CN205490507U - 数字调频接收机的门限扩展系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供数字调频接收机的门限扩展系统，该系统包括模拟前端模块、混频模块、第一滤波模块、门限扩展模块以及解调模块；其中，门限扩展模块包括第一延迟模块将第一滤波信号进行延迟得到第一延迟信号；第一频谱搬移模块将第一延迟信号进行频谱搬移得到第一搬移信号；第二滤波模块将第一搬移信号进行滤波；第二频谱搬移模块将滤波后的第一搬移信号搬移至原来位置得到门限扩展信号；计算模块接收第一滤波信号并且根据第一滤波信号计算得到算数信号，计算模块输出算数信号至第一频谱搬移模块以及第二延迟模块。本实用新型能够滤除更多载波噪声，提高解调信号的信噪比，并且不会导致声音失真。

Description

数字调频接收机的门限扩展系统

技术领域

本实用新型属于数字调频领域，具体涉及一种用于数字解调形如立体声广播信号的调频信号的设备，特别涉及数字调频（FM）接收机的门限扩展系统。

背景技术

FM接收机的目的是根据接收到的无线电信号来还原出被调制信号。频率调制的载波信号的表达为

其中是载波频率；D是频率调制度，一般为75KHz；是被调制信号。

目前常见的数字FM接收机的结构框图如图1所示，模拟前端模块1将接收的FM信号的RF（Radio Frequency：无线电频率）变频到中频（Intermediate Frequency：中间频率）并滤波后得到IQ两路信号，再通过模数转换模块2对中频信号进行采样，然后用带通滤波模块3，即数字带通滤波器RFBPF（Intermediate Frequency Band-Pass Filter）进行滤波，RFBPF是以RF为中心频率的复数带通滤波器，一般来说，75KHz调制度的立体声信号，的带宽大约是±100KHz，所以为了保证声音不失真，中频滤波器的带宽不能小于±100KHz。然后再用混频模块4进行混频，最后经过解调模块5完成FM信号的解调，解调模块5为CORDIC（一种笛卡尔坐标转换到极坐标的算法）和微分电路。但是当接收的载波信号的信噪比在FM信号门限以下时，FM解调信号的信噪比会急剧恶化，从而导致灵敏度下降。因此需要门限扩展技术来提高数字调频接收机的灵敏度。

现有技术中，常见的提高FM解调信号的信噪比的方法有如下几种:

1.减小调制度，缩小信号带宽，从而可以使用更窄的RFBPF来滤除更多载波噪声，从而提高解调信号信噪比，例如FMFB；但是由于减小了调制度，这种方法的效果并不好。

2.如公开号为CN1115833的中国发明专利申请中提到的通过检测和去掉解调信号的相位跃变，从而提高解调信号信噪比；但是这种方法只能检测一部分的跃变，而且就算检测到跃变也只能削弱跃变并不能准确还原正确的信号，解调信号的信噪比改善有限。

3.如公开号为CN101420239的中国发明专利申请中提到的使用可变带宽和可变衰减斜率的RFBPF来自适应不同的载波信噪比，避免引起声音失真的前提下滤除更多的载波噪声，从而提高解调信号信噪比；但是由于要避免声音不失真，所以RFBPF的带宽在减少的同时RFBPF的衰减斜率也要变得更为缓慢，因此最终对灵敏度的提高并不大。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种数字调频接收机的门限扩展系统。

为实现上述的主要目的，本实用新型提供的数字调频接收机的门限扩展系统包括模拟前端模块、模数转换模块、混频模块、第一滤波模块、门限扩展模块以及解调模块；模拟前端模块接收FM信号并将FM信号变频为中频信号，模拟前端模块输出中频信号至模数转换模块；模数转换模块将中频信号进行模数转换得到数字信号，模数转换模块输出数字信号至混频模块；混频模块将数字信号混频到直流得到混频信号，混频模块输出混频信号至第一滤波模块；第一滤波模块滤除混频信号的噪声和镜像得到第一滤波信号，第一滤波模块输出第一滤波信号至门限扩展模块；门限扩展模块扩展第一滤波信号的门限值得到门限扩展信号，门限扩展模块输出门限扩展信号至解调模块；解调模块解调门限扩展信号得到解调信号；其中，门限扩展模块包括第一延迟模块、第一频谱搬移模块、第二滤波模块、第二频谱搬移模块以及计算模块；第一延迟模块将第一滤波信号进行延迟得到第一延迟信号，第一延迟模块输出第一延迟信号至第一频谱搬移模块；第一频谱搬移模块将第一延迟信号进行频谱搬移得到第一搬移信号，第一频谱搬移模块输出第一搬移信号至第二滤波模块；第二滤波模块将第一搬移信号进行滤波，第二滤波模块输出滤波后的第一搬移信号至第二频谱搬移模块；第二频谱搬移模块将滤波后的第一搬移信号搬移至原来位置得到门限扩展信号；计算模块接收第一滤波信号并且根据第一滤波信号计算得到算数信号，计算模块输出算数信号至第一频谱搬移模块以及第二延迟模块。

由上述方案可见，本实用新型提供的门限扩展模块为一种能够准确跟踪载波信号的瞬时频率且带宽窄的CTLPF（Carrier Tracking Low Pass Filter：载波跟踪式低通滤波器）来滤除更多的载波噪声，从而提高解调信号的信噪比，而且不会导致声音失真。

一个优选的方案是门限扩展模块包括第二延迟模块，第二延迟模块接收算数信号进行延迟后得到第二延迟信号，第二延迟模块输出第二延迟信号至第二频谱搬移模块。

由上可见，第一延迟模块在第二滤波模块引入群延迟；第二延迟模块补偿在第二滤波模块引入的群延迟。第一滤波信号的IQ两路信号经过第一延迟模块，IQ两路信号延迟的采样点数为第二滤波模块的群延迟，从而保证能够精确跟踪载波的瞬时频率，并且之后能够通过第二延迟模块对群延迟进行补偿。

一个优选的方案是计算模块包括微分模块、脉冲消除模块、第三滤波模块以及正余弦信号发生模块；微分模块接收述第一滤波信号并且将第一滤波信号进行处理得到微分信号，微分模块输出微分信号至脉冲消除模块；脉冲消除模块消除微分信号的干扰脉冲得到脉冲消除信号，脉冲消除模块输出脉冲消除信号至第三滤波模块；第三滤波模块滤除脉冲消除信号的噪声得到第三滤波信号，第三滤波模块输出第三滤波信号至正余弦信号发生模块；正余弦信号发生模块根据第三滤波信号计算得到算数信号，正余弦信号发生模块输出算数信号至第一频谱搬移模块以及第二延迟模块。

由上可见，计算模块输出算数信号至第一频谱搬移模块以及第二延迟模块,用于计算第一频谱搬移模块的搬移频率以及第二频谱搬移模块的搬移频率。

一个优选的方案是脉冲消除模块包括判断模块、多路选择模块以及第三延迟模块，对比模块用于对比预设的最大值是否大于或者等于输入的微分信号；多路选择模块用于根据对比模块的结果选择输出的脉冲消除信号；第三延迟模块用于存储脉冲消除信号。

由上可见，脉冲消除模块通过将输入的微分信号与预设的最大值进行比较，判断输入的中频信号是否为正常信号，从而有选择性的输出脉冲消除信号。

一个优选的方案是算数信号包括正弦算数信号和余弦算数信号。

由上可见，计算模块的正余弦信号发生模块通过计算分别得到正弦算数信号以及余弦算数信号，并分别输出至第一频谱搬移模块以及第二延迟模块。

附图说明

图1是现有数字调频接收机实施例的结构框图。

图2是本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例的结构框图。

图3是本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例中门限扩展模块的结构框图。

图4是本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例中门限扩展模块的脉冲消除模块的结构框图。

图5是应用本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例所实现的方法流程图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图2，图2为本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例的结构框图。本实用新型的门限扩展系统包括模拟前端模块11、模数转换模块12、混频模块13、第一滤波模块14、门限扩展模块15以及解调模块16。

模拟前端模块11用于接收FM信号并将接收的FM信号的载波频率变频到中间频率，生成中频信号；模数转换模块12用于将中频信号进行模数转换得到数字信号；混频模块13，即复数混频器，用于将数字信号混频到直流得到混频信号；第一滤波模块14，即FIRLPF低通滤波器，用于滤除混频信号的噪声和镜像得到第一滤波信号，其中使用LPF代替RFBPF的好处是不用复数滤波器；门限扩展模块15用于扩展第一滤波信号的门限值得到门限扩展信号；解调模块16用于解调门限扩展信号得到解调信号，具体的是通过CORDIC算法和微分电路得到最终的解调信号。CORDIC算法为一种笛卡尔坐标转换到极坐标的算法。

本实用新型的目的是改善载波信噪比在FM信号门限以下的解调信号的信噪比。和现有技术相比，不需要减小调制度，不会引起声音失真，解调信号的信噪比更高。实现原理如下：

设频率调制的载波信号的表达式为：

其中是载波频率；D是频率调制度，一般为75KHz；是被调制信号。假设 ,则载波信号的瞬时频率为：

由上式可以知道，载波信号的瞬时频率是由的瞬时电压决定的。又因为的瞬时电压变化得不会太快，因此载波信号的瞬时带宽比载波信号占据的总带宽要窄。

为此，本实用新型提供的门限扩展模块15是一种能够准确跟踪载波信号的瞬时频率且带宽只有的CTLPF（Carrier Tracking Low Pass Filter：载波跟踪式低通滤波器），通过CTLPF来滤除更多的载波噪声，从而提高解调信号的信噪比，而且不会导致声音失真。要实现载波跟踪，则需要改变滤波器的中心频率，数字上很难实现。一种较佳的实现方法是对信号进行频谱搬移。将信号所需要的中心频率搬移到直流，然后再用固定的低通滤波器进行滤波，完成滤波后再往相反方向进行同样大小的频率搬移来还原信号。

结合图3，图3为本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例中门限扩展模块15的结构框图。门限扩展模块15包括第一延迟模块51、第一频谱搬移模块52、第二滤波模块53、第二频谱搬移模块54、第二延迟模块55以及计算模块25。

本实用新型的数字调频接收机是正交接收机，也就是由数字调频接收机天线接收到的FM信号会随即分为两个信道，一个是同相(I)信道，另一个是正交(Q)信道。第一滤波信号分为IQ两路信号接入门限扩展模块15，先分别经过第一延迟模块51得到第一延迟信号，第一滤波信号的IQ两路信号经过延迟的采样点数量等于第二滤波模块53的群延迟，这是为了保证能够精确跟踪载波的瞬时频率。

然后，第一延迟信号的IQ两路信号到达第一频谱搬移模块52，进行频谱搬移得到第一搬移信号，频谱搬移的频率由载波的瞬时频率决定，这个瞬时频率对应的正弦数值和余弦数值由正余弦信号发生模块59计算得到，其中第一频谱搬移模块52为复数混频器。

第一搬移信号的IQ两路信号分别到达第二滤波模块53，第二滤波模块53包含两个独立的FIR低通滤波器分别对第一搬移信号的IQ两路信号进行滤波，第二滤波模块53的通频带可以根据是否为单声道而在15KHz和53KHz间切换。

滤波后的第一搬移信号的IQ两路信号然后到达第二频谱搬移模块54，搬移的频率大小由正余弦信号发生模块59计算得到，并经过第二延迟模块55补偿第一延迟模块51引入第二滤波模块53的群延迟，将滤波后的第一搬移信号的IQ两路信号的频谱还原到正确的位置上得到门限扩展信号，然后输出门限扩展信号的IQ两路信号到外面供解调模块16使用，其中第二频谱搬移模块54为复数混频器。

如上所述的第一频谱搬移模块52的搬移频率和第二频谱模块54的搬移频率由计算模块25计算得到。其中，计算模块25包括微分模块56、脉冲消除模块57、第三滤波模块58以及正余弦信号发生模块59，计算过程如下：

输入的第一滤波信号的IQ两路信号经过微分模块56之后得到微分信号，其中微分模块具体为CORDIC和微分电路，之后到达脉冲消除模块57。结合图4，图4为本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例中门限扩展模块15的脉冲消除模块57的结构框图。脉冲消除模块57包括对比模块571、多路选择模块572以及第三延迟模块573，其中对比模块571用于将程序预设的最大值与输入的微分信号进行比较，判断程序预设的最大值是否大于或等于输入信号，当判断为是时输出1，此时认为输入的微分信号是正常信号，多路选择模块572选择输出当前输入的微分信号；当判断为否时输出0，此时认为输入的微分信号为一个干扰脉冲，多路选择模块572选择输出第三延迟模块保存的前一个输出的微分信号，即作为正常信号输出的微分信号将被缓存在第三延迟模块573中。

在此将脉冲消除模块57输出的微分信号均称为脉冲消除信号，脉冲消除信号输入第三滤波模块58进行低通滤波，其中第三滤波模块58的通频带可以根据是否为单声道而在15KHz和53KHz之间进行切换。脉冲消除信号滤波后得到第三滤波信号，第三滤波模块58将第三滤波信号输入正弦余弦信号发生模块59进行累加计算得到算数信号，具体的计算公式如下所示，即先对输入的第三滤波信号计算累加值，再计算累加值的正弦值和余弦值：

得到正弦算数信号和余弦算数信号，再分别将正弦算数信号和余弦算数信号输出到第一频谱搬移模块52和第二延迟模块55，最终得到第一频谱搬移模块52和第二频谱搬移模块54的频谱搬移频率。

参见图5，图5为应用本实用新型数字调频接收机的门限扩展系统实施例所实现的方法流程图。首先执行步骤S1，模拟前端模块11将接收的FM信号的RF无线电变频到中间频率得到中频（IF）信号，之后滤波得到IQ两路信号；然后执行步骤S2，模数转换模块12对中频信号采样进行模数转换得到数字信号；执行步骤S3，通过混频模块13，即复数混频器将数字信号混频到直流得到混频信号；之后执行步骤S4，通过滤波模块14，即FIRLPF低通滤波器滤除混频信号的噪声和镜像得到滤波信号；执行步骤S5，利用门限扩展模块15，即CTLPF（Carrier Tracking Low Pass Filter：载波跟踪式低通滤波器）对滤波信号进行频谱搬移从而实现门限扩展得到门限扩展信号；最后执行步骤S6，通过解调模块16，即通过CORDIC算法和微分电路得到最终的FM信号的解调信号。

由上可见，本实用新型的门限扩展模块为一种能够准确跟踪载波信号的瞬时频率且带宽窄的CTLPF（Carrier Tracking Low Pass Filter：载波跟踪式低通滤波器），通过CTLPF可以滤除更多的载波噪声，从而提高解调信号的信噪比，并且不会导致声音失真。

Claims (5)

1.数字调频接收机的门限扩展系统，包括模拟前端模块、模数转换模块、混频模块、第一滤波模块、门限扩展模块以及解调模块；

所述模拟前端模块接收FM信号并将所述FM信号变频为中频信号，所述模拟前端模块输出所述中频信号至所述模数转换模块；

所述模数转换模块将所述中频信号进行模数转换得到数字信号，所述模数转换模块输出所述数字信号至所述混频模块；

所述混频模块将所述数字信号混频到直流得到混频信号，所述混频模块输出所述混频信号至所述第一滤波模块；

所述第一滤波模块滤除所述混频信号的噪声和镜像得到第一滤波信号，所述第一滤波模块输出所述第一滤波信号至所述门限扩展模块；

所述门限扩展模块扩展所述第一滤波信号的门限值得到门限扩展信号，所述门限扩展模块输出所述门限扩展信号至所述解调模块；

所述解调模块解调所述门限扩展信号得到解调信号；

其特征在于：

所述门限扩展模块包括第一延迟模块、第一频谱搬移模块、第二滤波模块、第二频谱搬移模块以及计算模块；

所述第一延迟模块将所述第一滤波信号进行延迟得到第一延迟信号，所述第一延迟模块输出所述第一延迟信号至所述第一频谱搬移模块；

所述第一频谱搬移模块将所述第一延迟信号进行频谱搬移得到第一搬移信号，所述第一频谱搬移模块输出所述第一搬移信号至所述第二滤波模块；

所述第二滤波模块将所述第一搬移信号进行滤波，所述第二滤波模块输出滤波后的所述第一搬移信号至所述第二频谱搬移模块；

所述第二频谱搬移模块将滤波后的所述第一搬移信号搬移至原来位置得到所述门限扩展信号；

所述计算模块接收所述第一滤波信号并且根据所述第一滤波信号计算得到算数信号，所述计算模块输出所述算数信号至所述第一频谱搬移模块以及所述门限扩展模块的第二延迟模块。

2.根据权利要求1所述的数字调频接收机的门限扩展系统，其特征在于：

所述第二延迟模块接收所述计算模块输入的算数信号，进行延迟后得到第二延迟信号，所述第二延迟模块输出所述第二延迟信号至所述第二频谱搬移模块。

3.根据权利要求1所述的数字调频接收机的门限扩展系统，其特征在于：

所述计算模块包括微分模块、脉冲消除模块、第三滤波模块以及正余弦信号发生模块；

所述微分模块接收所述第一滤波信号并且将所述第一滤波信号进行处理得到微分信号，所述微分模块输出所述微分信号至所述脉冲消除模块；

所述脉冲消除模块消除所述微分信号的干扰脉冲得到脉冲消除信号，所述脉冲消除模块输出所述脉冲消除信号至所述第三滤波模块；

所述第三滤波模块滤除所述脉冲消除信号的噪声得到第三滤波信号，所述第三滤波模块输出所述第三滤波信号至所述正余弦信号发生模块；

所述正余弦信号发生模块根据所述第三滤波信号计算得到所述算数信号，所述正余弦信号发生模块输出所述算数信号至所述第一频谱搬移模块以及第二延迟模块。

4.根据权利要求3所述的数字调频接收机的门限扩展系统，其特征在于：

所述脉冲消除模块包括对比模块、多路选择模块以及第三延迟模块，

所述对比模块用于对比预设的最大值是否大于或者等于输入的所述微分信号；

所述多路选择模块用于根据所述对比模块的结果选择输出的所述脉冲消除信号；

所述第三延迟模块用于存储所述脉冲消除信号。

5.根据权利要求2或3所述的数字调频接收机的门限扩展系统，其特征在于：

所述算数信号包括正弦算数信号和余弦算数信号。