專利名稱：調(diào)幅信號(hào)接收電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于接收并解調(diào)在中頻(中波)和高頻波段(短波)中廣泛使用的AM(這里指雙邊帶發(fā)射載波幅度調(diào)制)信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)接收電路。本發(fā)明尤其涉及用于提高解調(diào)信號(hào)質(zhì)量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
根據(jù)實(shí)際的AM接收機(jī)出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平，還根據(jù)那時(shí)候所要求的不需要復(fù)雜解調(diào)電路的簡單又經(jīng)濟(jì)的解調(diào)方案，所選用的解調(diào)方法是包絡(luò)檢測(cè)(解調(diào))，這也是最簡單的方法。
現(xiàn)在，AM廣播是使用幅度調(diào)制的最有代表性的例子。因?yàn)槭澜缟洗罅康娜四軌蚪邮詹⒗肁M廣播，所以存在很多的接收機(jī)。從歷史上看，上述的檢測(cè)(解調(diào))方法當(dāng)然是在AM廣播被投入使用時(shí)最好的。
此外，因?yàn)橐粋€(gè)AM信號(hào)能夠通過包絡(luò)檢測(cè)被解調(diào)，它的一個(gè)特性，即解調(diào)在相當(dāng)程度上獨(dú)立于無線電設(shè)備的頻率穩(wěn)定性，它在飛行器的應(yīng)用上顯得尤為重要，因此，雖然解調(diào)信號(hào)的質(zhì)量不好，該技術(shù)在今天還在使用。
在傳統(tǒng)的AM信號(hào)解調(diào)技術(shù)中，遇到了下述問題1.由于在一個(gè)AM信號(hào)傳播經(jīng)過的傳播路徑中出現(xiàn)的幅度和相位擾動(dòng)，使用傳統(tǒng)的解調(diào)技術(shù)很難取得高質(zhì)量的解調(diào)信號(hào)。這些幅度和相位擾動(dòng)的原因包括，例如，由衰減等引起的相乘性干擾、電源噪聲、熒光噪聲以及城市噪聲。
2.幅度解調(diào)技術(shù)有很長的歷史，當(dāng)它剛剛被應(yīng)用到實(shí)際中時(shí)的主流技術(shù)水平?jīng)Q定了解調(diào)方案未能采取消除這些干擾并取得高質(zhì)量的解調(diào)信號(hào)的措施。
3.一個(gè)AM廣播電波，參照0dB以400赫茲發(fā)射，在1.5dB至-3dB之間，在50至7500赫茲范圍內(nèi)發(fā)射。但是，接收機(jī)的帶通特性要比發(fā)射波的特性不平滑的多，并且即使這些帶通特性在接收和解調(diào)之后被調(diào)整到很好的質(zhì)量，聲音質(zhì)量也不能提高。其主要原因是傳統(tǒng)的解調(diào)技術(shù)沒有提供用于消除影響一個(gè)AM信號(hào)的相乘性噪聲的裝置。此外，因?yàn)樾盘?hào)也容易受加性噪聲的影響，AM接收機(jī)被設(shè)計(jì)為具有單峰接收的帶通特性，以使收聽效果更好。相應(yīng)地，雖然在一個(gè)足夠?qū)挼膸捓镄枰交念l率特性，現(xiàn)有的接收機(jī)不能保證像音樂這樣的無線電波源的真正好的聲音質(zhì)量。
4.雖然使用了自動(dòng)增益控制電路來自動(dòng)地控制收到的輸入電量水平，這些電路不足以提高解調(diào)信號(hào)的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種調(diào)幅信號(hào)接收電路，該電路能夠在不改變目前AM無線電波發(fā)射中的無線電通信規(guī)范的條件下，接收一個(gè)AM信號(hào)并取得高質(zhì)量的解調(diào)信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)調(diào)幅信號(hào)的接收電路(下文中，稱為“AM信號(hào)接收電路”)包括用于把接收的調(diào)幅信號(hào)的變換為一個(gè)單邊全載波信號(hào)的變換裝置，以及用于從被變換的單邊帶信號(hào)的相位項(xiàng)中解調(diào)出信息信號(hào)的解調(diào)裝置。
本發(fā)明從一個(gè)調(diào)幅信號(hào)的相位項(xiàng)中解調(diào)出信息信號(hào)。該方法的基本原理是也就是，被調(diào)制信號(hào)的相位項(xiàng)中信息信號(hào)分量不容易受外部相乘性或加性噪聲的影響，并因此能夠提供卓越的傳輸質(zhì)量。這樣的一個(gè)例子是，F(xiàn)M廣播的接收特性比AM廣播的接收特性好，因?yàn)樵谡{(diào)頻信號(hào)中，信息信號(hào)分量只出現(xiàn)在相位項(xiàng)中，并從相位項(xiàng)中被解調(diào)出來。
解調(diào)裝置最好包括用于從一個(gè)單邊帶信號(hào)的相位項(xiàng)中，即從一個(gè)單邊帶信號(hào)的真零(real zero)中，解調(diào)出信息信號(hào)的處理裝置。這種解調(diào)處理技術(shù)被稱為真零單邊帶(RZ SSB)調(diào)制和解調(diào)，并能夠在解調(diào)過程中消除由于外界噪聲引起的幅度失真。RZ SSB調(diào)制和解調(diào)的細(xì)節(jié)公開在JP H06-018333B(授權(quán)日本專利號(hào)1888866)。
用于把接收的調(diào)幅信號(hào)變換為一個(gè)單邊帶信號(hào)的變換裝置最好包括用于消除多余相位分量的頻率變換裝置，所述的多余相位分量是由于例如傳播路徑對(duì)相位項(xiàng)的影響、或接收機(jī)中本地振蕩器的頻率擾動(dòng)所引起的，該頻率變換裝置把接收的調(diào)幅信號(hào)分為兩個(gè)分支，并且，在對(duì)所述的一個(gè)分支信號(hào)進(jìn)行限幅、另一個(gè)分支信號(hào)進(jìn)行變頻之后，把兩個(gè)分支的信號(hào)相乘。如果在中頻階段提供這樣的裝置，就不會(huì)在高頻階段受本地振蕩器的頻率穩(wěn)定性的影響，從而得到了一個(gè)高質(zhì)量的解調(diào)信號(hào)。結(jié)果，本發(fā)明沒有喪失傳統(tǒng)的包絡(luò)解調(diào)的一個(gè)重要特征，即解調(diào)特性獨(dú)立于頻率擾動(dòng)。同時(shí)，可以精確地維持被發(fā)射的信息信號(hào)的頻率特性。
因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的一個(gè)調(diào)幅波包括一個(gè)上邊帶和一個(gè)下邊帶，用于把接收的調(diào)幅信號(hào)變換為一個(gè)單邊帶信號(hào)的變換裝置最好包括頻率多樣化裝置，該頻率多樣化裝置用于把接收到的調(diào)幅信號(hào)以及在頻域上反轉(zhuǎn)該接收信號(hào)的信號(hào)頻率分量的分布后得到的信號(hào)疊加，并用于把該結(jié)果變換為一個(gè)單邊帶信號(hào)。
該頻率多樣化裝置能夠包括用于把接收的調(diào)幅發(fā)射載波信號(hào)分為兩個(gè)分支的裝置；一個(gè)用于對(duì)一個(gè)分支的調(diào)幅發(fā)射載波信號(hào)的幅度進(jìn)行限幅的限幅器(硬限幅)；第一頻率變換裝置，該裝置用于使用一個(gè)本地振蕩信號(hào)來變頻另一個(gè)分支調(diào)幅發(fā)射載波信號(hào)，還用于提取差頻分量以及和頻分量；第二頻率變換裝置，該裝置用于使用限幅器(硬限幅)的輸出來變頻被所述第一頻率變換裝置提取出來的差頻分量，還用于提取作為結(jié)果的和頻分量；第三頻率變換裝置，該裝置用于使用限幅器(硬限幅)的輸出來變頻被所述第一頻率變換裝置提取出來的和頻分量，還用于提取作為結(jié)果的差頻分量；以及用于相加第二頻率變換裝置的輸出和第三頻率變換裝置的輸出的裝置。
本發(fā)明的AM信號(hào)接收電路最好使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(DSP)來實(shí)現(xiàn)，這樣接收信號(hào)的高性能處理能夠被一個(gè)并不昂貴的電路所執(zhí)行。使用這樣的技術(shù)無需電路調(diào)整，并意味著能夠使用能提供大規(guī)模生產(chǎn)效應(yīng)的DSP處理器，從而保證了一個(gè)經(jīng)濟(jì)的接收機(jī)。


現(xiàn)在參照附圖來舉例描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的方框圖；圖2示出了在圖1所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列；圖3是一個(gè)配置的方框圖，在該配置里，低頻區(qū)域中進(jìn)行了RZ SSB解調(diào)處理，同時(shí)圖3也表示了本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)；圖4示出了在圖3所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生的頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列。
圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的一個(gè)方框圖；圖6示出了在圖5所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列；圖7是一個(gè)配置的方框圖，在該配置里，低頻區(qū)域中進(jìn)行了RZ SSB解調(diào)處理，同時(shí)圖7也表示了本發(fā)明第二實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)；圖8示出了在圖7所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列；圖9是本發(fā)明第三實(shí)施例的一個(gè)方框圖；圖10示出了在圖9所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列；圖11是一個(gè)配置的方框圖，在該配置里，低頻區(qū)域中進(jìn)行了RZSSB解調(diào)處理，同時(shí)圖11也表示了本發(fā)明第三實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)；以及圖12示出了在圖11所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在描述一些用于接收一個(gè)AM無線信號(hào)的接收電路的例子，以說明體現(xiàn)本發(fā)明的方式。下述的實(shí)施例用于闡明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。但是，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
第一實(shí)施例參照?qǐng)D1和圖2來描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是該第一實(shí)施例的一個(gè)方框圖。圖2示出了在該AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換時(shí)邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列。圖1描述的該實(shí)施例包括AM發(fā)射機(jī)100，發(fā)射天線101，AM接收機(jī)的接收天線102，前端放大器103，頻率變換器104，本地振蕩器105，中頻(IF)濾波器106，限幅器(硬限幅)107，頻率變換器108，本地振蕩器109，中頻濾波器110，頻率變換器111，中頻濾波器112，RZ SSB解調(diào)處理器113，以及AM解調(diào)信號(hào)輸出端114。
現(xiàn)在將簡單描述圖1示出的該第一實(shí)施例中的信號(hào)流程，以及其構(gòu)成電路的功能。
AM發(fā)射機(jī)100的輸出被發(fā)射天線101以調(diào)幅波發(fā)射。該調(diào)幅波被AM接收機(jī)的天線102接收，并在其被前端放大器103放大之后，使用本地振蕩器105的本地振蕩信號(hào)，通過頻率變換器104被變換為一個(gè)中頻信號(hào)，例如，一個(gè)差頻中頻信號(hào)，然后，所需的中頻信號(hào)被中頻濾波器106提取出來。
該信號(hào)被分離為兩部分，一部分輸入給限幅器(硬限幅)107并被變換為一個(gè)固定幅度的信號(hào)。信號(hào)的另一部分被輸入給頻率變換器108，并使用本地振蕩器109的輸出來把信號(hào)變換為一個(gè)和頻信號(hào)。然后，該所需的中頻信號(hào)被中頻濾波器110提取出來。中頻濾波器110的輸出信號(hào)以及限幅器(硬限幅)107的輸出被頻率變換器111變換，以形成差頻信號(hào)。中頻濾波器112提取下邊帶分量，也就是已經(jīng)消除了多余噪聲分量并附有一個(gè)載波的信號(hào)。中頻濾波器112的輸出被輸入給RZ SSB解調(diào)處理器113，并在解調(diào)處理器中被解調(diào)，解調(diào)后的信號(hào)從終端114輸出。
現(xiàn)在使用數(shù)學(xué)表達(dá)式來說明元件電路的操作。把信息信號(hào)寫作g(t)，從發(fā)射天線101發(fā)射的調(diào)幅波是St1(t)＝(1+g(t))cos(ωct) (1)其中ωc是發(fā)射波的角頻率。為保證該調(diào)幅波不被過調(diào)制，要求|g(t)|＜1 (2)下面，我們可以把等式1變換為
St1(t)＝cos(ωct)+{g+(t)cos(ωct)-H(g+(t))sin(ωct)}/2+{g-(t)cos(ωct)+H(g-(t))sin(ωct)}/2(3)其中H(g(t))表示g(t)的希爾伯特變換，g+(t)和g-(t)分別表示發(fā)射波的上邊帶區(qū)域和下邊帶區(qū)域中的信息信號(hào)。因此g+(t)＝g-(t)H(g+(t))＝H(g-(t))等式3中的第一項(xiàng)表示載波分量，第二項(xiàng)表示上邊帶分量，第三項(xiàng)表示下邊帶分量。從等式3中可以看出在一個(gè)未被過調(diào)制的AM信號(hào)中，也就是在一個(gè)滿足等式2所表示的條件的AM信號(hào)中，載波分量總是比邊帶分量高6dB。在圖1和圖2中，信號(hào)以能夠區(qū)分上邊帶分量和下分帶分量的方式來表示。雖然等式1和等式3在數(shù)學(xué)上是等同的，但因?yàn)槲覀儗⒖紤]單邊帶分量，我們將在需要討論提取一個(gè)具體的單邊帶分量，具體地說，也就是上邊帶分量或下邊帶分量時(shí)，使用等式3。
從發(fā)射天線101發(fā)射出的信號(hào)在傳播中受到隨機(jī)的幅度擾動(dòng)和相位擾動(dòng)(稱為“隨機(jī)FM噪聲”)，所述的幅度擾動(dòng)和相位擾動(dòng)遵守瑞利分布規(guī)則，并分別可以用ρ(t)和θ(t)以幅度項(xiàng)和相位項(xiàng)來表示。這些幅度和相位擾動(dòng)作為相乘性干擾來影響信號(hào)。因此，到達(dá)AM接收機(jī)天線102的信號(hào)是Sr1(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(ωct+θ(t)) (4)在接收信號(hào)被前端放大器103放大之后，其中前端放大器103通過一個(gè)RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度指示)信號(hào)來改變它的放大程度，通過頻率變換器104得到了該接收信號(hào)和本地振蕩器105的本地振蕩信號(hào)之間的差頻，所述的本地振蕩信號(hào)具有中心角頻率ωc-ω1和角頻率擾動(dòng)δω。于是，該接收信號(hào)被變換為一個(gè)具有中心角頻率ω1的中頻信號(hào)。中頻濾波器106僅僅從該信號(hào)中提取所需的中頻信號(hào)分量。如果忽略前端放大器103引入的熱噪聲，可以很容易從等式4中找到該被提取出的信號(hào)
S11(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos((ω1±δω)t+θ(t)) (5)在本實(shí)施例中，我們考慮一個(gè)AM接收機(jī)中的傳統(tǒng)的頻率變換(也就是中頻或高頻的AM廣播的AM接收機(jī)中的頻率變換)。因?yàn)榻邮盏闹蓄l或高頻信號(hào)本質(zhì)上是相對(duì)低頻的，所以經(jīng)常使用一個(gè)比接收信號(hào)頻率ωc高的頻率，例如本地振蕩頻率ωL1，來把接收的中頻或高頻信號(hào)變換到一個(gè)中間頻率ωIF1。這就阻止了假的(多余的)信號(hào)混合到該中頻區(qū)域。如果在進(jìn)行上述操作時(shí)，觀察接收的信號(hào)的邊帶，可以看到上邊帶和下邊帶被反轉(zhuǎn)。如果這樣得到的中頻頻率ωIF1被變換為一個(gè)更低的中頻頻率ωIF2，并且如果該第二次頻率變換同樣使用一個(gè)比中頻頻率ωIF1高的頻率來實(shí)現(xiàn)，那么邊帶再次被反轉(zhuǎn)，并從而恢復(fù)為它們?cè)嫉呐帕?。雖然假設(shè)在實(shí)際中實(shí)施該雙重變換，但在本實(shí)施例中，為了簡單，我們只描述前面概述的那種頻率變換的一個(gè)單步頻率變換。但是，本發(fā)明不限于這樣的例子。在本發(fā)明隨后的實(shí)施例中描述了頻率變換的同樣的簡化形式。
等式5所表示的信號(hào)被分離為兩部分。一部分被輸入給限幅器(硬限幅)107，并被變換為一個(gè)固定幅度的信號(hào)S1lim＝cos((ω1±δω)t+θ(t)) (6)其中，隨機(jī)幅度擾動(dòng)分量ρ(t)被消除掉。通過使用角頻率為ω2的本地振蕩器109，并通過頻率變換器108形成和頻，信號(hào)的另一個(gè)分離部分被變換為一個(gè)具有中心角頻率ωI+ω2的中頻信號(hào)。然后，中頻濾波器110只提取所需要的中頻信號(hào)分量，即S12(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(((ω1±δω)+ω2)t+θ(t)) (7)當(dāng)?shù)仁?所表示的限幅器(硬限幅)107的輸出以及等式7所表示的中頻濾波器110的輸出被輸入到頻率變換器111時(shí)，它們的差頻分量被提取，所得到的信號(hào)是S13(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(ω2t) (8)換句話說，角頻率擾動(dòng)δω和用相位項(xiàng)表示出的隨機(jī)干擾分量θ(t)能完全地被消除掉。同時(shí)，載波分量的角頻率被變換為ω2。因此，在隨后的解調(diào)處理中的頻率穩(wěn)定性僅依賴于本地振蕩器109。結(jié)果，如果角頻率ω2低，頻率穩(wěn)定性就不是一個(gè)實(shí)際的問題。陡峭的中頻濾波器112的使用是為了提取下邊帶信號(hào)，該下邊帶信號(hào)是消除了多余的噪聲分量、并增加了載波分量的信號(hào)。省略該數(shù)學(xué)表達(dá)式中的剩余噪聲分量并實(shí)施用以得到等式3的變換，該信號(hào)可以被表示為S14(t)＝ρ(t){(1+g-(t)/2)cos(ω2t)+(H(g-(t))/2)sin(ω2t)}(9)它表明，與發(fā)射波的下邊帶相對(duì)應(yīng)的一個(gè)分量被提取。因?yàn)樵撓逻厧Х至窟€有等式9所表示的載波信號(hào)有一個(gè)載波分量，如前所述，該載波分量比信息信號(hào)的最大值高6dB，所以它能被用作一個(gè)RZ SSB信號(hào)。使用一個(gè)RZ SSB解調(diào)處理器能使隨機(jī)幅度分量ρ(t)被消除，并從而提供一個(gè)高質(zhì)量的解調(diào)信息信號(hào)。
中頻濾波器106之后的信號(hào)處理能用一個(gè)DSP電路來執(zhí)行。如上所述，當(dāng)下邊帶信號(hào)以及被增加的載波分量被提取時(shí)，頻率穩(wěn)定性只由本地振蕩器109決定，并且，最好使用一個(gè)像中頻濾波器112那樣具有陡峭的截?cái)嗵匦缘臑V波器。通過一個(gè)DSP電路來實(shí)現(xiàn)一個(gè)濾波器的其它優(yōu)點(diǎn)包括無需考慮溫度特性等等。
如果圖1所示的電路通過一個(gè)DSP裝置被實(shí)現(xiàn)，為減少DSP電量消耗，需要降低RZ SSB解調(diào)處理器的采樣頻率。通過在頻率變換器111的輸出中插入一個(gè)頻率變換器，來把處理頻率移到一個(gè)低頻區(qū)域。下面將描述一個(gè)這樣處理的例子。
圖3的方框圖給出了圖1所示的接收電路的信號(hào)處理頻率被進(jìn)一步降低的一個(gè)例子。圖4示出了圖3所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生的頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的例示性的排列。圖3所示的第一實(shí)施例的修改后的形式包括代替了圖1所示的中頻濾波器112的中頻濾波器120，頻率變換器121，本地振蕩器122和中頻濾波器123。
下面簡要描述圖3所示的電路的操作。中頻濾波器120用于從頻率變換器111的輸出中提取一個(gè)角頻率為ω2的AM信號(hào)。使用具有角頻率ω2-ω3的本地振蕩器122的輸出，所提取的信號(hào)被頻率變換器121變換為一個(gè)低頻信號(hào)，于是中頻濾波器123提取增添了具有角頻率ω3的載波分量的下邊帶信號(hào)。如果以這種方式降低執(zhí)行處理所在的頻率區(qū)域，不必要的處理就執(zhí)行地更少，從而大大減少了電量消耗。
第二實(shí)施例現(xiàn)在參照?qǐng)D5和圖6來描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖5是該第二實(shí)施例的一個(gè)方框圖，圖6示出了在圖5所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列。圖5所示的該第二實(shí)施例包括AM發(fā)射機(jī)200，發(fā)射天線201，AM接收機(jī)的接收天線202，前端放大器203，頻率變換器204，本地振蕩器205，中頻濾波器206，限幅器(硬限幅)207，頻率變換器208，本地振蕩器209，中頻濾波器210，頻率變換器211，中頻濾波器212，RZ SSB解調(diào)處理器213，以及AM解調(diào)信號(hào)輸出端214。
現(xiàn)在簡單描述圖5示出的該第二實(shí)施例中的信號(hào)流程，以及其構(gòu)成電路的功能。
AM發(fā)射機(jī)200的輸出被發(fā)射天線201作為一個(gè)調(diào)幅波被發(fā)射。該調(diào)幅波被AM接收機(jī)的天線202接收，并在它被前端放大器203放大之后，通過頻率變換器204以及本地振蕩器205被變換為一個(gè)差頻信號(hào)，于是所需的中頻信號(hào)被中頻濾波器206提取出來。該信號(hào)被分離為兩部分，一部分被輸入給限幅器(硬限幅)207并被變換為一個(gè)固定幅度的信號(hào)，信號(hào)的另一個(gè)分離部分被輸入給頻率變換器208，該頻率變換器形成了該輸入信號(hào)和本地振蕩器209輸出之間的差頻。然后，該差頻信號(hào)被中頻濾波器210提取。頻率變換器211使用中頻濾波器210的輸出和限幅器(硬限幅)207的輸出，形成了和頻分量。中頻濾波器212提取下邊帶分量，該下邊帶分量是一個(gè)消除了多余的噪聲分量并附有一個(gè)載波的信號(hào)。中頻濾波器212的輸出被輸入給RZ SSB解調(diào)處理器213并在該處理器中被解調(diào)，被解調(diào)的信號(hào)從終端214輸出。
下面使用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述元件電路的操作。把信息信號(hào)寫作g(t)，被發(fā)射天線201發(fā)射的AM廣播電波為St2(t)＝(1+g(t))cos(ωct) (10)其中，等式中的ωc是發(fā)射波的角頻率。為保證該AM波未被過調(diào)制，要求
|g(t)|＜1 (11)發(fā)射天線201發(fā)射的信號(hào)在傳播的過程中受到可以被ρ(t)和θ(t)以幅度項(xiàng)和相位項(xiàng)來分別表示的相乘性的干擾。因此到達(dá)AM接收機(jī)天線202的信號(hào)為Sr2(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(ωct+θ(t)) (12)在接收信號(hào)被前端放大器203放大之后，通過頻率變換器204取得該接收信號(hào)和本地振蕩器205的本地振蕩信號(hào)之間的差頻，所述的本地振蕩信號(hào)具有中心角頻率ωc-ω1以及一個(gè)角頻率擾動(dòng)δω。結(jié)果，該接收信號(hào)被變換為一個(gè)具有中心角頻率ω1的中頻信號(hào)。中頻濾波器206僅僅從該信號(hào)中提取出所需的中頻信號(hào)分量。通過等式12可以看出，被提取的信號(hào)為S21(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos((ω1±δω)t+θ(t)) (13)注意到忽略了前端放大器203所加入的熱噪聲。
等式13所描述的信號(hào)被分離為兩部分。其中一部分被輸入給限幅器(硬限幅)207并被變換為一個(gè)固定幅度的信號(hào)，即S2lim＝cos((ω1±δω)t+θ(t))(14)通過使用角頻率為ω2的本地振蕩器209，并通過頻率變換器208取得差頻，信號(hào)的另一個(gè)分離部分被變換為一個(gè)中心角頻率為ω2-ω1的中頻信號(hào)(第二中頻)。然后，中頻濾波器210僅提取所需的中頻信號(hào)分量，即S22(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos((ω2-(ω1±δω))t-θ(t)) (15)假設(shè)ω2＞ω1。當(dāng)?shù)仁?4所表示的限幅器(硬限幅)207的輸出以及等式15所表示的中頻濾波器210的輸出被輸入到頻率變換器211，并且提取它們的和頻分量時(shí)，得到的信號(hào)是S23(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(ω2t) (16)換句話說，角頻率擾動(dòng)δω和以相位項(xiàng)形式表現(xiàn)出來的干擾分量θ(t)是完全可以被消除的。同時(shí)，載波分量的角頻率被變換為ω2。因此，在隨后的解調(diào)處理中，頻率穩(wěn)定性不是一個(gè)實(shí)際問題。使用陡峭的中頻濾波器212是為了提取下邊帶信號(hào)，即消除了多余的噪聲分量的并附有一個(gè)載波分量的信號(hào)。省略數(shù)學(xué)表達(dá)式中剩余的噪聲分量并實(shí)施用于得到等式3的變換，該信號(hào)可以表示為S24(t)＝ρ(t){(1+g+(t)/2)cos(ω2t)+(H(g+(t))/2)sin(ω2t)} (17)該等式表示一個(gè)與發(fā)射波上邊帶對(duì)應(yīng)的分量被提取。如果我們參照等式3所給出的一個(gè)AM接收信號(hào)的表達(dá)式，可以看出等式17中的邊帶分量與等式9中的邊帶分量之間的關(guān)系和上邊帶與下邊帶之間的關(guān)系相對(duì)應(yīng)。
如第一實(shí)施例所描述的，很明顯像等式17所示的那樣提取的一個(gè)下邊帶信號(hào)能夠被用作一個(gè)RZ SSB信號(hào)。對(duì)應(yīng)地，一個(gè)RZ SSB解調(diào)處理器的使用能消除干擾分量ρ(t)，并從而提供一個(gè)高質(zhì)量的解調(diào)過的信息信號(hào)。
如果用一個(gè)DSP裝置來實(shí)現(xiàn)圖5所示的電路，以減少DSP電量消耗，需要降低RZ SSB解調(diào)處理器的采樣頻率?？梢酝ㄟ^在頻率變換器212的輸出中插入一個(gè)頻率變換器，把處理頻率移到一個(gè)低頻區(qū)域。下面描述一個(gè)這樣處理的例子。
圖7的方框圖示出了圖5所示的接收電路的一個(gè)改進(jìn)。圖8示出了在圖7所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列。圖7所示的該第二實(shí)施例的改進(jìn)的形式包括一個(gè)替代了圖5所示的中頻濾波器212的中頻濾波器220，頻率變換器221，本地振蕩器222，以及中頻濾波器223。
下面簡單描述圖7所示的電路的操作。中頻濾波器220用于從頻率變換器211的輸出中提取一個(gè)角頻率為ω2的AM信號(hào)。通過使用角頻率為ω2-ω3的本地振蕩器222的輸出，該提取的信號(hào)被頻率變換器221變換到一個(gè)低頻區(qū)域，于是中頻濾波器223提取增加了一個(gè)載波分量的下邊帶信號(hào)。如果以這種方式降低執(zhí)行處理所在的頻域，將執(zhí)行更少的不必要的處理，從而大大減少了電量消耗。
第三實(shí)施例下面參照?qǐng)D9和圖10來描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖9是該第三實(shí)施例的方框圖，圖10示出了在圖9所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列。圖9所示的該第三實(shí)施例包括AM發(fā)射機(jī)300，發(fā)射天線301，AM接收機(jī)的接收天線302，前端放大器303，頻率變換器304，本地振蕩器305，中頻濾波器306，限幅器(硬限幅)307，頻率變換器308，本地振蕩器309，中頻濾波器310，中頻濾波器311，頻率變換器312，頻率變換器313，加法器314，中頻濾波器315，RZ SSB解調(diào)處理器316，以及AM解調(diào)信號(hào)輸出端317。
現(xiàn)在簡單描述圖9示出的該第三實(shí)施例中的信號(hào)流程，以及其構(gòu)成電路的功能。
AM發(fā)射機(jī)300的輸出被發(fā)射天線301作為一個(gè)調(diào)幅波被發(fā)射。該調(diào)幅波被AM接收機(jī)的天線302接收，并在它被前端放大器303放大之后，通過頻率變換器304以及本地振蕩器305被變換為一個(gè)差頻信號(hào)，于是所需的中頻信號(hào)被中頻濾波器306提取出來。然后該信號(hào)被分離為兩部分，一部分被輸入給限幅器(硬限幅)307并被變換為一個(gè)固定幅度的信號(hào)，信號(hào)的另一個(gè)分離部分被輸入給頻率變換器308，該頻率變換器形成了相對(duì)于本地振蕩器309的輸出的和頻和差頻。該和頻信號(hào)被中頻濾波器310提取，該差頻信號(hào)被中頻濾波器311提取。頻率變換器312使用限幅器(硬限幅)307的輸出來形成與中頻濾波器310輸出信號(hào)的差頻分量。頻率變換器313使用限幅器(硬限幅)307的輸出來形成與中頻濾波器311輸出信號(hào)的和頻分量。頻率變換器312和頻率變換器313的輸出被加法器314相加，于是中頻濾波器315提取下邊帶分量，該下邊帶分量是一個(gè)消除了多余的噪聲分量并附有一個(gè)載波分量的信號(hào)。中頻濾波器315的輸出被輸入給RZ SSB解調(diào)處理器316并在該處理器中被解調(diào)，被解調(diào)的信號(hào)從終端317輸出。
下面使用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述元件電路的操作。把信息信號(hào)寫作g(t)，被發(fā)射天線301發(fā)射的AM廣播電波為St3(t)＝(1+g(t))cos(ωct) (18)其中，等式中的ωc是發(fā)射波的角頻率。為保證該AM波未被過調(diào)制，要求|g(t)|＜1(19)發(fā)射天線301發(fā)射的信號(hào)在傳播的過程中受到可以被ρ(t)和θ(t)以幅度項(xiàng)和相位項(xiàng)來分別表示的相乘性的干擾。因此到達(dá)AM接收機(jī)天線302的信號(hào)為Sr3(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(ωct+θ(t)) (20)在接收信號(hào)被前端放大器303放大之后，通過頻率變換器304取得該接收信號(hào)和本地振蕩器305的本地振蕩信號(hào)之間的差頻，該本地振蕩信號(hào)具有中心角頻率ωc-ω1以及一個(gè)角頻率擾動(dòng)δω。結(jié)果，該接收信號(hào)被變換為一個(gè)具有中心角頻率ω1的中頻信號(hào)。中頻濾波器306僅僅從該信號(hào)中提取出所需的中頻信號(hào)分量。通過等式20可以看出，被提取的信號(hào)為S31(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos((ω1+δω)t+θ(t)) (21)注意到忽略了前端放大器303所加入的熱噪聲。
等式21所描述的信號(hào)被分離為兩部分。其中一部分被輸入給限幅器(硬限幅)307并被變換為一個(gè)固定幅度的信號(hào)，即S3lim＝cos((ω1±δω)t+θ(t))(22)使用具有角頻率ω2的本地振蕩器309，頻率變換器308的和頻生成功能被用于把信號(hào)的另一個(gè)分離部分變換為一個(gè)中心角頻率為ω2+ω1的中頻信號(hào)。然后，中頻濾波器310僅提取所需的中頻信號(hào)分量，即S32(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos((ω2+(ω1±δω))t+θ(t)) (23)在本實(shí)施例中，同樣假設(shè)ω2＞ω1。也使用了角頻率為ω2的本地振蕩器309，以及頻率變換器308的差頻生成功能，以把信號(hào)的另一個(gè)分離部分變換為一個(gè)中心角頻率為ω2-ω1的中頻信號(hào)。然后，中頻濾波器311僅提取所需的中頻信號(hào)分量，即S33(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos((ω2-(ω1±δω))t-θ(t))(24)當(dāng)?shù)仁?2所表示的限幅器(硬限幅)307的輸出以及等式23所表示的中頻率波器310的輸出被輸入到頻率變換器312，并且提取它們的差頻分量時(shí)，得到的信號(hào)是S34(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(ω2t)＝ρ(t)cos(ω2t)+ρ+(t){g+(t)cos(ω2t)-H(g+(t))sin(ω2t)}/2+ρ-(t){g-(t)cos(ω2t)+H(g-(t))sin(ω2t)}/2] (25)換句話說，角頻率擾動(dòng)δω和以相位項(xiàng)形式表現(xiàn)出來的干擾分量θ(t)是完全可以被消除的。同時(shí)，載波分量的角頻率被變換為ω2。符號(hào)ρ+(t)和ρ-(t)分別表示上邊帶和下邊帶區(qū)域的隨機(jī)幅度擾動(dòng)。
同樣地，當(dāng)?shù)仁?2所表示的限幅器(硬限幅)307的輸出，以及等式24所表示的中頻濾波器311的輸出被輸入給頻率變換器313，并提取它們的和頻分量時(shí)，得到的信號(hào)是S35(t)＝ρ(t)(1+g(t))cos(ω2t)＝ρ(t)cos(ω2t)+ρ+(t){g+(t)cos(ω2t)+H(g+(t))sin(ω2t)}/2+ρ-(t){g-(t)cos(ω2t)-H(g-(t))sin(ω2t)}/2] (26)換句話說，角頻率擾動(dòng)δω和以相位形式表現(xiàn)出來的干擾分量θ(t)是完全可以被消除的。同時(shí)，載波分量的角頻率被變換為ω2。
頻率變換器312的輸出和頻率變換器313的輸出被加法器314相加，于是中頻濾波器315提取附有一個(gè)角頻率為ω2的載波分量的下邊帶分量。
在隨后的解調(diào)處理中，頻率穩(wěn)定性只依賴于本地振蕩器309。結(jié)果，如果角頻率ω2低，頻率穩(wěn)定性就不是一個(gè)實(shí)際問題。使用陡峭的中頻濾波器315是為了提取下邊帶信號(hào)，該下邊帶信號(hào)是消除了多余的噪聲分量的并附有一個(gè)載波分量的信號(hào)。
省略等式25和26的數(shù)學(xué)表達(dá)式和圖中剩余的噪聲分量，被中頻濾波器315提取的信號(hào)為S36(t)＝2ρ(t)cos(ω2t)+ρ+(t){g+(t)cos(ω2t)+H(g+(t))sin(ω2t)}/2
+ρ-(t){g-(t)cos(ω2t)+H(g-(t))sin(ω2t)}/2] (27)因?yàn)榈仁?7的第二和第三項(xiàng)原先分別是發(fā)射波中的上邊帶和下邊帶，可以期望一個(gè)多樣性的效果，因?yàn)樵趥鞑ブ袃蓚€(gè)邊帶將經(jīng)歷不同程度的惡化。如第一實(shí)施例中所述的，很明顯等式27所給出的下邊帶信號(hào)能夠被用作一個(gè)RZ SSB信號(hào)。相應(yīng)地，使用一個(gè)RZ SSB解調(diào)處理器能夠使干擾分量ρ(t)被消除，再與所述的多樣性效果相結(jié)合，就能得到一個(gè)高質(zhì)量的解調(diào)過的信息信號(hào)。
如果使用一個(gè)DSP裝置來實(shí)施圖9所示的電路，以減少DSP電量消耗，需要降低RZ SSB解調(diào)處理器的采樣頻率?？梢酝ㄟ^在加法器314的輸出中插入一個(gè)頻率變換器，把處理頻率移到一個(gè)低頻區(qū)域。下面描述一個(gè)這樣處理的例子。
圖11的方框圖示出了圖9所示的接收電路的信號(hào)處理頻率被進(jìn)一步降低的一個(gè)例子。圖12示出了在圖11所示的AM信號(hào)接收電路中發(fā)生頻率變換時(shí)，邊帶和載波分量的頻域中的一個(gè)例示性的排列。圖11所示的該第三實(shí)施例的改進(jìn)的形式包括一個(gè)替代了圖9所示的中頻濾波器315的中頻濾波器320，頻率變換器321，本地振蕩器322，以及中頻濾波器323。
下面簡單描述圖11所示的電路的操作。中頻濾波器320用于從加法器314的輸出中提取一個(gè)角頻率為ω2的AM信號(hào)。通過使用角頻率為ω2-ω3的本地振蕩器322的輸出，該提取的信號(hào)被頻率變換器321變換到一個(gè)低頻區(qū)域，于是中頻濾波器323提取一個(gè)增加了載波分量的下邊帶信號(hào)。如果以這種方式降低執(zhí)行處理所在的頻域，將執(zhí)行更少的不必要的處理，從而大大減少了電量消耗。
如上所述，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1.一個(gè)解調(diào)信號(hào)，其頻率特性忠于所得到的發(fā)射波的頻率特性，并且該解調(diào)信號(hào)的質(zhì)量優(yōu)于通過傳統(tǒng)的接收電路得到的解調(diào)信號(hào)。
2.接收特性具有抵抗外界的由于衰減等原因造成的相乘性噪聲的能力，并因此提高了解調(diào)信號(hào)的質(zhì)量。
3.保持了傳統(tǒng)的AM接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明是為了提供一種能使取得的解調(diào)過的信號(hào)獨(dú)立于接收機(jī)中的頻率擾動(dòng)的接收電路。結(jié)果，可以制造不昂貴的接收機(jī)。
4.配置接收電路以得到改進(jìn)的解調(diào)質(zhì)量，從而通過使用AM調(diào)制得到的上邊帶和下邊帶來取得頻率的多樣性效果。
權(quán)利要求
1.一種用于接收并解調(diào)一個(gè)調(diào)幅信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)接收電路，所述的接收電路包括用于把接收的調(diào)幅信號(hào)變換為一個(gè)單邊帶全載波信號(hào)的變換裝置；以及用于從變換過的單邊帶信號(hào)的相位項(xiàng)中解調(diào)出信息信號(hào)的解調(diào)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)幅信號(hào)接收電路，其中所述的變換裝置包括頻率變換裝置，該頻率變換裝置通過把接收的調(diào)幅信號(hào)分為兩個(gè)分支，并且，在對(duì)一個(gè)所述的分支信號(hào)進(jìn)行限幅、對(duì)另一個(gè)分支信號(hào)進(jìn)行變頻之后，把兩個(gè)分支的信號(hào)相乘，來消除多余相位分量，所述的多余相位分量是由于例如傳播路徑對(duì)相位的影響、或接收機(jī)中本地振蕩器的頻率擾動(dòng)所引起的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)幅信號(hào)接收電路，其中所述的變換裝置包括頻率多樣化裝置，該頻率多樣化裝置用于把接收到的調(diào)幅信號(hào)與在頻域上反轉(zhuǎn)該接收信號(hào)的信號(hào)頻率分量的分布而得到的信號(hào)相疊加，并用于把該結(jié)果變換為一個(gè)單邊帶信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)幅信號(hào)接收電路，其中所述的頻率多樣化裝置包括用于把接收的調(diào)幅信號(hào)分為兩個(gè)分支的裝置；用于對(duì)一個(gè)分支調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行限幅的限幅器；第一頻率變換裝置，該裝置用于使用一個(gè)本地振蕩信號(hào)來變頻另一個(gè)分支調(diào)幅信號(hào)，并用于提取差頻分量以及和頻分量；第二頻率變換裝置，該裝置用于使用所述限幅器的輸出來變頻被所述第一頻率變換裝置提取出來的差頻分量，并用于提取作為結(jié)果的和頻分量；第三頻率變換裝置，該裝置用于使用所述限幅器的輸出來變頻被所述第一頻率變換裝置提取出來的和頻分量，并用于提取作為結(jié)果的差頻分量；以及用于相加所述第二頻率變換裝置的輸出和所述第三頻率變換裝置的輸出的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種調(diào)幅信號(hào)接收電路，其中為提高解調(diào)信號(hào)的質(zhì)量，在不改變AM無線電波傳輸形式的條件下，接收的調(diào)幅信號(hào)被變換為一個(gè)單邊帶信號(hào)，并且信息信號(hào)從該變換過的單邊帶信號(hào)的相位項(xiàng)中解調(diào)出來。
文檔編號(hào)H03D1/00GK1414713SQ0214714
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月24日
發(fā)明者伊藤泰宏, 西田泰章, 安藤孝, 大黑一弘, 細(xì)谷進(jìn)一 申請(qǐng)人:日本放送協(xié)會(huì), Nhk工程服務(wù)株式會(huì)社, R－康姆株式會(huì)社, 日本克雅斯泰姆株式會(huì)社