用于具有阈值扩展的FM调制的设备和方法技术

本公开针对具有扩展的阈值破坏点的FM解调器。FM解调器结合频率压缩环路使用反正弦解调器以产生经解调的输出信号。FM解调器包括使用系数α来确定滤波器如何表现的三个滤波器。FM解调器使FM信号的信噪比的阈值破坏点扩展超过传统水平，允许FM解调器在距广播天线远距离处进行工作。

【技术实现步骤摘要】
用于具有阈值扩展的FM调制的设备和方法背景
本公开针对FM调制，并且具体地，针对使用反正弦解调器的具有扩展阈值的FM解调。
技术介绍
频率调制(FM)是对信息进行编码的常见方法。调频信号通常可以通过下式来表示其中Ac是幅度，为ωc是以弧度为单位的载波频率，并且是信息信号。该信息信号可以写为其中m(t)是调制信号，并且kf是恒定的并且等于在m(t)＝1时的峰值频率偏差fd。调制指数β可以写为FM解调，特别是诸如在车辆中的那些移动FM无线电装置中的常见问题是信号强度可能随着汽车移动而显著变化，产生刺耳的声音。具体地，当FM接收器距离广播天线过远时，信号强度可能显著降低，使得传统FM解调器难以工作或无法起作用。当FM信号被从表面反射出去时，另一问题发生。当这发生时，FM接收器将同时接收两个信号，一个直接来自广播天线并且另一个是被附近表面，诸如建筑物，反射出去的。由于行进了额外的距离，反射信号可能与直接信号反相，导致了破坏性的干扰。该破坏性干扰降低了在FM解调器处接收到的信号的强度。具体地，与这些情况相关联的一个问题是FM阈值效应，其可以在噪声的幅度相当于或高于FM信号本身的幅度时出现。当这发生时，信号的解调迅速发生故障。可以在图1中看到阈值效应，其中，信噪比(S/N或SNR)对于高水平的载波与噪声比(ρ)通常是线性的，但是在特定阈值点处，信噪比具有突然的下滑。在该阈值点的左侧，FM解调器迅速劣化。高于阈值区域的FM系统的输出信噪比通过下式给出SNRout＝3β2(β+1)p。然而，当包括阈值破坏区域时，输出信噪比是载波与噪声比ρ由下式给出其中BIF是接收器中的IF滤波器的带宽，并且N0/2是白噪声的双边功率频谱密度。如图2所示，当FM阈值效应发生时，信号的相角θ(t)可能在短时间段中突然增加或减少2π的弧度。这在具有2π区域的信号中产生脉冲，并且产生用户能够听到的“咔哒”噪声。咔哒噪声通常指示已经达到FM阈值，并且噪声大于信号。需要一种将阈值扩展为超过当前水平的FM解调器。
技术实现思路
本公开的一个实施例针对具有扩展的阈值破坏点的FM解调器。FM解调器结合反馈环路使用反正弦调节器，该反馈环路具有误差电路，用于产生输出信号，对于较宽范围的载波与噪声比，该输出信号在信噪比和载波与噪声比之间具有线性关系。FM解调器还包括三个滤波器，该三个滤波器基于系数α来对信号进行滤波。根据一个实施例，系数α可以基于FM信号的信号强度、频率偏差和失真水平来被自动调整。根据另一实施例，第一混合器接收FM信号和来自误差电路的信号，并且产生到第一滤波器的误差差分信号。然后，第一滤波器产生对反正弦解调器的信号，该反正弦解调器解调该信号。反正弦解调器提供对第二滤波器的信号，第二滤波器提供对误差电路和对第三滤波器的信号。第三滤波器产生FM解调器的输出信号。根据本公开的FM解调器的益处是扩展的阈值破坏点，允许FM解调器解调具有低信号强度的FM信号。利用如本文所教导的原理，FM解调器能够解调不能用传统FM解调器方法进行解调的FM信号，诸如当FM接收器与广播天线相距长距离时，或者当存在来自反射信号的破坏性干扰时。附图说明图1示出了根据现有技术的具有阈值破坏效应的FM信号的信噪比。图2示出了根据现有技术的作为阈值破坏效应的结果具有突然2π跳变的FM信号的相位。图3示出了根据本公开的一个实施例的具有扩展的阈值破坏的FM信号的信噪比。图4A示出了根据本公开的一个实施例的具有频率压缩环路的FM解调器。图4B示出了根据本公开的一个实施例的反正弦FM解调器。图5示出了根据本公开的一个实施例的反正弦阈值扩展解调器。图6示出了根据本公开的一个实施例的与现有技术相比的在1kHZ的调制音调频率处的图5的反正弦阈值扩展解调器的仿真性能。图7示出了根据本公开的一个实施例的与现有技术相比的在10kHZ的调制音调频率处的图5的反正弦阈值扩展解调器的仿真性能。图8示出了根据本公开的一个实施例的与现有技术相比的具有多路径信号的图5的反正弦阈值扩展解调器的仿真性能。图9示出了根据本公开的一个实施例的与现有技术相比的具有多路径信号的图5的反正弦阈值扩展解调器的仿真输出信号。具体实施方式在以下描述中，阐述了某些特定细节，以便于提供对本公开的各种实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，本公开可以在没有这些特定细节的情况下被实践。在一些情况下，没有具体描述与FM解调器相关联的公知的结构以避免混淆本公开的实施例的描述。除非上下文另外要求，贯穿说明书和其后的权利要求书，词语“包括”及其变体，诸如“包括”和“包含”，应当在开放的、包括性含义上被解释，即被解释作为“包括但不限于“。在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各种位置中出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定全部指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合具体特征、结构或特性。在附图中，相同的附图标记识别类似的特征或元件。在附图中的特征的尺寸和相对位置不必按比例绘制。图3示出了具有扩展的破坏阈值42的FM信号的信噪比。在图3的图形中，载波与噪声比ρ在X轴上，并且信噪声比S/N在Y轴上。随着载波与噪声比ρ减小，S/N比率的线性部分扩展经过传统阈值点40。根据一个实施例，随着载波与噪声比减小，对于比阈值40长多达10dB，扩展阈值42可以是线性的。图4A是根据本公开的一个实施例的具有频率压缩反馈(FMFB)的FM解调器。这里将简单解释频率压缩反馈技术。在第一混合器20的第一输入处接收FM信号，第一混合器20还在第二输入处接收误差参考信号ε0(t)。混合器20输出误差差分信号εd(t)，该误差差分信号εd(t)在通常是带通滤波器的第一滤波器22处被接收。带通滤波器22输出经滤波的信号x(t)，x(t)在FM解调器24处被接收。FM解调器基于等式来解调经滤波的信号x(t)，并且示出经解调的信号xd(t)。经解调的信号xd(t)在环路补偿滤波器26处被接收，环路补偿滤波器26对经解调的信号进行滤波并输出检测到的误差信号εv(t)。检测到的误差信号εv(t)被馈送到误差电路28。误差电路28包含接收检测到的误差信号的环路滤波器30以及FM调制器32，该FM调制器32耦合到环路滤波器30并且被配置成将误差参考信号ε0(t)提供回混合器20。环路滤波器30和FM调制器32由此创建用于FM解调系统的反馈环路。检测到的误差信号εv(t)也被馈送到输出补偿滤波器34，其对检测到的误差信号进行滤波，并且输出输出信号。该FMFB系统通过以反馈因子减少调制指数来减少FM解调器噪声带宽，导致扩展的阈值。上述FMFB系统的数学分析示出了减少的调制指数。为了简单，我们令：其中并且我们令E0(t)＝Avcos(ωct+θ(t))其中并且其中的Kv是FM调制器的增益。这导致并且并且对εv求解产生将εv(t)代入x(t)产生这导致原始信号的调制指数以因子1/(1+1/(2π)KDKv)减少，提供了阈值的扩展。图4B示出了根据本公开的一个实施例的反正弦解调器50。反正弦解调器50包括反向电路52，其接收进入信号并且产生该信号的绝对值的倒数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：第一混合器，接收FM信号和误差参考信号，并且产生误差差分信号；耦合到所述第一混合器的第一滤波器，接收所述误差差分信号并且基于第一系数产生移除了频率的经滤波的信号；耦合到所述第一滤波器的反正弦FM解调器，所述反正弦FM解调器接收所述经滤波的信号并且产生经解调的信号；耦合到所述反正弦FM解调器的第二滤波器，所述第二滤波器接收所述经解调的信号并且在输出处基于所述第一系数产生检测到的误差信号；误差电路，耦合到所述第二滤波器的输出，并且接收所述检测到的误差信号，并且向所述第一混合器输出所述误差参考信号；以及耦合到所述第二滤波器的输出的第三滤波器，所述第三滤波器接收所述检测到的误差信号并且产生输出信号。

【技术特征摘要】
2014.12.30 US 14/586,7331.一种电子设备，包括：第一混合器，接收FM信号和误差参考信号，并且产生误差差分信号；耦合到所述第一混合器的第一滤波器，接收所述误差差分信号并且基于第一系数产生移除了频率的经滤波的信号；耦合到所述第一滤波器的反正弦FM解调器，所述反正弦FM解调器接收所述经滤波的信号并且产生经解调的信号；耦合到所述反正弦FM解调器的第二滤波器，所述第二滤波器接收所述经解调的信号并且在输出处基于所述第一系数产生检测到的误差信号；误差电路，耦合到所述第二滤波器的输出，并且接收所述检测到的误差信号，并且向所述第一混合器输出所述误差参考信号；以及耦合到所述第二滤波器的输出的第三滤波器，所述第三滤波器接收所述检测到的误差信号并且产生输出信号。2.根据权利要求1所述的电子设备，所述误差电路包括：延迟电路，接收所述检测到的误差信号并且产生经延迟的检测到的误差信号；积分器电路，接收所述经延迟的检测到的误差信号并且产生积分后的信号；以及FM调制器，接收所述积分后的信号并且产生所述误差参考信号。3.根据权利要求1所述的电子设备，所述反正弦FM解调器包括：耦合到所述第一滤波器的第一反向电路，接收所述经滤波的信号并且产生所述经滤波的信号的绝对值的倒数；第二混合器，接收所述经滤波的信号的绝对值的所述倒数和同相信号，并且产生经混合的同相信号；第三混合器，接收所述经滤波的信号的绝对值的所述倒数和正交相位信号，并且产生经混合的正交相位信号；耦合到所述第二混合器的第二反向电路，产生所述经混合的同相信号的逆；耦合到所述第三混合器的第三反向电路，产生所述经混合的正交相位信号的逆；第四混合器，接收所述经混合的同相信号的逆和所述经混合的正交相位信号，并且产生第一求和信号；以及第五混合器，接收所述经混合的正交相位信号的逆和所述经混合的同相信号，并且产生第二求和信号。4.根据权利要求3所述的电子设备，所述反正弦FM解调器进一步包括：求和电路，接收所述第一求和信号和所述第二求和信号并且产生求和后的信号；耦合到所述求和电路的除法器电路，接收所述求和后的信号并且产生做除法后的信号；耦合到所述除法器电路的反正弦电路，接收所述做除法后的信号并且将所述经解调的信号提供给所述第二滤波器。5.根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述除法器电路用2π除所述求和后的信号。6.根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述求和电路从所述第一求和信号中减去所述第二求和信号。7.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一系数是固定系数。8.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一系数基于信号强度指示符可调整。9.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一系数基于频率偏差检测器可调整。10.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一系数基于失真检测器可调整。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·沙塔拉，
申请(专利权)人：意法半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US