專利名稱：信號解調裝置和信號解調方法
技術領域：
本發明涉及信號處理技術領域，更具體地說，本發明涉及信號解調裝置和信號解調方法。
背景技術：
目前，幅度調制技術廣泛應用于無線通信和廣播電視等領域。幅度調制技術一般可以分為雙邊(DSB)、單邊(SSB)和殘留邊帶(VSB)這三類。比如模擬電視就采用殘留邊帶(VSB)技術實現無線傳輸，而模擬廣播的調幅(AM)則采用雙邊帶調制。另外，目前幅度調制信號的接收解調方法一般分為兩類第一類為非相干解調 (如包絡檢波)，第二類為相干解調。這兩種方法都常見于通信原理教材。非相干解調的解調效率和靈敏度較低，但易于實現，成本低，在低端接收機得到廣泛應用。相干解調靈敏度高，實現較復雜，在高端接收機有廣泛應用。在現有技術中，相干解調大多基于一個載波恢復的閉環反饋系統。圖1為現有技術中的閉環反饋相干解調系統結構示意圖。在如圖1所示的相干解調中，首先載波相位估計單元101從解調信號中估計出殘余載波相位信息，該殘余載波相位信息經過環路濾波器102后，產生載波頻率控制字，然后該載波頻率控制字被送給載波合成單元103(例如壓控振蕩器(VCO)或數控振蕩器(DCO))， 再由載波合成單元103恢復出發射時的載波信號，然后再將恢復出的載波信號和接收到的幅度調制信號在乘法器104中進行乘法運算，以消除載波調制作用，得到解調信號。然而，在這種基于閉環反饋載波恢復的相干解調技術中，穩定性是最大的問題。閉環系統穩定性一般是基于條件的，當穩定條件不滿足(例如，受到無線信道中的多徑衰落影響)而處于不穩定狀態時，其輸出信號會嚴重失真。而且，一旦閉環系統失穩，還需要經歷一個載波頻率搜索、入鎖和鎖定的過程，而這個過程持續時間通常相對較長，甚至遠長于干擾的持續時間，而在此期間內輸出的解調信號也是完全不可用的。
發明內容
本發明實施方式提出一種信號解調裝置，以增強穩定性。本發明實施方式還提出一種信號解調方法，以增強穩定性。本發明實施方式的技術方案是這樣實現的一種信號解調裝置，該裝置包括載波相位估計單元、相位濾波器、延遲匹配單元和乘法器；載波相位估計單元和延遲匹配單元同時接收幅度調制信號，其中載波相位估計單元，用于對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以得到瞬時載波相位信號；相位濾波器，用于對由載波相位估計單元輸出的所述瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號，并將所述去除噪聲后的載波相位信號發送到乘法器；延遲匹配單元，用于對接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為載波相位估計單元和相位濾波器的處理延時總和，并將延遲后的幅度調制信號發送給乘法器；乘法器，用于對相位濾波器發送來的所述去除噪聲后的載波相位信號和延遲匹配單元發送來的所述延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。所述相位濾波器包括坐標變換單元、第一低通濾波器、第二低通濾波器和坐標反變換單元，其中坐標變換單元，用于將由載波相位估計單元輸出的所述瞬時載波相位信號映射為單位圓上的復數矢量；第一低通濾波器，用于對所述復數矢量的實部進行低通濾波，并將低通濾波后的實部發給坐標反變換單元；第二低通濾波器，用于對所述復數矢量的虛部進行低通濾波，并將低通濾波后的虛部發給坐標反變換單元；坐標反變換單元，用于將由第一低通濾波器發送來的實部和第二低通濾波器發送來的虛部所組成的復數矢量映射為載波相位信號。所述瞬時載波相位信號為ρ，ρ分布在[-π，+π]區間，且ρ+ηπ =ρ，其中η為任
意整數。一種信號解調方法，該方法包括對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以產生瞬時載波相位信號；對所述瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號；對所述接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為所述進行載波相位估計和所述進行相位濾波的處理延時總和；對所述去除噪聲后的載波相位信號和所述延遲后的幅度調制信號進行乘法運算， 以得到解調信號。所述對瞬時載波相位信號進行相位濾波包括將所述瞬時載波相位信號映射為單位圓上的復數矢量；對所述復數矢量的實部和虛部分別進行低通濾波；將所述進行低通濾波的實部和所述進行低通濾波的虛部所組成的復數矢量映射為載波相位信號。所述瞬時載波相位信號為ρ，ρ分布在[-π，+π]區間，且ρ+ηπ =ρ，其中η為任
意整數。從上述實施方式中可以看出，在本發明實施方式的信號解調裝置中，載波相位估計單元，用于對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以得到瞬時載波相位信號；相位濾波器，用于對由載波相位估計單元輸出的瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號，并將去除噪聲后的載波相位信號發送到乘法器；延遲匹配單元，用于對接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為載波相位估計單元和相位濾波器的處理延時總和，并將延遲后的幅度調制信號發送給乘法器；乘法器，用于對相位濾波器發送來的去除噪聲后的載波相位信號和延遲匹配單元發送來的延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。
由此可見，應用本發明實施方式后，提出了基于開環載波恢復的相干解調裝置和方法。由于開環系統的穩定性是絕對的，即使受到干擾導致載波恢復失效，其持續時間與干擾持續時間相當，因此本發明實施方式可以增強解調穩定性。另外，由于基于開環載波恢復的相干解調裝置和方法不存在重鎖的過程，因此本發明實施方式的輸出信號不可用時間還能夠降到最小。
圖1為現有技術中的閉環反饋相干解調系統結構示意圖；圖2為根據本發明實施方式的信號解調裝置結構示意圖；圖3為根據本發明實施方式的相位濾波器結構示意圖；圖4為根據本發明實施方式的信號解調方法流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點表達得更加清楚明白，下面結合附圖及具體實施方式
對本發明再作進一步詳細的說明。在本發明實施方式中，提出了基于開環載波恢復的相干解調裝置和方法。由于開環系統的穩定性是絕對的，即使受到干擾導致載波恢復失效，其持續時間與干擾持續時間相當，因此可以增強解調穩定性。而且，由于不存在重鎖的過程，因此輸出信號不可用時間還能夠降到最小。圖2為根據本發明實施方式的信號解調裝置結構示意圖。如圖2所示，該裝置包括載波相位估計單元201、相位濾波器202、延遲匹配單元 203和乘法器204。其中載波相位估計單元201分別與相位濾波器202及延遲匹配單元 203連接；延遲匹配單元203與乘法器204的一個輸入端連接，相位濾波器202與乘法器204 的另一個輸入端連接。載波相位估計單元201和延遲匹配單元203同時接收幅度調制信號，其中載波相位估計單元201，用于對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以得到瞬時載波相位信號；相位濾波器202，用于對由載波相位估計單元201輸出的瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號，并將去除噪聲后的載波相位信號發送到乘法器204 ；延遲匹配單元203，用于對接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為載波相位估計單元201和相位濾波器202的處理延時總和，并將延遲后的幅度調制信號發送給乘法器204 ；乘法器204，用于對相位濾波器202發送來的去除噪聲后的載波相位信號和延遲匹配單元203發送來的延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。其中，在本發明實施方式中，載波相位估計單元201可以采用但不限于與現有技術中的閉環載波估計相同的載波相位估計方式，本發明實施方式對此并無限定。下面更詳細地對本發明實施方式的信號解調裝置進行說明。在圖2中，假定接收到幅度調制信號s(t)，首先將幅度調制信號s(t)分成兩路。一路輸入給載波相位估計單元201，一路輸入給延遲匹配單元203。載波相位估計單元201針對s (t)進行載波相位估計，得到原始含噪聲的瞬時載波相位P (t)，再由相位濾波器202對瞬時載波相位P (t)經過相位濾波，以去除噪聲得到去噪后的相位量Vp (t)，并將Vp (t)送到乘法器204的一個端口。延遲匹配單元203對幅度調制信號s (t)經過延遲匹配T，得到s (t_T)，然后將 s(t-T)送到乘法器的另一個端口，其中延遲匹配T為載波相位估計單元201和相位濾波器 202的處理延時總和。然后，乘法器204對s (t-T)和Vp (t)這兩路信號進行共軛乘運算，得到解調信號 m(t)，即 m(t) = s (t-T)*(Vp (t))H，(其中 Vp (t))H 表示對 Vp (t)取共軛)。由于從載波相位估計201所得到的瞬時載波相位信號含有大量噪聲，因此必須經噪聲濾波才可用于解調。相位濾波器202是開環載波恢復系統所特有的，一般在相位域進行處理。相位濾波器202對當前信號點前后若干個信號的瞬時相位實施低通濾波，以得到當前信號點更可靠的相位估計。圖3為根據本發明實施方式的相位濾波器結構示意圖。如圖3所示，該相位濾波器包括坐標變換單元301、第一低通濾波器302、第二低通濾波器303和坐標反變換單元304。坐標變換單元301分別與第一低通濾波器302及第二低通濾波器303連接，第一低通濾波器302與坐標反變換單元304連接，第二低通濾波器 303與坐標反變換單元304連接。其中坐標變換單元301，用于將由載波相位估計單元201輸出的瞬時載波相位信號映射為單位圓上的復數矢量；第一低通濾波器302，用于對所述復數矢量的實部進行低通濾波，并將低通濾波后的實部發給坐標反變換單元304 ；第二低通濾波器303，用于對所述復數矢量的虛部進行低通濾波，并將低通濾波后的虛部發給坐標反變換單元304 ；坐標反變換單元304，用于將由第一低通濾波器302發送來的實部和第二低通濾波器303發送來的虛部所組成的復數矢量映射為載波相位信號，即為噪聲去除后的載波相位信號。具體地說，假設瞬時載波相位信號可以為p，且ρ是分布在，+ π]區間內的信號，具有周期折回效應，即Ρ+η π = ρ，其中η為任意整數。在對瞬時載波相位信號進行平滑濾波時，不能直接進行通常數學運算。首先，通過坐標變換單元301將瞬時載波相位信號映射成單位圓上的復數矢量，該矢量的相角等于相位信號P。然后，第一低通濾波器302和第二低通濾波器303分布對復數的實部和虛部進行濾波，然后用濾波后的實部和虛部通過坐標反變換單元304得到噪聲去除后的載波相位信號VP。比如，如果瞬時幅度調制信號具體為s(t)，且s(t) = I(t)+Q(t)j，則其對應的瞬時載波相位估計值為P (t) = tan-1 (I (t) /Q (t))。更具體地，首先通過坐標變換將瞬時幅度調制信號s(t)映射成單位圓上的復數矢量[I，Q]，該矢量[I，Q]的相角等于幅度調制信號s(t)，即I = cos(p(t)), Q = sin (ρ (t))。然后，用兩個常規實數濾波器(即第一低通濾波器302和第二低通濾波器303)分布對復數的實部和虛部進行濾波，得到If，％，再用濾波后的實部和虛部得到對應的相位 Pf (t) = tan"1 (If (t) /Qf (t)))，經過坐標反變換單元304坐標反變換得到相位矢量Vp (t)= cos (pf (t)) + j*sin (pf (t))，即為噪聲去除后的載波相位矢量信號。本領域技術人員可以意識到，以上雖然詳細描述了相位濾波器的一種具體示范性結構，但是本發明實施方式并不局限于此。基于上述分析，本發明實施方式還提出了一種信號解調方法。圖4為根據本發明實施方式的信號解調方法流程示意圖。如圖4所示，該方法包括步驟401 對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以產生瞬時載波相位信號；步驟402 對瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號；步驟403 對接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為進行載波相位估計和進行相位濾波的處理延時總和；步驟404:對去除噪聲后的載波相位信號和延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。在上述流程中，對瞬時載波相位信號進行相位濾波具體可以包括首先將瞬時載波相位信號映射為單位圓上的復數矢量，然后對復數矢量的實部和虛部分別進行低通濾波；再將進行低通濾波的實部和所述進行低通濾波的虛部所組成的復數矢量映射為載波相位信號。
具體地，在對瞬時載波相位信號進行平滑濾波時，不能直接進行通常數學運算。首先，將瞬時載波相位信號映射成單位圓上的復數矢量，該矢量的相角等于相位信號P，且P是分布在[-π，+ π]區間內的信號，具有周期折回效應，即ρ+η π =Ρ，η為任意整數。然后，分別對復數的實部和虛部進行濾波，然后用濾波后的實部和虛部組成復數矢量，并將該復數矢量映射為噪聲去除后的載波相位信號。綜上所述，在本發明實施方式的信號解調裝置中，載波相位估計單元，用于對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以得到瞬時載波相位信號；相位濾波器，用于對由載波相位估計單元輸出的瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號，并將去除噪聲后的載波相位信號發送到乘法器；延遲匹配單元，用于對接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為載波相位估計單元和相位濾波器的處理延時總和，并將延遲后的幅度調制信號發送給乘法器；乘法器，用于對相位濾波器發送來的去除噪聲后的載波相位信號和延遲匹配單元發送來的延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。由此可見，應用本發明實施方式后，提出了基于開環載波恢復的相干解調裝置和方法。由于開環系統的穩定性是絕對的，即使受到干擾導致載波恢復失效，其持續時間與干擾持續時間相當，因此本發明實施方式可以增強解調穩定性。另外，由于基于開環載波恢復的相干解調裝置和方法不存在重鎖的過程，因此本發明實施方式的輸出信號不可用時間還能夠降到最小。
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以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種信號解調裝置，其特征在于，該裝置包括載波相位估計單元、相位濾波器、延遲匹配單元和乘法器；載波相位估計單元和延遲匹配單元同時接收幅度調制信號，其中 載波相位估計單元，用于對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以得到瞬時載波相位信號；相位濾波器，用于對由載波相位估計單元輸出的所述瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號，并將所述去除噪聲后的載波相位信號發送到乘法器；延遲匹配單元，用于對接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為載波相位估計單元和相位濾波器的處理延時總和，并將延遲后的幅度調制信號發送給乘法器；乘法器，用于對相位濾波器發送來的所述去除噪聲后的載波相位信號和延遲匹配單元發送來的所述延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。
2.根據權利要求1所述的信號解調裝置，其特征在于，所述相位濾波器包括坐標變換單元、第一低通濾波器、第二低通濾波器和坐標反變換單元，其中坐標變換單元，用于將由載波相位估計單元輸出的所述瞬時載波相位信號映射為單位圓上的復數矢量；第一低通濾波器，用于對所述復數矢量的實部進行低通濾波，并將低通濾波后的實部發給坐標反變換單元；第二低通濾波器，用于對所述復數矢量的虛部進行低通濾波，并將低通濾波后的虛部發給坐標反變換單元；坐標反變換單元，用于將由第一低通濾波器發送來的實部和第二低通濾波器發送來的虛部所組成的復數矢量映射為載波相位信號。
3.根據權利要求2所述的信號解調裝置，其特征在于，所述瞬時載波相位信號為ρ，ρ分布在[-JI，+JI]區間，且ρ+ηπ = P，其中η為任意整數。
4.一種信號解調方法，其特征在于，該方法包括對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以產生瞬時載波相位信號； 對所述瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號； 對所述接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為所述進行載波相位估計和所述進行相位濾波的處理延時總和；對所述去除噪聲后的載波相位信號和所述延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。
5.根據權利要求4所述的信號解調方法，其特征在于，所述對瞬時載波相位信號進行相位濾波包括將所述瞬時載波相位信號映射為單位圓上的復數矢量； 對所述復數矢量的實部和虛部分別進行低通濾波；將所述進行低通濾波的實部和所述進行低通濾波的虛部所組成的復數矢量映射為載波相位信號。
6.根據權利要求5所述的信號解調方法，其特征在于，所述瞬時載波相位信號為ρ，ρ分布在[-JI，+JI]區間，且ρ+ηπ = P，其中η為任意整數。
全文摘要
本發明實施方式公開了一種信號解調裝置，其中載波相位估計單元，用于對接收到的幅度調制信號進行載波相位估計，以得到瞬時載波相位信號；相位濾波器，用于對瞬時載波相位信號進行相位濾波，以得到去除噪聲后的載波相位信號；延遲匹配單元，用于對接收到的幅度調制信號進行延遲，其中延遲值為載波相位估計單元和相位濾波器的處理延時總和；乘法器，用于對相位濾波器發送來的去除噪聲后的載波相位信號和延遲匹配單元發送來的延遲后的幅度調制信號進行乘法運算，以得到解調信號。本發明實施方式還公開了一種信號解調方法。本發明實施方式能夠增加解調穩定性，并當受到干擾時，失效時間不會擴大。
文檔編號H04L25/03GK102263717SQ20101019194
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月26日 優先權日2010年5月26日
發明者劉嶸, 張輝, 王西強 申請人:北京創毅視訊科技有限公司