處理調幅信號的方法和設備的製作方法
2023-08-10 02:15:21 1
專利名稱：處理調幅信號的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及無線電接收機，更特別地涉及具有調幅(AM)解調器濾波器的AM接收機。
背景技術：
AM無線電的使用正在越來越多的擴展到各種各樣的應用中，諸如數字車用無線電、行動電話、雙向無線電、以及短波無線電。然而，在調幅(AM)無線電處理中，來自鄰近頻道的弱信號和幹擾會產生不利的影響從而降低最終音頻信號的品質。因此，需要改進最終音頻信號的品質。同時，也希望減少處理的複雜性、功耗、以及存儲器存儲，以便提高AM無線電處理的效率。
本發明將以實施例的方式來進行說明而並不局限於附圖，在附圖中相同的附圖標記表示相似的元件，其中圖1以方框圖的形式示出了根據本發明一個實施例的AM接收機；圖2以方框圖的形式示出了根據本發明的一個實施例的如圖1所示AM接收機的濾波器控制單元；以及圖3-5示出了根據本發明的一個實施例的用於獲得濾波器控制單元所使用的信息的各圖。
本領域的技術人員應理解，附圖中的元件是為了描述的簡明和清楚，沒有必要按比例繪製。例如，為了有助於理解本發明的實施例，圖中某些元件的尺寸相對於其它元件可能被放大了。
具體實施例方式
在這裡，術語「總線(bus)」指可被用於傳輸一種或多種各類型信息，諸如數據、地址、控制、或狀態等的多個信號或導線。在這裡關於所討論的導線可以解釋或描述為單條導線、多條導線、單向導線、或雙嚮導線。然而，不同的實施例可以實施不同的導線。例如，可以使用分立的單向導線而非雙嚮導線，或者反之。再有，也可以使用以串行的或時分多路復用的方式傳輸多個信號的單條導線來代替多條導線。同樣，攜帶多個信號的單條導線也可以分離成攜帶這些信號的一個子集的各種不同的導線。因此，存在多種選擇來傳輸信號。
當涉及實施信號、狀態位、或類似裝置時，術語「肯定(assert)」和「否定(negate or deassert)」分別指代邏輯真或邏輯假狀態。如果邏輯真狀態為邏輯級1，則邏輯假狀態為邏輯級0。並且如果邏輯真狀態為邏輯級0，則邏輯假狀態為邏輯級1。
為了避免相鄰頻道的幹擾和弱信號的影響，可以使用一組前、後解調器濾波器，其中由一個單獨的控制機制以相同的方式改變AM解調前後的帶寬。在一個實施例中，可以使用兩個或多個級聯濾波器，其中每個級聯濾波器具有相同的預定階數並使用相同的一組係數。該級聯濾波器可以在AM解調之前、之後、或之前以及之後使用。因此，通過使用解調濾波器可以減少相鄰頻道的幹擾和弱信號的影響。
圖1以方框圖的形式示出了具有混頻器12、濾波器14、A/D轉換器16、低通濾波器18、前解調器濾波器36、AM解調器和增益控制28、後解調器濾波器38、軟屏蔽(mute)單元40、和濾波器控制單元34的AM接收器10。在所示的實施例中，AM信號經由一個天線被接收並被耦合到混頻器12的輸入。混頻器12的輸出耦合到耦合到濾波器14的輸入。濾波器14的輸出耦合到A/D轉換器16的輸入。A/D轉換器16的輸出耦合到低通濾波器18的輸入。低通濾波器18的輸出耦合到前解調器濾波器36的輸入。前解調器濾波器36的輸出耦合到AM解調器和增益控制28的輸入。AM解調器和增益控制28的輸出耦合到後解調器濾波器38的輸入。後解調器38的輸出耦合到軟屏蔽單元40的輸入。濾波器控制單元34接收相鄰頻道幹擾指示(ADJI)和信號強度指示(SSI)並向前解調器濾波器36和後解調器濾波器38提供濾波係數。
在操作過程中，混頻器12從天線接收輸入信號(例如，包含消息的調幅(AM)信號)並將該輸入信號與第一本地振蕩頻率相乘。該乘積結果是同時包含和與差分量的中間頻率。在本實施例中，濾波器14是一個去除和分量或差分量其中之一併將另一分量耦合到A/D轉換器16的帶通濾波器。A/D轉換器16執行濾波後的信號到數字格式的轉換。在一個實施例中，A/D轉換器16還包括一個將數位訊號混合降低到基帶的混頻器以便向低通濾波器18提供一個基帶信號。然而，作為選擇，可以在濾波器14和A/D轉換器16之間使用混頻器將濾波器14的輸出混頻降低到基帶以便A/D轉換器16執行基帶濾波信號的轉換。在另一替代實施例中，混合器12可以將來自天線的AM輸入信號直接混合降低到基帶。在此替代實施例中，濾波器14可以是一個為A/D轉換器16提供濾波基帶信號的低通濾波器14。應該注意，在任一所述實施例中，都為低通濾波器18提供一個基帶信號。低通濾波器18的作用是數字地濾波信號來提高信噪比。因此，在低通濾波器18的輸出端，一個基本上乾淨的數字濾波基帶信號被提供給前解調器濾波器36。
在A/D轉換器16的輸出端，濾波數字基帶信號被描述為共同由數學表達式A(t)ejθt表示的信號I』和Q』。即，I』和Q』是相差90°相位的正交分量。低通濾波器18濾波I』和Q』來產生由I和Q表示的數字濾波基帶信號並輸入前解調器濾波器36(應該注意信號I，Q也可以稱作中間信號)。前解調器濾波器36濾波I和Q來去除相鄰頻道幹擾並限制存在於AM解調器和增益控制28中的噪聲。AM解調器和增益控制28的AM解調器部分從接收自前解調器濾波器36的輸入基帶信號I2，Q2中提取消息。AM解調器和增益控制28的增益控制部分將具有變化的信號強度的消息維持在一個恆定的振幅上。應該注意，AM解調器和增益控制28可以被設計成利用本領域的已知技術來產生未濾波音頻信號，因此，不再此進行更具體的描述。後解調器濾波器38濾波AM解調器和增益控制28的未濾波音頻信號來降低通常伴隨一個弱信號的高頻噪聲被檢測出的可能性。即，後解調器濾波器38有助於降低在天線處接收的弱信號的影響。後解調器濾波器38向軟屏蔽單元40提供濾波音頻信號。軟屏蔽單元40與信號品質成比例的衰減該濾波音頻信號。即，信號品質越差，衰減越大，從而進一步的減少了AM信號中的噪聲的影響。軟屏蔽單元40由此提供濾波和衰減的音頻信號作為其輸出。
另外，在所述的實施例中，解調器濾波器36和38的帶寬是相同的以便獲得最佳噪聲表現。在該實施例中(其中I2，Q2和未濾波音頻信號為基帶信號)，通過令解調器濾波器36和38使用相同的一組係數也可以提高計算效率。如圖1所示，前解調器濾波器36可以由每個級聯濾波器都具有相同的預定階數並使用相同的一組係數的級聯濾波器來實現。因此，圖1示出了在前解調器濾波器36中的兩對基本上相同的級聯濾波器濾波器20與濾波器24級聯，濾波器22與濾波器26級聯。濾波器20接收來自低通濾波器18的信號I並向濾波器24提供第一濾波信號I1，該濾波器24產生一第二濾波信號I2提供給AM解調器和增益控制28。同樣，濾波器22接收來自低通濾波器18的信號Q並向濾波器26提供第一濾波信號Q1，該濾波器26產生一第二濾波信號Q2提供給AM解調器和增益控制28。後解調器濾波器38，如圖1所示，也可以由每個級聯濾波器都具有相同的預定階數並使用相同的一組係數的級聯濾波器來實現。因此，圖1示出了在後解調器濾波器38中的一對基本上相同的級聯濾波器濾波器30與濾波器32級聯。濾波器30接收來自AM解調器和增益控制28的未濾波音頻信號並向濾波器32提供第一濾波信號，該濾波器32從而向軟屏蔽單元40輸出第二濾波信號作為濾波音頻信號。
應該注意，在所示的實施例中所有的濾波器(濾波器20、24、22、26、30、32)基本上是相同的，由於它們具有相同的預定階數並使用相同的一組係數。因此，濾波器控制單元34可以向每個濾波器提供相同的一組係數。這使得前解調器濾波器36和後解調器濾波器38具有相同的帶寬。因此，由於僅需要單一的一組濾波係數，可以在每個輸入信號採樣(或在每塊或預定數量的採樣時)時實時計算濾波係數。作為結果的計算效率使得前解調器濾波器36和後解調器濾波器38可以以連續可變的濾波器實現。另外，由於可以在每個採樣或塊時重新計算濾波係數，因此不需要用於存儲先前計算的濾波係數表的存儲空間。另外，在該所示實施例中，濾波器20、24、22、26、30和32的每一個都是一階濾波器，其進一步降低了計算複雜性。在所示實施例中，它們以基本一階濾波器實現，從而正如下面所要具體描述的那樣，需要計算更少的係數。
應該注意，在替代實施例中，濾波器20、24、22、26、30和32也可以是高階濾波器。另外，在替代實施例中，可以使用大於2級的級聯濾波器來濾波每個信號。舉例來說，可以使用具有相同預定階數並使用相同的一組係數的三級級聯濾波器來濾波I，Q和未濾波音頻信號的每一個。同樣，在另一替代實施例中，這些信號的每一個也可以由不同數量的級聯濾波器來濾波。在又一替代實施例中，前解調器濾波器36和後解調器濾波器38可以是不同階數的並使用不同的一組係數。前解調器濾波器36，後解調器濾波器38，AM解調器和增益控制28，軟屏蔽單元40和濾波控制單元34可以在數據處理單元中實現，諸如，舉例來說，數位訊號處理器(DSP)。例如，它們可以以存儲在計算機可讀存儲器中的由中央處理器訪問並執行的軟體來實現。作為替代，它們也可以以硬體實現。在另一替代實施例中，它們可以以硬體、軟體和固件的結合來實現。由此，應該注意，前解調器濾波器36，後解調器濾波器38，AM解調器和增益控制28，軟屏蔽單元40和濾波控制單元34也可以在同一個集成電路上實現。還應注意，軟屏蔽單元40和AM解調器和增益控制28是可選的。
圖2示出了圖1所示的濾波器控制單元34的一個實施例。應該注意，關於圖2所描述的算法可以存儲在DSP的存儲單元裡並以輸入AM信號I，Q的一個採樣或一個塊(即，預定數量的採樣)為基礎執行。濾波器控制單元34的方塊50接收SSI，該SSI提供天線接收的AM信號中所期望頻道的強度的指示。所期望頻道，例如，可以由AM收音機中指示一個特定頻率的調諧器按鈕來表示。方塊50的輸出是指示第一可能截止頻率的freq1。處理該第一可能截止頻率的濾波器以給定SSI條件來優化未濾波音頻信號的悅耳度。注意，正如下面所要具體描述的，悅耳度可以是相應於各個收聽者的主觀標準。濾波器控制單元34的方塊52接收ADJI，該ADJI提供在AM信號中相鄰頻道對所期望頻道的幹擾的指示。方框52的輸出是指示第二可能截止頻率的freq2。處理該第二可能截止頻率的濾波器以給定ADJI條件來優化未濾波音頻信號的悅耳度。因此，方塊50和52基於不同的頻道條件提供意在優化悅耳度的不同的可能截止頻率。也就是說，除了或者替換SSI、ADJI或二者之外，濾波器控制單元34也可以接收其它信號品質指示，用於確定可能截止頻率。
注意，正如在這裡所使用的，截止頻率指濾波器帶通的最高頻率。在一個實施例中，這一截止頻率可以是半功率點或者是輸出信號從輸入信號電平衰減3dB的點。作為替代，截止頻率可以是停止頻段起始的點。因此，應該注意衰減的任何特殊點都可以用來定義截止頻率。在下文將參考圖3和4具體描述一個用於確定可能截止頻率freq1和freq2的公式的例子。
回到圖2，將freq1和freq2提供給方塊54來選擇該兩個頻率的最小者freqmin。從而，由freqmin指示的截止頻率將根據兩個頻道條件SSI和ADJI的較差者提供最佳悅耳度。應該注意，在替代實施例中，不同於或附加於SSI和ADJI的其它頻道條件也可以用於確定可能截止頻率。由此，方塊54可以從多於兩個可能性中選擇截止頻率。另外，在一個替代實施例中，freqmin可以相應於不同的可能截止頻率(或其子集)的加權平均值。此外，雖然未示出，替代實施例也可以執行對所選頻率freqmin的進一步的優化。
方塊56接收freqmin並計算濾波係數a0，a1，b0和b1。即，在當前實施例中，濾波器20、24、22、26、30和32的每一個都有一個下述形式的一階傳遞函數H(z)。
公式1H(z)=b0+b1z-1a0+a1z-1]]>(注意，公式1相應於一階無限脈衝響應IIR濾波器)由此，濾波器控制單元34的輸出基於SSI和ADJI向每個濾波器20、24、22、26、30和32提供濾波係數。用於確定a0，a1，b0和b1的公式將在下文參考圖5和圖6具體描述。應該注意，如上所述，由於為一階濾波器計算4個因數非常簡單，因數可以在每個採樣或塊的基礎上計算，這將降低所需的存儲量和計算複雜性。然而，替代實施例可以使用不同於圖2中方塊50、52、54和56所示的公式並使用高階濾波器。
圖3以圖的形式示出了SSI和截止頻率freq1之間的關係，該SSI和freq1可被用於獲得下述圖2中方框50的公式。
公式2freq1＝c1·SSI+c2注意，公式2相應於圖3所示的標有相同公式的圖。圖3的圖表示前和後解調器濾波器36和38的最佳帶寬隨信號強度(即，SSI)的減弱而成比例的減少的概念。SSI和截止頻率的這一關係可以近似表現為由公式2定義的線性關係。應該注意，在替代實施例中，也可以使用其它的近似關係(非線性近似)。在一個實施例中，使用兩點線性近似來確定線性關係(公式2)。即，可以根據好信號強度和差信號強度(即SSI高值和SSI低值)來選擇兩個SSI值。對於每個SSI值，當freq1變化時輸出音頻信號都可以被聽到，以便確定為收聽者提供最佳悅耳度的freq1的值。從該線性近似中，可以確定c1和c2的值。作為替代，也可以使用多於兩個的值。如果使用多於兩個的值，就可以使用其它高階近似來定義freq1作為SSI函數。應該注意，在一個實施例中，freq1不能超過天線所接收的AM信號的最大單邊帶寬。
圖4以圖的形式示出了ADJI和截止頻率freq2之間的關係，該ADJI和freq2可被用於獲得下述圖2中方框52的公式。
公式3 freq2＝c3·ADJI+c4應該注意公式3相應於圖4所示的標有相同公式的圖。圖4的圖表示前和後解調器濾波器36和38的最佳帶寬隨相鄰信號幹擾(即，ADJI)的增加而成比例的減少的概念。ADJI和截止頻率的這一關係可以近似表現為由公式3定義的線性關係。應該注意，在替代實施例中，也可以使用其它的近似關係(非線性近似)。在一個實施例中，使用兩點線性近似來確定線性關係(公式3)。即，可以根據ADJI高值和ADJI低值來選擇兩個ADJI值。對於每個ADJI值，當freq2變化時輸出音頻信號都可以被聽到，以便確定為收聽者提供最佳悅耳度的freq2的值。從該線性近似中，可以確定c3和c4的值。注意，在圖4所示的當前實施例中，c3提供相應於負斜率的負值。作為替代，也可以使用多於兩個的值。如果使用多於兩個的值，就可以使用其它高階近似來定義freq2作為ADJI函數。應該注意，在一個實施例中，freq2不能超過天線所接收的AM信號的最大單邊帶寬。
由此，替代實施例可以以各種不同的方式定義freq1和freq2，其中freq1是SSI的函數且freq2是ADJI的函數。在一個實施例中，一旦定義了這些函數，就可以將它們存儲在DSP的存儲單元中，由於這些函數的係數(諸如，舉例來說，c1，c2，c3和c4)僅需要計算一次。
圖5和6以圖的形式示出了用於確定圖2中方框56的係數公式的線性近似。可以使用下述公式來確定濾波器係數a0，a1，b0和b1。
公式4 b0＝b1＝l1·freqmin+m1公式5 a0＝1公式6 a1＝l2·freqmin+m2注意，由於為濾波器係數所選擇的公式，使得計算負雜性被進一步降低，因為基於每個採樣或塊僅僅需要進行兩個計算(例如，公式4和6)來確定所有4個係數。這些公式(公式4-6)如下所述可以使用曲線擬合算法來確定。
如本領域所公知的，一個典型的一階RC濾波器頻率傳遞函數可以如下表達。
公式7H(j)=11+j/c]]>在上述公式中，ωc相應於濾波器響應的截止頻率。如本領域所公知的，使用雙線性傳遞和預翹曲(pre-wraping)頻率可以獲得下述一階IIR數字濾波器頻率傳遞函數。(注意，freqmin用作截止頻率)公式8H(z)=(11+1tan(freqmin/fs))(1+z-1)1+(1-1tan(freqmin/fs)1+1tan(freqmin/fs))z-1]]>在上述公式中，fs相應於系統的採樣頻率。例如，在一個實施例中，fs可以由A/D轉換器16的採樣頻率和跟隨A/D轉換器16的任何抽選和/或插值來定義。公式8也可以以如下形式改寫，其中在(1+z-1)之前的術語由u』表示，在分母中緊貼在z-1之前的術語由v』表示。
公式9H(z)=u(1+z-1)1+vz-1]]>表示u』和v』的曲線分別由圖5和圖6的圖所示。注意，這些圖僅僅是為了便於解釋而舉的例子並不對應於由公式9所表示的實際的傳遞函數。即，由u』和v』所表示的實際曲線可能是不同的形狀。在所關心的特定頻率範圍內的u』和v』所表示的曲線部分可分別近似為u和v。所關心的頻率範圍，在一個實施例中，可以定義為0到最大AM廣播帶寬。例如，在一個實施例中，可以定義為0到5kHZ。如圖5和6所示，u和v是u』和v』在所關心的頻率範圍內的線性近似。因此，注意，公式9可以近似為如下公式。
公式10H(z)u(1+z-1)1+vz-1]]>
在公式10中，u對應於u』的近似且v對應於v』的近似。在圖5和6的例子中，u』和v』的每一個都使用線性曲線擬合逼近來近似，因此得出下述公式。
公式11u＝l1·freqmin+m1公式12v＝l2·freqmin+m2這些公式由此可以用於提供係數a1，b0和b1，其中u＝b0＝b1並且v＝a1。應該注意，替代實施例可以不使用線性近似而使用其它曲線擬合來確定u和v的近似。
由此，可以理解使用具有相同帶寬的前和後解調器濾波器是如何降低功率和計算複雜性的。這也同時使得在解調器之前的AM信號的帶寬等於解調器之後的音頻消息的帶寬。此外，AM處理可以進一步使用級聯濾波器來改進。同時通過使用具有相同階數並使用相同的一組係數的級聯濾波器還可以降低複雜性。
在上述的說明書中，參照具體實施例對本發明進行了描述。然而，本領域的普通技術人員應該理解可以作出各種修改和變化而不背離由所附的權利要求所限定的本發明的範圍。舉例來說，方框圖可以有與所示不同的方框並且可以有更多或更少的方框或不同的排列。再有，一些方框也可以被合併。同樣，參考圖1，在一替代實施例中，對濾波器選擇係數以使得其帶寬仍然相同的情況下，帶通濾波器可以用於前解調器濾波器36而低通濾波器仍然可以用於後解調器濾波器38。由此，在適當時可以使用不同類型的濾波器。因此，說明書和附圖應被看作是示意性的而不是限制性的，並且所有這些改變都包含在本發明的範圍內。
有益效果，其它優點，和解決問題的方案都已經在上述有關具體實施例中進行了描述。然而，有益效果、優點、解決問題的方案以及其它能夠產生有益效果、優點或方案或使之更加顯著的要素都不解釋為任何或所有權利要求的關鍵、必要、或本質的特徵或元素。在此使用的術語「包括」或它的任何其它變化都意在涵蓋一種無所不包的包括，這樣，包括一系列元素的過程、方法、物品或設備將不僅僅包括這些元素而是可以包括其它沒有明確列出的或是該過程、方法、物品或設備中固有的元素。
權利要求
1.一種處理調幅信號的方法，包括提供一個輸入信號給具有預定階數和一組係數的第一濾波器(20，22或30)；從第一濾波器輸出第一輸出信號；提供第一輸出信號給具有相同階數和相同的一組係數的第二濾波器(24，26或32)；以及從第二濾波器輸出第二信號。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括利用第一濾波器和第二濾波器執行前解調器濾波(36)。
3.根據權利要求1所述的方法，進一步包括利用第一濾波器和第二濾波器執行後解調器濾波。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括可選擇性地改變一組係數。
5.根據權利要求1所述的方法，進一步包括接收信號品質指示。
6.根據權利要求1所述的方法，進一步包括利用信號強度指示和相鄰頻道幹擾指示來可選擇的改變一組係數。
7.一種調幅接收器，包括一個輸入部分，具有一個調諧器來可選擇的接收輸入調製信號並提供中間信號；第一濾波器(20，22)，耦合到所述輸入部分用於接收所述中間信號，該第一濾波器具有一個傳遞函數；第二濾波器(24，26)，耦合到所述第一濾波器，該第一濾波器具有相同的傳遞函數；解調器(28)，耦合到所述第二濾波器；第三濾波器(30)，耦合到所述解調器，該第三濾波器具有相同的傳遞函數；第四濾波器(32)，耦合到所述第三濾波器，該第四濾波器具有相同的傳遞函數；以及濾波器控制單元(34)，用於控制該第一、第二、第三和第四濾波器。
8.根據權利要求7所述的接收器，其中所述濾波器控制單元(34)使用至少一個線性近似來逼近該相同的傳遞函數。
9.一種調幅接收器，包括一個輸入部分；一個前解調器濾波器(36)，耦合到所述輸入部分，該前解調器濾波器具有一個傳遞函數；一個解調器(28)，耦合到所述前解調器濾波器；一個後解調器濾波器(38)，耦合到所述解調器，該所述後解調器濾波器具有與前解調器濾波器相同的傳遞函數；以及濾波器控制單元，耦合到所述前解調器濾波器和所述後解調器濾波器。
10.根據權利要求9所述的接收器，其中所述前解調器濾波器(36)包括具有一組係數的第一濾波器(20，22)和具有相同的一組係數的第二濾波器(24，26)。
全文摘要
為了避免在AM信號處理中的相鄰頻道的幹擾和弱信號的影響，可以使用一組前、後解調器濾波器(36和38)，其中由一個單獨的控制機制以相同的方式改變兩個解調器濾波器的帶寬。在一個實施例中，可以為前和後解調器濾波器使用兩個或多個級聯濾波器(20，24或22，26或30，32)，其中每個級聯濾波器具有相同的預定階數並使用相同的一組係數。在一個實施例中，所有級聯濾波器都是一階IIR濾波器，其降低了計算的複雜性。為所有的級聯濾波器使用相同的一組係數使得所有濾波器具有相同帶寬並進一步降低了計算複雜性。在一個替代實施例中，可以僅在前、後解調器濾波器其中之一使用級聯濾波器。
文檔編號H03H17/02GK1703835SQ03825140
公開日2005年11月30日 申請日期2003年8月22日 優先權日2002年11月14日
發明者喬恩·漢德裡克斯, 布拉德雷·苯克斯, 查爾斯·E·希博爾格 申請人:飛思卡爾半導體公司