目前的副载波去除一般采用锁相技术恢复副载波再与附加信号进行相干解调进行处理。

RDS基带信号可以表示为：

$S_{\mathrm{RDS}}\left(t\right)=\underset{K=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_K\·h(t-\mathrm{KT})$

经过调制后的RDS信号可以表示为：

S_TX(t)＝S_RDS(t)·cosω_ct

其中，ω_c是为57KHz的副载波调制频率，a_K为RDS信息位，信号周期T＝(1/1187.5)s。

调制信号经过传播，到接收端的信号表示为：

S_RX(t)＝S_RDS(t)·cos(ω_ct+θ)

其中θ为固定相移。

对于上述的信号需要将57KHz的副载波去除，才能恢复RDS基带信号。常见的方法是采用如图1所示的科斯塔斯环路进行相干解调，其步骤如下：

首先，57KHz带通滤波器提取RDS附加信号；

其次，本地压控振荡器产生正交载波信号与接收到RDS信号经过两个乘法器的平衡解调处理；

再次，正交分量与同相分量2.4KHz低通滤波；

然后，提取相位误差；

最后，环路滤波器输出控制压控振荡器的输出相位，最后使稳态相位误差减小到很小。

由此可见，采用相干接收所需要的基本同步要求是频率同步和相位同步，其核心是锁相环。锁相环有3个基本组成部分：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。鉴相器监测输入信号与本地副载波的相位差，环路滤波器控制PLL对误差信号变化的响应，压控振荡器产生本地副载波。因此，传统的相干接收存在的缺点在于：

首先，系统设计需要很高的同步性能；

其次，锁相环的相位误差检测器存在比较复杂设计问题，电路开销比较大；

再次，要求设计出既能够很好跟踪输入信号相位变化，同时对噪声干扰引起的相位变化不敏感的滤波环路非常困难。

发明内容

本发明提供了一种精度高且性能强的RDS基带信号的非相干数字解调装置。

本发明公开的实现RDS信号非相干数字解调装置包括有A/D采样器、57KHz带通滤波器、数字下变频器、57KHz数控振荡器，2.4KHz低通滤波器、残留载波消除器，其中：

A/D采样器：对调频立体声基带信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号，采样频率为调频立体声基带信号最高频率的2.2倍以上；

57KHz带通滤波器：提取RDS附加信道中由57KHz载波调制的RDS信号；

数字下变频器：对调制于57KHz副载波的RDS数字信号与本地的载波播混频，即进行数字下变频处理，将RDS信号从57KHz频段搬移到基带；

57KHz数控振荡器：产生57KHz的本地载波；

残留载波消除器：根据近基带信号的I、Q两路信息，消除由于本地57KHz载波与发送端57KHz载波的频率偏差导致的残留载波，恢复无频差的基带信号。

其中，残留载波消除器由基带信号幅值计算器和基带信号符号发生器组成。

基带信号幅值计算器：根据I、Q两路信息计算基带信号幅值；

基带信号符号发生器：对I、Q两路信号幅值进行积分，比较积分值的大小以及I路符号和Q路符号判断并产生当前RDS基带信号的符号。

在进行RDS信号的非相干解调时，首先用A/D采样器对调频立体声基带信号进行采样，然后对采样后的信号进行57KHz带通滤波，再将滤波后的信号经正交解调以及低通滤波处理，生成互相正交而带残留频偏的两路I、Q近基带信号，最后对此基带信号进行幅值计算以及符号检测除去残留的频率偏差，恢复真正的RDS基带信号。

其中，数字下变频器采用CORDIC(坐标旋转数字计算机)构成的相位旋转器进行下变频处理，将57KHz调制的RDS信号搬移到基带。

数字下变频器输出的带有载波频偏的近基带信号可表示为：

$I\left({\mathrm{nT}}_s\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{RDS}}\left(n{T}_s\right)\·\cos (\mathrm{\Δ\ω}\·n{T}_s+\mathrm{\Δ\θ})$

$Q\left(n{T}_s\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{RDS}}\left(n{T}_s\right)\·\sin (\mathrm{\Δ\ω}\·n{T}_s+\mathrm{\Δ\θ})$

其中Δω为发送载波和接收载波之间的频率偏差，即近基带的I、Q两路信号中存在极低频率的残留载波信号。Δθ为发送载波与接收载波之间的相位偏差，T_s为采样周期。

残留载波消除器由基带信号幅值计算器和基带信号符号发生器组成。基带信号幅值的计算根据式子 $\left|S_{\mathrm{RDS}}\left(n{T}_s\right)\right|=\sqrt{I^2\left(n{T}_s\right)+Q^2\left(n{T}_s\right)},$ 通过CORDIC(坐标旋转数字计算机)处理产生。基带信号符号发生器产生于T_s时刻与|S_RDS(nT_s)|对应的符号BASEBAND_SIGN。由此可以通过|S_RDS(nT_s)|·BASEBAND_SIGN恢复RDS基带信号。

本技术方案具有如下技术优势

(1)本发明采用数字下变频，与模拟载波的π/2移相电路相比，实现简单，设计难度低，大大提高了运算精度和速度。

(2)数字化设计有利于降低功耗以及造价，而且精度高性能好；

(3)采用数字相位累加器和CORDIC实现数字下变频，与产生正交的载波信号的正弦值与余弦值再直接进行复数乘的结构相比，大大节省了硬件资源，有利于降低成本，简化运算，降低了设计难度；

(4)本发明提供的基带信号恢复装置，无需采用复杂的锁相环，降低的设计复杂度，使基带信号的恢复非常容易，抗噪声干扰的能力强。

附图说明

图1为模拟科斯塔斯环实现RDS基带信号解调结构示意图。

图2为本发明结构示意图。

图3为残留载波消除器结构示意图。

图4为基带信号符号发生器原理图。

具体实施方式

以下根据附图和实例对本发明细述如下：

根据图2、图3和图4，RDS信号的非相干数字解调装置包括A/D采样器、57KHz数字带通滤波器、数字下变频器、57KHz数控振荡器、2.4KHz低通滤波器、残留载波消除器，其解调过程如下：首先用A/D采样器对调频立体声基带信号进行采样，然后对采样后的信号进行57KHz带通滤波，再将滤波后的信号经正交解调以及低通滤波处理，生成互相正交而带残留频偏的两路I、Q近基带信号，最后残留载波消除器(1)除去残留的频率偏差，恢复RDS基带信号。

其中，残留载波消除器(1)由基带信号幅值计算器(11)和基带信号符号发生器(12)构成。

基带信号幅值计算器(11)根据式子 $\left|S_{\mathrm{RDS}}\left(n{T}_s\right)\right|=\sqrt{I^2\left(n{T}_s\right)+Q^2\left(n{T}_s\right)},$ 采用CORDIC计算方法对I、Q两路样点处理求出幅值。

基带信号符号发生器(12)采用如下算法：其中，符号发生器首先用积分器(121、122)对I、Q两路信号幅值|I|、|Q|在T_SUM时间段内进行积分，积分的结果为∑|I|、∑|Q|。另外，统计比较器(124)统计T_SUM时间段内I、Q两路符号相同的样点数，若在T_SUM时间段内I、Q两路有一半以上样点符号相同，则表示I_SIGN＝Q_SIGN，否则表示I_SIGN＝～Q_SIGN。因此，RDS基带信号的符号RDS_SIGN的产生如下：

(1)在∑|I|＞∑|Q|切换到∑|I|＜∑|Q|时刻，如果T_SUM统计时间段内I_SIGN＝Q_SIGN，则BASEBAND_SIGN＝Q_SIGN；若I_SIGN＝～Q_SIGN，BASEBAND_SIGN＝～Q_SIGN；

(2)在∑|I|＜∑|Q|切换到∑|I|＞∑|Q|时刻，如果T_SUM统计时间段内I_SIGN＝Q_SIGN，则BASEBAND_SIGN＝I_SIGN；若I_SIGN＝～Q_SIGN，BASEBAND_SIGN＝～I_SIGN；

符号和幅值相乘恢复RDS基带信号。

Claims (4)

1.一种RDS信号的非相干数字解调装置，包括有A/D采样器、57KHz带通滤波器、相位旋转器、57KHz数控振荡器，2.4KHz低通滤波器、残留载波消除器。A/D转换器将调频广播的复合信号转换成数字信号，采样后的信号经过正交解调以及低通滤波，生成带有残留载波的近基带信号，该近基带信号由I、Q两路相互正交的信号组成，即复数形式的基带信号，其特征在于利用残留载波消除器(1)对解调出的复数形式的近基带信号进行载波消除，该残留载波消除器(1)包括基带信号幅值计算器(11)、基带信号符号发生器(12)，其中基带信号幅值计算器(11)通过CORDIC计算近基带信号的幅值；基带信号符号发生器(12)包含两个对近基带信号的积分器(121，122)，对积分值大小的比较器(123)，比较结果决定在I路信号的符号或者Q路信号的符号切换，作为输出基带信号的符号，另外，还须统计比较器(124)对I、Q信号的符号是否一致，来修正基带信号的符号。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述基带信号幅值计算器(11)通过CORDIC电路计算出基带信号的幅值。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：通过积分器(121，122)对I、Q两路信号的进行积分，通过比较器(123)对积分值大小进行比较，比较结果决定在I路信号的符号或者Q路信号的符号切换，作为输出基带信号的符号。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于：统计比较器(124)对I、Q信号的符号进行统计比较，比较结果来修正符号切换时刻的基带信号的符号。

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