專利名稱：Fsk射頻信號(hào)接收器及激活所述接收器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有高靈敏度解調(diào)器的FSK射頻信號(hào)接收器。本發(fā)明還涉及一種用于激活所述帶有高靈敏度解調(diào)器的FSK射頻信號(hào)接收器的方法。
背景技術(shù)：
為了例如在短距離內(nèi)發(fā)射或接收數(shù)據(jù)或命令，傳統(tǒng)的發(fā)射器或接收器使用頻移鍵控。如果RF載頻很高，例如大約為2. 4GHz，將為中頻(具體而言，高于或等于200kHz)選擇相對(duì)較高的帶寬?？梢愿鶕?jù)帶寬改變調(diào)制信號(hào)中的調(diào)制頻率偏差。在這種情況下，可以使用本地振蕩器提供的頻率基準(zhǔn)，該頻率基準(zhǔn)可能不是非常準(zhǔn)確并因而不太昂貴。但是，必須考慮與選定帶寬成正比的熱噪聲功率。因此，寬帶發(fā)射或接收系統(tǒng)一般不具有出色的靈敏度。當(dāng)使用具有廉價(jià)石英的本地振蕩器時(shí)，振蕩器提供的振蕩信號(hào)的頻率可能以大約 ±20ppm進(jìn)行變化。對(duì)于通過(guò)混頻單元對(duì)2. 4GHz的入站射頻信號(hào)進(jìn)行變頻，本地振蕩器所產(chǎn)生的振蕩信號(hào)中的頻率誤差因此可約為±100kHz。為了提高接收器的靈敏度，優(yōu)選使用具有低數(shù)據(jù)速率(例如，大約為Ikb/秒)的射頻信號(hào)。但是，即使立即對(duì)混頻單元提供的中間信號(hào)進(jìn)行低通或帶通濾波，也不允許隨后執(zhí)行精確濾波以獲得高靈敏度接收器。通過(guò)使用窄帶濾波器進(jìn)行精確濾波，中間信號(hào)頻率很可能在窄帶帶通濾波器的頻帶以外。在這些情況下，無(wú)法在解調(diào)級(jí)之后全部提取入站射頻信號(hào)中的數(shù)據(jù)或命令，這是一個(gè)缺陷。因此， 如果希望在窄帶帶通濾波之后執(zhí)行數(shù)據(jù)解調(diào)，通常很難使用廉價(jià)的石英。必須校正中間信號(hào)中的頻率誤差。在高數(shù)據(jù)速率PSK (相移鍵控)射頻信號(hào)接收器的情況下，可以使用同步數(shù)據(jù)解調(diào)方法。這不同于本發(fā)明的接收器，本發(fā)明的接收器使用異步并因而無(wú)關(guān)聯(lián)的方法。WO專利申請(qǐng)第96/32797A1號(hào)披露了一種MFSK射頻信號(hào)接收器。此接收器考慮了與接收器的移動(dòng)相關(guān)的效應(yīng)以及發(fā)射射頻信號(hào)的路徑上的障礙。此接收器可以接收確定頻率范圍內(nèi)的載波頻率處的信號(hào)。入站信號(hào)首先被放大和濾波，然后在混頻器中通過(guò)來(lái)自本地振蕩器的同相和正交振蕩信號(hào)進(jìn)行變頻?；祛l器的輸出端處的中間同相和正交信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器進(jìn)行濾波，然后被采樣，每次采樣在相應(yīng)采樣器中進(jìn)行。N個(gè)采樣的集合存儲(chǔ)在高速緩沖存儲(chǔ)器中。對(duì)所存儲(chǔ)的N個(gè)采樣執(zhí)行離散傅里葉變換(DFT)并且將離散傅里葉變換的結(jié)果存儲(chǔ)在高速緩沖輸出存儲(chǔ)器中。不對(duì)本地振蕩器頻率進(jìn)行調(diào)整，這阻止了中間信號(hào)頻率位于中心。因此，不能執(zhí)行高靈敏度數(shù)據(jù)解調(diào)，這是一個(gè)缺陷。美國(guó)專利申請(qǐng)第2003/0203729A1號(hào)主要披露了 GFSK射頻信號(hào)接收器中的頻率補(bǔ)償。入站射頻信號(hào)的頻率可以介于2. 4和2. 4835GHz之間，在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)上大約為2. 4GHz。 必須調(diào)整本地振蕩器頻率以去除任何相對(duì)于入站信號(hào)頻率的頻率偏差。為此，提供了入站信號(hào)峰值檢測(cè)器以確定入站射頻信號(hào)的最大正峰值和最大負(fù)峰值。正負(fù)峰值之間的中點(diǎn)表示檢測(cè)到的中心頻率。因此，這允許在自動(dòng)頻率補(bǔ)償(AFC)回路中將振蕩器頻率調(diào)整為所需的頻率以解調(diào)數(shù)據(jù)。以高頻執(zhí)行頻率偏差或偏移的確定以實(shí)現(xiàn)振蕩器頻率調(diào)整，并且未提供接收器的電力消耗降低，這是一個(gè)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種FSK射頻信號(hào)接收器，此接收器為高靈敏度接收器并且可以容易地配置為在高靈敏度解調(diào)操作之前使中間信號(hào)頻率居中，這克服了本領(lǐng)域中的上述缺陷。因此，本發(fā)明涉及一種FSK射頻信號(hào)接收器，所述接收器包括在獨(dú)立權(quán)利要求I中限定的特征。從屬權(quán)利要求2至9中限定了所述接收器的具體實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的此FSK射頻信號(hào)接收器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它使用處理采樣的中間信號(hào)的電路。該處理電路使用離散傅里葉變換(DFT)來(lái)檢查每個(gè)高于確定閾值的功率峰值的頻率。此離散傅里葉變換非?？焖俨⑶以谝灾虚g信號(hào)的中心頻率為中心的有限頻帶(例如大約200kHz)上執(zhí)行。此有限頻帶基于可能具備廉價(jià)石英的本地振蕩器的可能頻率誤差。 因此，與在整個(gè)采樣帶寬上處理信號(hào)的快速傅里葉變換(FFT)相比，可以觀察到功耗顯著降低。通過(guò)此DFT處理，可以基于入站射頻信號(hào)的頻率調(diào)整本地振蕩器頻率，以便調(diào)整中間信號(hào)的中心頻率。這些FSK射頻信號(hào)優(yōu)選地為低速率信號(hào)。這允許容易地執(zhí)行高靈敏度解調(diào)，在低數(shù)據(jù)或命令速率的情況下，F(xiàn)SK入站信號(hào)的功率集中在調(diào)頻偏差或偏移附近。有利地，一旦改變來(lái)自本地振蕩器的振蕩信號(hào)的頻率，便可以通過(guò)高靈敏度解調(diào)級(jí)執(zhí)行解調(diào)。此解調(diào)級(jí)包括用于對(duì)具有正頻率偏差的采樣中間信號(hào)進(jìn)行濾波的第一窄帶數(shù)字濾波器，以及用于對(duì)具有零頻率偏差或負(fù)頻率偏差的采樣中間信號(hào)進(jìn)行濾波的第二窄帶數(shù)字濾波器。首先，來(lái)自所述數(shù)字濾波器的輸出信號(hào)均通過(guò)能量檢測(cè)器，然后在來(lái)自兩個(gè)數(shù)字濾波器的信號(hào)之間執(zhí)行減法操作，從而提供數(shù)據(jù)或命令信號(hào)。有利地，所述高靈敏度解調(diào)級(jí)包括用于對(duì)具有正頻率偏差的采樣中間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的第一 DFT解調(diào)器，以及用于對(duì)具有零或負(fù)頻率偏差或偏移的采樣中間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的第二 DFT解調(diào)器。隨后將DFT解調(diào)器輸出信號(hào)相減以提供數(shù)據(jù)或命令信號(hào)。因此，本發(fā)明還涉及一種激活所述FSK射頻信號(hào)接收器的方法，所述方法包括在獨(dú)立權(quán)利要求10中限定的特征。從屬權(quán)利要求11至15中限定了所述方法的具體步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在至少一個(gè)采集階段(其中采樣器從中間信號(hào)采集特定數(shù)量的點(diǎn))之后，在有限頻帶上執(zhí)行至少一次離散傅里葉變換(例如，I比特 DFT)?？梢源鎯?chǔ)離散傅里葉變換結(jié)果(多個(gè))。執(zhí)行高于確定閾值的振幅峰值(多個(gè))的頻率檢查，以估計(jì)相對(duì)于中間信號(hào)的預(yù)期頻率(具有正或負(fù)頻移鍵控)的頻率誤差。接著在本地振蕩器中執(zhí)行頻率校正以改變振蕩信號(hào)頻率并在高靈敏度解調(diào)之前再次使中間信號(hào)頻率居中。有利地，在不同階段執(zhí)行中間信號(hào)采樣器的雙采集，以及對(duì)采樣的中間信號(hào)執(zhí)行雙離散傅里葉變換。存儲(chǔ)離散傅里葉變換的兩個(gè)結(jié)果。接下來(lái)使用具有η個(gè)大向量的搜索算法將高于確定閾值的振幅峰值與兩個(gè)已存儲(chǔ)的結(jié)果進(jìn)行比較，以確定入站干擾信號(hào)中的任何假峰。根據(jù)選定的不同頻率振幅峰值校正振蕩信號(hào)頻率，以便再次使中間信號(hào)的中心頻率居中。因此，可以執(zhí)行采樣的中間信號(hào)的高靈敏度解調(diào)。


通過(guò)參考下面基于附圖中所示的非限制性實(shí)施例的描述，高靈敏度FSK射頻接收器以及激活此接收器的方法的目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更顯而易見(jiàn)，這些附圖是圖I示出根據(jù)本發(fā)明的高靈敏度FSK射頻信號(hào)接收器的第一實(shí)施例的簡(jiǎn)圖，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的高靈敏度FSK射頻信號(hào)接收器的第二實(shí)施例的簡(jiǎn)圖，圖3示出在根據(jù)本發(fā)明的FSK射頻信號(hào)接收器中的離散傅里葉變換之后，采樣的中間信號(hào)功率在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)圖，圖4示出激活根據(jù)本發(fā)明的FSK射頻信號(hào)接收器的方法的各步驟的流程圖，以及圖5a和5b示出根據(jù)本發(fā)明的來(lái)自發(fā)射器的信號(hào)以及FSK射頻信號(hào)接收器拾取的信號(hào)的時(shí)間簡(jiǎn)圖，以及離散傅里葉變換之后，采樣的中間信號(hào)功率在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，將僅以簡(jiǎn)化方式描述所述FSK射頻信號(hào)接收器的本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的所有組件。所述FSK射頻信號(hào)接收器可以例如有利地用于短程數(shù)據(jù)或命令發(fā)射系統(tǒng)中。圖I和2中以簡(jiǎn)化方式示出了高靈敏度FSK射頻信號(hào)接收器I。此FSK射頻信號(hào)接收器以異步方式工作。為了能夠保證高靈敏度數(shù)據(jù)接收，所述接收器配置為拾取FSK射頻信號(hào)，這些信號(hào)優(yōu)選地為低數(shù)據(jù)速率信號(hào)，例如大約Ikb/秒。因此，通過(guò)所述高靈敏度射頻信號(hào)接收器，可以相對(duì)于高數(shù)據(jù)速率(例如，IOOkb/秒)FSK射頻信號(hào)接收器獲得高于 17dB的靈敏度。理想地，所述高靈敏度接收器可以與FSK調(diào)制一起工作，其中頻率偏差Λ f接近于數(shù)據(jù)速率Dp，例如使得Af/Dp = 1/2。但是，如果數(shù)據(jù)速率Dp的值為Ikb/秒，對(duì)應(yīng)的為 500Hz的頻率偏差A(yù)f要求發(fā)射器和接收器的合成器具有很大的光譜純度，因此相噪非常低。這是具有滿意信噪比的解調(diào)所必需的。使用更高的Af/Dp比率可以克服此問(wèn)題。因此，根據(jù)本發(fā)明的FSK射頻信號(hào)接收器I有利地能夠拾取低數(shù)據(jù)或命令速率FSK 射頻信號(hào)。通過(guò)這些低速率FSK射頻信號(hào)，入站信號(hào)功率通常集中于相對(duì)于信號(hào)載波頻率 fo的(正負(fù))調(diào)頻偏差A(yù)f。通常，在入站信號(hào)的頻率調(diào)制中，通過(guò)將載波頻率與調(diào)頻偏差相加(L+Af)來(lái)定義調(diào)制狀態(tài)“ I ”,而通過(guò)從載波頻率Tci減去調(diào)頻偏差A(yù)f(Ifci-Af) 來(lái)定義調(diào)制狀態(tài)“O”。當(dāng)然，盡管為L(zhǎng)+Af和L-Af的數(shù)據(jù)調(diào)制頻率是優(yōu)選的，但可以設(shè)想將調(diào)制狀態(tài)“O”定義為載波頻率A。如圖I和2中所示，F(xiàn)SK射頻接收器I包括FSK信號(hào)接收器天線2，其載波頻率例如可以大約為2. 4GHzο天線2拾取的FSK信號(hào)在低噪聲放大器(LNA) 3中放大。此LNA 3 還可以包括帶通濾波器(未示出)。這些放大和濾波后的FSK信號(hào)Skf在混頻器4中通過(guò)本地振蕩器5提供的振蕩信號(hào)Stj進(jìn)行變頻，以便產(chǎn)生簡(jiǎn)單中間信號(hào)INT或中間頻率正交信號(hào)f (IF)。中間頻率可以優(yōu)選地大約為400kHz，但此中間頻率在通過(guò)混頻器4進(jìn)行直接基帶轉(zhuǎn)換之后還可以為零。這些中間信號(hào)INT在通過(guò)常規(guī)限幅放大器9之前，在寬帶或多相帶通濾波器8中進(jìn)行濾波。如果中間頻率大約為400kHz，濾波器8的帶寬例如可以設(shè)置為600kHz。將濾波器8設(shè)置為此帶寬以考慮本地振蕩器提供的振蕩信號(hào)或者入站FSK射頻信號(hào)的頻率誤差。振蕩信號(hào)頻率誤差可以大約為±100kHz，因?yàn)檎袷幮盘?hào)S。由未示出的廉價(jià)石英諧振器 (±20ppm)產(chǎn)生。通過(guò)限幅放大器9濾波和放大后的中間信號(hào)INT然后在采樣器10中被采樣，所述采樣器由時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)時(shí)。所述時(shí)鐘信號(hào)的頻率例如可以為1.625MHz。此時(shí)鐘信號(hào) CLK源自一系列分頻器(未示出)，所述分頻器連接到本地振蕩器5的26MHz石英諧振器。 因此，對(duì)中間信號(hào)進(jìn)行采樣，以便積累N個(gè)點(diǎn)以在處理和選擇電路11中處理。所述處理電路可以處理2048個(gè)點(diǎn)。根據(jù)與采樣的中間信號(hào)相關(guān)的這2048個(gè)點(diǎn)，處理電路11執(zhí)行離散傅里葉變換 (DFT)以確定最大采樣中間信號(hào)(即，那些具有高于確定閾值的最大振幅的信號(hào))的頻率。 離散傅里葉變換的結(jié)果可以傳輸?shù)教幚黼娐?1的輸出端處的選擇器12。此選擇器12可以包括用于存儲(chǔ)所執(zhí)行的離散傅里葉變換的存儲(chǔ)單元。但是，第一采集之后的離散傅里葉變換也可以存儲(chǔ)在處理電路11中。如圖3所示，有利地，在處理電路11中例如在介于300kHz和500kHz之間的頻帶 (具有200個(gè)IkHz頻帶)上執(zhí)行離散傅里葉變換。當(dāng)然，可以根據(jù)所需的頻率分辨率增加頻帶數(shù)。圖3示出了高于確定閾值的功率峰值。觀察到相對(duì)于中間信號(hào)的預(yù)期頻率的頻率誤差。當(dāng)然，在頻移為的頻移鍵控的情況下，應(yīng)示出兩個(gè)高于確定閾值的功率峰值。通過(guò)該離散傅里葉變換，與在所有采樣頻率上(此情況中為在2048個(gè)頻帶上)處理信號(hào)的快速傅里葉變換(FFT)相比，可以迅速提供結(jié)果。離散傅里葉變換檢查電路11可以為I比特。該DFT將采樣的中間信號(hào)與代表要分析的200個(gè)頻帶的200個(gè)正弦和余弦向量進(jìn)行卷積。然后對(duì)結(jié)果執(zhí)行求平方和加法運(yùn)算， 以便計(jì)算200個(gè)對(duì)應(yīng)的功率振幅向量。僅在選擇器12中保留和存儲(chǔ)高于可參數(shù)化閾值的 N個(gè)最大向量。向量數(shù)N可以等于4。接收采樣的中間信號(hào)的離散傅里葉變換的結(jié)果之后，選擇器12在考慮正負(fù)數(shù)據(jù)調(diào)制偏差A(yù)f的情況下，檢查相對(duì)于中間信號(hào)的預(yù)期中心頻率的頻率誤差。因此，將控制信號(hào)Err傳輸?shù)奖镜卣袷幤?，以允許它改變振蕩信號(hào)So的頻率。振蕩信號(hào)頻率的校正因而再次使混頻器4輸出端處提供的中間信號(hào)INT的頻率居中。此改變中間信號(hào)頻率的操作是必需的，以便通過(guò)高靈敏度解調(diào)級(jí)13 (將在下文中描述)執(zhí)行高靈敏度解調(diào)。與DFT檢查電路11結(jié)合的選擇器12啟動(dòng)帶有從處理電路11獲得的η個(gè)大向量的搜索算法。優(yōu)選地，將使用帶有4個(gè)向量的搜索算法，這足以能夠選擇至少一個(gè)大向量以改變來(lái)自本地振蕩器5的振蕩信號(hào)Stj的頻率。使用此算法主要用于去除在FSK射頻信號(hào)之外拾取的假干擾信號(hào)。它們例如可能是為了開(kāi)啟接收器附近的車(chē)門(mén)而發(fā)射的信號(hào)。如下文中參考與接收器激活方法相關(guān)的圖4解釋的，對(duì)采樣的中間信號(hào)執(zhí)行一系列采集，直到時(shí)間tn為止，并執(zhí)行一系列對(duì)應(yīng)的離散傅里葉變換。因此，選擇器12考慮在 tn_2和、的離散傅里葉變換的兩個(gè)結(jié)果(沒(méi)有在時(shí)間上直接相連)。在要檢查的兩個(gè)結(jié)果之間還提供了額外的采集和DFT處理間隔。最后，比較兩個(gè)離散傅里葉變換結(jié)果以便去除假干擾信號(hào)。由高于確定閾值的不同頻率處的振幅或功率峰值在頻域中標(biāo)識(shí)所述接收器拾取的“正確” FSK射頻信號(hào)。如果在采集階段，數(shù)據(jù)在狀態(tài)“ I ”和狀態(tài)“O”之間交替，通常提供至少兩個(gè)高于確定閾值的振幅峰值，所述振幅峰值表示中間信號(hào)中的調(diào)制頻率。在tn_2和 、處的兩次離散傅里葉變換之后，這些振幅峰值以非常精確的頻率間隔出現(xiàn)，這對(duì)于假干擾信號(hào)而言只是一種例外情況。但是，發(fā)射器可以在時(shí)間tn_2針對(duì)接收器的第一采集傳輸一系列“1”，這僅為正確的入站信號(hào)給出一個(gè)所檢測(cè)的振幅峰值(f(IF) + Af)。接下來(lái)，發(fā)射器可以在時(shí)間tn針對(duì)接收器的第二采集傳輸一系列“0”，這僅給出另一個(gè)所檢測(cè)的振幅峰值(f (IF)-Af)。在這些情況下，正確信號(hào)的兩個(gè)峰值之間的頻差準(zhǔn)確地等于發(fā)射器的FSK頻率偏差的兩倍。這使能通過(guò)絕對(duì)誤差校正本地振蕩器頻率。但是，在兩個(gè)離散傅里葉變換之后，采樣的假信號(hào)的振幅峰值在同一頻率處僅出現(xiàn)一次，并且它們之間的頻差與調(diào)頻偏差不匹配。因此，可以容易地在選擇器12中去除這些假信號(hào)。本地振蕩器5主要包括公知的西格瑪-德?tīng)査l率合成器6，所述頻率合成器6包括例如用于在所述合成器的鎖相環(huán)中提供基準(zhǔn)信號(hào)的26MHz石英諧振器(未示出)。在公知的壓控振蕩器VCO的輸出端處提供振蕩信號(hào)So。頻率合成器6還由頻率編程信號(hào)控制。 此編程信號(hào)源自加法器7，加法器7將每次重置所述接收器使用的確定基頻信號(hào)f Jf (IF) 與處理電路11和選擇器12的組合確定的頻率誤差相關(guān)的控制信號(hào)Err進(jìn)行相加。一旦通過(guò)改變來(lái)自本地振蕩器5的振蕩信號(hào)So的頻率來(lái)改變中間信號(hào)INT的頻率，便可以執(zhí)行高靈敏度數(shù)據(jù)或命令解調(diào)。此數(shù)據(jù)或命令解調(diào)通過(guò)高靈敏度解調(diào)級(jí)13執(zhí)行。在圖I示出的第一實(shí)施例中，一旦正確改變中間信號(hào)的頻率，高靈敏度解調(diào)級(jí)13 便執(zhí)行高靈敏度解調(diào)。此高靈敏度解調(diào)級(jí)13包括用于對(duì)具有正頻率偏差f(IF) + A f的采樣中間信號(hào)進(jìn)行濾波的第一窄帶數(shù)字濾波器14，以及用于對(duì)具有零頻率偏差或負(fù)頻率偏差 f (IF)-A f的采樣中間信號(hào)進(jìn)行濾波的第二窄帶數(shù)字濾波器15。每個(gè)數(shù)字濾波器的帶寬可以大約為2kHz。第一數(shù)字濾波器14的輸出端處的濾波后的信號(hào)通過(guò)第一能量檢測(cè)器16， 而第二數(shù)字濾波器15的輸出端處的濾波后的信號(hào)通過(guò)第二能量檢測(cè)器17。在檢測(cè)器16、 17的輸出端處還提供了減法器18，以便從第一能量檢測(cè)器16的輸出端處的信號(hào)中減去第二能量檢測(cè)器17的輸出端處的信號(hào)。在所述減法器的輸出端處通過(guò)I和-I形式的序列提供數(shù)據(jù)或命令信號(hào)Dott。在圖2示出的第二實(shí)施例中，高靈敏度解調(diào)級(jí)13包括用于對(duì)具有正頻率偏差 f (IF)+ Af的采樣中間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的第一 DFT解調(diào)器24，以及用于對(duì)具有零頻率偏差或負(fù)頻率偏差f (IF) - Δ f的采樣中間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的第二 DFT解調(diào)器25。兩個(gè)DFT解調(diào)器在例如2kHz的頻率范圍內(nèi)通過(guò)降低到單個(gè)單位的頻帶數(shù)執(zhí)行公知的滑動(dòng)離散傅里葉變換。 在減法器18中，從第一 DFT解調(diào)器24的輸出端處的信號(hào)中減去第二 DFT解調(diào)器25的輸出端處的信號(hào)以提供數(shù)據(jù)或命令信號(hào)Dott。圖4示出激活根據(jù)本發(fā)明的高靈敏度FSK射頻信號(hào)接收器的方法的流程圖。所述方法的第一階段包括檢查中間信號(hào)的頻率，然后在混頻器中通過(guò)振蕩信號(hào)對(duì)FSK射頻信號(hào)進(jìn)行變頻。在此檢查之后，可以針對(duì)本地振蕩器執(zhí)行頻率校正以便在執(zhí)行高靈敏度數(shù)據(jù)解調(diào)之前再次使振蕩信號(hào)頻率居中。在步驟30，執(zhí)行所述接收器拾取的FSK射頻信號(hào)的第一采集，持續(xù)時(shí)間大約為
9I. 26ms，直到在2048個(gè)點(diǎn)上提供采樣的中間信號(hào)。當(dāng)然，采集的持續(xù)時(shí)間可以更長(zhǎng)以允許更細(xì)致的居中分辨率。在步驟31，針對(duì)采樣的中間信號(hào)執(zhí)行第一離散傅里葉變換以便通常為選擇器提供第一變換結(jié)果，所述選擇器在時(shí)間tn_2存儲(chǔ)此第一結(jié)果。此離散傅里葉變換運(yùn)算的持續(xù)時(shí)間可以大約為2. 52ms。在所述接收器的備選實(shí)施例中(其中考慮了以與正確FSK射頻信號(hào)相同的方式拾取的任何假信號(hào))，在步驟32的檢查之后，以循環(huán)方式重復(fù)采集和DFT處理的過(guò)程。在步驟 32，在選擇器中檢查兩個(gè)離散傅里葉變換的第一和第二結(jié)果，所述兩個(gè)結(jié)果之間間隔了采樣和DFT處理。為了確定哪些是正確信號(hào)，在兩個(gè)離散傅里葉變換之后對(duì)高于確定閾值的最大振幅峰值進(jìn)行比較。為此，在選擇器中使用具有η個(gè)向量(優(yōu)選地為4個(gè)大向量)的搜索算法。這樣，可以去除假信號(hào)以使選擇器能夠在步驟33為本地振蕩器提供控制信號(hào)， 以便校正振蕩信號(hào)頻率。如果未檢測(cè)到高于確定閾值的振幅峰值，在步驟30至32重復(fù)所述采集和DFT處理過(guò)程。一旦在步驟33中能夠校正來(lái)自本地振蕩器的振蕩信號(hào)的頻率，便可以在步驟34， 在高靈敏度解調(diào)級(jí)中執(zhí)行數(shù)據(jù)解調(diào)。在此解調(diào)級(jí)中，例如在頻率f (IF)+ Af對(duì)采樣的中間信號(hào)進(jìn)行濾波以便向減法器提供第一功率信號(hào)P (fl)，并在頻率f (IF) - Δ f對(duì)采樣的中間信號(hào)進(jìn)行采樣以便向減法器提供第二功率信號(hào)P(f2)。因此，在步驟35針對(duì)所述功率信號(hào)執(zhí)行減法運(yùn)算以提供數(shù)據(jù)信號(hào)Dott。在高靈敏度解調(diào)步驟34之后，還可以在步驟36檢查功率信號(hào)P (f I)和P(f2)。如果這兩個(gè)功率信號(hào)P (fl)和P(f2)的相加結(jié)果高于確定閾值，則在步驟37確定FSK射頻信號(hào)中接收的數(shù)據(jù)的一致性。但是，如果功率信號(hào)的相加結(jié)果不高于所述定義的閾值，則在步驟30執(zhí)行新的FSK射頻信號(hào)采集之前，在步驟38重建來(lái)自本地振蕩器的振蕩信號(hào)的初始頻率。在步驟37檢查的數(shù)據(jù)一致性主要涉及FSK射頻信號(hào)接收器拾取的調(diào)制后的數(shù)據(jù)的可靠性或其他特性，以便去除任何寄生噪聲。如果確認(rèn)了數(shù)據(jù)一致性，再次在步驟34執(zhí)行高靈敏度解調(diào)。但是，如果數(shù)據(jù)不一致，則在步驟30執(zhí)行新的FSK射頻信號(hào)采集之前，再次在步驟38重建來(lái)自本地振蕩器的振蕩信號(hào)的初始頻率。為了更清晰地在時(shí)間上顯示激活FSK射頻信號(hào)接收器的方法的各步驟，可以參考圖5a和5b ο圖5a示出來(lái)自發(fā)射器的信號(hào)以及由根據(jù)本發(fā)明的FSK射頻接收器拾取的信號(hào)的簡(jiǎn)化時(shí)間圖。圖5b示出在時(shí)間上分隔的至少兩次離散傅里葉變換之后，頻域內(nèi)的采樣的中間信號(hào)的功率的簡(jiǎn)圖。在開(kāi)始時(shí)，在發(fā)射器和接收器中執(zhí)行采樣的中間信號(hào)的一系列例如稱為A的采集階段和稱為T(mén)r的離散傅里葉變換。發(fā)射器的微處理器通過(guò)FSK射頻信號(hào)發(fā)射器的天線控制發(fā)射。發(fā)射器首先以低速率(例如約I. 5kb/秒)發(fā)射狀態(tài)為“I”或具有接收器已知的確定頻率偏差的10比特序列(稱為SI)。它對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間約為6. 66ms。在此“I”序列的傳輸期間，接收器執(zhí)行此序列的一部分的第一有效采集，正常情況下持續(xù)時(shí)間大約為I. 26ms或更長(zhǎng)。此采樣的中間信號(hào)的采集必須對(duì)應(yīng)于頻率為f(IF) + Af的信號(hào)。在大約2. 52ms的持續(xù)時(shí)間的末尾處的時(shí)間tn_2執(zhí)行這些采樣的中間信號(hào)的第一離散傅里葉變換。此時(shí)，將第一離散傅里葉變換的結(jié)果存儲(chǔ)在選擇器中。
在發(fā)射器發(fā)射了此“I”序列之后，發(fā)射器發(fā)射狀態(tài)為“O”或具有接收器已知的確定頻率偏差的第二 10比特序列(稱為S0)，其持續(xù)時(shí)間大約為6. 66ms。在第一離散傅里葉變換階段之后，在接收器中執(zhí)行中間采集和離散傅里葉變換階段。在中間采集和DFT處理階段的間隔之后，開(kāi)始此第二序列SO的一部分的第二有效采集。采樣的中間信號(hào)的此第二采集必須對(duì)應(yīng)于頻率為f (IF)-Af或f (IF)的信號(hào)。執(zhí)行這些采樣的中間信號(hào)的第二離散傅里葉變換并將結(jié)果存儲(chǔ)在接收器的選擇器中。在此第二信號(hào)序列的末尾，發(fā)射器執(zhí)行稱為T(mén)的有效數(shù)據(jù)發(fā)射。在此數(shù)據(jù)發(fā)射的末尾，發(fā)射器例如返回接收階段，其中對(duì)于接收器具有一系列采集階段和離散傅里葉變換階段。所述選擇器連續(xù)執(zhí)行具有η個(gè)向量的搜索算法并比較離散傅里葉變換的兩個(gè)結(jié)果，這兩個(gè)結(jié)果被存儲(chǔ)且時(shí)間間隔為一個(gè)中間采集和DFT處理階段。在時(shí)刻tn_2和tn檢測(cè)的η個(gè)最重要的向量當(dāng)中，所述算法嘗試識(shí)別與信號(hào)階段對(duì)應(yīng)的雙頻率偏差A(yù)f的兩個(gè)分隔的候選向量。這極大地降低了頻率fp分隔的假干擾信號(hào)導(dǎo)致的錯(cuò)誤居中的概率，并允許從正確入站FSK射頻信號(hào)中選擇高于確定閾值的振幅峰值。根據(jù)選定的振幅峰值，選擇器將控制信號(hào)發(fā)射到本地振蕩器以校正振蕩信號(hào)頻率，此過(guò)程稱為C。一旦校正了振蕩信號(hào)頻率，便可啟動(dòng)稱為D的高靈敏度解調(diào)操作，如接收器信號(hào)的頂部線上排列的信號(hào)所示。在高靈敏度解調(diào)階段的末尾，振蕩信號(hào)頻率重置為初始值，這稱為C’。在FSK射頻信號(hào)接收器中執(zhí)行一系列新的采集階段和離散傅里葉變換階段。但是，在接收器中，在來(lái)自本地振蕩器的振蕩信號(hào)的頻率校正階段之后，在檢測(cè)入站信號(hào)的前置信息時(shí)存在時(shí)間滯后。如果未檢測(cè)到正確的前置信息，則在一定的時(shí)間之后 (如接收器信號(hào)的底部線上的信號(hào)所示)重建振蕩信號(hào)的初始頻率，然后在FSK射頻信號(hào)接收器中執(zhí)行一系列新的采集階段和離散傅里葉變換階段。從已給出的描述，在不偏離權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以構(gòu)想所述高靈敏度FSK射頻信號(hào)接收器的若干變型。通過(guò)類似的方法，還可以將接收器配置為允許作為同一天線以低速率模式收到數(shù)據(jù)信號(hào)的確認(rèn)而發(fā)射調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。還可以在校正來(lái)自本地振蕩器的振蕩信號(hào)的頻率之前，執(zhí)行若干次采集和離散傅里葉變換。發(fā)射器和接收器之間檢測(cè)到的頻率誤差還可以由通信系統(tǒng)在更高級(jí)別上使用，例如以便于在存在強(qiáng)干擾時(shí)執(zhí)行搜索或進(jìn)行同步。可以在兩個(gè)頻帶上以及使用多個(gè)比特處理時(shí)執(zhí)行離散傅里葉變換。可以在本地振蕩器中使用分?jǐn)?shù)N合成器或DDS代替西格瑪-德?tīng)査铣善鳌?br> 權(quán)利要求
1.一種高靈敏度FSK射頻信號(hào)接收器(I)，所述接收器包括-天線(2)，用于接收FSK射頻信號(hào)，-至少一個(gè)低噪聲放大器(3)，用于對(duì)所述天線拾取的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，-帶有石英諧振器的本地振蕩器(5)，用于提供振蕩信號(hào)(So)，-至少一個(gè)混頻單元(4)，用于將濾波和放大后的入站信號(hào)與所述本地振蕩器提供的振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生中間信號(hào)(INT)，所述中間信號(hào)的頻率等于所述振蕩信號(hào)的頻率與所述入站信號(hào)的載波頻率之間的差，-寬帶或多相濾波器(8)，用于對(duì)所述中間信號(hào)進(jìn)行濾波，以及 -中間信號(hào)采樣器(10)，用于將采樣的中間信號(hào)提供給高靈敏度解調(diào)級(jí)(13)，所述高靈敏度解調(diào)級(jí)提供數(shù)據(jù)信號(hào)(Dout)，其特征在于，所述接收器還包括處理和選擇電路(11、12)，該電路能夠在所述采樣的中間信號(hào)的基礎(chǔ)上執(zhí)行至少一次離散傅里葉變換，以確定高于確定閾值的信號(hào)振幅峰值的頻率與所述中間信號(hào)(INT)的預(yù)期頻率之間的差，以便校正來(lái)自所述本地振蕩器的振蕩信號(hào) (Sg)的頻率，并且該電路布置為在所述解調(diào)級(jí)中解調(diào)來(lái)自所述采樣的中間信號(hào)的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I中所述的接收器(I)，其特征在于，所述接收器包括位于所述處理電路 (11)的輸出端處的選擇器(12)，所述選擇器接收每次對(duì)采樣的中間信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換得出的一個(gè)或多個(gè)結(jié)果，所述離散傅里葉變換在所述處理電路(11)中執(zhí)行，其特征在于，所述選擇器(12)被布置為在考慮所述采樣的中間信號(hào)中的正和/或負(fù)數(shù)據(jù)調(diào)制偏差的情況下，檢查相對(duì)于所述中間信號(hào)的預(yù)期頻率的頻率誤差，并且被布置為將控制信號(hào)(Err) 提供給所述本地振蕩器(5)以根據(jù)所確定的頻率誤差校正所述振蕩信號(hào)(So)的頻率。
3.如權(quán)利要求2中所述的接收器(I)，其特征在于，所述選擇器(12)包括用于存儲(chǔ)采樣的中間信號(hào)的一次或多次離散傅里葉變換的結(jié)果的存儲(chǔ)單元，所述離散傅里葉變換在所述處理電路(11)中執(zhí)行。
4.如權(quán)利要求3中所述的接收器(I)，其特征在于，所述選擇器(12)被布置為在所述處理電路(11)中執(zhí)行的離散傅里葉變換的所存儲(chǔ)結(jié)果的基礎(chǔ)上執(zhí)行具有η個(gè)大向量的搜索算法，所述選擇器被布置為比較所存儲(chǔ)結(jié)果中高于確定閾值的振幅峰值，以便檢測(cè)入站干擾信號(hào)中的任何假峰，以及被布置為選擇正確的入站FSK射頻信號(hào)中高于所述確定閾值的一個(gè)或多個(gè)振幅峰值，以確定相對(duì)于所述中間信號(hào)的預(yù)期頻率的頻率誤差，并且所述選擇器還被布置為將控制信號(hào)(Err)提供給所述本地振蕩器(5)以對(duì)所述振蕩信號(hào)(So)進(jìn)行頻率校正。
5.如權(quán)利要求2中所述的接收器(I)，其特征在于，所述本地振蕩器(5)包括西格瑪-德?tīng)査l率合成器(6)，所述頻率合成器包括石英諧振器，所述石英諧振器用于提供鎖相環(huán)中的基準(zhǔn)信號(hào)以及用于在壓控振蕩器的輸出端處提供振蕩信號(hào)(So)，并且其特征在于，所述本地振蕩器(5)還包括用于將所確定基頻處初始化振蕩信號(hào)頻率的信號(hào) (f0+f(IF))與所述選擇器(12)提供的取決于所述選擇器中確定的頻率誤差的控制信號(hào) (Err)進(jìn)行相加的加法器(7)，所述加法器的輸出旨在控制所述頻率合成器以改變所述振蕩信號(hào)的頻率。
6.如權(quán)利要求I中所述的接收器(I)，其特征在于，所述高靈敏度解調(diào)級(jí)(13)包括用于對(duì)具有正頻率偏差(f(IF) + Af)的采樣中間信號(hào)進(jìn)行濾波的第一窄帶數(shù)字濾波器(14)以及用于對(duì)具有零頻率偏差或負(fù)頻率偏差(f(IF)-Af)的采樣中間信號(hào)進(jìn)行濾波的第二窄帶數(shù)字濾波器(15)，其特征在于，所述第一數(shù)字濾波器(14)提供的信號(hào)通過(guò)第一能量檢測(cè)器(16)，其特征在于，所述第二數(shù)字濾波器(15)提供的信號(hào)通過(guò)第二能量檢測(cè)器(17)， 并且其特征在于，所述解調(diào)級(jí)的減法器(18)被布置為從所述第一能量檢測(cè)器(16)的輸出信號(hào)中減去所述第二能量檢測(cè)器(17)的輸出信號(hào)以提供數(shù)據(jù)信號(hào)(Dout)。
7.如權(quán)利要求6中所述的接收器(I)，其特征在于，每個(gè)窄帶數(shù)字濾波器被配置為具有大約為2kHz的帶寬以對(duì)源自所述接收器拾取的低速率FSK射頻信號(hào)的采樣中間信號(hào)進(jìn)行濾波。
8.如權(quán)利要求I中所述的接收器(I)，其特征在于，所述高靈敏度解調(diào)級(jí)(13)包括用于對(duì)具有正頻率偏差(f(IF) + Af)的采樣中間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的第一 DFT解調(diào)器(24)，以及用于對(duì)具有零頻率偏差或負(fù)頻率偏差(f(IF)-Af)的采樣中間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的第二DFT解調(diào)器(25)，其特征在于，兩個(gè)DFT解調(diào)器被布置為在窄頻范圍內(nèi)對(duì)具有優(yōu)選減少到單個(gè)單位的所確定頻帶數(shù)的采樣中間信號(hào)執(zhí)行滑動(dòng)離散傅里葉變換，并且其特征在于，所述解調(diào)級(jí)的減法器(18)被布置為從所述第一 DFT解調(diào)器(24)的輸出信號(hào)中減去所述第二 DFT解調(diào)器(25)的輸出信號(hào)以提供數(shù)據(jù)信號(hào)(Dout)。
9.如權(quán)利要求8中所述的接收器(I)，其特征在于，所述兩個(gè)解調(diào)器的窄頻范圍大約為 2kHz,以便對(duì)來(lái)自所述接收器拾取的低速率FSK射頻信號(hào)的采樣中間信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
10.一種激活如權(quán)利要求I中所述的高靈敏度FSK射頻信號(hào)接收器的方法，其特征在于，所述方法包括第一步驟系列，所述第一步驟系列具有用于采樣中間信號(hào)的采集和離散傅里葉變換的在時(shí)間上連續(xù)的多個(gè)階段，所述第一步驟系列包括a)執(zhí)行所述接收器拾取的FSK射頻信號(hào)的第一采集以通過(guò)來(lái)自所述本地振蕩器(5)的振蕩信號(hào)(So)在混頻單元(4)中進(jìn)行變頻，以及采樣所述混頻單元的輸出端處的中間信號(hào) (INT)，以便產(chǎn)生第一采樣中間信號(hào)，b)在所述處理電路(11)中對(duì)所述第一采樣中間信號(hào)執(zhí)行第一離散傅里葉變換，c)執(zhí)行所述接收器拾取的FSK射頻信號(hào)的第二采集以通過(guò)來(lái)自所述本地振蕩器(5)的振蕩信號(hào)(So)在混頻單元(4)中進(jìn)行變頻，以及采樣所述混頻單元的輸出端處的中間信號(hào) (INT)，以便產(chǎn)生第二采樣中間信號(hào)，d)在所述處理電路(11)中對(duì)所述第二采樣中間信號(hào)執(zhí)行第二離散傅里葉變換，以及其特征在于，所述方法包括在所述第一步驟系列之后的第二步驟系列，所述第二步驟系列包括e)在所述選擇器(12)中檢查兩次離散傅里葉變換的結(jié)果，以便在兩次離散傅里葉變換之后比較檢測(cè)到的高于所述確定閾值的振幅峰值，以便去除假信號(hào)的振幅峰值并選擇正確入站FSK射頻信號(hào)的振幅峰值，以及f)根據(jù)至少一個(gè)選定振幅峰值的頻率與預(yù)期中間信號(hào)頻率之間的差來(lái)校正來(lái)自所述本地振蕩器(5)的振蕩信號(hào)(So)的頻率。
11.如權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于，第一和第二離散傅里葉變換的結(jié)果存儲(chǔ)在所述選擇器(12)中，所述選擇器確定任何高于所述確定閾值的大振幅峰值，以便將控制信號(hào)(Err)提供給所述本地振蕩器以根據(jù)至少一個(gè)檢測(cè)到的大振幅峰值的頻率與預(yù)期中間信號(hào)頻率之間的差來(lái)校正所述振蕩信號(hào)(So)的頻率。
12.如權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于，在所述采樣器中采樣所述中間信號(hào)以便在2048個(gè)點(diǎn)上將采樣中間信號(hào)提供給所述處理電路。
13.如權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于，步驟a)和b)的第一采集和離散傅里葉變換階段與步驟c)和d)的第二采集和離散傅里葉變換階段在時(shí)間上間隔采樣中間信號(hào)采集和離散傅里葉變換的至少一個(gè)中間階段。
14.如權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于，所述選擇器(12)執(zhí)行具有η個(gè)向量且優(yōu)選具有4個(gè)大向量的搜索算法，以便選擇除假干擾信號(hào)產(chǎn)生的振幅峰值以外的任何高于所述確定閾值的振幅峰值。
15.如權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于，在所述處理電路(11)中在以所述預(yù)期中間信號(hào)頻率為中心且小于400kHz且優(yōu)選地等于帶有200個(gè)IkHz頻帶的200kHz的頻率帶寬上執(zhí)行每個(gè)離散傅里葉變換。
全文摘要
一種FSK射頻信號(hào)接收器，包括接收FSK射頻信號(hào)的天線；對(duì)天線拾取的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波的低噪聲放大器；提供振蕩信號(hào)的本地振蕩器；將入站信號(hào)與振蕩信號(hào)混頻以產(chǎn)生中間信號(hào)的混頻器。所述接收器還包括對(duì)所述中間信號(hào)進(jìn)行濾波的寬帶或多相濾波器；以及將采樣中間信號(hào)提供給高靈敏度解調(diào)級(jí)的中間信號(hào)采樣器，所述高靈敏度解調(diào)級(jí)提供數(shù)據(jù)信號(hào)。所述接收器還包括對(duì)采樣中間信號(hào)執(zhí)行至少一次離散傅里葉變換的處理和選擇電路。處理電路輸出端處的選擇器確定高于確定閾值的信號(hào)振幅峰值的頻率和中間信號(hào)的預(yù)期頻率之差。選擇器確定的頻率差使能校正本地振蕩器的振蕩信號(hào)的頻率，允許高靈敏度解調(diào)級(jí)解調(diào)采樣中間信號(hào)中的數(shù)據(jù)并提供數(shù)據(jù)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L27/14GK102594752SQ20111043940
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者A·卡薩格蘭德, J-L·阿倫德 申請(qǐng)人:斯沃奇集團(tuán)研究和開(kāi)發(fā)有限公司