本實用新型涉及人體介質通信技術領域，特別是涉及一種脈沖調制信號接收系統(tǒng)。

背景技術：

隨著電子信息技術、無線通信技術、半導體集成電路技術、生物醫(yī)療技術的迅猛發(fā)展，以及人們對無線應用需求的不斷提高，以人體為介質的體域網(wǎng)(BAN，BodyArea Network)通信系統(tǒng)因其便攜、低功耗、低復雜度的特點，能夠很好地適應醫(yī)療、航天、體育以及軍事等領域對人體體征進行實時測量與監(jiān)控的需求，逐漸成為了下一代移動通信技術研究中的熱點方向之一。

與傳統(tǒng)無線通信手段相比，人體介質通信的優(yōu)勢是可以做到近全自動化、可以連續(xù)或周期性檢測及靈活性強，可靠性強和精度高(附在人體的體域網(wǎng)傳感器可以有效及高精度的處理人體物理信號)，效率高(低功耗下節(jié)點使用壽命長)，成本低、低功耗、高保密性以及低的人體損害等優(yōu)點，而且不存在多人通信時效率降低的問題。因此，研究以人體自身作為傳輸介質的通信系統(tǒng)已成為業(yè)界的迫切需求。

目前，業(yè)界在人體介質通信領域對信號的調制和解調技術方面還處于起步研究階段，多是圍繞人體信道、數(shù)據(jù)接入、組網(wǎng)及信號處理算法方面開展的，僅有少數(shù)團隊采用分立元件初步搭建了人體介質傳輸硬件實驗系統(tǒng)，對人體介質通信的調制解調技術鮮有報道，已有的人體介質通信以OOK(On-Off Keying，二進制啟閉鍵控)、ASK(幅移鍵控)、2FSK(二進制頻移鍵控)等調制解調技術為主。相比之下2PSK(二進制相移鍵控)具有較好的誤碼率性能，但是在2PSK信號傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產(chǎn)生誤碼。為了保持2PSK優(yōu)點，降低誤碼率，把2PSK調制改進為二進制差分相移鍵控調制。2DPSK(二進制差分鍵控相移鍵控)調制技術具有傳輸效率高、抗干擾能力強、誤比特率性能優(yōu)良等優(yōu)勢。但是，由于2DPSK調制信號中不含有載波成分，不能直接進行載波恢復，因此已有的解調方法都是通過平方環(huán)鎖相環(huán)相關解調方法與科斯塔斯環(huán)相關解調方法采用復雜的電路恢復出與調制載波嚴格同步的相干載波，無形中增加了接收系統(tǒng)的復雜度和能耗，并導致系統(tǒng)集成后芯片面積和功耗較大，且需要承受較高的工作頻率。

技術實現(xiàn)要素：

基于上述情況，本實用新型提出了一種脈沖調制信號接收和方法，直接進行載波恢復輸出基帶絕對碼數(shù)據(jù)，具有低功耗、低復雜度、高速、易集成的特點，滿足人體介質傳輸應用的需求。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型技術方案的實施例為：

一種脈沖調制信號接收系統(tǒng)，包括自動增益控制放大器、平方器、低通濾波器、固定脈沖寬度判決器、觸發(fā)式模數(shù)轉換器和差分相位解調器；

所述自動增益控制放大器的輸入端輸入脈沖式2DPSK調制信號，所述自動增益控制放大器的輸出端分別連接所述平方器的輸入端和所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器的信號輸入端，所述平方器的輸出端連接所述低通濾波器的輸入端，所述低通濾波器的輸出端連接所述固定脈沖寬度判決器的輸入端，所述固定脈沖寬度判決器的輸出端連接所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器的同步觸發(fā)輸入端，所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器的輸出端連接所述差分相位解調器的輸入端；

所述固定脈沖寬度判決器包括判決器和固定脈沖展寬器，所述低通濾波器的輸出端連接所述判決器的輸入端，所述判決器的輸出端連接所述固定脈沖展寬器的輸入端，所述固定脈沖展寬器的輸出端連接所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器的同步觸發(fā)輸入端。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果為：本實用新型脈沖調制信號接收系統(tǒng)，自動增益控制放大器的輸入端輸入脈沖式2DPSK調制信號，動增益控制放大器對脈沖式2DPSK調制信號進行自動增益控制放大，平方器對第一路自動增益控制放大器輸出的信號進行平方操作，低通濾波器提取進行平方操作后信號中的包絡信號；固定脈沖寬度判決器對提取的包絡信號進行判決和脈沖展寬，獲得同步數(shù)字脈沖信號；當同步數(shù)字脈沖信號輸入觸發(fā)式模數(shù)轉換器時，觸發(fā)式模數(shù)轉換器對第二路幅度包絡穩(wěn)定信號進行采樣；最后差分相位解調器根據(jù)對第二路幅度包絡穩(wěn)定信號進行前后兩次采樣得到的相鄰兩個采樣數(shù)據(jù)，一步到位恢復輸出基帶絕對碼數(shù)據(jù)。本實用新型采用脈沖式2DPSK調制信號提高了人體信道的頻帶利用率，提高發(fā)送速率，系統(tǒng)工作在全數(shù)字觸發(fā)式狀態(tài)，直接進行載波恢復，在實現(xiàn)上能以低功耗、低復雜度、高速的優(yōu)點換來系統(tǒng)的單位比特能耗顯著降低，并且可完全采用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)集成電路工藝實現(xiàn)，不存在大面積的集成電阻及電容整形電路，適合集成于SOC(System on Chip，系統(tǒng)級芯片)芯片，具有良好推廣價值。

附圖說明

圖1為一個實施例中脈沖調制信號接收系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為一個實施例中差分相位解調器結構示意圖；

圖3為一個實施例中相位比較器結構示意圖；

圖4為基于圖1所示系統(tǒng)一個具體示例中脈沖調制信號接收系統(tǒng)結構示意圖；

圖5為一個脈沖調制信號接收系統(tǒng)的應用實例。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本實用新型，并不限定本實用新型的保護范圍。

一個實施例中脈沖調制信號接收系統(tǒng)，如圖1所示，包括自動增益控制放大器101、平方器102、低通濾波器103、固定脈沖寬度判決器104、觸發(fā)式模數(shù)轉換器105和差分相位解調器106；

所述自動增益控制放大器101的輸入端輸入脈沖式2DPSK調制信號，所述自動增益控制放大器101的輸出端分別連接所述平方器102的輸入端和所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器105的信號輸入端，所述平方器102的輸出端連接所述低通濾波器103的輸入端，所述低通濾波器103的輸出端連接所述固定脈沖寬度判決器104的輸入端，所述固定脈沖寬度判決器104的輸出端連接所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器105的同步觸發(fā)輸入端，所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器105的輸出端連接所述差分相位解調器106的輸入端；

所述固定脈沖寬度判決器104包括判決器1041和固定脈沖展寬器1042，所述低通濾波器103的輸出端連接所述判決器1041的輸入端，所述判決器1041的輸出端連接所述固定脈沖展寬器1042的輸入端，所述固定脈沖展寬器1042的輸出端連接所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器105的同步觸發(fā)輸入端。

自動增益控制放大器101對脈沖式2DPSK調制信號進行自動增益控制放大，輸出兩路幅度包絡穩(wěn)定信號；平方器102對第一路幅度包絡穩(wěn)定信號進行平方操作；低通濾波器103提取進行平方操作后信號中的包絡信號；固定脈沖寬度判決器104中的判決器1041對包絡信號進行判決，固定脈沖展寬器1042根據(jù)預設脈沖寬度對進行判決后的包絡信號進行脈沖展寬，獲得同步數(shù)字脈沖信號；當同步數(shù)字脈沖信號到來時，觸發(fā)式模數(shù)轉換器105采用預設采樣率對第二路幅度包絡穩(wěn)定信號進行采樣；最后差分相位解調器106根據(jù)對第二路幅度包絡穩(wěn)定信號進行前后兩次采樣得到的相鄰兩個采樣數(shù)據(jù)，一步到位恢復輸出基帶絕對碼數(shù)據(jù)。

觸發(fā)式模數(shù)轉換器在同步數(shù)字脈沖信號到來時才進行采樣，其余時間模數(shù)轉換器進入待機狀態(tài)不輸出數(shù)據(jù)。

從以上描述可知，本實用新型脈沖調制信號接收系統(tǒng)，采用脈沖式2DPSK調制信號提高了人體信道的頻帶利用率，提高發(fā)送速率，系統(tǒng)工作在全數(shù)字觸發(fā)式狀態(tài)，直接進行載波恢復，在實現(xiàn)上能以低功耗、低復雜度、高速的優(yōu)點換來系統(tǒng)的單位比特能耗顯著降低，并且可完全采用CMOS集成電路工藝實現(xiàn)，不存在大面積的集成電阻及電容整形電路，適合集成于SOC芯片，具有良好推廣價值。

此外，在一個具體示例中，如圖2所示，所述差分相位解調器106包括第一移位寄存器1061、第二移位寄存器1062和相位比較器1063；

所述觸發(fā)式模數(shù)轉換器105的輸出端連接所述第一移位寄存器1061，所述第一移位寄存器1061的第一輸出端連接所述第二移位寄存器1062的輸入端，所述第一移位寄存器1061的第二輸出端和所述第二移位寄存器1062的輸出端分別連接所述相位比較器1063的輸入端。

觸發(fā)式模數(shù)轉換器105輸出第一次采樣數(shù)據(jù)到第一移位寄存器1061，第一移位寄存器1061對第一次采樣數(shù)據(jù)進行移位寄存操作，得到第一移位寄存數(shù)據(jù)d_n(t)，觸發(fā)式模數(shù)轉換器105輸出第二次采樣數(shù)據(jù)到第一移位寄存器1061，第一移位寄存器1061將第一移位寄存數(shù)據(jù)d_n(t)輸出到第二移位寄存器1062，第二移位寄存器1062輸出第一移位寄存數(shù)據(jù)d_n(t)到相位比較器1063，第一移位寄存器1061對第二次采樣數(shù)據(jù)進行移位寄存操作，得到第二移位寄存數(shù)據(jù)d_n+1(t)，第一移位寄存器1061輸出第二移位寄存數(shù)據(jù)d_n+1(t)到相位比較器1063，相位比較器1063根據(jù)第一移位寄存數(shù)據(jù)d_n(t)和第二移位寄存數(shù)據(jù)d_n+1(t)輸出基帶絕對碼數(shù)據(jù)。

此外，在一個具體示例中，如圖3所示，所述相位比較器1063包括數(shù)字乘法電路10631、均值獲取電路10632和閾值判決電路10633；

所述第一移位寄存器1061的第二輸出端連接所述數(shù)字乘法電路10631的第一輸入端，所述第二移位寄存器1062的輸出端連接所述數(shù)字乘法電路10631的第二輸入端，所述數(shù)字乘法電路10631的輸出端連接所述均值獲取電路10632的輸入端，所述均值獲取電路10632的輸出端連接所述閾值判決電路10633的輸入端。

例如第一移位寄存器1061輸出信號d_n(t)，第二移位寄存器1062輸出信號d_n+1(t)，那么數(shù)字乘法電路10631將上述兩個信號相乘，通過均值獲取電路10632得到數(shù)字乘法電路10631輸出乘積的直流均值，閾值判決電路10633將該直流均值和某一預先設定的數(shù)學閾值，對應輸出“邏輯1”或“邏輯0”，從而實現(xiàn)脈沖式2DPSK非相關信號解調。

此外，在一個具體示例中，上述系統(tǒng)還包括低噪聲放大器，所述低噪聲放大器的輸入端輸入所述脈沖式2DPSK調制信號，所述低噪聲放大器的輸出端連接所述自動增益控制放大器的輸入端。

低噪聲放大器噪聲系數(shù)很低，在放大微弱信號的場合，低噪聲放大器自身的噪聲對信號的干擾很小，提高輸出的信噪比。

此外，在一個具體示例中，上述系統(tǒng)還包括選頻濾波器，所述選頻濾波器的輸入端輸入所述脈沖式2DPSK調制信號，所述選頻濾波器的輸出端連接所述低噪聲放大器的輸入端。

這里可以根據(jù)實際需要通過選頻濾波器獲取脈沖式2DPSK調制信號中特定頻段的信號進行后續(xù)研究處理，適合應用。

此外，在一個具體示例中，所述固定脈沖展寬器為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對輸入的信號進行固定脈沖展寬，滿足實際需要。

為了更好地理解上述系統(tǒng)，以下詳細闡述一個本實用新型脈沖調制信號接收系統(tǒng)的應用實例。

如圖4所示，可以包括選頻濾波器401、低噪聲放大器402、自動增益控制放大器403、平方器404、低通濾波器405、判決器406、固定脈沖展寬器407、觸發(fā)式模數(shù)轉換器408和差分相位解調器409；

選頻濾波器401的輸入端輸入脈沖式2DPSK調制信號，選頻濾波器401的輸出端連接低噪聲放大器402的輸入端，低噪聲放大器402的輸出端連接自動增益控制放大器403的輸入端，自動增益控制放大器403的輸出端分別連接平方器404的輸入端和觸發(fā)式模數(shù)轉換器408的信號輸入端，平方器404的輸出端連接低通濾波器405的輸入端，低通濾波器405的輸出端連接判決器406的輸入端，判決器406的輸出端連接固定脈沖展寬器407的輸入端，固定脈沖展寬器407的的輸出端連接觸發(fā)式模數(shù)轉換器408的同步觸發(fā)輸入端，觸發(fā)式模數(shù)轉換器408的輸出端連接差分相位解調器409的輸入端；

所述差分相位解調器409包括第一移位寄存器4091、第二移位寄存器4092、數(shù)字乘法電路4093、均值獲取電路4094和閾值判決電路4095；

觸發(fā)式模數(shù)轉換器408的輸出端連接第一移位寄存器4091，第一移位寄存器4091的第一輸出端連接第二移位寄存器4092的輸入端，第一移位寄存器4091的第二輸出端連接數(shù)字乘法電路4093的第一輸入端，第二移位寄存器4092的輸出端連接數(shù)字乘法電路4093的第二輸入端，數(shù)字乘法電路4093的輸出端連接均值獲取電路4094的輸入端，均值獲取電路4094的輸出端連接閾值判決電路4095的輸入端。

具體地，選頻濾波器401對經(jīng)過人體介質的寬帶脈沖式2DPSK調制信號進行選頻濾波，低噪聲放大器402對進行選頻濾波后的寬帶脈沖式2DPSK調制信號進行放大，自動增益控制放大器403對放大后的某一頻段的寬帶脈沖式2DPSK調制信號進行自動增益控制放大，獲得幅度包絡穩(wěn)定信號r(t)，分兩路輸出幅度包絡穩(wěn)定信號r(t)，平方器404對第一路幅度包絡穩(wěn)定信號r(t)進行平方操作得到信號a(t)，通過低通濾波器405進一步的噪聲抑制、濾波得到信號b(t)，通過判決器406對b(t)進行判決后，通過固定脈沖展寬器407再進行固定寬度的脈沖展寬操作，從而得到同步數(shù)字脈沖c(t)，c(t)的脈沖寬度須大于信號r(t)的脈沖寬度，以保證觸發(fā)式模數(shù)轉換器408每次采樣都能采集到r(t)中有效的脈沖信息，并且每次采樣時間長度及采樣所輸出的每組數(shù)據(jù)d_n(t)的數(shù)據(jù)長度(采樣點的數(shù)量)相同，當同步數(shù)字脈沖c(t)到來時，以大于等于2倍r(t)載波頻率的采樣頻率，通過觸發(fā)式模數(shù)轉換器408對第二路幅度包絡穩(wěn)定信號r(t)進行采樣，得到數(shù)據(jù)dn(t)(n對應采樣次數(shù))，通過差分相位解調器409一步到位恢復輸出基帶絕對碼數(shù)據(jù)e(t)及同步數(shù)字脈沖c(t)；

這里同步數(shù)字脈沖c(t)即作為系統(tǒng)最終解調輸出絕對碼數(shù)據(jù)e(t)的配套同步時鐘；

進一步，觸發(fā)式模數(shù)轉換器408在信號c(t)的同步脈沖到來時才進行采樣，所采集到的數(shù)據(jù)即是r(t)中所對應脈沖信號的數(shù)字形式，而其余時間觸發(fā)式模數(shù)轉換器408進入待機狀態(tài)不輸出數(shù)據(jù)；

進一步，觸發(fā)式模數(shù)轉換器408輸出第一次采樣數(shù)據(jù)到第一移位寄存器4091，第一移位寄存器4091對第一次采樣數(shù)據(jù)進行移位寄存操作，得到第一移位寄存數(shù)據(jù)d_n(t)，觸發(fā)式模數(shù)轉換器408輸出第二次采樣數(shù)據(jù)到第一移位寄存器4091，第一移位寄存器4091將第一移位寄存數(shù)據(jù)d_n(t)輸出到第二移位寄存器4092，第二移位寄存器4092輸出第一移位寄存數(shù)據(jù)d_n(t)到數(shù)字乘法電路4093，第一移位寄存器4091對第二次采樣數(shù)據(jù)進行移位寄存操作，得到第二移位寄存數(shù)據(jù)d_n+1(t)，第一移位寄存器4091輸出第二移位寄存數(shù)據(jù)d_n+1(t)到數(shù)字乘法電路4093，例如將第一移位寄存器4091輸出信號表示為d_n(t)＝COS(ωt)，第二移位寄存器4092輸出信號表示為d_n+1(t)＝COS(ωt+θ)，數(shù)字乘法電路4093輸出信號可以表示為：通過均值獲取電路4094得到直流均值信號所述直流均值信號q(t)的大小即體現(xiàn)了d_n(t)與d_n+1(t)數(shù)據(jù)的相位差信息，閾值判決電路4095比較q(t)和某一預先設定的數(shù)學閾值，對應輸出“邏輯1”或“邏輯0”，從而實現(xiàn)脈沖式2DPSK非相關信號解調。

如圖5所示，脈沖調制信號接收系統(tǒng)應用于人體介質通信時，將信號源31產(chǎn)生的信號u_i送入2DPSK發(fā)射機32的輸入端，2DPSK發(fā)射機32的輸出端向其中一人身上佩戴的人體介質傳感器1發(fā)射寬帶脈沖式2DPSK信號u_n，信號u_n通過兩人的握手而構建的人體介質信道傳送至另一個人的身上佩戴的人體介質傳感器2，由人體介質傳感器2輸出寬帶脈沖式2DPSK信號u'_n，接著由圖4的實施實例33對信號u'_n進行脈沖式2DPSK非相關接收與解調，輸出基帶數(shù)據(jù)Data，最后通過計算機34內(nèi)部上位機完成對Data數(shù)據(jù)處理，不需要復雜的載波同步恢復、科斯塔斯環(huán)、高速實時采集等電路，低復雜度、低功耗及易于集成。

從以上描述可知，本實施例選頻濾波器對經(jīng)過人體介質的寬帶脈沖式2DPSK調制信號進行選頻濾波，低噪聲放大器對進行選頻濾波后的寬帶脈沖式2DPSK調制信號進行放大，自動增益控制放大器對放大后的某一頻段的寬帶脈沖式2DPSK調制信號進行自動增益控制放大，獲得幅度包絡穩(wěn)定信號；平方器對第一路幅度包絡穩(wěn)定信號進行平方操作；低通濾波器提取進行平方操作后信號中的包絡信號；判決器對提取的包絡信號進行判決，固定脈沖展寬器根據(jù)預設脈沖寬度對進行判決后的包絡信號進行脈沖展寬，獲得同步數(shù)字脈沖信號；當同步數(shù)字脈沖信號到來時，觸發(fā)式模數(shù)轉換器采用預設采樣率對第二路幅度包絡穩(wěn)定信號進行采樣；最后差分相位解調器根據(jù)對第二路幅度包絡穩(wěn)定信號進行前后兩次采樣得到的相鄰兩個采樣數(shù)據(jù)，一步到位恢復輸出基帶絕對碼數(shù)據(jù)。本實用新型采用脈沖式2DPSK調制信號提高了人體信道的頻帶利用率，提高發(fā)送速率，系統(tǒng)工作在全數(shù)字觸發(fā)式狀態(tài)，直接進行載波恢復，在實現(xiàn)上能以低功耗、低復雜度、高速的優(yōu)點換來系統(tǒng)的單位比特能耗顯著降低，并且可完全采用CMOS集成電路工藝實現(xiàn)，不存在大面積的集成電阻及電容整形電路，適合集成于SOC芯片，具有良好推廣價值。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。