專利名稱：恢復調頻信號的方法
技術領域：
本發明涉及射頻(RF)信號，具體涉及恢復調頻(FM)信號的方法。
利用直接變換的接收機來恢復FM信號的方法是眾所周知的。這些方法通常包括用接收機(
圖1)把從被選信道上接收載頻信號變頻為中頻(IF)信號，再把IF信號變成一個方波，然后利用該方波及其延時形態加到一個正交檢波器(例如一個異或門)上，就可直接變換為復原了的聲頻信號。
該接收機(圖1)可在800—900MHz發送頻帶解碼信號內工作，信道間隔為25KHz的蜂窩通信系統中使用。該系統中的全調制FM信號偏離信道的載頻中心點+10KHz或-10KHz，信號(全調制信號)偏離±10KHz的速率代表(和跟蹤)原始編碼聲頻信號(例如，對于一個2KHz輸入聲頻信號，其FM信號將以2KHz速率在載頻±10KHz之間循環)。
FM信號從信道頻率變頻為IF頻率通常是通過將FM信號變頻為一個基帶頻率(零RF)，然后向上變頻為IF頻率來實現的。從信道頻率變頻為零RF狀態是通過將接收的信號與第一本機振蕩器(LOCAL OSC#1)混頻來實現的。FM信號到零RF的變頻另外還伴隨有與傳輸信道有關的FM信號幅度變化。如先有技術已知的，FM信號幅度變化由檢波器解碼為附加的聲頻信息。該附加的聲頻信息代表干擾，它劣化檢波信號的質量。
消除幅度變化的一種途徑是通過削波限幅使轉換后的FM信號(IF頻率)變為方波，然后將該方波和該方波的延時拷貝輸入到異或門，該異或門的輸出是一串脈沖，它的平均值代表傳送的聲頻信號。
接收的FM信號(載波頻率)變為方波是借助將接收的信號(在第一混頻器內)與第一本機振蕩器(LOCAL OSC#1)的第一輸出進行第一混頻，然后該接收的信號在第二混頻器內與第一本地振蕩器的第二輸出進行混頻(上述第二輸出與第一輸出是正交關系)而實現的。這兩個混頻器(圖4)的輸出是以零RF頻率的FM信號的正交分量。
另一方面，以零RF頻率的FM信號的正交分量(施加到異或門上)不能以基帶頻率相加和限幅，因為聲頻信息的諧波(例如，2KHz的聲頻信息具有4、8或16KHz的諧波)仍落在該接收信號的帶寬內。鑒于上述的諧波問題，為此將以零RF的FM信號的正交分量在第二組混頻器內與第二木地振蕩器(LOCAL OSC H2)的正交分量混頻為IF頻率(例如為131KHz)，并在限幅之前相加。限幅器的輸出是一個方波，將其施加到異或門便可從該方波恢復聲頻信息。
從方波恢復聲頻信息是借助將該方波和它延時后的拷貝施加到異或門上實現的。時延的選擇要使得經延時的方波在IF中心頻率處落后于未經延時方波90°。在IF中心頻率處，異或門的輸出脈沖的寬度與兩脈沖之間的間距相同。在IF中心頻率處，異或門的平均輸出是該異或門輸出脈沖電壓的一半。在IF頻率向上偏離FM信號(131KHz＋10KHz)的情況下，異或門的平均輸出也朝滿標度脈沖電壓增加。在IF頻率向下偏離(131KHz—10KHz)的情況下，異或門的平均輸出也朝零減少。鑒于異或門的輸出與時延有關，所以，經延時的方波的時延值必須精心選擇，以避免切削該輸出聲頻信號。
雖然FM信號經直接變換而恢復得很好，但這種系統的穩定度與異或門的平均輸出有關。為使檢波器的輸出真實地再生出輸入聲頻信號，異或門的平均輸出必須保持居中。因檢波器是一個“通—斷”裝置，故檢波器的平均輸出是由該方波與經延時的方波的關系確定的。延時方波的時間關系改變時(因為老化、溫度等原因)，檢波器變成中心錯位，并導致切削輸出信號。
延遲方波通常是使用帶通濾波器來實現，該濾波器工作在濾波(衰減)曲線的中點。這種工作在該中點提供了足夠的相移以得到該檢波器所需的延時量。當工作在中點的濾波器因IF頻率偏移或濾波器元件參數變化而偏離中點時，檢波器的可靠運行受到不利影響。鑒于直接檢波對于FM變換的重要性，現在需要一種更可靠的在檢波之前延遲方波信號的方法。
圖1示出一種先有技術的FM接收機的方框圖；圖2示出本發明實施例的FM信號檢波的流程圖；圖3示出本發明實施例的FM接收機的方框圖；圖4示出零RF的FM信號的正交分量示意圖。
解決檢波前可靠地延遲FM信號問題在概念上是消除在IF部分內的方波信號延遲和在上變頻前在零RF部分內提供一個比交可靠的信號延遲裝置。延遲裝置移到零RF部分允許使用窄帶低通濾波器作為延遲裝置。
圖2示出本發明的FM信號延遲和檢波的流程圖。
圖3示出本發明實施例的FM接收機10的方框圖。接收機10包含一個帶通濾波器(BPF)11和第一本機振蕩器(LOCAL OSC#1)13，這些構成與先有技術相同，用以將接收信號變換為基帶信號。BPF11提供一種將被選信道上的所需信號與指定的子頻譜內其它信道上的其它信號相隔離的方法。LOCAL OSC#1 13提供一種將接收信號在混頻器12和14的輸出端上呈現從被選信道變換到零RF狀態的手段。在混頻器12和14中將接收信號與LOCAL OSC#1 13的正交輸出相混提供一種產生零RF的FM信號正交(第一和第二)分量的手段(如圖4中分別示為信號31和32)。
FM信號的第一和第二分量在接收機10中沿第一和第二信號通路得到處理，以產生一個基準信號和一個延遲的基準信號。該基準信號和該延遲的基準信號隨后被限幅并施加到檢波器上。
在接收機10中(亦即在第一和第二通路中)，通過在混頻器15和16內將FM信號的第一和第二分量與LOCAL OSC#2 18的正交輸出相混，混頻后的信號在加法器17中求和，然后在限幅器26中限幅，在限幅器26的輸出端上產生該基準信號，它形似一個方波。在混頻器15和16中將零RF的FM信號的第一和第二分量與IF的正交輸出(即Sin(ω2)t和Cos(ω2)t相混，其作用是使FM信號的第一和第二分量向上變頻為IF狀態并同時保持上變頻后的第一和第二信號的正交關系。在加法器17中IF狀態的保持正交關系的信號求和，以產生一個求和后的輸出，該輸出形似一個方波，該波頂帶有雙峰。在限幅器26內進行的限幅實現了方波成形的處理過程。
在接收機10中(亦即在第二通路中)，通過在延時裝置19—20中將零RF的FM信號的第一和第二分量延時，在混頻器21—22中向上變頻，在加法器23中求和，以及在限幅器25中限幅而在限幅器25的輸出端上產生延遲后的上變頻信號，它形似方波。根據本發明，因信號延遲是在零RF狀態發生的，故簡單的低通濾波器19—20可用以作為延時裝置19和20。為了提供足夠的延遲，低通濾波器19、20必須寬得足以通過零RF的FM信號，還必須在第一和第二分量的帶寬上提供一個線性的相移。在零RF的FM信號的相移之后，利用LOCAL OSG#2 18的正交輸出信號完成延遲信號的上變頻(在第二信號通路內上變頻所使用的正交輸出信號應被選擇得與在第一信號通路內所使用的正交輸出信號的相位相差180°)。
在第二信號通路內上變頻之后，上變頻信號在加法器23內相加，然后相加后的信號被限幅，以在限幅器25內形成一個方波。
在接收機10的檢波器24內聲頻信息的恢復是通過在檢波器24(異或門)內將限幅的基準信號與限幅的上變頻的延遲信號相比較來實現的。限幅的基準信號與限幅的上變頻延遲信號之間的精確關系是利用本機振蕩器13和18的正交輸出和利用可靠的延時裝置19—20來保障的。因延時裝置19—20以基帶(零RF)工作，而不是以IF工作，故長時延可用一個簡單的線性相位低通濾波器就能容易地實現。因復原的聲頻電平與延時直接成正比，故長時延是很重要的。根據本發明構成的FM接收機，事實上業已提供了是先有技術FM接收機聲頻電平的三至四倍的音頻輸出電平。
限幅基準信號與限幅上變頻延遲信號之間90°相移是根據上變頻器相乘信號的正交關系得出的。限幅基準信號和限幅上變頻延遲信號(和FM信號的基帶第一與第二分量)的正交關系是通過對本地振蕩器的正交輸出進行反饋環路控制使其在小于1°誤差之內而維持的。開關混頻器在上變頻器內使用，向上變頻器提供方皮作為乘信號。正交方波容易在1MHz以內用D觸發器產生，D觸發器具有遠小于1°的相位誤差。因90°相移是由兩個非常精確的源信號確定的，故本發明在常規的正交檢波器中沒有因相移變化而引起的輸出電壓變化。
本發明的許多特點和優點在上述詳細描述中是顯而易見的，為此它由所附的、觸覆蓋本發明真實精神和范圍的該系統所有這樣特點和優點的權利要求書來限定。再則，對于本領域的普通技術人員來說作出很多修改和變化(例如使用數字信號處理器延遲裝置)是很容易的，故無需將本發明限制成為示例性的和所描述的確切的結構和操作，為此，一切適當的修改和等同物都落在本發明的范圍內。
當然，應該理解，本發明不會局限于附圖中的具體圖示，它包括了在所附權利要求書范圍內的任何修改。
權利要求
1.一種恢復調頻信號的方法，該調頻信號具有在零RF頻譜位置的調頻信號第一分量和在零RF頻譜位置的調頻信號的第二分量，第二分量與第一分量的關系是正交關系，其特征在于，該方法包括以下步驟對第一和第二分量上變頻和求和，以產生一個基準信號；對第一和第二分量進行延遲；對延遲的上變頻第一和第二分量上變頻和求和，以產生一個延遲的基準信號，延遲的基準信號與基準信號的關系是正交關系；對基準信號和延遲的基準信號限幅；以及對所限幅的基準信號和所限幅的延遲基準信號檢波。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，對所限幅基準信號和所延遲限幅基準信號限幅的步驟還包括把限幅基準信號和限幅延遲基準信號施加在一個異或門上的步驟。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，上變頻步驟使用一個圖像均衡混頻器。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于，對第一和第二分量上變頻和求和使用圖像均衡混頻器的步驟包括第一分量乘以一個上變頻信號以形成一個第一乘積信號和第二分量乘以該上變頻信號的正交形態以形成一個第二乘積信號的步驟；和對第一和第二乘積信號求和以成為基準信號的步驟。
5.根據權利要求3的方法，其特征在于，對第一和第二分量上變頻和求和使用圖像均衡混頻器的步驟還包括將第一延遲分量乘以另一個上變頻信號以形成第一乘積信號和將第二延遲分量乘以該另一個上變頻信號以形成一個第二乘積信號的步驟和對第一和第二乘積信號求和以成為延遲基準信號的步驟。
6.一種用以在直接變換的接收機中恢復調頻信號的裝置，該接收機具有零RF頻譜位置的調頻信號的第一信號和零RF頻譜位置的調頻信號的第二信號，第二信號與第一信號呈正交關系，其特征在于，該裝置包括將第一和第二信號上變頻以產生一個基準信號的裝置；將第一和第二信號延時并將延遲的第一和第二信號上變頻以產生一個延遲基準信號的裝置，在該調頻信號未被調制時延遲基準信號與基準信號呈正交關系；對基準信號和延遲基準信號限幅的裝置；以及對限幅的基準和延遲基準信號進行異或運算的裝置。
7.根據權利要求6的裝置，其特征在于，上變頻裝置還包括一個圖像均衡混頻器，可工作用以將第一信號乘以一個上變頻信號以形成一個第一乘積信號，并將第二信號乘以該上變頻信號的正交形態以形成一個第二乘積信號，再將第一與第二乘積信號相加。
8.根據權利要求6的裝置，其特征在于，延時和上變頻的裝置還包括延遲裝置，用以接收并延遲第一和第二信號以及輸出延遲的第一和第二信號；一個圖像均衡混頻器，與上述的延遲裝置相耦合，適合于接收延遲的第一信號，并將該第一信號乘以一個上變頻信號以形成一個第一乘積信號，接收延遲的第二信號，并將該第二信號乘以該上變頻信號的正交形態以形成一個第二乘積信號；以及一個加法器，與上述圖像均衡混頻器相耦合，用以接收第一和第二乘積信號，并對這兩乘積信號求和產生延遲的基準信號。
全文摘要
本文公開一種用以恢復調頻信號的裝置和方法，該調頻信號具有零RF頻譜位置的調頻信號的第一分量和零RF頻譜位置的調頻信號的第二分量，兩分量呈正交關系。該方法包括以下步驟在第一圖像均衡混頻器(15-18)中對第一和第二分量上變頻和求和以產生一個基準信號(100)；對第一和第二分量延時；在另一個圖像均衡混頻器(18-23)中對延遲的上變頻的第一和第二分量上變頻并求和，以產生一個延遲的基準信號(101)，該信號(101)與基準信號呈正交關系；在限幅器(25-26)中對基準信號和延遲信號(102)限幅；以及在異或門(24)中對限幅的基準信號和延遲信號進行異或運算(103)。
文檔編號H03D3/22GK1115589SQ94190770
公開日1996年1月24日 申請日期1994年8月22日 優先權日1993年10月8日
發明者凱文·布魯斯·泰勒 申請人:摩托羅拉公司