專利名稱：取樣速率減少的數(shù)字調(diào)頻解調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說來涉及調(diào)頻無線電通信。
基于對(duì)感興趣的信息信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻的無線電通信已是人所共知的先有技術(shù)。迄今為止，大多數(shù)這種無線電通信均采用了模擬調(diào)制。然而，至少在這種無線電通信中有關(guān)接收、解調(diào)和/或音頻處理功能部分的數(shù)字化方面已取得了某些進(jìn)展。
為了便于這種數(shù)字處理，必須對(duì)接收到的調(diào)頻信號(hào)在一些點(diǎn)上通過適當(dāng)?shù)娜犹幚碛枰詳?shù)字化。然后可對(duì)這些信號(hào)作進(jìn)一步的處理，以便提供一個(gè)適用于解調(diào)和后續(xù)處理的數(shù)字信號(hào)。
根據(jù)人們熟知的取樣理論，取樣頻率至少必須是取樣的信號(hào)的原有的信號(hào)帶寬的兩倍(見

圖1，圖中信號(hào)帶寬為±fFM)。因此，如果我們要接收在±12kHZ信道上傳送的調(diào)頻無線電通信信號(hào)，則可接受的該調(diào)頻信號(hào)(假定為零中頻)的取樣速率(圖2中fS)必須為25kHZ或更高才行。如果不滿足此準(zhǔn)則，則頻譜會(huì)互相重迭(如圖3所示)，從而產(chǎn)生了混淆。按照傳統(tǒng)的取樣理論，一旦信號(hào)被混淆，就不可能重建原來的模擬信號(hào)。
由于對(duì)取樣速率的這種限制，采用數(shù)字信號(hào)處理方式的調(diào)頻無線電設(shè)備就必須將其大量的財(cái)力花費(fèi)在處理代表原來模擬信息信號(hào)的大量的取樣上。
盡管先有技術(shù)這樣認(rèn)為，但是本發(fā)明申請(qǐng)人卻業(yè)已發(fā)現(xiàn)一個(gè)基本上包含在約為±fMAX的預(yù)定帶寬的所分配的信道上的已調(diào)信號(hào)，諸如一個(gè)調(diào)頻信號(hào)那樣的角調(diào)制信號(hào)，可以通過對(duì)該調(diào)頻信號(hào)以低于2fMAX的取樣速率fS進(jìn)行取樣而以數(shù)字化的形式被精確表示。此數(shù)字化的信號(hào)然后可被解調(diào)以得到原來模擬信息信號(hào)的再現(xiàn)。
雖然采用了一個(gè)比先有技術(shù)預(yù)測(cè)的理論最小值還要低許多的取樣速率，本申請(qǐng)人卻從中獲得了如此好的結(jié)果。由于減小了取樣速率，對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理工作所需的處理量亦隨之大大減少，因此有利于減少電耗，從而使數(shù)字處理器還可從事其它必需的工作。
圖1示出了在所分配的信道內(nèi)一個(gè)調(diào)頻信號(hào)的頻譜圖;
圖2示出了第一個(gè)取樣后的信號(hào)的頻譜圖;
圖2示出了第二個(gè)取樣后的信號(hào)的頻譜圖;
圖4示出了一個(gè)調(diào)頻信號(hào)的另一頻譜圖;
圖5示出了本發(fā)明的方框示意圖;
圖6為本發(fā)明的銳減中頻濾波器的原理框圖;
圖7示出了原始信息信號(hào)的頻譜和解調(diào)后的信號(hào)的頻譜;
圖8示出了在一個(gè)適當(dāng)?shù)妮d頻上進(jìn)行調(diào)頻后的調(diào)頻信號(hào)相對(duì)于信息信號(hào)載頻的頻譜圖;和圖9為本發(fā)明的調(diào)頻后的信息信號(hào)頻譜并經(jīng)取樣之后的信號(hào)頻譜。
現(xiàn)參閱圖1。圖中假設(shè)信息信號(hào)已被頻率調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)分配在一個(gè)預(yù)定帶寬約為±12.5kHz(±fMAX)的信道上。再參閱圖5，圖5中，上述調(diào)頻信號(hào)由天線(501)接收，然后送至預(yù)選器及混頻電路(502)以人們熟知的方式進(jìn)行處理。在該實(shí)施例中，假設(shè)預(yù)選器和混頻器方框(502)的輸出信號(hào)503中包括在450kHz載波上調(diào)頻的信息信號(hào)。該信號(hào)(503)然后送至諸如的(siema delta)A/D轉(zhuǎn)換器那樣的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(504)。此模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(504)可有-例如14.4MHz的取樣速率。
上述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(504)的輸出信號(hào)被送至混頻器和濾波器級(jí)(505)。通常，混頻器將載頻減至零，并將輸出一個(gè)已將取樣速率從14.4MHz銳減至有效取樣頻率為33 1/3 kHz的輸出信號(hào)。
混頻器和濾波器(506)的輸出信號(hào)然后被送至一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(507)，數(shù)字信號(hào)處理器可采用例如，由馬特羅拉(Motorola)公司制造的56000配件。配以適當(dāng)?shù)某绦颍?DSP)(507)便可提供銳減中頻濾波器功能(508)和解調(diào)功能(509)，和進(jìn)行后續(xù)的音頻處理(510)。銳減中頻濾波器功能(508)通常能進(jìn)一步將有效取樣頻率減至11kHz的取樣頻率，并衰減來自鄰近調(diào)頻信道的信號(hào)。
現(xiàn)參閱圖6。圖6用以說明圖5中以數(shù)字508表示的銳減中頻濾波器功能。銳減中頻濾波功能本質(zhì)上具有一個(gè)所謂有限脈沖響應(yīng)的結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，銳減中頻濾波器(508)接收混頻器和濾波器(506)的輸出信號(hào)，并給該信號(hào)提供一條延遲線，每個(gè)單元(601)提供一個(gè)取樣延遲(為說明起見，在圖6中示出5個(gè)這種延遲單元(601);在實(shí)際工作情況下，對(duì)熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人來說，不言而喻延遲單元的數(shù)目可以根據(jù)需要而定。原輸入信號(hào)以及每個(gè)延遲單元(601)的輸出信號(hào)分別經(jīng)增益級(jí)(602)后送至求和點(diǎn)(602＝3)。每個(gè)增益級(jí)(602)有一相應(yīng)的增益(a0-a5)，以人所共知的方式提供所需的濾波功能。
求和方框(603)將增益級(jí)(602)的所有輸出相加，并將求和后的輸出信號(hào)(604)送至圖5中的解調(diào)器方框(509)。
如前所述，送至銳減中頻濾波器級(jí)(508)的輸入信號(hào)中包括表示具有有效取樣速率為33 1/3 kHz(即每30微秒給出一個(gè)取樣)的調(diào)頻信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。通過適當(dāng)?shù)能浖刂?，可以得到一個(gè)合適的控制信號(hào)(605)，用來使求和處理(603)的輸出只釋放每一第三求和事件。其結(jié)果，每三個(gè)求和事件將被丟棄兩個(gè)，而最后得到輸出信號(hào)則以有效取樣速率為11kHz的調(diào)頻信號(hào)以每90微秒出現(xiàn)一次(實(shí)現(xiàn)該濾波器和銳減功能的目標(biāo)程序附在下面)。當(dāng)然，這樣一個(gè)程序要在適當(dāng)?shù)恼{(diào)度程序的控制下運(yùn)行，這是人們熟悉的先有技術(shù)。
再來看圖5。上述減小了取樣頻率之后的信號(hào)被送至解調(diào)器(509)。在美國專利No.4，675，882中對(duì)此有所描述。然后將由此得到的解調(diào)后的信息信號(hào)送至適當(dāng)?shù)囊纛l處理器(510)，在那里將解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)變換成再現(xiàn)在調(diào)制和發(fā)送前的原始模擬信號(hào)的模擬信號(hào)(511)。
圖7中示出了包含感興趣的信息信號(hào)的頻譜，為了說明方便，我們假設(shè)此信息信號(hào)為一個(gè)3kHz的音頻。圖8中示出了該音頻信號(hào)被以5kHz的頻偏調(diào)頻在一個(gè)預(yù)選的載頻上之后的感興趣的信息信號(hào)的頻譜。
圖9示出了經(jīng)調(diào)頻顯以11kHz的取樣速率在DSP(507)中取樣后的感興趣的信息信號(hào)的頻譜，具體來說，它代表了送至解調(diào)級(jí)(509)之前的銳減中頻濾波器(508)的輸出信號(hào)。盡管采用了大大低于標(biāo)準(zhǔn)的取樣頻率，解調(diào)器方框(509)仍可給出一個(gè)表示在圖7中的，即基本上與原來模擬信息信號(hào)相同的解調(diào)后的信息信號(hào)。
雖然傳統(tǒng)的取樣理論認(rèn)為上述信號(hào)的取樣頻率須保持在或高于25kHz，然而，本申請(qǐng)人卻發(fā)現(xiàn)，當(dāng)取樣速率大大低于理論標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，(本例中取樣速率為11kHz)仍可獲得一個(gè)基本上精確的對(duì)原來模擬信號(hào)的復(fù)現(xiàn)。
似乎有一個(gè)取樣速率的極限值。我們假定信息信號(hào)的最大頻率為fMAX，峰值頻偏為fD，則取樣頻率fS，似應(yīng)大于兩倍的fM或fD。對(duì)于傳統(tǒng)的25kHz頻寬信道的語音射頻信道，其中fM典型值為3kHz而fD為5kHz，于是取樣速率似應(yīng)為10kHz。
權(quán)利要求
1.一種用來從已調(diào)的、基本上包含在提供給該調(diào)制信號(hào)的一個(gè)指定信道上的信號(hào)中獲取信息信號(hào)的方法，其中上述指定信道有一個(gè)近似為±fMAX的預(yù)定帶寬，其特征在于上述方法包括如下步驟(1)以取樣速率fS對(duì)上述已調(diào)信號(hào)取樣，其中上述取樣速率fS小于2fMAX，以便提供一個(gè)由此產(chǎn)生的合成信號(hào)；(2)解調(diào)所述合成信號(hào)，以便提供上述信息信號(hào)。
2.權(quán)利要求1中的方法，其中上述已調(diào)信號(hào)包括一個(gè)調(diào)頻信號(hào)，而所述的指定信道相應(yīng)于峰值頻偏fD和最大頻率fM，并且所述的取樣速率fS不低于兩倍的fM和fD。
3.權(quán)利要求1的方法，其中fMAX基本上為25kHz而fS基本上為11kHz。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述已調(diào)信號(hào)以高于上述取樣速率fS的第一取樣速率被取樣，并進(jìn)而大大降低上述取樣速率fS。
5.權(quán)利要求1的方法，其中上述已調(diào)信號(hào)包括一個(gè)角調(diào)制信號(hào)。
6.權(quán)利要求1的方法，其中上述已調(diào)信號(hào)包括一個(gè)中頻信號(hào)。
全文摘要
一種用來接收調(diào)頻信號(hào)的方法，其中調(diào)頻信息信號(hào)被以低于奈奎施特取樣速率取樣，繼之，該低于標(biāo)準(zhǔn)的取樣的信號(hào)可以解調(diào)并由此提取原信息信號(hào)。
文檔編號(hào)H03D3/00GK1041679SQ89107520
公開日1990年4月25日 申請(qǐng)日期1989年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月3日
發(fā)明者所羅門·詹姆斯·道格拉斯 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司