專利名稱：通過將過零點映射到參數值序列來解調調頻接收信號的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種方法和裝置，用以解調制一模擬接收信號，該信號經由無線傳輸且以一數據符號序列在該發射器末端調頻。
與本發明相關的方法和裝置最好是無線數字通信系統的元素，該系統可基于藍牙標準、DECT標準、WDCT標準或是一類似標準。
背景技術：
在此類型的通信系統中，系使用傳統的信號處理方式在接收器末端解調制該調頻接收信號，并檢測該信號。一種常用的方法是根據「限制器/鑒別器FM解調制器」，在一般復合帶通信號之嚴格限制后，舉例來說，便藉由一模擬符合解調制器及對應的信號檢測解調制該調頻信號。
接收器系設計在其中使用一模擬/數字轉換器以將中間頻率信號轉換成為數字域，且使用以檢測信號的數字信號處理方法亦是公知的。舉例來說，此類方法在文件DE 101 03 497.3中有描述，盡管此類方法能用以達到高品質信號檢測，其還是具有一復合模擬/數字轉換器的缺點。
文件DE 102 14 581.4為一現有技術，其符合德國專利法第3(2)條，描述了解調制在一無線通信系統中一模擬接收信號(其系已數字調頻)的方法，其中在接收信號或在由該接收信號所產生的中間頻率信號中，決定過零點(zero crossing)間的時間間隔，并將其用以檢測該數字信號數據。在CPFSK(連續相位頻率位移鍵控)調制信號的該數據符號{dk}系藉由將數據符號序列分成包含復數個過零點的子段，且其長度可包含復數個符號間隙。過零點間隙的序列可以數字形式儲存于一位移緩存器鏈中，且可在一分級裝置中與先前儲存的間隙序列比較。一種都市區塊量度(city block metric)便被提出用以測量該測量序列及該儲存系列間的距離，與該測量序列相距最短距離的先前儲存的型樣序列，便會作為傳輸的型樣，對應此所選型樣的數據序列便會構成該檢測數據序列，且因此成為該檢測問題的解決方法。
在文件DE 102 37 867.3中所描述的解調制方法中，其同樣地成為符合德國專利法第3(2)條的現有技術，在該接收信號中一系列過零點間隙(其已經決定)系作為藉由從可能數據符號序列中選擇以重建該數據符號序列的基礎，關于該數據符號序列，其介于過零點序列及在該接收器末端計算的序列間的歐式距離是最小的。在重建期間，系使用一種維特比(Viterbi)算法，其已經藉由一反應部件(反應維特比算法)適當地擴展，在此例子中，當計算該分支量度(branch metric)時，便會考慮過零點的不同數量，因此可評估整個接收序列(而非只是子序列)。此方法的缺點在于，當計算該分支量度時，必須產生關于該傳輸數據的固有假設，此會導致在該分支量度中一添加錯誤成分。
除此之外，先前所描述的兩個解調制方法皆具有固有問題，其在一符號間隙變動中過零點的數量，其系基于該數據、一些已經系統參數以及未知干擾影響。然而，傳統的數字接收器設計總是假定每一符號間隙具有一固定數量的樣本。
文件US 5,469,112描述一種解調制方法，其中該接收信號分成一同相分量及一正交分量，且該接收信號與來自一本地振蕩器的輸出信號混合，該輸出信號在一相位位移90°后便供應給兩分量其中之一，在通過一低通濾波器及一限制器之后，兩信號便供應給一過零點檢測器，包含一兩方位計數器之一相位角度評估器決定在過零點之I和Q信號中相位改變的方向，且使用該結果來檢測該信號符號序列，然而該相位角度評估器及計數器整合的實施是個相對較復雜的解決方法。
發明內容
本發明的目的在于描述一種方法和裝置，用以解調制一接收信號(其系已經數字調頻)，該方法亦可用以達到高效能的同時還具備低執行復雜度。
本發明的達成乃藉由權利要求1之特征，其描述一種解調制方法，附屬項描述具優點的實施樣態和細節，且亦有描述用以執行此方法的裝置。
因此，本發明是關于一種用以解調制一模擬接收信號的方法，該信號已經在該發射器末端以一數據符號序列調頻，首先會檢測在該接收信號中，或是由該接收信號所產生之中間頻率信號中的過零點。如同一開始所解釋的，本發明的基礎概念是映射在非等距時間間隔的過零點序列到一序列參數值，其在等距時間間隔且每一符號間隙的數量為一常數，此序列參數值接著用以重建該傳輸數據符號序列，其使用一傳統的檢測算法。
根據本發明的解調制方法因此具有如下步驟(a)檢測在該接收信號中的過零點；(b)產生一序列參數值，其系在等距時間間隔，每一符號間隙數量為常數，且其是藉由使用該過零點而以數學映射，尤其是非線性映射產生；(c)使用一檢測算法，由該序列重建該數據符號序列。
觀察到且在一符號間隙[kTb，(k+1)Tb]內的過零點系因此映射至一固定量的樣本或是參數值zi，其接著形成一序列{zi}且隨后可提供給一傳統的檢測算法，舉例來說一維特比序列檢測算法。此種數學映射，尤其是非線性映射因此允許使用一種價錢低廉且簡單的中間頻率接收器，其具有一限制輸出，以與強力的數字接收器設計組合。
選擇數學非線性映射會直接影響整個檢測算法的品質和復雜度，一個大數量的每一符號間隙之固定樣本或是參數值允許序列{zi}以更精確的方式描述過零點序列{ti}，這接著會與較低的數據損失有關，且該頻道容量也可減少到一個較少的范圍。映射的選擇及因此每一符號間隙的參數量使得實質上任意改編可達到該接收器必要的品質或是接收器的復雜度。另一個優點是在該序列{zi}中元素(因此方法所產生)間的依賴程度可在檢測期間考慮進去，因為在過零點序列{ti}中及在過零點序列{t2i}和{t2i-1}(I和Q成分)中的元素總是具有符號內干擾形式(因此表示連續元素互相關聯)，在該序列{zi}上的依賴效應會被考慮進去，且因此可具優勢地用于接續的檢測步驟(舉例來說維特比序列檢測)，在此例子中，介于序列元素Zi之間的依賴(尤其是關聯)能分析式或是經驗式的決定。在任何例子中，舉例來說，該依賴可事先計算且因此儲存在一只讀存儲器中作為一參數集合，如果適當的話，舉例來說，如果所有的參數尚未被完美地同步化，則為不同的同步參數值儲存不同的集合，其系已經檢測但尚未補償。
在一符號間隙(或是一符號間隙的一部分)期間的過零點間隙平均值，可用以作為一個非常簡單將該過零點非線性映射至該參數序列{zi}的方法。在步驟(b)中，一序列{tφ}能因此先產生，其序列元素tφ系由兩連續過零點的時間φi+1和φ-i間的的差距φi+1-φ-i所決定，序列{zi}的參數值接著藉由形成一個別數量序列元素的平均值所產生。
在本發明的一較佳實施方式中，該接收信號系分成同相(I)分量和正交(Q)分量，且每一分量依照步驟(a)檢測該過零點并產生對應序列{t2i}和{t2i-1}。該過零點序列{t2i}和{t2i-1}接著較佳地交替地組合以形成一序列{t’i}，且最后該參數序列{zi}會由該組合序列{t’i}所產生。
在此例子中，如果形成在一符號間隙期間的該過零點間隙的平均值，則結果將會如下 其中在間隙[kTb，(k+1)Tb]中的過零點間隙t’φ以及索引i系為索引k和每一符號間隙N之參數量的函數(舉例來說，當N＝1時i＝k)。
另一個可以一簡單方法計算的參數便是每一符號間隙之過零點的數量，下列方程式適用于此zi＝#{t’φ|I(k)＜φ I(k+1)} (2)其中i同樣地為k和N的函數。
一個更復雜的選擇便是額外的把符號間隙列入考量，除此之外，舉例來說，亦可使用每一間隙的梯度。不管一或多個參數是否由每一符號間隙中擷取出來，參數間的關聯必須預先決定，以便他們可接著用于接下來的檢測階段(舉例來說維特比序列檢測器)。
參數的選擇以及因此非線性的映射運作便端視允許的復雜度以及所需的品質。
本發明的較佳實施方式將參照圖式于下文中做更詳細的解釋，其中圖1所示為過零點檢測器的運作方法；圖2所示為一傳輸系統之模型，其包含一接收裝置用以執行根據本發明的方法；以及圖3所示為一傳輸數據符號序列、一作為結果的過零點序列、以及將這些映射至一參數序列的較佳實施方式。
具體實施例方式
圖1展示了一過零點檢測器1如何用以轉換一模擬接收信號成為一方波(square-wave)信號，舉例來說，該模擬信號系位于中間頻率范圍，其過零點系被評估。其自身之過零點，舉例來說每一符號間隙(或該符號間隙的一部分)的其數量，或是在該方波信號中過零點間的時間間隔Di，其系在一符號間隙期間平均，可根據本發明用于信號檢測。
圖2所示為一調頻傳輸系統的模型，其接收裝置是本發明的一部分。在該發射器末端，將被傳輸的數據符號序列{dk}系提供給一調制器2，正交調制系于該調制器2中實施，且產生一I信號SR(t)和一Q信號SI(t)，兩信號皆提供給一無線射頻部分3，其中一無線射頻載波振蕩系調制成兩個帶寬信號，且該信號組合以形成一單一信號x(t)并發射出去，舉例來說，該帶寬信號可在該無線射頻部分3做CPFSK調制。該信號x(t)系接著經由一傳輸頻道4傳輸，其中噪聲成分n(t)系加至該傳輸信號x(t)。
在該接收末端，該接收信號r(t)系提供給一接收無線射頻部分5，其中正交解調制系同時執行。正交解調制將該信號分成I分量和Q分量，并分別將其與一中間頻率換合，該頻率系對該Q分量做相對于該I分量90°的相位位移。以此方法產生之該信號XR(t)和XI(t)系提供給一限制器/鑒別器10，該限制器/鑒別器10系為該過零點檢測器1之一實施方式，且因此在其兩輸出提供對應的過零點序列{t2i}和{t2i-1}，亦即在兩信號中對應的過零點時間。這些過零點序列系提供給一數學處理單元6，其數學式的非線性映射該組合過零點序列至一參數序列{zi}。在此例子中，在該處理單元6中，該組合過零點序列首先可用以形成過零點間隙，亦即連續過零點時間之間的差距，且以此方法形成的差距序列可被映射至該參數序列。該參數序列{zi}該參數值最后會提供給一維特比序列檢測器7，其中使用傳統的維特比序列檢測，以便決定的數據符號序列。
圖3所示為映射一數據符號序列至一過零點序列及一參數序列的運作實施方式。在此實施方式中，在接收末端，一傳輸數據符號序列{dk}系用以產生一過零點序列{t’φ}，其系由在I和Q信號中該過零點序列所組合。在本例子中，會形成過零點時間之間的差距，且不僅是形成該差距的平均值，還決定過零點的數量，且兩個參數系映射至該參數序列{zi}。每一符號間隙具有N＝2參數值之該參數序列{zi}因此藉由該過零點序列{t’φ}，透過平均值的形成以及數量的決定所獲得。在本例中，方程式(1)中i＝2k，且方程式(2)中i＝2k+1。
兩參數藉由交替使用兩方程式映射至該參數序列{zi}，為了精確地在每一符號間隙期間使用每一方程式一次，每一符號間隙之第一個zi因此藉由方程式(1)定義，而在同一個符號間隙之第二個zi系由方程式(2)定義。
權利要求
1.一種解調制一模擬接收信號的方法，該信號已經以一數據符號序列{dk}在該發射器末端調頻，其步驟系包含(a)檢測在該接收信號中的過零點；(b)產生一序列{zi}參數值zi，其系在等距時間間隔，每一符號間隙的數量為常數，且其是藉由使用該過零點而以數學映射，尤其是非線性映射產生；以及(c)使用一檢測算法，由該序列{zi}重建該數據符號序列。
2.如權利要求1所述之方法，其特征在于該檢測算法包含維特比檢測。
3.如權利要求1或2所述之方法，其特征在于該步驟(b)更包含如下步驟(b.1)產生一序列{t’φ}，其中一序列元素tφ由兩連續過零點的時間φi+1和φ-i之間的的差距φi+1-φ-i所決定；以及(b.2)藉由形成一個別數量的序列元素的平均值，產生該序列{zi}的參數值。
4.如權利要求1或2所述之方法，其特征在于在該步驟(b)中，數學映射由每一符號間隙過零點數量或一符號間隙之一部分所決定。
5.如前述權利要求其一所述之方法，其特征在于該接收信號乃分成一同相(I)分量和一正交(Q)分量；依照步驟(a)檢測該過零點，并在每一分量中產生對應序列{t2i}和{t2i-1}；該序列{t2i}和{t2i-1}交替地組合而形成一序列{t’φ}；以及該序列{zi}會由該組合序列產生。
6.如前述權利要求項其一所述之方法，其特征在于該調頻接收信號系為一CPFSK信號。
7.一種執行如前述權利要求其一所述方法之裝置，其包含一過零點檢測器(1；10)，用以檢測接收信號中的過零點；一數學處理單元(6)，用以使用該過零點而藉由數學映射，尤其是非線性映射產生該序列{zi}；以及一檢測單元(7)，用以使用該序列{zi}之參數值zi檢測該數據符號序列
8.如權利要求7所述之裝置，其特征在于該檢測單元(7)系為一維特比序列檢測器(7)。
9.如權利要求7或8所述之裝置，其特征在于該數學處理單元(6)乃設計用來決定介于連續過零點之間的時間差距，且用以形成一數量差距之平均值。
10.如權利要求7或8所述之裝置，其特征在于該數學處理單元(6)乃設計用以決定該過零點之數量。
11.如權利要求7至10其一所述的裝置，其特征在于其可用于執行正交解調制；以及該檢測器(1；10)或是數學處理單元(6)能組合在該I和Q信號中的該過零點序列(其在該過零點檢測器(1；10)中檢測)，以形成一共享過零點序列。
12.如權利要求11所述之裝置，其特征在于其包含一接收無線射頻部分(5)，其中該I信號和Q信號可以一中間頻率混合。
13.如權利要求7至12其一所述之裝置，其特征在于該過零點檢測器(1；10)為一限制器/鑒別器(10)。
全文摘要
一種過零點檢測器(1；10)，其決定在該接收信號中或是一由該接收信號所產生的中間頻率信號中的過零點。在調頻信號的例子中，由于每一符號間隙的過零點數量并非常數，因此該過零點序列便藉由數學映射，尤其是非線性映射，而映射至一序列(z－
文檔編號H04L27/233GK1736075SQ200380108477
公開日2006年2月15日 申請日期2003年12月23日 優先權日2003年1月8日
發明者A·紐鮑爾, J·尼伊德霍茲 申請人:因芬尼昂技術股份公司