CN102223334A

CN102223334A - 2dpsk解调电路与解调方法及无线信号接收机***

Info

Publication number: CN102223334A
Application number: CN2011101659417A
Authority: CN
Inventors: 赵明剑; 李斌; 王博; 吴朝晖
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2031-06-20
Also published as: CN102223334B

Abstract

本发明提供了2DPSK解调电路与解调方法及无线信号接收机***，2DPSK解调电路包括顺次连接的异步整形电路、N位移位寄存器、数学阈值判决器、触发翻转电路、同步调整触发器和相对码转绝对码电路。本发明2DPSK无线信号接收机***采用二次下混频结合本发明所述简单高效的数字解调方法，解调方法利用所述电路进行解调，降低了解调电路的工作频率，不需要高难度、复杂的倍频载波同步跟踪电路或科斯塔斯环电路，使得***在实现上能以低复杂度、低功耗、高效的优点换来接收***的单位比特能耗的显著降低。

Description

2DPSK解调电路与解调方法及无线信号接收机***

技术领域

本发明涉及植入式生物电子技术领域，具体涉及一种基于无线数字通信技术的低复杂度、低功耗的一种2DPSK解调方法、解调电路及无线信号接收机***。

背景技术

现代无线通信***中，调制与解调技术是必不可少的重要环节，其性能关系到整个通信***性能的好坏。数字调制解调技术以其良好的抗噪声性能及优秀的误比特率性能，在现代无线通信***中得到了广泛的应用。伴随着现代通信***小型化、数字化、大规模集成化的发展趋势，市场对低复杂度、低功耗、低成本及良好误比特率性能的通信***的需求日益增长，如全国广电网络建设、卫星通信、民用低费用通信、数字家庭小型医疗检测通信设备以及无线植入式生物信号检测等新兴研究领域存在巨大的应用潜力。

近年来，植入式医用检测手段由于精度高、抗干扰性好等特点被越来越多地用于生物医学信号的检测中。传统的植入式生物医学用检测设备将有线检测探头植入病人体内进行信号的传递，此类方法会给病人带来恐惧，造成痛苦，而且被测人体的活动受限制。而新兴的无线植入式生物医学用检测设备则可以将检测探头及检测控制电路完全植入病人体内，由医生无线遥控体内检测装置完成各项检测操作。这种方式消除了病人的恐惧心里，同时病人的活动限制也会得到很大的改善。然而，由于电源供给技术以及生物相容性的限制，要求植入病人体内的检测装置既要高效率地完成无线控制信号的接收功能，又要尽可能地低功耗及占用体积小。因此，小型化、低能耗、低复杂度、低成本的无线通信***和芯片的研究正在兴起。

本发明主要针对植入式医用芯片、移动通信终端、电子仪器设备间通信互联、民用消费电子、家庭小型医疗无线检测等需要小型化、集成化、低复杂度、低功耗、低成本通信的应用研究场合。

相移键控(PSK)技术具有传输效率高、抗干扰能力强、误比特率性能优良等应用优势。但目前已有的PSK信号解调技术以相干解调为主，包括平方环锁相环解调方法与科斯塔斯环(COSTAS)解调方法。这两种相关解调方法都需要获得用于相干解调的同步时钟，造成了结构复杂、能耗提高，从而导致***集成后芯片面积、功耗、成本较大，且需解调芯片承受较高的工作频率。因此，传统的PSK相干解调方法不适合应用于以低能耗、低复杂度、集成化为发展趋势的植入式医用集成芯片、民用消费电子通讯领域、家庭小型化医疗无线设备等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供2DPSK解调电路与解调方法及无线信号接收机***，具体技术方案如下。

本发明的2DPSK解调电路，包括自动门限产生电路、异步整形电路、时钟产生电路、N位移位寄存器、数学阈值判决器、触发翻转电路、同步调整触发器和相对码转绝对码电路，所述异步整形电路和自动门限产生电路均接收2DPSK信号，异步整形电路、N位移位寄存器、数学阈值判决器、触发翻转电路、同步调整触发器和相对码转绝对码电路顺次连接，自动门限产生电路与异步整形电路连接，时钟产生电路分别与N位移位寄存器、同步调整触发器和相对码转绝对码电路连接。

上述的2DPSK解调电路，所述异步整形电路用于将2DPSK信号由模拟电平转换到数字电平，所述自动门限产生电路接收2DPSK信号并为异步整形电路提供整形判决门限，使所述异步整形电路输出2DPSK数字信号；所述时钟电路用于产生频率为所述2DPSK数字信号的载波频率N倍的时钟信号CLK1并输出给N位移位寄存器，同时为同步调整触发器和相对码转绝对码电路产生本地基带同频异步时钟CLK2；所述N位移位寄存器在一个所述2DPSK数字信号的载波周期内产生N位二进制数并输出给数学阈值判决器；所述数学阈值判决器用于产生一个携带所述2DPSK数字信号相位变化信息的标志信号flag；所述触发翻转电路用于根据所述标志信号flag产生基带相对码；所述同步调整触发器用于实现触发翻转单元输出的基带相对码与时钟产生电路产生的本地基带同频异步时钟的同步；所述相对码转绝对码电路将相对码转换为绝对码。

本发明的一种2DPSK解调方法，包括以下步骤：

步骤1，对接收到的2DPSK模拟信号进行异步整形，实现2DPSK信号模拟电平到数字电平的转换，获得占空比稳定的2DPSK数字信号；

步骤2，以N倍于2DPSK信号载波频率fc的数字时钟，将数字化后的2DPSK数字信号送入N位移位寄存器，在2DPSK数字信号的每个载波周期1/fc内产生N位2进制数M；

步骤3，当M大于等于设定数学阈值D1、或小于等于另一设定数学阈值D2时，令标志信号flag为1，否则flag为0，该标志信号携带了2DPSK数字信号的相位变化信息；

步骤4，当flag为1时，发生电平翻转，解调产生基带相对码bn；

步骤5，将相对码bn进行码转换，输出绝对码an，2DPSK解调完成。

上述的解调方法，步骤2中，N的取值范围为

Figure 2011101659417100002DEST_PATH_IMAGE002

,其中

Figure 2011101659417100002DEST_PATH_IMAGE004

为2DPSK无线信号接收机***所能承受的最高工作频率；步骤3中 ,时。

上述的解调方法，步骤2中N=6，D1为11111，D2为1。

本发明的2DPSK无线信号接收机***，包括顺次连接的低噪声放大器、二次下混频单元、自动增益控制器和数字解调单元，所述数字解调单元为所述的2DPSK解调电路。

上述的2DPSK无线信号接收机***中，经低噪声放大器放大后的2DPSK信号先通过所述二次下混频单元降频后输出到所述自动增益控制器的输入端，所述自动增益控制器输出电压幅度稳定的2DPSK信号，送入所述数字解调单元的输入端，所述数字解调单元将2DPSK信号先异步整形为数字电平的2DPSK数字信号，之后进行数字解调，输出基带时钟及基带时钟同步信号。

上述的2DPSK无线信号接收机***中，所述低噪声放大器包括一个缓冲器，用于隔离后级电路、实现与后级电路的噪声匹配、阻抗匹配。

上述的2DPSK无线信号接收机***中，所述二次下混频单元，包括顺次连接的第一混频器、第一选频器、中间放大器、第二混频器、第二选频器、输出缓冲器；所述第一混频器和第一选频器，将接收到的射频信号降频为第一中频信号；所述中间放大器用于提高信号功率；所述第二混频器和第二选频器，将第一中频信号降频为第二中频信号；所述输出缓冲器用于隔离后级电路的影响，并对信号进行功率放大。

与现有技术相比，本发明的解调电路和方法具有低能耗、低复杂度的优点。本发明2DPSK无线信号接收机***采用二次下混频结合本发明所述简单高效的数字解调方法，降低了解调电路的工作频率，不需要高难度、复杂的倍频载波同步跟踪电路或科斯塔斯环电路，使得***在实现上能以低复杂度、低功耗、高效的优点换来接收***的单位比特能耗的显著降低。而且全***可以完全用集成电路COMS工艺实现，与主流CMOS工艺兼容，很适合集成于植入式医用、民用消费电子通讯及家庭小型化医疗无线设备中的SOC芯片中，具有良好的推广价值。本发明主要应用于低复杂度、低功耗的数字通信，尤其可以应用到生物医学植入式无线通信芯片中。

附图说明

图1为本发明提供的2DPSK无线信号解调方法原理图；

图2为典型实施例无线通信2DPSK接收机的***结构图；

图3为图2中二次混频单元的电路框图；

图4为图2中2DPSK数字解调单元即2DPSK解调电路的结构框图；

图5为图2接收机的一个应用实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明提供的2DPSK信号解调方法原理框图，共包括以下几部分：异步整形、N位移位寄存（本实施方式中N位移位寄存器的N=6）、数学阈值判决、触发翻转、相对码转绝对码。

图1中的信号流程及解调过程为：2DPSK信号Sa进入异步整形，实现2DPSK信号Sa由模拟电平到数字电平的转换，输出占空比稳定的数字2DPSK信号Sd。

以N倍于2DPSK信号载波频率fc的数字时钟，将数字化后的2DPSK信号送入N位移位寄存器，在2DPSK信号的每个载波周期1/fc内产生N位2进制数M（N的典型值可为6）。例如在6倍于Sa载波频率fa的异步时钟信号CLK1控制下，对异步整形输出信号Sd进行移位寄存操作，6位移位寄存在信号Sd的每个载波周期内产生6位二进制数M；对M进行数学阈值判决，当M≥某一数学阈值D1（本实施例中D1=11111）或≤某一数学阈值D2（本实施例中D2=1）时，令标志信号flag为1，否则flag为0，该标志信号携带了2DPSK信号的相位变化信息。

对数学阈值判决的输出信号flag进行触发翻转,当flag为1时，触发电平翻转，解调产生基带相对码bn；当flag为0时保持电平不变，得到基带相对码bn，并送入相对码转绝对码，输出基带信号的绝对码

Figure 2011101659417100002DEST_PATH_IMAGE010

，解调完成。

在具体电路实现过程中，在相对码转绝对码之前，通过一个触发器，实现基带相对码bn与本地基带同频时钟CLK2的同步，具体实施电路将在下文图4的介绍中给出。

上述2DPSK无线信号解调方法中，N的取值范围为

Figure 2011101659417100002DEST_PATH_IMAGE012

,其中

Figure 2011101659417100002DEST_PATH_IMAGE014

为***所能承受的最高工作频率； ,

Figure 2011101659417100002DEST_PATH_IMAGE018

时，解调性能良好。

参照图2，本低复杂度、低功耗2DPSK信号接收机***包括低噪声放大器21、二次下混频单元22、自动增益控制器23、数字解调单元24。所述低噪声放大器21的输出端与二次下混频单元22的输入端连接，二次下混频单元输出端连接到自动增益控制器23的输入端，自动增益控制器23的输出端连接到数字解调单元24的输入端。

经低噪声放大器放大后的2DPSK信号S1先通过所述二次下混频单元降频后输出到所述自动增益控制器的输入端，所述自动增益控制器输出电压幅度基本稳定的2DPSK信号S3，送入所述数字解调单元的输入端，所述数字解调单元将S3信号先异步整形为数字电平的2DPSK信号S4，之后进行数字解调，输出基带时钟及基带时钟同步信号。

图2中信号流程为：2DPSK射频信号S_RF进入低噪声放大器21的输入端，经低噪声放大器21放大后的射频信号输出到二次下混频单元22的输入端，经过二次下混频单元22降频后的信号S2输入自动增益控制器23，自动增益控制器输出电压幅度稳定的2DPSK信号S3到数字解调单元24，所述数字解调单元的解调输出基带时钟及与其同步的基带数字信号an。

若直接对2DPSK射频信号进行数字化2DPSK解调，由于射频信号频率很高，会造成数字解调电路的动态功耗过大，不利于低功耗接收机芯片的集成，因此在信号进入数字解调单元24之前，先通过二次下混频单元22将输入2DPSK射频信号S1降频到中低频段，然后再进行数字解调。

自动增益控制器23的作用是使数字解调单元24可以获得电平幅度基本稳定的2DPSK信号S3，提高数字解调电路的误比特率性能。

参照图3，二次下混频单元包括第一混频电路31、第一选频器32、中间放大器33、第二混频电路34、第二选频器35、输出缓冲放大电路36。为了抑制镜频干扰对信号的接收和解调造成的影响，图2中所述2DPSK射频信号S1先后经过两次下混频（31、34）结合相应的选频滤波器（32、35）得到图2中所述的2DPSK信号S2，实现2DPSK信号射频到中低频的转换。

为了使接收***获得较低的噪声系数及避免电路自激，图2中低噪声放大器21的功率增益较低，因此图3中第一选频器32与第二混频电路34之间***一中间放大器33，在第二选频器35的输出端连接一个输出缓冲放大电路36，为图2中数字解调单元24提供功率足够的2DPSK信号。另外输出缓冲放大电路36的目的还在于隔离后级电路对前级电路的影响，实现前后级电路的阻抗匹配。

参照图4，2DPSK数字解调单元包括自动门限产生电路41、异步整形电路42、时钟产生电路43、N位移位寄存器44、数学阈值判决器45、触发翻转电路46、同步调整触发器47、相对码转绝对码电路48。图2中2DPSK信号S3分别送入异步整形电路42与自动门限产生电路41的输入端，由于信号S3的电压幅度峰峰值会随着图2所述接收机的工作温度、环境等因素呈现一定的波动，因此自动门限产生电路41根据信号S3幅度增益的波动情况，为异步整形电路42产生相应的最佳判决门限，使异步整形电路42可以判决整形输出占空比稳定的数字2DPSK信号S4，并送入N位移位寄存器44；时钟产生电路43为N位移位寄存器44提供N倍于数字2DPSK信号S4载波频率的工作时钟；数学阈值判决器45根据N位移位寄存器44获得的N位二进制数M，输出跟随2DPSK信号S4载波相位变化的标志信号flag；触发翻转电路46根据数学阈值判决器45输出的标志信号flag输出与2DPSK信号S4相对应的基带相对码bn；时钟产生电路43输出的基带同频时钟CLK2分别输入同步调整触发器47与相对码转绝对码电路48，由于bn与时钟CLK2呈现同频异步特征，同步调整触发器47输出与基带同频时钟CLK2同步的相对码

Figure 2011101659417100002DEST_PATH_IMAGE020

；相对码转绝对码电路48将

转换为与基带时钟同步的基带信号an，解调完成。

图5为图2接收机的一个应用实例，图5中53表示图2所述的2DPSK接收机。参照图5，医生通过PC机对病人体内检测装置布置检测任务、产生控制数据an，通过PC机接口51将控制数据送入2DPSK信号产生电路52，2DPSK信号产生电路52向人体内检测装置发射无线射频2DPSK信号，低复杂度、低功耗的2DPSK接收机53对无线射频2DPSK信号进行接收与解调，输出基带控制信号，体内检测电路54根据基带控制信号

完成体内检测操作。

本领域技术人员应当理解，本发明所公开的用于2DPSK信号的低复杂度、低功耗的解调方法和2DPSK无线信号接收机***可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

1.2DPSK解调电路，其特征在于包括自动门限产生电路、异步整形电路、时钟产生电路、N位移位寄存器、数学阈值判决器、触发翻转电路、同步调整触发器和相对码转绝对码电路，所述异步整形电路和自动门限产生电路均接收2DPSK信号，异步整形电路、N位移位寄存器、数学阈值判决器、触发翻转电路、同步调整触发器和相对码转绝对码电路顺次连接，自动门限产生电路与异步整形电路连接，时钟产生电路分别与N位移位寄存器、同步调整触发器和相对码转绝对码电路连接。

2.根据权利要求1所述的2DPSK解调电路，其特征在于所述异步整形电路用于将2DPSK信号由模拟电平转换到数字电平，所述自动门限产生电路接收2DPSK信号并为异步整形电路提供整形判决门限，使所述异步整形电路输出2DPSK数字信号；所述时钟电路用于产生频率为所述2DPSK数字信号的载波频率N倍的时钟信号CLK1并输出给N位移位寄存器，同时为同步调整触发器和相对码转绝对码电路产生本地基带同频异步时钟CLK2；所述N位移位寄存器在一个所述2DPSK数字信号的载波周期内产生N位二进制数并输出给数学阈值判决器；所述数学阈值判决器用于产生一个携带所述2DPSK数字信号相位变化信息的标志信号flag；所述触发翻转电路用于根据所述标志信号flag产生基带相对码；所述同步调整触发器用于实现触发翻转单元输出的基带相对码与时钟产生电路产生的本地基带同频异步时钟的同步；所述相对码转绝对码电路将相对码转换为绝对码。

3.一种2DPSK解调方法，其特征在于包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的解调方法，其特征在于步骤2中，N的取值范围为

Figure 2011101659417100001DEST_PATH_IMAGE001

,其中

Figure 2011101659417100001DEST_PATH_IMAGE002

为2DPSK无线信号接收机***所能承受的最高工作频率；步骤3中

Figure 2011101659417100001DEST_PATH_IMAGE003

,

Figure 2011101659417100001DEST_PATH_IMAGE004

时。

5.根据权利要求4所述的解调方法，其特征在于步骤2中N=6，D1为11111，D2为1。

6.2DPSK无线信号接收机***，包括顺次连接的低噪声放大器、二次下混频单元、自动增益控制器和数字解调单元，其特征在于所述数字解调单元为权利要求1所述的2DPSK解调电路。

7.根据权利要求6所述的2DPSK无线信号接收机***，其特征在于经低噪声放大器放大后的2DPSK信号先通过所述二次下混频单元降频后输出到所述自动增益控制器的输入端，所述自动增益控制器输出电压幅度稳定的2DPSK信号，送入所述数字解调单元的输入端，所述数字解调单元将2DPSK信号先异步整形为数字电平的2DPSK数字信号，之后进行数字解调，输出基带时钟及基带时钟同步信号。

8.根据权利要求6所述的2DPSK无线信号接收机***，其特征在于所述低噪声放大器包括一个缓冲器，用于隔离后级电路、实现与后级电路的噪声匹配、阻抗匹配。

9.根据权利要求6所述的2DPSK无线信号接收机***，其特征在于所述二次下混频单元，包括顺次连接的第一混频器、第一选频器、中间放大器、第二混频器、第二选频器、输出缓冲器；所述第一混频器和第一选频器，将接收到的射频信号降频为第一中频信号；所述中间放大器用于提高信号功率；所述第二混频器和第二选频器，将第一中频信号降频为第二中频信号；所述输出缓冲器用于隔离后级电路的影响，并对信号进行功率放大。