專利名稱：用于減小可在一組預(yù)定電平上編碼的信號(hào)上的附加噪聲的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減小噪聲的方法，這種噪聲影響以固定頻率傳送并在一組可能的量化水平上可編碼的數(shù)字信號(hào)。該方法的作用是對(duì)受噪聲擾動(dòng)的信號(hào)濾收，然后在每個(gè)基本代碼周期內(nèi)對(duì)被濾收信號(hào)進(jìn)行積分。
一個(gè)接收機(jī)的靈敏度通常受所存在的噪聲的限制。這種噪聲是由信號(hào)發(fā)射機(jī)在傳輸介質(zhì)上引起的，同時(shí)它也在接收機(jī)的放大電路中產(chǎn)生。對(duì)于光纖鏈路，一個(gè)光-電接收機(jī)的輸入級(jí)噪聲限定了鏈路的距離。防止噪聲的已知方法之一是盡可能地防護(hù)傳輸介質(zhì)，采用低噪聲電子元件，并利用濾收器消除那里不能有信號(hào)(或只有部分殘余信號(hào))的各個(gè)頻段中的頻率分量。另一項(xiàng)技術(shù)是降低編碼信號(hào)的調(diào)制速率(modulationrate)，由此來改善信噪比，但卻限制了傳輸性能。然而，在信號(hào)頻段內(nèi)存在的噪聲不能這樣消除。
本發(fā)明要在信號(hào)為以固定調(diào)制頻率傳送的編碼信號(hào)時(shí)設(shè)法減小噪聲，以便實(shí)現(xiàn)增加可能的鏈路距離等目的。
為了這個(gè)目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，有噪聲的信號(hào)要經(jīng)過幅度濾波，對(duì)每個(gè)與量化信號(hào)電平相關(guān)聯(lián)的濾波器通道，把接近于所考慮的量化水平的幅度值加以放大，從而或者過分地或者極小的改變(損害)與量化水平不同的幅度值。這里，名詞“幅度(amplitude)”應(yīng)被理解為廣義的代表某物理量大小(magnitude)的“值”，它能被編碼成一組值，這樣，它不僅表示通常意義的振幅值，還可代表頻率、相位或一個(gè)物理量大小的任何其他可調(diào)制狀態(tài)或這些狀態(tài)的組合。
借助于這種處理，附加在信號(hào)上的其瞬時(shí)值不斷變化(在每個(gè)基本代碼周期相對(duì)于信號(hào)可能占據(jù)的各量化水平之一)的任何噪聲分量相對(duì)于所述信號(hào)被衰減了，因此改善了信噪比。特別是，當(dāng)大幅度的短時(shí)干擾暫時(shí)掩蓋了有用信號(hào)時(shí)，只有由幅度濾波規(guī)則所決定的一部分干擾被積分。由于所剩余的這部分干擾能量已減小，在積分之后干擾的效應(yīng)被顯著地減小了。
更具體地說，這種濾波對(duì)相對(duì)于量化水平漲落的信號(hào)賦予權(quán)系數(shù)，似然地代表在考慮到已加入噪聲的情況下受噪聲擾動(dòng)信號(hào)瞬時(shí)幅度值來自該量化水平的概率，因此對(duì)等于或接近于所述量化水平的幅度值給予最大加權(quán)系數(shù)，隨著幅值向上或向下偏離所述水平其加權(quán)系數(shù)減小，然后使所得到的加權(quán)信號(hào)在每個(gè)基本周期上積分。這個(gè)信號(hào)被加到一組平行連接的濾波與積分電路上，其數(shù)量相應(yīng)于量化水平的數(shù)量。在每個(gè)基本周期結(jié)尾所得到的代碼水平是那些相應(yīng)于各個(gè)不同量化水平的積分結(jié)果中具有最高積分結(jié)果的量化水平。
加權(quán)系數(shù)的最佳選擇是作為信號(hào)幅值的函數(shù)，在其最大值的每一側(cè)遵循一條上凹曲線，并在最大值附近有一小段常數(shù)值。
還希望與給定的量化水平相聯(lián)的加權(quán)系數(shù)在瞬時(shí)信號(hào)幅值較接近于另一個(gè)量化水平時(shí)也接近于它的最大值。
本發(fā)明還提供了用于實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)備。這個(gè)設(shè)備包括有多少個(gè)量化水平便有多少個(gè)幅度濾波電路，把受擾動(dòng)信號(hào)加到這些濾波器上。每個(gè)電路包括一個(gè)放大器，其響應(yīng)曲線是輸入幅值的函數(shù)，其輸入幅值等于所考慮的量化幅值時(shí)為響應(yīng)曲線上的最大值，而在所述最大值周圍是一小段固定值電平，然后在最大值的每一側(cè)單調(diào)地下降;
積分電路，用于對(duì)來自所述放大器的信號(hào)濾波，每個(gè)積分電路伴有一個(gè)相應(yīng)的濾波器電路;
比較器電路，用于比較一組被積分的信號(hào)，并在每個(gè)基本信號(hào)周期的末尾指定在所述周期內(nèi)信號(hào)的最可能的代碼水平。
該設(shè)備最好還包括兩個(gè)輔助電路，用于產(chǎn)生兩個(gè)參考電壓，作為邏輯電平跟隨器，這兩個(gè)電壓加到每個(gè)濾波器通道的放大器上。這些參考電壓用作伺服控制各個(gè)量化信號(hào)水平的參考電平，以減緩由于傳輸引起的電平變化。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，每個(gè)濾波器電路中的放大器由下列部分組成第一非線性放大器，當(dāng)輸入幅值從所考慮的量化水平的一半上升到該量化水平時(shí)，該放大器的增益從零值開始然后以不斷增大的斜率增加;
第二非線性放大器，當(dāng)輸入幅值上升到所考慮的量化水平值之上時(shí)，該放大器的增益以不斷減小的斜率下降;
所述第一和第二非線性放大器都接收要被濾波的信號(hào);
一個(gè)增益控制放大器，其信號(hào)輸入端連接到接受第一非線性放大器的輸出，而它的增益控制輸入被連接到接受第二非線性放大器的輸出端;
由增益控制放大器的輸出端可以得到被幅度濾波的信號(hào)，而各個(gè)參考電壓或其一部分最好加到每個(gè)濾波通道的第二非線性濾波器上。
積分器電路由一組積分器組成，每個(gè)接受來自相應(yīng)濾波器電路的輸出。在可用于二進(jìn)制編碼信號(hào)的一種派生的設(shè)備中，積分器電路可以由單個(gè)積分器構(gòu)成，它為兩個(gè)濾波器通道所公用，并被這兩個(gè)濾波器的輸出信號(hào)在相反方向上對(duì)稱地驅(qū)動(dòng)，比較器電路則把來自該積分器的信號(hào)與另一個(gè)電壓相比較，該電壓是在每個(gè)基本周期開始時(shí)該積分器的初始化電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，該設(shè)備還可以包括一個(gè)電路，它對(duì)要濾波的信號(hào)加一個(gè)誤差校正電壓，該誤差校正電壓正比于最近觀測(cè)到的理想量化幅度和真實(shí)幅度(在HF濾波之后)之差。對(duì)于信號(hào)的每個(gè)量化水平，其誤差值是由減法器裝置來確定的，而誤差校正電壓使信號(hào)偏移的方式是使得下一個(gè)周期中的誤差幅度趨于減小。
由下文中參考附圖對(duì)非限定性實(shí)施方案的描述中可以看到本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。這些附圖是

圖1給出本發(fā)明的減低噪聲電路一般結(jié)構(gòu)的方框圖，它適用于有二個(gè)代碼電平的信號(hào);
圖2給出圖1電路中各濾波通道的幅度/幅度響應(yīng)曲線;
圖3是與圖1相似的本發(fā)明的一個(gè)電路方框圖，適用于有三個(gè)代碼電平的信號(hào);
圖4中的方框圖顯示出圖1所示電路中的幅度濾波器之一的結(jié)構(gòu);
圖5是本發(fā)明的電路中濾波器通道之一內(nèi)部放大器的詳細(xì)電路圖;
圖6是圖5所示放大器的幅度/幅度響應(yīng)曲線;
圖7顯示出在存在噪聲的情況下出現(xiàn)有用信號(hào)時(shí)本發(fā)明電路的性狀;
圖8是適用于在兩個(gè)電平上編碼的信號(hào)的一種派生電路的方框圖，它只包含一個(gè)積分器;
圖9給出圖8電路中使用的加權(quán)系數(shù)的變化;
圖10中的方框圖顯示出一種派生電路，其中存在于兩級(jí)編碼信號(hào)上的低頻噪聲被補(bǔ)償?shù)袅恕?br> 圖1繪出一個(gè)接收機(jī)R，當(dāng)它從傳輸路徑L接收到一個(gè)信號(hào)時(shí)便發(fā)送出一個(gè)編碼信號(hào)S，該信號(hào)以固定速率(rate)被調(diào)制，并能載有兩個(gè)電壓水平，相應(yīng)于由信號(hào)S所攜帶的編碼信息中的邏輯值0和1。在實(shí)踐中，這個(gè)信號(hào)被各種形式的噪聲和干擾所擾動(dòng)，因此必須減小由此產(chǎn)生的對(duì)嚴(yán)格識(shí)別出電平0和1所造成的影響。為此目的，信號(hào)S被送到第一通道NO以識(shí)別出電平“0”，再送到第二通道N1以識(shí)別出電平“1”。每個(gè)通道Ni(即N0和N1)包含一個(gè)非線性放大器APCi，它在其所在通道的識(shí)別電平(0或1)處提供最大增益，而在信號(hào)S的幅度從所述電平向上或向下偏離時(shí)其放大器增益下降。這樣，每個(gè)放大器APCi構(gòu)成了一個(gè)“幅度濾波器(amplitudefilter)”，使給定輸入電平相對(duì)于所有其他電平得到放大，于是，它對(duì)信號(hào)S加上了一個(gè)“加權(quán)系數(shù)”CPC，這個(gè)系數(shù)作為信號(hào)幅度的函數(shù)而變化。如圖2所示，該系數(shù)在要識(shí)別的電平(0或1)處為100%，而在該電平的兩側(cè)其加權(quán)系數(shù)值下降，開始時(shí)很陡地下降，然后以較小的陡度沿著兩條上凹形曲線下降。
來自每個(gè)通道放大器APCi的輸出信號(hào)Si被分別送到積分電路CI中的積分器Ii，積分器對(duì)連續(xù)接收的來自相應(yīng)放大器APCi的電量進(jìn)行求和，這些電量與一個(gè)基本周期內(nèi)信號(hào)Si所取各個(gè)相繼的幅值成正比。在信號(hào)Si的每個(gè)基本周期的開始，積分器Ii被一個(gè)脈沖RAZ復(fù)位到零值。這個(gè)基本周期是由一個(gè)本機(jī)時(shí)鐘H確定的，在同步傳輸中它受所接收信號(hào)的伺服控制，或者在異步傳輸中由確認(rèn)的狀態(tài)變化來得到這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。放大器的輸出端與比較器CP相連，比較器的輸出端A送出一個(gè)信號(hào)“0”或“1”，取決于通道N0和N1中哪一個(gè)積分器給出的結(jié)果大于另一個(gè)積分器的結(jié)果，也就是說，取決于它們當(dāng)中哪一個(gè)已經(jīng)從它的初始(rest)狀態(tài)取得了最大的電荷(Charge)。這兩個(gè)通道的時(shí)間常數(shù)是同一的，從而使兩個(gè)接收電平之間的比較是有效的。
信號(hào)S還被送到一個(gè)輔助電路CA，它依次包括一個(gè)低通濾波器PB，一個(gè)峰值檢測(cè)器DC，以及一個(gè)衰減器AT。這個(gè)輔助電路產(chǎn)生一個(gè)參考電壓Vref，它等于信號(hào)S中的“1”，這個(gè)信號(hào)加到放大器APCl作為閾值，以便設(shè)置信號(hào)下降點(diǎn)(drop-off point)。放大器APCO接收邏輯電平“0”，在本例中它假定等于0伏特。
當(dāng)信號(hào)S可能取不只兩個(gè)量化電平時(shí)，它被送到相應(yīng)數(shù)目的通道N0，N1，N2，…(見圖3)，其幅度濾波曲線級(jí)比有一個(gè)偏離值(見圖2)，每個(gè)通道有一個(gè)非線性放大器APCi，它接收一個(gè)參考電壓，經(jīng)過相應(yīng)的衰減器ATTi，使各參考電壓等于相應(yīng)的邏輯電平;還有一個(gè)積分器Ii，由信號(hào)RAZ周期性地在每個(gè)基本周期的開始對(duì)積分器復(fù)位為零，積分器Ii的輸出端與比較器CP相連，它對(duì)各積分器輸出的積分電壓進(jìn)行比較，以便在它的輸出端A發(fā)出一個(gè)邏輯電平，其值相應(yīng)于占優(yōu)勢(shì)的那個(gè)結(jié)果。
該比較器是由兩個(gè)模擬輸入比較器組成的樹狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)比較器提供一個(gè)信號(hào)“0”或“1”，取決于它的兩個(gè)輸入哪一個(gè)有較高的值。這些二進(jìn)制位(bit)控制各自的開關(guān)來接收相同的值時(shí)，并把較高值的信號(hào)向前送到它們的輸出端。這些輸出被送到第二層比較器，其開關(guān)以同樣方式運(yùn)作，如此類推，直至只得到了最高電平的信號(hào)。
圖4給出放大器APCi之一的結(jié)構(gòu)，它有一個(gè)第一非線性放大器ANL1i，其增益隨著輸入信號(hào)幅度增大而增大，直至達(dá)到所考慮的通道上能夠應(yīng)用的量化水平為止。該放大器ANL1i后接放大器ACGi，它有一個(gè)增益控制輸入。放大器APCi還包括一個(gè)第二非線性放大器ANL2i，當(dāng)它的輸入信號(hào)超過量化電平而增加時(shí)其增益下降。非線性放大器ANL1i和ANL2i的輸入端接收相應(yīng)于信號(hào)S的信號(hào)Vi，它是在放大器A1中被放大或衰減過的，以便調(diào)整其電平供由此往后各電路中處理。放大器ACGi被連到放大器ANL1i的輸出端，它的增益受放大器ANL2i輸出信號(hào)的控制。放大器ANL2i還接收一部分參考電壓，這個(gè)參考電壓是在信號(hào)S的基礎(chǔ)上由電路CA提供的(見圖1)，并經(jīng)過了衰減器ATTi的衰減。放大器ANLi在其位置上接收0伏特電壓相應(yīng)于邏輯電平“0”。當(dāng)存在多于兩個(gè)電平時(shí)，中間各量化電平是由一個(gè)多輸出端分壓橋路提供的，該橋路的一端加上來自負(fù)峰值檢測(cè)器的最低電壓，而在它的另一端加上來自正峰值檢測(cè)器的電壓Vref。
作為實(shí)例，圖5是放大器APCi的一個(gè)詳細(xì)電路圖。放大器Al接收信號(hào)S并提供一個(gè)與信號(hào)S成正比的信號(hào)Vi，它被平行地加到構(gòu)成放大器APCi的兩個(gè)放大器鏈路上，這兩個(gè)放大器分別相應(yīng)于放大器ANL1i和ANL2i。信號(hào)Vi還加到電路CA上，如圖4所示那樣。
第一個(gè)鏈路中包括一個(gè)齊納二極管DZ1和二極管D1，彼此串聯(lián)，二極管D1的陰極向一個(gè)二極點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的輸入端提供輸入，該網(wǎng)絡(luò)由下列各串聯(lián)部件分支相互并聯(lián)而成電阻R1;電阻R2和二極管D2;電阻R3、二極管D3和D4。這些分支(這并不需要限制為三個(gè))中的每一個(gè)比它的前一個(gè)分支多一個(gè)二極管。這個(gè)二極點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的輸出端有一個(gè)電阻R4接地，該輸出端還連到放大器A2的非反向輸入端，放大器A2徑電阻R5和R6實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。放大器A2的輸出經(jīng)串聯(lián)電阻R7加到放大器A3的非反向輸入端，而電阻R7又與齊納二極管DZ2的陰極相聯(lián)，DZ2的陽極接地。放大器A3有一個(gè)增益控制輸入，它相應(yīng)于圖4中的放大器ACGi，其輸出提供了信號(hào)Vo。
第二個(gè)鏈路相應(yīng)于圖4中的放大器ANL2i，有一個(gè)齊納二極管DZ3和電阻R12串聯(lián)，電阻R12連接放大器A4的非反向輸入端，并經(jīng)過二極管D6連接一個(gè)二極點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)有三個(gè)分支R13;R14和D7;R15、D8及D9，共同構(gòu)成一個(gè)非線性電壓分壓器，它提供的信號(hào)件到放大器A4的非反向輸入端。
放大器A4的非反向輸入端經(jīng)反饋電阻R16與其輸出端相聯(lián)，并接收一個(gè)處于邏輯“1”的參考電壓Vref，它是由第三個(gè)鏈路發(fā)出的，該鏈路有一個(gè)由電阻R17和齊納二極管DZ4構(gòu)成的限幅器，有一個(gè)由電阻R18和電容C2構(gòu)成的低通濾波器，還有一個(gè)由電阻R19和R20來設(shè)定增益的放大器A5。通過串聯(lián)電阻R21，該放大器向峰值檢測(cè)器饋送輸出，該峰值檢測(cè)器是由二極管D10及電容C3組成的，而它的輸出電壓由電阻分壓橋路R22、R23來衰減，構(gòu)成了等于邏輯“1”的參考電壓V放大器A3的輸出加到相應(yīng)于積分器Ii的一個(gè)積分電路，它由串聯(lián)電阻R10、二極管D5和電容C1構(gòu)成，電容器C1又并聯(lián)了一個(gè)使它快放電的電路，該電路低阻抗電阻R11與三極管T1串聯(lián)而成，而三極管T1又由復(fù)置零信號(hào)RAZ控制。
在設(shè)備工作時(shí)，信號(hào)S在放大之后被變換成信號(hào)Vi，假如沒有干擾來擾動(dòng)信號(hào)的話，那么當(dāng)邏輯值為“0”時(shí)它的幅度為零，而當(dāng)邏輯值為“1”時(shí)，其幅度等于(例如)3伏。接收機(jī)R的自動(dòng)增益控制確保在狀態(tài)為“1”時(shí)信號(hào)Vi的幅度值基本上為一常數(shù)，而不受傳送到接收機(jī)的信號(hào)幅度漲落的影響。
盡管由此提供了自動(dòng)增益控制，但仍然害怕在放大器A1的輸出端電平有太大的變化，那么就需要伺服控制由DZ1和DZ3提供的閾值電壓，以減緩接收電平的變化。為此目的，假若鏈路中其他部分不變，那么這些齊納二極管都應(yīng)該由相應(yīng)的放大器AZ2和AZ3來代替，它們的增益都為單位1，并在非反向輸入端接收信號(hào)Vi，并在其反向輸入端根據(jù)具體情況接受Vref/2或Vref。當(dāng)信號(hào)Vi超過邏輯電平“1”一半時(shí)，則AZ1重現(xiàn)Vi的變化;類似地，AZ3重現(xiàn)超過Vref(它相應(yīng)于電平“1”)的Vi的變化。
再回到圖5，一個(gè)電壓Vid出現(xiàn)在齊納二極管DZ1輸出端，由齊納二極管的標(biāo)稱電壓對(duì)該電壓加一偏值，該電壓偏值選定為信號(hào)Vi中的電平“0”和“1”之間正常差值的一半，也就是本例中的1.5V。只要Vi小于1.5V，則電壓Vid便為零。當(dāng)電壓Vid增加到零以上，則一旦達(dá)到二極管D1的閾值電壓(0.4伏)，該二極管便導(dǎo)通，此后非線性二極點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的各分支便開始相繼導(dǎo)通，每次導(dǎo)通時(shí)在R1兩端的電壓幅值增加0.4伏。結(jié)果，在放大器A2輸入端的電壓增加得越來越快，遵循一條上凹曲線。該電壓被放大器A2放大，如果輸入信號(hào)超過了電平“1”的正常電壓值，則被齊納二極管DZ2削幅，然后，把該信號(hào)加到放大器A3上。這一削幅給第一鏈路提供的遞增增益曲線設(shè)置了一個(gè)上限。
如果沒有削幅而Vi超過正常電平“1”繼續(xù)增加，那么就將是第二個(gè)鏈路利用它對(duì)放大器A3增益控制輸入端的作用來保證放大器A3的輸出信號(hào)幅度下降。當(dāng)Vi低于DZ3的齊納電壓，則該鏈路放大器A4接收一個(gè)零電壓，而對(duì)于較高的電壓，該放大器接收的信號(hào)Vi被DZ3減小成它的齊納電壓，該齊納電壓等于邏輯電平“1”的幅值(3伏)。然后，隨著Vi幅度繼續(xù)增大，非線性二極點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中由二極管D6和電阻R13構(gòu)成的分支開始導(dǎo)通，其后則是第二分支和第三分支依次導(dǎo)通。結(jié)果，加到放大器A4輸入端的電壓比Vi增加得慢。至于該放大器的另一個(gè)輸入端，它接收根據(jù)信號(hào)Vi由第三鏈路產(chǎn)生的電壓Vref，而這個(gè)電壓等于該信號(hào)的電平“0”和“1”之間的正常電壓(3伏)。此后，放大器A4作為一個(gè)閾值比較器，把一個(gè)可變電壓加到放大器A3的增益控制輸入端，使它的增益下降，從而使它的輸出電壓Vo按上凹曲線形式下降，隨著Vi與所考慮的量化電平差距的增大，增益控制信號(hào)的變化越來越慢。為了使解釋簡(jiǎn)化，假定放大器A3的增益控制與其輸出之間有線性關(guān)系。如果用作A3的放大器的輸出對(duì)其增益控制的靈敏度降低，則可以去掉包含R13的可變衰減器。
總之，當(dāng)Vi的幅度增加而大于零時(shí)，Vo保持零值直到Vi達(dá)到電平“1”的正常值Vref一半為止;在此之后，隨著Vi從Vref/2增加到Vref，它基本上從零指數(shù)上升到它的最大值(例如5伏);再其后，當(dāng)Vi超過Vref時(shí)，Vo基本上以指數(shù)方式從最大值下降到接近于零。
圖6給出利用圖5所示那類電路所能得到的幅度/幅度響應(yīng)曲線之一例。放大器A3的輸出電壓開始時(shí)作為電壓Vid的函數(shù)，沿著斜率依次增大的三個(gè)直線段增加(由于非線性放大器ANL1i的作用);然后經(jīng)過一段水平的高值，其中心點(diǎn)位于相應(yīng)于信號(hào)S的邏輯“1”電平的Vid值(由于齊納二極管DZ2引起的削幅作用);其后，由于非線性放大器ANL2i對(duì)增益受控放大器A3的作用，使輸出沿著斜率依次降低的另外三段直線下降。
正是電壓Vo，利用一個(gè)與該電壓成正比的電流，對(duì)積分器Ii中的電容C1充電，經(jīng)過一段等于信號(hào)S的一個(gè)周期的時(shí)間之后，在這段時(shí)間的末尾讀出它的電壓值并存貯在一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)D中，然后由加到三極管T1上的信號(hào)PAZ使電容放電。信號(hào)RAZ是由一個(gè)短時(shí)正脈沖構(gòu)成的，該脈沖是由一個(gè)與信號(hào)S的接收時(shí)鐘相位同步的時(shí)基電路發(fā)出來的。在每個(gè)周期的末尾，電容C1兩端之間的電壓代表3它已接收的電量，其充電電流正比于所考慮的幅度濾級(jí)器通道所對(duì)應(yīng)的邏輯電平與所收到的信號(hào)S(連同其干擾噪聲)的瞬時(shí)幅度兩者之間的相關(guān)度。
用于一個(gè)給定邏輯電平的幅度濾波器(如圖5所示)可以修改成適于檢測(cè)任意的一個(gè)邏輯電平。通過適當(dāng)選擇齊納二極管DZ1和DZ3，可以調(diào)節(jié)相鄰電平之間的檢測(cè)閾值以及在平坦高值之后響應(yīng)曲線的起始下降點(diǎn)，其下降斜率可由修改放大器A4的增益來調(diào)整，同時(shí)要考慮到放大器A3的增益控制輸入靈敏度以及放在放大器A4輸入端的非線性分壓橋路的衰減。當(dāng)邏輯電平之一被一個(gè)給出“零”電壓的物理電平所編號(hào)時(shí)，這個(gè)電平是任意的，并且可以通過對(duì)放大器附加一個(gè)直流(DC)電壓來使該電平有一個(gè)偏移電壓。這樣，便有可能對(duì)于要通過的所有邏輯電平檢測(cè)器提供各自的直流偏置電平，或者可以由轉(zhuǎn)換電路把所有的檢測(cè)通道帶入相同的工作區(qū)間，在這種情況下齊納二極管DZ1和DZ3對(duì)于每個(gè)通道有相同的電壓水平。這樣提供的好處是所有通道絕對(duì)相同，從而有相同的積分常數(shù)。
圖7給出一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)S的基本周期內(nèi)邏輯電平“1”的例子，在這個(gè)周期里有五對(duì)具有不同幅度的AC(交流)脈沖干擾迭加在信號(hào)上。加權(quán)系數(shù)標(biāo)在y軸上，從中值電平直到邏輯電平“0”(或“1”)的真正電平，其加權(quán)系數(shù)是從零增加到10(最大值)的任意數(shù)，而在超出那個(gè)范圍之外加權(quán)系數(shù)下降，其加權(quán)規(guī)則對(duì)于兩個(gè)邏輯電平是對(duì)稱的。
信號(hào)S被AC噪聲嚴(yán)重干擾。為了使問題簡(jiǎn)化，假定當(dāng)噪聲幅度太大時(shí)要被接收機(jī)削幅，在這種情況下可以假定它是由一對(duì)符號(hào)相反的矩形脈沖構(gòu)成的。當(dāng)噪聲為較低幅度的正弦波形式時(shí)，它假定為由一連串不連續(xù)電平構(gòu)成。為此目的，這個(gè)基本周期已被分解成40個(gè)基本瞬間(instant)，每個(gè)瞬間有其自己的噪聲水平。這第一個(gè)例子是假定信號(hào)S的理論值處于邏輯電平“1”。
信號(hào)S開始時(shí)的幅度是嚴(yán)格地處在電平“1”上，因此開始時(shí)它被加上最大權(quán)系數(shù)10。此后，第一個(gè)正干擾脈沖使它落入加權(quán)系數(shù)4的范圍。其后，它返回正常電平“1”，然后過渡到中值電平的另一側(cè)，這一個(gè)范圍是由相應(yīng)于邏輯電平“0”的另一通道N0來考慮的，此時(shí)信號(hào)得到權(quán)系數(shù)-1(使用負(fù)號(hào)表明是關(guān)于另一個(gè)通道的)，此后它又返回正常電平“1”。這一過程貫穿于信號(hào)S的相應(yīng)于電平“1”的整個(gè)基本周期，而通道N0和N1的積分器Ii累積持續(xù)的充電電荷，如圖中下部所示，它給出了累積計(jì)數(shù)。在這一周期的末尾，通道N0的積分器I0達(dá)到數(shù)值44，而通道N1已達(dá)到數(shù)值65，其比值為65/44＝1.5。結(jié)果，盡管信號(hào)受到了極大的干擾，比較器CP(圖1)還是指出信號(hào)S中存在的是電平“1”。
第二個(gè)例子是假定以同樣的噪聲傳送的信號(hào)是邏輯電平“0”。對(duì)于此例，只要把圖7中的縱軸反向而保持“中值電平”不變，并把“電平0”和“電平1”的參考點(diǎn)互換。于是可以看到，在這些條件下電平“0”通道達(dá)到計(jì)數(shù)65，而“1”通道為44。
與此對(duì)照，第三個(gè)例子是通常的削幅積分器，它沒有應(yīng)用本發(fā)明，它是由單個(gè)線性放大器后接一個(gè)積分器構(gòu)成的，其輸入端的動(dòng)態(tài)范圍是量化電平“1”的0%到150%。加到邏輯電平“0”上同樣的干擾，在積分末尾給出的計(jì)數(shù)是201，它超過了決策閾值(等于200)，給出檢測(cè)到電平“1”的結(jié)果，而這是錯(cuò)誤的。
再回到本發(fā)明，所考慮的邏輯代碼在信號(hào)S中有兩個(gè)電平，如上所述，為處理邏輯電平“0”和“1”的兩個(gè)通道N0和N1可以終止在各自的積分電容C1i。然后，在信號(hào)S的每個(gè)基本周期末尾，對(duì)兩個(gè)電容器C1i的兩端電壓進(jìn)行比較，其較高的電壓用來指明已接收到的邏輯電平是“0”還是“1”。還可能只使用一個(gè)積分電容，它由兩通道之一來充電而由另一個(gè)通道來放電。在信號(hào)S的每個(gè)基本周期的開始，該電容的初始電壓(restvoltage)被強(qiáng)行達(dá)到兩個(gè)極大電壓之間的中間值，從而在每個(gè)周期的末尾，其電壓相對(duì)于所述初始電壓的累積變化可以指明哪一個(gè)邏輯電平是所接收信號(hào)更可能具有的邏輯電平。這種配置避免了需要使用具有嚴(yán)格相同電容值的兩個(gè)電容器(也就是說具有精確的電容值，因而十分昂貴)，圖8描繪出這種配置。它使用一個(gè)相對(duì)于邏輯電平“1”的一半值對(duì)稱的相似曲線，見圖9。
所描述的這種濾波器電路特別有利于所接收信號(hào)S伴隨的干擾持續(xù)時(shí)間短但幅度大而且可能會(huì)超過信號(hào)S本身幅度的情況。由于這種干擾在該設(shè)備中只考慮了有限的一部分，所以對(duì)積分電容只作較小量的充電。
至于頻率低于有用信號(hào)S基本周期的噪聲，可以觀察到這類噪聲實(shí)質(zhì)上是在每個(gè)周期的整個(gè)持續(xù)時(shí)間加上了一個(gè)直流電平分量。為了消除這一誤差源，可以提供一個(gè)補(bǔ)償電路(見圖10)。這個(gè)電路構(gòu)成一個(gè)邏輯存貯器ML，它在時(shí)鐘信號(hào)H的控制下在每個(gè)周期末尾把通道N0和N1輸出端的比較器CP所指示的邏輯電平貯存起來(這里假定信號(hào)S是二進(jìn)制編碼信號(hào))，與此同時(shí)，一個(gè)模擬存貯器MA把信號(hào)S經(jīng)過HF濾波后的瞬時(shí)電平存貯起來，這個(gè)瞬時(shí)電平如同上述通常的檢測(cè)器所給出的電平。根據(jù)在此信號(hào)中檢測(cè)出的電平為“0”或?yàn)椤?”，可以重建在此時(shí)刻所接收信號(hào)中的低頻誤差，其方法是在減法器電路CF1中取存貯器MA中的模擬量值與相應(yīng)于電平“0”或電平“1”的電壓之差(該電壓的產(chǎn)生方式與上面解釋的產(chǎn)生信號(hào)Vref的方式相同，并通過一個(gè)開關(guān)AG，它作為邏輯存貯器ML內(nèi)容的函數(shù)而受到控制)。由此形成的這個(gè)差值信號(hào)△S，經(jīng)過接收機(jī)R和邏輯電平檢測(cè)通道N0和N1之間的減法器電路CS2，被從信號(hào)S中減掉。為了避免由于檢測(cè)誤差導(dǎo)致在錯(cuò)誤方向上糾正從而使整個(gè)電路被鎖住，可以由削幅電路EC來限制校正信號(hào)△S的幅度。
本發(fā)明的一個(gè)變型實(shí)施方案中當(dāng)信號(hào)達(dá)到它的正常水平時(shí)不對(duì)A3或其他地方的輸入信號(hào)進(jìn)行削幅，而是通過增大A4的增益來增大衰減效應(yīng)。然而，對(duì)信號(hào)Vid在超過某一電平時(shí)無論如何要被削幅，以保證有一個(gè)適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)范圍來利用放大器A3的增益控制輸入去控制增益下降。
上面給出的例子是以簡(jiǎn)單的組成部分為基礎(chǔ)的，但自然地可以被修正而不超出本發(fā)明的范圍。具體地說，利用若干非線性放大器可以得到上凹的響應(yīng)曲線并基本上呈指數(shù)形態(tài)，其中A3對(duì)其輸入信號(hào)加以指數(shù)放大函數(shù)，而同時(shí)讓用于減小增益的增益控制信號(hào)有對(duì)數(shù)形態(tài)。類似地，A4可以是有對(duì)數(shù)增益的放大器。這些放大器都可以加上閾值限。
放大器A3中得到的增益變化可以由任何其他方式獲得，例如使用有可變導(dǎo)通狀態(tài)(二極管、三極管等)元件的分壓橋路，或者改變一個(gè)元件的工作點(diǎn)，例如修改一個(gè)MOS三極管的柵極電壓，從而改變MOS通道的阻抗。
不用上面描述的可變分壓橋路而使用其他電路也能得到上凹非線性響應(yīng)曲線。例如可以使用一個(gè)對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器，使其輸出經(jīng)由一個(gè)線性放大器反饋到它的輸入端。因?yàn)檫@兩個(gè)放大器的增益之積為單位1，因此這個(gè)線性放大器實(shí)現(xiàn)的放大具有反對(duì)數(shù)(anti-logarithmic)響應(yīng)曲線。
所描述的例子是以電氣模擬量處理為基礎(chǔ)的。自然，它也可以利用高速數(shù)字處理，例如使用處理信號(hào)的處理器。
再有，接收機(jī)輸出端獲得的物理量大小也可以不是電性的，例如，它可以是光學(xué)的，可以由光學(xué)線路來處理，利用某些線路具有的非線性效應(yīng)來完成“幅度”濾波。獲得信號(hào)可變衰減的另一種方式是利用來自激光的單色光頻率，并把它注入一個(gè)線路，其中的射線被分成兩個(gè)相等的射束，它們分別受到一個(gè)指定的可控時(shí)延，例如把電場(chǎng)加到光通道(duct)上，從而改變它的折射系數(shù)，于是便改變了傳播速度。在線路輸出端的矢量重新組合所產(chǎn)生的信號(hào)從0皆到100%地被調(diào)制，這取決于相對(duì)相移的大小。這種線路可以集成電路的形式得到。
此外，被調(diào)制的物理量及/或調(diào)制類型都可以不同，不論在接收機(jī)中或是在放大器中都可以，這些放大器可以是換能器。這樣，光頻調(diào)制可以轉(zhuǎn)換成電振幅調(diào)制。
本發(fā)明尤其適用于通過電纜、光纖、無線電等的長(zhǎng)距離聯(lián)接。對(duì)于光學(xué)接收，由于PIN二極管、雪崩二極管、電阻、三極管、或前置放大器等部件的固有噪聲限制了最小接收閾值，而本方法的應(yīng)用能使接收閾值十分顯著地減小。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)具有N個(gè)邏輯電平并迭加以噪聲的周期性數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波的一種方法，這里N不小于2，該方法的特點(diǎn)是每個(gè)邏輯電平的瞬時(shí)概率被轉(zhuǎn)換成N個(gè)信號(hào)的形式，當(dāng)所接收信號(hào)的調(diào)制值等于所述邏輯電平對(duì)應(yīng)的正常值時(shí)，這N個(gè)信號(hào)中的相應(yīng)信號(hào)具有最大幅度；每當(dāng)所接收的瞬時(shí)值偏離所述邏輯電平的正常值時(shí)，便由于采用了加權(quán)系數(shù)而使該信號(hào)幅度下降。與每個(gè)被尋查的邏輯電平相聯(lián)系的所述幅值序列在所接收的數(shù)字信號(hào)基本調(diào)制周期上被積分，而相應(yīng)于最大積分值的邏輯電平便是被識(shí)別出的邏輯電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種方法，其特點(diǎn)是加權(quán)系數(shù)作為信號(hào)值的函數(shù)而變化，其變化曲線是在其最大值兩側(cè)分別上凹的曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種方法，其特點(diǎn)是在加權(quán)系數(shù)最大值附近的信號(hào)值小區(qū)間上，其加權(quán)系數(shù)保持為常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)的方法，其特點(diǎn)是對(duì)于接近另一個(gè)不同代碼水平的信號(hào)值，與這給定代碼水平相聯(lián)系的加權(quán)系數(shù)趨于它的極小值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)的一種方法，其特點(diǎn)是在作用于信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)處理步驟中改變了被調(diào)制物理量的性質(zhì)和/或調(diào)制類型。
6.用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至5所述任何一個(gè)方法所需要的設(shè)備，該設(shè)備的特點(diǎn)在于它由以下各部分組成若干個(gè)幅度濾波器通道(N0、N1、…)，被干擾的信號(hào)(S)被加到這些通道上，其通道數(shù)目等于信號(hào)中代碼水平的個(gè)數(shù)，每個(gè)通道包含一個(gè)放大器(APC)，它的響應(yīng)曲線作為輸入信號(hào)的被調(diào)制值的函數(shù)，對(duì)于等于所考慮的代碼水平的輸入值有最大增益，而在其最大值兩側(cè)單調(diào)地下降;一個(gè)積分器電路(CI)，用于對(duì)所述放大器(ACP)的被濾波輸出信號(hào)進(jìn)行積分;以及一個(gè)比較器電路(CI)，用于在信號(hào)代碼的每個(gè)基本周期的末尾去比較被積分信號(hào)，并指出對(duì)所述周期上的信號(hào)最有可能的是哪一個(gè)代碼水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特點(diǎn)在于它還包括兩個(gè)輔助電路(CA)，用于產(chǎn)生兩個(gè)參考電壓(Vref)，分別等于信號(hào)(S)的極端量化值，這些電壓在可能經(jīng)過分壓之后被送到每個(gè)濾波器通道(N0、N1、…)的放大器(APC)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其特點(diǎn)在于每個(gè)濾波器通道中的放大器(APC)由下列組成;第一非線性放大器(ANL1)，其增益隨輸入值增大而增大直至信號(hào)達(dá)到所考慮的代碼水平;第二非線性放大器(ANL2)，隨著輸入值超過所考慮代碼水平而繼續(xù)增大，該放大器增益相應(yīng)減小;上述第一和第二非線性放大器中的每一個(gè)都接收要被濾波的信號(hào)(S);以及增益受控放大器(ACG)，它在其信號(hào)輸入端接收第一非線性放大器(ANL1)的輸出，而它的增益受第二非線性放大器(ANL2)的控制，在增益受控放大器(ACG)的輸出端得到濾波后的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8的設(shè)備，其特點(diǎn)是每個(gè)參考電壓(Vref)或其一部分被加到每個(gè)濾波器通道的第二非線性放大器(ANL2)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任何一個(gè)的設(shè)備，其特點(diǎn)是積分電路(CI)由一組積分器(Ii)組成，每個(gè)被指定到單獨(dú)一個(gè)濾波器通道。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任何一個(gè)的設(shè)備，其特點(diǎn)是對(duì)于一個(gè)二進(jìn)制編碼信號(hào)，其積分器電路由單一積分器構(gòu)成，它為兩個(gè)濾波通道所公用，并由這兩個(gè)濾波通道的輸出信號(hào)在相反方向上對(duì)稱地驅(qū)動(dòng)，比較器電路把所述積分器的輸出信號(hào)與它的剩余電壓相比較。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中任何一個(gè)的設(shè)備，其特點(diǎn)在于它還包括一個(gè)電路，用于給要濾波的信號(hào)加一個(gè)誤差(補(bǔ)償)電壓(△S)，該誤差電壓正比于每個(gè)周期末尾觀測(cè)到的相應(yīng)于所識(shí)別出的代碼電平的理想幅度與HF濾波之后的實(shí)際幅度兩者之間的差值，該差值由比較器電路確定，該誤差電壓使信號(hào)偏移的方式是使該差值幅度趨于減小。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)具有N個(gè)邏輯電平并被迭加噪聲的周期性數(shù)字信號(hào)所進(jìn)行的濾波。這些邏輯電平中任何一個(gè)存在的瞬時(shí)概率被轉(zhuǎn)換成N個(gè)信號(hào)的形式，對(duì)于這N個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)，當(dāng)所收到的瞬時(shí)信號(hào)的被調(diào)制值等于這個(gè)相應(yīng)的邏輯電平的正常值時(shí)，便達(dá)到它自己的最大幅度，當(dāng)所接收的瞬時(shí)值偏離所述邏輯電平的正常值時(shí)，便應(yīng)用加權(quán)系數(shù)使它的幅值下降。在所接收數(shù)字信號(hào)的基本調(diào)制周期上，與每個(gè)要尋查的邏輯電平有關(guān)的這些幅度值序列被積分。
文檔編號(hào)H04L25/03GK1046251SQ9010171
公開日1990年10月17日 申請(qǐng)日期1990年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月28日
發(fā)明者邁克爾·L·勒·柯姆特 申請(qǐng)人:Js電信公司